沉降离心机学习.pptx
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1、Report5.1离心机的典型结构及工作原理离心机的典型结构及工作原理 非均一系的分离及离心机的典型结构非均一系的分离及离心机的典型结构均一系均一系:设置第二相,使分离的物质转移到该相(传质)设置第二相,使分离的物质转移到该相(传质)非均一系:非均一系:机械分离,在力场中利用机械分离,在力场中利用“相重差相重差”分离分离液体非均一系液体非均一系悬浮液和乳浊液的分离是非均一系分离的典型情悬浮液和乳浊液的分离是非均一系分离的典型情况,其分离形式按照分离机理的不同分为沉降和过滤两种。况,其分离形式按照分离机理的不同分为沉降和过滤两种。沉降:沉降:混合物在某种装置中,由于两相在力场中所受的力的大小不混
2、合物在某种装置中,由于两相在力场中所受的力的大小不同而沉淀分层,轻相在上层形成澄清液,重相在下层形成沉淀物而同而沉淀分层,轻相在上层形成澄清液,重相在下层形成沉淀物而实现分离。实现分离。过滤:过滤:混合物在多孔材料层装置中,由于受力场的作用,液体通过混合物在多孔材料层装置中,由于受力场的作用,液体通过多孔材料层流出形成滤液,固体被留在材料层上形成滤渣而实现分多孔材料层流出形成滤液,固体被留在材料层上形成滤渣而实现分离。离。第1页/共36页Report离心沉降装置结构离心沉降装置结构第2页/共36页Report分离分离因数因数 为了表征离心机的分离能力,而又要与所处理的物料无关,为了表征离心机的
3、分离能力,而又要与所处理的物料无关,就必须把物料的固有特征就必须把物料的固有特征重力设法排除,所以采用分离因数重力设法排除,所以采用分离因数表征离心机的分离能力表征离心机的分离能力 分离因数分离因数表示离心力场的特性,是代表离心机性能的重要因表示离心力场的特性,是代表离心机性能的重要因数。数。Fr值值越越大,离心机的分离能力越高,因此,分离体系的分散大,离心机的分离能力越高,因此,分离体系的分散度越大或介质黏度越大,物料越难分离,则应采用分离因数越大度越大或介质黏度越大,物料越难分离,则应采用分离因数越大的离心机。对分离固体颗粒为的离心机。对分离固体颗粒为1050m、液体黏度不超过、液体黏度不
4、超过0.01Pas、较易过滤的悬浊液,分离因数不宜过高,取、较易过滤的悬浊液,分离因数不宜过高,取Fr=100700,织物的脱水可取,织物的脱水可取Fr=6001000;对于高分散度;对于高分散度及液体黏度较大、较难过滤的悬浊液,必须取较高的分离因数。及液体黏度较大、较难过滤的悬浊液,必须取较高的分离因数。第3页/共36页Report沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离过程沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离过程基本方程基本方程(1)连续方程)连续方程关于轴对称情况,关于轴对称情况,环向变化率环向变化率为零,为零,定定常、不可压缩流体,常、不可压缩流体,可简化为可简化为第4页/共36页Re
5、port沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离过程沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离过程(2)欧拉方程)欧拉方程在在流体力学中,牛顿第二定律的表达式,对无黏流体流体力学中,牛顿第二定律的表达式,对无黏流体是用欧拉方程。当流体与转鼓之间有相对运动时,既是用欧拉方程。当流体与转鼓之间有相对运动时,既要考虑重力,还要考虑要考虑重力,还要考虑哥氏力哥氏力,对于定常流动,在柱,对于定常流动,在柱坐标系中,欧拉方程如下:坐标系中,欧拉方程如下:式中式中L1算子,算子,第5页/共36页Report沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离过程沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离过程(3)N-S方程方程由欧
