离心教学内容.ppt
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1、离心离心分离的概念离心分离的概念离离离离心心心心分分分分离离离离:基基基基于于于于固固固固体体体体颗颗颗颗粒粒粒粒和和和和周周周周围围围围液液液液体体体体密密密密度度度度存存存存在在在在差差差差异异异异,在在在在离离离离心心心心场场场场中中中中使使使使不不不不同同同同密密密密度度度度的的的的固固固固体体体体颗颗颗颗粒粒粒粒加加加加速速速速沉沉沉沉降降降降的的的的分分分分离离离离过程。过程。过程。过程。分为离心沉降和离心过滤。分为离心沉降和离心过滤。分为离心沉降和离心过滤。分为离心沉降和离心过滤。离离离离心心心心过过过过滤滤滤滤:以以以以离离离离心心心心力力力力作作作作为为为为推推推推动动动动力
2、力力力,在在在在具具具具有有有有过过过过滤滤滤滤介介介介质质质质(如如如如滤滤滤滤网网网网、滤滤滤滤布布布布)的的的的有有有有孔孔孔孔转转转转鼓鼓鼓鼓中中中中加加加加入入入入悬悬悬悬浮浮浮浮液液液液,固固固固体体体体粒粒粒粒子子子子截截截截留留留留在在在在过过过过滤滤滤滤介介介介质质质质上上上上,液液液液体体体体穿穿穿穿过过过过滤滤滤滤饼饼饼饼层层层层而而而而流流流流出,最后完成出,最后完成出,最后完成出,最后完成滤液滤液滤液滤液和和和和滤饼滤饼滤饼滤饼分离的过滤操作。分离的过滤操作。分离的过滤操作。分离的过滤操作。离离离离心心心心沉沉沉沉降降降降:在在在在离离离离心心心心力力力力作作作作用用
3、用用下下下下使使使使分分分分散散散散在在在在悬悬悬悬浮浮浮浮液液液液中中中中的的的的固固固固相相相相粒粒粒粒子子子子或或或或乳乳乳乳浊浊浊浊液液液液中中中中的的的的液液液液相相相相粒粒粒粒子子子子沉沉沉沉降降降降的的的的过过过过程程程程。沉沉沉沉降降降降速速速速度度度度与与与与粒粒粒粒子子子子的的的的密密密密度度度度、颗颗颗颗粒粒粒粒直直直直径径径径以以以以及及及及液液液液体体体体的的的的密密密密度度度度和和和和黏黏黏黏度度度度有有有有关关关关,并并并并随随随随离离离离心心心心力力力力的的的的增增增增大大大大而而而而加加加加快快快快。适适适适用用用用于于于于两两两两相相相相密密密密度度度度差差
4、差差小小小小和和和和粒粒粒粒子子子子速速速速度度度度小小小小的的的的悬悬悬悬浮浮浮浮液液液液或或或或乳乳乳乳浊浊浊浊液液液液的的的的分离分离分离分离,可分离更细小的颗粒,可分离更细小的颗粒,可分离更细小的颗粒,可分离更细小的颗粒 离心机的分类离心机的分类按作用原理分类按作用原理分类按作用原理分类按作用原理分类 过滤式过滤式过滤式过滤式:(分离机):转鼓壁上有孔并装滤布(三足式)(分离机):转鼓壁上有孔并装滤布(三足式)(分离机):转鼓壁上有孔并装滤布(三足式)(分离机):转鼓壁上有孔并装滤布(三足式)沉沉沉沉降降降降式式式式:(澄澄澄澄清清清清机机机机):转转转转鼓鼓鼓鼓壁壁壁壁上上上上无无无
5、无孔孔孔孔无无无无滤滤滤滤布布布布,碟碟碟碟片片片片式式式式、管式离心机管式离心机管式离心机管式离心机 按离心分离因素分类按离心分离因素分类按离心分离因素分类按离心分离因素分类 常速离心机,分离因素常速离心机,分离因素常速离心机,分离因素常速离心机,分离因素f f小于小于小于小于30003000 中速离心机,分离因素中速离心机,分离因素中速离心机,分离因素中速离心机,分离因素f 3000-50000f 3000-50000 高速离心机,分离因素高速离心机,分离因素高速离心机,分离因素高速离心机,分离因素f f大于大于大于大于5000050000 超高速离心机,分离因素超高速离心机,分离因素超高
6、速离心机,分离因素超高速离心机,分离因素f f大于大于大于大于2020万万万万;按分离效果分类:按分离效果分类:按分离效果分类:按分离效果分类:离心澄清机:离心澄清机:离心澄清机:离心澄清机:利用离心沉降速度的不同将悬浮液中利用离心沉降速度的不同将悬浮液中利用离心沉降速度的不同将悬浮液中利用离心沉降速度的不同将悬浮液中的液、固相分开的离心机称作离心澄清机。的液、固相分开的离心机称作离心澄清机。的液、固相分开的离心机称作离心澄清机。的液、固相分开的离心机称作离心澄清机。离心分离机:离心分离机:离心分离机:离心分离机:利用离心沉降速度的不同将轻重不同利用离心沉降速度的不同将轻重不同利用离心沉降速度
