Chapter5 离心分离技术及设备
5.1 离心沉降原理
离心沉降是利用旋转运动的离心力以及两相密度差异进 行分离、浓缩和提纯的一种方法。
旋转半径为r、旋转角速度为ω、质量为mp的分散相颗粒 所受的离心力为：
Fc mp 2r
层流状态下颗粒的离心沉降速度为：
ห้องสมุดไป่ตู้
u
p f
d
2 p
2r
18 f
5.1 离心沉降原理
滤网
离心过滤机工作原理图
5.3 离心过滤设备
以间歇离心过滤为例，料液首先进入装有过滤介质(滤 网或有孔套筒)的转鼓中，然后被加速到转鼓旋转速度，形 成附着在鼓壁上的液环。与沉降式离心机一样，粒子受离 心力而沉积，过滤介质则阻止粒子的通过，形成滤饼。当 悬浮液的固体粒子沉积时，滤饼表面生成了澄清液，该澄 清液透过滤饼层和过滤介质向外排出。
出渣口
筋条
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
卧螺离心机工作时，转鼓和螺旋输料器是同速旋 转还是差速旋转？若为差速旋转，是同向差速还 是异向差速旋转？
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
上述卧螺离心机的螺旋输料器为右旋旋向，自差 速器一端看去，转鼓以逆时针旋向转动。试分析 转鼓和螺旋输料器哪个的转速更快。
卸渣方式： a.人工排渣的碟片离心机 b.喷嘴排渣碟片式离心机 c.活塞排渣碟片式离心机
4. 碟片式离心机——人工排渣碟片离心机
转鼓由圆柱形筒体、锥形
顶盖及锁紧环组成。转鼓中间
有底部为喇叭口的中心管料液
分配器，中心管及喇叭口常有
纵向筋条，使液体与转鼓有相
同的角速度。中心管料液分配
器圆柱部分套有锥形碟片，在
离心分离因子K：离心加速度与重力加速度的比值。
2r 2 n / 602 r
K
g
g
n：离心机转子每分钟的转数。
相对离心力Fr：实际离心场转化为重力加速度的倍数。
Fr K g
离心因子和相对离心力是衡量离心设备离心程度的 重要技术参数
5.1 离心沉降原理
根据Fr对离心机分类： 常速离心机: Fr＜3000g，分离颗粒 不大的悬浮液和物料的脱水 中速离心机: 3000g＞ Fr ＜50000g ，分离乳浊液和细粒悬浮液 高速离心机: Fr ＞50000g，分离超 微细粒悬浮液和高分子胶体悬浮液
4. 碟片式离心机
碟片结构： 1.碟片用薄的不锈钢冲成； 2.碟片呈圆台形； 3.在碟片上开有对称的孔。
4. 碟片式离心机
4. 碟片式离心机
碟式分离机转鼓内有一组碟片，把转鼓空间分成许多 薄层分离空间，从而大大缩短沉降距离，改善和提高分离 效果。
任何处于两碟片之间的极限颗粒若能在此路程段中到 达碟片内表面，则可以被分离出来。
6. 刮刀沉降离心机
转鼓直径通常达 300~1200mm，分离因 数最大为1800，最大处 理量可达18m3/h。分离 过程与除渣过程交替进 行，为间歇操作。
5.3 离心过滤设备
离心过滤是将料液送
滤饼
入有孔的转鼓并利用离心
力场进行过滤的过程，以
离心力为推动力完成过滤。
兼有离心和过滤的双重作 用。
3. 多室离心机
转鼓内有数个同心圆筒组成 的环隙状分离室。各分离室的 流道串联。操作时，悬浮液自 中心进料管加入转鼓中，由内 向外顺序流经各分离室。在逐 渐增大的离心力作用下，悬浮 液中的粗颗粒沉积在内部的分 离室壁上，细颗粒沉积在外部 的分离室壁上。
缺点：出渣比较困难。
3. 多室离心机
操作：间歇式，粒度筛分，澄清的分离液经溢流口 或由向心泵排出
离心机的转鼓由上下两部 分组成，下转鼓通过液压的作 用能上下运动。操作时，转鼓 内液体的压力进入上部水室， 通过活塞和密封环使下转鼓向 上顶紧。卸渣时，从外部注入 高压液体至下水室，将阀门打 开，将上部水室中的液体排出； 下转鼓向下移动，被打开一定 缝隙而卸渣。卸渣完毕后，又 恢复到原来的工作状态。
4. 碟片式离心机——喷嘴排渣碟片式离心机
操作：连续式 应用：
多用于悬浮液的浓缩。 主要技术参数： A、固体浓度＜25％ ； B、颗粒d为0.1~100μm； C、转鼓直径达900mm； D、喷嘴2~24个，直径
0.5~3.2mm； E、浓缩比达5-20。
4. 碟片式离心机——活塞排渣碟片式离心机
B、离心力很高。
1－转鼓底；2－锁紧环；3－转鼓盖； 4－向心泵；5－分隔碟片；6－碟片；
7－中心管及喇叭口；8－筋条
4. 碟片式离心机——喷嘴排渣碟片式离心机
转鼓由圆筒形改为 双锥形，既有大的沉渣 储存容积，也使被喷射 的沉渣有好的流动轮廓。
特点：结构简单， 生产连续，产量大等。 喷嘴易磨损，需要经常 更换，喷嘴易堵塞。
卧式螺旋卸料沉降离心机是利用离心沉降原理分离悬浮 液的设备，它主要用于完成固液相有密度差的悬浮液的固相 脱水、液相澄清、粒度分级、浓缩等工艺过程。
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
