離心沉降是利用慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降。在重力沉降的討論中已經(jīng)得知，顆粒的重力沉降速度ut，與顆粒的直徑d及兩個(gè)的密度差ρs—ρ有關(guān)。d越大，兩相密度差越大，則ut越大。換言之，對(duì)一定的非均相物系，其重力沉降速度是恒定的，人們無法改變其大小，因此，在分離要求較高時(shí)，用重力沉降就很難達(dá)到要求。此時(shí)，若采用離心沉降，則可大大提高沉降速度，使分離效率提高，設(shè)備尺寸減小。
一、? 離心沉降速度分析
當(dāng)流體圍繞某一中心軸做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，便形成慣性離心力場(chǎng)。現(xiàn)對(duì)其中一個(gè)顆粒的受力與運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析。
該顆粒為球形顆粒，直徑為d，密度為ρs，旋轉(zhuǎn)半徑為R，圓周運(yùn)動(dòng)的線速度為uT，流體密度為ρ且ρs＞ρo顆粒在圓周運(yùn)動(dòng)的徑向上將受到3個(gè)力的作用，即慣性離心力、向心力和阻力。其中，慣性離心力方向從旋轉(zhuǎn)中心指向外周，向心力的方向沿半徑指向中心，阻力方向與顆粒運(yùn)動(dòng)方向相反，也沿半徑指向中心，3個(gè)力的大小為
和重力沉降一樣，在三力作用下，顆粒將沿徑向發(fā)生沉降，其沉降速度即是顆粒與流體的相對(duì)速度uR。在三力平衡時(shí)，同樣可導(dǎo)出其計(jì)算式，若沉降處于斯托克斯區(qū)，離心沉降速度的計(jì)算公式為
式中? uR——徑向上顆粒與流體的相對(duì)速度，m／s。
可見，離心沉降速度與重力沉降速度計(jì)算式形式相同，只是將重力加速度g(重力場(chǎng)強(qiáng)度)換成了離心加速度u2/t／R(離心場(chǎng)加速度)。但重力場(chǎng)強(qiáng)度g是恒定的，而離心力場(chǎng)強(qiáng)度卻隨半徑和切向速度而變，即可以人為控制和改變，這就是采用離心沉降優(yōu)點(diǎn)——選擇合適的轉(zhuǎn)速與半徑，就能夠根據(jù)分離要求完成分離任務(wù)。
前面提及，離心沉降速度遠(yuǎn)大于重力沉降速度，其原因是離心力場(chǎng)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于重力場(chǎng)強(qiáng)度。對(duì)于離心分離設(shè)備，通常用兩者的比值來表示離心分離效果，稱為離心分離因數(shù)，用Kc表示，即
式中，ns和n均表示轉(zhuǎn)速，其單位分別為r／s和r／min。
由上式可知，要提高Kc，可通過增大半徑R和轉(zhuǎn)速ns來實(shí)現(xiàn)，但出于對(duì)設(shè)備強(qiáng)度、制造、操作等方面的考慮，實(shí)際上，通常采用提高轉(zhuǎn)速并適當(dāng)縮小半徑的方法來獲得較大的K，。例如對(duì)R＝0．2m的設(shè)備，當(dāng)n＝800／min時(shí)，其K，就可達(dá)到142，如有必要，還可以提高其轉(zhuǎn)速。? 目前，超高速離心機(jī)的離心分離因數(shù)已經(jīng)達(dá)到500000，甚至更高。
盡管離心分離沉降速度大，分離效率高，但離心分離設(shè)備較重力沉降設(shè)備復(fù)雜，投資費(fèi)用大，且需要消耗能量，操作嚴(yán)格而費(fèi)用高，因此，綜合考慮不能認(rèn)為對(duì)任何情況采用離心沉降都優(yōu)于重力沉降。例如，對(duì)分離要求不高或處理量較大的場(chǎng)合采用重力沉降更為經(jīng)濟(jì)合理。有時(shí)，先用重力沉降再進(jìn)行離心分離也不失為一種行之有效的方法。
