离心分离机(卷名：机械工程)
centrifugal separator
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，又称离心机。它主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开（例如从糖蜜中分离出砂糖结晶），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)。离心分离机也可排除成件湿固体中的液体，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，例如浓缩分离气态六氟化铀。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，有的沉降离心机可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。离心分离机大量应用于化工、石油、食品、制药、选矿、煤炭、水处理和船舶等部门。
简史 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浆果的汁液，这是离心分离原理的早期应用。工业离心机诞生于欧洲。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（见过滤离心机）。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。1879年，瑞典的C.G.P.de拉瓦尔发明第一台从牛奶中分离奶油的分离机，它的转鼓仅是一个空心的圆筒。后来转鼓内增加了轴向叠置的圆锥形碟片，使分离效果显著改善，并增大了处理能力，这一技术进展导致碟式分离机迅速发展。离心分离机的转速则逐渐由低速向高速发展，转鼓直径也逐渐增大，改善了分离效果，提高了处理能力。
分类 工业用离心分离机按结构和分离要求分为过滤离心机、沉降离心机和分离机3类（见表）。分离机仅适用于分离低浓度悬浮液和乳浊液，包括碟式分离机（见彩图）、管式分离机和室式分离机。
作用原理 离心分离机（图1）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。①离心过滤（图2a）：悬浮液在离心力场下产生的离心压力，作用在过滤介质(滤网或滤布)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，形成滤渣，从而实现液-固分离。过滤型转鼓圆周壁上有孔，在内壁衬以过滤介质。②离心沉降(图2b)：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。沉降型转鼓圆周壁无孔。图3为4种典型的沉降型转鼓。悬浮液（或乳浊液）加入转鼓后，固体颗粒(或密度较大的液体)向转鼓壁沉降，形成沉渣（或重分离液）。密度较小的液体向转鼓中心方向聚集，流至溢流口排出，成为分离液（或轻分离液）。图3a、c、d中的转鼓均为间歇排渣，适用于含固体颗粒粒度较小、浓度较低的悬浮液或乳浊液分离；图3b的转鼓用螺旋连续排渣，可分离固体颗粒浓度较高的悬浮液。在具有多层圆锥形碟片的转鼓中，液体被碟片分成若干薄层，缩短了沉降分离的距离，使分离加快，改善了分离效果。
另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，分离粒度达0.1～0.5微米。常用的试管分离机(图4)转速为3000～20000转/分，装等量料液的玻璃试管对称插入摆架或角形转子的凹穴中，在离心力作用下料液在试管内沉降分层。超高速分析用分离机采用小直径沉降转鼓。这类分离机有常压、真空、冷冻条件下操作的不同结构型式。
影响分离的因素 衡量离心分离机分离性能的重要指标是分离因数F r。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 F r为100～20000，超速管式分离机的F r高达62000，分析用超速分离机的F r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。
选用 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。过滤离心机可获得较干的滤渣，并可洗涤滤渣。如采用刮刀卸渣时，有些颗粒会破碎。一种离心分离机不能满足分离的几项要求时，可选几种离心分离机配合使用。
研究和发展 离心分离机的研究和发展趋势是：①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。②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。③改进卸渣机构使操作连续化。④增加专用和组合转鼓离心机，以满足特殊的和多项的分离要求。⑤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。复杂形状转鼓的应力分布和强度计算的研究。⑥研究离心分离过程最佳化控制技术。
参考书目
孙启才、金鼎五主编：《离心机理论、结构与设计计算》，机械工业出版社，北京，1964。
Ladislav Svarovsky， Solid-Liquid Separation，Butterworth & Co.，London，1977.
Β．И．Соκолов，Ценmри∮угирование， Χимия，Μосκва，1976.