Для чего нужны центрифуги? Что такое центрифуга? Рейтинг подобных устройств.

По значению фактора разделения центрифуги можно условно разде­лить на две группы: нормальные центрифуги (К р < 3500) и сверхцентрифуги (К р > 3500).

Нормальные центрифуги применяются главным образом для разделе­ния различных суспензии, за исключением суспензий с очень малой кон­центрацией твердой фазы, а также для удаления влаги из штучных мате­риалов. Сверхцентрифуги служат для разделения эмульсий и тонкодисперс­ных суспензий.

Нормальные центрифуги могут быть отстойными и фильтрующими. Сверхцентрифуги являются аппаратами отстойного типа и подразделяются на трубчатые сверхцентрифуги , используемые для разде­ления тонкодисперсных суспензий, и жидкостные сепараторы , служащие для разделения эмульсий.

Существенным признаком типа центрифуг является способ выгрузки из них осадка. Выгрузка производится вручную, при помощи ножей или скребков, шнеков и поршней, движущихся возвратно-поступательно (пуль­сирующих), а также под действием силы тяжести и центробежной силы.

По расположению оси вращения различают вертикальные, наклонные и горизонтальные центрифуги. Вал ротора вертикальной центрифуги имеет опору внизу или подвешивается сверху.

В зависимости от организации процесса центрифуги делятся на перио­дически и непрерывно действующие.

Трехколонные центрифуги. Аппараты этого типа относятся к нормаль­ным отстойным или фильтрующим центрифугам периодического действия с выгрузкой осадка вручную.

В трехколонной фильтрующей центрифуге с верхней выгрузкой осадка (рис. V-14) разделяемая суспензия загружается в перфорированный ро­тор 1, внутренняя поверхность которого покрыта фильтровальной тканью или металлической сеткой. Ротор при помощи конуса 2 установлен на валу 3, который приводится во вращение электродвигателем посредством клиноременной передачи. Жидкая фаза суспензии проходит сквозь ткань (или сетку) и отверстия в стенке ротора и собирается в дне станины 4, по­крытой неподвижным кожухом 5, откуда отводится для дальнейшей обра­ботки. Осадок, образовавшийся на стенках ротора, извлекается, например, при помощи лопатки, после открывания крышки кожуха 6.

Для смягчения воздействия вибраций на фундамент станина 7 с укре­пленными на ней ротором, приводом и кожухом подвешена при помощи вертикальных тяг 8 с шаровыми головками на трех расположенных под углом 120° колонках 9. Это обеспечивает некоторую свободу при вибрации ротора. Центрифуга снабжена тормозом, который может быть приведен в действие только после остановки электродвигателя.

Трехколонные центрифуги выполняются также с нижней выгрузкой осадка, что более удобно в производственных условиях.

Рассматриваемые центрифуги отличаются небольшой высотой и хоро­шей устойчивостью и получили распространение для проведения дли­тельного центрифугирования.

Подвесные центрифуги . Эти центрифуги также относятся к числу нор­мальных отстойных или фильтрующих центрифуг периодического действия с вертикальным ротором и устройством для выгрузки осадка вручную.

На рис. V-15 показана подвесная отстойная центрифуга с нижней вы­грузкой осадка. Исходная суспензия подается по трубопроводу 1 в ротор 2 со сплошными стенками, укрепленный на нижнем конце вала 3. Верхний конец вала имеет коническую или шаровую опору (часто снабженную ре­зиновой прокладкой) и приводится в действие непосредственно соединен­ным с ним электродвигателем. Твердая фаза суспензии, поскольку ее плот­ность больше плотности жидкой фазы, отбрасывается под действием центро­бежной силы, к станкам ротора и осаждается на них. Жидкая фаза распола­гается в виде кольцевого слоя ближе к оси ротора и по мере разделения вновь поступающих порций суспензии переливается через верхний край ротора в пространство между ним и неподвижным кожухом 4. Жидкость удаляется из центрифуги через штуцер 5. Для выгрузки осадка поднимают на цепи коническую крышку 6 и проталкивают его вручную между реб­рами 7, которые служат для соединения ротора с валом.

Подвесные отстойные центрифуги предназначены для разделения тонко­дисперсных суспензий небольшой концентрации, что позволяет подавать суспензию во вращающийся ротор непрерывно до получения слоя осадка достаточной толщины.

В подвесных фильтрующих центрифугах удаление осадка из ротора облегчено и поэтому их используют для проведения коротких процессов центрифугирования.

Современные подвесные центрифуги полностью автоматизированы и имеют программное управление. Достоинством этих центрифуг является допустимость некоторой вибрации ротора. Кроме того, в них пред­отвращается попадание на опору и привод агрессивных жидкостей. В настоящее время подвесные центрифуги с выгрузкой осадка вручную постепенно заменяются центрифугами более совершенных конструкций.

В подвесных саморазгружающихся центрифу­гах нижняя часть ротора имеет коническую форму, причем угол нак­лона ее стенок больше угла естественного откоса получаемого осадка. При таком устройстве ротора осадок сползает с его стенок при оста­новке центрифуги.

Для предотвращения вибраций, возникающих в результате неравно­мерной загрузки ротора в подвесных центрифугах, используют кольцевой клапан, через который поступающая суспензия распределяется равно­мерно по всему периметру ротора. Для облегчения выгрузки осадка из под­весных центрифуг иногда применяются скребки, срезающие осадок со сте­нок ротора при пониженной скорости его вращения.

Горизонтальные центрифуги с ножевым устройством для удаления осадка . Центрифуги таксой конструкции являются нормальными отстой­ными или фильтрующими центрифугами периодического действия с автома­тизированным управлением.

В горизонтальной фильтрующей центрифуге с ножевым устройством (рис. V-16) операции загрузки суспензии, центрифугирования, промывки, механической сушки осадка и его разгрузки выполняются автоматически. Центрифуга управляется электрогидравлическим автоматом, позволяю­щим по толщине слоя осадка контролировать степень заполнения ротора.

