碟片半徑碟式分離機(jī)的應(yīng)用

在工業(yè)化生產(chǎn)過程中存在著許多的液-固、液-液、液-液-固分離物料，特別是液-固、液-液兩相密度差很小或固體顆粒較小的情況下，僅僅采用重力沉降是不能滿足要求的，而采用離心分離的方法就很容易得到解決。離心分離可實現(xiàn)連續(xù)操作、增大生產(chǎn)能力、提高分離效果、降低勞動強(qiáng)度以及提高生產(chǎn)效率等。碟式分離機(jī)具有較高的分離因數(shù)，可用來進(jìn)行凈化、澄清和濃縮分離，是高性能的分離機(jī)械，廣泛應(yīng)用于石油化工、醫(yī)藥、輕工、船舶、食品等行業(yè)。國外碟式分離機(jī)的發(fā)展迅速，如瑞典Alfalaval和德國Westfalia的碟式分離機(jī)在分離技術(shù)方面具有國際領(lǐng)先水平，我國碟式分離機(jī)是從六十年代初開始，在引進(jìn)、測繪國外碟式分離機(jī)的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來，消化吸收了國外先進(jìn)技術(shù)，并通過不斷改進(jìn)創(chuàng)新，形成了具有自主技術(shù)的碟式分離機(jī)系列化產(chǎn)品。但實際生產(chǎn)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)物料不同分離效果不理想的情況可從碟式分離機(jī)的自身結(jié)構(gòu)、使用工況及過程工藝參數(shù)來分析影響分離效果的因素。

碟式分離機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有一組碟片，把轉(zhuǎn)鼓空間分成許多薄層分離空間，從而大大縮短沉降距離，改善和提高分離效果。物料經(jīng)進(jìn)料管沿轉(zhuǎn)鼓中心進(jìn)入分配器，通過分配器孔進(jìn)入碟片，液體以薄層在碟片間沿徑向流動，輕相流向轉(zhuǎn)鼓中心經(jīng)輕相流道由輕液向心泵排出，重相流向轉(zhuǎn)鼓壁經(jīng)重相流道由重液向心泵排出，沉渣沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上經(jīng)活塞排渣間歇排出。

碟片半徑分離因數(shù)F

分離因數(shù)是指顆粒在離心力場中沉降速度與在重力場中沉降速度的比，分離因數(shù)是分離機(jī)分離性能的重要指標(biāo)，分離機(jī)的分離因數(shù)越高，物料就越易被分離，分離效果越好。其計算公式如下：

F=ω^2R/g

式中：ω-分離機(jī)的回轉(zhuǎn)角速度(r/s)R-分離機(jī)的內(nèi)半徑(m)g-重力加速度，g=9.81m/s2

從上式可以看出，提高轉(zhuǎn)速比增大轉(zhuǎn)鼓直徑更有利于提高分離因數(shù)。例如，針對含某菌絲的物料進(jìn)行分離時，由于菌絲顆粒度在0.5~1μm之間較難分離，采用碟式分離機(jī)，其分離因數(shù)高達(dá)10300，能夠?qū)⒕z從發(fā)酵液中分離出來，而用其它離心機(jī)就很難達(dá)到要求。

碟片半徑碟片半徑

對于液-液分離，碟片半徑的大小是影響輕、重相分離效果的一個重要參數(shù)。碟片半徑的大小決定了分配孔的位置偏向中心或偏離中心，物料進(jìn)入分配孔就容易破壞已形成的分離液界面，影響分離效果。碟片半徑越小，分配孔位置偏向中心，輕相就會含較多的重相組分，相反碟片半徑越大，分配孔位置偏外，重相就會含較多的輕相組分。

例如用植物油碟式分離機(jī)對油和皂腳進(jìn)行分離，由于皂腳所占比例為10%（v/v）左右，其碟片分配孔應(yīng)遠(yuǎn)離中心，因此確定碟片大端半徑Rmax=0.192m，碟片小端半徑Rmin=0.055m，碟片分配孔Rf=0.115m，這樣能得到較好的分離效果。

