離心分離機的工作原理是利用離心力，將液體與固體顆粒或液體與液體的混合物進行分離各組分的機械，又稱離心機。
離心分離機大部分時候用于將懸浮液中的固體顆粒與液體分開；或將乳濁液中兩種密度不同，又互不相溶的液體分開(例如從牛奶中分離出奶油)；它也可用于排除濕固體中的液體，例如用洗衣機甩干濕衣服；特殊的超速管式分離機還可分離不同密度的氣體混合物，例如濃縮、分離氣態六氟化鈾；利用不同密度或粒度的固體顆粒在液體中沉降速度不同的特點，有的沉降離心機還可對固體顆粒按密度或粒度進行分級。離心分離機大量應用于化工、石油、食品、制藥、選礦、煤炭、水處理和船舶等部門。
中國古代，人們用繩索的一端系住陶罐，手握繩索的另一端，旋轉甩動陶罐，產生離心力擠壓出陶罐中漿果的汁液，這就是離心分離原理的早期應用。
工業離心機誕生于歐洲，比如19世紀中葉，先后出現紡織品脫水用的三足式離心機，和制糖廠分離結晶砂糖用的上懸式離心機。這些最早的
離心機都是間歇操作和人工排渣的。由于卸渣機構的改進，20世紀30年代出現了連續操作的離心機，間歇操作離心機也因實現了自動控制而得到發展。
1879年，瑞典的拉瓦爾發明第一臺從牛奶中分離奶油的分離機，它的轉鼓僅是一個空心的圓筒。后來轉鼓內增加了軸向疊置的圓錐形碟片，使分離效果顯著改善，并增大了處理能力，這一技術進展導致碟式分離機迅速發展。離心分離機的轉速則逐漸由低速向高速發展，轉鼓直徑也逐漸增大，改善了分離效果，提高了處理能力。
工業用離心分離機按結構和分離要求，可分為過濾離心機、沉降離心機和分離機三類。分離機僅適用于分離低濃度懸浮液和乳濁液，包括碟式分離機、管式分離機和室式分離機。
離心分離機有一個繞本身軸線高速旋轉的圓筒，稱為轉鼓，通常由電動機驅動。懸浮液(或乳濁液)加入轉鼓后，被迅速帶動與轉鼓同速旋轉，在離心力作用下各組分分離，并分別排出。通常，轉鼓轉速越高，分離效果也越好。
離心分離機的作用原理有離心過濾和離心沉降兩種。離心過濾是使懸浮液在離心力場下產生的離心壓力，作用在過濾介質上，使液體通過過濾介質成為濾液，而固體顆粒被截留在過濾介質表面，從而實現液-固分離；離心沉降是利用懸浮液(或乳濁液)密度不同的各組分在離心力場中迅速沉降分層的原理，實現液-固(或液-液)分離。
還有一類實驗分析用的分離機，可進行液體澄清和固體顆粒富集，或液-液分離，分離粒度達0.1～0.5微米。比如常用的試管分離機，其轉速為3000～20000轉/分，裝等量料液的玻璃試管對稱插入擺架或角形轉子的凹穴中，在離心力作用下料液在試管內沉降分層。超高速分析用分離機采用小直徑沉降轉鼓。這類分離機有常壓、真空、冷凍條件下操作的不同結構型式。
衡量離心分離機分離性能的重要指標是分離因數。它表示被分離物料在轉鼓內所受的離心力與其重力的比值，分離因數越大，通常分離也越迅速，分離效果越好。工業用離心分離機的分離印數一般為100～20000，超速管式分離機的分離印數可高達62000，分析用超速分離機的分離印數最高達610000。決定離心分離機處理能力的另一因素是轉鼓的工作面積，工作面積大處理能力也大。
過濾離心機和沉降離心機，主要依靠加大轉鼓直徑來擴大轉鼓圓周上的工作面；分離機除轉鼓圓周壁外，還有附加工作面，如碟式分離機的碟片和室式分離機的內筒，顯著增大了沉降工作面。
此外，懸浮液中固體顆粒越細則分離越困難，濾液或分離液中帶走的細顆粒會增加，在這種情況下，離心分離機需要有較高的分離因數才能有效地分離；懸浮液中液體粘度大時，分離速度減慢；懸浮液或乳濁液各組分的密度差大，對離心沉降有利，而懸浮液離心過濾則不要求各組分有密度差。
選擇離心分離機須根據懸浮液(或乳濁液)中固體顆粒的大小和濃度、固體與液體(或兩種液體)的密度差、液體粘度、濾渣(或沉渣)的特性，以及分離的要求等進行綜合分析，滿足對濾渣(沉渣)含濕量和濾液(分離液)澄清度的要求，初步選擇采用哪一類離心分離機。然后按處理量和對操作的自動化要求，確定離心機的類型和規格，最后經實際試驗驗證。
通常，對于含有粒度大于0.01毫米顆粒的懸浮液，可選用過濾離心機；對于懸浮液中顆粒細小或可壓縮變形的，則宜選用沉降離心機；對于懸浮液含固體量低、顆粒微小和對液體澄清度要求高時，應選用分離機
離心分離機未來的發展趨勢將是強化分離性能、發展大型的離心分離機、改進卸渣機構、增加專用和組合轉鼓離心機、加強分離理論研究和研究離心分離過程最佳化控制技術等。
強化分離性能包括提高轉鼓轉速；在離心分離過程中增加新的推動力；加快推渣速度；增大轉鼓長度使離心沉降分離的時間延長等。發展大型的離心分離機，主要是加大轉鼓直徑和采用雙面轉鼓提高處理能力使處理單位體積物料的設備投資、能耗和維修費降低。理論研究方面，主要研究轉鼓內流體流動狀況和濾渣形成機理，研究最小分離度和處理能力的計算方法。
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