Суспензия поступает в перфорированный ротор 1 по трубе 2 и равно­мерно распределяется в нем. На внутренней поверхности ротора располо­жены подкладочные сита, фильтровальная ткань и решетка, которая обес­печивает плотное прилегание сит к ротору во избежание их выпучивания, что недопустимо при ножевом съеме осадка. Ротор находится в литом кожухе 3, состоящем из нижней стационарной части и съемной крышки. Фугат удаляется из центрифуги через штуцер 4. Осадок срезается ножом 5 (который при вращении ротора поднимается при помощи гидравлического цилиндра 6), падает в направляющий наклонный желоб 7 и удаляется из центрифуги через канал 8. Описанная центрифуга предна­значается для разделения сред­не- и грубодисперсных суспен­зий.

Центрифуги с пульсирую­щим поршнем для выгрузки осадка. Эти аппараты относятся к фильтрующим центрифугам непрерывного действия с гори­зонтальным ротором (рис. V-17) Суспензия по трубе 1 поступает в узкую часть конической во­ронки 2, вращающейся с такою же скоростью, как и перфори­рованный ротор 3, покрытый изнутри металлическим щеле­вым ситом 4. Суспензия пере­мещается по внутренней поверх­ности воронки и постепенно при­обретает скорость, почти равную скорости вращения ротора. Затем суспензия отбрасывается через отверстия в воронке, на внутреннюю поверхность сита в зоне перед поршнем 5. Под действием центробежной силы жидкая фаза проходит сквозь щели сита и удаляется из кожуха цен­трифуги по штуцеру 6. Твердая фаза задерживается на сите в виде осадка, который периодически перемещается к краю ротора при движении поршня вправо приблизительно на 1 / 10 длины ротора. Таким образом, за каждый ход поршня из ротора удаляется количество осадка, соответствующее длине хода поршня; при этом поршень совершает 10-16 ходов в 1 мин . Осадок удаляется из кожуха через канал 7.

Поршень укреплен на штоке 8, находящемся внутри полого вала 9, ко­торый соединен с электродвигателем и сообщает ротору вращательное дви­жение. Полый вал с ротором и шток с поршнем и конической воронкой вращаются с одинаковой скоростью. Направление возвратно-поступательного движения поршня изменяется автоматически. На другом конце штока на­сажен перпендикулярно его оси диск 10, на противоположные поверх­ности которого в особом устройстве попеременно воздействует давление масла, создаваемое шестеренчатым насосом.

В центрифугах с устройством для промывки осадка кожух разделен на две секции, через одну из которых отводится промывная жидкость.

Описанная центрифуга применяется для обработки грубодисперсных, легкоразделяемых суспензий, особенно в тех случаях, когда нежелательно повреждение частиц осадка при его выгрузке.

Центрифуги с инерционной выгрузкой осадка. Эти центрифуги пред­ставляют собой нормальные фильтрующие центрифуги непрерывного дей­ствия с вертикальным коническим ротором.

Суспензия, содержащая крупнозернистый материал, например уголь, руду, песок, поступает в центрифугу сверху через воронку 1 (рис.V-19). Под действием центробежной силы суспензия отбрасывается к коническому ротору 2 с перфорированными стенками. При этом жидкая фаза суспензии проходит сквозь отверстия ротора и удаляется из центрифуги по каналу 3, а твердые частицы, размер которых должен быть больше размера отвер­стий, задерживаются внутри ротора. Образовавшийся таким образом слой твердых частиц, угол трения которого меньше, чем угол наклона стенок ротора, перемещается к его нижнему краю и отводится из центрифуги по каналу 4. С целью увеличения продолжительности периода, в течение ко­торого жидкость отделяется от твердых частиц, движение их тормозится шнеком 5, вращающимся медленнее ротора. Необходимая разность скоростей вращения ротора и шнека достигается при помощи зубчатого редуктора.

Центрифуги с инерционной выгрузкой осадка применяются для раз­деления суспензий, крупнозернистых материалов.

Центрифуги с вибрационной выгрузкой осадка. Центрифуги такой конструкции представляют собой нормальные фильтрующие центрифуги непрерывного действия с вертикальным или горизонтальным коническим ротором.

Недостатком описанной выше центрифуги с инерционной выгрузкой осадка является невозможность регулирования скорости движения осадка вдоль стенок ротора. Этот недостаток устранен в центрифугах с вибрацион­ной выгрузкой осадка, принцип действия которых состоит в следующем.

Центрифуга имеет конический ротор с углом наклона стенок, меньшим угла трения осадка по стенке. Поэтому движение осадка вдоль стенок от узкого к широкому концу ротора под действием центробежной силы оказы­вается невозможным. В данном случае для перемещения осадка в роторе используются осевые вибрации, которые создаются механическим, гидрав­лическим или электромагнитным устройством. При этом интенсивность вибраций определяет скорость перемещения осадка в роторе, что позволяет, в частности, обеспечить необходимую степень обезвоживания осадка.

Жидкостные сепараторы . Эти аппараты являются отстойными сверх­центрифугами непрерывного действия с вертикальным ротором.

Кчислу таких сверхцентрифуг относятся жидкостные сепараторы, имеющие ротор диаметром 150-300мм , вращающиеся со скоростью 5000-10000 об/мин . Они предназначаются для разделения эмульсий, а также для осветления жидкостей.

В жидкостном сепараторе тарельчатого типа (рис. V-20) обрабатываемая смесь в зоне отстаивания разделена на несколько слоев, как это делается в отстойниках для уменьшения пути, проходимого частицей при оседании. Эмульсия подается по центральной трубе 1 в нижнюю часть ротора, откуда через отверстия в тарелках 2 распределяется тонкими слоями между ними. Более тяжелая жидкость, перемещаясь вдоль поверхности тарелок, отбрасывается центробежной силой к периферии ротора и отводится через отверстие 3. Более легкая жидкость перемещается к центру ротора и удаляется через кольцевой канал 4.

Отверстия в тарелках располагаются ориентировочно по поверхности раздела между более тяжелой и более легкой жидкостями. Для того чтобы жидкость не отставала от вращающегося ротора, он снабжен ребрами 5. Для той же цели тарелки имеют выступы, которые одновременно фиксируют расстояние между ними.

Примером сепараторов тарельчатого типа могут служить широко распространенные молочные сепараторы.

Вот этот невзрачный серый цилиндр и является ключевым звеном российской атомной индустрии.

Выглядит, конечно, не слишком презентабельно, но стоит понять его назначение и взглянуть на технические характеристики, как начинаешь осознавать, почему секрет его создания и устройства государство охраняет как зеницу ока.

