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沉降離心脫水機(jī)的工作原理及分級(jí)粒度的確定(轉(zhuǎn)載)
細(xì)顆粒物料的脫水較為困難，采用的脫水機(jī)械主要有：沉降式離心脫水機(jī)、真空過濾機(jī)和壓濾機(jī)等。
一、沉降式離心脫水機(jī)
沉降式離心脫水機(jī)，是利用離心力使混合物中的固體濃縮并沉降在筒壁上、用螺旋刮刀進(jìn)行卸料的一種脫水設(shè)備。它主要用于含固體較多的脫水以及洗水的澄清。其入料粒度上限一般為1—3mm，但有時(shí)也可達(dá)13mm。
�。ㄒ唬┏两凳诫x心脫水機(jī)的工作原理
需進(jìn)行固液分離的混合物由中心入料管給入，在軸殼內(nèi)初步加速后， 經(jīng)螺放轉(zhuǎn)子上的噴料口6進(jìn)入分離轉(zhuǎn)筒 內(nèi)，在離心力作用下，物料被甩到轉(zhuǎn)筒壁 上，形成環(huán)狀沉淀層。再由螺放轉(zhuǎn)子將其 從沉淀區(qū)運(yùn)至干燥區(qū)，進(jìn)一步擠壓脫水后 由沉淀 物排出口排出。在沉淀物形成過程中，外轉(zhuǎn)筒1中的液體不斷澄清，并連續(xù) 向溢流口流動(dòng)，最終從溢流口排出，從而實(shí)現(xiàn)固液分離。物料在機(jī)中的脫水分兩個(gè)階段，第一階段是固體顆粒在沉降區(qū)受離心力作用進(jìn)行沉降、形成沉淀層；第二階段為擠壓脫水，由螺旋轉(zhuǎn)子的擠壓作用，擠出沉淀物間隙中的殘余物水分。第一階段是主要的脫水過程。
（二）分級(jí)粒度的確定
沉降型離心脫水機(jī)與過濾離心脫水機(jī)不同，其粒度不是由篩孔或篩縫大小控制，而是由顆粒在離心力場(chǎng)中的沉降速度決定的。圖3-17所示為沉降時(shí)間計(jì)算圖。借用重力場(chǎng)中的沉降速度公式計(jì)算顆粒的離心沉降速度，其重力加速度改用離心加速度處理懸浮液時(shí)，由于粒度很細(xì)，雷諾數(shù)Re 常小于1。因此，離心沉降速度v0用斯托克斯公式計(jì)算：
υ0用斯托克斯公式計(jì)算:
υ0=d2(δ-△)ω2R/(18μ)
式中：d—顆粒的直徑，cm
δ—顆粒的密度，g/cm3
Δ—水的密度，g/cm3
ω—顆粒旋轉(zhuǎn)的角速度，rad/s
R—顆粒重心處的半徑，cm
μ—液體的動(dòng)力粘度，Pa·s
顆粒在沉降式離心脫水機(jī)中的干擾沉降速度υH為：
υH=θnυ0
式中：θ——松散系數(shù)；
n——指數(shù)（n=2.5—3.5）
由上式可見，顆粒的沉降速度隨旋轉(zhuǎn)半徑R的改變而變化。沉降速度的變化見圖3-17，其速度方程為：
υ=dR/dt???? 上式積分，可得顆粒從液面離心沉降到轉(zhuǎn)筒壁所需時(shí)間：
t=∫R1R2dR/υ??? -----------------①
式中：R1——液面處的半徑，cm；
R2——轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁半徑，cm。
經(jīng)變換，得：
υ=d2(δ-△)ω2Rθn/(18μ)
α=d2(δ-△)ω2θn/(18μ)
則：υ=αR
代入式①中，即可求出顆粒自R1沉降到R2處所經(jīng)歷的時(shí)間t1：
t1=18μ/[d2(δ-△)ω2]lnR1/R2，s
即t1=1/αlnR1/R2，s
如果混合物濃度很小，θ≈1，得：
t1=18μ/[d2(δ-△)ω2θn]lnR1/R2，s
為了使物料在離心脫水機(jī)中有足夠的脫水時(shí)間，物料在離心機(jī)中的停留時(shí)間必須大于t1，否則物料來不及沉淀，即會(huì)隨溢流水排出。
