第七章 离心机
第一节 概述
一、离心机在食品工业中的应用
分离对象,悬浮液
乳浊液
离心分离过程
1、离心过滤
特点,1)转鼓有孔
2)适合用于含固量大、粒径大
的悬浮液
3)悬浮液 滤饼
滤液
2、离心沉降
特点,,1)转鼓无孔
2)固相密度 >液相密度
3)适合含固量低,粒径小的悬浮液
4)悬浮液 沉渣
澄清液
3、离心分离
特点,1)转鼓无孔; 2)转速更高
3)适合乳浊液; 4)乳浊液, 轻液
重液
少量沉渣
二、离心力场特点及分离因数
三、离心机分类
mgG
RmF c
?
? 2?
离心力场
重力场
g
R
G
FF c
r
2?
??
分离因数
物理意义, 分离因数越大,离心力越大,分离
能力越大
1、按分离因数分
( 1)常速离心机
Fr<3500 常见 Fr=400~1200
特点:转鼓有过滤式、沉降式
转鼓直径较大、转速较低
2)高速离心机
Fr = 3500~5000
特点:转鼓为沉降时,直径较小,转速较高
3)超高速离心机
Fr >5000
特点:转鼓为沉降式
转速很高
直径很小,呈管状
2、按结构特点分
1)三足式离心机
2)上悬式离心机
3)刮刀卸料式离心机
4)活塞卸料式离心机
5)离心卸料式离心机
6)振动卸料式离心机
7)螺旋卸料式离心机
8)进动卸料式离心机
9)蝶片式分离机
10)管式分离机
间
歇
式
适
合
悬
浮
液
适合乳浊液
第二节 间歇式离心机
一、三足式离心机
1、结构
二、上悬式离心机
2、主要特点
1)分离形式:过滤式
2)间歇操作
3)固体颗粒不受破坏,可充分洗涤,得到较干的滤饼
4)适用于悬浮液
特点:
1)工作循环:转鼓低速加料、高速分离、低速卸料
2)下部卸料劳动强度低
3)分离形式:过滤式、沉降式
4)转鼓有良好的铅垂性、稳定性
5)避免料液进入轴承及传动机构
4、重力卸料条件
三、刮刀卸料式离心机
1、特点:
1)分离形式:过滤式、沉降式
2)生产能力大、劳动强度低
3)工作循环:高速加料、卸料、分离,周
期短。
4)对物料适应强
5)对固体颗粒有一定破坏性,刮刀磨损较
快,机器振动大
第三节 连续式离心机
连续式离心机:
加料、分离、卸料各道工序在同一时
间内完成。
2、特点:
1)分离形式:只有过滤式
2)工作循环:连续全速下加料、分离、卸料为脉动
3)与刮刀式相比,对物料的破坏性较小
4)对固体含量敏感,适应性差。如:含固量少,转
鼓上形不成滤饼层,造成跑料;含固量多,物料流动
性差,使物料分布不均,造成机器振动。
5)固体颗粒易被活塞挤出网孔,造成固体物料损失
或滤液混浊
6)转速不易过高,如过高,物料紧贴筛网,推料阻
力过大,活塞推不动
7)适合分离粗颗粒,固液比较大的悬浮液;不适合
分离胶状物料和摩擦系数高的物料
一、活塞卸料式离心机
1、结构
二、螺旋卸料式离心机
1、结构
转鼓形状:
圆筒形:有利于液相澄清
圆锥形:有利于固相脱水
圆筒 +圆锥形:有两者的优点,应用最广
圆筒部分为沉降区,用于固液分离
圆锥部分为干燥区,固相进一步脱水
螺旋推进器与转鼓的转差率, 1:100
转差率越小,物料在转鼓内停留的时间越长,排渣慢,
滤渣较干
转差率越大,物料在转鼓内停留的时间越短,排渣块,
滤渣较湿
转差率为零,不排料
为使沉渣向转鼓小端移动,螺旋叶片的缠绕方
向、螺旋相对于转鼓的旋向,以及螺旋与转鼓
的旋转方向三者应符合一定的规律,否则不能
卸料。
右旋
左旋
螺旋相对转鼓
的旋转
螺旋与转鼓的旋转方向
(从小端处看)
滞后
滞后
超前
超前
逆时针
逆时针
顺时针
顺时针
离心卸料条件
锥形转鼓的锥角对离心机的性能影响很大
α 生产能力 含湿量
α 物料停留时间 干燥程度 生产能
力
α 过小 物料停止在转鼓上 不能自动卸料
因此应选择合适的锥半角 ∵FC>>G
∴ 可忽略重力 G
要保证滤渣沿母线向上
移动需满足 Tc≥F
Fc*sinα≥fFc*cos α
Fc
Nc
Tc
G
F
α
三、离心卸料式离心机
∴ tgα≥f
或 α≥φ
式中,f— 摩擦系数
φ — 摩擦角
离心卸料条件
特点:
1)转鼓形式:过滤式
2)生产能力大,结构简单,操作方便,颗粒破坏小
3)对物料适应性差
4)漏料量较大
四、振动卸料式离心机
振动卸料式离心机附加有轴向振动
特点:
1) α 较小,一般 α<φ
应此仅靠离心力不能达到卸料
需加附加轴向振动力
2)物料在转鼓内停留时间较长,
