臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)（以下簡稱“臥螺離心機(jī)”）普遍被用來澄清懸浮液、回收晶體和聚合物等，也被用作礦漿或其它漿料的脫水，近年來已廣泛應(yīng)用于城市和工業(yè)污泥的脫水。隨著超細(xì)粉體材料科學(xué)的飛速發(fā)展，臥螺離心機(jī)也被用來進(jìn)行顆粒的分級，如淀粉、氧化鋯等。本文將介紹臥螺離心機(jī)在化纖用二氧化鈦工業(yè)制備分級中的應(yīng)用。

化纖用二氧化鈦的制備分兩步：原料制備和表面處理。表面處理步驟為：原料干粉→打漿→濕磨→分級→表面處理→成品。

分級就是將粒徑大于5μm的粗粒子從漿料中分離出來，返回打漿槽，細(xì)料用來做后序加工，細(xì)料中的粗粒子要求小于5個/5.5×10-4cm3。

1 臥螺離心機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

臥螺離心機(jī)型號為WL220，主要部件為轉(zhuǎn)鼓和螺旋推料器。轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑為220mm，長度為930mm，其中圓筒部分（沉降區(qū)）長度700mm，圓錐部分（干燥區(qū)）長度230mm，長徑比為4.23，錐角10°。螺旋推料器的外徑為218mm，長度和錐角與轉(zhuǎn)鼓相對應(yīng)，轉(zhuǎn)鼓與螺旋推料器的間隙為1mm。轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速為4800r/min，即臥螺離心機(jī)的分離因素為2524。螺旋推料器與轉(zhuǎn)鼓的速度差稱為差速，差速是通過減速機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，差速有10、20、30r/min三檔可調(diào)節(jié)。臥螺離心機(jī)的轉(zhuǎn)速可通過變頻器在0～4800r/min間任意調(diào)節(jié)。液面在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的高度可通過擋板的尺寸來調(diào)節(jié)，擋板尺寸是指環(huán)形擋板內(nèi)環(huán)的直徑，擋板尺寸有φ133mm、φ135mm、φ137mm、φ140mm、φ145mm。臥螺離心機(jī)的進(jìn)料速度由螺桿進(jìn)料泵的轉(zhuǎn)速來決定，進(jìn)料管在沉降區(qū)內(nèi)的長度為460mm。

物料從進(jìn)料管進(jìn)入至沉降區(qū)2/3處，很快獲得近似于轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)速度，并沿轉(zhuǎn)鼓壁向溢流擋板方向流動。顆粒在離心力的作用下，向轉(zhuǎn)鼓壁方向沉降，大顆粒的沉降速度比小顆粒沉降速度快。在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形成的液體層中，大顆粒靠近轉(zhuǎn)鼓壁，小顆粒離轉(zhuǎn)鼓壁較遠(yuǎn)，在溢流擋板的作用下，小顆粒溢流出轉(zhuǎn)鼓，大顆粒留在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，而被推料螺旋不斷地往干燥區(qū)方向推，被推出轉(zhuǎn)鼓，使大、小顆粒得以分離。

2 臥螺離心機(jī)各參數(shù)對分級效果的影響

本次工業(yè)制備的分級能力為300t/a二氧化鈦，通過調(diào)節(jié)進(jìn)料濃度、進(jìn)料速度、轉(zhuǎn)速、擋板尺寸、差速等來得到較佳的分級效果。

2.1 進(jìn)料濃度

進(jìn)料濃度對分級效果的影響如下；

試驗(yàn)條件：差速10r/min，擋板φ135mm，變頻器頻率40Hz（轉(zhuǎn)速3840r/min），進(jìn)料速度680L/h。

可以看出，在其它條件不變的情況下，進(jìn)料濃度增加，細(xì)組分中的粗粒子會增加，粗細(xì)組分的濃度也會增加。進(jìn)料濃度降低，臥螺離心機(jī)的生產(chǎn)能力會降低。對于濃度為182.0g/L的漿料，只要將變頻器頻率提至42Hz時（轉(zhuǎn)速4032r/min），細(xì)組分中的粗粒子數(shù)可降至1個。所以進(jìn)料濃度一般控制在160～180g/L較合理。

2.2 進(jìn)料速度

進(jìn)料速度對分級效果的影響如下：

試驗(yàn)條件：差速10r/min，擋板φ135mm，變頻器頻率40Hz（轉(zhuǎn)速3840r/min），進(jìn)料濃度182.0g/L。

在其它條件不變的情況下，進(jìn)料速度減小，細(xì)組分中的粗粒子減少，粗組分濃度增加，流動性變差，粗組分的量減少，生產(chǎn)能力降低。反之，進(jìn)料速度增大，分級效果變差，細(xì)組分中的粗粒子增加，粗組分濃度降低。對應(yīng)于一定的物料有一個較佳的進(jìn)料速度，較佳進(jìn)料速度與物料的粗粒子數(shù)及臥螺離心機(jī)的設(shè)計生產(chǎn)能力有關(guān)。

2.3 轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)速對分級效果的影響如下：

試驗(yàn)條件：差速10r/min，擋板φ135mm，進(jìn)料速度680L/h，進(jìn)料濃度182.0g/L。

轉(zhuǎn)速增加，細(xì)組分的粗粒子減少，有利于分級。但轉(zhuǎn)速增加，粗組分濃度增加，流量也增加，細(xì)組分濃度降低，流量減小，粗細(xì)比增加，臥螺離心機(jī)的工作效率降低。轉(zhuǎn)速太高也能使粗組分緊貼在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，螺旋推料器負(fù)荷增加，容易造成臥螺離心機(jī)損壞，所以只要能達(dá)到所需要的分級效果，就不要將轉(zhuǎn)速調(diào)得過高。