Да, забыл представить: перед вами газовая центрифуга для разделения изотопов урана ВТ-3Ф (n-го поколения). Принцип действия элементарный, как у молочного сепаратора, тяжелое, по воздействием центробежной силы, отделяется от легкого. Так в чем же значимость и уникальность? Для начала ответим на другой вопрос – а вообще, зачем разделять уран? Природный уран, который вот прямо в земле лежит, представляет из себя коктейль из двух изотопов: урана-238 и урана-235 (и 0,0054 % U-234). Уран-238, это просто тяжелый, серого цвета металл. Из него можно сделать артиллерийский снаряд, ну или… брелок для ключей.

А вот что можно сделать из урана-235? Ну во первых атомную бомбу, во вторых топливо для АЭС. И вот тут мы подходим к ключевому вопросу – как разделить эти два, практически идентичных атома, друг от друга? Нет, ну действительно, КАК?! Кстати: Радиус ядра атома урана -1.5 10-8 см. Для того, что бы атомы урана можно было загнать в технологическую цепочку, его (уран) нужно превратить в газообразное состояние. Кипятить смысла нет, достаточно соединить уран с фтором и получить гексафторид урана ГФУ.

Технология его получения не очень сложная и затратная, а потому ГФУ получают прямо там, где этот уран и добывают. UF6 является единственным легколетучим соединением урана (при нагревании до 53°С гексафторид (на фото) непосредственно переходит из твердого состояния в газообразное). Затем его закачивают в специальные емкости и отправляют на обогащение.

Немного истории В самом начале ядерной гонки, величайшими научными умами, как СССР, так и США, осваивалась идея диффузионного разделения – пропускать уран через сито. Маленький 235-й изотоп проскочит, а «толстый» 238-й застрянет. Причем изготовить сито с нано-отверстиями для советской промышленности в 1946-м году было не самой сложной задачей.

Из доклада Исаака Константиновича Кикоина на научно-технического совете при Совете Народных Комиссаров (приведен в сборнике рассекреченных материалах по атомному проекту СССР (Ред. Рябев)): В настоящее время мы научились делать сетки с отверстиями около 5/1 000 мм, т.е. в 50 раз большими длины свободного пробега молекул при атмосферном давлении. Следовательно, давление газа, при котором разделение изотопов на таких сетках будет происходить, должно быть меньше 1/50 атмосферного давления. Практически мы предполагаем работать при давлении около 0,01 атмосферы, т.е. в условиях хорошего вакуума. Расчет показывает, что для получения продукта, обогащенного до концентрации в 90 % легким изотопом (такая концентрация достаточна для получения взрывчатого вещества), нужно соединить в каскад около 2 000 таких ступеней.

В проектируемой и частично изготовленной нами машине рассчитывается получить 75-100 г урана-235 в сутки. Установка будет состоять приблизительно из 80-100 «колонн», в каждой из которых будет смонтировано 20-25 ступеней». Ниже приведен документ — доклад Берии Сталину о подготовке первого атоиного взрыва. Внизу дана небольшая справка о наработанных ядерных материалах к началу лета 1949-го года.

И вот теперь сами представьте – 2000 здоровенных установок, ради каких-то 100 грамм! Ну а куда деваться-то, бомбы ведь нужны. И стали строить заводы, и не просто завода, а целые города. И ладно только города, электричества эти диффузионные заводы требовали столько, что приходилось строить рядом отдельные электростанции. На фото: первый в мире завод газодиффузионного обогащения урана К-25 в Ок-Ридже (США). Строительство обошлось в $500 млн. Протяженность U-образного здания около полумили.

В СССР Первая очередь Д-1 комбината №813, была рассчитана на суммарный выпуск 140 граммов 92-93 %-ного урана-235 в сутки на 2-х идентичных по мощности каскадах из 3100 ступеней разделения. Под производство отводился недостроенный авиационный завод в поселке Верх-Нейвинск, что в 60 км от Свердловска. Позже он превратился в Свердловск-44, а 813-й завод (на фото) в Уральский электрохимический комбинат – крупнейшее в мире разделительное производство.

И хотя технология диффузионного разделения, пусть и с большими технологическими трудностями, было отлажена, идея освоения более экономичного центрифужного процесса не сходила с повестки дня. Ведь если удастся создать центрифугу, то энергопотребление сократится от 20 до 50 раз! Как устроена центрифуга? Устроена она более чем элементарно и похожа на старую стиральную машину, работающую в режиме «отжим/сушка». В герметичном кожухе находится вращающийся ротор. В этот ротор подается газ (UF6).

За счет центробежной силы, в сотни тысяч раз превышающей поле тяготения Земли, газ начинает разделяться на «тяжелую» и «легкую» фракции. Легкие и тяжелые молекулы начинают группироваться в разных зонах ротора, но не в центре и по периметру, а в верху и в низу. Это возникает из-за конвекционных потоков – крышка ротора имеет подогрев и возникает противоток газа. Вверху и в низу цилиндра установлены две небольших трубочки – заборника.

В нижнею трубку попадает обедненная смесь, в верхнюю – смесь с большей концентрацией атомов 235U. Эта смесь попадает в следующую центрифугу, и так далее, пока концентрация 235-го урана не достигнет нужного значения. Цепочка центрифуг называется каскад.

Технические особенности. Ну во первых скорость вращения — у современного поколения центрифуг она достигает 2000 об/сек (тут даже не знаю с чем сравнить…в 10 раз быстрее чем турбина в авиадвигателе)! И работает она без остановки ТРИ ДЕСЯТКА лет! Т.е. сейчас в каскадах вращаются центрифуги, включенные еще при Брежневе! СССР уже нет, а они все крутятся и крутятся. Не трудно подсчитать, что за свой рабочий цикл ротор совершает 2 000 000 000 000 (два триллиона) оборотов. И какой подшипник это выдержит?

Да никакой! Нет там подшипников. Сам ротор представляет из себя обыкновенный волчок, внизу у него прочная иголка, опирающаяся на корундовый подпятник, а верхний конец висит в вакууме, удерживаясь электромагнитным полем. Иголка тоже не простая, сделанная из обычной проволоки для рояльных струн, она закалена очень хитрым способом (каким – ГТ). Не трудно представить, что при такой бешеной скорости вращения, сама центрифуга должна быть не просто прочной, а сверхпрочной.

