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Fr ’表示，则
Fr ’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
离和悬浮液的增浓或澄清
按操作方式分类
间歇式离心机：三足式沉降离心机、刮刀卸料沉
降离心机、上悬式沉降离心机等
连续式离心机：螺旋卸料沉降离心机
1、 离心技术在金属液中的应用
（1）离心加速条件下金属液中粒子的相互作用
建立了金属液中第二相粒子在离心加速条件下的运动
规律理论模型，并根据该理论模型分析了金属液中第二相粒
子的相互作用规律。结果表明：再离心加速场中粒子一直处
于加速状态，不会达到匀速运动状态；粒子直径越大、密度
越大。在同样时间内，粒子移动的距离越远；在传播过程中，
不但有因尺寸不同引起的粒子追逐现象，而且有因密度不同
引起的追逐现象，该现象是引起粒子碰撞、聚集及尺寸大（或
密度大）粒子偏聚到试样外侧的主要原因。径向上初始位置
不同的两个粒子，其间距随时间延长逐渐增大。如果在径向
一条直线上有多个同间距的粒子，离心移动一段时间后，虽
然任意两相邻粒子的间距比开始态增大，但各相邻粒子间距
在新的时刻仍是相等的。
3 结论
1） 建立了离心加速场中粒子在金属液中运动所处位置、速度
及加速度与运动时间的函数关系。在离心加速场中粒子一直
处于加速状态，不会达到匀速运动状态。
2） 粒子直径越大、密度越大，在同样时间内，粒子移动的距
离越远。
3） 径向上初始位置不同的两个粒子，其间距随时间延长逐渐
增大。如果在径向一条直线有多个同间距的粒子，离心移动
一段时间后，虽然任意两相邻粒子的间距比开始态增大，但
各相邻粒子间距在新的时刻仍是相等的。
4）
如果粒子为密度、直径均不同的混杂粒子，则处于后
面的密度大（或尺寸大）的粒子可以赶上并超过前边密度小
（或尺寸小）的粒子。粒子间的追逐现象是引起粒子碰撞、
聚焦及尺寸大（或密度大）粒子偏聚到试样外侧的主要原因。
为减少这些现象的产生，采用尺寸一致的同种粒子是非常必
要的。
5）
SiCp/Al-8.8%Si合金梯度材料外侧大尺寸的SiC粒子含量
较多，这是由离心加速场中不同尺寸粒子的追逐现象引起的。