離心分離設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
行業(yè)動(dòng)態(tài)
離心分離設(shè)備指的是利用離心力實(shí)現(xiàn)非均相分離的一種分離設(shè)備。真正意義的 臺(tái)工業(yè)離心分離設(shè)備應(yīng)是1836年在德國(guó)問世的三足式棉布脫水機(jī)，距今已有170多年的歷史。上世紀(jì)50年代～80年代是離心分離設(shè)備發(fā)展迅速的年代，幾乎每屆Achema展會(huì)上都有新機(jī)型問世，而近三十年來，離心分離設(shè)備新機(jī)型不多，發(fā)展重點(diǎn)是結(jié)構(gòu)優(yōu)化、性能提升和應(yīng)用技術(shù)研究。
全球范圍內(nèi)分離機(jī)械產(chǎn)業(yè)集中度高，通過并購(gòu)重組形成了以Alfa-laval、Andritz和GEA Westfalia三大集團(tuán)為主導(dǎo)的“3+X”產(chǎn)業(yè)布局結(jié)構(gòu)。中國(guó)很早就開始利用離心分離技術(shù)，但真正的工業(yè)離心分離設(shè)備直到上世紀(jì)50年代才在中國(guó)問世。據(jù)中通機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，目前從事分離機(jī)械制造的企業(yè)達(dá)496家，其中離心分離設(shè)備制造企業(yè)近200家，行業(yè)集中度差，屬于完全競(jìng)爭(zhēng)行業(yè)，無論技術(shù)水平還是產(chǎn)品性能均存在差距。
1 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
1.1 分離過程強(qiáng)化
為進(jìn)一步強(qiáng)化過程，一些場(chǎng)輔助離心分離技術(shù)相繼出現(xiàn)。早在上世紀(jì)七十年代，德國(guó)Krauss Maffei公司首先申請(qǐng)虹吸刮刀離心機(jī)專利，利用虹吸效應(yīng)強(qiáng)化離心分離過程；國(guó)內(nèi)四川大學(xué)和重慶江北機(jī)械有限責(zé)任公司自上世紀(jì)九十年代聯(lián)合開展了“虹吸刮刀離心機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究及產(chǎn)業(yè)化”專項(xiàng)工作，完成了GKH系列虹吸刮刀離心機(jī)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。
德國(guó)Heinkel公司在其翻袋離心機(jī)中采用了壓力輔助離心分離（Pressure Aided Centrifugation）系統(tǒng)，通入壓力高達(dá)6bar壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)壓力輔助離心分離，可比普通離心分離進(jìn)一步降低含濕量10%～20%。美國(guó)Vigin技術(shù)大學(xué) 分離技術(shù)研究中心（CAST）也對(duì)壓力輔助活塞推料離心機(jī)進(jìn)行過研究，細(xì)粒煤脫水實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：壓力輔助技術(shù)可以進(jìn)一步降低含濕量，節(jié)能效果明顯。
德國(guó)KIT大學(xué)的K Wagner在開發(fā)了磁過濾技術(shù)后又開發(fā)了磁離心分離技術(shù)，用于生物技術(shù)中敏感性組份或超細(xì)顆粒的選擇性分離。
1.2 物料改性與工藝優(yōu)化
待分離物料的物性參數(shù)對(duì)離心分離設(shè)備效果的影響很大，一系列物料改性技術(shù)得到重視與廣泛應(yīng)用，包括加溫降低母液的粘度；絮凝與凝聚技術(shù)增大顆粒的粒度；分散降低液相表面張力；濃縮提高固形物的濃度可以提高設(shè)備的產(chǎn)能等。
1.3 高效驅(qū)動(dòng)與節(jié)能技術(shù)
近年來有大量研究工作集中在提高螺旋離心機(jī)的能效，幾乎在同一時(shí)間出現(xiàn)了大量不同的技術(shù)解決方案，Hiller公司Decapress螺旋離心機(jī)所采用的SEE驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，螺旋驅(qū)動(dòng)不再由轉(zhuǎn)子系統(tǒng)支撐，而是直接支撐在靜止的機(jī)座上，螺旋和轉(zhuǎn)鼓所用變頻器不再藕合，直接產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差。
GEA Westfalia公司的SUMMIER驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)保留了主輔驅(qū)動(dòng)的V帶，螺旋需要的功率不再由主電機(jī)提供，新系統(tǒng)綜合匹配主輔電機(jī)的功率需求，然后直接向轉(zhuǎn)鼓和螺旋提供所需動(dòng)力。
