离心机分离效果的影响因素

  本文首先对沉降过滤式离心机的工作原理进行了简单的介绍，然后从不可变的结构设计因素和可以改变的操作因素进行了实验性的结果分析，不可改变的设计因素主要包括转鼓的直径、长径比、转鼓的圆锥形角度，可操作的实验性因素主要包括了沉降转鼓的转速、差转速度、液体层厚度、进浆量；研究结果指出不同的种类的影响因素对分离机的分离效果的影响是不同的。
    2003年以来我国的经济迅速发展，原料加工行业也相应的发展起来。化工原料分离在原料加工行业比例最近几年也在逐渐的增加，2012年这一比例增加至45%。对化工原料纯度要求也随之增高，而脱水结晶是原料提纯的重要方法，因此对化工原料的水分的去除、结晶沉降是当今化工加工企业所要解决的关键问题。沉降式离心机是一种最近几年比较流行的化工原料分离设备，这种沉降式离心机具有脱水效率高、处理速度快以及占地面积小等显著的优点。另外多年的实践经验表明沉降式离心机能够适应的物料浓度范围比较大。
    沉降式离心机的工作原理
    沉降式离心机主要用于化工原料中固相颗粒分离，废液处理回收，颗粒物去水干燥或结晶提纯，当矿浆或悬浮液从进料口导入螺旋内腔后，主电机通过带传动使得沉降转鼓高速旋转，在差速器的作用下，使得螺旋输送器与转鼓做同向转动，但是由于转动速度的差异，使得水分与固相颗粒分离，在离心力的作用下使得固体颗粒从液体当中分离开来，并开始沉降在转鼓的内壁上；最后经过脱水处理后的固相颗粒在螺旋输送器的作用下进入过滤转鼓之中，在离心力的作用下将水分排出。由此可见离心机的分离效果最终取决于固相的干燥度。
    影响固相分离效果的因素研究
    影响离心机的分离效果的因素主要包括两个方面，一类为不可以改变的设计参数；另一来为可以改变的操作参数。不可改变的设计参数主要有三个：
    （1）沉降转鼓与过滤转鼓的直径大小：转鼓直径的大小决定着离心机的生产能力，随着转鼓直径的增加，离心机的处理悬浮液的量也在增加；
    （2）沉降转鼓与离心转鼓的圆锥角度，悬浮液在离心力作用下，结晶体打到转鼓内壁，并在螺旋推料器的作用下，使得固体颗粒具有向后运动的趋势，所以结晶颗粒后离的速度与转鼓的锥形角度有着密切的关系；    （3）离心转鼓与沉降转鼓的直径与长度的比值：长径比越大，悬浮液停留在离心机内的时间也就越长，确定了离心机内部的悬浮液流量。本文选择转鼓锥形角对螺旋流道矿浆的入射速度的影响进行探究，主要采用CFD商用模拟软件Fluent对转鼓流道内部的矿浆速度进行模拟仿真，模拟结果如表1所示。
    表1 不同半圆锥角下沉降段进入转鼓流道的入射速度
 

    如果沉降转鼓的锥形角越大，则会造成严重的结晶颗粒回流的现象，从而导致螺旋推料器无法输送结晶体，导致离心机无法正常进行工作。有的研究结果表明如果沉降转鼓的半锥形角小于10°，就可以使得沉降在内壁的结晶颗粒通过螺旋输送器进入过滤转鼓内。但是如果锥形角太小，也会影响沉降离心机的使用性能。转鼓的几何形状可以表现出，如果锥形角越小，则有效的结晶颗粒沉降面积也就越小。从表1的模拟数据可以看出，随着转鼓半锥形角度的增加，矿浆进入转鼓的入射速度现增加后降低，在转鼓长度一定的情况下，以及保证固体颗粒的干燥区的长度，选择沉降转鼓的半锥形角为8°。
操作因素主要包括以下四个方面：
    （1）沉降转鼓的速度：沉降转鼓的速度越大，单位处理悬浮液的体积也就越大，离心力的增大也会对离心效果具有一定的促进作用。但是如果超过转鼓的临界转速，分离效果也不会明显的增加，但是此时设备能耗确实大幅度的增加。转鼓的速度主要是通过变频电机来控制，通过调整电机的输入频率，就可以调节转速。
    （2）差转速度决定了螺旋推料器的速度，差转速度的大小直接影响着悬浮液的分离效果和处理能力。在假设进料恒定的情况下，较大的差转速度就意味着除去结晶体的悬浮液在排出离心机之间所需要经过的路径就会增加，但是这样就会由于螺旋排料的速度加快，导致了固态结晶体在转鼓内停留的时间也就越少，这样就会进一步导致结晶体的干度降低，影响固液分离的效果。
    随着差转速度的升高，悬浮液的分离效率在逐渐的增加，然后随着差转速度的进一步增加，悬浮液的分离效率呈现下降的趋势。当差转速度为25-26r/min时，悬浮液的分离效率达到最大。
    （3）液层深度：离心机液层厚度的调整将会对悬浮液的分离效果产生重要的影响，同时也决定着分离后的液体在转鼓内的停留时间，所以如果液层的厚度越大，矿浆在沉降转鼓内的停留时间也就越长，分离效果也就越好；但是随着悬浮液层厚度的增大，多余的液体会从排渣口排除，反而会降低分离后的干度。另外一个方面，矿浆液体板层的种类也会对分离效率产生重要的影响，不同规格的液体板层必须安装在离心机的同一高度，否则将会导致离心机所产生的离心力的不均匀，影响分离效果。

    随着我国化工行业的快速发展，用于化合物提纯的沉淀式离心分离机的应用以及化工废液处理和回收也越来越广泛。本文通过相关实验结果以及结合相关的参考文献的分析，主要对影响沉淀过滤式离心机分离效果的因素进行了深入的分析。本文首先对沉降过滤式离心机的工作原理进行了简单的介绍，然后从不可变的结构设计因素和可以改变的操作因素进行了实验性的结果分析，不同的种类的影响因素对分离机的分离效果的影响是不同的。