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。这些比较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较佳化控制技术等。 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。
问题1:离心机应该注意哪些保养,可以延长寿命?
答:每次使用完毕,都要将离心机盖儿打开,使得热量或者水气自然蒸发,如之前使用了低温离心,可能有结冰,则要等冰融化,及时用干燥棉纱布擦洗干净,等无明显水汽时再盖上盖子。如果离心机转头可以替换,则每个转头使用完毕后都要及时取出,用干净的、干燥的医用纱布擦洗干净,倒扣放置,切勿使用锐器刮擦。铝转头更应该经常清洗,同时不能离心机要经常进行保养、检修,操作人员离开时候要切断电源。初次使用者要请教以前使用过的人员或者以参考说明书为主,切勿盲目使用。
问题2:离心机的摆放应该注意什么?
答:离心机一般放在干燥、避免阳光直射的地方。离心机散热量比较大,周围不要堆放杂物,四周离墙壁、挡板等不透气、散热性差的物品至少10cm以上。同时,离心机尽量单独放在一个房间,周围绝对不要放有机试剂、易燃品。
问题3:在具体操作的时候,我们应该注意些什么?
答:我们在使用的时候,要从各个方面注意。选择好转头、设定好参数后,要观察一会儿离心机,等达到最高转速,且稳定运行后,方可离去。如在运行中听到不正常声音或者闻到什么异味,应立即采取刹车,按“停止”键,必要时还要切断电源。离心管一定要对称放置,互相对应的离心管尽量重量相等。仪器运行期间,绝对禁止打开离心机盖儿!同时实验室所有人员养成良好的登记习惯也是必须的,第一可以知道之前谁用过,之前用时仪器状况;第二可以知道离心机使用的次数,从而得知是否需要检修或者更换。
问题4:离心机常见事故有哪些?
答:由于离心机使用频率较高,所以机器出现损坏和事故频率较高,主要原因还是实验人员操作不当造成的,常见问题有:盖儿打不开,离心管取不出,离心机按键后不工作,比较严重的问题有转轴受力不均导致弯曲,电机烧坏,水平吊桶甩出,更为严重的事故甚至发生伤人,等等。
使用离心机时,请注意这九点! 1、为了确保离心效果,仪器需要放置在坚固水平的台面上,工程塑料盖门上不得放置任何物品;样品需要对称放置,并在开机前确保已拧紧螺母。 2、使用前应检查转子是否有伤痕、腐蚀等现象,同时应对离心杯做裂纹、老化等方面的检查,发现有疑问立即停止使用,并与厂方联系;开机运转前请务必拧紧转头的压紧螺帽,以免高速旋转的转头飞出造成事故。 3、转速设定不得超过限定转速,以确保机器运转。 4、使用中如果出现0.00或其他数字,机器不运转,应关机断电,10秒后重新开机,待所设转速显示后,再按运转键,机器将照常运转。 5、如需分离样品的比重超过1.2克/立方厘米,限定转速N需要按下式修正:N=NMAX*(1.2/样品比重)1/2,NMAX=转子转速。 6、不得在机器运转过程中或转子未停稳的情况下打开盖门,以免发生事故。 7、离心杯需要等量灌注样品,切不要使转头在不平衡的状况下运行。 8、离心机一次运行不要超过60分钟。 9、离心机需要可靠接地;机器不使用,请拔掉电源插头。