碟式分離機分離效果的分析研究
技術(shù)支持
在工業(yè)化生產(chǎn)過程中存在著許多的液-固、液-液、液-液-固分離物料，特別是液-固、液-液兩相密度差很小或固體顆粒較小的情況下，僅僅采用重力沉降是不能滿足要求的，而采用離心分離的方法就很容易得到解決。離心分離可實現(xiàn)連續(xù)操作、增大生產(chǎn)能力、提高分離效果、降低勞動強度以及提高生產(chǎn)效率等。碟式分離機具有較高的分離因數(shù)，可用來進行凈化、澄清和濃縮分離，是高性能的分離機械，廣泛應(yīng)用于石油化工、醫(yī)藥、輕工、船舶、食品等行業(yè)。國外碟式分離機的發(fā)展迅速，如瑞典Alfalaval和德國Westfalia的碟式分離機在分離技術(shù)方面具有國際領(lǐng)先水平。我國碟式分離機是從六十年代初開始，在引進、測繪國外碟式分離機的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來，消化吸收了國外先進技術(shù)，并通過不斷改進創(chuàng)新，形成了具有自主技術(shù)的碟式分離機系列化產(chǎn)品。但實際生產(chǎn)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)物料不同分離效果不理想的情況，本文主要從碟式分離機的自身結(jié)構(gòu)、使用工況及過程工藝參數(shù)來分析影響分離效果的因素。
一、碟式分離機分離原理
碟式分離機轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有一組碟片，把轉(zhuǎn)鼓空間分成許多薄層分離空間，從而大大縮短沉降距離，改善和提高分離效果。
物料經(jīng)進料管沿轉(zhuǎn)鼓中心進入分配器，通過分配器孔進入碟片，液體以薄層在碟片間沿徑向流動，輕相流向轉(zhuǎn)鼓中心經(jīng)輕相流道由輕液向心泵排出，重相流向轉(zhuǎn)鼓壁經(jīng)重相流道由重液向心泵排出，沉渣沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上經(jīng)活塞排渣間歇排出。
二、影響分離效果的因素
2.1 分離機自身結(jié)構(gòu)的影響
2.1.1 分離因數(shù)
分離因數(shù)是指顆粒在離心力場中沉降速度與在重力場中沉降速度的比，分離因數(shù)是分離機分離性能的重要指標(biāo)，分離機的分離因數(shù)越高，物料就越易被分離，分離效果越好。其計算公式如下：
F=w2R/g
式中：w-分離機的回轉(zhuǎn)角速度（r/s）
R-分離機的內(nèi)半徑（m）
S-重力加速度，g=9.81m/s2
從上式可以看出，提高轉(zhuǎn)速比增大轉(zhuǎn)鼓直徑更有利于提高分離因數(shù)。例如，針對含某菌絲的物料進行分離時，由于菌絲顆粒度在0.5～1μm之間較難分離，采碟式分離機，其分離因數(shù)高達(dá)10000以上，能夠?qū)⒕z從發(fā)酵液中分離出來，而用其他離心機就很難達(dá)到要求。
2.1.2 碟片分配孔
對于液-液分離，碟片分配孔的位置是影響輕、重相分離效果的一個重要參數(shù)。分配孔位置偏向中心或偏離中心，物料進入分配孔就容易破壞已形成的分離液界面，影響分離效果。分配孔位置偏向中心，輕相就會含較多的重相組分，相反分配孔位置偏外，重相就會含較多的輕相組分。
2.1.3 碟片間距
碟片間距應(yīng)使物料中的顆粒在碟片間運動時來得及穿過液流面達(dá)到上碟片的下表面；同時在碟片表面沉降臨界直徑的顆粒不會重新被液流所帶走。
2.1.4 碟片半錐角
碟片半錐角即碟片母線與軸線的夾角α應(yīng)滿足tanα＞f的條件，f為沉渣對碟片表面的摩擦系數(shù)。α角太小，顆粒貼在碟片下表面不能分離，一般在30°～45°范圍內(nèi)。
2.1.5 碟片表面粗糙度
