離心分離設備:簡介,工業離心機,工業離心機的起源,工業離心機類型,工作原理,實驗分

離心分離機是利用離心力，分離液體與固體顆粒或液體與液體的混合物中各組分的機械，又稱管式離心機。離心分離機主要用於將懸浮液中的固體顆粒與液體分開；或將乳濁液中兩種密度不同，又互不相溶的液體分開(例如從牛奶中分離出奶油、油和水）；它也可用於排除濕固體中的液體

基本介紹

中文名：離心分離設備
年代：30年代
效率高達：90%以上
世紀：20世紀

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簡介

懸浮液中固體顆粒越細則分離越困難，濾液或分離液中帶走的細顆粒會增加，在這種情況下，離心分離機需要有較高的分離因數才能有效地分離；懸浮液中液體粘度大時，分離速度減慢；懸浮液或乳濁液各組分的密度差大，對離心沉降有利，而懸浮液離心過濾則不要求各組分有密度差。

中國古代，人們用繩索的一端系住陶罐，手握繩索的另一端，旋轉甩動陶罐，產生離心力擠壓出陶罐中蜂蜜，這就是離心分離原理的早期套用。

工業離心機

工業離心機的起源

工業離心機誕生於歐洲，比如19世紀中葉，先後出現紡織品脫水用的三足式離心機，和製糖廠分離結晶砂糖用的上懸式離心機。這些最早的離心機都是間歇操作和人工排渣的。由於卸渣機構的改進，20世紀30年代出現了連續操作的離心機，間歇操作離心機也因實現了自動控制而得到發展。

工業離心機類型

工業用離心機按結構和分離要求，可分為過濾離心機、沉降離心機和分離機三類。

選擇離心離心機須根據懸浮液(或乳濁液)中固體顆粒的大小和濃度、固體與液體(或兩種液體)的密度差、液體粘度、濾渣(或沉渣)的特性，以及分離的要求等進行綜合分析，滿足對濾渣(沉渣)含濕量和濾液(分離液)澄清度的要求，初步選擇採用哪一類離心分離機。然後按處理量和對操作的自動化要求，確定離心機的類型和規格，最後經實際試驗驗證。

工作原理

離心分離機的轉鼓內有數十隻(50-80)形狀和尺寸相同的碟片，碟片按一定間距(0.5-1.2mm)疊置起來組成碟片組，每隻碟片在離開軸線一定距離的圓周上開有幾個對稱分布的圓孔許多這樣的碟片疊置起來時，對應的圓孔就形成垂直的通道。兩種不同重度液體的混合液進入離心分離機後，通過碟片上圓孔形成的垂直通道進入碟片間的隙道，並被帶著高速旋轉，由於兩種不同重度液體的離心沉降速度的不同，重液的離心沉降速度大，就離開軸線向外運動，輕液的離心沉降速度小，則向軸線流動。這樣，兩種不同重度液體就在碟片間的隙道流動的過程中被分開。用於是過濾水中泥沙與其它固體雜質，效率高達90%以上。離心機有一個繞本身軸線高速旋轉的圓筒，稱為轉鼓，通常由電動機驅動。懸浮液(或乳濁液)加入轉鼓後，被迅速帶動與轉鼓同速旋轉，在離心力作用下各組分分離，並分別排出。通常，轉鼓轉速越高，分離效果也越好。

實驗分析用的分離機

一類實驗分析用的分離機，可進行液體澄清和固體顆粒富集，或液-液分離，這類分離機有常壓、真空、冷凍條件下操作的不同結構型式。離心分離機的作用原理有離心過濾和離心沉降兩種。離心過濾是使懸浮液在離心力場下產生的離心壓力，作用在過濾介質上，使液體通過過濾介質成為濾液，而固體顆粒被截留在過濾介質表面，從而實現液-固分離；離心沉降是利用懸浮液(或乳濁液)密度不同的各組分在離心力場中迅速沉降分層的原理，實現液-固分離或液-液分離。衡量離心分離機分離性能的重要指標是分離因數。它表示被分離物料在轉鼓內所受的離心力與其重力的比值，分離因數越大，通常分離也越迅速，分離效果越好。工業用離心分離機的分離因數一般為100～20000，超速管式分離機的分離因數可高達62000，分析用超速分離機的分離因數最高達610000。決定離心分離機處理能力的另一因素是轉鼓的工作面積，工作面積大處理能力也大。

結構

離心分離機由機身、傳動裝置、轉鼓、集液盤、進液軸承座組成。轉鼓上部是撓性主軸，下部是阻尼浮動軸承，主軸由聯接座緩衝器與被動輪聯接，電動機通過傳送帶、張緊輪將動力傳遞給被動輪、從而使轉鼓繞自身軸線超速旋轉。形成強大的離心力場。物料由底部進液口射入，離心力迫使料液沿轉鼓內壁向上流動，且因料液不同組分的密度差而分層。

