离心分离器设计

《离心分离器设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《离心分离器设计（16页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、武汉理工大学毕业论文离心分离器设计1 绪论1.1 工作原理 利用离心力分离固体（晶体、粘状或纤维状）和液体或重液体和轻液体的混合物中各组分的机械设备，简称离心机。如图1所示。其主要部件是一个可以绕本身轴线高速旋转的圆筒，称作转鼓。将物料（悬浮液或乳浊液）装入转鼓后，使转鼓高速旋转以产生离心力，这样物料因各组分比重不同而被分离。转鼓有两种，其一壁上有孔且衬有滤布等过滤介质，液体经过小孔时液体里边的固体即被截留在过滤介质上；其二壁上无孔，运作时固体被抛出而附于内壁，液体另由导管排出。通常离心机的转速愈高，离心力愈大，分离效果也愈好。图1离心机1.电动机2.底座3.出水管4.摆杆5.底盘6.缓冲弹簧

2、7.柱脚8.转鼓筒体9.转鼓底10.拦液板11.锁紧螺母12.机盖13.进料管14.平衡支架1.2 发展历程及展望离心分离的原理中国古代早有应用。工业离心机诞生于欧洲。19世纪中叶先后出现纺织品脱水用的三足式离心机和制糖厂分离结晶砂糖用的上悬式离心机。这些最早的离心机都是间歇操作和人工排渣。20世纪30年代出现了连续操作的离心机。1879年，瑞典的C.G.P.de拉瓦尔发明第一台从牛奶中分离奶油的分离机，其转鼓为一空心圆筒。随后，离心分离机的转速越来越高，转鼓直径逐渐增大，改善了分离效果，提高了处理能力。 离心分离器是借助于离心力，使比重不同的物质进行分离的方法。由于离心机等设备可产生相当高的

3、角速度，使离心力远大于重力，于是溶液中的悬浮物便易于沉淀析出；又由于比重不同的物质所受到的离心力不同，从而沉降速度不同，能使比重不同的物质达到分离。 1.2.1 分类固固分离使固体之间相互分离的离心分离法称离心分级，设备为离心分离机。用控制离心时间的办法，使得溶液中只沉淀大颗粒,而不是所有颗粒,这样就可逐次将颗粒按大小分开。 液液分离不互溶的液体在离心机中因密度不同而很快分离。这种方法比重力分离时间要短得多。常用一种称为离心萃取机的装置来分离液体溶液组分。该装置由放置在圆筒转鼓中的一系列多孔同心环组成，转鼓环绕着一个筒形轴以每分钟20005000转的速度旋转，液体通过筒形轴进出，以径向顺流方式

4、在转筒中流动而达到液体溶液组分的分离例如赛克一VGS 立式重力分离器。工作原理：如图2所示。 进入赛克一VGS的含油污水在缓慢的流速和压力作用下，通过谐振和一系列向上的螺旋亲油折流板；这一过程使得比重较高的固体悬浮物沉降到赛克一VGS的底部泥斗中，细微的分散油粒在折流板的作用下，逐渐结合成大的油珠以便其在水中的浮力作用可以将其托升到赛克一VGS的容器上部，随着上部浮油的增加，通过自动的液位调节系统，可以使其自然流入集油罐中而赛克一VGS下层处理后的清液也能通过这样的液位系统排出，处理后的出水可做回收和利用。对于大流量的有较高处理要求的污水，赛克一VG的浮油收集系统可以由一个表面浮油收集器来完成

5、，该浮油收集器是一个漂浮装置。它和液位表面有几毫米的接触可以完全的收集到表面的浮油，然后通过小型油泵将浮油输送到系统外部的储蓄罐内，在储蓄罐内的油污可再次通过重力脱水下层的水又可被油泵抽进赛克一VGS,做以不断的循环处理。主要用途： 针对碳氢化合物的乳化油及水混合液体进行处理：原油精炼和工艺用水回收，机械工作车间和交通设备维修，保养服务站和水处理，金属制品和回收，发电厂和水体修复系统； 针对食品加工工艺中产生的脂肪,油和油脂进行处理：酒店和食品加工，购物中心和旅馆，运动馆和休闲场所，矿区和医院护理。图2 工作原理图3 旋流式水砂分离器 固液分离常量分析中常用过滤法，半微量分析中则用离心分离法。

6、常用的旋转装置有手摇离心机和电动离心机（通常转速为14千周分），分离速度远比过滤为快，例如旋流式水砂分离器。图3所示。 工作原理：此类过滤器 基于重力及离心力的工作原理，清除重于水的固体颗粒。水由进水管切向进入离心过滤器体内，旋转产生离心力，推动泥沙及密度较高的固体颗粒沿管壁流动，形成旋流，使沙子和石块进入集砂罐，净水则顺流沿出水口流出，即完成水砂分离。如图4所示。主要用途：这种过滤器安装在井及泵站旁，最适应于分离水中含有的大量沙子及石块，在满足过滤要求的条件下，分离60150目砂石的能力可达到9298 。它一般不单独使用，而只是作为过滤系统的前段过滤。使用注意事项： 1、在开泵与停泵使用离心