當(dāng)顆粒沿離心脫水機(jī)軸向運(yùn)動(dòng)的水平速度為νh、沉降區(qū)長(zhǎng)度為l時(shí)，則顆粒經(jīng)沉降區(qū)至排出所需時(shí)間為t2：
t2=l/vh,s
vh可由離心脫水機(jī)所處理的礦漿量求出。
根據(jù)分級(jí)粒度的定義，可以得到t1 =t2時(shí)的粒度：
l/vh =18μ/[d2(δ-△)ω2θn]lnR1/R2
d為分級(jí)粒度。為達(dá)到較好的控制粒度，必須使t2≥t1�？稍诔两敌碗x心脫水機(jī)中添加絮凝劑，來達(dá)到獲得澄清的離心液。
（三）沉降式離心脫水機(jī)的構(gòu)造
分順流式和逆流式兩種。順流型入料從轉(zhuǎn)筒大端給入，沉淀物和澄清水同向運(yùn)動(dòng)，澄清水再返回從大端溢流排出；而逆流型入料從中部給入，沉淀物和澄清向相反方向運(yùn)動(dòng)。以順流TC型沉降式離心脫水機(jī)為例。如圖3-18所示。
①轉(zhuǎn)筒——轉(zhuǎn)筒形狀為圓柱—圓錐形，兩端支撐在主軸承上。圓錐形端部設(shè)有沉淀物排出口，用閘板調(diào)節(jié)溢流口的高低。改變溢流口的大小，脫水區(qū)和干燥區(qū)的長(zhǎng)度比例也相應(yīng)改變。
②螺旋轉(zhuǎn)子——螺旋轉(zhuǎn)子的軸承與圍繞在螺旋轉(zhuǎn)子軸殼外部的螺旋葉片兩端相接。軸頸一端與減速器相連，另一端為空心軸，并設(shè)有給料管。
③傳動(dòng)裝置——轉(zhuǎn)筒由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，螺旋轉(zhuǎn)子則由電動(dòng)機(jī)通過齒輪減速器帶動(dòng)兩者的旋轉(zhuǎn)速度有一個(gè)速度差2%，即螺旋轉(zhuǎn)子每分鐘比轉(zhuǎn)筒慢2%，使轉(zhuǎn)筒和螺旋轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，借以將沉淀在筒壁的物料推移到轉(zhuǎn)筒小端排出。
（四）沉降過濾式離心脫水機(jī)
１、工作原理如圖3-19所示。
礦漿經(jīng)給料管給入離心脫水機(jī)轉(zhuǎn)鼓錐段中部，依靠轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力而使固體在沉降段進(jìn)行沉降并脫除大部分不分。沉降至轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁 的物料，依靠與轉(zhuǎn)鼓同方向旋轉(zhuǎn)，但速度低于轉(zhuǎn)鼓2%的螺旋轉(zhuǎn)子推到離心過濾脫水段。在離心力的作用下物料進(jìn)一步脫水，脫水后的物料經(jīng)排料口排出。由溢流口排出的離心液含有少量微細(xì)顆粒，而由過濾段排出的離心液通常含固體量較高，需進(jìn)一步處理。
２、該離心脫水機(jī)沉淀物的水分約比沉降式離心脫水機(jī)低大約一半。常用于浮選精煤、浮選尾煤和旋流器底流的脫水。型號(hào)有：國(guó)產(chǎn)ＴＣＬ型、ＷＬＧ型和美國(guó)伯德、等沉降過濾式離心脫水機(jī)用于脫水作業(yè)。
３、兩者比較：生產(chǎn)實(shí)踐表明，沉降式離心機(jī)與過濾式離心機(jī)處理細(xì)顆粒都很有效，但兩種離心機(jī)不能互相代替，各有最佳的使用條件。處理－0.5mm細(xì)粒級(jí)煤泥，當(dāng)－0.045mm（３２５網(wǎng)目）粒級(jí)含量不超過２０％時(shí)，所需離心強(qiáng)度在２５０—５００就可實(shí)現(xiàn)固液分離，這時(shí)選用沉降過濾式離心機(jī)較為合理；若－0.045mm含量大于５０％時(shí)，固液分離困難，這時(shí)就應(yīng)選擇離心強(qiáng)度大的沉降式離心脫水機(jī)。