可获得较干的物料
3)振动可由偏心机构机械式激振器
提供,用弹簧加大振幅
α
垂直于螺纹元件轴线
横截面的速度矢量图
工作原理 α— 方向角
β— 锥半角
α+β>φ—— 为卸料区
α+β<φ—— 为干燥区
3、特点:
1)生产能力大,物料磨损,功率消
耗少
2) Fr较小,分离效果好
3)对物料适应性好,可调节转速、
方向角和锥半角,适用于含固量大,
颗粒为 0.05~20mm的悬浮液。
4)分离形式:过滤式
α+β
α
β
β
O
公转自转
五、进动卸料式离心机
第四节 分离机
一、蝶片式分离机
重
力
分
离
不同直径的脂肪球的上浮速度
简单的沉降容器
连续分离
短沉降距离的浅容器
带挡板的分离容器
蝶
片
式
分
离
机
分
离
用
分
离
机
澄
清
用
分
离
机
分离用碟片
带
热
压
泵
的
6
效
蒸
发
器
标准化操作过程
二、管式分离机
具有高速旋转的细长转鼓
n=15000~20000 rpm
转鼓长径比, L:D=6~8
L 停留时间
Fr =13000~16000
颗粒直径,0.5~500μm
固有频率 <<工作转速
特点,1、结构简单
2、运转平稳
3、可做分离、澄清两用
4、生产能力低
第六节高速旋转轴的临界转速
一、概述
1、临界转速
如果作用于转轴的外来干扰频率(转子的转速)恰
好等于转子的固有频率,系统将发生共振,发生共振时
的转速,称为临界转速。
2、计算临界转速的目的
使离心机的工作转速避开共振区。
3、临界转速的阶数
转轴的临界转速不止一个,与系统的自由度数有关,
如果一根轴上带有一个比轴重得多的转子,为一个自由
度系统,具有一个临界转速;
二、临界转速的计算
17.04.1 ??? kk nnn 工
如果转轴带有两个转子,即为两个自由度系统,那
么具有两个临界转速。以此类推。
在临界转速中,称最小的为一阶临界转速,比他大
的为二阶、三阶,……
4、刚性轴、挠性轴
刚性轴,n工 > nk1
挠性轴,n工 >nk1
75.0
1
?
kn
n工
y
2
2
dt
ydm
单自由度系统
第一节 概述
一、离心机在食品工业中的应用
分离对象,悬浮液
乳浊液
离心分离过程
1、离心过滤
特点,1)转鼓有孔
2)适合用于含固量大、粒径大
的悬浮液
3)悬浮液 滤饼
滤液
2、离心沉降
特点,,1)转鼓无孔
2)固相密度 >液相密度
3)适合含固量低,粒径小的悬浮液
4)悬浮液 沉渣
澄清液
3、离心分离
特点,1)转鼓无孔; 2)转速更高
3)适合乳浊液; 4)乳浊液, 轻液
重液
少量沉渣
二、离心力场特点及分离因数
三、离心机分类
mgG
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离心力场
重力场
g
R
G
FF c
r
2?
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分离因数
物理意义, 分离因数越大,离心力越大,分离
能力越大
1、按分离因数分
( 1)常速离心机
Fr<3500 常见 Fr=400~1200
特点:转鼓有过滤式、沉降式
转鼓直径较大、转速较低
2)高速离心机
Fr = 3500~5000
特点:转鼓为沉降时,直径较小,转速较高
3)超高速离心机
Fr >5000
特点:转鼓为沉降式
转速很高
直径很小,呈管状
2、按结构特点分
1)三足式离心机
2)上悬式离心机
3)刮刀卸料式离心机
4)活塞卸料式离心机
5)离心卸料式离心机
6)振动卸料式离心机
7)螺旋卸料式离心机
8)进动卸料式离心机
9)蝶片式分离机
10)管式分离机
间
歇
式
适
合
悬
浮
液
适合乳浊液
第二节 间歇式离心机
一、三足式离心机
1、结构
二、上悬式离心机
2、主要特点
1)分离形式:过滤式
2)间歇操作
3)固体颗粒不受破坏,可充分洗涤,得到较干的滤饼
4)适用于悬浮液
特点:
1)工作循环:转鼓低速加料、高速分离、低速卸料
2)下部卸料劳动强度低
3)分离形式:过滤式、沉降式
4)转鼓有良好的铅垂性、稳定性
5)避免料液进入轴承及传动机构
4、重力卸料条件
三、刮刀卸料式离心机
1、特点:
1)分离形式:过滤式、沉降式
2)生产能力大、劳动强度低
3)工作循环:高速加料、卸料、分离,周
期短。
4)对物料适应强
5)对固体颗粒有一定破坏性,刮刀磨损较
快,机器振动大
第三节 连续式离心机