Вспоминает академик Иосиф Фридляндер: «Трижды вполне расстрелять могли. Однажды, когда мы уже получили Ленинскую премию, случилась крупная авария, у центрифуги отлетела крышка. Куски разлетелись, разрушили другие центрифуги. Поднялось радиоактивное облако. Пришлось всю линию останавливать — километр установок! В Средмаше центрифугами командовал генерал Зверев, до атомного проекта он работал в ведомстве Берии.

Генерал на совещании сказал: «Положение критическое. Под угрозой оборона страны. Если мы быстро не выправим положение, для вас повторится 37-й год». И сразу совещание закрыл. Придумали мы тогда совершенно новую технологию с полностью изотропной равномерной структурой крышек, но требовались очень сложные установки. С тех пор именно такие крышки и производятся. Никаких неприятностей больше не было. В России 3 обогатительных завода, центрифуг многие сотни тысяч.»

На фото: испытания первого поколения центрифуг

Корпуса роторов тоже поначалу были металлические, пока на смену им не пришел… углепластик. Легкий и особопрочный на разрыв, он является идеальным материалом для вращающегося цилиндра.

Вспоминает Генеральный директор УЭХК (2009-2012) Александр Куркин: «Доходило до смешного. Когда испытывали и проверяли новое, более «оборотистое» поколение центрифуг, один из сотрудников не стал дожидаться полной остановки ротора, отключил ее из каскада и решил перенести на руках на стенд. На вместо движения вперед, как не упирался, он с этим цилиндром в обнимку, стал двигаться назад. Так мы воочию убедились, что земля вращается, а гироскоп, это великая сила.»

Кто изобрел?

О, это загадка, погружённая в тайну и укутанная неизвестностью. Тут вам и немецкие плененные физики, ЦРУ, офицеры СМЕРШа и даже сбитый летчик-шпион Пауэрс. А вообще принцип газовой центрифуги описан еще в конце 19-го века. Ещё на заре Атомного проекта инженер Особого конструкторского бюро Кировского завода Виктор Сергеев предлагал центрифужный метод разделения, но сначала его идею коллеги не одобряли. Параллельно над созданием разделительной центрифуги в специальном НИИ­-5 в Сухуми бились учёные из побеждённой Германии: доктор Макс Штеенбек, который при Гитлере работал ведущим инженером Siemens, и бывший механик «Люфтваффе», выпускник Венского университета Гернот Циппе. Всего в группу входило около 300 «вывезенных» физиков.

Вспоминает генеральный директор ЗАО «Центротех-СПб» ГК «Росатом» Алексей Калитеевский: «Наши специалисты пришли к выводу, что немецкая центрифуга абсолютно непригодна для промышленного производства. В аппарате Штеенбека не было системы передачи частично обогащённого продукта в следующую ступень. Предлагалось охлаждать концы крышки и замораживать газ, а потом его разморозить, собрать и пустить в следующую центрифугу. То есть, схема неработоспособная. Однако в проекте было несколько очень интересных и необычных технических решений. Эти «интересные и необычные решения» были соединены с результатами, полученными советскими учёными, в частности с предложениями Виктора Сергеева. Условно говоря, наша компактная центрифуга - на треть плод немецкой мысли, а на две трети - советской». Кстати, когда Сергеев приезжал в Абхазию и высказывал тем же Штеенбеку и Циппе свои мысли по поводу отбора урана, Штеенбек и Циппе отмахнулись от них, как от нереализуемых. Итак что же придумал Сергеев.

А предложение Сергеева заключалось в создании отборников газа в виде трубок Пито. Но доктор Штеенбек, съевший зубы, как он считал, на этой теме, проявил категоричность: «Они станут тормозить поток, вызывать турбулентность, и никакого разделения не будет!»

Спустя годы, работая над мемуарами, он об этом пожалеет: «Идея, достойная того, чтобы исходить от нас! Но мне она в голову не приходила…». Позже, оказавшись за пределами СССР Штеенбек центрифугами больше не занимался. А вот Геронт Циппе перед отъездом в Германию имел возможность ознакомиться с опытным образцом центрифуги Сергеева и гениально простым принципом ее работы. Оказавшись на Западе, «хитрый Циппе», как его нередко называли, запатентовал конструкцию центрифуги под своим именем (патент №1071597 от 1957 года, заявлен в 13 странах). В 1957 году, переехав в США, Циппе построил там работающую установку, воспроизведя по памяти опытный образец Сергеева. И назвал ее, отдадим должное, «Русской центрифугой» (на фото).

Кстати, русская инженерная мысль проявила себя и в многих других случаях. В качестве примера можно привести элементарный аварийный запорный клапан. Там нет датчиков, детектеров и электронных схем. Там есть только самоварный краник, который своим лепестком касается станины каскада. Если что не так, и центрифуга меняет свое положение в пространстве, он просто поворачивается и закрывает входную магистраль. Это как в анекдоте про американскую ручку и русский карандаш в космосе.

Наши дни На этой неделе автор этих строк присутствовал на знаменательном событии – закрытии российского офиса наблюдателей министерства энергетики США по контракту ВОУ-НОУ. Эта сделка (высокообогащенный уран – низкообогащенный уран) была, да и остается крупнейшим соглашением в области ядерной энергетики между Россией и Америкой. По условиям контракта российские атомщики переработали 500 тонн нашего оружейного (90%) урана в топливный (4%) ГФУ для американских АЭС. Доходы за 1993-2009 годы составили 8,8 млрд. долларов США. Это стало логическим исходом технологического прорыва наших ядерщиков в области разделения изотопов, сделанного в послевоенные годы. На фото: каскады газовых центрифуг в одном из цехов УЭХК. Здесь их около 100 000 шт.

Благодаря центрифугам мы получили тысячи тонн относительно дешевого, как военного, так и коммерческого продукта. Атомная отрасль, одна из немногих оставшихся (военная авиация, космос), где Россия удерживает непререкаемое первенство. Одних только зарубежных заказов на десять лет вперед (с 2013 года по 2022 год), портфель «Росатома» без учета контракта ВОУ-НОУ составляет 69,3 миллиарда долларов. В 2011 году он перевалил за 50 миллиардов… На фото склад контейнеров с ГФУ на УЭХК.

Центрифуги - это машины, используемые в лабораториях, медицинских учреждениях и на предприятиях для отделения взвешенного материала от сред, в которых они смешаны.