2.4 擋板尺寸

擋板尺寸對分級效果的影響如下：

試驗(yàn)條件：差速10r/min，進(jìn)料速度800L/h。

擋板尺寸增加，臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)沉降區(qū)域縮短，干燥區(qū)域增長，粗組分濃度增加，流動性變差，細(xì)組分中的粗粒子增多，分級效果變差。反之，擋板尺寸減小，有利于分級，但擋板尺寸也不可降得太小。降得太小，細(xì)組分的總量會大大下降，粗細(xì)比大，雖然分級效果較好，但效率太低。所以必須適當(dāng)選擇臥螺離心機(jī)的擋板高度。

2.5 差速

差速增加有利于粗組分的出料，但粗組分的濃度會有所降低，粗組分的流量會增加，粗細(xì)比增大，同時細(xì)組分中的粗粒子數(shù)也會增加。因?yàn)椴钏僭黾釉斐膳P螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)液面的擾動增加，因此影響分級。所以在粗組分濃度不是很高、流動性不是很差的情況下，差速還是低于一些有利于臥螺離心機(jī)的分級。如果粗組分的濃度太高流不出來，則必須增加差速，但也要以細(xì)組分中的粗粒子數(shù)合格為前提。

2.6 不同物料

不同的物料，要達(dá)到所要求的分級效果，必須對臥螺離心機(jī)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，用于不同物料分級的臥螺離心機(jī)的參數(shù)如下：

不同物料由于水分散性、粗粒子數(shù)等性質(zhì)上存在差異，必須要對臥螺離心機(jī)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以滿足所需要的分級效果。

3 臥螺離心機(jī)各參數(shù)對分級影響的分析

3.1 進(jìn)料濃度的影響

物料進(jìn)入離心機(jī)后，大顆粒在離心力的作用下，會在小顆粒和分散介質(zhì)中作沉降運(yùn)動，這一相對運(yùn)動也可以看作是分散介質(zhì)夾帶著小顆粒在大顆粒間隙中運(yùn)動，物料濃度越大，顆粒間間隙就越小，分散介質(zhì)和小顆粒在大顆粒間隙中運(yùn)動的阻力就會增加。相反，物料濃度越低，分散介質(zhì)和小顆粒在大顆粒的間隙中運(yùn)動的阻力就越小，所以物料濃度越高，越不利于物料的分級。但物料的濃度也不可過低，物料濃度過低，分離效果雖然較好，但臥螺離心機(jī)的產(chǎn)量會大大降低，所以必須選擇適當(dāng)?shù)倪M(jìn)料濃度。

3.2 進(jìn)料速度的影響

進(jìn)料速度直接影響到物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間，在擋板高度等其它條件不變的情況下，進(jìn)料速度大，物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間則短，大顆粒還沒有來得及沉降就隨小顆粒一起流出轉(zhuǎn)鼓，使大顆粒與小顆粒分離不開。物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間也不可過長，停留時間過長，粗組分的濃度增加，流動性變差，不利于出料，所以要選擇適當(dāng)?shù)倪M(jìn)料速度。

3.3 轉(zhuǎn)速的影響

根據(jù)Stokes定律可知，顆粒的沉降速度與離心加速度成正比，轉(zhuǎn)速越高，離心加速度就越大，顆粒的沉降速度也越大，這樣就容易使大顆粒與小顆粒分離。但轉(zhuǎn)速太高也會使大顆粒沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，并粘附在內(nèi)壁上，使螺旋推料器的負(fù)荷加大，容易造成臥螺離心機(jī)保護(hù)銷折斷，所以只要達(dá)到所要求的分離效果，轉(zhuǎn)速還是低一些好。

擋板尺寸減小，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)液面厚度增加，沉降區(qū)增加，干燥區(qū)縮小，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的物料的總體積增加，在進(jìn)料速度不變的情況下，物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間增加，有利于粒子的分級。反之，則沉降區(qū)縮小，干燥區(qū)增加，物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間減少，不利于粒子的分級。

3.4 差速的影響

差速增加表示螺旋推料器相對轉(zhuǎn)鼓的運(yùn)動速度增加，螺旋推料器不斷地把物料推向干燥區(qū)，使粗組分的濃度得以下降，有利于出料。螺旋出料器的相對運(yùn)動速度增加也使轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的液面擾動增加，干擾了粗細(xì)顆粒的分級，所以只要在粗組分流動性還可以的情況下，盡量選擇較低的差速有利于粒子的分級。

4 結(jié)束語

臥螺離心機(jī)的各參數(shù)之間是相互聯(lián)系的，必須根據(jù)物料的性質(zhì)和產(chǎn)品的粒度的要求來調(diào)節(jié)各個參數(shù)，使其發(fā)揮較佳的分級效果和較高的生產(chǎn)能力，以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。

從本次試驗(yàn)的情況來看，臥螺離心機(jī)是化纖用二氧化鈦生產(chǎn)中不可缺少的分級工具。只要二氧化鈦原料煅燒完全，臥螺離心機(jī)就不會出現(xiàn)因物料粘壁而發(fā)生堵料現(xiàn)象，適當(dāng)調(diào)節(jié)參數(shù)，臥螺離心機(jī)就會發(fā)揮很好的粗粒子把關(guān)作用。相信隨著超細(xì)粉體材料工業(yè)的發(fā)展，臥螺離心機(jī)將會越來越廣泛地用于粒子的分級。