连续式离心机:
加料、分离、卸料各道工序在同一时
间内完成。
2、特点:
1)分离形式:只有过滤式
2)工作循环:连续全速下加料、分离、卸料为脉动
3)与刮刀式相比,对物料的破坏性较小
4)对固体含量敏感,适应性差。如:含固量少,转
鼓上形不成滤饼层,造成跑料;含固量多,物料流动
性差,使物料分布不均,造成机器振动。
5)固体颗粒易被活塞挤出网孔,造成固体物料损失
或滤液混浊
6)转速不易过高,如过高,物料紧贴筛网,推料阻
力过大,活塞推不动
7)适合分离粗颗粒,固液比较大的悬浮液;不适合
分离胶状物料和摩擦系数高的物料
一、活塞卸料式离心机
1、结构
二、螺旋卸料式离心机
1、结构
转鼓形状:
圆筒形:有利于液相澄清
圆锥形:有利于固相脱水
圆筒 +圆锥形:有两者的优点,应用最广
圆筒部分为沉降区,用于固液分离
圆锥部分为干燥区,固相进一步脱水
螺旋推进器与转鼓的转差率, 1:100
转差率越小,物料在转鼓内停留的时间越长,排渣慢,
滤渣较干
转差率越大,物料在转鼓内停留的时间越短,排渣块,
滤渣较湿
转差率为零,不排料
为使沉渣向转鼓小端移动,螺旋叶片的缠绕方
向、螺旋相对于转鼓的旋向,以及螺旋与转鼓
的旋转方向三者应符合一定的规律,否则不能
卸料。
右旋
左旋
螺旋相对转鼓
的旋转
螺旋与转鼓的旋转方向
(从小端处看)
滞后
滞后
超前
超前
逆时针
逆时针
顺时针
顺时针
离心卸料条件
锥形转鼓的锥角对离心机的性能影响很大
α 生产能力 含湿量
α 物料停留时间 干燥程度 生产能
力
α 过小 物料停止在转鼓上 不能自动卸料
因此应选择合适的锥半角 ∵FC>>G
∴ 可忽略重力 G
要保证滤渣沿母线向上
移动需满足 Tc≥F
Fc*sinα≥fFc*cos α
Fc
Nc
Tc
G
F
α
三、离心卸料式离心机
∴ tgα≥f
或 α≥φ
式中,f— 摩擦系数
φ — 摩擦角
离心卸料条件
特点:
1)转鼓形式:过滤式
2)生产能力大,结构简单,操作方便,颗粒破坏小
3)对物料适应性差
4)漏料量较大
四、振动卸料式离心机
振动卸料式离心机附加有轴向振动
特点:
1) α 较小,一般 α<φ
应此仅靠离心力不能达到卸料
需加附加轴向振动力
2)物料在转鼓内停留时间较长,
可获得较干的物料
3)振动可由偏心机构机械式激振器
提供,用弹簧加大振幅
α
垂直于螺纹元件轴线
横截面的速度矢量图
工作原理 α— 方向角
β— 锥半角
α+β>φ—— 为卸料区
α+β<φ—— 为干燥区
3、特点:
1)生产能力大,物料磨损,功率消
耗少
2) Fr较小,分离效果好
3)对物料适应性好,可调节转速、
方向角和锥半角,适用于含固量大,
颗粒为 0.05~20mm的悬浮液。
4)分离形式:过滤式
α+β
α
β
β
O
公转自转
五、进动卸料式离心机
第四节 分离机
一、蝶片式分离机
重
力
分
离
不同直径的脂肪球的上浮速度
简单的沉降容器
连续分离
短沉降距离的浅容器
带挡板的分离容器
蝶
片
式
分
离
机
分
离
用
分
离
机
澄
清
用
分
离
机
分离用碟片
带
热
压
泵
的
6
效
蒸
发
器
标准化操作过程
二、管式分离机
具有高速旋转的细长转鼓
n=15000~20000 rpm
转鼓长径比, L:D=6~8
L 停留时间
Fr =13000~16000
颗粒直径,0.5~500μm
固有频率 <<工作转速
特点,1、结构简单
2、运转平稳
3、可做分离、澄清两用
4、生产能力低
第六节高速旋转轴的临界转速
一、概述
1、临界转速
如果作用于转轴的外来干扰频率(转子的转速)恰
好等于转子的固有频率,系统将发生共振,发生共振时
的转速,称为临界转速。
2、计算临界转速的目的
使离心机的工作转速避开共振区。
3、临界转速的阶数
转轴的临界转速不止一个,与系统的自由度数有关,
如果一根轴上带有一个比轴重得多的转子,为一个自由
度系统,具有一个临界转速;
二、临界转速的计算
17.04.1 ??? kk nnn 工
如果转轴带有两个转子,即为两个自由度系统,那
么具有两个临界转速。以此类推。
在临界转速中,称最小的为一阶临界转速,比他大
的为二阶、三阶,……
4、刚性轴、挠性轴
刚性轴,n工 > nk1
挠性轴,n工 >nk1
75.0
1
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单自由度系统