离心分离

离心是一种用于分离的机械技术，它涉及使用离心力来分离溶液中包含的颗粒。颗粒根据其尺寸、形状、密度和转子速度进行分离。混合物中的悬浮颗粒在称为离心机的机器中高速旋转，以将颗粒与液体分离。混合物通过旋转分离。

该方法优选作为一种分离技术，其中液体中的悬浮颗粒非常小以被滤纸截留。因此，过滤技术不能用于分离它们。较大的颗粒尺寸和密度有助于这些颗粒更容易过滤。

影响离心的因素是——

• 溶剂和溶液的密度
• 悬浮粒子偏离其原始位置的距离
• 介质温度
• 介质粘度
• 离心机的转速

离心机

离心机由封闭在冷藏室中的转子组成，该冷藏室由电动机旋转。离心机使用离心力来区分不同密度的不同相。离心机基于沉降原理，即较大密度的颗粒沉降在容器底部。

观察到离心力与转子的旋转速率成正比。离心加速度使悬浮颗粒沿切线方向向外运动。

原则

离心技术取决于这样一个事实，即如果我们以稳定的角速度搅动任何沿圆周运动的物体，它会受到一个向外的力，比如 F。离心力取决于以弧度为单位的角速度，欧米茄和旋转半径 r，以厘米为单位。

我们有，

F= ω ² r

离心力的推导

G = $G=\dfrac{r ω^2r }{g }$

ω = 2πn

代入ω，我们得到，

G = $\frac{r (2πn) ^2}{g }$

G = $\frac{r \left(2\times3.14\times\left[\frac{n}{60}\right]\right) ^2}{9.81 }$

G = 1.12 × 10-3 rn ²

G = 1.12 × 103 转 (RPM) ²

在哪里：

r = 距旋转轴的距离 (m)

ω = 角速度

$\left(\frac{radians}{s}\right)$

g = 重力加速度

$\left(\frac{m}{s^2}\right)$

n = 转速，RPM

离心过程

离心基本上取决于以下步骤顺序：

• 将细悬浮颗粒的混合物放入试管中并放入液体中。
• 我们将试管放在一台称为离心机的机器中，该机器快速旋转。
• 由于力的作用，重的悬浮颗粒沉降到底部。
• 溶剂在顶部显示为淡而透明的液体。

离心机转子

基本上有两种类型的转子：

• 定角转子
  • 在造粒之前，沉淀的颗粒只需经过很短的距离即可行进。
  • 最常用的转子。
  • 运行时间更短。

• 摆动斗式转子
  • 更长的移动距离可以实现更好的分离，例如密度梯度离心。

应用

• 悬浮在水中作为溶剂的粘土颗粒
• 从牛奶中分离奶油
  这种技术可以在日记中用于从牛奶中分离奶油。牛奶储存在封闭在离心机内的容器中，离心机以非常高的速度旋转，直到奶油和脱脂牛奶分离成不同的成分。
• 洗衣机是为了将衣服上多余的水分挤出并烘干。
• 在实验室进行某些类型的血液和尿液检查。
• 水处理
• 石油工业从钻井液中分离出固体。
• 商业应用
  • 制糖工业中使用的离心机每次装料的批次重量高达 2,200 公斤，用于从母液中分离糖晶体。
  • 用于烘干（手洗）衣服的独立离心机——通常带有出水口。
• 葡萄酒的收集和稳定。

示例问题

问题1：举例说明离心的日常生活例子。

回答：

Centrifugation can be used to extract butter from curd by churning out curd at a very high rotatory speed. 

问题2：解释离心力的一些特点？

回答：

• The force is strong in magnitude
• Acts in direction perpendicular to the axis of the spin.
• The force acts in an outward direction.

问题3：让一个粒子以8 m/s的速度运动 围绕一个半径为 4m 的圆形公园。计算径向加速度。

回答：

Radial acceleration is given by , v²/r

Substituting values, 

= 8 ²/ 4 

= 16 m/s²

问题四：使用离心机需要注意哪些事项？

回答：

• It should always be placed on a strong and steady support.
• Centrifuge bottles or containers should always be validated for cracks.
• Right centrifugation speed should be maintained.

问题5：如果溶质和溶剂的密度没有差异会怎样？

回答：

The suspended particles in the solvent stay put in case there is no observed difference in the density of solute and solvent of the mixture. 

问题 6：解释不同类型的离心机。

回答：

Low-speed centrifuge	High-speed centrifuge	Ultra centrifuge
Primarily used for sedimentation of heavy particles	Sophisticated experiments	Used for analytical purposes
No temperature controls	Have temperature controls	Have temperature controls
4000-5000 rotations per minute	15000-20000 rotations per minute	65000 rotations per minute

问题 7：区分离心和过滤。

回答：

Filtration	Centrifugation
Size of particles to be extracted is slightly smaller.	Size of particles to be extracted is much smaller.
Uses a filter media, such as, filter screen or paper	Uses a rotatory machine, called centrifuge
Doesn’t use centrifugation force	Uses centrifugation force