卧式螺旋卸料沉降离心机（以下简称卧螺离心机）是一种利用离心力，对固-液、液-液和液-液-固非均相物系的分离旋转机械。卧螺离心机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开。随着超细粉体材料的飞速发展，卧螺离心机还可利用物料不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点，对固体颗粒按密度或粒度进行分级处理。本文将介绍一种专用的卧螺离心机在化纤高浓度二氧化钛工业制备分级中的应用。

1 高浓度二氧化钛及其工艺介绍

二氧化钛俗称钛白或者钛白粉，是一种重要的无机化工原料，无毒、对健康无害，在涂料颜料、油墨、塑料、橡胶、造纸、化纤和日用化妆品等行业中应用广泛。随着化工市场需求，高浓度全消光的二氧化钛作为填料剂的需求量越来越大。

1.1 高浓度二氧化钛浆料的特点

高浓度二氧化钛是指二氧化钛粉末与乙二醇溶剂配比后的浓度在20%～30%之间的浆料。（浓度=（溶液中固体的总重量/溶液的总重量）×100%）

高浓度的二氧化钛浆料（浓度20%～30%）与低浓度的二氧化钛浆料（浓度10%～15%）相比较具有不同的物料特性：悬浮液的密度大，超细分析比重较大，悬浮液的粘度大大增加。

1.2 高浓度二氧化钛浆料的分级工艺

高浓度二氧化钛浆料的分级工艺分为四个步骤：原料干粉打浆——研磨——分级——后续处理。

2 专用卧螺离心机的工作原理和结构特点

2.1 工作原理

高浓度二氧化钛分级专用卧螺离心机结构主要由副电机、差速器、螺旋推料器、转鼓、主轴承、机座、机罩、传动装置及主电机等组成。其工作原理是：悬浮液（高浓度二氧化钛）经进料管和螺旋出料口进入转鼓，在高速旋转产生的离心力作用下，不同粒径的二氧化钛颗粒在转鼓径向方向分层，形成多层同心颗粒圆环。粒径相对较大的固相颗粒沉积在转鼓内壁上，与转鼓作相对运动的螺旋叶片不断地将沉积在转鼓内壁上的大粒径固相颗粒刮下并推出排渣口。而粒径小的二氧化钛颗粒分层于靠近转鼓中心圆环，通过排液口排出进入半成品罐。螺旋与转鼓之间的相对运动，也就是差转速是通过差速器来实现的，其大小由副电机来控制。差速器的外壳与转鼓相联接，输出轴与螺旋推料器相联接，输入轴与副电机相联接。主电机带动转鼓旋转的同时也带动了差速器外壳的旋转，副电机通过联轴器的联接来控制差速器输入轴的转速。使差速器能按一定的速比将扭矩传递给螺旋推料器，从而实现了卧螺离心机对物料的连续分级过程。

2.2 结构特点

目前，国产的一般卧螺离心机已经成熟地应用于低浓度的二氧化钛分级处理。但是高浓度二氧化钛的分级处理国内均使用纯进口立式分离机设备。卧螺离心机应用于高浓度二氧化钛的分级处理未见文献报道。

由于高浓度的二氧化钛具有浆料密度大，超细粉体比重较大，粘度大的特点，所以其分离性能较差。采用一般的卧螺离心机进行高浓度的二氧化钛分级处理，处理量很小，分离效果差，经常出现堵料的现象。而采用进口立式分离机设备进行高浓度的二氧化钛分级处理，处理量小，需要间断卸料，不能够连续作业。

所以针对上述的高浓度二氧化钛的物料特性和市场的需求，研发了一种专用卧螺离心机，成功应用于高浓度二氧化钛分级处理。

高浓度二氧化钛分级处理的专用卧螺离心机具有如下的结构特点。

2.2.1 拥有专用的螺旋设计结构

（1）卧螺离心机螺旋进料区域采用“双S”型结构，符合流体力学的流线型设计，使得物料出料顺畅。并且“双S”型结构出料表面内部镶嵌有若干耐磨棒，防止物料的磨损。

（2）螺旋采用变螺距和叶片开孔结构设计，提高设备的处理能力。

（3）螺旋叶片采用犁形硬质合金片，减少推料扭矩，确保粘度较高物料的排料顺畅。

（4）螺旋的锥段采用方孔结构设计，消除螺旋内部积料，改善了螺旋锥段轴承的使用环境，提高了轴承的使用寿命。

2.2.2 排渣口“马鞍型”结构

卧螺离心机转鼓采用“马鞍型”出渣口，使得出料顺畅，无死角积料现象。且转鼓出渣口镶嵌有可更换的硬质合金瓦，耐磨且易于维修。

2.2.3 配置适当的副电机和差速器

根据高浓度二氧化钛的物料特性，卧螺离心机选用额定扭矩比较大的副电机。同时选取能够实现大差速和大扭矩传递的二级行星齿轮差速器。

2.2.4 自动冲洗功能

由于高浓度的二氧化钛分级处理需要分批次进行，所以卧螺离心机在两批次分级处理之间需要对设备进行完全清洗，以便能够在下次的分级处理中获得极佳的分级效果。卧螺离心机设计具有自动冲洗的结构和程序，能够对机罩、转鼓内外和螺旋部件进行完全的自动冲洗。