碟片半徑碟片間距h

來自工藝過程的液體，在碟片分配孔分布圓半徑Rf處進(jìn)入分離通道，從碟片的小端半徑Rmin處離開，液體在流過分離通道間隙的過程中，顆粒進(jìn)行沉降。離心力作用于單個顆粒，使其具有沉降速度V1，V1垂直于軸線并指向轉(zhuǎn)鼓周邊。液體速度V2與V1的矢量和為V，V的方向確定顆粒的沉降路徑。若要從液體中分離出顆粒，必須在顆粒到達(dá)上碟片的小端B′處或上碟片小端B′處之前沉降于上碟片的下表面A′B′。極限顆粒是從分離最不利的碟片分配孔位置F點(diǎn)出發(fā)，在到達(dá)上碟片小端B′處后能分離出的最小顆粒直徑，可確定為顆粒的臨界直徑。所有大于臨界直徑的顆粒將沉降于上碟片的下表面，只有到達(dá)上碟片下表面的顆粒才有可能被分離出來。碟片間距應(yīng)使物料中的顆粒在碟片間運(yùn)動時來得及穿過液流面到達(dá)上碟片的下表面；同時在碟片表面沉降臨界直徑的顆粒不會重新被液流所帶走。因此用沉降在碟片表面的顆粒不受料液沖刷帶走的最小距離來確定碟片間距。

碟片半徑碟片仰角α

碟片仰角即碟片母線與軸線的夾角α應(yīng)滿足tanα>f的條件，f為沉渣對碟片表面的摩擦系數(shù)，α角太小，顆粒貼在碟片下表面不能分離，一般在30°～45°范圍內(nèi)，隨著仰角α的增大，在沉降速度V1和液體速度V2一定的情況下，速度V的方向會改變，從而改變了顆粒的沉降路線，顆粒不能到達(dá)上碟片的下表面，也就不能被分離出來，進(jìn)而影響分離效果 。

碟片半徑碟片表面粗糙度

液體在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流動是較為復(fù)雜的湍流流動，碟片表面的粗糙度影響液體的流動，表面摩擦系數(shù)f增大也將阻礙顆粒在表面向外圓的移動。表面的粗糙度越大，摩擦系數(shù)增加，流動阻力增大，改變顆粒在碟片間流動的路線，就會導(dǎo)致一些理論上能分離出來并能到達(dá)上碟片下表面的顆粒不能到達(dá)碟片外圓，而被液流帶走，最終影響分離效果。例如碟片在實際生產(chǎn)中采用旋薄技術(shù)成形，碟片的內(nèi)外表面比采用沖壓成形碟片光滑，最大限度地降低碟片表面粗糙度對流體的影響，一般來說，碟片內(nèi)外表面經(jīng)拋光處理后，其粗糙度Ra值不大于1.6μm。

碟片半徑重力環(huán)口徑

調(diào)整重力環(huán)口徑就是改變重相出口口徑，調(diào)整輕、重相的分離界面，使物料進(jìn)入碟片分配孔分離時不致破壞已形成的分離界面，以達(dá)到最佳的分離效果。重力環(huán)口徑變大，由于輕、重相離心液壓的平衡，分離界面往碟片外移動，輕相中含重相就越少；反之重力環(huán)口徑變小，分離界面往碟片中心移動，重相中含輕相就越少。例如植物油碟式分離機(jī)進(jìn)行油和皂腳分離時，設(shè)計了一組重力環(huán)，其口徑D1是Φ104、Φ114、Φ116、Φ118、Φ110、Φ112，為了便于對不同種類植物油分離時進(jìn)行調(diào)整，得到理想的分離效果。2

碟片半徑液位環(huán)口徑

調(diào)整液位環(huán)口徑就是改變輕相出口口徑，調(diào)整輕、重相的分離界面，使物料進(jìn)入碟片分配孔分離時不致破壞已形成的分離界面，以達(dá)到最佳的分離效果。液位環(huán)口徑變小，由于輕、重相離心液壓的平衡，分離界面往碟片外移動，輕相中含重相就越少；反之液位環(huán)口徑變大，分離界面往碟片中心移動，重相中含輕相就越少。例如碟式分離機(jī)用于去除皮革廢水中雜質(zhì)，當(dāng)液位環(huán)口徑D2為80mm時，廢水中雜質(zhì)濃度從分離前659mg/kg降至分離后126mg/kg，當(dāng)液位環(huán)口徑D2改為76mm時，廢水中雜質(zhì)濃度從分離前659mg/kg降至分離后79mg/kg，大大提高了分離效果。

