离心分离设备的进展及无基础离心机
解放初,我国的离心分离设备几乎是一片空白,经过四十多年的努力,目前离心分离设备行业已初具规模,主要体现在:
1、已建立起一个全国性的分离机械网络,它遍及全国26个部,行业生产单位已逾二百多家,技术人员近1900人左右。
2、目前已能生产三足离心机,上悬式离心机,活塞推料离心机,螺旋卸料离心机,离心力卸料离心机,振动卸料离心机,进动卸料离心机与旁滤式离心机,刮刀卸料离心机以及上述机型组成的复合离心机。分离机则有碟式机(喷咀排渣、活塞排渣及人工排渣三种类型),室式机及管式机。上述产品不仅遍及全国各地使用,部分还远销国外。
3、各种基础理论的研究与各种标准的制订
基础理论的研究一直是我国分离机械方面的薄弱环节,为此,一些高校与研究所在这方面做了大量研究工作,例如离心机转鼓强度优化设计,离心分离设备的选型和优化操作条件的研究.碟片式转鼓材料的研究,动平衡技术的探讨? ?等等。
为保证离心分离设备制造质量与使用安全,技术标准无疑是不可缺少的,这方面涉及基础标准、产品标准及零部件标准三大类,现各类标准的产品覆盖率已逾90%。离心机与分离机的标准(包括国家标准、行业标准及内部标准)已达5O多个。 4、其它方面的进展
(1)对国外著名离心机厂商的技术跟踪
(2)重点离心机与分离机技术的攻关(例如碟式分离机功能分析软课题与螺旋卸料离心机的攻关) (3)自控技术与CAD技术在离心分离设备上的应用。 (4)为加快发展进度与国外离心机厂商进行技术合作
综上所述,我国离心分离设备。解放后至今,做了大量工作,一些科研成果已达到国际八十年代水平,并已初步形成一定规模的设计、研究和生产制造体系。但与世界先进国家相比,差距甚大,主要表现在: 1、产品系列少.规格少
以碟式分离机而言.国内为离心机中品种最多的.规格亦仅30多种。而德国WESTFALIA公司的碟式机就有7O几种系列,品种近370种之多。 2、技术参数低
由于分离机械的发展和其它工业的基础均有一定关系,例如自动控制、冶金工业、仪表等等。以技术参数和国外相比较,例如三足离心机,国内最大为1800mm,而国外则为3000mm,活塞机国内为1200mm,国外则为1800mm,碟式机国内为600mm,而国外为1150mm.且国外碟式机分离因数已达15000。 3、产品进展缓慢
国外分离设备的新产品进展很快,通常1~2年就有新的产品进入市场,而且还储备所谓“冷冻产品”以适应市场竞争之需要。而国内新产品的投产,由于种种原因需三至五年才能从产品设计至批量生产。 4、其它
对于新材料、新技术应用少,机器功能少,理论研究少.自控技术与CAD、CAM、CAT、CAPP的应用较差.跨行业的协作差。
三、国外分离设备的进展动态
据资料介绍,在世界上共有9O多家公司生产离心分离设备,其中特别驰名的约30多家,仅德国就有七家,且各家均有特色产品如BMA以上悬式离心机为主,而FLOOTWEG则以螺旋沉降离心机见长。WESTFALIA的碟式分离机则为世界之最,系列品种最多。HEINKEL公司的HF型翻袋离心机则特别适用于粘滞物料的分离。 50年代是离心分离设备发展较快阶段,1954年BIRD公司首先发明了沉降螺旋离心机,为含固量大、难以在
过滤机上进行脱水的物料开辟了道路。ESCHER—WYSS公司制成了多级活塞机,克服了单级机对物料浓度波动敏感.容易跑料的缺点。1957年SHARPLES在26届国际化工展览会上展出了P型立螺,该机型特点便于密闭.且可自动对中。自动、连续薄层过滤离心机的出现对液相非均一系的过滤开拓了高效、节能的道路。SHARPLES在1958年伦敦举行的化学与石油展览会上展出了FB58型三足下卸料自动离心机。DE—LAVAL则在50年代完整了PX型,DX型,Qx型及TX型碟式分离机系列。WESTFAL]A公司亦在碟式机方面发展了几种系列 而超速管式离心机用于气体分离中从铀的同位素中分离U235.至今代替了气体扩散法。
