姚海云

摘 要：本文首先對沉降過濾式離心機(jī)的工作原理進(jìn)行了簡單的介紹，然后從不可變的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素和可以改變的操作因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性的結(jié)果分析，不可改變的設(shè)計(jì)因素主要包括轉(zhuǎn)鼓的直徑、長徑比、轉(zhuǎn)鼓的圓錐形角度，可操作的實(shí)驗(yàn)性因素主要包括了沉降轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速、差轉(zhuǎn)速度、液體層厚度、進(jìn)漿量；研究結(jié)果指出不同的種類的影響因素對分離機(jī)的分離效果的影響是不同的。

關(guān)鍵詞：沉降過濾；離心機(jī)；分離效率

2003年以來我國的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，原料加工行業(yè)也相應(yīng)的發(fā)展起來?；ぴ戏蛛x在原料加工行業(yè)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(jié)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(jié)晶沉降是當(dāng)今化工加工企業(yè)所要解決的關(guān)鍵問題。沉降式離心機(jī)是一種最近幾年比較流行的化工原料分離設(shè)備，這種沉降式離心機(jī)具有脫水效率高、處理速度快以及占地面積小等顯著的優(yōu)點(diǎn)。另外多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明沉降式離心機(jī)能夠適應(yīng)的物料濃度范圍比較大。

1. 沉降式離心機(jī)的工作原理

沉降式離心機(jī)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(jié)晶提純，當(dāng)?shù)V漿或懸浮液從進(jìn)料口導(dǎo)入螺旋內(nèi)腔后，主電機(jī)通過帶傳動(dòng)使得沉降轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)，在差速器的作用下，使得螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓做同向轉(zhuǎn)動(dòng)，但是由于轉(zhuǎn)動(dòng)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(dāng)中分離開來，并開始沉降在轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁上；最后經(jīng)過脫水處理后的固相顆粒在螺旋輸送器的作用下進(jìn)入過濾轉(zhuǎn)鼓之中，在離心力的作用下將水分排出。由此可見離心機(jī)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(jī)的分離效果的因素主要包括兩個(gè)方面，一類為不可以改變的設(shè)計(jì)參數(shù)；另一來為可以改變的操作參數(shù)。不可改變的設(shè)計(jì)參數(shù)主要有三個(gè)：

（1）沉降轉(zhuǎn)鼓與過濾轉(zhuǎn)鼓的直徑大?。恨D(zhuǎn)鼓直徑的大小決定著離心機(jī)的生產(chǎn)能力，隨著轉(zhuǎn)鼓直徑的增加，離心機(jī)的處理懸浮液的量也在增加；

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

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

表1 不同半圓錐角下沉降段進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓流道的入射速度

不同半錐角下的原料進(jìn)入轉(zhuǎn)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(zhuǎn)鼓的錐形角越大，則會(huì)造成嚴(yán)重的結(jié)晶顆?；亓鞯默F(xiàn)象，從而導(dǎo)致螺旋推料器無法輸送結(jié)晶體，導(dǎo)致離心機(jī)無法正常進(jìn)行工作。有的研究結(jié)果表明如果沉降轉(zhuǎn)鼓的半錐形角小于10°，就可以使得沉降在內(nèi)壁的結(jié)晶顆粒通過螺旋輸送器進(jìn)入過濾轉(zhuǎn)鼓內(nèi)。但是如果錐形角太小，也會(huì)影響沉降離心機(jī)的使用性能。轉(zhuǎn)鼓的幾何形狀可以表現(xiàn)出，如果錐形角越小，則有效的結(jié)晶顆粒沉降面積也就越小。從表1的模擬數(shù)據(jù)可以看出，隨著轉(zhuǎn)鼓半錐形角度的增加，礦漿進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓的入射速度現(xiàn)增加后降低，在轉(zhuǎn)鼓長度一定的情況下，以及保證固體顆粒的干燥區(qū)的長度，選擇沉降轉(zhuǎn)鼓的半錐形角為8°。

操作因素主要包括以下四個(gè)方面：

（1）沉降轉(zhuǎn)鼓的速度：沉降轉(zhuǎn)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(huì)對離心效果具有一定的促進(jìn)作用。但是如果超過轉(zhuǎn)鼓的臨界轉(zhuǎn)速，分離效果也不會(huì)明顯的增加，但是此時(shí)設(shè)備能耗確實(shí)大幅度的增加。轉(zhuǎn)鼓的速度主要是通過變頻電機(jī)來控制，通過調(diào)整電機(jī)的輸入頻率，就可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。

（2）差轉(zhuǎn)速度決定了螺旋推料器的速度，差轉(zhuǎn)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(shè)進(jìn)料恒定的情況下，較大的差轉(zhuǎn)速度就意味著除去結(jié)晶體的懸浮液在排出離心機(jī)之間所需要經(jīng)過的路徑就會(huì)增加，但是這樣就會(huì)由于螺旋排料的速度加快，導(dǎo)致了固態(tài)結(jié)晶體在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)停留的時(shí)間也就越少，這樣就會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致結(jié)晶體的干度降低，影響固液分離的效果。

圖2 沉降轉(zhuǎn)鼓差轉(zhuǎn)速度對懸浮液分離效率的影響

從圖2可以看出，隨著差轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速度的進(jìn)一步增加，懸浮液的分離效率呈現(xiàn)下降的趨勢。當(dāng)差轉(zhuǎn)速度為25-26r/min時(shí)，懸浮液的分離效率達(dá)到最大。

（3）液層深度：離心機(jī)液層厚度的調(diào)整將會(huì)對懸浮液的分離效果產(chǎn)生重要的影響，同時(shí)也決定著分離后的液體在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)間，所以如果液層的厚度越大，礦漿在沉降轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時(shí)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(huì)從排渣口排除，反而會(huì)降低分離后的干度。另外一個(gè)方面，礦漿液體板層的種類也會(huì)對分離效率產(chǎn)生重要的影響，不同規(guī)格的液體板層必須安裝在離心機(jī)的同一高度，否則將會(huì)導(dǎo)致離心機(jī)所產(chǎn)生的離心力的不均勻，影響分離效果。

3. 小結(jié)

隨著我國化工行業(yè)的快速發(fā)展，用于化合物提純的沉淀式離心分離機(jī)的應(yīng)用以及化工廢液處理和回收也越來越廣泛。本文通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及結(jié)合相關(guān)的參考文獻(xiàn)的分析，主要對影響沉淀過濾式離心機(jī)分離效果的因素進(jìn)行了深入的分析。本文首先對沉降過濾式離心機(jī)的工作原理進(jìn)行了簡單的介紹，然后從不可變的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素和可以改變的操作因素進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性的結(jié)果分析，不同的種類的影響因素對分離機(jī)的分離效果的影響是不同的。

參考文獻(xiàn)

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