第二节 离心分离机械

离心分离机械在食品工业中有着广泛的应用，可用于不同状态分散体系分离。例如，原料乳净化、奶油分离、淀粉脱水、食用油净化、大豆的浆渣分离、葡萄糖脱水等操作，都由离心分离机械完成。

一、离心机类型

离心分离机械种类较多，分别适用不同物料体系和满足不同分离需要。离心分离机可按不同因素分类，常见分类因素有：分离因数、分离原理、操作方式、卸料方式和轴向等。按分离因数划分的离心机类型如表4-4所示。

离心分离机按分离原理可分为过滤式、沉降式和分离式三类。过滤式离心机是鼓壁上有孔，借离心力实现过滤分离的离心机。这类离心机分离因数不大，转速一般在1000～1500r/min。沉降式离心机是一类转鼓壁不开孔、借离心力实现沉降分离的离心机。分离式离心机的鼓壁亦无孔，但其转速很大，一般在4000r/min以上，分离因数在3000以上，一般用于乳化液和较稳定悬浮液的分离。这三类离心机还可进一步分类，表4-5所示为这三类离心机的常见形式及其特点。

离心机的操作方式有间歇式和连续式两种。

间歇式是指转鼓对所承载的分离截留物料有一定质量限度的离心机。在卸料时，必须停车或减速，然后采用人工或机械方法卸出物料，如三足式、上悬式离心机。其特点是可根据需要延长或缩短过滤时间，满足物料终湿度的要求，主要用于固—液悬浮混合液的分离。

连续式离心机的物料输入和不同相物质的分离与输出均连续完成。典型的连续式离心机有螺旋卸料沉降式离心机、活塞推料离心机和碟式离心机等，可用于固—液悬浮液和液—液乳浊液的分离。

二、过滤式离心机

过滤式离心机主要适用于溶液固相浓度较高、固相颗粒粒度较大（通常大于50μm）的悬浮液的分离脱水。过滤式离心机在食品工业有广泛应用，典型应用例子有蔗糖结晶体分离精制、脱水蔬菜的预脱水、淀粉脱水、血块去血水、水果蔬菜榨汁、回收植物蛋白及冷冻浓缩过程冰晶分离等。

过滤式离心机完成的是过滤操作，型式有多种，可按卸渣过程的连续性分为三足式（间歇式）和连续式两类。

（一）三足式离心机

三足式离心机是典型的间歇式过滤离心机，可连续进料，但一段时间后需要停机卸渣。

人工卸渣的三足式离心机外形和结构如图4-15所示，主要由转鼓、机壳、支柱、制动器、电动机等组成。转鼓又称滤筐，由不锈钢制成，鼓壁开有滤孔。转鼓由电机通过皮带轮传动驱动。该机的特点是，外壳、转鼓和传动装置都通过减振弹簧组件悬挂固定在三个支柱上（故称作三足式离心机），以减弱离心机转鼓运转时产生的振动。

操作时，通过设在离心机上的进料管，将待分离的浆料注入转动着的（事先覆以滤布的）转鼓内，液体受离心力作用后穿过滤布及壁上的小孔甩出，在机壳内汇集后从下部的出液口流出。不能通过的固形物料则被截留在滤布上形成滤饼层。当滤饼层达到一定厚度时，要停机除渣，采用人工方式，连同滤布袋一起将固体滤饼层从离心机中取出。

三足式离心机适用于处理量不大，但要求充分洗涤的物料。为使物料在转鼓内均匀分布，避免载荷偏心，宜采用低速加料，高速过滤、脱水，降速或停机卸料。

三足式离心机的主要优点是：对物料的适应性强，能按需要随时调整过滤、洗涤的操作条件，可进行充分的洗涤并得到较干的滤渣，固体颗粒几乎不受损坏，且运转平稳、结构简单、造价低廉。其缺点是间歇操作，辅助作业时间较长，生产能力低，劳动强度大。

三足式离心机广泛应用于食品工业中如味精、柠檬酸及其他有机酸生产中的结晶与母液的分离。

（二）连续卸渣的过滤离心机

连续式过滤离心机可连续进料连续卸渣，这类离心机有多种型式，例如，机械卸渣的三足式离心机、上悬式过滤离心机、刮刀卸料过滤离心机、活塞推料过滤离心机和离心力卸料过滤离心机等。连续式过滤离心机与适当的控制措施配合，可实现半自动或全自动操作，有较高自动化程度和可靠性。

螺旋卸料过滤离心机可连续地将薄层滤饼从离心机排出，有立式和卧式两种型式。图4-16所示是一种卧式螺旋卸料过滤离心机。由于转鼓内的物料层较薄并不断地被螺旋翻动、推移，所以排出的滤渣含湿量较低。

螺旋卸料过滤离心机的分离因数较高，当量过滤面积及过滤强度较大，具有体积小，生产能力大，脱水效率高及运行费用低，能耗小等优点，但结构复杂，物料破碎率较高，洗涤不充分，滤网制造要求较高。螺旋卸料过滤离心机适用于食品工业中颗粒粒度大于75μm的悬浮液物料的固液分离，如食盐、玉米淀粉、酒精糟液等，豆制品厂也常用于湿大豆磨碎后的浆渣分离。

