碟式分離機分離效果的分析研究
技術支持
在工業(yè)化生產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。離心分離可實現連續(xù)操作、增大生產能力、提高分離效果、降低勞動強度以及提高生產效率等。碟式分離機具有較高的分離因數，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方面具有國際領先水平。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上逐步發(fā)展起來，消化吸收了國外先進技術，并通過不斷改進創(chuàng)新，形成了具有自主技術的碟式分離機系列化產品。但實際生產過程中經常會出現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構、使用工況及過程工藝參數來分析影響分離效果的因素。
1 碟式分離機分離原理
碟式分離機轉鼓內有一組碟片，把轉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。
物料經進料管沿轉鼓中心進入分配器，通過分配器孔進入碟片，液體以薄層在碟片間沿徑向流動，輕相流向轉鼓中心經輕相流道由輕液向心泵排出，重相流向轉鼓壁經重相流道由重液向心泵排出，沉渣沉積在轉鼓壁上經活塞排渣間歇排出。
2 影響分離效果的因素
2.1 分離機自身結構的影響
2.1.1 分離因數
分離因數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，分離因數是分離機分離性能的重要指標，分離機的分離因數越高，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-分離機的回轉角速度（r/s）
R-分離機的內半徑（m）
S-重力加速度，g=9.81m/s2
從上式可以看出，提高轉速比增大轉鼓直徑更有利于提高分離因數。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，采用碟式分離機，其分離因數高達10000以上，能夠將菌絲從發(fā)酵液中分離出來，而用其他離心機就很難達到要求。
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。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
碟片間距應使物料中的顆粒在碟片間運動時來得及穿過液流面達到上碟片的下表面；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應滿足tanα＞f的條件，f為沉渣對碟片表面的摩擦系數。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。
2.1.5 碟片表面粗糙度
液體在高速旋轉的轉鼓內流動是較為復雜的湍流流動，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，摩擦系數增加，流動阻力增大，改變顆粒在碟片間流動的路線，就會導致一些理論上能分離出來并能到達上碟片下表面的顆粒不能到達碟片外圓，而被液流帶走，最終影響分離效果。例如碟片在實際生產中采用旋薄技術成形，碟片的內外表面比采用沖壓成形碟片光滑，最大限度地降低碟片表面粗糙度對流體的影響。一般來說，碟片內外表面經拋光處理后，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的影響
2.2.1 重力環(huán)口徑
調整重力環(huán)口徑就是改變重相出口口徑，調整輕、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，以達到最佳的分離效果。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
調整液位環(huán)口徑就是改變輕相出口口徑，調整輕、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，以達到最佳的分離效果。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，甚至會堵塞碟片間隙，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，應避免產生波動。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℃，才能發(fā)揮碟式分離機的最大效率，達到最佳的分離效果。
2.2.6 物料的攪拌
懸濁液的分離需進行充分攪拌，混合均勻，同時使固體顆粒均勻分散在料液中。對于在生產過程中形成的顆粒狀物質，攪拌混和不均勻一致會使形成的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的親水性，吸水凝聚成顆粒去除植物油中膠溶性雜質，植物油進碟式分離機分離前，經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，最終提高植物油精煉率。
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，一旦產生波動就會破壞分離界面，影響分離效果。
3 結束語
碟式分離機對物料分離效果的好壞，是各種參數相互制約的結果，液體在碟片間流動情況及粒子在碟片間運動情況相當復雜，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。分離機自身結構的影響還需要在實際應用過程中不斷探索和積累經驗，根據不同物料確定其結構。同時分離機的使用工況及過程工藝參數需要進行調整，選擇合適的工況以及合理的工藝參數才能達到最佳的分離效果。
