离心机知识详解

离心机知识详解摘要：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。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。概括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。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。价格国产的离心机和进口的离心机差别不是很大，国内已撑握离心机的核心技术。同等档次的离心机相互之间的价格差别不是很大，主要区分在性能和配置方面。主机的差别是在性能方面，带冷冻的离心机要比普通的贵很多，有的离心机还有加热功能，控制程序越多的离心机价格越高。差别较大是配置方面，有时候往往附件的价格会比主机的价格还高。选购时要注意，除主机外，选择的转子(数量和种类)，再加上必要的离心管、管套，特殊的离心瓶或者血袋，所有这些加起来才是一个完整的离心机的价格。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。离心力(g)和转速(rpm)之间的换算离心力G和转速RPM之间的换算其换算公式如下：G=1.11×10^(-5)×R×(rpm)^2其中，G为离心力，一般以g(重力加速度)的倍数来表示。10^(-5)即10的负五次方，(rpm)^2转速的平方，R为半径，单位为厘米。例如，离心半径为10厘米，转速为8000RPM，其离心力为：G=1.11*10(-5)*10*(8000)2=7104即离心力为7104g.而当离心力为8000g时，其转速应为：8489即约为8500rpm。分类按分离因素Fr值分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Fr50000，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。按操作方式分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。按卸渣方式分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。按工艺用途可将离心机分为：过滤式离心机、沉降式离心机。按安装的方式分还可将其分为立式、卧式、倾斜式、上悬式和三足式等。按国家标准与市场使用份额分为以下四种1。三足式离心机2。卧式螺旋离心机3。碟片式分离机4。管式分离机历史发展中国古代，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。日常保养转鼓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。“喘振”制冷离心式机组的离心机常发生“喘振”现象。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。离心式冷水机组能量调节方式是靠调节高速转动的导片角度来调节压缩比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，广泛应用于生物医学、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Heraeus新机型BiofugeStratos等。航天应用为了让宇航员适应火箭升空时的巨大加速度，常用离心机来模拟此压力，在火箭中受到的压力是自身体重的8倍，如果宇航员未经训练，可能会被巨大的压力压死。所以，这种训练是宇航员的必修课。不同角度药品生产行业在积极贯彻GMP的同时，为医药工业生产服务的制药装备行业相应提出了《制药装备符合药品生产质量管理规范的通则》等指导性标准，以配合规范的实施。这里制药装备所提出的“符合”与制药行业的“贯彻”表达出制造方和使用方两者有着不“符合”就不能很好的“贯彻”，要“贯彻”就必须“符合”的不可分割的联系。在讨论分离机械产品符合GMP问题前，先了解一下制药行业GMP的实施情况，再从制药装备产品符合GMP角度来探讨分离机械符合GMP的问题。1、制药行业实施GMP的概况GMP源自1962年美国FDA为保证药品生产质量的管理需要应运而生的，1969年世界卫生组织(WHO)将GMP推向了世界，我国在1988年公布GMP后又先后进行了两次修订，GMP真正得到广泛重视和强化实施是在1998年修订以后。GMP在制药行业里有着很强的权威性和约束性，其强制贯彻的力度之大前所未有，国家和企业都投入了相当巨大的精力、财力、物力和人力，国内未取得药品GMP认证的企业被叫停；通过GMP认证的药品生产企业，其设施、设备、工艺技术等被大幅更新，生产环境、生产条件得到了比较彻底的改变，药品生产安全和药品质量有了明显的提高，对药品生产企业可以说经过的是脱胎换骨的变化。从GMP的贯彻情况来看，我国现在实行的GMP是以世界卫生组织WHO推荐给各国指导实施的“国际化”范本为基础制而定的，与美欧等发达国家实行的cGMP又称动态药品生产质量管理规范)还有着较大差距，