三、沉降式离心机

沉降式离心机的转鼓壁无孔，借助于离心力使得不易过滤的悬浮液沉降分离成固液两相。

沉降式离心机的典型代表是螺旋卸料沉降式离心机，这类离心机按轴取向可分为卧式、立式两种，按用途可分为脱水型、澄清型、分级型和三相分离型等几种；按转鼓内流体与沉渣的运动方向可分为逆流式、并流式两种；按分离工艺操作条件可分为普通型、密闭防爆型等。

典型卧式螺旋沉降式离心机的外形和结构如图4-17所示。

悬浮液经加料管进入螺旋进料腔后，通过内筒壁进料孔进入由主电机传动的高速转鼓内，在离心力作用下悬浮液的固体颗粒与液体分离，沉降到鼓壁的固相沉渣由转速较低的螺旋输送器推送到转鼓小端排出。分离液经转鼓大端溢流孔排出。

转鼓是螺旋离心机的关键部件之一，有圆锥形、圆柱形和柱锥形三种基本结构形式。转鼓的结构形式决定离心机的特点和分离效果。圆锥形有利于固相脱水，圆柱形有利于液相澄清，柱锥形则可兼顾二者的特点，是常用的转鼓形式。

转鼓与螺旋输送器可由同一台电机通过差速器传动，产生不同的转动速度；也可以分别通过主、副两台电机及相应的变速器驱动；为进一步调节转速，还可采用变频电机。

卧式螺旋沉降式离心机在食品工业中有较多应用，例如可用于动植物蛋白回收、豆奶浆渣分离、可可分离、咖啡分离、淀粉脱水、淀粉与蛋白分离、果汁固液分离、鱼粉加工、油脂分离去杂等。

四、分离式离心机

分离式离心机具有较大离心力，可用于乳浊液和极细颗粒悬浮液的内外相有效分离。这种离心机的特点之一是其转鼓半径较小但转速很高，足以产生乳（悬浮）浊液两相分离所需的离心力，而鼓壁所受的离心力作用较小。一般分离式离心机（简称分离机）均属于超速离心机。

分离式离心机可分为管式离心机、碟式离心机和室式离心机，它们在食品工业中有广泛的应用。例如，管式分离机常用于动物油、植物油和鱼油的脱水，也可用于果汁、苹果浆、糖浆的澄清；碟式离心机可用于奶油分离和牛乳净化，也可用于动植物脂精制过程的脱水和澄清，还可用于果汁澄清。

碟式分离机常见外形及基本结构如图4-18所示，主要由转鼓、变速机构、电机、机壳、进、出料管等构成。

转鼓是碟式离心机的主要工作部件，是使物料达到处理要求的主要场所，转鼓主要由转鼓体、分配器、碟片、转鼓盖、锁环等组成。转鼓直径较大，通常是由下部驱动。转鼓底部中央有轴座，驱动轴安装在上面，转速一般为5500～10000r/min，在转鼓内部有一中心套管，其终端有碟片夹持器，其上装有一叠倒锥形碟片。

碟片呈倒锥形，锥顶角为60°～100°，每片厚度0.3～0.4mm。碟片数量由分离机的处理能力决定，从几十片到上百片不等。碟片间距与被处理物料的颗粒粒度和分离要求有关，范围在0.3～10mm，用于牛乳分离为0.3～0.4mm，用于分离酵母为0.8～1.0mm。根据用途不同，碟片的锥面上可开若干小孔或不开孔。图4-19所示为一种开小孔的锥形碟片，用于牛乳等乳化液的分离。

碟式离心机的进料管，有设在下部的，也有设在上部的。功能上没有本质的区别。出料管都在上部。出料管口因功能不同而异，用于乳浊液两相分离的有轻液、重液两个出口，用于澄清的只有一个出口。用于乳浊液澄清的离心机，在出口处还装了一个乳化器，以使得在离心澄清过程中分离了的两相再次得以混合乳化后再排出。

碟式离心机的分离原理如图4-20所示。混合液自进料管进入随轴旋转的中心套管之后，在转鼓下部受离心力作用而进入碟片空间，在碟片间隙内也因离心力而被分离，重液向外周流动，轻液向中心流动。由此在间隙中产生两股朝相反方向流动的液流，轻液沿下碟片的外表面向着转轴方向流动，重液沿上碟片内表面向周边方向流动。在流动过程中，分散相不断从一流层转入另一流层，两液层的浓度和厚度均随流动发生变化。在中心套管附近，轻液从分离碟片间隙穿出，而后沿中心轴与分离碟片所形成的环隙向上流出。碟片间形成的重液相被抛向鼓壁，而后经分离碟片与转鼓内壁形成的环隙向上流动，再经重相液出口流出。

用于澄清的碟式离心机结构与上述机型基本相同，所不同的是只有一个液体排出管口，同时其碟片上无孔，底部的分配板先将液体导向转鼓边缘。在鼓壁被分离净化的液体则沿碟片间隙向转鼓中央流动，固体就沉积于转鼓壁处。沉积于转鼓壁的固体沉淀，既可由人工方式，也可以自动方式周期性地通过鼓壁排出离心机。