第二章离心机

第二章离心机概述一、离心分离过程的特点及应用

在石油化工、石油、医药等工业部门，经常需要将各种液相非均一系混合物进行分离处理，以得到所需的产品和半成品。在工业生产中，能够实现该过程的方法很多。

利用离心力作为推动力来实现液相非均一系混合物的分离或浓缩的机器称为离心机。

离心机是利用离心力来分离液相非均一系（液-液、液-固、液-液-固）混合物的一种通用机械，在分离设备中，它具有结构紧凑、体积小、分离效率高、生产能力大、附属设备少等优点，从而广泛应用于开发资源、化工生产、三废处理和国防工业等部门。离心机工作原理重点分离介质的分类，分离机械的种类、结构、工作原理及应用。难点分离机械种类较多结构复杂，应用面广。本章重点和难点2.1离心机的典型结构及工作原理2.1.1

非均一系的分离及离心机的典型结构（1）离心分离过程我们已知离心机是利用离心力来分离液相非均一系混合物的一种通用机械，那么这里所要讲述的离心分离过程也就是液相非均一系混合物的分离过程。离心分离过程一般可分为离心过滤、离心沉降和离心分离三种。离心过滤通常用于固相含量较高、颗粒较大的悬浮液的分离，过滤式离心机转鼓壁上有孔，一般转鼓内壁上衬有金属底网及滤网。转鼓回转时，液体因离心力的作用透过滤渣、过滤介质（滤网）、底网及转鼓小孔甩出鼓外，固体被截留在转鼓内的过滤介质上形成滤渣。特点：1)转鼓有孔

2）适合用于含固量大、粒径大的悬浮液

3)悬浮液滤饼滤液

离心沉降用于固相含量较少，颗粒较细的悬浮液的分离。沉降式离心机的转鼓壁无孔，当悬浮液随着转鼓一起回转时，由于离心力的作用，固体颗粒因重度较液相大而向鼓壁沉降。此过程按悬浮液中含固体量的多少分别称为离心脱水和离心澄清过程特点:：1）转鼓无孔

2）固相密度>液相密度

3）适合含固量低，粒径小的悬浮液

4）悬浮液沉渣澄清液

离心分离习惯上是指两种重度不同的液体所形成的乳浊液或含有微量固体的乳浊液（液-液-固）的分离。在离心力作用下，液体按重度不同分为里外两层，重度大的（重相）在外层，重度小的（轻相）在里层，固相（重度较两种液相较大）沉于鼓壁，通过一定的装置分别引出。用于这种分离过程的离心机常称为分离机，其转鼓也是无孔的。特点：1）转鼓无孔；2）转速更高

3）适合乳浊液；4）乳浊液:轻液重液少量沉渣（2）离心机的典型结构

①离心沉降首先必须有一个承放物料的圆筒形装置称为转鼓：其次转鼓必须回转而需要转轴来传动，称为回转轴；最后，为了使物料能够处在对称的力场中，且使物料不要甩出来，再加上其他基本的结构(如拦液板、滤网等)，其装置如图所示。

转鼓高速旋转时，其中物料运转在一个轴对称的离心场中，物料中各相由于位置比重不同受到不同的场外力作用而分层沉淀，质量最大，颗粒最粗的分布在转鼓最外层。质量最小，颗粒最细的聚集到转鼓内层、澄清液则从机上溢流。离心沉降主要是用于分离含固体量较少，固体颗粒较细的悬浮液。乳浊液的分离也属于沉降式的。但习惯上常叫做离心分离，相应的机器目前常叫做分离机。主要是在无孔转鼓中放置碟片构成。在离心力作用，液体按重度不

同分为里外两层，重量大

的在外层，重量小的在里

层，固相沉于鼓壁通过一

定的装置分别引出。

②离心过滤在这种分离方式中，滤液要从转鼓排出去，所以这种装置的转鼓上必须开孔。其次为了不致使固体

颗粒漏出来，转鼓内必须设有网状结构的材料层称其为滤网或滤布。转轴等则与离心沉降装置类同，如图所示。

转鼓旋转时，液体由于离心力的作用，透过有孔鼓壁而泄出，固体则留在转鼓壁上，可见，离心过滤主要可用来分离含固体量较多．固体颗粒较大的悬浮液。2.1.2分离因数和离心力场的特点（1）分离因数质量为m（㎏）的物料，旋转时产生的离心惯性力Fc（N）为：式中：r为旋转半径，ω为转鼓的回转角速度。分离因数表示分离物料在离心力场中所受的离心惯性力与其重力的比值

离心机的分离因数是指离心机转鼓内壁半径处的值，它是离心机分离能力的主要指标，分离因数越大，分离效果越好。现代工业离心机，分离因数可达几百、几千、甚至上万的数值，超高速离心机中，分离因数可大于五万。分离因数与离心机的转鼓半径成正比，与转速的平方也成正比，为了提高分离机的分离效果和生产能力，一般超高速离心机采用小直径、高转速、长转鼓的结构。（2）转鼓内液体的回转表面

如图所示、装有流体物料的离心机转鼓，在绕它的转轴回转时，鼓内流体就会受到离心力及重力的作用抛向转鼓内壁，形成液面的中间部分凹陷下去，边缘部分则上升，若在液面上任一质点A，受有离心力Fc及重力G的作用，其合力的方向与液面垂直，因而可得分离变量，积分后可得随着转鼓转速的提高，转鼓底逐渐露出来，以致转鼓中间没有液体，如图所示。此时，r=r0，y=0，由上式得将c代入上式，故有：如取r=r1,y=H，则式(5-4)可写成

由式(5—5)可知，当ω2>>2gH时，根号中的第二项接近于零，故得r1=r0，这时转鼓内流体表面变为接近和转鼓壁相平行的同心圆柱。在这种状态下，由于离心力大大超过重力，因此在设计时重力可以忽略，这样，离心机转鼓轴线在空间可以任意布置，均不影响物料在转鼓内的分布，而主要取决于结构的合理和操作的方便。（3）离心液压离心机工作时，处于转鼓中的液体和固体物料层，在离心力场的作用下，将给转鼓内壁

以相当大的压力，称为离心液压，离心液压的计算公式如下式中：pc为离心液压，N/㎡；ρ为分离物料的密度，㎏/m3；r1为转鼓内物料环的内表面半径，m。

离心液压不仅作用在鼓壁上，同时也作用在顶盖和鼓底上。计算转鼓的强度时必须把离心液压考虑进去。（4）哥氏力

当研究回转运动的特性时，除了离心力，必须注意到可能出现的哥氏力。哥氏加速度是哥氏力的来源，哥氏加速度是出于质点不仅作圆周运动，而且也作径向运动或周向运动所产生的。由理论力学可知，当牵连运动为匀角速度定轴运动时，哥氏力加速度的大小为式中u为质点相对于转鼓的径向速度或周向速度。αk方向与u垂直，即相当于