碟片半徑出口壓力

出口壓力用來調(diào)整輕、重相的分離界面，增加輕相的壓力就會將分離界面向重相層方向移動，得到澄清的輕相，反之，增加重相的壓力就會將分離界面向輕相層方向移動，得到澄清的重相。

碟片半徑排渣時間間隔

對于間隙排渣碟式分離機(jī)，其排渣時間間隔要根據(jù)物料含固量的多少來確定，如人工除渣分離機(jī)要定期進(jìn)行清渣處理，部排或全排分離機(jī)要定期進(jìn)行排渣操作，否則固相會積滿渣腔，甚至?xí)氯g隙，影響分離效果。例如某碟式分離機(jī)轉(zhuǎn)鼓的渣腔容積為10L，分離含固量0.5%（v/v）的液體，處理量為5000L/h時，其排渣時間間隔T=19.2min。

碟片半徑物料分離溫度

溫度對物料分離的影響是很大的，物料粘度是隨溫度變化而變化的。溫度升高，物料的粘度降低，越有利于物料的分離；溫度降低，物料的粘度升高，就會影響物料的分離。因此溫度的控制有利于分離過程的穩(wěn)定，應(yīng)避免產(chǎn)生波動。尤其對粘度隨溫度變化較大的物料，溫度的控制至關(guān)重要，例如重油的分離溫度在95℃～98℃、植物油的分離溫度在85℃～95℃時，才能發(fā)揮碟式分離機(jī)的最大效率，達(dá)到最佳的分離效果 。2100433B

碟片式離心機(jī)是立式離心機(jī)的一種，轉(zhuǎn)鼓裝在立軸上端，通過傳動裝置由電動機(jī)驅(qū)動而高速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有一組互相套疊在一起的碟形零件--碟片。碟片與碟片之間留有很小的間隙。懸浮液（或乳濁液）由位于轉(zhuǎn)鼓中心的進(jìn)料管加入轉(zhuǎn)鼓。當(dāng)懸浮液（或乳濁液）流過碟片之間的間隙時，固體顆粒（或液滴）在離心機(jī)作用下沉降到碟片上形成沉渣（或液層）。沉渣沿碟片表面滑動而脫離碟片并積聚在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)直徑最大的部位，分離后的液體從出液口排出轉(zhuǎn)鼓。碟片的作用是縮短固體顆粒（或液滴）的沉降距離、擴(kuò)大轉(zhuǎn)鼓的沉降面積，轉(zhuǎn)鼓中由于安裝了碟片而大大提高了分離機(jī)的生產(chǎn)能力。積聚在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的固體在分離機(jī)停機(jī)后拆開轉(zhuǎn)鼓由人工清除，或通過排渣機(jī)構(gòu)在不停機(jī)的情況下從轉(zhuǎn)鼓中排出。

分離機(jī)中的碟片式分離機(jī)是應(yīng)用最廣的沉降離心機(jī)。

碟片式分離機(jī)是立式離心機(jī)，轉(zhuǎn)鼓裝在立軸上端，通過傳動裝置由電動機(jī)驅(qū)動而高速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有一組互相套疊在一起的碟形零件--碟片。碟片與碟片之間留有很小的間隙。懸浮液（或乳濁液）由位于轉(zhuǎn)鼓中心的進(jìn)料管加入轉(zhuǎn)鼓。當(dāng)懸浮液（或乳濁液）流過碟片之間的間隙時，固體顆粒（或液滴）在離心機(jī)作用下沉降到碟片上形成沉渣（或液層）。沉渣沿碟片表面滑動而脫離碟片并積聚在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)直徑最大的部位，分離后的液體從出液口排出轉(zhuǎn)鼓。碟片的作用是縮短固體顆粒（或液滴）的沉降距離、擴(kuò)大轉(zhuǎn)鼓的沉降面積，轉(zhuǎn)鼓中由于安裝了碟片而大大提高了分離機(jī)的生產(chǎn)能力。積聚在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的固體在分離機(jī)停機(jī)后拆開轉(zhuǎn)鼓由人工清除，或通過排渣機(jī)構(gòu)在不停機(jī)的情況下從轉(zhuǎn)鼓中排出。

碟片式分離機(jī)可以完成兩種操作：液-固分離（即底濃度懸浮液的分離），稱澄清操作；液-液分離（或液-液-固）分離（即乳濁液的分離），稱分離操作。2100433B