沉降离心机共38页PPT资料
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液体非均一系——悬浮液和乳浊液的分离是非均一系分离的典型情 况，其分离形式按照分离机理的不同分为沉降和过滤两种。 沉降：混合物在某种装置中，由于两相在力场中所受的力的大小不 同而沉淀分层，轻相在上层形成澄清液，重相在下层形成沉淀物而 实现分离。 过滤：混合物在多孔材料层装置中，由于受力场的作用，液体通过 多孔材料层流出形成滤液，固体被留在材料层上形成滤渣而实现分 离。
离心沉降一般由以下物理过程组成，即：固体的沉 降，按照介质对其中物体运动阻力的流体力学进行； 沉渣的压实，按照分散物系的力学规律进行；从沉渣 中排出部分由分子力所保持的液体。
固相粒子的沉降情况有两种： 集团沉降，固相浓度超过一定极限而且固相的分散性 较均匀，可能出现集团沉降（又称阻滞沉降现象）， 沉降固相与其上层沉清液之间有明显界限； 自由沉降，固相浓度低于此极限时，粗细粒子的沉降 速率各不相同，不出现上述的分界线。
3）超速离心机 转速25000g——80000r/min ，RCF 1×105g以上 用途：制备用超速离心机：分离纯化生物大分子、细胞器和病毒等 分析用超速离心机：测定样品纯度（根据紫外吸收率或折光率等判 断）、沉降系数、相对分子量
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5.1.4 离心机的分类
2、按分离方式分类 1）过滤式离心机 离心转鼓周壁有孔，借离心力实现过滤分离的离心机，转速
5.1.3 沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离 过程
（2）欧拉方程
在流体力学中，牛顿第二定律的表达式，对无黏流体 是用欧拉方程。当流体与转鼓之间有相对运动时，既 要考虑重力，还要考虑哥氏力，对于定常流动，在柱 坐标系中，欧拉方程如下：
L1ur
u2 r
1
P r
2r 2u
L1u
+
u u r
r
1
P
r
2ur
Fra Baidu bibliotek
L1uz
1
P z
g
式中 L1——算子，
L1
ur
r
u
r
uz
z
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5.1.3 沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离 过程
（3）N-S方程
由欧拉方程右端增加表示流体黏性影响的项求得，具 体表达式如下：
L1ur
u2 r
1
P r
2r
2u + (2ur
2 r2
u
ur r2
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5.1.4 离心机的分类
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5.1.4 离心机的分类
3、按离心机的运转方式分类 1）间歇运转式离心机 此离心机的加料、分离卸渣过程是在不同转速下间歇进行的。操作 时必须按照操作循环中的各个阶段顺序进行，一般操作循环包括空 转鼓加速、加料、加速到全速、全速运转实现分离、洗涤、甩干、 减速、卸渣等几个阶段，各个阶段的时间并不相等，如三足式沉降 离心机、刮刀卸料沉降离心机。 2）连续运转式离心机 此类离心机是在全速运转条件下，加料、分离、洗涤、卸渣等过程 连续进行，生产能力较大，如螺旋卸料沉降离心机。
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离心沉降装置结构
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5.1.2 分离因数
为了表征离心机的分离能力，而又要与所处理的物料无关， 就必须把物料的固有特征——重力设法排除，所以采用分离因数 表征离心机的分离能力
Fr
Fk G
mR 2
mg
R 2
g
分离因数表示离心力场的特性，是代表离心机性能的重要因 数。Fr值越大，离心机的分离能力越高，因此，分离体系的分散 度越大或介质黏度越大，物料越难分离，则应采用分离因数越大 的离心机。对分离固体颗粒为10~50μm、液体黏度不超过 0.01Pa·s、较易过滤的悬浊液，分离因数不宜过高，取 Fr=100~700，织物的脱水可取Fr=600~1000；对于高分散度 及液体黏度较大、较难过滤的悬浊液，必须取较高的分离因数。
5.3 离心机的选型 5.3.1 选型的原则 5.3.2 选型的依据 5.3.3 选型的基本方法
School of chemical engineering and technology
5.1 离心机的典型结构及工作原理
5.1.1 非均一系的分离及离心机的典型结构 均一系：设置第二相，使分离的物质转移到该相（传质） 非均一系：机械分离，在力场中利用“相重差”分离
5.1 离心机的典型结构及工作原理 5.1.1 非均一系的分离及离心机的典型结构 5.1.2 分离因数 5.1.3 沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离过程 5.1.4 离心机的分类
5.2 沉降离心机 5.2.1 螺旋卸料离心机 5.2.2 复合离心机 5.2.3 管式及室式分离机 5.2.4 盘式离心机
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5.1.4 离心机的分类
1、按照分离因素大小 1）常速离心机
转速<8000r/min, RCF<1×104g 用途：分离细胞、细胞碎片、培养基残渣及粗结晶等较大颗粒
2）高速离心机 转速8000——25000r/min ，RCF 1×104g——105g 用途：分离各种沉淀物、细胞碎片及较大的细胞器等
一般在1000~2000r/min范围，分离因数不大。适用于易过滤的 晶体和较大颗粒悬浮液的分离。
2）沉降式离心机 离心转鼓周壁无孔，借离心力实现沉降分离，适用于固体含 量少， 颗粒较细，不易过滤的悬浮液。 3）分离式离心机（分离机） 转速极大，一般在4000r/min以上，适用于乳浊液的分离和 悬浮液的增浓或澄清。
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5.1.3 沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离 过程
• 5.1.3.1 基本方程
（1）连续方程
1 (rur ) 1 (u ) (uz ) 0
t r r r
z
关于轴对称情况， 环向变化率 u 为零，
r
定常、不可压缩流体，
可简化为
uz ur ur 0 z r r
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5.2.1 螺旋卸料离心机
3
2
1
4
悬浮液
沉
溢
渣
流
卧式螺旋卸料离心机示意图 1－螺旋送料器；2－机壳；3－转鼓；4－行星差速器
)
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式中
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为拉普拉斯算子，
2
1 r
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2
2
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5.1.3.2 沉降离心机转鼓内的流体流动