7、过滤器的工作瞬间，由于水流失稳而影响过滤效果，因此常与网式过滤器同时使用效果更好。 2、安装时，在过滤器的进水口前应安装一段与进水口等径的直通管，长度是进水口直径的1015倍，以保证进水水流平稳。 图4 水沙分离器气气分离同位素研究中常用的手段。在高速旋转下，气体状态的同位素混合物得以相互分离。用离心分离浓缩235U是有前景的方法之一。气液分离 利用组分质量（重量）不同对混合物进行分离气体与液体的密度不同，相同体积下气体的质量比液体的质量小，或者利用分散系粒子大小不同对混合物进行分离液体的分子聚集状态与气体的分子聚集状态不同，气体分子距离较远，而液体分子距离要近得多，所以气体粒子比液体粒子小些

8、，例如下图5气液分离器。主要用途：分离气流中夹带的固体和液体，从气流中分离液雾颗粒。注意事项：气液分离器不适用于固液分离，液液分离，及从气流中分离已汽化的液体。图5气液分离器。1.2.2 应用胶体化学1924年瑞典的T.斯韦德贝里设计了超速离心机，这是一种以极高的角速度运转的离心机，1940年获得的离心加速度30万倍于重力加速度，它和30年代多层吸附理论的建立，以及40年代疏液胶体稳定理论的建立,可说是近半世纪中胶体化学(见胶体和表面化学)领域内的三大成就。超速离心机的分离原理是,当一个含有聚合物或巨分子的溶液，在离心力是重力的25万倍时，分子相互分离,纯溶剂留在界面以上,这个界面以一定速度向

9、容器低部移动。若溶质的分子量不均匀，这个界面上的浓度梯度也不均匀，则那些分子量低的会落在大分子之后。用光学仪器可观察出这个界面，从而精确测定沉降速率，而每种成分的沉降速率又与其分子量有关，因而可以计算出各成分的分子量。超速离心机不仅能分离胶粒,更重要的是它能测定胶粒的沉降速率、平均分子量及混合体系的重量分布，因而在胶体化学研究（尤其是亲液胶体）中起了重大的作用。 高分子化学超速离心机的出现为对高分子溶液的深入了解提供了一种有力的研究手段。1940年斯韦德贝里使用超速离心法测定了分子量及其分布，可直接测定几万至几百万的分子量。高分子化合物分子量测定方法的出现，极大地推动了高分子化学的发展，许多天

10、然高分子属于单一分散体系(所有分子都持同一分子量)，对这种系统，超速离心法是最好的分子量测定法，比渗透压、光散射和粘度等测定法更好。 生物化学超速离心法同样为生物化学提供了一种强有力的研究手段。斯韦德贝里应用超速离心法测量了蛋白质分子在水中的沉降速率，从而能计算蛋白质的分子量。他的一些测定结果如下：牛胰岛素：46000;人血红球：63000；人血清球：153000；章血血清：2800000；烟草花叶病毒：31400000。超速离心法还经常用于蛋白质的降解、分离、精制以及分子量分布测定。细胞研究中常用一种分带或区域离心机，用一个大容量旋转室，根据密度梯度离心分离原理来分离细胞。 环境保护离心分离

11、法常用于：离心过滤，借助离心作用从浆料中排除液体，浆料被引入一快速旋转的网篮中，固体留在多孔的网上，液体则受离心作用从滤饼中挤出;或利用旋转器中的离心力使轻重物质分开,重物质以稠泥浆的形式通过喷嘴流走。常用设备为离心过滤机。离心沉降，悬浮固体在离心力作用下移向或离开旋转中心，这样就可聚集在一个区域内而被移出，可以使颗粒的沉淀时间从几小时减至几分钟。常用设备为离心沉降器。离心捕集，用于从煤烟、空气流中分离出0.11 000微米的小颗粒物质，是治理空气污染的有效手段之一。常用设备为离心捕集器，也称微粒收集器、旋风除尘器。 其他应用工业中常用离心除渣器来净化纸浆浆料，使浆料高速回转或产生回转旋涡作用

12、，把尘粒分离出来。还常用离心干燥机，或称离心脱水机，依靠离心力将水分脱去。 1.2.3 展望离心分离法与其他方法相结合，可以产生新的更为有效的分离方法，这是离心分离法的现代发展方向。在这方面,离心分离法与色谱法结合而产生的场流分级法(或称外力场流动分馏法)就是一个典型例子。1966年J.C.吉丁斯提出一类新的无固定相的色谱分离法，即场流分级法,或称单相色谱。这种方法的最初构思,是以离心力压迫分子于柱壁而代替固定相的保留作用，这样产生的分离方法称离心色谱，也叫沉积场流分级法。后来依据这一基本思想，以电场、磁场、热梯度等代替离心力场，得到不同的场流分级法，从而建立了一类分离方法体系。场流分级法不但

