离心分离过程及离心机的分类和选用

离心分离过程及离心机的分类和选用

在化工、石油、冶金、医药等工业部门中，经常需要将生产过程中的各种液相非均一系(液-液、液-固及液-液-固)混合物进行分离处理，以得到所需的产品或半成品。这个过程可采用重力沉降、重力过滤，真空或加压过滤，离心沉降及离心过滤等操作方法达到分离的目的。

 

离心沉降和离心过滤都是利用离心力来实现的操作，在利用离心力作为推动力的离心力场中，情况将大不相同。离心分离与其它操作过程相比，具有如下特点：

①由于离心力是物料本身质量在旋转时产生的，当旋转半径一定时，转速越高，离心力越大，因此，即使是极微小的颗粒或黏度较大的物料，也能得到较大的推动力，从而能较好地进行分离；

②离心力的大小可以改变，所以对于不同物料的分离，可以选择不同的转速。

 

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。采用离心机进行的分离过程，根据其操作原理可分为离心过滤、离心沉降和离心分离三种。

 

(1)离心过滤过程：常用来分离含固体颗粒较大(>10μm)且含量较多的悬浮液。如图所示过滤式离心机转鼓由拦液板1、鼓壁2和鼓底3组成，拦液板作用是使悬浮液不从顶部溢出并在转鼓内形成一定厚度的滤渣层。鼓壁上均匀分布许多小孔，供排出滤液用，转鼓内壁上铺有过滤介质，过滤介质一般由金属丝底网和滤布组成。加入转鼓内的悬浮液随转鼓一起旋转时，在离心力作用下，悬浮液中的固体颗粒沿径向移动被截留在过滤介质表面，形成滤渣层，而液体则透过滤渣层、过滤介质和鼓壁上的小孔被甩出，从而实现固体颗粒与液体的分离。

悬浮液在离心力场中所受的离心力为重力的千百倍，从而强化了过滤过程，加快了过滤速度，而且随着过程的进行，滤渣层在离心力作用下被逐步压紧，滤渣孔隙里的液体也在离心力的作用下被继续排出，从而可得到较干燥的滤渣。

(2)离心沉降过程：常用于分离含固体量较少且粒度较细的悬浮液。如图所示，沉降式离心机的转鼓鼓壁上无孔，不设过滤介质。当悬浮液随着转鼓一起旋转时，在离心力的作用下，固体颗粒因密度大于液体密度而向鼓壁沉降，形成沉渣，而留在内层的澄清液体则经转鼓端部上的溢流口排出。

(3)离心分离过程：离心分离过程就其原理而言，也是一种沉降过程，习惯上是专指分离两种密度不同的液体所形成的乳浊液或含有微量固体颗粒的乳浊液(液-液-固)而言的，在离心力作用下，液体按密度的不同分为内、外两层，重液在外层，轻液在内层，而微量固体颗粒则沉积于鼓壁上，通过一定的装置分别引出，如图所示。用于这种分离过程的离心机称为分离机，其转鼓也是无孔的。

一、关于离心和离心机的两个概念：分离因素和离心力

离心分离过程是靠物料在离心机的转鼓内随转鼓一同高速旋转而形成的离心力场中进行的，物料产生的离心力大小与旋转物料的质量及转鼓直径成正比，与转速的平方成正比。因此，用改变转速来改变离心力最为简便有效。

在离心机中，为了衡量离心力场的强度，通常用分离因素 Fr来表示。分离因素是指被分离物料在离心力场中所受到的离心力 Fc和它在重力场中所受的重力G的比值。显然，分离因素也是离心加速度 与重力加速度的比值。

分离因素是表示离心机性能的重要标志之一，它反映了离心机分离能力的大小，Fr值越大，分离推动力Fc越大，分离效果越好。因此，对固体颗粒小，液体黏度大的难分离的悬浮液或密度差小的乳浊液，要采用分离因素较大的离心机或分离机。

提高离心机的分离能力，用提高转速的办法比增加转鼓直径更为有效，但分离因素的提高是有限度的，对于一定直径的转鼓， Fr的极限值取决于转鼓材料的强度和密度。目前常用的离心机Fr值约在300~1000000之间。由于重力与离心力相比极小，因而在离心机设计中，重力的影响完全可以忽略不计，故离心机的转鼓轴线位置仅取决于结构和操作的方便，可布置在空间的任意位置上。

二、离心机的分类

离心机广泛用于工业生产中，为满足不同生产过程的需要，离心机的品种规格较多，离心机的分类方法也很多，主要有以下几种。

1.按运转的连续性分

①间歇运转离心机。操作过程中的加料、分离、卸渣等过程均是间歇进行，有的过程(加料和卸渣)往往还需要在慢速或停车下进行。如三足式、上悬式离心机等均属此类。

②连续运转离心机。所有操作过程都是在全速运转条件下连续(或间歇)地自动进行。如卧式刮刀卸料离心机、活塞推料离心机及螺旋卸料离心机等。

 