Это делается путем очень быстрого вращения закрытых емкостей со смесью вокруг фиксированной центральной точки.

Центробежная сила, создаваемая этим движением, прижимает более плотный материал в суспензии к стенкам контейнера, эффективно отделяя его от раствора. Эти устройства используются для отделения твердых веществ от жидких суспензионных сред; например, они являются важным медицинским инструментом для отделения плазмы от образцов крови.

Теги статьи :

• центрифуга;
• машина центрифуга;
• центрифуга медицинская;
• ротор центрифуги;
• фильтр центрифуга;
• центрифуга для плазмолифтинга;
• центрифуга лабораторная медицинская;
• обороты центрифуги;

Как работают центрифуги?

Основной принцип работы центрифуги - центробежная сила. Если ведро, наполовину заполненное водой, быстро вращается по кругу, над головой и обратно на землю, центробежная сила, создаваемая вращением ведра, заставляет воду двигаться ко дну. Это то, что удерживает воду в ведре, даже когда оно перевернуто.

Большинство центрифуг используют эту силу аналогичным образом и состоят из корпуса с крышкой и ведомого центрального ротора. Ротор имеет ряд отверстий по окружности, в которые помещают контейнеры, обычно пробирки с раствором. Когда крышка машины закрыта и центрифуга включена, ротор вращается с высокой скоростью. Как и в случае эксперимента с ковшом, центробежная сила приводит к тому, что любое вещество в растворе, более плотное, чем жидкость, прижимается к внешним стенкам трубок, отделяя его от жидкости в процессе.

Как только центрифуга завершила свой цикл, она постепенно замедляется и останавливается, чтобы предотвратить турбулентность, которая может привести к повторному смешиванию раствора. Этот период замедления также позволяет всему отделенному материалу падать к нижней части пробирки. Как только ротор остановился, трубка может быть удалена и образцы обработаны.

В некоторых случаях центрифуга может иметь экран на одном конце, позволяющий жидкостям проходить, в то время как твердые частицы остаются в ловушке внутри трубки. Другие могут держать трубы под фиксированным углом или позволить им отклоняться во время вращения. Положение трубки и скорость вращения центрифуги могут варьироваться в зависимости от типа раствора, который отделяется.

Разделение по плотности

Таким образом, любое количество взвешенных материалов может быть отделено от суспензии. Каждое различное вещество будет отделяться в порядке своей плотности, образуя различные слои в нижней части трубы, когда машина остановлена. Это известно как принцип седиментации. Например, образец крови, помещенный в центрифугу для подходящей продолжительности цикла, будет полностью разрушаться с более тяжелыми клетками крови, собирающимися на дне, и более легкой плазмой крови наверху. Это особенно полезно при идентификации всех компонентов неизвестных решений.

Другое использование

Центрифужные устройства используются не только в лабораториях; они видят широкое применение в управлении сточными водами, в нефтяной промышленности и даже в переработке сахара и молока. Как правило, медицинские и научные лабораторные центрифуги представляют собой небольшие настольные устройства. С другой стороны, промышленные машины, используемые для отделения суспензии магнетита от технической воды на угольном заводе, могут быть очень большими.

Газовые центрифуги, используемые в процессе обогащения урана, оснащены специально разработанными контейнерами, которые включают в себя стратегически расположенный внутренний ковш. При вращении этот совок собирает желаемый изотоп урана-235, в то время как более тяжелый изотоп 238 собирается на стенках контейнера. Это, однако, гораздо более длительный процесс, чем разделение жидкой суспензии, часто требующий нескольких тысяч циклов.

Большие центрифуги также используются для воздействия на людей экстремальных сил в контролируемой среде. Внешняя сила, создаваемая такой большой машиной, может быть использована для имитации огромных гравитационных сил (G-сил), которые астронавт или летчик-истребитель могут испытывать, путешествуя на очень высоких скоростях. Геотехническое моделирование является еще одной областью, где центрифуги используются для моделирования гравитационных напряжений в прототипах.

Как купить Центрифугу Лабораторную?

Центрифуга используется в самых разных отраслях промышленности и выбор разнообразных типов довольно большой, поэтому покупка может быть сильно затруднена. Чтобы правильно выбрать устройство, покупателям предлагается определить конкретные виды использования, в которых им нужна центрифуга для выполнения того, что обычно продиктовано отраслью, в которой работает человек. Как только это будет определено, пользователь должен исследовать различные модели и функции, чтобы определить подходящую центрифугу для конкретной задачи.Наиболее часто центрифуги требуются для медицинского и лабораторного использования. Эти устройства можно приобрести во многих медицинских и лабораторных магазинах. Медицинские и лабораторные магазины все труднее найти в физической форме (не в интернете), многие из них уже существуют ТОЛЬКО в Интернете. К сожалению, интернет-магазин имеет свои преимущества и недостатки. Преимущество заключается в широком спектре приборов и функций, доступных для просмотра и сравнения, но недостатком является то, что пользователь не может видеть и точно знать, что он или она покупает, пока не прибудет товар.

Обзор различных типов центрифцуг поможет разобраться в этом вопросе.

Принцип работы центрифуги лабораторной

Центрифуги вращают объекты вокруг центральной неподвижной оси, обычно с большой скоростью. Этот высокоскоростной поворот накладывает силу на объекты в виде повышенной силы тяжести через центростремительное ускорение. Это приводит к тому, что более плотные материалы внутри контейнеров на внешней кромке перемещаются дальше от оси вращения, а более легкие материалы - ближе к оси вращения. Благодаря этому действию центрифуги ускоряют время осадконакопления.

Области использования центрифуг в лаборатории

Центрифуги имеют много применений и хорошо зарекомендовали себя в широком диапазоне использований, которые включают разделение жидкостей.

Центрифуга для лаборатории

Центрифуга лабораторная - это устройство, используемое в науке для разделения суспензий по плотности. Более плотные частицы выделяются и мигрируют на дно пробирки, в то время как более легкие частицы движутся кверху. Машина округлой формы и имеет отверстия, в которые могут быть вставлены пробирки. Перед включением крышка покрывает верхнюю часть машины, после чего она может вращаться с помощью своего двигателя на очень высокой скорости.