螺旋離心機(jī)的輸渣功率在能耗中占比較大，一些制造商通過特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)利用分離液的壓力輔助推料，提高輸渣效率，降低功率消耗。日本Kotobuki Techrex和三井東亞化學(xué)公司聯(lián)合研制成功的MTC雙錐螺旋離心機(jī)，在相同轉(zhuǎn)鼓直徑和長(zhǎng)度下，其液池更深、轉(zhuǎn)鼓有效長(zhǎng)度更長(zhǎng)，當(dāng)量沉降面積更大，分離效果更好。
Alfa-laval公司和GEA Westfalia也分別推出類似的新型G3螺旋離心機(jī)和Ecoforce螺旋離心機(jī)，這兩種產(chǎn)品都利用了液壓輔助排渣技術(shù)。Alfa-laval公司推出的G3離心機(jī)采用細(xì)長(zhǎng)螺旋、BD擋渣板和回收分離液能量的Power板，實(shí)現(xiàn)節(jié)能30%～40%，性能提升10%。
GEA Westfalia公司的Ecoforce螺旋離心機(jī)其液池深度與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑之比達(dá)到0.52，比傳統(tǒng)螺旋離心機(jī)提高了30%，新機(jī)型比原有機(jī)型可以節(jié)能30%，用于污泥脫水的能耗低到0.7kWh/h。
1.4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
近二十年來離心分離設(shè)備圍繞節(jié)約降耗開發(fā)了許多新結(jié)構(gòu)。法國(guó)Guinard公司D系列螺旋離心機(jī)首先采用“In-Line”結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)垂直轉(zhuǎn)子部件頂部，整機(jī)結(jié)構(gòu)更緊湊；Andritz的直驅(qū)型螺旋離心機(jī)取消了V帶傳動(dòng)，GEA Westfalia的直驅(qū)型碟式分離機(jī)備受業(yè)界關(guān)注。
直驅(qū)型離心分離設(shè)備除能耗低外，還具有占地面積小、整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。
過濾離心機(jī)的殘余濾餅去除和濾布再生一直是離心分離設(shè)備研究的重點(diǎn)，近年來陸續(xù)研究了一些專門結(jié)構(gòu)。德國(guó)Heinkel公司的翻袋卸料離心機(jī)在活塞的作用下濾袋被翻轉(zhuǎn)180度，可以徹底清除殘余濾餅層，通過清洗實(shí)現(xiàn)濾袋再生。
Ferrum公司的拉袋式離心機(jī)完成卸料過程后，在拉袋機(jī)構(gòu)的作用下濾袋被拉直，殘余濾餅層被清除，濾布得到再生。
Westfalia公司的Ecoforce系列螺旋離心機(jī)，所有規(guī)格的機(jī)器零件結(jié)構(gòu)基本相同，零件庫(kù)內(nèi)的零件可以方便的進(jìn)行組合，只需儲(chǔ)存少量零件就可迅速完成專用部件的組合。Alfa-laval公司的分離機(jī)系列產(chǎn)品采用類似的模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)于特定的分離任務(wù)只需選擇需要的模塊，由此可以減少研究工作、縮短交貨期。
1.5 特殊專用機(jī)型
為滿足生物技術(shù)和制藥工業(yè)等領(lǐng)域分離的特殊需求，離心分離設(shè)備制造商相繼開發(fā)了一系列特殊專用機(jī)型，包括滿足食品醫(yī)藥行業(yè)潔凈度要求的GMP離心機(jī)、滿足細(xì)粘物料分離需要的雙錐筒螺旋離心機(jī)和SPT螺旋板分離機(jī)、滿足生物制藥的高速刮刀離心分離機(jī)和APD高速活塞排料離心分離機(jī)等。
1.6 離心分離系統(tǒng)
離心分離設(shè)備通常需要與流程中的泵閥等其他流體機(jī)械組成完整的工藝單元才能完成分離任務(wù)。近年來，離心分離設(shè)備制造商整合離心分離設(shè)備上下游機(jī)泵閥和控制系統(tǒng)形成了離心分離單元成套設(shè)備，例如Alfa-laval生物分離系統(tǒng)、Westfalia海洋平臺(tái)污水處理系統(tǒng)、污泥脫水系統(tǒng)和煙氣脫硫系統(tǒng)等。
2 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
離心分離設(shè)備的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是高效、節(jié)能、專機(jī)、大型化，正沿著大型化、高效和專用化方向在發(fā)展，會(huì)導(dǎo)致客戶化設(shè)計(jì)離心機(jī)的產(chǎn)生，設(shè)備制造企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)離心分離設(shè)備應(yīng)用技術(shù)研究。
