管式离心机分离富集喷气燃料悬浮物的研究

　　通过对悬浮物在离心机内的受力和运动分析，建立了喷气燃料中悬浮物在管式离心机中的运动方程。并通过理论假设和简化，求出了管式离心机所不能分离的悬浮物 大粒径和由于离心而增大的颗粒分离倍数。研究证明在给定旋转角速度和体积流量下，管式离心机所不能分离的 大粒径与密度差的平方根成反比，即密度差越小，不能分离的 大粒径越大;对于粒度小于25 m 的细微颗粒，离心机的离心脱除颗粒效果非常好;分离试验证明管式离心机可以成功地进行喷气燃料中悬浮物的分离富集。

　　关键词：喷气燃料;悬浮物;分离富集;管式离心机

　　中图分类号：TE974 文献标识码：A 文章编号：1006—8805(2006)05—0061—04

　　喷气燃料在生产和储存的过程中可能会产生纤维状、片状、针状或絮状的悬浮物，影响燃料的清洁度，使燃料达不到加注要求，成为目前国内燃料供应中引起普遍关注的问题_1q]。研究认为，悬浮物是机械杂质、水分、表面活性物质和微生物中的一种或几种复合物 ]。平时以聚集体的形式存在于燃料中，过滤时聚集体分散开，通过滤膜之后又聚结在一起，所以不能通过一般的过滤去除[6~83。同时由于悬浮物与喷气燃料的密度相近，自然沉降过程进行的缓慢，给悬浮物的分离造成了很大困难。本文使用管式离心机成功实现了喷气燃料中悬浮物的分离富集。

　　喷气燃料中悬浮物的分离属于矿物油精制中的固一液一液分离，悬浮物的固相粒度小于100~m，含量大多低于1mg/L，远远小于1 。为了便于分析悬浮物的成分，滤渣应易于回收。喷气燃料与悬浮物密度相差很小，要求离心机的分离因数越大越好。

　　离心机可以提供超重力场，使重力差别较小的物料缩短沉降时间，对以高度分散相状态相混合的物料，可以破坏物料间胶体化学和表面化学的作用，使悬浮的平衡状态被破坏实现沉降。。]，从而解决悬浮物的分离富集问题。用于物料分离的离心机有两种：过滤离心机，利用离心力场来加快过滤速度;沉降离心机，利用物料间重力差来实现分离。根据燃料中悬浮物的特点，本文选择管式离心机对悬浮物进行分离富集。

　　1 喷气燃料中的悬浮物在离心力场内的受力和运动分析

　　悬浮物在喷气燃料中离心力场内沉降运动方程为：

　　离心力场中，作用在悬浮物上的离心力并非定值，即使悬浮物随液体回转的角速度ω不变，但是离心力随着回转半径增大而增大，无法断定能否出现匀速沉降运动状态，离心力场内的悬浮物沉降运动方程：

　　式中：口，一一悬浮物运动径向加速度，是时间的函数;

　　在离心力场内悬浮物的沉降，主要是沿着径向运动，也就是悬浮物相对喷气燃料的离心力场沿着径向运动，这个运动速度 应该远大于在离心力场内的重力沉降速度Ut，这就是利用离心力场可加速沉降过程的原因。

　　在离心力场内，悬浮物相对喷气燃料的运动速度Ut，远大于自然重力沉降速度Ut，这是由于离心力场回转时，所产生的向心加速度aj远大于地球引力所形成的重力加速度g，所以作用在悬浮物上的离心力F，也远大于重力F ;同理，离心

　　力场内悬浮物与液体问的密度差也相当小，液体对悬浮物的浮力F，也远小于离心力Fj。

　　离心力场内的悬浮物是由喷气燃料带动做回转运动，如果悬浮物旋转的角速度与喷气燃料一致，粘滞阻力主要取决于悬浮物相对液体在离心力场的径向运动速度ar。

　　物料在自然重力场内的沉降速度是时间的函数，而且在沉降过程中离心加速度值也是时间的函数，不能肯定会出现匀速沉降过程，所以对 大沉降速度的求解可通过一个矢量微分方程，即：

　　这样就建立了喷气燃料中的悬浮物在管式离心机中的运动方程。但由于求解上述矢量微分方程的边界条件仍然不足，所以只能对特定的离心机进行分析。

　　2 离心机内流体受力和运动的理想解析

　　悬浮物在离心机内是由喷气燃料带动而产生回转运动的，喷气燃料属于粘性流体，可采用欧拉法对其流动运动进行分析。

　　选取离心机内流场的一个单元，就可以利用牛顿加速度定律，建立起流场运动方程;

　　从式(23)可以看出，在文中提出的理想状态下，给定旋转角速度和体积流量，管式离心机所不能分离的 大粒径与密度差的平方根成反比，密度差越小，不能分离的 大粒径就越大。已知在层流状态下，通过长度为l=0.490m的圆管，自然可沉降的颗粒得 大直径d为：

　　从式(25)可以看出，给定体积流量，颗粒分离倍数η与旋转角速度成正比，旋转角速度越大，颗粒分离倍数η就越大。

　　3 喷气燃料中悬浮物的分离富集试验研究

　　从前述分析可以看出，对管式离心机，旋转角速度越大，颗粒分离倍数刁越大。本文选择目前转速 的GQ76型高速管式离心机对燃料中的悬浮物进行分离富集试验。试验仪器包括GQ76型高速管式离心机、蠕动泵、Aba便携式油液颗粒计数器。GQ76型高速管式离心机的主要性能和技术参数为：转鼓转速为20000r/min; 大分离因数为16950;转鼓内径为76ram;转鼓有效长度为490mm;转鼓内固体容积为1.4L;物料进口压力为15～25kPa;生产能力(通水量)为15～300L/h;电动机(三相交流异步电动机)功率为1.5kw。

　　用防爆蠕动泵将待分离的喷气燃料打入管式离心机，由下端进液管进入转鼓，利用离心力进行分离，被澄清的液体从转鼓上端的出液口排出，进入接液盘再流人槽或罐等容器内，固体(重料)则留在转鼓的内壁上，停机后用刮刀刮下密实的悬浮物。每处理1000L喷气燃料，可得到10g左右的悬浮物，可以满足悬浮物成分分析的需要。

　　用Aba便携式油液颗粒计数器，测量离心前后喷气燃料中的颗粒数，并计算相同转速下的不同粒径颗粒的滤除率，试验结果见表1。

　　从表1的试验结果可以看出，对于粒度小于25μm的细微颗粒，离心机的离心脱除颗粒效果非常好。流速在29.0～37.5mL/s范围内，所选离心机的分离效果相当。对细微颗粒粒径小于25μm的微粒，离心脱除颗粒效果相当。说明在此范围内，脱除颗粒效果主要与旋转角速度有关。对于大于50μm的颗粒，脱除颗粒效果较差，可能主要有两个原因：一是部分颗粒的密度与喷气燃料非常接近;二是粒径已经达到了管式离心机的分离极限。

　　5 结论

　　(1)可用管式离心机分离富集喷气燃料中的悬浮物;

　　(2)在给定了旋转角速度和体积流量下，管式离心机所不能分离的 大粒径与密度差的平方根成反比，密度差越小，不能分离的 大粒径就越大;

　　(3)对于粒度小于25μm的细微颗粒，离心机的离心脱除颗粒效果非常好，说明所选的离心机是正确的，达到了试验的目的。