[科普中国]-碟片仰角

碟式分离机的应用

在工业化生产过程中存在着许多的液-固、液-液、液-液-固分离物料，特别是液-固、液-液两相密度差很小或固体颗粒较小的情况下，仅仅采用重力沉降是不能满足要求的，而采用离心分离的方法就很容易得到解决。离心分离可实现连续操作、增大生产能力、提高分离效果、降低劳动强度以及提高生产效率等。碟式分离机具有较高的分离因数，可用来进行净化、澄清和浓缩分离，是高性能的分离机械，广泛应用于石油化工、医药、轻工、船舶、食品等行业。国外碟式分离机的发展迅速，如瑞典Alfalaval和德国Westfalia的碟式分离机在分离技术方面具有国际领先水平，我国碟式分离机是从六十年代初开始，在引进、测绘国外碟式分离机的基础上逐步发展起来，消化吸收了国外先进技术，并通过不断改进创新，形成了具有自主技术的碟式分离机系列化产品。但实际生产过程中经常会出现物料不同分离效果不理想的情况可从碟式分离机的自身结构、使用工况及过程工艺参数来分析影响分离效果的因素。

碟式分离机的结构碟式分离机转鼓内有一组碟片，把转鼓空间分成许多薄层分离空间，从而大大缩短沉降距离，改善和提高分离效果。物料经进料管沿转鼓中心进入分配器，通过分配器孔进入碟片，液体以薄层在碟片间沿径向流动，轻相流向转鼓中心经轻相流道由轻液向心泵排出，重相流向转鼓壁经重相流道由重液向心泵排出，沉渣沉积在转鼓壁上经活塞排渣间歇排出1。

影响碟式分离机分离效果的因素分离因数F分离因数是指颗粒在离心力场中沉降速度与在重力场中沉降速度的比，分离因数是分离机分离性能的重要指标，分离机的分离因数越高，物料就越易被分离，分离效果越好。其计算公式如下：

F=ω^2R/g

式中：ω-分离机的回转角速度(r/s)R-分离机的内半径(m)g-重力加速度，g=9.81m/s2

从上式可以看出，提高转速比增大转鼓直径更有利于提高分离因数。例如，针对含某菌丝的物料进行分离时，由于菌丝颗粒度在0.5~1μm之间较难分离，采用碟式分离机，其分离因数高达10300，能够将菌丝从发酵液中分离出来，而用其它离心机就很难达到要求。

碟片半径对于液-液分离，碟片半径的大小是影响轻、重相分离效果的一个重要参数。碟片半径的大小决定了分配孔的位置偏向中心或偏离中心，物料进入分配孔就容易破坏已形成的分离液界面，影响分离效果。碟片半径越小，分配孔位置偏向中心，轻相就会含较多的重相组分，相反碟片半径越大，分配孔位置偏外，重相就会含较多的轻相组分。

例如用植物油碟式分离机对油和皂脚进行分离，由于皂脚所占比例为10%（v/v）左右，其碟片分配孔应远离中心，因此确定碟片大端半径Rmax=0.192m，碟片小端半径Rmin=0.055m，碟片分配孔Rf=0.115m，这样能得到较好的分离效果。

碟片间距h来自工艺过程的液体，在碟片分配孔分布圆半径Rf处进入分离通道，从碟片的小端半径Rmin处离开，液体在流过分离通道间隙的过程中，颗粒进行沉降。离心力作用于单个颗粒，使其具有沉降速度V1，V1垂直于轴线并指向转鼓周边。液体速度V2与V1的矢量和为V，V的方向确定颗粒的沉降路径。若要从液体中分离出颗粒，必须在颗粒到达上碟片的小端B′处或上碟片小端B′处之前沉降于上碟片的下表面A′B′。极限颗粒是从分离最不利的碟片分配孔位置F点出发，在到达上碟片小端B′处后能分离出的最小颗粒直径，可确定为颗粒的临界直径。所有大于临界直径的颗粒将沉降于上碟片的下表面，只有到达上碟片下表面的颗粒才有可能被分离出来。碟片间距应使物料中的颗粒在碟片间运动时来得及穿过液流面到达上碟片的下表面；同时在碟片表面沉降临界直径的颗粒不会重新被液流所带走。因此用沉降在碟片表面的颗粒不受料液冲刷带走的最小距离来确定碟片间距。