7、的不同将轻重不同利用离心沉降速度的不同将轻重不同或互不溶解的两种液体分开的离心机称作离心分离或互不溶解的两种液体分开的离心机称作离心分离或互不溶解的两种液体分开的离心机称作离心分离或互不溶解的两种液体分开的离心机称作离心分离机。机。机。机。离心力与转鼓直径和转速的关系离心力与转鼓直径和转速的关系离心力与转鼓直径和转速的关系离心力与转鼓直径和转速的关系重量为重量为M(kg)的物体旋转时,当其圆周速度为)的物体旋转时,当其圆周速度为(m/s),旋转半径为),旋转半径为R(m),则产生的离心力为),则产生的离心力为 式中式中 g 重力加速度,重力加速度,m/s;n转数,转数,r/min;D旋转直径,
8、旋转直径,m。如如果果以以旋旋转转角角速速度度(弧弧度度/秒秒)表表示示,并并取取旋旋转转加加速速度度 与与重重力力加速度之比称为加速度之比称为“离心分离因数离心分离因数”,以,以 表示。则表示。则 M增加,增加,F增加;增加;R增加,增加,F增加;增加;n增加,增加,F增加显著增加显著一、一、颗粒沉降的概念颗粒沉降的概念 当当当当一一一一固固固固体体体体微微微微粒粒粒粒通通通通过过过过无无无无限限限限连连连连续续续续介介介介质质质质时时时时,它它它它的的的的运运运运动动动动速速速速度度度度受两种力的影响:受两种力的影响:受两种力的影响:受两种力的影响:(1 1)微微微微粒粒粒粒受受受受到到到
9、到因因因因微微微微粒粒粒粒和和和和流流流流体体体体介介介介质质质质间间间间密密密密度度度度不不不不同同同同而而而而产产产产生生生生的浮力作用;的浮力作用;的浮力作用;的浮力作用;(2 2)是是是是微微微微粒粒粒粒所所所所受受受受到到到到的的的的流流流流体体体体阻力作用。阻力作用。阻力作用。阻力作用。Fdd=2R球形颗粒沉降的受力情况球形颗粒沉降的受力情况FFB B=dd3 3(s s-)/6-)/6 a(3.1)a(3.1)dd:微粒半径,微粒半径,微粒半径,微粒半径,mm s s,:分别为微粒和液体介质密度,分别为微粒和液体介质密度,分别为微粒和液体介质密度,分别为微粒和液体介质密度,kg/
10、mkg/m3 3a:a:微粒加速度微粒加速度微粒加速度微粒加速度,m/s,m/s2 2F FB B:浮力浮力浮力浮力 在在在在稀稀稀稀溶溶溶溶液液液液中中中中,作作作作用用用用于于于于单单单单个个个个球球球球形形形形微微微微粒粒粒粒上上上上的的的的阻阻阻阻力力力力F FD D,用用用用StoksStoks(斯斯斯斯托托托托克克克克斯斯斯斯)定定定定律律律律表表表表示阻力(示阻力(示阻力(示阻力(F FD D)。)。)。)。F FD D=3d(3.2)=3d(3.2):介质粘度:介质粘度:介质粘度:介质粘度:微粒运动速度:微粒运动速度:微粒运动速度:微粒运动速度该该该该式式式式仅仅仅仅当当当当球
11、球球球形形形形微微微微粒粒粒粒较较较较小小小小时时时时方方方方能能能能成成成成立立立立,即即即即ReRe11时时时时 (Re=d/1Re=d/1Re1时,阻力为时,阻力为时,阻力为时,阻力为F FD D=f(=f(2 2/2)(d/2)(d2 2/4)(3.4)/4)(3.4)ff:摩擦因子:摩擦因子:摩擦因子:摩擦因子当当当当球球球球形形形形粒粒粒粒子子子子在在在在介介介介质质质质中中中中运运运运动动动动时时时时速速速速度度度度较较较较小小小小,因因因因此此此此作作作作用用用用其其其其上上上上的的的的阻阻阻阻力力力力也也也也较较较较小小小小,当当当当阻阻阻阻力力力力与与与与浮浮浮浮力力力力平
