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離心分離機(jī)

離心分離機(jī)是利用離心力，分離液體與固體顆?；蛞后w與液體的混合物中各組分的機(jī)械，又稱離心機(jī)。
離心分離機(jī)主要用于將懸浮液中的固體顆粒與液體分開；或?qū)⑷闈嵋褐袃煞N密度不同，又互不相溶的液體分開(例如從牛奶中分離出奶油)；它也可用于排除濕固體中的液體，例如用洗衣機(jī)甩干濕衣服；特殊的超速管式分離機(jī)還可分離不同密度的氣體混合物，例如濃縮、分離氣態(tài)六氟化鈾；利用不同密度或粒度的固體顆粒在液體中沉降速度不同的特點(diǎn)，有的沉降離心機(jī)還可對(duì)固體顆粒按密度或粒度進(jìn)行分級(jí)。離心分離機(jī)大量應(yīng)用于化工、石油、食品、制藥、選礦、煤炭、水處理和船舶等部門。

工業(yè)用離心分離機(jī)按結(jié)構(gòu)和分離要求，可分為過濾離心機(jī)、沉降離心機(jī)和分離機(jī)三類。分離機(jī)僅適用于分離低濃度懸浮液和乳濁液，包括碟式分離機(jī)、管式分離機(jī)和室式分離機(jī)。

離心分離機(jī)有一個(gè)繞本身軸線高速旋轉(zhuǎn)的圓筒，稱為轉(zhuǎn)鼓，通常由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。懸浮液(或乳濁液)加入轉(zhuǎn)鼓后，被迅速帶動(dòng)與轉(zhuǎn)鼓同速旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下各組分分離，并分別排出。通常，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越高，分離效果也越好。

離心分離機(jī)的作用原理有離心過濾和離心沉降兩種。離心過濾是使懸浮液在離心力場(chǎng)下產(chǎn)生的離心壓力，作用在過濾介質(zhì)上，使液體通過過濾介質(zhì)成為濾液，而固體顆粒被截留在過濾介質(zhì)表面，從而實(shí)現(xiàn)液-固分離；離心沉降是利用懸浮液(或乳濁液)密度不同的各組分在離心力場(chǎng)中迅速沉降分層的原理，實(shí)現(xiàn)液-固(或液-液)分離。

還有一類實(shí)驗(yàn)分析用的分離機(jī)，可進(jìn)行液體澄清和固體顆粒富集，或液-液分離，分離粒度達(dá)0.1～0.5微米。比如常用的試管分離機(jī)，其轉(zhuǎn)速為3000～20000轉(zhuǎn)/分，裝等量料液的玻璃試管對(duì)稱插入擺架或角形轉(zhuǎn)子的凹穴中，在離心力作用下料液在試管內(nèi)沉降分層。超高速分析用分離機(jī)采用小直徑沉降轉(zhuǎn)鼓。這類分離機(jī)有常壓、真空、冷凍條件下操作的不同結(jié)構(gòu)型式。

衡量離心分離機(jī)分離性能的重要指標(biāo)是分離因數(shù)。它表示被分離物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)所受的離心力與其重力的比值，分離因數(shù)越大，通常分離也越迅速，分離效果越好。工業(yè)用離心分離機(jī)的分離印數(shù)一般為100～20000，超速管式分離機(jī)的分離印數(shù)可高達(dá)62000，分析用超速分離機(jī)的分離印數(shù)達(dá)610000。決定離心分離機(jī)處理能力的另一因素是轉(zhuǎn)鼓的工作面積，工作面積大處理能力也大。

過濾離心機(jī)和沉降離心機(jī)，主要依靠加大轉(zhuǎn)鼓直徑來(lái)擴(kuò)大轉(zhuǎn)鼓圓周上的工作面；分離機(jī)除轉(zhuǎn)鼓圓周壁外，還有附加工作面，如碟式分離機(jī)的碟片和室式分離機(jī)的內(nèi)筒，顯著增大了沉降工作面。

此外，懸浮液中固體顆粒越細(xì)則分離越困難，濾液或分離液中帶走的細(xì)顆粒會(huì)增加，在這種情況下，離心分離機(jī)需要有較高的分離因數(shù)才能有效地分離；懸浮液中液體粘度大時(shí)，分離速度減慢；懸浮液或乳濁液各組分的密度差大，對(duì)離心沉降有利，而懸浮液離心過濾則不要求各組分有密度差。

選擇離心分離機(jī)須根據(jù)懸浮液(或乳濁液)中固體顆粒的大小和濃度、固體與液體(或兩種液體)的密度差、液體粘度、濾渣(或沉渣)的特性，以及分離的要求等進(jìn)行綜合分析，滿足對(duì)濾渣(沉渣)含濕量和濾液(分離液)澄清度的要求，初步選擇采用哪一類離心分離機(jī)。然后按處理量和對(duì)操作的自動(dòng)化要求，確定離心機(jī)的類型和規(guī)格，最后經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證。

通常，對(duì)于含有粒度大于0.01毫米顆粒的懸浮液，可選用過濾離心機(jī)；對(duì)于懸浮液中顆粒細(xì)小或可壓縮變形的，則宜選用沉降離心機(jī)；對(duì)于懸浮液含固體量低、顆粒微小和對(duì)液體澄清度要求高時(shí)，應(yīng)選用分離機(jī)。