碟片仰角α碟片仰角即碟片母线与轴线的夹角α应满足tanα>f的条件，f为沉渣对碟片表面的摩擦系数，α角太小，颗粒贴在碟片下表面不能分离，一般在30°～45°范围内，随着仰角α的增大，在沉降速度V1和液体速度V2一定的情况下，速度V的方向会改变，从而改变了颗粒的沉降路线，颗粒不能到达上碟片的下表面，也就不能被分离出来，进而影响分离效果。

碟片表面粗糙度液体在高速旋转的转鼓内流动是较为复杂的湍流流动，碟片表面的粗糙度影响液体的流动，表面摩擦系数f增大也将阻碍颗粒在表面向外圆的移动。表面的粗糙度越大，摩擦系数增加，流动阻力增大，改变颗粒在碟片间流动的路线，就会导致一些理论上能分离出来并能到达上碟片下表面的颗粒不能到达碟片外圆，而被液流带走，最终影响分离效果。例如碟片在实际生产中采用旋薄技术成形，碟片的内外表面比采用冲压成形碟片光滑，最大限度地降低碟片表面粗糙度对流体的影响，一般来说，碟片内外表面经抛光处理后，其粗糙度Ra值不大于1.6μm。

重力环口径调整重力环口径就是改变重相出口口径，调整轻、重相的分离界面，使物料进入碟片分配孔分离时不致破坏已形成的分离界面，以达到最佳的分离效果。重力环口径变大，由于轻、重相离心液压的平衡，分离界面往碟片外移动，轻相中含重相就越少；反之重力环口径变小，分离界面往碟片中心移动，重相中含轻相就越少。例如植物油碟式分离机进行油和皂脚分离时，设计了一组重力环，其口径D1是Φ104、Φ114、Φ116、Φ118、Φ110、Φ112，为了便于对不同种类植物油分离时进行调整，得到理想的分离效果。2

液位环口径调整液位环口径就是改变轻相出口口径，调整轻、重相的分离界面，使物料进入碟片分配孔分离时不致破坏已形成的分离界面，以达到最佳的分离效果。液位环口径变小，由于轻、重相离心液压的平衡，分离界面往碟片外移动，轻相中含重相就越少；反之液位环口径变大，分离界面往碟片中心移动，重相中含轻相就越少。例如碟式分离机用于去除皮革废水中杂质，当液位环口径D2为80mm时，废水中杂质浓度从分离前659mg/kg降至分离后126mg/kg，当液位环口径D2改为76mm时，废水中杂质浓度从分离前659mg/kg降至分离后79mg/kg，大大提高了分离效果。

出口压力出口压力用来调整轻、重相的分离界面，增加轻相的压力就会将分离界面向重相层方向移动，得到澄清的轻相，反之，增加重相的压力就会将分离界面向轻相层方向移动，得到澄清的重相。

排渣时间间隔对于间隙排渣碟式分离机，其排渣时间间隔要根据物料含固量的多少来确定，如人工除渣分离机要定期进行清渣处理，部排或全排分离机要定期进行排渣操作，否则固相会积满渣腔，甚至会堵塞碟片间隙，影响分离效果。例如某碟式分离机转鼓的渣腔容积为10L，分离含固量0.5%（v/v）的液体，处理量为5000L/h时，其排渣时间间隔T=19.2min。

物料分离温度温度对物料分离的影响是很大的，物料粘度是随温度变化而变化的。温度升高，物料的粘度降低，越有利于物料的分离；温度降低，物料的粘度升高，就会影响物料的分离。因此温度的控制有利于分离过程的稳定，应避免产生波动。尤其对粘度随温度变化较大的物料，温度的控制至关重要，例如重油的分离温度在95℃～98℃、植物油的分离温度在85℃～95℃时，才能发挥碟式分离机的最大效率，达到最佳的分离效果2。