12、平平平衡衡衡衡时时时时,微微微微粒粒粒粒加加加加速速速速度度度度为为为为零零零零。联联联联立立立立方方方方程程程程3.13.1和和和和3.23.2,得到,得到,得到,得到=d=d2 2(s s-)a/(18)(3.5)-)a/(18)(3.5)对于沉降,微粒加速度对于沉降,微粒加速度对于沉降,微粒加速度对于沉降,微粒加速度V Vg g为重力加速度为重力加速度为重力加速度为重力加速度V Vg g=d=d2 2(s s-)g/(18)(3.6)-)g/(18)(3.6)离心沉降加速度离心沉降加速度离心沉降加速度离心沉降加速度V V 则不同则不同则不同则不同a=ra=r2 2V V=d=d2 2(s
13、 s-)-)2 2r/(18)(3.7)r/(18)(3.7):转鼓回转角速度,转鼓回转角速度,转鼓回转角速度,转鼓回转角速度,r/sr/sr:r:转鼓中心轴线与微粒间距离,转鼓中心轴线与微粒间距离,转鼓中心轴线与微粒间距离,转鼓中心轴线与微粒间距离,mm二、重力沉降式固液分离设备二、重力沉降式固液分离设备重力沉降设备重力沉降设备缺点:体积庞大、分离效率低下缺点:体积庞大、分离效率低下优点:设备简单、能耗低,常用于水处理及环境工程优点:设备简单、能耗低,常用于水处理及环境工程重力沉降前一般需要进行絮凝、混凝等预处理重力沉降前一般需要进行絮凝、混凝等预处理常见沉降设备的构成:进水区,沉降区,污泥
14、区,出流区常见沉降设备的构成:进水区,沉降区,污泥区,出流区常见沉降设备常见沉降设备常见沉降设备常见沉降设备矩形水平流动池矩形水平流动池矩形水平流动池矩形水平流动池圆形水平流动池圆形水平流动池圆形水平流动池圆形水平流动池垂直流动式沉降池垂直流动式沉降池垂直流动式沉降池垂直流动式沉降池斜板式沉降池斜板式沉降池斜板式沉降池斜板式沉降池三、离心式沉降分离三、离心式沉降分离n离心力场中颗粒在流体中的运动情况离心力场中颗粒在流体中的运动情况颗粒愈细,则沉降速度愈小,颗粒愈细,则沉降速度愈小,所需的沉降时间愈长。所需的沉降时间愈长。分离因数离心力分离因数离心力/重力重力分离性能的重要指标分离性能的重要指标
15、提高离心机分离因数是提高沉降提高离心机分离因数是提高沉降速度、减少沉降时间的有力措施速度、减少沉降时间的有力措施三、离心式沉降分离三、离心式沉降分离(1 1)管式离心机管式离心机管式离心机管式离心机最简单,可提供较大离心力;最简单,可提供较大离心力;最简单,可提供较大离心力;最简单,可提供较大离心力;管状离心机可以冷却,在蛋白质生产中很有利;管状离心机可以冷却,在蛋白质生产中很有利;管状离心机可以冷却,在蛋白质生产中很有利;管状离心机可以冷却,在蛋白质生产中很有利;悬浮液由管底进,澄清液由管口流出。悬浮液由管底进,澄清液由管口流出。悬浮液由管底进,澄清液由管口流出。悬浮液由管底进,澄清液由管口
16、流出。Tubularbowl管壁上沉积物为浓浆管壁上沉积物为浓浆管壁上沉积物为浓浆管壁上沉积物为浓浆可可可可连连连连续续续续加加加加料料料料至至至至流流流流出出出出物物物物固固固固体体体体损损损损失失失失使使使使离离离离心心心心不不不不能能能能正正正正常常常常进进进进行行行行,须定时拆卸、清洗,这种间歇性操作是其最大缺点须定时拆卸、清洗,这种间歇性操作是其最大缺点须定时拆卸、清洗,这种间歇性操作是其最大缺点须定时拆卸、清洗,这种间歇性操作是其最大缺点取不同位置上的典型微粒分析取不同位置上的典型微粒分析取不同位置上的典型微粒分析取不同位置上的典型微粒分析 R0R1zrLiquid interfa
17、cel理想化的管式离心机示意图理想化的管式离心机示意图为了便于分析,假设典型微粒位于以下几种情况:为了便于分析,假设典型微粒位于以下几种情况:为了便于分析,假设典型微粒位于以下几种情况:为了便于分析,假设典型微粒位于以下几种情况:(1)(1)位于离心机底部位于离心机底部位于离心机底部位于离心机底部ZZ轴向上的微粒轴向上的微粒轴向上的微粒轴向上的微粒(2)(2)位于旋转轴位于旋转轴位于旋转轴位于旋转轴rr轴向上的微粒轴向上的微粒轴向上的微粒轴向上的微粒(3)(3)位于液体界面半径位于液体界面半径位于液体界面半径位于液体界面半径R1R1和管心半径和管心半径和管心半径和管心半径R0R0之间的微粒之间