2.按分离过程分

①过滤式离心机。如三足式、上悬式及卧式刮刀卸料离心机等。

②沉降式离心机。如三足式沉降离心机，刮刀卸料沉降离心机和螺旋卸料离心机等。

③分离机。包括管式分离机、室式分离机和碟片式分离机。

3.按分离因素分

①常速离心机。分离因素 Fr<3500，并以Fr=400~1200最为常见，其中有过滤式也有沉降式。此类离心机适用于含固体颗粒较大或颗粒中等及纤维状固体的悬浮液分离，这种离心机转速较低而转鼓直径较大，装载容量较大。

②高速离心机。分离因素Fr=3500~50000。此类离心机通常是沉降式和分离式，适用于胶泥状或细小颗粒稀薄悬浮液和乳浊液的分离。其转鼓直径一般较小，转速较高。

③超高速离心机。分离因素Fr>50000，为分离式。此类离心机适用于较难分离的、分散度较高的乳浊液和胶体溶液。因转速很高，转鼓多做成细长的管状。

4.按卸料方式分

离心机按不同卸料方式可分为人工卸料、机械卸料(刮刀卸料、活塞推料、螺旋卸料等)及惯性卸料(离心力卸料、振动卸料、进动卸料等)等。

此外，还可以按离心机转鼓轴线在空间位置分为立式、卧式等。

离心机的分类方法较多，但由于离心机是一种结构较复杂的典型化工机器，所以对于一种具体型式的离心机，无论采用哪一种分类方法都不能完整地反映其结构、操作等特点。

三、离心机的选择

是一个比较复杂的问题。下面介绍选择过程的一般原则。

1.选择离心机时需考虑的因素

选择离心机时需考虑的因素主要有以下三方面的内容。

(1)分离物料的性质：如悬浮液、乳浊液或液-液-固三相物料的性质；混合物料的浓度和黏度；固相的形状、颗粒大小、相对密度和可压缩性；液相的相对密度、黏度、挥发度、易燃、易爆、有毒、化学腐蚀性等。
(2)要求的分离效果包括：滤液或分离液的澄清度(含固相量)、滤渣或沉渣的干燥度(含湿量)、洗涤效果、颗粒允许的破碎程度等。
(3)分离过程的工艺要求和经济性：如操作温度和压力，生产能力，自动化程度及转鼓材料等。

2.乳浊液分离

乳浊液(包括含微量固相的乳浊液)的分离是基于两液相的相对密度差，所以只能考虑离心沉降和离心分离过程，通常均采用分离机。

管式分离机的分离因素高，宜于用来分离较难分离的乳浊液。但其单机生产能力较小，而且要求乳浊液中的固相含量极少，当固相含量大于1%时，则必须选用碟片式分离机。

 

3.悬浮液的分离

悬浮液的分离根据其性质可以选用沉降式离心机或分离机，也可以选用过滤式离心机。若悬浮液中固相含量较大，粒子直径较大(大于0.1mm)，固相密度等于或低于液相的密度，工艺上要求获得含湿量较低的固相和需要对固相进行洗涤时，应首先考虑使用过滤式离心机。若悬浮液中液相黏度较大，固相含量少，颗粒粒度小(小于0.1mm)，固体具有可压缩性，工艺上要求获得较清的液相，滤网容易被固相物料堵塞又无法再生，则应先考虑使用沉降式离心机或分离机。

管式、室式和人工排渣碟片式分离机均需停机后拆开转鼓将固相排出。因而它们只适于处理含固量很少的物料。环阀排渣和喷嘴排渣碟片式分离机在运转中可以排出固相，因而可以处理含固量较多的物料(少于10%)，但卸出的固相混有大量的液相而呈糊状。螺旋卸料沉降离心机可以得到含湿量较小的固相，能处理含固相更多的物料(多达70%)。

 

过滤式离心机中，三足式、上悬式离心机由于是在低速或停机下卸料，所以对固体颗粒的磨损较小。而刮刀卸料离心机的卸料对固相颗粒有较大的磨损、破坏。活塞推料离心机对固相颗粒的磨损介于上悬式与刮刀卸料式两者之间。总之，要选择价廉适用、制造简单、维修使用方便的离心机。根据所需解决的主要矛盾进行选择，并且在选择过程中还要作经济性比较，就是说既要考虑技术可能性，又要解决经济合理性。

各种国产离心机和分离机的应用范围表，供选择时参考！

 

离心机的应用领域

离心机具有分离效率高、生产能力大、结构紧凑、操作安全可靠和占地面积小等优点。在工业生产过程中离心机基本上属于后处理设备，主要用于脱水、浓缩、澄清、净化及固体颗粒分级等工艺过程，现已广泛用于化工、石油、轻工、食品、医药、纺织、冶金、煤炭、船舶及国防等工业各个领域。例如化肥生产中碳酸氢铵或硫酸铵结晶与母液的分离，联碱厂中重碱的脱水、合成氨生产中催化剂的脱水及磷肥生产中磷石膏的脱水，各种石油化工制品如聚丙烯、聚苯乙烯等的脱液，石油工业中各种油类的净化和提纯，三废处理中的污泥脱水，制糖工业中糖膏的分离，医药工业中各种药物结晶的分离和纺织工业中对各种纤维以及漂洗物的洗涤脱水等。博特盐溶液蒸发器采用离心机分离蒸发结晶产生的盐分，是整套蒸发系统的重要组成部分。