Zentrifugentyp

Zentrifugen sind Geräte, die die Zentrifugalkraft nutzen, um Flüssigkeiten von Feststoffpartikeln oder Komponenten in Flüssigkeitsgemischen zu trennen. Sie lassen sich anhand von Zweck, Aufbau, Trennprinzip usw. in verschiedene Typen unterteilen. Im Folgenden werden gängige Klassifizierungen und Merkmale von Zentrifugen beschrieben:

1. Klassifizierung nach dem Trennungsprinzip:

1. Filterzentrifugen

- **Prinzip**: Die Zentrifugalkraft treibt die Flüssigkeit in der Suspension durch Filtermedien (Filtertuch, Sieb usw.) und hält dabei feste Partikel zur Trennung zurück.

- **Eigenschaften**: Geeignet für Suspensionen mit größeren Partikeln (>5μm) und hohem Feststoffgehalt (>10%), wie z. B. die Trennung von Gips- oder Saccharosekristallen.

- **Gemeinsame Ausrüstung**: Drei-Fuß-Zentrifugen, 刮刀卸料离心机 (Kratzerentladungszentrifugen).

2. Sedimentationszentrifugen

- **Prinzip**: Die Zentrifugalkraft bewirkt, dass sich Komponenten mit unterschiedlicher Dichte in Suspensionen oder Emulsionen absetzen und Schichten bilden (z. B. Feststoffpartikelsedimentation oder Flüssig-Flüssig-Trennung).

- **Eigenschaften**: Geeignet zur Trennung von Feinstpartikeln (<5μm) oder nicht mischbaren Flüssigkeiten, z. B. bei der Abwasserbehandlung, der Rohölentwässerung und der Trennung biologischer Proben.

- **Gemeinsame Ausrüstung**:

- **Röhrenzentrifugen**: Hochgeschwindigkeitsrotation (15.000–50.000 U/min), verwendet zur Trennung von extrem feinen Partikeln oder Emulsionen (z. B. Blutplasma, Entschleimung von Pflanzenöl).

- **Scheibenzentrifugen**: Übereinander gestapelte konische Scheiben beschleunigen die Sedimentation und eignen sich für die Flüssig-Flüssig-Trennung (z. B. Öl-Wasser-Trennung) oder die Flüssig-Fest-Flüssig-Dreiphasentrennung (z. B. Entfernung von Bodensatz in Milchprodukten).

- **Horizontale Schneckenzentrifugen (Dekanter)**: Kontinuierlicher Betrieb, Austrag der Feststoffe mittels einer Schnecke, häufig eingesetzt in der industriellen Abwasserbehandlung und Lebensmittelverarbeitung (z. B. Saftklärung).

2. Klassifizierung nach Drehzahl:

1. **Langsamlaufende Zentrifugen**

- **Drehzahl**: <3.000 U/min

- **Zweck**: Trennung großer fester Partikel oder Ausfällungen, wie z. B. Bluttrennung bei klinischen Tests oder Hefezellgewinnung.

2. **Mittelschnelle Zentrifugen**

- **Drehzahl**: 3.000–15.000 U/min

- **Zweck**: Trennung biologischer Proben (z. B. Zellen, Bakterien) und Dehydratisierung chemischer Rohstoffe.

3. **Hochgeschwindigkeitszentrifugen**

- **Drehzahl**: 15.000–50.000 U/min

- **Zweck**: Trennung von Feinstpartikeln oder hochreinen Proben, wie z. B. bei der Proteinreinigung und Virusforschung (erfordert eine Kühlfunktion, um eine Denaturierung der Probe zu verhindern).

4. **Ultrazentrifugen**

- **Drehzahl**: >50.000 U/min (bis zu 1.000.000 U/min)

- **Zweck**: Trennung auf molekularer Ebene (z. B. DNA/RNA-Zentrifugation, Kolloidpartikelanalyse), durchgeführt im Vakuum, um Wärme und Widerstand zu reduzieren.

**3. Klassifizierung nach Betriebsart**

1. **Chargenzentrifugen**

- **Eigenschaften**: Chargenbetrieb, der eine manuelle oder automatische Steuerung der Zuführungs-, Trenn- und Austragsprozesse erfordert; geeignet für die Produktion kleiner Chargen oder verschiedener Sorten.

- **Ausrüstung**: Drei-Fuß-Zentrifugen, Kolbenschieber.

