[科普中国]-沉降式离心机

沉降式离心机是一种新型的卧式螺旋卸料离心机，其工作原理是利用固-液比重差，并依靠离心力场使之扩大几千倍，固相在离心力的作用下被沉降，从而实现固液分离，并在特殊机构的作用下分别排出机体。

简介沉降式离心机是一种新型的卧式螺旋卸料离心机，其工作原理是利用固-液比重差，并依靠离心力场使之扩大几千倍，固相在离心力的作用下被沉降，从而实现固液分离，并在特殊机构的作用下分别排出机体。当离心过滤中因固体颗粒易堵塞过滤介质而过滤阻力过大时或细颗粒漏失过多时，过滤式离心机就无法达到理想的分离效果，此时沉降式离心机就具有了过滤式不可比拟的优势。利用离心沉降原理，可以把粒径很小的固相颗粒从液相中分离开来。

工作原理用离心沉降法分离悬浮液组分的离心分离机。加入转鼓中的悬浮液在离心力作用下形成环状液层，其中的固体颗粒沉降到转鼓壁上，形成沉渣。澄清的液体经转鼓溢流口或吸液管排出，称分离液。分离结束时用人工或机械方法卸出沉渣。固体颗粒在向转鼓壁沉降的过程中，还随液体流作轴向运动，进料量过大时，随液体流动至溢流口，而尚未沉降到鼓壁的细颗粒则随分离液排出转鼓，使分离液混浊。对固液相密度差小、固体颗粒小或液体粘度大的难分离悬浮液应选择分离因数高的沉降离心机，延长悬浮液在转鼓中停留的时间（例如减小进料量或采用长转鼓等），方能保证分离液澄清。沉降离心机用途较广，尤其适用于离心过滤中因固体颗粒易堵塞过滤介质而过滤阻力过大时或细颗粒漏失过多时的悬浮液分离，但沉渣的含湿量偏高。沉降离心机可用于结晶、化学沉淀物、煤粉等悬浮液的分离、各种污水污泥的脱水以及动植物油的除渣澄清等。

结构特点轴系沉降式离心机有刚性轴和挠性轴之分。一般对运转速度不太高，转子直径较大，液体流动性较好的离心机通常设计成刚性轴。原科研机设计为刚性轴，它的转鼓轴轴径较大（Φ125mm），其临界转速大于工作转速，转鼓轴与支撑轴承的间距大（800mm），设置了大尺寸的轴承，整个转动轴系的高度也相应减小，由于没有过临界转速时的振动问题，其减振结构相应简化，取消了挠性轴常需的球形支撑。其优点是工作转速低于其一阶临界速度，没有过临界转速时的振动问题，可以在较宽的速度范围内操作。刚性轴本身结构可设置大尺寸的轴承，此轴承的受力状态较好，可提高整机的寿命。其缺点是拆装和检修不易实现全远距离操作。

转鼓结构与进料方式从近年来国外发展的离心机研究资料来看，转鼓结构有正杯型和倒杯式，对应的进料方式有上进料和下进料方式。我国的科研机和工程机都采用倒杯式转鼓和下进料方式，其优点是缩短了主轴长度，简化上部结构，并使排渣畅快，操作时对上方污染少。工艺管道集中布置在转鼓的下方，有利于转鼓的起吊、检修和解决 α 密封。

出料及排渣方式工程机设置有清液室、锥筒及渣口切换装置。清液室由锥形底与筒体连接形成的环形槽，内有清液出口管。高速水流呈螺旋状飞溅到外壳上进入清液室。锥形底位于筒体下部，锥筒上固定有上料管喷嘴、高压水喷嘴及排渣口（回流口），渣口切换装置位于锥形底下部，它由核级阀门电动装置、穿地轴、切换罐、锥筒等组成。切换罐底部设有回流管口（回流入料液槽）、排渣管口（进入渣水槽）和挡板，当在高速沉降分离时，锥筒对准回流口使得上料过程中由于上料管与散液盘之间空隙的存在，料液沿上料管外壁的回流液以及液体和气体摩擦，进料和散液板之间的碰撞形成雾滴通过锥筒收集经回流口进入料液槽。据了解，由于科研机没有此装置，在分离操作时，从渣口收集的原液量是进料量的 1‰，就与形成的雾滴有关。排渣时，锥筒对准排渣口，4 个 90˚扇形喷嘴的水流将覆盖转鼓内壁，在慢速转动情况下实现冲渣，渣水通过锥筒进入渣水槽1。