一、沉降式離心脫水機(jī)
沉降式離心脫水機(jī)，是利用離心力使混合物中的固體濃縮并沉降在筒壁上、用螺旋刮刀進(jìn)行卸料的一種脫水設(shè)備。它主要用于含固體較多的脫水以及洗水的澄清。其入料粒度上限一般為1—3mm，但有時(shí)也可達(dá)13mm。
�。ㄒ唬┏两凳诫x心脫水機(jī)的工作原理
需進(jìn)行固液分離的混合物由中心入料管給入，在軸殼內(nèi)初步加速后， 經(jīng)螺放轉(zhuǎn)子上的噴料口6進(jìn)入分離轉(zhuǎn)筒 內(nèi)，在離心力作用下，物料被甩到轉(zhuǎn)筒壁 上，形成環(huán)狀沉淀層。再由螺放轉(zhuǎn)子將其 從沉淀區(qū)運(yùn)至干燥區(qū)，進(jìn)一步擠壓脫水后 由沉淀 物排出口排出。在沉淀物形成過程中，外轉(zhuǎn)筒1中的液體不斷澄清，并連續(xù) 向溢流口流動(dòng)，最終從溢流口排出，從而實(shí)現(xiàn)固液分離。物料在機(jī)中的脫水分兩個(gè)階段，第一階段是固體顆粒在沉降區(qū)受離心力作用進(jìn)行沉降、形成沉淀層；第二階段為擠壓脫水，由螺旋轉(zhuǎn)子的擠壓作用，擠出沉淀物間隙中的殘余物水分。第一階段是主要的脫水過程。
（二）分級(jí)粒度的確定
沉降型離心脫水機(jī)與過濾離心脫水機(jī)不同，其粒度不是由篩孔或篩縫大小控制，而是由顆粒在離心力場(chǎng)中的沉降速度決定的。圖3-17所示為沉降時(shí)間計(jì)算圖。借用重力場(chǎng)中的沉降速度公式計(jì)算顆粒的離心沉降速度，其重力加速度改用離心加速度處理懸浮液時(shí)，由于粒度很細(xì)，雷諾數(shù)Re 常小于1。因此，離心沉降速度v0用斯托克斯公式計(jì)算：
υ0用斯托克斯公式計(jì)算:
υ0=d2(δ-△)ω2R/(18μ)
式中：d—顆粒的直徑，cm
δ—顆粒的密度，g/cm3
Δ—水的密度，g/cm3
ω—顆粒旋轉(zhuǎn)的角速度，rad/s
R—顆粒重心處的半徑，cm
μ—液體的動(dòng)力粘度，Pa·s
顆粒在沉降式離心脫水機(jī)中的干擾沉降速度υH為：
υH=θnυ0
式中：θ——松散系數(shù)；
n——指數(shù)（n=2.5—3.5）
由上式可見，顆粒的沉降速度隨旋轉(zhuǎn)半徑R的改變而變化。沉降速度的變化見圖3-17，其速度方程為：
υ=dR/dt???? 上式積分，可得顆粒從液面離心沉降到轉(zhuǎn)筒壁所需時(shí)間：
t=∫R1R2dR/υ??? -----------------①
式中：R1——液面處的半徑，cm；
R2——轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁半徑，cm。
經(jīng)變換，得：
υ=d2(δ-△)ω2Rθn/(18μ)
α=d2(δ-△)ω2θn/(18μ)
則：υ=αR
代入式①中，即可求出顆粒自R1沉降到R2處所經(jīng)歷的時(shí)間t1：
t1=18μ/[d2(δ-△)ω2]lnR1/R2，s
即t1=1/αlnR1/R2，s
如果混合物濃度很小，θ≈1，得：
t1=18μ/[d2(δ-△)ω2θn]lnR1/R2，s
為了使物料在離心脫水機(jī)中有足夠的脫水時(shí)間，物料在離心機(jī)中的停留時(shí)間必須大于t1，否則物料來不及沉淀，即會(huì)隨溢流水排出。
當(dāng)顆粒沿離心脫水機(jī)軸向運(yùn)動(dòng)的水平速度為νh、沉降區(qū)長(zhǎng)度為l時(shí)，則顆粒經(jīng)沉降區(qū)至排出所需時(shí)間為t2：