2.2.5 先进的电气控制系统

电气控制系统设计采用先进的双电机双变频控制方式，即主电机和副电机均用变频控制。同时控制系统采用共直流母线技术，通过主变频器对副变频器实现供电，不再单独对副变频器供电。在设备运行工作中，副电机处于发电状态，副变频器将一部分电能反馈给主变频器使用，从而实现节能设计。另外，电气控制的操作界面采用触摸屏技术，符合现代操作简易、功能集成的设计理念。

2.2.6 一机多用功能

专用卧螺离心机实现了高浓度二氧化钛的分级处理，同时也可用于低浓度二氧化钛的分级处理，实现高低浓度二氧化钛分级处理一机多用。

3 高浓度二氧化钛分级专用卧螺离心机的应用

采用卧螺离心机在某化纤公司进行高浓度二氧化钛分级处理试验。

3.1 进料条件

试验用高浓度二氧化钛浆料采用进口日本富士TiO₂原料粉体与乙二醇进行配比混合，形成进料浓度为25%的原浆，经过研磨后的5μm真空过滤量500～600ml，进料温度50℃～60℃。

3.2 专用卧螺离心机的结构参数

LW430DB专用卧螺离心机的结构参数如下：

3.3 专用卧螺离心机工艺参数对分级效果的影响

本次采用LW430DB专用卧螺离心机对高浓度二氧化钛的分级处理，通过调节转鼓转速、液层深度、差转速等来得到极佳的分级效果。

3.3.1 转鼓转速的影响

对专用卧螺离心机的转鼓转速进行调节，获得如下的工艺参数。

*离心机的差转速28r/min，溢流半径136mm，处理量3.5～4m³/h。

转速的增加，细组分的粗粒子减少，有利于分级。但是转速太高，离心力太大，粗组分紧贴在转鼓内壁上，螺旋推料器负荷增加，推料困难，影响后续的进料分级过程，不利于分级效果的提高。

3.3.2 液层深度的影响

对专用卧螺离心机的液层深度进行调节，获得如下的工艺参数。

*离心机的转鼓转速2700r/min，差转速28r/min，处理量3.5～4m³/h。

随着液层深度的增加，卧螺离心机的澄清段增长，有利于提高离心机分级效果。采用溢流半径为R128mm的液层片规格时，虽然得到了合格的清液相，但是由于液层太深，导致分离后的残渣数量过多，不满足工艺要求。

3.3.3 差转速的影响

对专用卧螺离心机的差转速进行调节，获得如下的工艺参数。

*离心机的转鼓转速2700r/min，溢流半径136min，处理量3.5～4m³/h。

随着差转速的增加，有利于提高离心机分级效果。因为高浓度二氧化钛的粘度比较大，所以差转速的增加造成的对物料的搅动没有影响到物料的分级效果。随着差转速的降低，卧螺离心机的推料力矩增大，出料困难，影响物料的分级效果。

3.3.4 进料浓度的分级处理

对专用卧螺离心机的进料浓度进行调节，获得如下的工艺参数。

*进料浓度10%时，离心机的转鼓转速2700r/min，差转速24r/min，处理量6～8m³/h。

进料浓度25%时，离心机的转鼓转速2700r/min，差转速24r/min，处理量3.5～4m³/h。

LW430DB专用卧螺离心机实现了高浓度二氧化钛的分级处理，同时也可用于低浓度二氧化钛的分级处理，实现高低浓度二氧化钛分级处理一机多用。

4 结束语

通过工业现场试验，结果表明LW430DB专用卧螺离心机成功应用于高浓度的二氧化钛分级处理。同时也积累了高浓度二氧化钛分级处理的工艺参数和调试经验。

卧螺离心机的各个工艺参数之间是相互联系的，必须根据物料的性质和对产品的粒径的要求来调节各个工艺参数，使其发挥极佳的分级效果和较高的生产能力，以满足实际生产的需要。

专用卧螺离心机的分级效果佳，同时实现了高低浓度二氧化钛分级处理一机多用。当进料浓度25%时，1μm的真空过滤量≥1200ml（合格为600ml）。当进料浓度10%时，1μm的真空过滤量≥2400ml（合格为2000ml）。