產品特點

1、乳化液經本機處理後的雜質、污物，容易清理。

2、碳粉、玻璃粉、鋁粉、不鏽鋼粉等微粒子清除分離簡單。

3、無濾材耗損。

4、不會將溶液中的添加物分離。

5、油性、水溶性切削液均適用。

套用

離心機大量套用於化工、石油、食品、製藥、選礦、煤炭、水處理和船舶等部門。

1、製糖工業：砂糖分蜜

2、製鹽工業：晶鹽脫鹵

3、澱粉工業：澱粉與蛋白質分離

4、油脂工業：食油精製

5、啤酒和飲料液：澄清

功能

1、分離設備應能防止外界的微生物混入被分離物料。

2、和分離物料接觸的表面不會產生化學反應吸著滲透及氧化剝落等情況。

3、離心機內部表面與物料接觸部分（離心籃轉鼓、外殼等）必須拋光至相應水平，不允許有凹陷結構，所有轉角均要求圓弧過渡。焊縫必須連續（即無間焊），焊點光滑，焊縫經機械拋光後需經純化處理。

4、離心機應具備就地清洗（CIP）功能（即設備不需移動或拆卸即可進行有效清洗），以防物料與雜質積存。這是設備徹底清洗的必要條件。對於這方面，來自德國GEAWestfalia分離機的完全自動化CIP清洗單元極為可取，已成功用於離心機、儲罐、管道系統和其它設備的清洗。

5、為了保證離心機內部的所有位置能進行充分檢查，離心機外殼蓋應有多種開啟方式，即大翻蓋、小翻蓋和密閉蓋。

6、離心機應具有防止靜電和靜電積累的功能，即機內應採用氮氣密封，通過補充與排空以保持離心機內的微正壓，從而達到整機的防爆要求，對於易氧化的特殊物料亦保證了質量安全。

7、在某些情況下，離心機還應具有就地滅菌（SIP）的潔淨功能，SIP壓力容器在設計上應採用特殊的主軸密封；作為壓力容器設計的機體，應保證所有與物料接觸的設備表面都可以在一定的蒸氣壓力下進行充分滅菌。

8、對刮刀離心機，濾網的選擇十分重要。而雙層輕量化工業塑膠（PP）材質濾網，可防止任何纖維或微小碎片的脫落。而其耐高溫、不變型的特點是SIP高溫滅菌的前提條件。還需考慮殘餘濾餅的去除，以防止各批產品之間的混淆。

9、應具備輔助檢測功能；離心機是高速迴轉機械，通過對設備振動幅度的連續檢測，可以在離心機產生傷害振動時預報警，並做出相應的保護動作。另外，還有氧氣檢測裝置等。在GlacierMetalCo.Ltd.的專利產品離心分離機中設定檢查閥及可減少噪聲的裝置等。

10、採用隔離裝置使離心機處理物料的工藝區和包括傳動和液壓系統的設備區分開。

發展

受新技術推動以及相關產業發展的影響，國外離心分離技術的進展主要體現在以下幾個方面：

加強理論研究，選擇最佳設計方案　

瑞典ALFA-LAVAL公司，在碟片流道研究中發現，碟片間隙橫斷面上的速度分布取決於一個無量綱數“λ”，而工業離心機的“λ”通常在5～28之間。隨著“λ”值的增加，碟片的轉速增加，薄層減少，可提高雷諾數並緩和渦流。通過對碟片間隔件和分布孔的巧妙設計，進料量可增加20%。

研究人員為選擇最佳方案，採用流場分離法、有限元模擬法、大梯度密度梯級法、反模態分析法等，對離心機的工作性能和關鍵零件進行了理論研究。如俄羅斯的B?西斯傑爾推導了一系列的公式，用於分析離心機的流體動力學問題，為設計性能優良的離心機提供了理論依據。並對帶內洗滌的臥螺離心機中堰池深度進行了最佳化研究。

技術參數的提高和新機型的問世

為了提高產品的純度，及滿足能源和環保的要求，高參數已成為國外機型的發展特點。由於生物工程需要分離極細的顆粒，如細菌、酶及胰島素等，且細胞越小，回收率越低。德國Westfalia公司用SA7-47-476型活塞碟式機試驗，結果發現NM（neisseriameningitidis）細胞尺寸為0.8×1.0μm，回收率約為80%，而TP（treponemaphagedenis）細胞尺寸為0.2×10μm，回收率僅約為10%。故用於生物工程的最新碟式機已可處理0.1μm微粒，並具有較高的轉速。如瑞典ALFA-LAVAL公司的BTAX510型和德國Westfalia公司的CSA160型，其分離因數可達15000。

隨著工藝要求的提高，新機型不斷問世。美國Dorr-Oliver公司用於澱粉工業的BH-46型Merco噴嘴碟式分離機，轉鼓內徑已達1.2m，轉鼓重量為4.5T而機器總重21T，用2個功率為220kW的電機驅動，最大生產能力為BH-36型的2倍，即450M3/h，當量沉降面積已達250,000m2，為碟式分離機之最。