6、拉方程右端增加表示流体黏性影响的项求得,具由欧拉方程右端增加表示流体黏性影响的项求得,具体表达式如下:体表达式如下:式中式中为拉普拉斯算子,为拉普拉斯算子,第6页/共36页Report沉降离心机转鼓内的流体流动沉降离心机转鼓内的流体流动“活塞式活塞式”理论理论层流理论;层流理论;表面层理论;表面层理论;流线理论流线理论第7页/共36页Report沉降分离原理沉降分离原理离心离心沉降一般由以下物理过程组成,即:沉降一般由以下物理过程组成,即:固体的沉固体的沉降降,按照介质对其中物体运动阻力的流体力学进行;,按照介质对其中物体运动阻力的流体力学进行;沉渣的压实沉渣的压实,按照分散物系的力学规律进行
7、,按照分散物系的力学规律进行;从沉渣;从沉渣中中排出部分排出部分由分子力所保持的由分子力所保持的液体液体。固相固相粒子的沉降情况有两种:粒子的沉降情况有两种:集团集团沉降沉降,固相浓度超过一定极限而且固相的分散性,固相浓度超过一定极限而且固相的分散性较均匀,可能出现集团沉降(又称阻滞沉降现象),较均匀,可能出现集团沉降(又称阻滞沉降现象),沉降固相与其上层沉清液之间有明显界限;沉降固相与其上层沉清液之间有明显界限;自由沉降自由沉降,固相浓度低于此极限时,粗细粒子的沉降,固相浓度低于此极限时,粗细粒子的沉降速率各不相同,不出现上述的分界线。速率各不相同,不出现上述的分界线。第8页/共36页Rep
8、ort离心机的分类离心机的分类1、按照分离因素大小、按照分离因素大小1)常速离心机)常速离心机转速转速8000r/min,RCF1104g用途:分离细胞、细胞碎片、培养基残渣及粗结晶等较大颗粒用途:分离细胞、细胞碎片、培养基残渣及粗结晶等较大颗粒2)高速离心机)高速离心机转速转速800025000r/min,RCF1104g105g用途:分离各种沉淀物、细胞碎片及较大的细胞器等用途:分离各种沉淀物、细胞碎片及较大的细胞器等3)超速离心机)超速离心机转速转速25000g80000r/min,RCF1105g以上以上用途用途:制备制备用用超速离心机:分离纯化生物大分子、细胞器和病毒超速离心机:分离
9、纯化生物大分子、细胞器和病毒等等分析分析用用超速离心机:测定样品纯度(根据紫超速离心机:测定样品纯度(根据紫外吸收率外吸收率或折光率等判或折光率等判断)、沉降系数、相对分子量断)、沉降系数、相对分子量第9页/共36页Report离心机的分类离心机的分类2、按分离方式分类、按分离方式分类1)过滤式离心机)过滤式离心机离心转鼓周壁有孔,借离心力实现过滤分离的离心机,转速一离心转鼓周壁有孔,借离心力实现过滤分离的离心机,转速一般在般在10002000r/min范围,分离因数不大。适用于易过滤的晶范围,分离因数不大。适用于易过滤的晶体和较大颗粒悬浮液的分离。体和较大颗粒悬浮液的分离。2)沉降式离心机)
10、沉降式离心机离心转鼓周壁无孔,借离心力实现沉降分离,适用于固体含量离心转鼓周壁无孔,借离心力实现沉降分离,适用于固体含量少,少,颗粒较细,不易过滤的悬浮液。颗粒较细,不易过滤的悬浮液。3)分离式离心机(分离机)分离式离心机(分离机)转速极大,一般在转速极大,一般在4000r/min以上,适用于乳浊液的分离和以上,适用于乳浊液的分离和悬浮液的增浓或澄清。悬浮液的增浓或澄清。第10页/共36页Report离心机的分类离心机的分类第11页/共36页Report离心机的分类离心机的分类3、按离心机的运转方式按离心机的运转方式分类分类1)间歇运转式间歇运转式离心机离心机此离心机的加料、分离卸渣过程是在不
