图1.1 离心机的分类
1.3离心沉降
离心沉降由三个物理过程组成[ 4 ]，即：固体的沉降，按照介质对其中物体运动阻力的流体离心进行；沉渣压实，按照分散系得离心规律进行；从沉渣中排出部分由分子力所保持的液体。离心沉降理论，是由安布勒(Ambler)于1952年首次提出，其后又进行了更深的探讨。 1.3.1离心沉降分离技术的基本原理
离心沉降在离心力作用下使分散在悬浮液中的固相粒子或乳浊液中的液相粒子沉降的过程。沉降速度与粒子的密度、颗粒直径以及液体的密度和黏度有关，并随离心力亦即离心加速度的增大而加快。离心加速度值an??2r可随回转角速度?和回转半径r的增大而迅速增加。因此，离心沉降操作适用于两相密度差小和粒子速度小的悬浮液或乳浊液的分离。
第2页 共35页
图1.2 离心沉降分离原理图
离心沉降离心沉降它是利用混合物各组分的质量不同，采用离心旋转产生离心力大小的差别，使颗粒下沉而液体上升，达到清洁、分离目的的方法。
组成悬浮系的流体与悬浮物因密度不同，在离心力场中发生相对运动，因而使悬浮系得到分离的沉降操作。当悬浮系作回转运动时，密度大的悬浮物（固体颗粒或液滴）在惯性离心力的作用下，沿回转半径方向向外运动。此时，颗粒或液滴受三个径向作用力：①惯性离心力Fc?m?2r，式中m为颗粒质量；?为回转角速度；r为旋转半径。②浮力(方向与惯性离心力相反)。③流体对颗粒作绕流运动所产生的曳力。颗粒在此三力的共同作用下,沿径向向外加速运动。对于符合斯托克斯定律的微小颗粒，径向运动的加速度很小，上述三力基本平衡。
离心沉降同一颗粒在相同介质中分别作离心沉降和重力沉降时,推动颗粒运动的惯性离心力Fc与重力之比称为离心分离因数，它是反映离心沉降设备性能的重要参数。
1.3.2离心沉降分离机的种类
(1)旋风分离器
含尘气体由矩形进口管沿切向进入器内,在器壁的作用下作圆周运动。颗粒被惯性离心力抛至器壁，并汇集于锥形底部的集尘斗（灰斗）中。净化了的气体从中央排气管离去。旋风分离器的分离因数约为5～2500，一般可分离5～75μm的细小尘粒。旋风分离器构造简单，没有运动部件，操作不受温度、压力的限制，广泛应用于很多工业部门，用于除去气体中的粉尘，或从气体中回收有用粉料。
(2)旋液分离器
其构造和工作原理与旋风分离器基本相同，主要用于悬浮液的增稠或所含固体颗粒的水力分级。
(3)螺旋卸料离心机
在长锥形转鼓内装有螺旋推料器，料浆加在转鼓中部，澄清液从转鼓大头端面的窗口溢出，沉积在转鼓内壁的沉淀，由螺旋推料器推向转鼓小头，经沥干后卸出。此机适宜于处理细分散悬浮液，能获得含水率较小的固体沉淀。
(4)碟式分离机
第3页 共35页
在转鼓内装有许多倒锥形碟片，碟片直径一般为0.2～0.6m，碟片数为50～100。转鼓转速为4700～8500r/min，分离因数可达4000～10000。碟式分离机可用于分离乳浊液(如油料脱水等)，也可用于澄清含有少量微细颗粒的液体。
(5)管式高速离心机
采用长径比很大的管状转鼓，以便增加转速，提高分离因数。此种离心机的转速通常高于15000r/min，分离因数可达12500。主要用于含细小液滴的乳浊液分离和含少量微细颗粒的悬浮液分离。 1.4螺旋卸料沉降式离心机 1.4.1螺旋卸料沉降式离心机的概况
螺旋卸料沉降式离心机是高速运转，连续进料、分离分级、螺旋推进器卸料的离心机，螺旋卸料沉降式离心机分立式螺旋卸料沉降式离心机和卧式螺旋卸料沉降式离心机，本文研究的是卧式螺旋卸料沉降式离心机。现该离心机已广泛用于石油、化工、冶金、煤炭、医药、轻工、食品等工业部门和污水处理工程。它利用离心沉降法来分离悬浮液，能连续操作、处理量大、无滤布和滤网、单位产量的耗电量较少、适应性强、维修方便、能长期运转。
最初的卧式螺旋卸料离心机是由两对开式齿轮传动获得转鼓与螺旋之间的差转速，以输送沉渣并被应用于淀粉工业上。真正现代的有实用价值的第一台螺旋离心机首次使用了二级行星齿轮差速器．卧螺离心机出现后，由于具有突出的优点而得到了迅速的发展。