从六十年代起,离心分离设备又有了新的成就,首先新型离心机相继问世,HEINKEL的HF型离心机,使滤布再生性好,且可自动卸料,特别适用于触变性物料。HEINKEL的GTL型离心机,它可改变流通曲线,从而改变在离心机中物料的停留时间。KRAUSS-MAFFEI于1964年展出了进动离心机。
其次为各类离心机在技术参数、分离效率、自动控制等方面进展甚大。SHARPLES的P5400螺旋沉降离心机处理量已达115m3/h,长径比已达4,最高分离因数已达8000。KRAUSS— MAFFEI的KPZ50型离心机已运用电子计算机对参数进行自控。ESCHER—WYSS设计了新型P型推料机,有更高的速度和冲程率,即为双级活塞机。 70年代的进展主要体现在三个方面: 1、新型机种的问世。
反跳环离心机是KRAUSS—MAFFEI的新机型+其特点为节能、密闭性好。虹吸刮刀离心机则是K—M继进动、反跳环离心机后的又一新产品,它突破了一般离心机的分离原理,过滤推动力则为除离心力外又增加了虹吸力,故大大提高生产能力,被称为划时代的分离机械。
DKZ型高速双锥离心机,这种独特的双锥形转鼓,使物料的脱水效果好,适用于“硬渣 与高粘性渣的排除。 原西德专利介绍一种可调节螺旋升角的立式螺旋过滤离心机,从而使物料在转鼓中获得最佳的停留时间。而英国专利则介绍一种设有双螺旋输料机构的卧螺旋离心机,可使分离的悬浮液其固-液之间得以最佳的配合。
另一种配有电动-液压系统的多用三足离心机则可解决起动功率大、运转振动大及刹车不平稳的弊病。 2、碟式分离机的迅速发展
由于碟式机的应用范围最广,可用于澄清、净化及浓缩各种悬浮液及乳浊液,从而实现液-液,液-固和液-液-固的分离,因而进展飞跃,仅德国WESTALIA公司的碟式机已有70多系列,近370种不同规格,并可适用于密闭、防爆、防蚀、高低温、加压及真空生产。
而ALFA—LAVAL则完善了喷咀碟式机的全部系列,即为SX、QX、TX、DX、LX、FEUX等。自动排渣机则完善了BRPX、MAPX、ALFAX 三大系列,特别是ALFAX系列则采用了控制排渣新结构,可实现无人操作与遥控。 3、其它方面的进展
其它方面的进展体现在:首先是自动化,连续操作占主导地位(倒如难以调节的参数实现自动化),用液压装置调节卧螺的差转速,用光电管束控制分离机排渣的澄清度。其次为各种专用机的增多,FO型离心机用于细粘物料之分离,瑞士FERRUM公司生产适用于疏松物料的气流刮刀上部卸料带干燥的离心机。以及全自动三足离心机等。
再则为许多组合结构离心机的出现,由于各种机型总有一定的局限性,故如何组合一些机型的优点,从而出现了组合机,倒如SHARPLES的350H,BIRD 的SVS1400,ALFA—LAVAL的VS500均为螺旋卸料沉降、过滤组合离心机,原苏联Ban型碟片与螺旋组合离心机,KRAUSSMAFFEL在活塞推料离心机上组合锥形转鼓以及ALFA—LAVAL在碟式分离机上组合螺旋输送器等。 80年代以来的进展主要为:
1、加强基础理论的研究倒如ALFA-LAVAL公司五个研究室中,三个从事理论方面的研究,CARLSSON(1984)发现,增加转速,降低浓度,从而可找到碟片最佳间距,HSV(1981)推导了离心机分离的连续运动方程式。BELL(1983)拟为选择最佳方案应用有限元模拟法,大梯度密度梯法,及模态分析法对离心机的工作性能进行了研究.L,SVAROVSKY根据“活塞”流动模型建立了管式分离机的理论级效率函数等等。 2、技术参数的提高
为适应大规模生产的需要,目前已开发了直径为3000mm 的三足机与刮刀机,直径为1600mm 的卧螺机以及
处理量为300m3/h的碟式机与500m3/h的卧螺机。