離心分離機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)將是強(qiáng)化分離性能、發(fā)展大型的離心分離機(jī)、改進(jìn)卸渣機(jī)構(gòu)、增加專用和組合轉(zhuǎn)鼓離心機(jī)、加強(qiáng)分離理論研究和研究離心分離過程化控制技術(shù)等。

強(qiáng)化分離性能包括提高轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速；在離心分離過程中增加新的推動(dòng)力；加快推渣速度；增大轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)度使離心沉降分離的時(shí)間延長(zhǎng)等。發(fā)展大型的離心分離機(jī)，主要是加大轉(zhuǎn)鼓直徑和采用雙面轉(zhuǎn)鼓提高處理能力使處理單位體積物料的設(shè)備投資、能耗和維修費(fèi)降低。理論研究方面，主要研究轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體流動(dòng)狀況和濾渣形成機(jī)理，研究最小分離度和處理能力的計(jì)算方法。

一、離心力及其作用
　　當(dāng)懸浮液繞軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，懸浮中的微粒就同時(shí)受到背向轉(zhuǎn)軸方向的離心力和正向轉(zhuǎn)軸方向的介質(zhì)浮力的雙向作用，微粒的運(yùn)動(dòng)軌跡取決于所受合力的方向。根據(jù)物理學(xué)原理推導(dǎo)可知：F合=F離-F介=Vr×4p2N2r/3600-Vs×4p2N2r/3600= V4p2N2r/3600×（r-s），式中V表示微粒的體積，N表示每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，r表示微粒至轉(zhuǎn)軸的距離，r與s分別表示微粒與其介質(zhì)的密度。顯然，當(dāng)r=s時(shí)，F(xiàn)合=0，微粒受力平衡，故將維持距轉(zhuǎn)軸恒定的距離轉(zhuǎn)動(dòng)，也就不可能被分離開；當(dāng)rs時(shí)，F(xiàn)合，微粒主要受向心力作用，故而將向轉(zhuǎn)軸方向移動(dòng)，直至浮到介質(zhì)表面；而當(dāng)當(dāng)r>s時(shí)，F(xiàn)合>0，微粒主要受離心力作用而向遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)軸方向移動(dòng)，直至沉淀到容器底部。因此，r>s是微粒從懸浮液中進(jìn)行離心分離的基本條件。使用普通離心機(jī)的根本目的就在于使這樣的微粒從懸浮液中分離出來(lái)。
從理論上講，凡是能通過離心分離的微粒在懸浮液靜置時(shí)，受重力與浮力的共同作用也能自動(dòng)沉降而得以分離，只是分離所需時(shí)間較長(zhǎng)，效果較差，沉降本領(lǐng)較弱。一般常用相對(duì)離心力（RCF）的大小來(lái)表示離心分離的本領(lǐng)強(qiáng)弱。相對(duì)離心力是指微粒在離心分離時(shí)所受的合力（F合）與在靜置分離時(shí)所受合力（F’合）的比值，而F’合= Vr×g- Vs×g= Vg×（r-s），式中g(shù)為重力加速度，故RCF= F合/F’合=4p2N2r/3600g，由于4p2N2r/3600就是微粒處的角加速度，所以相對(duì)離心力又是微粒在離心時(shí)的角加速度與在靜置時(shí)的重力加速度之比。很明顯，只要調(diào)節(jié)N或/和r就可影響RCF的值，從而改變其離心分離本領(lǐng)。實(shí)驗(yàn)中RCF的值常用多少倍于重力加速度表示，如1000×g。
二、離心力與作用時(shí)間的積累效應(yīng)
微粒在懸浮液中被分離的速度快慢除與轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)數(shù)大小有關(guān)外，還與離心時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，即離心力作用于微粒上具有時(shí)間積累效應(yīng)。衡量時(shí)間積累效應(yīng)高低的物理量常用沖量矩的大小來(lái)表示，沖量矩（Lt）的值等于離心力的力矩（L）與離心時(shí)間(t)的乘積，依物理學(xué)原理可推導(dǎo)出：Lt=（2pRn/60）2×t，即沖量矩的大小與轉(zhuǎn)速（N）的平方和時(shí)間的乘積成正比。
由此可見，在同一離心轉(zhuǎn)頭的條件下（N，r一定），轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，沖量矩越大，分離效果越好。對(duì)同一懸浮液，因轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間不同而有不同的沖量矩，若調(diào)節(jié)影響沖量矩的兩個(gè)可變因子即轉(zhuǎn)速(N)和時(shí)間（t），可以在較低轉(zhuǎn)、速較長(zhǎng)時(shí)間得到較高轉(zhuǎn)速、較短時(shí)間同樣的沖量矩，從而得到相同的分離效果。但是，若轉(zhuǎn)速相差太大，則會(huì)受擴(kuò)散作用影響而使較低轉(zhuǎn)速離心的分離效果下降
三、普通離心機(jī)的組成
普通離心機(jī)分水平式和斜角式兩種，其構(gòu)造簡(jiǎn)單、功能單一，只適用于一般物質(zhì)的離心分離。實(shí)驗(yàn)室常用的水平式離心機(jī)主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變速箱與調(diào)速手柄、旋轉(zhuǎn)盤(包括轉(zhuǎn)軸及其支架)、離心筒、帶蓋的離心腔以及機(jī)座等部分組成。