离心机的原理与作用

  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，要收到外部作用力才能运动。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。

  离心是利用离心机转子非常快速地旋转产生的强大的离心力，加快液体中颗粒的沉降速度，把样品中不同淇沉降系数和浮力密度的物质分离开。

  Fr≤3500（一般为600~1200），这种离心机的转速较低，直径较大。

  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。

  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。

  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。

  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zui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非常快速地旋转的圆筒，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，以此来实现液-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zui高达610000。决定离心分离机解决能力的另一因素是转鼓的工作面积，工作面积大解决能力也大。

  过滤离心机和沉降离心机，主要是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

  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够有效地分离；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，以及分离的要求等做综合分析，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，zui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的新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zui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解决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zui小分离度和解决能力的计算方法。

  离心机运转前应先断电并先松开离心机刹车，可以手试转动转鼓，看有无咬煞情况。

  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作约需40-60秒左右）。

  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

  为确保离心机正常运作，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。

  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。

  制冷离心压缩机原理是将大分子量的制冷剂通过高速运动将其积压到小的空间进行压缩，然后通过降温进行冷凝。

  当供冷量下降的时候，导片做的功降低，压缩出去的气体压力和吸入压缩机的气体压力相近，导致气体回流产生机械的强迫震动。（也称“喘振”）喘振会造成机械部件的损坏。

  离心机的发展离心机是将样品进行分离的仪器，大范围的应用于生物医学、农业、等领域，它利用不一样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，其进展大多数表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所组成，与落地式离心机相比仅仅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场景范围，成为科研实验室机型，如美国的Sorvall的ST2l，德国Heraeus新机型BiofugeStratos等。

  离心机的选购与管理离心机的型号、种类非常之多，价格相对较贵，选购时应根据工作多方衡量。通常应从下边几个因素考虑：

  (2)样品的种类和数量，是细胞、病毒，还是蛋白，样品量的大小。依据这一些因素决定购买分析离心机还是制备离心机；是低速、高速还是超速；是大容量、常量的还是微量的离心机。

  (3)经济能力：当机型确定后就应考虑生产厂商及价格，价格和产品的性能是同步的。

  (4)其他细节：如离心操作是否简便，维修是否方便，设计是否已过时，易损件供应是否方便等问题。

  (5)配套问题：一台离心机不可能同时在低速，高速和超速条件下运行。一般讲超速离心机只限于超速离心，不宜于做高速离心更不宜于做低速离心，同样高速离心机也不宜于低速离心。因此买超速离心机要考虑配备高速离心机，否则发挥不了优势。一般说低速、高速的使用频率较高，而超速离心机的利用率较低，超速离心机仅常常使用的实验室购置或考虑地区性的公用设置。

  离心机的型号确定后，就是选购什么样的离心转头。考虑的zui主要的根据就是样品的容量及离心的条件。通常有水平转头和角转头各一个，或大容量(相对较低速)的转头和小容量高转速的转头各一个即可满足工作中的不一样的需要，不可追求越全越好，因为离心转头种类很多，许多是相似的，而超速机的转头价格相当昂贵，如果全部配齐其价格要比离心机主机高出好几倍，也没有必要。由于转头转速的不同价格相差很大。从转速上讲不宜追求越高越好，但应有离心机允许的zui高转速的转头，否则对离心机而言是个浪费。有两台离心机的单位可考虑转头型号互补以节省经费。

  离心机的管理，从国内多年离心机的使用情况看，各类型离心机应由专人负责管理和维护。高、超速离心机要求按时进行检查维修，使用者应详细记录实验状态及维修情况，以保证离心机的安全使用。高、低速离心机由于简单易操作，通过阅读说明书，训练离心机操作规程后能自己使用。而超速离心机结构较为复杂，工作程序也较繁琐，不正确使用易发生事故，特别对离心转头更应谨慎保养、使用。从国内多年使用、管理情况去看，专人保管、操作是仪器处在良好状态的保证。对管理、操作人员应进行培训，使他们不但熟悉操作，而且对仪器也应知道。