最快的离心机

 

1975年，英国伯明翰大学将一根长度为15.2厘米的锥形碳纤维棒在真空状态下旋转，创造了7250公里/小时的人工旋转最高速度。1923年，瑞士化学家西奥多·斯渥德博格发明了超离心机去分离有机物的混合体。为了使其速度更快，科学家在真空状态下安装一个磁场以帮助旋转器减少摩擦阻力。

 

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离心机
　　离心机是利用离心力，分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械。
　　离心机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开；或将乳浊液中两种密度不同，又互不相溶的液体分开(例如从牛奶中分离出奶油)；它也可用于排除湿固体中的液体，例如用洗衣机甩干湿衣服；特殊的超速管式分离机还可分离不同密度的气体混合物；利用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，有的沉降离心机还可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。
　　离心机大量应用于化工、石油、食品、制药、选矿、煤炭、水处理和船舶等部门。
　　中国古代，人们用绳索的一端系住陶罐，手握绳索的另一端，旋转甩动陶罐，产生离心力挤压出陶罐中蜂蜜，这就是离心分离原理的早期应用。
　　工业离心机诞生于欧洲，比如19世纪中叶，先后出现纺织品脱水用的三足式离心机，和制糖厂分离结晶砂

糖用的上悬式离心机。这些最早的离心机都是间歇操作和人工排渣的。
　　由于卸渣机构的改进，20世纪30年代出现了连续操作的离心机，间歇操作离心机也因实现了自动控制而得到发展。
　　工业用离心机按结构和分离要求，可分为过滤离心机、沉降离心机和分离机三类。
　　离心机有一个绕本身轴线高速旋转的圆筒，称为转鼓，通常由电动机驱动。悬浮液(或乳浊液)加入转鼓后，被迅速带动与转鼓同速旋转，在离心力作用下各组分分离，并分别排出。通常，转鼓转速越高，分离效果也越好。
　　离心分离机的作用原理有离心过滤和离心沉降两种。离心过滤是使悬浮液在离心力场下产生的离心压力，作用在过滤介质上，使液体通过过滤介质成为滤液，而固体颗粒被截留在过滤介质表面，从而实现液-固分离；离心沉降是利用悬浮液(或乳浊液)密度不同的各组分在离心力场中迅速沉降分层的原理，实现液-固(或液-液)分离。
　　还有一类实验分析用的分离机，可进行液体澄清和固体颗粒富集，或液-液分离，这类分离机有常压、真空、冷冻条件下操作的不同结构型式。
　　衡量离心分离机分离性能的重要指标是分离因数。它表示被分离物料在转鼓内所受的离心力与其重力的比值，分离因数越大，通常分离也越迅速，

分离效果越好。工业用离心分离机的分离因数一般为100～20000，超速管式分离机的分离因数可高达62000，分析用超速分离机的分离因数最高达610000。决定离心分离机处理能力的另一因素是转鼓的工作面积，工作面积大处理能力也大。
　　选择离心机须根据悬浮液(或乳浊液)中固体颗粒的大小和浓度、固体与液体(或两种液体)的密度差、液体粘度、滤渣(或沉渣)的特性，以及分离的要求等进行综合分析，满足对滤渣(沉渣)含湿量和滤液(分离液)澄清度的要求，初步选择采用哪一类离心分离机。然后按处理量和对操作的自动化要求，确定离心机的类型和规格，最后经实际试验验证。
　　通常，对于含有粒度大于0.01毫米颗粒的悬浮液，可选用过滤离心机；对于悬浮液中颗粒细小或可压缩变形的，则宜选用沉降离心机；对于悬浮液含固体量低、颗粒微小和对液体澄清度要求高时，应选用分离机。

离心原理
　　当含有细小颗粒的悬浮液静置不动时，由于重力场的作用使得悬浮的颗粒逐渐下沉。粒子越重，下沉越快，反之密度比液体小的粒子就会上浮。微粒在重力场下移动的速度与微粒的大小、形态和密度有关，并且又与重力场的强度及液体的粘度有关。象红血球大小的颗粒，直径为数微米，就可以在通常重力作用下观

察到它们的沉降过程。
　　此外，物质在介质中沉降时还伴随有扩散现象。扩散是无条件的绝对的。扩散与物质的质量成反比，颗粒越小扩散越严重。而沉降是相对的，有条件的，要受到外力才能运动。沉降与物体重量成正比，颗粒越大沉降越快。对小于几微米的微粒如病毒或蛋白质等，它们在溶液中成胶体或半胶体状态，仅仅利用重力是不可能观察到沉降过程的。因为颗粒越小沉降越慢，而扩散现象则越严重。所以需要利用离心机产生强大的离心力，才能迫使这些微粒克服扩散产生沉降运动。
　　离心就是利用离心机转子高速旋转产生的强大的离心力，加快液体中颗粒的沉降速度，把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。