“活塞式”理论 层流理论； 表面层理论； 流线理论
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5.1.3.3 沉降分离原理
离心沉降一般由以下物理过程组成，即：固体的沉 降，按照介质对其中物体运动阻力的流体力学进行； 沉渣的压实，按照分散物系的力学规律进行；从沉渣 中排出部分由分子力所保持的液体。
固相粒子的沉降情况有两种： 集团沉降，固相浓度超过一定极限而且固相的分散性 较均匀，可能出现集团沉降（又称阻滞沉降现象）， 沉降固相与其上层沉清液之间有明显界限； 自由沉降，固相浓度低于此极限时，粗细粒子的沉降 速率各不相同，不出现上述的分界线。
3）超速离心机 转速25000g——80000r/min ，RCF 1×105g以上 用途：制备用超速离心机：分离纯化生物大分子、细胞器和病毒等 分析用超速离心机：测定样品纯度（根据紫外吸收率或折光率等判 断）、沉降系数、相对分子量
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5.1.4 离心机的分类
2、按分离方式分类 1）过滤式离心机 离心转鼓周壁有孔，借离心力实现过滤分离的离心机，转速
5.1.3 沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离 过程
（2）欧拉方程
在流体力学中，牛顿第二定律的表达式，对无黏流体 是用欧拉方程。当流体与转鼓之间有相对运动时，既 要考虑重力，还要考虑哥氏力，对于定常流动，在柱 坐标系中，欧拉方程如下：
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1
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式中 L1——算子，
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5.1.3 沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离 过程
（3）N-S方程
由欧拉方程右端增加表示流体黏性影响的项求得，具 体表达式如下：
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1
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5.1.4 离心机的分类
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5.1.4 离心机的分类
3、按离心机的运转方式分类 1）间歇运转式离心机 此离心机的加料、分离卸渣过程是在不同转速下间歇进行的。操作 时必须按照操作循环中的各个阶段顺序进行，一般操作循环包括空 转鼓加速、加料、加速到全速、全速运转实现分离、洗涤、甩干、 减速、卸渣等几个阶段，各个阶段的时间并不相等，如三足式沉降 离心机、刮刀卸料沉降离心机。 2）连续运转式离心机 此类离心机是在全速运转条件下，加料、分离、洗涤、卸渣等过程 连续进行，生产能力较大，如螺旋卸料沉降离心机。
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离心沉降装置结构
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5.1.2 分离因数
为了表征离心机的分离能力，而又要与所处理的物料无关， 就必须把物料的固有特征——重力设法排除，所以采用分离因数 表征离心机的分离能力
Fr
Fk G
mR 2
mg
R 2
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分离因数表示离心力场的特性，是代表离心机性能的重要因 数。Fr值越大，离心机的分离能力越高，因此，分离体系的分散 度越大或介质黏度越大，物料越难分离，则应采用分离因数越大 的离心机。对分离固体颗粒为10~50μm、液体黏度不超过 0.01Pa·s、较易过滤的悬浊液，分离因数不宜过高，取 Fr=100~700，织物的脱水可取Fr=600~1000；对于高分散度 及液体黏度较大、较难过滤的悬浊液，必须取较高的分离因数。
5.3 离心机的选型 5.3.1 选型的原则 5.3.2 选型的依据 5.3.3 选型的基本方法
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5.1 离心机的典型结构及工作原理
5.1.1 非均一系的分离及离心机的典型结构 均一系：设置第二相，使分离的物质转移到该相（传质） 非均一系：机械分离，在力场中利用“相重差”分离
5.1 离心机的典型结构及工作原理 5.1.1 非均一系的分离及离心机的典型结构 5.1.2 分离因数 5.1.3 沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离过程 5.1.4 离心机的分类
5.2 沉降离心机 5.2.1 螺旋卸料离心机 5.2.2 复合离心机 5.2.3 管式及室式分离机 5.2.4 盘式离心机
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5.1.4 离心机的分类
1、按照分离因素大小 1）常速离心机
转速<8000r/min, RCF<1×104g 用途：分离细胞、细胞碎片、培养基残渣及粗结晶等较大颗粒
2）高速离心机 转速8000——25000r/min ，RCF 1×104g——105g 用途：分离各种沉淀物、细胞碎片及较大的细胞器等
一般在1000~2000r/min范围，分离因数不大。适用于易过滤的 晶体和较大颗粒悬浮液的分离。
2）沉降式离心机 离心转鼓周壁无孔，借离心力实现沉降分离，适用于固体含 量少， 颗粒较细，不易过滤的悬浮液。 3）分离式离心机（分离机） 转速极大，一般在4000r/min以上，适用于乳浊液的分离和 悬浮液的增浓或澄清。
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5.1.3 沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离 过程
• 5.1.3.1 基本方程
（1）连续方程
1 (rur ) 1 (u ) (uz ) 0
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关于轴对称情况， 环向变化率 u 为零，
r
定常、不可压缩流体，
可简化为
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5.2.1 螺旋卸料离心机
3
2
1
4
悬浮液
沉
溢
渣
流
卧式螺旋卸料离心机示意图 1－螺旋送料器；2－机壳；3－转鼓；4－行星差速器
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(2uz )
式中
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为拉普拉斯算子，
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5.1.3.2 沉降离心机转鼓内的流体流动
“活塞式”理论 层流理论； 表面层理论； 流线理论
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5.1.3.3 沉降分离原理