離心機分離效果的影響因素

姚海云

摘 要：本文首先對沉降過濾式離心機的工作原理進行了簡單的介紹，然后從不可變的結構設計因素和可以改變的操作因素進行了實驗性的結果分析，不可改變的設計因素主要包括轉鼓的直徑、長徑比、轉鼓的圓錐形角度，可操作的實驗性因素主要包括了沉降轉鼓的轉速、差轉速度、液體層厚度、進漿量；研究結果指出不同的種類的影響因素對分離機的分離效果的影響是不同的。

關鍵詞：沉降過濾；離心機；分離效率

2003年以來我國的經濟迅速發展，原料加工行業也相應的發展起來。化工原料分離在原料加工行業比例最近幾年也在逐漸的增加，2012年這一比例增加至45%。對化工原料純度要求也隨之增高，而脫水結晶是原料提純的重要方法，因此對化工原料的水分的去除、結晶沉降是當今化工加工企業所要解決的關鍵問題。沉降式離心機是一種最近幾年比較流行的化工原料分離設備，這種沉降式離心機具有脫水效率高、處理速度快以及占地面積小等顯著的優點。另外多年的實踐經驗表明沉降式離心機能夠適應的物料濃度范圍比較大。

1. 沉降式離心機的工作原理

沉降式離心機主要用于化工原料中固相顆粒分離，廢液處理回收，顆粒物去水干燥或結晶提純，當礦漿或懸浮液從進料口導入螺旋內腔后，主電機通過帶傳動使得沉降轉鼓高速旋轉，在差速器的作用下，使得螺旋輸送器與轉鼓做同向轉動，但是由于轉動速度的差異，使得水分與固相顆粒分離，在離心力的作用下使得固體顆粒從液體當中分離開來，并開始沉降在轉鼓的內壁上；最后經過脫水處理后的固相顆粒在螺旋輸送器的作用下進入過濾轉鼓之中，在離心力的作用下將水分排出。由此可見離心機的分離效果最終取決于固相的干燥度。

2. 影響固相分離效果的因素研究

影響離心機的分離效果的因素主要包括兩個方面，一類為不可以改變的設計參數；另一來為可以改變的操作參數。不可改變的設計參數主要有三個：

（1）沉降轉鼓與過濾轉鼓的直徑大小：轉鼓直徑的大小決定著離心機的生產能力，隨著轉鼓直徑的增加，離心機的處理懸浮液的量也在增加；

（2）沉降轉鼓與離心轉鼓的圓錐角度，懸浮液在離心力作用下，結晶體打到轉鼓內壁，并在螺旋推料器的作用下，使得固體顆粒具有向后運動的趨勢，所以結晶顆粒后離的速度與轉鼓的錐形角度有著密切的關系；

（3）離心轉鼓與沉降轉鼓的直徑與長度的比值：長徑比越大，懸浮液停留在離心機內的時間也就越長，確定了離心機內部的懸浮液流量。本文選擇轉鼓錐形角對螺旋流道礦漿的入射速度的影響進行探究，主要采用CFD商用模擬軟件Fluent對轉鼓流道內部的礦漿速度進行模擬仿真，模擬結果如表1所示。

表1 不同半圓錐角下沉降段進入轉鼓流道的入射速度

不同半錐角下的原料進入轉鼓流道的入射速度

圓錐半角/° 6 8 10 12 15 20

入射速度v/（m/s） 38.6 41.6 40.6 40.2 39.8 41.3

如果沉降轉鼓的錐形角越大，則會造成嚴重的結晶顆粒回流的現象，從而導致螺旋推料器無法輸送結晶體，導致離心機無法正常進行工作。有的研究結果表明如果沉降轉鼓的半錐形角小于10°，就可以使得沉降在內壁的結晶顆粒通過螺旋輸送器進入過濾轉鼓內。但是如果錐形角太小，也會影響沉降離心機的使用性能。轉鼓的幾何形狀可以表現出，如果錐形角越小，則有效的結晶顆粒沉降面積也就越小。從表1的模擬數據可以看出，隨著轉鼓半錐形角度的增加，礦漿進入轉鼓的入射速度現增加后降低，在轉鼓長度一定的情況下，以及保證固體顆粒的干燥區的長度，選擇沉降轉鼓的半錐形角為8°。

操作因素主要包括以下四個方面：

（1）沉降轉鼓的速度：沉降轉鼓的速度越大，單位處理懸浮液的體積也就越大，離心力的增大也會對離心效果具有一定的促進作用。但是如果超過轉鼓的臨界轉速，分離效果也不會明顯的增加，但是此時設備能耗確實大幅度的增加。轉鼓的速度主要是通過變頻電機來控制，通過調整電機的輸入頻率，就可以調節轉速。

（2）差轉速度決定了螺旋推料器的速度，差轉速度的大小直接影響著懸浮液的分離效果和處理能力。在假設進料恒定的情況下，較大的差轉速度就意味著除去結晶體的懸浮液在排出離心機之間所需要經過的路徑就會增加，但是這樣就會由于螺旋排料的速度加快，導致了固態結晶體在轉鼓內停留的時間也就越少，這樣就會進一步導致結晶體的干度降低，影響固液分離的效果。

圖2 沉降轉鼓差轉速度對懸浮液分離效率的影響

從圖2可以看出，隨著差轉速度的升高，懸浮液的分離效率在逐漸的增加，然后隨著差轉速度的進一步增加，懸浮液的分離效率呈現下降的趨勢。當差轉速度為25-26r/min時，懸浮液的分離效率達到最大。

（3）液層深度：離心機液層厚度的調整將會對懸浮液的分離效果產生重要的影響，同時也決定著分離后的液體在轉鼓內的停留時間，所以如果液層的厚度越大，礦漿在沉降轉鼓內的停留時間也就越長，分離效果也就越好；但是隨著懸浮液層厚度的增大，多余的液體會從排渣口排除，反而會降低分離后的干度。另外一個方面，礦漿液體板層的種類也會對分離效率產生重要的影響，不同規格的液體板層必須安裝在離心機的同一高度，否則將會導致離心機所產生的離心力的不均勻，影響分離效果。

3. 小結

隨著我國化工行業的快速發展，用于化合物提純的沉淀式離心分離機的應用以及化工廢液處理和回收也越來越廣泛。本文通過相關實驗結果以及結合相關的參考文獻的分析，主要對影響沉淀過濾式離心機分離效果的因素進行了深入的分析。本文首先對沉降過濾式離心機的工作原理進行了簡單的介紹，然后從不可變的結構設計因素和可以改變的操作因素進行了實驗性的結果分析，不同的種類的影響因素對分離機的分離效果的影響是不同的。

參考文獻

[1] 王文志.離心機分離效果的影響因素[J].聚酯工業.2008（21）：47-49.

[2] 崔 武.離心機分離效果影響因素分析[J].煉油與化工.2012（54）：54.

[3] 袁文，張文華.如何提高離心機的分離效果[J].科技論壇.2012（34）：43.