离心机的分类
　　一、按分离因素Fr值，可将离心机分为以下几种型式：
　　1、常速离心机
　　Fr≤3500（一般为600~1200），这种离心机的转速较低，直径较大。
　　2、高速离心机
　　Fr=3500~50000，这种离心机的转速较高，一般转鼓直径较小，而长度较长。
　　3、超高速离心机
　　Fr＞50000，由于转速很高（50000r/min以上），所以转鼓做成细长管式。
　　分离因素Fr是指物料在离心力场中所受的离心力，与物料在重力场中所受到的重力之比值。
　　二、按操作方式，可将离心

机分为以下型式：
　　1、间隙式离心机
　　其加料、分离、洗涤和卸渣等过程都是间隙操作，并采用人工、重力或机械方法卸渣，如三足式和上悬式离心机。
　　2、连续式离心机
　　其进料、分离、洗涤和卸渣等过程，有间隙自动进行和连续自动进行两种。
　　三、按卸渣方式，可将离心机分为一下型式：
　　1、刮刀卸料离心机
　　工序间接，操作自动。
　　2、活塞推料离心机
　　工序半连续，操作自动。
　　3、螺旋卸料离心机
　　工序连续，操作自动。
　　4、离心力卸料离心机
　　工序连续，操作自动。
　　5、振动卸料离心机
　　工序连续，操作自动。
　　6、颠动卸料离心机
　　工序连续，操作自动。
　　四、按工艺用途，可将离心机分为：过滤式离心机、沉降式离心机、离心分离机。
　　五、按安装的方式，还可将其分为立式、卧式、倾斜式、上悬式和三足式等。
　　离心机是利用离心力，分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械。
　　离心机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开；或将乳浊液中两种密度不同，又互不相溶的液体分开(例如从牛奶中分离出奶油)；它也可用于排除湿固体中的液体，例如用洗衣机甩干湿衣服；特殊的超速管式分离机还可分离不同密度的气体混合物；利

用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，有的沉降离心机还可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。
　　离心机大量应用于化工、石油、食品、制药、选矿、煤炭、水处理和船舶等部门。
　　中国古代，人们用绳索的一端系住陶罐，手握绳索的另一端，旋转甩动陶罐，产生离心力挤压出陶罐中蜂蜜，这就是离心分离原理的早期应用。
　　工业离心机诞生于欧洲，比如19世纪中叶，先后出现纺织品脱水用的三足式离心机，和制糖厂分离结晶砂糖用的上悬式离心机。这些最早的离心机都是间歇操作和人工排渣的。
　　由于卸渣机构的改进，20世纪30年代出现了连续操作的离心机，间歇操作离心机也因实现了自动控制而得到发展。
　　工业用离心机按结构和分离要求，可分为过滤离心机、沉降离心机和分离机三类。
　　离心机有一个绕本身轴线高速旋转的圆筒，称为转鼓，通常由电动机驱动。悬浮液(或乳浊液)加入转鼓后，被迅速带动与转鼓同速旋转，在离心力作用下各组分分离，并分别排出。通常，转鼓转速越高，分离效果也越好。
　　离心分离机的作用原理有离心过滤和离心沉降两种。离心过滤是使悬浮液在离心力场下产生的离心压力，作用在过滤介质上，使液体通过过滤介质成为滤液，而固体颗

粒被截留在过滤介质表面，从而实现液-固分离；离心沉降是利用悬浮液(或乳浊液)密度不同的各组分在离心力场中迅速沉降分层的原理，实现液-固(或液-液)分离。
　　还有一类实验分析用的分离机，可进行液体澄清和固体颗粒富集，或液-液分离，这类分离机有常压、真空、冷冻条件下操作的不同结构型式。
　　衡量离心分离机分离性能的重要指标是分离因数。它表示被分离物料在转鼓内所受的离心力与其重力的比值，分离因数越大，通常分离也越迅速，分离效果越好。工业用离心分离机的分离因数一般为100～20000，超速管式分离机的分离因数可高达62000，分析用超速分离机的分离因数最高达610000。决定离心分离机处理能力的另一因素是转鼓的工作面积，工作面积大处理能力也大。
　　过滤离心机和沉降离心机，主要依靠加大转鼓直径来扩大转鼓圆周上的工作面；分离机除转鼓圆周壁外，还有附加工作面，如碟式分离机的碟片和室式分离机的内筒，显著增大了沉降工作面。
　　此外，悬浮液中固体颗粒越细则分离越困难，滤液或分离液中带走的细颗粒会增加，在这种情况下，离心分离机需要有较高的分离因数才能有效地分离；悬浮液中液体粘度大时，分离速度减慢；悬浮液或乳浊液各组分的密度差大，对离