t2=l/vh,s
vh可由離心脫水機(jī)所處理的礦漿量求出。
根據(jù)分級(jí)粒度的定義，可以得到t1 =t2時(shí)的粒度：
l/vh =18μ/[d2(δ-△)ω2θn]lnR1/R2
d為分級(jí)粒度。為達(dá)到較好的控制粒度，必須使t2≥t1�？稍诔两敌碗x心脫水機(jī)中添加絮凝劑，來達(dá)到獲得澄清的離心液。
（三）沉降式離心脫水機(jī)的構(gòu)造
分順流式和逆流式兩種。順流型入料從轉(zhuǎn)筒大端給入，沉淀物和澄清水同向運(yùn)動(dòng)，澄清水再返回從大端溢流排出；而逆流型入料從中部給入，沉淀物和澄清向相反方向運(yùn)動(dòng)。以順流TC型沉降式離心脫水機(jī)為例。如圖3-18所示。
①轉(zhuǎn)筒——轉(zhuǎn)筒形狀為圓柱—圓錐形，兩端支撐在主軸承上。圓錐形端部設(shè)有沉淀物排出口，用閘板調(diào)節(jié)溢流口的高低。改變溢流口的大小，脫水區(qū)和干燥區(qū)的長(zhǎng)度比例也相應(yīng)改變。
②螺旋轉(zhuǎn)子——螺旋轉(zhuǎn)子的軸承與圍繞在螺旋轉(zhuǎn)子軸殼外部的螺旋葉片兩端相接。軸頸一端與減速器相連，另一端為空心軸，并設(shè)有給料管。
③傳動(dòng)裝置——轉(zhuǎn)筒由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)，螺旋轉(zhuǎn)子則由電動(dòng)機(jī)通過齒輪減速器帶動(dòng)兩者的旋轉(zhuǎn)速度有一個(gè)速度差2%，即螺旋轉(zhuǎn)子每分鐘比轉(zhuǎn)筒慢2%，使轉(zhuǎn)筒和螺旋轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，借以將沉淀在筒壁的物料推移到轉(zhuǎn)筒小端排出。
（四）沉降過濾式離心脫水機(jī)
１、工作原理如圖3-19所示。
礦漿經(jīng)給料管給入離心脫水機(jī)轉(zhuǎn)鼓錐段中部，依靠轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力而使固體在沉降段進(jìn)行沉降并脫除大部分不分。沉降至轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁 的物料，依靠與轉(zhuǎn)鼓同方向旋轉(zhuǎn)，但速度低于轉(zhuǎn)鼓2%的螺旋轉(zhuǎn)子推到離心過濾脫水段。在離心力的作用下物料進(jìn)一步脫水，脫水后的物料經(jīng)排料口排出。由溢流口排出的離心液含有少量微細(xì)顆粒，而由過濾段排出的離心液通常含固體量較高，需進(jìn)一步處理。
２、該離心脫水機(jī)沉淀物的水分約比沉降式離心脫水機(jī)低大約一半。常用于浮選精煤、浮選尾煤和旋流器底流的脫水。型號(hào)有：國(guó)產(chǎn)ＴＣＬ型、ＷＬＧ型和美國(guó)伯德、等沉降過濾式離心脫水機(jī)用于脫水作業(yè)。
３、兩者比較：生產(chǎn)實(shí)踐表明，沉降式離心機(jī)與過濾式離心機(jī)處理細(xì)顆粒都很有效，但兩種離心機(jī)不能互相代替，各有最佳的使用條件。處理－0.5mm細(xì)粒級(jí)煤泥，當(dāng)－0.045mm（３２５網(wǎng)目）粒級(jí)含量不超過２０％時(shí)，所需離心強(qiáng)度在２５０—５００就可實(shí)現(xiàn)固液分離，這時(shí)選用沉降過濾式離心機(jī)較為合理；若－0.045mm含量大于５０％時(shí)，固液分離困難，這時(shí)就應(yīng)選擇離心強(qiáng)度大的沉降式離心脫水機(jī)。