表2
进料浓度
粗粒子数 ( 个/5 5
粗组分浓度
(g/ L) ∀ 10- 4cm3) ( g/ L)
细组分浓度 粗细比 ( g/ L) ( 重量)
182 0
5
430 0
115 9 0 99&1
141 7
2
123 5
1
253 3
92 4
78 5
1 09&1
可以看出, 在其它条件不变的情况下, 进料浓 度增加, 细组分中的粗粒子会增加, 粗细组分的浓 度也会增加。进料浓度降低, 卧螺离心机的生产能 力会降低。对于浓度为 182 0g/ L 的浆料, 只要将 变频器频率提至 42Hz 时( 转速 4032r/ min) , 细组分 中的粗粒子数可降至 1 个。所以进料浓度一般控 制在 160~ 180g/ L 较合理。
18 Q ln( r 2/ r 1) !2 ∀L ( r22- r12)
( 5)
当挡板尺寸为 135mm, 进料浓度为 182g/ L,
转鼓转速为 4032r/ min( 42Hz) , 求得最大颗粒粒度
xmax= 1. 2 m( r1= 0. 065m, r 2= 0. 11m, = 0. 008N% s/ m2, Q = 510L/ h, L = 0. 67m, = 2850kg/ m3) 。
1#
135 20
40
700
<5
700
<5
转速增加, 细组分的粗粒子减少, 有利于分级。 3#
135 15
44
840
<5
但转速增加, 粗组分浓度增加, 流量也增加, 细组分
不同物料由于水分散性、粗粒子数等性质上存
浓度降低, 流量减小, 粗细比增加, 卧螺离心机的工 在差异, 必须要对卧螺离心机的参数进行调整, 以
作效率降低。转速太高也能使粗组分紧贴在转鼓 满足所需要的分级效果。
内壁上, 螺旋推料器负荷增加, 容易造成卧螺离心 机损坏, 所以只要能达到所需要的分级效果, 就不
4 卧螺离心机各参数对分级影响的分析
要将转速调得过高。 3 4 挡板尺寸
4 1 进料浓度的影响
挡板尺寸对分级效果的影响见表 5。 试验条件: 差速 10r/ min, 进料速度 800L/ h。
上述条件下的实际试验结果是大于 5 m 的粗
粒子有 1 个, 这说明以上两个假设与实际情况有差
距。浆料浓度在 180g/ L 时, 颗粒间是有相互作用
的, 实际径向速度比理想情况下的径向速度小。流 体在转鼓内的实际流动并不是 活塞流 , 再加上螺 旋出料器在转鼓内的扰动, 所以, 浆料在转鼓内的 实际流动情况相当复杂。
关键词 卧螺离心机 分级 二氧化钛
卧式螺旋卸料沉降离心机( 以下简称 卧螺离 心机 ) 普遍被用来澄清悬浮液、回收晶体和聚合物 等, 也被用作矿浆或其它浆料的脱水, 近年来已广 泛应用于城市和工业污泥的脱水。随着超细粉体 材料科学的飞速发展, 卧螺离心机也被用来进行颗 粒的分级, 如淀粉、氧化锆等。本文将介绍卧螺离 心机在化纤用二氧化钛工业制备分级中的应用。
4 2 进料速度的影响 进料速度直接影响到物料在转鼓内的停留时 间, 在挡板高度等其它条件不变的情况下, 进料速 度大, 物料在转豉内的停留时间则短, 大颗粒还没 有来得及沉降就随小颗粒一起流出转鼓, 使大颗粒 与小颗粒分离不开。物料在转鼓内的停留时间也 不可过长, 停留时间过长, 粗组分的浓度增加, 流动 性变差, 不利于出料, 所以要选择适当的进料速度。
表5
粗粒子数
挡板尺 寸( mm)
进料浓 度( g/L)
变频器频 率( Hz)
( 个/5 5 ∀ 10- 4cm3)
粗组分 浓度
(g/ L)
粗细比 ( 重量)
133 182 0
40
1
326 5 1 83&1
135 182 0
42
140 163 6
50
145 163 6
50
1 > 100 > 100
409 0 1 25&1 膏状 1320 0 膏状 1320 0
2 2 分级极限粒度的预测
假设: 忽略颗粒间的相互作用, 则颗粒的径向
速度大小可用 Stokes 定律来估算:
dr dt
=
x 2 r!2 18
( 1)
式中 x # # # 颗粒粒度 r # # # 粒度为 x 的颗粒的径向位置
t # # # 该颗粒受到离心加速度作用的时间
# # # 固液相密度差
# # # 浆料的粘度 假设: 浆 料沿转鼓轴向 流动速度分 布是均匀
化纤用二氧化钛的制备分两步: 原料制备和表 面处理。表面处理步骤为: 原料干粉 ! 打浆 ! 湿磨 !分级 ! 表面处理 ! 成品。
分级就是将粒径大于 5 m 的粗粒子从浆料中 分离出来, 返回打浆槽, 细料用来做后序加工, 细料 中的粗粒子要求小于 5 个/ 5 5 ∀ 10- 4cm3。