2. **Kontinuierliche Zentrifugen**

- **Eigenschaften**: Kontinuierliche Materialzufuhr und -abfuhr, hoher Automatisierungsgrad, geeignet für die Großproduktion.

- **Ausrüstung**: Dekanter, Scheibenseparatoren, Spiralentladungs-Filterzentrifugen.

4. Klassifizierung nach Struktur und Abflussmethode**

1. **Drei-Fuß-Zentrifugen**

- **Struktur**: Körper an drei Füßen aufgehängt, gute Vibrationsdämpfung, manuelle oder automatische Entladung.

- **Zweck**: Labor- oder industrielle Kleinserienproduktion (z. B. Pharmazeutika, Chemikalien), geeignet für die Verarbeitung verformbarer Partikel.

2. **Schaberentladungszentrifugen**

- **Eigenschaften**: Nach der Trennung entfernt ein Abstreifer automatisch Feststoffe. Geeignet für klebrige oder nicht fließfähige Materialien (z. B. Salze, Harze).

3. **Kolben-Schubzentrifugen**

- **Eigenschaften**: Kontinuierlicher Austrag durch periodisches Kolbenschieben von Feststoffen, geeignet für gleichmäßige, frei fließende Partikel (z. B. Harnstoff, Zucker).

4. **Zentrifugalfiltermaschinen**

- **Kombiniert Filtration und Zentrifugation**: Zuerst wird gefiltert, dann zentrifugiert, um den Feststofffeuchtigkeitsgehalt zu erhöhen; wird unter anderem bei der Aufbereitung von Bergwerksabfällen und der Stärkeentwässerung eingesetzt.

**5. Spezialzentrifugen**

1. **Laborzentrifugen**

- **Typen**: Kleine Tischzentrifugen, Kühlzentrifugen (halten niedrige Temperatur aufrecht, um den Abbau biologischer Proben zu verhindern), Mikrozentrifugen (verarbeiten Proben im μL-Bereich).

- **Zweck**: Medizinische Tests, molekularbiologische Experimente (z. B. Trennung von PCR-Produkten).

2. **Industriezentrifugen**

- **Anwendungsbereiche**: Chemie, Lebensmittel, Pharmazie, Umwelt (z. B. Schlammentwässerung), Mineralverarbeitung usw.

- **Eigenschaften**: Hohe Verarbeitungskapazität, Korrosionsbeständigkeit, anpassbare explosionsgeschützte Ausführung.

3. **Biopharmazeutische Zentrifugen**

- **Anforderungen**: Aseptisches Design, einfache Reinigung (CIP/SIP-Inline-Reinigung und -Sterilisation), geeignet zur Trennung biologischer Produkte wie Impfstoffe und Antikörper.

4. **Überkritische Fluidzentrifugen**

- **Prinzip**: In Kombination mit der überkritischen Fluidtechnologie wird es zur Trennung wärmeempfindlicher Stoffe eingesetzt (z. B. bei der Gewinnung von Naturprodukten).

**6. Klassifizierung nach Trennphase**

- **Fest-Flüssig-Trennung**: z. B. Schlammentwässerung in der Abwasserbehandlung, Mineralaufbereitung.

- **Flüssig-Flüssig-Trennung**: z. B. Öl-Wasser-Trennung, Trennung von organischen Lösungsmitteln und Wasser.

- **Flüssig-Fest-Flüssig-Trennung**: z. B. Abtrennung feiner Feststoffpartikel aus Emulsionen (z. B. Entfernung von Saftrückständen).

**Wichtige Auswahlkriterien**

Bei der Auswahl einer Zentrifuge sollten Sie Folgendes beachten:

1. **Materialeigenschaften**: Partikelgröße, Konzentration, Viskosität, Korrosivität, thermische Empfindlichkeit.

2. **Trennziele**: Ausbeute, Reinheit, Anforderungen an den Feuchtigkeitsgehalt.

3. **Durchsatz**: Anforderungen an die Chargen- oder kontinuierliche Produktion.

4. **Kosten**: Investitionskosten für die Ausrüstung, Energieverbrauch, Wartungskosten.

5. **Sicherheit und Konformität**: Explosionsgeschützt, aseptisch, Umweltstandards (z. B. Abwassereinleitungsstandards).

Beispielsweise werden in Laboren Langsamlaufzentrifugen zur Bluttrennung, Dekanter zur Entwässerung von industriellem Abwasserschlamm und Ultrazentrifugen mit Kühlung zur Trennung hochreiner biologischer Proben eingesetzt.