13、对大分子和胶体有很强的分离能力,而且它也能分离分子量小于103的物质和大于30微米的远远超出胶体范围的固体颗粒，其可分离的分子量有效范围约为1031017，这样宽的连续分离范围是空前未有的。 近年来出现的离心制备薄层色谱法是离心分离法渗透于色谱领域而产生的又一种高效分离法。层析薄板为圆形，样品注射于圆心四周，从垂直于圆心的方向连续地加入展开剂,薄板旋转,各不同组分即沿径向迅速展开。在紫外灯照射下可观察到谱带的移动，由于板面设置是倾斜的，可沿斜向直接接收各分开的组分。该法已用于天然产物、合成产物及异构体等的快速分离提纯，分离效果优于制备薄层色谱和柱层色谱法，在一定程度上与制备型高压液相色谱法相似

14、，但在节省时间和溶剂等方面优于后者。 现在离心分离机种类繁多。按结构和分离要求，可分为过滤式离心机，沉降式离心机和分离机3类，分离机仅适用于分离低浓度悬浮液和乳浊液。另外，又可根据转速大小分为常速离心机和高速离心机，根据操作方法不同分为间歇式离心机和连续式离心机，根据卸料方式不同分为人工卸料离心机和自动卸料离心机等。 碟式离心机是立式离心机的一种。转鼓装在立轴上端，通过传动装置由电动机驱动而高速旋转。转鼓内有一组互相套叠在一起的碟形零件-碟片。碟片与碟片之间留有很小的间隙。悬浮液（或乳浊液）由位于转鼓中心的进料管加入转鼓。当悬浮液（或乳浊液）流过碟片之间的间隙时，固体颗粒（或液滴）在离心机作用

15、下沉降到碟片上形成沉渣（或液层）。沉渣沿碟片表面滑动而脱离碟片并积聚在转鼓内直径最大的部位，分离后的液体从出液口排出转鼓。碟片的作用是缩短固体颗粒（或液滴）的沉降距离、扩大转鼓的沉降面积，转鼓中由于安装了碟片而大大提高了分离机的生产能力。积聚在转鼓内的固体在分离机停机后拆开转鼓由人工清除，或通过排渣机构在不停机的情况下从转鼓中排出。分离乳浊液的碟式离心机，碟片上开有小孔。乳浊液通过小孔流到碟片的间隙。在离心力作用下，重液沿着第个碟片的斜面沉降，并向转鼓内壁移动，由重液出口连续排出。而轻液沿着每个碟片的斜面向上移动，汇集后由轻液出口排出。澄清悬浮液用的碟式离心沉降机，碟片上不开孔。只有一个清液排

16、出口。沉积在转鼓内壁上的沉渣，间歇排出。转鼓中由于安装了碟片而大大提高了分离机的生产能力。积聚在转鼓内的固体在分离机停机。后拆开转鼓由人工清除，或通过排渣机构在不停机的情况下从转鼓中排出。1.3碟式分离机主要应用领域1矿物油行业：船舶主机、陆用柴油机、电站等燃油和润滑油的净化；2乳制品行业：鲜牛乳的澄清和净化、脱脂；3植物油行业：棕榈油的净化和澄清，植物油精炼的脱胶、脱皂、脱水和脱蜡等；4饮料制品行业：啤酒、果汁、饮料等澄清，植物蛋白的提取、废水处理等；生物工程发酵液的澄清；5淀粉行业：淀粉浆的浓缩和分级；6制药行业：抗生素类、生化制药类药剂萃取过程中的净化或澄清，中药药剂的澄清等；7化工行业

17、：化工原料的净化或澄清；8羊毛脂行业：从洗毛污水中提取和净化羊毛脂；9胶乳行业：净化和浓缩天然橡胶乳浆；10其他行业：如实验室、石油、焦化、高岭土、纸浆回收、电解液处理、废水处理、环保等，以及动植物蛋白的提取、动物脂肪的提取及精炼、混合脂肪酸的分离。1.4结构特点 碟式分离机按工艺操作原理来分，则有离心澄清型和离心分离型两大类。澄清型用于悬浮液的固液分离；分离型用于两不相溶液体所组成的乳浊液的分离，即液一液分离。无论是澄清操作，还是分离操作，都有排渣要求。 1.4.1 机壳机壳主要由底板和上下桶体构成，上下桶体收集从转鼓中分离出来的轻液和沉渣，底板作为电动机及传动部件的支承构件。机壳上端与悬浮

