あるレベルでは、すべての遠心分離は本質的に同じです。 重力により、密度の異なる物質は常に自然に分離されます。 遠心分離機を使用すると、この自然な分離と沈降のプロセスをスピードアップし、微調整することができます。
大まかに言って、遠心分離機はアプリケーションの観点から 2 つの主要なカテゴリに分類されます。
●実験用遠心分離機
●工業用遠心分離機
遠心分離機の種類が異なれば、用途も異なります。 ほとんどの実験用遠心分離機はかなり狭い用途に合わせて設計および製造されていますが、産業用遠心分離機は異なります。 これらは、より汎用的なデバイスとして構築され、特定のアプリケーションで優れた性能を発揮するようにプログラムまたはカスタマイズされる傾向があります。 多くの工業用高速遠心分離機は、実際には、同じ製造プロセス内でまったく異なるいくつかの目的を果たすことができます (たとえば、醸造所では、最初に同じディスクスタック遠心分離機を使用して、ビールが発酵槽から出てきたときにビールから酵母体を抽出し、その後再度使用する場合があります)最終研磨段階中）。
研究室用ベンチトップ遠心分離機
実験室用遠心分離機は通常、ベンチトップ型の装置です。 研究室で見られる一般的な卓上遠心機には、ヘマトクリット遠心機、微量遠心機、真空濃縮器、スライドスピナー、超遠心機などが含まれます。 (これは、研究室がベンチトップ型遠心分離機のみを使用していると言っているわけではありません。たとえば、一部の分野では床に設置された分析用超遠心分離機は珍しいことではありません。)
ほとんどの研究室では、遠心分離は主に液体から固体を分離することを目的としています。 サンプルはそれぞれ独自の遠心分離管またはボトルに保持され、ローターにロードされます。 (研究室では、2 つの一般的な遠心分離機ローター タイプがあります。1 つは操作全体を通じてすべてのサンプル チューブを同じ位置に保持する固定角度ローター、もう 1 つはサンプルを垂直に装填してからスイングアップできるスイング バケット ローターです。ローターが回転すると、粒子の密度 (粒子が浮遊している流体と比較して) によってチューブの底に押しやられます。 そこで、それらは「ペレット」と呼ばれる堆積物を形成します。 後に残るのは「上清」、つまりさらなる処理や分析に備えた分離された検体溶液です。
個々のサンプルを保持する固定角度またはスイングバケットローターを備えたこの配置により、各サンプルが経験する RCF (相対遠心力場) を容易に計算できます。 これは、サンプルにどの程度の「G 力」が加わったかを示す尺度です。 これは地球の重力場の倍数で表され、通常、研究室が作業中に追跡する必要がある重要なデータ部分です。
しかし、RCF を確実かつ正確に追跡できるようにするには、スループットが犠牲になります。一定期間内に処理できるサンプルの数には限りがあり、大規模な流体分離を実行することは不可能です。
高速、高処理量の遠心分離、沈降、分離は工業用遠心分離機の分野です。
遠心分離の種類: 工業用高速遠心分離機
研究室用遠心分離と比較して、工業用遠心分離は本質的にハイスループットの領域です。 沈降中に CNC 切削液や生乳が経験する RCF に特に興味を持つ人はいません。 したがって、これらの遠心分離機には個別のサンプル容器はありません。 代わりに、ローターは固体のボウル (場合によっては穴の開いたバスケット) です。 そのため、回転しながら材料をボウルに連続的に供給することができ、(基本的に) インライン遠心分離が可能になります。
工業用高速遠心分離には、二相遠心分離と三相遠心分離の 2 つの異なるタイプがあります。 「二相」遠心分離は、入ってくる混合材料を「固相」と「液相」に分離します。 これを「三相」遠心分離と比較してください。液体を 2 つの液相 (1 つは「重質」、通常は水または水ベースで、もう 1 つは「軽質」、通常は油) と固相に分離されます。
産業用遠心分離機「ディスクスタック」
幅広い産業 (ビール醸造所や乳製品製造業から航空宇宙メーカーやエタノールまで) にとって、最も有用な工業用遠心分離機は高速ディスクスタック遠心分離機です。 「ディスク」は、遠心分離機のボウル内に垂直に積み重ねて配置された一連の円錐形のプレートです。 これにより、利用可能な沈降面の量が増加するだけでなく、混合流体がどのように混合し、ボウル全体で移動するかを制御します。 これにより、分離/沈降が高速化され、遠心分離機内で何が起こっているかを非常に細かく制御できるようになります。 強化された制御により、単一パスで複数のフェーズを分離することが可能になります。 スタックの配置、角度、間隔、形状を変更することで、材料の分離方法を正確に制御し、液体の流れや組成の変化に合わせて調整できます。 たとえば、現場では、Trucent の DX シリーズのようなディスク スタック遠心分離機が、困難な三相分離を 1 回のパスで 70% (またはそれ以上) の効率で定期的に処理しています。 必要に応じて、DX は二相液固分離に簡単に切り替えられ、シングルパスで 90% の効率を達成できます。
工業用遠心分離機「スクレーパーボウル」
多くの工業用遠心分離機 (管状ボウルや水平「スクリュー」デカンタ遠心分離機など) では、ローター容器の全体的な形状によって、材料を分離する際に分別されます。 密度の高い固体粒子はローターの壁に集まり、ローターの一端から押し出され、密度の低い液体はもう一方の端から流れ出します。 これが本質的にディスクスタックの機能であると主張する人もいるかもしれません。ボウル内部の形状とディスクの配置によって、材料がどのように分離され、堆積物が集まるかが決まります。
「スクレーパーボウル」遠心分離機は異なります。 この高性能、高速二相遠心分離機では、垂直ローターがプロセスサイクル中に固体材料を保持します。 混合液はフィードポンプにより回転ローターに導入されます。 容器の速度に合わせて加速し、その際、遠心力によって固体粒子が液体中の懸濁液から追い出され、ローターの壁に押し付けられます。 きれいな液体は垂直ローターの底部から排出されます。 定期的に、供給ポンプが停止され、「スクレープ サイクル」が開始されます。ブレードがボウルの内部に向かって持ち上げられ、捕捉された固体がすべて収集されます。
これまで多くのユーザーは、メンテナンスが難しいことが判明したため、スクレーパーボウル遠心分離機を敬遠していました。 それは、古いスクレーパーボウルの設計はモーターとドライブトレインの冗長配置に依存しており、複雑なクラッチインターロックと頻繁な整備が必要だったからです。 Trucent の S シリーズの液体固体工業用遠心分離機は、この複雑さを解消しました。 S シリーズは、オペレータの関与を最小限に抑え、手間のかからない信頼性の高い操作を実現するためにゼロから構築されています。