Если кто-то хочет разделить на ее компоненты - красные кровяные , лейкоциты, тромбоциты и плазму, они используют центрифугу. Плазма будет плавать сверху, потому что она имеет самую низкую плотность. В дальнейшем, плазму можно использовать для отделения органелл от клеток и для выделения нуклеиновых кислот. Вот некоторые примеры того, как можно использовать центрифугу.

Большинство центрифуг, используемых сегодня, предназначены для медицинского и лабораторного использования. Как уже говорилось, эти устройства разделяют материалы, взвешенные в жидких смесях. В медицинской области обычно используется отделение плазмы от эритроцитов. Плазма значительно светлее, чем эритроциты, и в результате центростремительного ускорения эритроциты оседают на дно пробирки, и плазма поднимается кверху. Наиболее распространенными центрифугами в области медицины являются ультрацентрифуги и центрифуги для гематокрита.

Ультрацентрифуги используются в области молекулярной биологии, биохимии и полимеров и созданы для вращения ротора на чрезвычайно высоких скоростях. Центрифуги гематокрита - это специализированные центрифуги, которые позволяют исследователю измерять количество эритроцитов в цельной крови.

Центрифуги для косметического кабинета

Другие лаборатории, такие как косметические лаборатории, используют центрифуги для разделения элементов в составных химических веществах для создания различных лосьонов, кремов и других косметических продуктов.

Центрифуги для горнодобывающей промышленности

Горная промышленность использует большие, тяжелые машины, называемые горизонтальными центрифугами, для отделения золота и других тяжелых минералов, взвешенных в воде. Горизонтальные центрифуги используются в других отраслях промышленности для регенерации материалов из воды, используемой для очистки или охлаждения машин.

Центрифуги в аэрокосмической промышленности

Некоторые из крупнейших центрифуг используются в аэрокосмической промышленности. Большинство людей знают это как «ускорители G-Force», которые проверяют космонавта и пилота на выносливость для высоких сил g, для сверхзвукового полета и выхода в космос, а затем, для восстановления при земной атмосфере. Тем не менее, аэрокосмическая промышленность использует эти большие центрифуги и для других целей, включая испытания на выносливость материалов и оборудования в тех же условиях.

Центрифуги в ядерной промышленности

В ядерной обогатительной промышленности используются газовые центрифуги. Эти центрифуги работают по тому же принципу, но отделяют изотопы от газа-хозяина. Наиболее частое использование для газовых центрифуг заключается в обогащении урана для производства энергии и, в гораздо меньшем объеме, обогащение оружейного направления.

Центрифуги для промышленного использования

Экранные центрифуги являются одними из наиболее распространенных промышленных центрифуг. Эти центрифуги содержат сетчатый экран из металла или пластика с отверстиями в нем на самой внешней кромке. Когда ротор вращается, отверстия допускают только частицы заданного размера, захватывая большие частицы на экране. Некоторые экранные центрифуги содержат несколько экранов, тем самым разделяя частицы на разные уровни толщины.

Центрифуги для бытовой техники

Знакомое использование центрифуг в бытовой технике, стиральные машины - промышленные центрифуги. Когда нагрузка находится на цикле отжима, центростремительная сила толкает воду и одежду к краю внешнего экрана. Одежда будет захвачена экраном (стенками барабана), но вода может пройти (через отверствия). Это позволяет одежде достичь определенного уровня сухости, прежде чем она вводится в сушилку для окончательной сушки.

Сравнение центрифуг

Не все центрифуги одинакового типа и равны. Необходимо учитывать два основных фактора: скорость вращения и дизайн ротора.

Скорость вращения

Сравнение центрифуг может быть как простой, так и трудной задачей. После определения необходимого типа центрифуги покупатель может начать сравнивать различные характеристики моделей. Одним из наиболее важных соображений является определение того, какие скорости необходимы для применения, в котором будет использоваться центрифуга, поскольку разные скорости могут давать разные результаты с одними и теми же материалами.

Однако вращение в минуту или RPM не является единственным фактором, который следует учитывать при сравнении схожих между собой центрифуг. Это связано с тем, что в зависимости от угла поворота контейнеров различные значения центростремительной силы могут быть применены к содержимому с различными скоростями вращения.

Конструкция Ротора

Угол ротора, используемый в центрифуге, также важен. Многие центрифуги для лабораторного использования имеют взаимозаменяемые роторы, что позволяет использовать одну центрифугу для различных применений. Некоторые центрифуги поставляются с запасным ротором, который наиболее часто используется, а некоторые из них поставляются без ротора вообще, поэтому покупатель должен быть осторожным, внимательно читать описания продуктов при покупке центрифуг.

Для покупателя нет ничего более неприятного, чем потеря времени, чтобы купить центрифугу, которая не может быть использована из-за отсутствия ротора. Если приобретаемая центрифуга не поставляется с ротором, ротор, предназначенный для конкретной цели, должен приобретаться отдельно.

Углы ротора и перфорация

Роторы содержат отверстия, расположенные равномерно вокруг центрального шпинделя для правильного распределения нагрузки. В эти отверстия вставляются специальные пластиковые, стеклянные или металлические пробирки, предназначенные для использования в центрифугах. Роторы бывают разных возможностей и конструкций. Пользователь должен использовать расходники соответствующие конкретному ротору для надлежащего применения.

Общие категории роторов - с фиксированным углом и поворотные роторы. Роторы с фиксированным углом имеют специфичные отверстия по углам для разделения целей. Поворотные роторы позволяют размещать контейнеры вертикально и поворачивать их в горизонтальные положения из-за центростремительной силы.

Рассмотрение расходных материалов

Другим соображением при использовании и покупке центрифуг являются необходимые расходные материалы. После того, как была выбрана центрифуга, и соответствующий ротор был определен и установлен, следующим соображением является контейнер, используемый в центрифуге. До прошлого века стекло было наиболее распространенным типом контейнера, используемого в центрифугах.

Тем не менее, стеклянные флаконы могут трескаться или разрушаться под давлением, если целостность поверхности нарушена. Из-за этого использование пластиковых контейнеров растет, хотя стекло все еще используется. Недостатком пластика является то, что весь пластик имеет слегка пористую структуру, поэтому, стекло по-прежнему используется во многих медицинских применениях.

Как купить центрифугу?

Специализированные интернет-магазины могут стать отличным источником при покупке центрифуг. Однако многие продукты являются типами центрифуг, но не применяются к типичному использованию в лаборатории. Из-за этого может возникнуть ситуация, когда покупатель должен смотреть центрифугу конкретно в категории «Бизнес и промышленность» для центрифуг.