18、液的输入管及轻相输出管相连。1.4.2 传动系统该机采用皮带传动，电动机通过皮带及立轴而带动转鼓。立轴系挠性轴，上轴承为挠性轴承，转鼓安装在立轴的上端。并具有张紧装置，使立轴处的皮带轮刚性定位在机壳上，让机壳承受皮带的张力，解决了皮带张紧力对挠性轴定位的影响。这些传动装置均安装在机座内。1.4.3 转鼓组件转鼓组件是分离机的最主要部分，它包括：a)转鼓体：由上、下转鼓、底及盖等组成。上、下转鼓由18个M20的螺栓连接，其内壁设计成锥角以利于容渣和排渣。b)碟片组件碟片架、碟片组。c)排渣装置转鼓锥端部设有18个喷嘴座孔便于安装不同数量和直径的喷嘴。2 原始计算数据在离心机的结构设计中，通常取典

19、型结构的设计参数进行计算，其他情况下可以改变部分参数进行参数化设计。 转鼓结构参数为：转鼓内径Do=0.790m；筛网内径D=0.762 m；圆柱形转鼓有效长度L=0.457 m：开孔环板有三种不同的厚度tl=0.015 m，h=0.028 m，t3=0.04 m；钢管内径破=0.04 m，外径00=0.06 m：操作参数：分离因数Fr=500；轴功率N=29.4kW(40hp)；转鼓材料OCrl7Ni 12M02N的特性：db=500MPa;d0.2=275MPa材料密度r=7.98 x1000kgm3；HRB=95，HV=220，HBS=217杨氏模量E=2.1ell Pa：泊松比 m=0

20、.3;物料参数：生产能力Q=60 th(连续进料)； 3 转鼓设计校核3.1离心应力分析 离心机转鼓带动其内物料高速旋转,所以,鼓壁内的离心应力由鼓壁本身及其内物料两部分产生。3.1.1鼓壁质量引起的离心应力 如图6所示,高速回转下的圆锥形转鼓,其转鼓质量产生的离心力垂直于回转轴,在轴向没有分力,不能产生经线方向的应力,即(1)=0。鼓壁质量产生的离心力在壁面法线方向的分力、在转鼓壁中引起的环向应力可按下式计算。式中,锥形转鼓任意一点处的内半径,锥形转鼓的半锥角,0转鼓壁金属材料重度,转鼓角速度。由上式可知,鼓壁本身质量离心力产生的周向应力与鼓壁厚度无关,只与材料的密度、圆周速度。及锥形转鼓任

21、一点处的内半径有关。因此,增加鼓壁厚度并不能减小周向应力,而且周向应力最大值在圆锥转鼓的大口处。3.1.2被分离物料的离心力引起的应力和变形 经线应力(1) 如图7所示,锥形转鼓任意半径处的经线应力(1)可根据轴向力平衡条件计算。 针对此问题中的圆锥形转鼓,其经向应力及周向应力的最大值均在圆锥的大端。因此在校核时,只需校核圆锥大端壁内的应力。此时,=R,即,3.3转鼓壁厚的确定 这里根据实际情况,在合适分离的离心机结构和操作参数的条件下,碟式离心机转鼓的材料选用不锈钢0Cr15Ni7Mo2A,l其屈服极限为s1230MPa,抗拉强度为b1350MPa,密度为7.68g/cm3,材料焊缝的强度系

22、数取0.953,油液在20时油液的密度为1030kg/m3,4,转鼓直径为600mm,转速5000r/min,转鼓内液体内半径r2=200mm,转鼓锥角为40。许用应力采取上面两值中的较小者1,故可取355.26MPa。由于转鼓最大直径处为薄弱环节,取r=R=300mm。将上述数值代入式(11),得0.01863m=18.63mm,取=20mm。总结通过这次毕业设计，不仅让我对自己所学的知识有了一些深入了解，同时也对一些新的知识有了涉足，让我在设计中也学得了一些知识，在开始设计时，我曾经因为接触到新的知识惶恐过，不过最后还是坚持下来了，对于分离器来说这只是对其机壳的一些探讨，在我现在实习的公司我同样从事机壳制作的工作，希望自己以后也会涉足其设计方面. 参考文献1孙启才,金鼎五.离心机原理结构与设计计算.北京:机械工业出版社,19872郭本恒.乳粉.北京:化学工业出版社,20033余国琮.化工机械手册.北京:化学工业出版社,20034郭本恒.液态奶.北京:化学工业出版社,20045濮伟.离心机转鼓壁厚的影响因素及参数关系图.过滤与分离,2002;(12):18206冯颖璋.高速离心机转鼓力学性能指标的讨论.大型铸锻件,1997;(2):19237王祖荫.对离心机转鼓的基本刚度要求.中国井矿盐,1996;(5):333516