原理：转鼓与螺旋以一定差速同向高速旋转，物料由进料 管连续引入输料螺旋内筒，加速后进入转鼓，在离心力场作用 下，较重的固相物沉积在转鼓壁上形成沉渣层。输料螺旋将沉 积的固相物连续不断定推至转鼓锥端，经排渣口排出机外，较 轻的液相物则形成内层液环，由转鼓大端溢流口连续溢出转鼓， 经排液口排出机外。
4. 碟片式离心机——活塞排渣碟片式离心机
操作：断续式 应用：
A、可用于难分离的物料； B、悬浮液分离。 主要技术参数： A、固体浓度＜5％ ； B、颗粒d为0.1~500um； C、固液密度差＞0.01g/cm3 ； D、处理能力达40m3/h； E、离心力强度5000~9000g。
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
转鼓内有一组锥顶角为60~100 度的互相套叠在一起的碟形零 件——碟片。碟片与碟片间的距 离用附于碟片背面的具有一定厚 度的狭条来控制，碟片的距离为 0.5~2.5mm。
4. 碟片式离心机
当转鼓连同碟片以高速旋 转时，碟片间的悬浮液中的固 体颗粒因其有较大的质量，优 先沉降于碟片的内腹面，并连 续向鼓壁方面沉降，澄清的液 体则被迫反方向移动而在转颈 部进液管周围的排液口排出。 沉渣沿碟片表面滑动而脱离碟 片并积聚在转鼓内直径最大的 部位，分离后的液体从出液口 排出转鼓。
4. 碟片式离心机
两种不同重度液体的混合液 进入离心分离机后，通过碟片上 圆孔形成的垂直通道进入碟片间 的隙道，并被带着高速旋转，由 于两种不同重度液体的离心沉降 速度的不同，重液的离心沉降速 度大，就离开轴线向外运动，轻 液的离心沉降速度小，则向轴线 流动。这样，两种不同重度液体 就在碟片间的隙道流动的过程中 被分开。
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
主电机
副电机
转臂 差速器 转鼓
螺旋 进料口
卧式螺旋卸料离心机的结构示意
进料管
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
卧式螺旋卸料离心机的工作原理示意
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
轴承座 转鼓部件 螺旋部件 主电机 传动装置保护罩
进料管
罩壳 机座
差速器
减震2 器
7
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
5.3 离心过滤设备
卧式刮刀离心过滤机
5.4 离心分离设备的选型
思考题： 1、层流状态下颗粒离心沉降速度的计算。 2、离心分离因子及相对离心力的概念。 3、常见离心沉降分离设备的主要原理及应用。 4、离心过滤设备的主要原理。 5、离心分离设备的选型原则。
5.2 离心沉降设备
1. 瓶式离心机
外摆式
角式
固定式
实验室常用 低、中速离心机，
转速一般在3000～
6000rpm 转子常为外摆式或
角式 操作：一般在室温
下，也有配备冷却 装置的冷冻离心机
1. 瓶式离心机
离心管主要用塑料和不锈钢制成。 塑料离心管常用材料有聚乙烯（PE），聚碳酸酯（PC）， 聚丙烯（PP）等，其中PP管性能较好。 塑料离心管都有管盖，离心前管盖必须盖严，倒置不漏液。 管盖有三种作用： ① 防止样品外泄。用于有放射性或强腐蚀性的样品时， 这点尤其重要。 ② 防止样品挥发。 ③ 支持离心管，防止离心管变形。
应用： A、液-液分离； B、固相浓度小于5％的固-液分离。 主要技术参数： A、3-7个分离室（若干同心圆分隔成）； B、分离因子2000~8000g； C、处理能力2.5~10 m3/h； D、颗粒d >0.1m，固体浓度<5％。
4. 碟片式离心机
碟式离心机是立式离心机的 一种，转鼓装在立轴上端，通过 传动装置由电动机驱动而高速旋 转。
2. 管式离心机
2. 管式离心机
操作：间歇式或连续式，还可以冷却 应用：A、液-液分离(连续式)；
B、低固体含量(<1%)的固-液分离。 主要技术指标：
A、离心管直径40-150mm，长径比4-8； B、离心力强度15000-65000g； C、处理能力100-400 L/h； D、适应的颗粒直径0.01-100m，固液密度差＞ 0.01g/cm3，固体含量＜1%。
碟片束上有分隔碟片，其颈部
有向心泵。
1－转鼓底；2－锁紧环；3－转鼓盖； 4－向心泵；5－分隔碟片；6－碟片；
7－中心管及喇叭口；8－筋条
4. 碟片式离心机——人工排渣碟片离心机
操作：间歇式
应用：
A、液-液分离；
B、固相浓度小于2％的固-液分离；
C、澄清作业。
主要技术参数：
A、固体浓度1-2％ ；
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
操作：连续式 应用： A、固液分离； B、高浓度的大颗粒。 主要技术参数： A、分离因子＜6000g；转鼓直径~900mm； B、适应的颗粒直径2μm~5mm，固体含量1-50%； C、固液密度差＞0.05g/cm3； D、处理量可达60t/h； E、操作温度高，可＞300C；操作压力一般为常压。