В рамках этой категории более конкретные подкатегории, с сектором здравоохранение - лучшее место для поиска лабораторных центрифуг. Этот раздел делится, как правило, еще больше для более точного поиска. Первая подкатегория, лабораторное оборудование, имеет раздел Центрифуги и детали с определенной площадью центрифуг. Эта последняя категория, вероятно, является лучшим местом для поиска центрифуг, подходящих для использования в лаборатории.

Расходные материалы имеют аналогичное категориальное дерево, чтобы искать по нему. В категории «Бизнес и промышленность» перейдите к категории «Здравоохранение», «Лаборатория и наука о жизни», а затем в «Лабораторные принадлежности». Эта область имеет дополнительные подкатегории, посвященные конкретным типам поставок, включая одноразовые, пластиковые изделия, лабораторную посуду, пипетки, трубы, клапаны и фитинги и другие материалы.

Резюме о лабораторной цетрифуге

Центрифуги - относительно простые машины, но их очень сложно купить в Интернете. К сожалению, из-за сокращающегося количества магазинов физических лабораторий, онлайн-магазины для центрифуг становятся все более и более необходимыми. Таким образом, исследование и составление сравнительной информации при покупке центрифуг стало более важным, чем когда-либо.

Первым шагом для покупателя является определение необходимого типа центрифуги, часто определяемого промышленностью, в которой будет использоваться центрифуга. Затем покупателю предлагается узнать и сравнить различные приложения и функции, предлагаемые этими центрифугами, и определить, что необходимо именно вам. Наконец, покупка онлайн-центрифуг становится легкой в любом типе интернет-магазинов и аукционных сайтов.

Все научно-исследовательские медицинские центры и хорошие больницы оснащены лабораториями. Здесь персонал исследует анализы больных, придумывает что-то новое в области фармакологии и изучает те или иные болезни. Без лабораторных исследований было бы невозможно изучать новые недуги и бороться с ними.

В каждой лаборатории установлено различное оборудование. И лабораторная центрифуга - это девайс, без которого обойтись невозможно.

Что такое лабораторная медицинская центрифуга?

Любая лаборатория может работать полноценно только тогда, когда в ней есть оптимальный набор инструментов и приборов, которые готовы к регулярному использованию. Лабораторная центрифуга - это устройство, которое эксплуатируется в медицинской и научной практике ежедневно. Главная задача данного прибора заключается в разделении веществ по плотности и консистенции при помощи центробежной силы. Так, вещества, обладающие максимальным удельным весом, помещаются в периферию, а фракции, обладающие минимальным удельным весом, становятся ближе к оси вращения.

В научной и медицинской практике разделять разнообразные жидкости на фракции при помощи лабораторных медицинских центрифуг приходится довольно часто. Жидкость помещают в специальный контейнер, и после включения устройства центрифуга начинает вращаться вокруг своей оси очень быстро. В итоге образуются однородные элементы - составляющие исходной жидкости.

Что такое центрифугирование?

Центрифугирование - это процесс работы центрифуги. Он основан на законе физики о центробежной силе и позволяет максимально быстро разложить жидкости на составляющие, что невозможно, например, при отстаивании, фильтрации или отжиме. Чем больше скорость вращения ротора и чем выше интенсивность его оборотов, тем эффективнее работает устройство.

Лабораторные центрифуги с охлаждением или без него классифицируются:

• На малоскоростные устройства, в которых частота работы ротора составляет 25 000 оборотов в минуту.
• Скоростные агрегаты, обладающие скоростью вращения 40 000 оборотов в минуту.
• Сверхскоростные центрифуги, в которых скорость вращения ротора свыше 40 000 оборотов в минуту.

Какие вещества можно разделить на частицы при помощи центрифуги?

Данное устройство предназначено для разделения таких биологических жидкостей, как кровь, моча, лимфа, материнское молоко. Эти вещества неоднородны, и при изучении анализов больного человека не избежать их легкого разделения при помощи лабораторной центрифуги.

Наиболее часто исследуют, конечно же, кровь человека. При помощи специальных центрифуг можно приготовить препараты крови, получить сыворотку крови, пригодную для переливания, и многое другое.

Кроме того, данный агрегат предназначен не только для разделения жидких веществ на составляющие, а и для отделения твердых фракций от жидкостей. Жидкости, в состав которых входят частицы разной степени тяжести, легко распределяются на составляющие при помощи центрифуги лабораторной. Это могут быть не только кровь или лимфа, но и различные суспензии.

Конструктивные особенности оборудования

Вышеописанное оборудование представляет собой барабан, оснащенный отверстиями разного диаметра. Именно в них под различным углом устанавливаются пробирки с исследуемыми материалами. Довольно мощный мотор центрифуги и герметичная крышка позволяют обеспечить качественную и полноценную работу устройства.

Основное отличие центрифуг заключается в конструктивном исполнении. Оно может быть разным и зависит от того, в каких целях будет использовано данное оборудование в дальнейшем.

Основные элементы устройства

Современные центрифуги, применяемые в лабораторной и медицинской практике, оснащены многими полезными функциями, например, такими как таймер, сменные насадки, регулятор скорости вращения устройства и другие. Но основные элементы неизменны, и это:

• Корпус устройства и герметичная крышка.
• Специальная рабочая камера, в которую помещаются пробирки.
• Ротор.
• Двигатель.
• Пульт управления.
• Блок питания.

Более дорогие модели могут быть оснащены дисплеем, датчиками, детекторным устройством, системой охлаждения, автоматической блокировкой крышки и т. д.

Традиционно при изготовлении корпуса и герметичной крышки производители используют нержавеющую сталь, полипропилен, алюминий, различные металлические сплавы. Это обеспечивает долговечность оборудования. Многие материалы, используемые при производстве данного оборудования, не поддаются воздействию агрессивной среды.

Классификация агрегатов

Центрифуги лабораторные и медицинские имеют свою классификацию. Поэтому необходимо с ней ознакомиться перед тем, как покупать данное устройство.

По типу агрегата их делят на общелабораторные, гематокридные и устройства, оснащенные системой охлаждения. Первый тип центрифуги является наиболее востребованным и распространенным. Второй предназначен для того, чтобы проводить исследования крови. Третьи позволяют охлаждать исследуемое вещество в процессе анализа.