心沉降有利，而悬浮液离心过滤则不要求各组分有密度差。
　　选择离心分离机须根据悬浮液(或乳浊液)中固体颗粒的大小和浓度、固体与液体(或两种液体)的密度差、液体粘度、滤渣(或沉渣)的特性，以及分离的要求等进行综合分析，满足对滤渣(沉渣)含湿量和滤液(分离液)澄清度的要求，初步选择采用哪一类离心分离机。然后按处理量和对操作的自动化要求，确定离心机的类型和规格，最后经实际试验验证。
　　通常，对于含有粒度大于0.01毫米颗粒的悬浮液，可选用过滤离心机；对于悬浮液中颗粒细小或可压缩变形的，则宜选用沉降离心机；对于悬浮液含固体量低、颗粒微小和对液体澄清度要求高时，应选用分离机。
　　离心分离机未来的发展趋势将是强化分离性能、发展大型的离心分离机、改进卸渣机构、增加专用和组合转鼓离心机、加强分离理论研究和研究离心分离过程最佳化控制技术等。
　　强化分离性能包括提高转鼓转速；在离心分离过程中增加新的推动力；加快推渣速度；增大转鼓长度使离心沉降分离的时间延长等。发展大型的离心分离机，主要是加大转鼓直径和采用双面转鼓提高处理能力使处理单位体积物料的设备投资、能耗和维修费降低。理论研究方面，主要研究转鼓内流体流动状况和滤渣

形成机理，研究最小分离度和处理能力的计算方法。

离心机的日常保养
　　离心机运转前应先切断电源并先松开离心机刹车，可以手试转动转鼓，看有无咬煞情况。
　　检查其他部位有无松动及不正常情况。
　　接通电源依顺时针方向开车启动（通常从静止状态到正常运转约需40-60秒左右）。
　　通常每台设备到厂后均须空车运转3小时左右，无异常情况即可工作。
　　物料尽可能要放置均匀。
　　必须专人操作，容量不得超过额定量。
　　严禁机器超速运转，以免影响机器使用寿命。
　　机器开动后，若有异常情况必须停车检查，必要时需予以拆洗修理。
　　离心机工作时是高速运转，因此切不可用身体触及其转鼓，以防意外。
　　滤布的目数应根据所分离物料的固相颗粒的大小而定，否则影响分离效果。另外滤布安装时应将滤布
　　密封圈嵌入转鼓密封槽内，以防物料跑入。
　　为确保离心机正常运转，转动部件请每隔6个月后加油保养一次。同时查看轴承处运转润滑情况，有无磨损现象；制动装置中的部件是否有磨损情况，严重的予以更换；轴承盖有无漏油情况。
　　机器使用完毕，应作好清洁工作，保持机器整洁。
　　不要将非防腐型离心机与于高腐蚀性物料的分离；另外严格按照设备要求、

规定操作，非防爆型离心机切不可用于易燃、易爆场合。

离心机的发展
　　离心机是将样品进行分离的仪器，广泛应用干生物医学、石油化工、农业、食品卫生等领域，它利用不同物质在离心力场中沉淀速度的差异，实现样品的分析分离。离心机自问世以来，历经低速、调整、超速的变迁，其进展主要体现在离心设备和离心技术两方面，二者相辅相成。从转速看，台式离心机基本属于低速、高速离心机的范畴，因此具有低速和高速离心机的技术特点，其结构主要由电机驱动系统、制冷系统、机械系统、转头和系统控制等几部分组成，与落地式离心机相比只不过是尺寸和容量小一点罢了。通用台式离心机的发展已经模糊了低速、高速、微量和大容量离心机的界线，众多的转头为科研人员提供相当广泛的应用范围，成为科研实验室首选机型，如美国的Sorvall的ST2l，德国 Heracus新机型 Biofuge Stratos等。

使用注意问题
　　目前，实验室常用的是电动离心机
　　电动离心机转动速度快，要注意安全，特别要防止在离心机运转期间，因不平衡或试管垫老化，而使离心机边工作边移动，一致从实验台上掉下来，或因盖子未盖，离心管因振动而破裂后，玻璃碎片旋转飞出，造成事故。因此使用离心机时，必须注意以下操作。
　　（1）离心机套管底部要垫棉花或试管垫。
　　（2）电动离心机如有噪音或机身振动时，应立即切断电源，即时排除故障。
　　（3）离心管必须对称放入套管中，防止机身振动，若只有一支样品管另外一支要用等质量的水代替。
　　（4）启动离心机时，应盖上离心机顶盖后，方可慢慢启动。
　　（5）分离结束后，先关闭离心机，在离心机停止转动后，方可打开离心机盖，取出样品，不可用外力强制其停止运动。
　　（6）离心时间一般1～2分钟，在此期间，实验者不得离开去做别的事。