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离心沉降过程的安全分析

离心沉降是利用惯性离心力的作用而实现的沉降。在重力沉降的讨论中已经得知，颗粒的重力沉降速度ut，与颗粒的直径d及两个的密度差ρs—ρ有关。d越大，两相密度差越大，则ut越大。换言之，对一定的非均相物系，其重力沉降速度是恒定的，人们无法改变其大小，因此，在分离要求较高时，用重力沉降就很难达到要求。此时，若采用离心沉降，则可大大提高沉降速度，使分离效率提高，设备尺寸减小。 一、 离心沉降速度分析

当流体围绕某一中心轴做圆周运动时，便形成惯性离心力场。现对其中一个颗粒的受力与运动情况进行分析。 该颗粒为球形颗粒，直径为d，密度为ρs，旋转半径为R，圆周运动的线速度为uT，流体密度为ρ且ρs＞ρo颗粒在圆周运动的径向上将受到3个力的作用，即惯性离心力、向心力和阻力。其中，惯性离心力方向从旋转中心指向外周，向心力的方向沿半径指向中心，阻力方向与颗粒运动方向相反，也沿半径指向中心，3个力的大小为

和重力沉降一样，在三力作用下，颗粒将沿径向发生沉降，其沉降速度即是颗粒与流体的相对速度uR。在三力平衡时，同样可导出其计算式，若沉降处于斯托克斯区，离心沉降速度的计算公式为

式中 uR——径向上颗粒与流体的相对速度，m／s。 可见，离心沉降速度与重力沉降速度计算式形式相同，

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只是将重力加速度g(重力场强度)换成了离心加速度u2/t／R(离心场加速度)。但重力场强度g是恒定的，而离心力场强度却随半径和切向速度而变，即可以人为控制和改变，这就是采用离心沉降优点——选择合适的转速与半径，就能够根据分离要求完成分离任务。

前面提及，离心沉降速度远大于重力沉降速度，其原因是离心力场强度远大于重力场强度。对于离心分离设备，通常用两者的比值来表示离心分离效果，称为离心分离因数，用Kc表示，即

式中，ns和n均表示转速，其单位分别为r／s和r／min。 由上式可知，要提高Kc，可通过增大半径R和转速ns来实现，但出于对设备强度、制造、操作等方面的考虑，实际上，通常采用提高转速并适当缩小半径的方法来获得较大的K，。例如对R＝0．2m的设备，当n＝800／min时，其K，就可达到142，如有必要，还可以提高其转速。 目前，超高速离心机的离心分离因数已经达到500000，甚至更高。

尽管离心分离沉降速度大，分离效率高，但离心分离设备较重力沉降设备复杂，投资费用大，且需要消耗能量，操作严格而费用高，因此，综合考虑不能认为对任何情况采用离心沉降都优于重力沉降。例如，对分离要求不高或处理量较大的场合采用重力沉降更为经济合理。有时，先用重力沉降再进行离心分离也不失为一种行之有效的方法。