離心分離設備技術現狀與發(fā)展趨勢
行業(yè)動態(tài)
離心分離設備指的是利用離心力實現非均相分離的一種分離設備。真正意義的 臺工業(yè)離心分離設備應是1836年在德國問世的三足式棉布脫水機，距今已有170多年的歷史。上世紀50年代～80年代是離心分離設備發(fā)展迅速的年代，幾乎每屆Achema展會上都有新機型問世，而近三十年來，離心分離設備新機型不多，發(fā)展重點是結構優(yōu)化、性能提升和應用技術研究。
全球范圍內分離機械產業(yè)集中度高，通過并購重組形成了以Alfa-laval、Andritz和GEA Westfalia三大集團為主導的“3+X”產業(yè)布局結構。中國很早就開始利用離心分離技術，但真正的工業(yè)離心分離設備直到上世紀50年代才在中國問世。據中通機械工業(yè)協會統計，目前從事分離機械制造的企業(yè)達496家，其中離心分離設備制造企業(yè)近200家，行業(yè)集中度差，屬于完全競爭行業(yè)，無論技術水平還是產品性能均存在差距。
1 技術發(fā)展現狀
1.1 分離過程強化
為進一步強化過程，一些場輔助離心分離技術相繼出現。早在上世紀七十年代，德國Krauss Maffei公司首先申請虹吸刮刀離心機專利，利用虹吸效應強化離心分離過程；國內四川大學和重慶江北機械有限責任公司自上世紀九十年代聯合開展了“虹吸刮刀離心機關鍵技術研究及產業(yè)化”專項工作，完成了GKH系列虹吸刮刀離心機的研發(fā)及產業(yè)化。
德國Heinkel公司在其翻袋離心機中采用了壓力輔助離心分離（Pressure Aided Centrifugation）系統，通入壓力高達6bar壓縮空氣，實現壓力輔助離心分離，可比普通離心分離進一步降低含濕量10%～20%。美國Vigin技術大學 分離技術研究中心（CAST）也對壓力輔助活塞推料離心機進行過研究，細粒煤脫水實驗結果表明：壓力輔助技術可以進一步降低含濕量，節(jié)能效果明顯。
德國KIT大學的K Wagner在開發(fā)了磁過濾技術后又開發(fā)了磁離心分離技術，用于生物技術中敏感性組份或超細顆粒的選擇性分離。
1.2 物料改性與工藝優(yōu)化
待分離物料的物性參數對離心分離設備效果的影響很大，一系列物料改性技術得到重視與廣泛應用，包括加溫降低母液的粘度；絮凝與凝聚技術增大顆粒的粒度；分散降低液相表面張力；濃縮提高固形物的濃度可以提高設備的產能等。
1.3 高效驅動與節(jié)能技術
近年來有大量研究工作集中在提高螺旋離心機的能效，幾乎在同一時間出現了大量不同的技術解決方案，Hiller公司Decapress螺旋離心機所采用的SEE驅動系統，螺旋驅動不再由轉子系統支撐，而是直接支撐在靜止的機座上，螺旋和轉鼓所用變頻器不再藕合，直接產生轉速差。
GEA Westfalia公司的SUMMIER驅動系統保留了主輔驅動的V帶，螺旋需要的功率不再由主電機提供，新系統綜合匹配主輔電機的功率需求，然后直接向轉鼓和螺旋提供所需動力。
螺旋離心機的輸渣功率在能耗中占比較大，一些制造商通過特殊結構設計利用分離液的壓力輔助推料，提高輸渣效率，降低功率消耗。日本Kotobuki Techrex和三井東亞化學公司聯合研制成功的MTC雙錐螺旋離心機，在相同轉鼓直徑和長度下，其液池更深、轉鼓有效長度更長，當量沉降面積更大，分離效果更好。
Alfa-laval公司和GEA Westfalia也分別推出類似的新型G3螺旋離心機和Ecoforce螺旋離心機，這兩種產品都利用了液壓輔助排渣技術。Alfa-laval公司推出的G3離心機采用細長螺旋、BD擋渣板和回收分離液能量的Power板，實現節(jié)能30%～40%，性能提升10%。
GEA Westfalia公司的Ecoforce螺旋離心機其液池深度與轉鼓內徑之比達到0.52，比傳統螺旋離心機提高了30%，新機型比原有機型可以節(jié)能30%，用于污泥脫水的能耗低到0.7kWh/h。
1.4 結構優(yōu)化
近二十年來離心分離設備圍繞節(jié)約降耗開發(fā)了許多新結構。法國Guinard公司D系列螺旋離心機首先采用“In-Line”結構，驅動電機垂直轉子部件頂部，整機結構更緊湊；Andritz的直驅型螺旋離心機取消了V帶傳動，GEA Westfalia的直驅型碟式分離機備受業(yè)界關注。
直驅型離心分離設備除能耗低外，還具有占地面積小、整體結構簡單和噪聲低等優(yōu)點。
過濾離心機的殘余濾餅去除和濾布再生一直是離心分離設備研究的重點，近年來陸續(xù)研究了一些專門結構。德國Heinkel公司的翻袋卸料離心機在活塞的作用下濾袋被翻轉180度，可以徹底清除殘余濾餅層，通過清洗實現濾袋再生。
Ferrum公司的拉袋式離心機完成卸料過程后，在拉袋機構的作用下濾袋被拉直，殘余濾餅層被清除，濾布得到再生。
Westfalia公司的Ecoforce系列螺旋離心機，所有規(guī)格的機器零件結構基本相同，零件庫內的零件可以方便的進行組合，只需儲存少量零件就可迅速完成專用部件的組合。Alfa-laval公司的分離機系列產品采用類似的模塊化設計，對于特定的分離任務只需選擇需要的模塊，由此可以減少研究工作、縮短交貨期。
1.5 特殊專用機型
為滿足生物技術和制藥工業(yè)等領域分離的特殊需求，離心分離設備制造商相繼開發(fā)了一系列特殊專用機型，包括滿足食品醫(yī)藥行業(yè)潔凈度要求的GMP離心機、滿足細粘物料分離需要的雙錐筒螺旋離心機和SPT螺旋板分離機、滿足生物制藥的高速刮刀離心分離機和APD高速活塞排料離心分離機等。
1.6 離心分離系統
離心分離設備通常需要與流程中的泵閥等其他流體機械組成完整的工藝單元才能完成分離任務。近年來，離心分離設備制造商整合離心分離設備上下游機泵閥和控制系統形成了離心分離單元成套設備，例如Alfa-laval生物分離系統、Westfalia海洋平臺污水處理系統、污泥脫水系統和煙氣脫硫系統等。
2 技術發(fā)展趨勢
離心分離設備的技術發(fā)展趨勢是高效、節(jié)能、專機、大型化，正沿著大型化、高效和專用化方向在發(fā)展，會導致客戶化設計離心機的產生，設備制造企業(yè)應加強離心分離設備應用技術研究。