为适用于生物工程之需,要分离极细的颗粒(约0.5微术如细菌,酶及胰岛素之类)。因而要求碟式分离机的结构有较高的分离因数,现瑞典ALFA-LAVAL公司的AX215 机型与德国的WESTFAL1ACSA160机型其分离因数均已超过15000。 3、新机型的开发
丹麦RUSTFRI研制了带电子控制、加热及冷却卸料的离心机,WESTFAL1A研制的CNB45,130,215系列分离机可将细菌(Clostridiom buryricum)从乳酪牛奶中分离出来.该公司的CA6—290,CA366—290的三相逆流萃取机已成功用于抗生素的提取,从而代替传统的LUWESFA,ABE216,以及POBOEILNIAK型离心萃取机。ALFA — LAVAL公司开发用于生物工程的FEUX-510机型,带有振动监视装置和具有自动调节的涡旋型喷咀,该机可自动调节重相之浓度和粘度。FLOTTWEG公司最近研制一种可调叶片的三相分离卧螺旋离心机.则可满足两相之间浓度变化的自动调节。HERAEUS-CHRIST公司生产的离心机应用微电子技术(存有16种应用程序.一套固定程序)对操作、安全、加速、转速及温度均可进行监控。 4、改善功能
为适应生产的不断高速发展以及对于一些特殊物料的分离.改善机器的功能甚为重要.例如WESTFAL1A 运用一台用VERIZONE电子控制的OSA分离机与一台带有SECUTROL的电子装置OSA分离机串联用于处理劣质燃油装置。
温度控制,因为高速旋转和底通量的两种因素,可造成产品温升3—6℃ ,而排放时升高15—20℃,但在生物工程中微生物都很热敏,故必须配以带环己二醇冷却的夹套。
消毒与自清能力(CIP)亦需备有,而密闭及隔离则亦为主要的方面。ALFA—LAVAL的BTPX205则有上述功能 5、自控系统和新材料的发展
由于电子技术的进展,离心机的自控系统亦逐趋完善,例如在活门排渣碟式机中,排渣已由时间控制发展为光电管监控,继而用沉渣的填充度进行扫描。而用微机程控.数字显示已为当前各种离心机普遍采用,例如ALFA—LAVAL公司开发的第四代油水分离机MOPX213型,WESTFAL1A公司的HAS-200型均为自控系统较为完善的典型。
法国专利推荐一种运行控制流体流入转子的控制装置作为排放重相的开关.美国专利则报导一种固定在外壳上可产生反向电流的离心顶出器,苏联专利则介绍一种带阀门的转子,可使转子自动停止。
新材料的研究加速了离心机的进展,例如碟式分离机的转鼓材料:50年代的最大屈服限为250MPa,60年代则为450MPa,70年代已达600MPa,八十年代则进展为800MPa。
目前国外正在研制由合成树脂构成的纤维复合材料转于,前苏联国立产品设计研究所设计了一种高耐磨材料离心机的转子,从而可提高寿命3.5倍,PENNWALT的SHARPLES卧螺机P3400,在螺旋面上粘焊碳化钨,从而可使螺旋寿命提高8倍以上。 6、其它方面的进展
(1)改进动平衡技术.专利介绍一种补偿离心机不平衡度的装置,系转子在弹性支撑的情况下,液体在中空环状容器中的散开,以补偿转子的不平衡
(2)降低能耗的装置,美国BECKMAN公司在1984年介绍了一种固定在套筒上的可部分密封下端的装置,该装置不但可使转子运行平稳.且可降低风阻,亦节约了能耗。 (3)CIP技术的应用。
(4)无基础离心机技术的问世。
(5)离心机转鼓的改进:例如高速碟式机,以前转鼓底与盖的连接通常为螺纹或剪切环.然而两法设计复杂,径向间容易松动.从而导致动平衡的问题,这方面的矛盾国内尤为突出.而瑞典ALFA—LAVAL公司之专利述及一种锁接头的连接方法改进了上述的缺点。法国专利则推荐一种新转子,其中心用硬质陶瓷材料.而外层用单丝缠挠的方法,从而增加了转鼓强度。
上述几十方面的进展.基本上论述了国外这方面的动态,然而离心分离技术不可能像电子技术那样飞跃,即使当代最先进的离心机亦不是完善无缺的,而是向上述几个方面不断努力,争取推出更新一代的离心机,