液體在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流動是較為復(fù)雜的湍流流動，碟片表面的粗糙度影響液體的流動，表面摩擦系數(shù)f增大也將阻礙顆粒在表面向外圓的移動。表面的粗糙度越大，摩擦系數(shù)增加，流動阻力增大，改變顆粒在碟片間流動的路線，就會導(dǎo)致一些理論上能分離出來并能到達(dá)上碟片下表面的顆粒不能到達(dá)碟片外圓，而被液流帶走，影響分離效果。例如碟片在實際生產(chǎn)中采用旋薄技術(shù)成形，碟片的內(nèi)外表面比采用沖壓成形碟片光滑，較大限度地降低碟片表面粗糙度對流體的影響。一般來說，碟片內(nèi)外表面經(jīng)拋光處理后，其粗糙度不大于1.6μm。
2.2 分離機的使用工況及過程工藝參數(shù)的影響
2.2.1 重力環(huán)口徑
調(diào)整重力環(huán)口徑就是改變重相出口口徑，調(diào)整輕、重相的分離界面，使物料進入碟片分配孔分離時不致破壞已形成的分離界面，以達(dá)到較佳的分離效果。重力環(huán)口徑變大，由于輕、重相離心液壓的平衡，分離界面往碟片外移動，輕相中含重相就越少；反之重力環(huán)口徑變小，分離界面往碟片中心移動，重相液含輕相就越少。
2.2.2 液位環(huán)口徑
調(diào)整液位環(huán)口徑就是改變輕相出口口徑，調(diào)整輕、重相的分離界面，使物料進入碟片分配孔分離時不致破壞已形成的分離界面，以達(dá)到較佳的分離效果。液位環(huán)口徑變小，由于輕、重相離心液壓的平衡，分離界面往碟片外移動，輕相中含重相就越少；反之液位環(huán)口徑變大，分離界面往碟片中心移動，重相中含輕相就越少。
2.2.3 出口壓力
出口壓力用來調(diào)整輕、重相的分離界面，增加輕相的壓力就會將分離界面向重相層方向移動，得到澄清的輕相。反之，增加重相的壓力就會將分離界面向輕相層方向移動，得到澄清的重相。
2.2.4 排渣時間間隔
對于間隙排渣碟式分離機，其排渣時間間隔要根據(jù)物料含固量的多少來確定，如人工除渣分離機要定期進行清渣處理，部排或全排分離機要定期進行排渣操作，否則固相會積滿渣腔，甚至?xí)氯g隙，影響分離效果。
2.2.5 物料分離溫度
溫度對物料分離的影響是很大的，物料黏度是隨溫度變化而變化的。溫度升高，物料的粘度降低，越有利于物料的分離；溫度降低，物料的粘度升高，就會影響物料的分離。因此溫度的控制有利于分離過程的穩(wěn)定，應(yīng)避免產(chǎn)生波動。尤其對粘度隨溫度變化較大的物料，溫度的控制至關(guān)重要，例如重油的分離溫度在95℃～98℃、植物油的分離溫度在85℃～95℃，才能使碟式分離機達(dá)到較佳的分離效果。
2.2.6 物料的攪拌
懸濁液的分離需進行充分?jǐn)嚢?，混合均勻，同時使固體顆粒均勻分散在料液中。對于在生產(chǎn)過程中形成的顆粒狀物質(zhì)，攪拌緩和均勻不致使形成顆粒被打碎而影響分離效果。選擇合適的攪拌速度和攪拌翅對物料的分離效果起著重要的作用。例如在植物油精煉中的水化脫膠過程中，植物油碟式分離機是利用植物油中磷脂等膠溶性雜質(zhì)的親水性，吸水凝聚成顆粒去除植物油中膠溶性雜質(zhì)，植物油進碟式分離機分離前，經(jīng)水化罐并不斷攪拌使磷脂充分凝聚，若攪拌不充分，磷脂不能完全凝聚，或者攪拌劇烈，磷脂凝聚成的顆粒易被打碎，經(jīng)分離后磷脂（即重相）含油率28%～32%。若通過水化罐的減速機將攪拌速度控制在70～90r/min，經(jīng)分離后磷脂（即重相）含油率降至25%～28%。因此通過對水化過程攪拌強度的控制，來提高碟式分離機的分離效果，提高植物油精煉率。
2.2.7 進料穩(wěn)定性
保持進料穩(wěn)定很重要，必須避免產(chǎn)生波動，進料的穩(wěn)定在一定程度上保證了分離界面的恒定，一旦產(chǎn)生波動就會破壞分離界面，影響分離效果。
三、結(jié)束語
碟式分離機對物料分離效果的好壞，是各種參數(shù)相互制約的結(jié)構(gòu)，液體在碟片間流動情況及粒子在碟片間運動情況相當(dāng)復(fù)雜，不僅受到離心加速度的影響，同時還受到哥氏加速度及液體粘滯阻力的影響。分離機自身結(jié)構(gòu)的影響還需要在實際應(yīng)用過程中不斷探索和積累經(jīng)驗，根據(jù)不同物料確定其結(jié)構(gòu)。同時分離機的使用工況及過程工藝參數(shù)需要進行調(diào)整，選擇合適的工況以及合理的工藝參數(shù)才能達(dá)到較佳的分離效果。