Также устройства классифицируются по типу и объему рабочей посуды. Это могут быть: микроцентрифуги (настольные), агрегаты малого объема, центрифуги большого объема, напольные варианты, универсальные центрифуги.

Не стоит забывать и о функциях лабораторной центрифуги. Существуют аппараты, обладающие малой скоростью вращения, высокоскоростные агрегаты, центрифуги, в которых предусмотрено несколько функций, а также ультрацентрифуги.

Как выбрать центрифугу?

Выбирая центрифугу для лабораторных и медицинских исследований, следует учитывать несколько факторов.

В первую очередь необходимо определиться, какие типы анализов будут проводиться при помощи данного оборудования. В области биохимии, гематологии, иммунохимии, цитологии применяются разные устройства с разными техническими характеристиками и рабочими режимами.

Далее нужно определить объемы будущих исследований и то, какие виды исходных материалов планируется использовать. Нелишним будет учесть и требования безопасности. Если планируется исследовать небольшие объемы веществ, то микроцентрифуги для этих целей будет достаточно.

Для небольшой или передвижной лаборатории нет необходимости приобретать громоздкое оборудование, ведь в таком случае объем исследований будет маленьким. Как правило, большие центрифуги оснащены массой дополнительных функций, которые, скорее всего, не будут задействованы. Незачем переплачивать лишнее. Компактная настольная лабораторная центрифуга будет идеальным решением в данной ситуации.

Так как ее размеры небольшие, она не будет мешать при проведении других исследовательских мероприятий. Для нее очень просто и легко обеспечить питание (подключается к обычной розетке).

На какие технические параметры обращать внимание при выборе аппарата?

Если вы решили приобрести центрифугу для проведения качественных лабораторных и научных исследований, то в первую очередь обращайте внимание не скорость вращения ротора. Обычно скорость вращения ротора в большинстве устройств лабораторного типа, например в лабораторной центрифуге ЦЛМН Р-10-02 и других, не превышает значения 3000 оборотов в минуту (если речь идет о настольных моделях). Практика показала, что наиболее востребованы сегодня центрифуги со скоростью в 4000 оборотов, так как для лабораторных условий такого значения достаточно.

Тип ротора может быть горизонтальным или угловым.

Узнайте, сколько пробирок помещается за одну закладку в агрегат. Уточните допустимый объем пробирок.

Обратив внимание на вышеперечисленные технические характеристики, вы сможете выбрать оптимальное устройство по хорошей цене. Цена агрегатов обычно варьируется от 18 до 270 тысяч рублей.

Где еще используют подобные агрегаты?

Производители лабораторных центрифуг постарались сделать их многофункциональными и с каждым годом выпускают все более усовершенствованные модели. Данный агрегат является незаменимым помощником в медицинской, химической, экспериментальной и даже промышленной лаборатории. Он позволяет максимально точно исследовать разнообразные составы веществ.

В нефтяной промышленности подобные аппараты используют при изучении углеводорода, а также при контроле качества дорожного покрытия. Также центрифуги применяются для обогащения руды и при производстве стиральных машин.

В сельскохозяйственной сфере центрифуги применяются для эффективной очистки зерна, выделения меда из пчелиных сот, отделения жира от молока.

Без центрифуги просто невозможно обойтись при делении изотопов в физике.

Центрифуги могут быть с вертикальным и горизонтальным рас­положением вала и барабана, периодического действия (подвод суспензии и выгрузка осадка производятся периодически), полуне­прерывного (суспензия подается непрерывно, а осадок выгружается периодически) и непрерывного действия (подача суспензии и выгрузка осадка осуществляются непрерывно).

Отстойная центрифуга периодического действия с ручной выгрузкой осадка (рис. 7.6) состоит из барабана, насаженного на вращающийся вал и помещен­ного в корпус. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении барабана, твердые частицы осаждаются в виде сплошного слоя осадка на стенке барабана, а осветленная жидкость переливается в кожух и удаляется через расположенный внизу патрубок. По окончании процесса осадок выгружается из центрифу­ги.

Процесс в отстойной центри­фуге состоит из разделения (оса­ждения) суспензии и отжима или уплотнения осадка.

Непрерывнодействующие отстойные гори­зонтальные центрифуги со шнековой выгруз­кой осадка (НОГШ) применяют в крахмалопаточном произ­водстве для получения концентрированного крахмального осадка и в других производствах.

Центрифуга состоит из ротора и внутреннего шнекового устройства, заключенных в корпус. Суспензия подается через центральную трубу в полый вал шнека. На выходе из этой трубы внутри шнека суспензия под действием центробежной силы распре­деляется в полости ротора.

Ротор вращается в кожухе в полых цапфах. Шнек вращается в цапфах, находящихся внутри цапф ротора. Под действием центро­бежной силы твердые частицы отбрасываются к стенкам ротора, а жидкость образует внутреннее кольцо, толщина которого определя­ется положением сливных отверстий на торце ротора. Образовав­шийся осадок перемещается вследствие отставания скорости враще­ния шнека от скорости вращения ротора к отверстиям в роторе, через которые он выводится в камеру 6 и удаляется из центрифуги.

При движении вдоль ротора осадок уплотняется. При необходи­мости он может быть промыт.

Фильтрующие центрифуги периодического и непрерывного дей­ствия разделяются по расположению вала на вертикальные и гори­зонтальные, по способу выгрузки осадка - на центрифуги с ручной, гравитационной, пульсирующей и центробежной выгрузкой осадка. Главным отличием фильтрующих центрифуг от отстойных является то, что они имеют перфорированный барабан, обтянутый фильтро­вальной тканью.

В фильтрующей центрифуге периодиче­ского действия (рис. 8.14) суспензия загружается в барабан сверху. После загрузки суспензии барабан приводится во вращение. Суспензия под действием центробежной силы отбрасывается к внут­ренней стенке барабана. Жидкая дисперсионная фаза проходит через фильтровальную перегородку, а осадок выпадает на ней. Фильтрат по сливному патрубку направляется в сборник. Осадок после окончания цикла фильтрования выгружают вручную через крышку 3.

Конструкция фильтрующей центрифуги с перфорированным барабаном аналогична конструкции автоматической отстойной центрифуги с непрерывным ножевым съемом осадка.