11、同转速下间歇进行的。操作此离心机的加料、分离卸渣过程是在不同转速下间歇进行的。操作时必须按照操作循环中的各个阶段顺序进行,一般操作循环包括空时必须按照操作循环中的各个阶段顺序进行,一般操作循环包括空转鼓加速、加料、加速到全速、全速运转实现分离、洗涤、甩干、转鼓加速、加料、加速到全速、全速运转实现分离、洗涤、甩干、减速、卸渣等几个阶段,各个阶段的时间并不相等,如减速、卸渣等几个阶段,各个阶段的时间并不相等,如三足式沉降三足式沉降离心机、刮刀卸料沉降离心机。离心机、刮刀卸料沉降离心机。2)连续运转式连续运转式离心机离心机此类离心机是在全速运转条件下,加料、分离、洗涤、卸渣等过程此类离心机是在全速运
12、转条件下,加料、分离、洗涤、卸渣等过程连续进行,生产能力较大,连续进行,生产能力较大,如螺旋卸料沉降离心机。如螺旋卸料沉降离心机。第12页/共36页Report螺旋卸料螺旋卸料离心机离心机螺旋卸料沉降离心机螺旋卸料沉降离心机 有卧式和立式两种。连续操作,悬浮有卧式和立式两种。连续操作,悬浮液经加料管由螺旋内筒进料孔进入,随同转鼓高速旋转,固液经加料管由螺旋内筒进料孔进入,随同转鼓高速旋转,固体沉降到鼓壁,由与转鼓有一定转速差的螺旋向小端输送并体沉降到鼓壁,由与转鼓有一定转速差的螺旋向小端输送并排出,清液则由转鼓大端溢流而出。排出,清液则由转鼓大端溢流而出。分离因素可达分离因素可达 6000 6
13、000。可处理粒度。可处理粒度 2 2mm5mmmm5mm,固含量小于固含量小于 10%50%10%50%,固液密度差大于,固液密度差大于 0.05 0.05g/cmg/cm3 3 的悬浮液。的悬浮液。卧式螺旋卸料离心机示意图1螺旋送料器;2机壳;3转鼓;4行星差速器 第13页/共36页Report复合离心机复合离心机1、结构和原理结构和原理:悬浮悬浮液液物料由加料口加入物料由加料口加入,经经加料管进入沉降转鼓加料管进入沉降转鼓,在在离心力场的作用下离心力场的作用下进进行行沉降分离,沉降后沉降分离,沉降后的的液液相由下部沉降液相由下部沉降液出口出口排出排出。而含湿量较高。而含湿量较高固固相相沉
14、渣由沉降螺旋沿沉渣由沉降螺旋沿沉沉降降转鼓内壁刮送至上部转鼓内壁刮送至上部,经经沉渣口排入过滤转鼓,进行过滤分离。沉渣口排入过滤转鼓,进行过滤分离。第14页/共36页Report复合离心机复合离心机2、主要用途、主要用途悬浮液固相浓度为悬浮液固相浓度为5%35%、粒度大于、粒度大于0.15mm、对成品结晶形状没有特殊要求的粗结晶、对成品结晶形状没有特殊要求的粗结晶及短纤维的分离,特别是需要单机生产能力大的易及短纤维的分离,特别是需要单机生产能力大的易脱液的固液分离。脱液的固液分离。3、主要特点、主要特点结构紧凑,效率高、便于实现自动化控制。用于处结构紧凑,效率高、便于实现自动化控制。用于处理固
15、相含量少的物料时,应先经沉降浓缩,可以提理固相含量少的物料时,应先经沉降浓缩,可以提高过滤效率。高过滤效率。第15页/共36页Report有碟片的卧有碟片的卧螺离心机螺离心机转转鼓鼓主分离室、辅助分离室。主分离室、辅助分离室。主分离室主分离室是卧是卧螺离心机,螺离心机,作用是把悬浮液中的大部分固体分离出来;作用是把悬浮液中的大部分固体分离出来;辅助分离室辅助分离室内装有内装有碟片,将经过初步分离的液体进一步澄清。碟片,将经过初步分离的液体进一步澄清。第16页/共36页Report管式及室式离心机管式及室式离心机管式离心机管式离心机 特点是转鼓特点是转鼓(管管)直径小、长度大、转速高、直径小、长
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