离心法提纯硅的原理

离心机工作原理

一、发展历程

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。

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。

制造核武器必须得用大量的离心机来提纯铀,所以这也是美国制裁伊朗的原始借口.因为伊朗拥有大量的离心机,大约有5万台左右。

二、工作原理

（一）离心分离

1、离心分离和旋液分离的基本概念

（1）定义：离心分离和旋液分离都是利用离心惯性力实现物料中固－液相或液－液相的分离操作。

分离操作的设备称为离心机和旋液分离器

（2）离心机的应用

制糖工业：砂糖分蜜

制盐工业：晶盐脱卤

淀粉工业：淀粉与蛋白质分离

油脂工业：食油精制

啤酒和饮料液：澄清

2离心沉降

分离旋转时，悬浮液在离心力的作用下，相当密度较大的颗粒先向鼓壁沉降形成沉渣，澄清液由转鼓顶端溢出甩离转鼓，从而达到悬浮液澄清的目的。

3离心分离

旋转时乳浊液在离心力的作用下分为两层，相对密度大的液体首先沉降紧贴在转鼓的外层，相对密度小的液体则在里层，在不同的部位分别将其引出转鼓而达到液、液分离的目的。

当乳浊液中含有少量固体颗粒时，则能进行液、液、固三相。

（二）离心分离理论

离心分离的基本理论：是利用悬浮粒子与周围液体间存在的密度差进行的。

离心力与分离因数

设质量m的颗粒,绕半径为r作等角速度ω作回转运动，该颗粒受到两种力的作用

①在径向受到离心力：

(n:转数)

②在垂直方向上受重力作用：mg

离心力与重力之比用F r’表示，则

F r’为是离心机内半径r处分离能力的衡量尺度，其值越大，则该处的分离能力越大。

离心机设备

按分离因素大小分类

常速（普通）离心机： <3000，根据转鼓结构有过滤式和沉降式两种，转鼓直径较大，转速较低，适用于含当量直径0.01mm~1.0mm颗粒悬浮液的分离和物料的脱水。

高速离心机：3000< <50000 ，转鼓直径较小，长度较大，通常是沉降式和分离式，适用于极细颗粒的稀薄悬浮液及乳浊液的分离。

超高速离心机： >50000，主要适用于分离极不易分离的超微粒细修复系统和高分子的胶体悬浮液。

根据分离过程的原理不同

过滤式离心机：离心转鼓周壁有孔，适用于易

过滤的晶体和较大颗粒悬浮液的分离。

沉降式离心机：离心转鼓周壁无孔，适用于固

体含量少，颗粒较细的不易过滤的悬浮液。

分离式离心机：转速极大，适用于乳浊液的分