螺旋卸料沉降式离心机是国际上五十年代发明的机械，七十年代，我国开始引进。国产化一些机型成为原化工部七五科技攻关项目。八十年代我国就开始测绘，己测绘德国FIOTTWE公司、美国SHAPLESS公司、法国GUINARD公司、瑞典
ALFA-Laval公司等国外著名公司生产的多种规格的离心机，并进行仿制，国家当时在全国组织6个生产厂家进行仿制生产。现国内己能生产的螺旋卸料沉降式离心机有WL200，WL350，WL450，WL600，LW800，DLW430，LW350，LW400，LW500，LW620等。
随着工业的飞速发展，各行业对高精度、高质量设备的需求量不断增加，当前各种类型的离心机品种繁多，各具特色，并且都向提高技术参数、系列化，机电一体化方向发展。螺旋卸料沉降离心机由于能够连续出料，生产能力大，对物料的适应性强，结构紧凑，占地面积积少等特点，因此应用越来越广泛。目前其发展速度很快，但从总的趋势看；
(1)为了提高单机生产能力，采取加大转鼓直径，增加长径比的方法，如GUINARD公司的D型螺旋卸料沉降式离心机，转鼓直径最大的为1500mm,长径比为4.7。
(2)为了分离固相颗粒比较细，粘度大的悬浮液，采取提高转速度方法，如阿法拉法公司生产的4500离心机，转鼓直径310mm，转速达7600r/min，这样高的转速，目前我国还不能达到。
(3)目前国外离心机正朝着机电一体化方向发展，己实现在离心机上对分离物料
第4页 共35页
的自动检测与调节，机械性能自动保护，振动的随机检测和自动报警，过载保护分离反馈等。我国目前已开始注意机电一体化的研究与应用，但在离心机方面也只是刚刚起步。
(4)适应不同物料及工况的需要，目前国内外离心机制造厂又推出来许多不同型号的防爆型离心机，用于易燃易爆场合的物料分离。
1.4.2卧螺离心机的工作原理
卧螺离心机的工作原理如图1.1、图1.2所示，电机通过大、小端带轮分别带动转鼓、差速器旋转，高速旋转的转鼓内有同心安装的具有螺旋叶片的推进器，转鼓由轴承座支撑。转鼓通过右轴承座处的空心轴与差速器的外壳相连接，差速器的输出轴带动螺旋输送器与转鼓同向转动，但转速不同，其转差率一般为转鼓转速的0.2～3%。需分离的物料从进料管进入机内，经过螺旋输送器进到转鼓内。在离心力的作用下，转鼓内形成一个环形液池，重相固体粒子离心沉降到转鼓内表面上而形成沉渣，由于螺旋叶片与转鼓的相对运动，沉渣被螺旋叶片推送到转鼓的小端。沉渣从小端排渣孔排出。在转鼓的大端盖上开设有若干个溢流孔，处理后的液体从此处排出。大端溢流孔位置可以安装可调节的溢流挡板，通过调节溢流口位置、机器转速、转鼓与螺旋输送器的转速差、进料速度就可以改变沉渣的含湿量和澄清液的含固量。
图1.1 卧式螺旋沉降式离心机简图
第5页 共35页
图1.2 卧式螺旋沉降式离心机转鼓简图
1.4.3卧螺离心机的主要优缺点
(1)优点
①自动、连续操作，无滤网和滤布，能长期运转，维修方便。 ②应用范围广。它能完成下列分离过程： a.固相脱水 对易分离物料，其脱水效果与过滤式离心机一样好。对含有可压缩固相的悬浮液，在过滤离心机上分离效果很差，甚至无法分离；用卧螺离心机能完成此分离过程。 b.液相澄清
它对液相的澄清效果虽然不如分离机，但是可获得比分离机干得多的沉渣，而允许的悬浮液固相浓度比分离机高的多。 c.可分离固相重度比液相轻的悬浮液
通常这种物料是用过滤式离心机来分离的，但是当固相是可压缩的物料或滤布清洗、再生有困难时，只有依靠这种结构上稍加改进的离心机进行分离。 d.液-液-固分离
固相含量大于14%的液-液-固混合物，在碟式分离机上就难以分离。一般分离这种物料要先进行液-固分离，再进行液-液分离。然而，用卧螺离心机可以直接把固相和轻、重液相一次分离。 e.粒度分级
通过卧螺离心机可以将固相按颗粒大小进行分级。
③对物料的适应性较大，能分离的固相粒度范围较广，并且在颗粒大小不均匀的条件下，能照常分离得很好。能适应各种浓度悬浮液的分离，浓度的波动不影响分离的效果。
④结构紧凑、易于密封，某些机型能在高压和低温条件下操作。
第6页 共35页