类型螺旋卸料式离心机螺旋卸料式离心机分立式和卧式两种，但工业上以卧式为主，简称“卧螺” 。

卧式螺旋卸料离心机主要由高转速的转鼓、与转鼓转向相同且转速比转鼓略高或略低的螺旋和差速器等部件组成。当要分离的悬浮液进入离心机转鼓后，高速旋转的转鼓产生强大的离心力把比液相密度大的固相颗粒沉降到转鼓内壁，由于螺旋和转鼓的转速不同，二者存在有相对运动（即转速差），利用螺旋和转鼓的相对运动把沉积在转鼓内壁的固相推向转鼓小端出口处排出，分离后的清液从离心机另一端排出。差速器（齿轮箱）的作用是使转鼓和螺旋之间形成一定的转速差。

主要的脱水流程可以简述为：

悬浮液从进料管进入转鼓，固相颗粒在离心力场作用下受到离心力的加速沉降至转鼓内壁，沉降的颗粒在螺旋输送器叶片的推动下，从（直筒段）沉降区通过（锥段）干燥区至固相出口排出；经澄清的液相从溢流孔溢出。从而实现固、液相自动、连续的分离。

主要特点

优点：自动、连续操作、可长期运行、维修方便。可在加压和低温下工作。单机生产能力大，处理能力 0.4~60m3/h 颗粒粒度2 μm~5mm，固相浓度1%~50%、固液密度差大于0.05g/cm3 。分离因数高，转鼓长径比设计范围大，转鼓液池深度可调。因此适用性强，应用范围广。

缺点：沉渣含液量较高。离心机转速高，转动件加工精度要求高，结构复杂，制造成本高。

常用的螺旋卸料式离心机：

脱水型卧螺离心机：分离因数一般小于3000，常用来处理易分离物料，如洗煤厂要浮选的（漂浮选矿）精矿和尾矿。转鼓呈锥形或柱-锥形，转鼓长径比较小，一般为1~2。

澄清型卧螺离心机：分离因数一般大于3000，用于固体细微颗粒、滑腻的悬浮液（如活性污泥）等的澄清，特点是转鼓呈柱—锥形和双锥。

应用领域

化工（如合成纤维树脂、聚氯乙烯）、煤炭（如煤粉的脱水）、食品（如淀粉的脱水）、制药（如动物油脂的分离 ）、治金（如矿砂和浸渍液的分离 ）、环保（如活性污泥的脱水）等。

三足式沉降离心机三足式离心机是一台间歇操作、人工卸料的立式离心机。在这种离心机中为了减轻转鼓的摆动和便于拆卸，将转鼓、外壳、和联动装置都固定在机座上，机座则借拉杆挂在三个支柱上，所以称为三足式离心机。

主要特点

分离效率较低，一般只适宜处理较易分离的物料，因是间歇操作，为避免频繁的卸料、清洗，处理的物料一般含固量不高（约3%~5%）。

结构简单，价格低，适应性强。常用于中小规模的生产，例如要求不高的料浆脱水，液体净水，从废液中回收有用的固体颗粒等。

其缺点：卸料时劳动强度大，生产能力低。

管式离心机管式分离机是高分离因数的离心机, 分离因数可达 15000 ~65000。转速一般为16000r/min，适用于含固量低于 1% 、固相粒度小于5μm 、粘度较大的悬浮液澄清, 或用于轻液相与重液相密度差小、分散性很高的乳浊液及液-液-固三相混合物的分离。单机生产能力较小, 需停车清除转鼓内的沉渣。 管式离心机具有一个细长而高速旋转的转鼓。加长转鼓长度的目的在于增加物料在转鼓内的停留时间。管式离心机根据要分离的物料的不同可以分为澄清型和分离型两类。分离型用于固液分离，澄清型可用于液液固三相分离。

因为液液混合物没有流动性问题，因此用于液液分离的管式离心机为连续操作。对于固液分离，由于固相沉淀物流动性差，只能采用间隙式操作。待固体聚达到一定体积后，停车拆下转鼓进行清理 ，否则，固体越积越多，通流截面减小，流速加快，停留时间减小，会降低分离效率。 在生产中为保持连续处理，采用两台离心机交替使用。

主要特点

优点：（1）平均允许停留的时间要比同体积的转鼓式离心机长（管式离心机长径比大的缘故）（2）分离能力大（通常主要用于分离各种难分离的乳浊液，特别适用于二相密度差甚微的液液分离）。

缺点：（1）容量小（2）固液分离只能为间隙操作。

本词条内容贡献者为:

王强 - 副教授 - 西南大学