1 卧螺离心机的结构及工作原理
3 卧螺离心机各参数对分级效果的影响
本次 工业 制备的 分级 能力 为 300t / a 二 氧化 钛, 通过调节进料浓度、进料速度、转速、挡板尺寸, 差速等来得到最佳的分级效果。
3 1 进料浓度 表 2 为进料浓度对分级效果的影响。 试验条件: 差速 10r/ min, 挡 板 135mm, 变频 器频率 40Hz( 转速 3840r/ min) , 进料速度 680L/ h。
第 27 卷 第 11 期
流体机械
11
卧式螺旋卸料沉降离心机用于化纤用 二氧化钛的分级试验
华东理工大学 王彦华 方图南 王庭楠
摘 要 介绍了卧式螺旋卸料沉降离心机在化纤用二氧化钛分级中的应用, 着重介 绍进料浓度、进料速度、转速、挡板尺寸、差速等参数对分级的影响, 分析了各参数对分级 影响的原因, 以便找到最佳的运行参数, 使卧螺离心机发挥更好的分级效果。
图3
如图 3 所示, 物料进入离心机后, 大颗粒在离 心力的作用下, 会在小颗粒和分散介质中作沉降运 动, 这一相对运动也可以看作是分散介质夹带着小 颗粒在大颗粒间隙中运动, 物料浓度越大, 颗粒间 间隙就越小, 分散介质和小颗粒在大颗粒间隙中运 动的阻力就会增加。相反, 物料浓度越低, 分散介 质和小颗粒在大颗粒的间隙中运动的阻力就越小, 所以物料浓度越高, 越不利于物料的分级。但物料 的浓度也不可过低, 物料浓度过低, 分离效果虽然 较好, 但卧螺离心机的产量会大大降低, 所以必须 选择适当的进料浓度。
3 5 差速 差速增加有利于粗组分的出料, 但粗组分的浓 度会有所降低, 粗组分的流量会增加, 粗细比增大, 同时细组分中的粗粒子数也会增加。因为差速增
加造成卧螺离心机转鼓内液面的扰动增加, 因此影 响分级。所以在粗组分浓度不是很高、流动性不是 很差的情况下, 差速还是低一些有利于卧螺离心机 的分级。如果粗组分的浓度太高流不出来, 则必须
走完分离区后能刚好到达转鼓壁 B 点, 该颗粒就
不能流出溢流挡板。以积分限 r = r1, z = 0 和 r =
r 2, z = L, 对式( 3) 积分, 得:
ln( r 2/ r 1) =
!2x 2 ∀L( r 22- r 21)
18
Q
( 4)
永远无机会随浆料流走的最大颗粒粒度为:
xmax =
挡板尺寸增加, 卧螺离心机转鼓内沉降区域缩 短, 干燥区域增长, 粗组分浓度增加, 流动性变差, 细组分中的粗粒子增多, 分级效果变差。反之, 挡 板尺寸减小, 有利于分级, 但挡板尺寸也不可降得 太小, 降得太小, 细组分的总量会大大下降, 粗细比 大, 虽然分级效果较好, 但效率太低。所以必须适 当选择卧螺离心机的挡板高度。
细组分浓度 粗细比 ( g/ L) ( 重量)
820
11
134. 6
680
5
430. 0
115. 9 0 99&1
580
2
458 7
123 6 0 78&1
在其它条件不变的情况下, 进料速度减小, 细 组分中的粗粒子减少, 粗组分浓度增加, 流动性变 差, 粗组分的量减少, 生产能力降低; 反之, 进料速 度增大, 分级效果变差, 细组分中的粗粒子增加, 粗 组分浓度降低。对应于一定的物料有一个最佳的
2 卧螺离心机分级极限粒度的预测
2 1 粒度分布 用 BI- 90 测得的粒度分布如表 1 所示。
收稿日期: 1999 # 05 # 19
12
流体机械
1999 年 11 月
表1
粒径( nm) < 212 < 276 < 372 < 500 < 653 累计分布( % ) 10 25 50 75 90
卧螺离心机的结构见图 1, 其型号为 WL220 # 930, 上海离心机研究所研制, 主要部件为转鼓和螺 旋推 料 器。转 鼓 内 径 为 220mm ( 最 大) , 长度 为 900mm, 其中圆筒部分( 沉降区) 长度 700mm, 圆锥 部分( 干 燥区) 长 度 230mm, 长 径比 为 4 23, 锥角 10∃; 螺旋推料器的外径为 218mm( 最大) , 长度和锥 度与转鼓相对应, 转鼓与螺旋推料器的间隙为 1mm。转鼓的最 大转速为 4800r/ min, 即 卧螺离心 机的分离因素为 2524。最大转速下螺旋推料器与 转鼓的速度差称为差速, 差速是通过减速机来实现 的, 差速有 10、20、30r/ min 三档可调节。卧螺离心 机的转速可通过变频器在 0~ 4800r/ min 间任意调
的, 即所谓的 活塞流 , 则
dz dt
=
Q ∀( r22-
r
2 1
)
( 2)
式中 Q # #பைடு நூலகம்# 浆料的体积流量