瑞典ALFA-LAVAL公司用於生物技術的BTUX510型碟式分離機，具有自動調節的渦流噴嘴。利用噴嘴進料黏度和濃度的關係，提供恆定的固相排放濃度，與進料速度和固體含量的變化無關。而具有10000分離因數的臥螺離心機，可從某種程度上彌補管式分離機的不足。BTNX3560-A型的特點是先進的旋轉動態設計。主軸承改為彈性安裝，可延長軸承壽命，且可大大降低機器運轉時的噪音；齒輪箱與轉鼓採用減振連線，這可提高轉子的臨界轉速；輸送管的超大直徑設計。

德國Krauss-Maffei公司最新研製的SZ型活塞推料離心機，尺寸雖小，卻更能有效進行固液分離。還有德國Flottweg公司用於處理難分離物料的雙錐體臥螺離心機等。

強化動態監測和自動化

隨著自動控制和感測技術的發展，許多先進的自動控制手段已被引入離心機中，並對離心機運行過程中的各項參數，如溫度、流量、速度、振幅和噪音等進行全方位的測量。即在離心機中安裝各種性能的感測器，將收集的各種信息輸入計算機，經系統處理後，可及時了解各種參數的變化以採取相應的措施。由此出現了無人操作的碟式分離機。

各種組合機和專用機　

ALFA-LAVAL公司在碟式分離機上組合螺旋輸送器，Krauss-Maffei公司的活塞推料機上組合錐形轉鼓等。此外為提高離心機的分離性能和尋求最佳操作工況，Westfalia公司的碟式分離機品種之多已是世界之最。

設計方面的進展

隨著計算機技術的發展，CAD技術與模組化設計已普遍使用。全球市場競爭的愈加激烈，製造業面臨著提高客戶價值的巨大挑戰。20世紀90年代以來，“大規模定製”在製造業逐步興起。即“以近似於大批量生產的效率生產商品和提供服務以滿足客戶的個性化需要”。由於設計在產品生命周期中的重要性，面向大規模定製的設計（DFMC）已成為設計方面的新動向。

新材料的套用

為了提高分離機械的性能、強度、剛度、耐磨性和抗腐蝕性，一批新型材料不斷湧現。如，工程塑膠、硬質合金以及性能優良的耐磨耐蝕不鏽鋼材料。法國曾研製了一種用硬質陶瓷材料製成的轉子，轉子的外層採用單絲纏繞的方法，以增加轉子的強度；英國也曾研製了由合成樹脂構成的連續纖維複合材料轉子。但在碟片式分離機中，由於需要較高的機械強度和一定的耐腐蝕性能，雙相組織的不鏽鋼為西歐國家生產分離機的廠商所廣泛採用。俄羅斯研製成功了一種新型的奧氏體-鐵素體雙相鋼04X25H5M2（04Cr25Ni5Mo2）。這種鋼材的鍛件用於轉鼓製造，具有足夠的機械強度和一定的塑性。

為了彌補耐蝕和強度這一材料矛盾的不足，一些先進的製造商，普遍採用了轉鼓的自增強技術。此外，德國WischnouskiiF等[研製了用於分離轉鼓的16]新材料，這種離心澆鑄的雙相不鏽鋼具有機械強度高、塑性和耐腐蝕性好等特點。

離心分離機未來的發展趨勢將是強化分離性能、發展大型的離心分離機、改進卸渣機構、增加專用和組合轉鼓離心機、加強分離理論研究和研究離心分離過程最佳化控制技術等。化分離性能包括提高轉鼓轉速；在離心分離過程中增加新的推動力；加快推渣速度；增大轉鼓長度使離心沉降分離的時間延長等。發展大型的離心分離機，主要是加大轉鼓直徑和採用雙面轉鼓提高處理能力使處理單位體積物料的設備投資、能耗和維修費降低。

理論研究方面　

主要研究轉鼓內流體流動狀況和濾渣形成機理，研究最小分離度和處理能力的計算方法。

離心分離技術

離心分離是當今最快速、經濟、有效的淨化方法

特點：

快速：離心分離速度是自然沉降方式的分離速度的5000-10000多倍。

經濟：不用更換濾芯，運行成本低。占地小，緊湊

有效：1、同時進行液、液、固三相分離。2、處理能力強。

離心分離=乾淨的冷卻液、清洗液

冷卻液、清洗液一直處於乾淨狀態

優點：

1、普通過濾器去不了的細小顆粒（20μ以下），離心機很容易將它們去掉（1μ以上，99%去掉）。

2、浮油控制在0.5%以下,分出來的油是純淨的油,純度可達99%。

3、延長工作液體使用壽命。

4、清洗液——6倍。

5、冷卻液——長達10年。

6、更少的停機時間—更換工作液次數減少，更多的工作時間。

7、延長刀具的使用受命—切削液浮油含量從5%降低到0.5%的話刀具的壽命可延長20%、更加符合環保要求—使用壽命延長，廢液排放就減少，處理費用省了，更加環保了。

離心分離設備