18、的微粒之间的微粒之间的微粒(4)(4)粒子同时在粒子同时在粒子同时在粒子同时在ZZ和和和和r r两个方向上移动两个方向上移动两个方向上移动两个方向上移动 Z Z方向的动力来源于离心机底部泵入料液的对流方向的动力来源于离心机底部泵入料液的对流方向的动力来源于离心机底部泵入料液的对流方向的动力来源于离心机底部泵入料液的对流dz/dt=Q/(Rdz/dt=Q/(R0 02 2-R-R1 12 2)(3.8)(3.8)QQ:料液流速:料液流速:料液流速:料液流速式式式式3.83.8表示表示表示表示ZZ方向重力可忽略方向重力可忽略方向重力可忽略方向重力可忽略假定离心力很大,假定离心力很大,假定离心力很大
19、,假定离心力很大,R R1 1是常数,由是常数,由是常数,由是常数,由Z Z决定决定决定决定由式由式由式由式(3.7)(3.7)可见可见可见可见r r方向上运动与半径方向上运动与半径方向上运动与半径方向上运动与半径r r有关有关有关有关 dr/dt=ddr/dt=d2 2(s s-)r-)r2 2/(18)(3.9)/(18)(3.9)由式由式由式由式(3.6)(3.6)计算得出重力沉降加速度计算得出重力沉降加速度计算得出重力沉降加速度计算得出重力沉降加速度V Vg g,式(,式(,式(,式(3.93.9)转化为)转化为)转化为)转化为dr/dt=dr/dt=g g(r(r2 2/g)(3.1
20、0)/g)(3.10)结合结合结合结合3.83.8和和和和3.93.9,得出离心机内部微粒的运动轨迹,得出离心机内部微粒的运动轨迹,得出离心机内部微粒的运动轨迹,得出离心机内部微粒的运动轨迹dr/dz=(dr/dt)/(dz/dt)=dr/dz=(dr/dt)/(dz/dt)=g g(r(r2 2/g)(R/g)(R0 02 2-R-R1 12 2)/Q)/Q (3.11)(3.11)如如如如果果果果V Vg g 很很很很大大大大,微微微微粒粒粒粒将将将将很很很很快快快快到到到到达达达达管管管管壁壁壁壁;如如如如果果果果泵泵泵泵入入入入流流流流速速速速QQ增增增增大大大大,悬悬悬悬浮浮浮浮固固
21、固固体体体体微微微微粒粒粒粒将向上走得更远将向上走得更远将向上走得更远将向上走得更远,方能到达管壁。方能到达管壁。方能到达管壁。方能到达管壁。对对对对于于于于难难难难以以以以到到到到达达达达管管管管壁壁壁壁的的的的微微微微粒粒粒粒,在在在在r r=R R1 1时时时时进进进进离离离离心心心心机机机机,在在在在r r=R R0 0时时时时也也也也不不不不会会会会碰碰碰碰到到到到管壁这时管壁这时管壁这时管壁这时Z=lZ=l,对(,对(,对(,对(3.113.11)积分)积分)积分)积分Q=VQ=Vg g 2 2l(Rl(R0 02 2-R-R1 12 2)/g)/g(R(R0 0/R/R1 1)(
22、3.12)(3.12)对对对对于于于于大大大大部部部部分分分分管管管管式式式式离离离离心心心心机机机机,这这这这个个个个等等等等式式式式可可可可以以以以简简简简化化化化,因因因因为为为为R R0 0和和和和R R1 1近近近近似相等似相等似相等似相等,平均粒径平均粒径平均粒径平均粒径R=(RR=(R1 1+R+R0 0)/2)/2(R(R0 02 2-R-R1 12 2)/)/(R(R0 0/R/R1 1)=(R)=(R0 0+R+R1 1)(R)(R0 0-R-R1 1)/)/1+(R1+(R0 0-R-R1 1)/R)/R1 1=2R=2R2 2(3.13)(3.13)管式离心机的最大生产
23、能力为:管式离心机的最大生产能力为:管式离心机的最大生产能力为:管式离心机的最大生产能力为:Q=VQ=Vg g(2lR(2lR2 2 2 2/g)=V/g)=Vg g (3.14)(3.14)Vg=gln(R0/R1)/2t为为为为管式离心机几何特征参数管式离心机几何特征参数管式离心机几何特征参数管式离心机几何特征参数.=2lR22/g(放大设计放大设计放大设计放大设计)说说说说明管式离心机的生明管式离心机的生明管式离心机的生明管式离心机的生产产产产能力取决于待分离的物料性能力取决于待分离的物料性能力取决于待分离的物料性能力取决于待分离的物料性质质质质及及及及离心机的分离特性。离心机的分离特性
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