第三节 离心分离与离心机.ppt

第三节离心分离与离心机
一、离心分离原理
二、离心机
三、离心机的选择
Leave the heart separation with leave the scheming
一、离心分离原理

所谓离心分离,就是利用离心力的作用,将非均相混合物进行分离的一种操作。
在生物化工生产中,对固-液或液-液非均相混合物的分离主要有离心过滤和离心沉降两种操作。
离心过滤主要是对悬浮液的液-固分离,是使悬浮液在离心力场下产生的离心压力,作用在过滤介质上,使液体通过过滤介质成为滤液,而固体颗粒被截留在过滤介质表面,从而实现液-固分离的一种操作。
离心沉降则是利用悬浮液(或乳浊液)密度不同的各组分在离心力场中迅速沉降分层的原理,实现液-固(或液-液)分离的一种操作。
例如:谷氨酸的发酵生产
北京棒杆菌
孢子培养
成熟孢子
种子培养
种子
(生产用)
发酵
滤液
发酵液
离心分离
(过滤)
滤渣
进一步分离纯化
(L-谷氨酸)产品
淀粉
液化(水解)
α-淀粉酶
水解液
糊精、低聚糖
糖化(水解)
糖化酶
糖化液
(培养基)
谷氨酸纳
(味精)
HOOC—CH2—CH2—CH—COOH
NH2
又如:岩白菜素的提取纯化
纯化
脱色
浸提液
(过滤)
材料
(岩白菜、岩陀)
预处理
(粉碎)
分离提取
浓缩
浓缩液
离心分离
结晶
(过滤)
离心分离
干燥
产品
(岩白菜素)

当含有细小颗粒的悬浮液静置不动时,由于重力场的作用使得悬浮的颗粒逐渐下沉,颗粒的密度越大,下沉越快;反之,当颗粒的密度比液体小,则颗粒就会上浮,颗粒的密度越小,上浮越快。
颗粒的沉降运动
u沉
u浮
我们知道,颗粒在重力场下的运动速度与颗粒的大小、形态和密度有关,并且又与重力场的强度及液体的粘度有关。
此外,颗粒在介质中沉降时还伴随有扩散现象。扩散与颗粒的大小有关,颗粒越小,扩散现象越显著。
⑴静置体系的颗粒运动
颗粒的扩散是无条件的,绝对的;而沉降是相对的,有条件的,要受到外力才能运动。
当我们对含有细小颗粒的悬浮液施加一个指向容器底部的离心力后,在离心力的作用下迫使这些颗粒克服扩散,加速沉降运动。
⑵离心力作用下的颗粒运动
在离心分离实际操作中,由于离心机可产生很大的离心力(远远大于重力),故可用来分离一般方法难以分离的悬浮液或乳浊液。
衡量离心分离机分离性能的重要指标是分离因数。
u沉
旋转运动v’
离心分离就是利用离心机转子高速旋转产生的强大的离心力,加快液体中颗粒的沉降速
度,把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。
What is the“separation factor”?

所谓分离因数是指物料所受的离心力与重力之比值,也等于离心加速度与重力加速度之比值。即:
Kc = f(离心力)/w(重力)
由于:
f离= m(uT2/R) (详见:第一节沉降分离原理与沉降设备)
w重= m·g
则:
Kc = = uT2/(g·R)
m·(uT2/R)
m·g
式中,uT是物料在径向上的相对速度,m/s;R是旋转半径,m;uT2/R就是离心加速度,m/s2。
二、离心机

离心机有多种分类方法,如:根据操作方式可将其分为间歇操作式离心机和连续操作式离心机;根据离心机转鼓结构,可将其分为立式离心机和卧式离心机等。若根据离心机的分离因数,则可将离心机分为常速离心机、高速离心机和超速离心机三类。
⑴常速离心机
分离因数 Kc < 3×103(一般为600-1200)
常速离心机的转速较低(Fr = 1000-3500),转鼓直径较大,常用于分离粗粒子悬浮液。
例如:对血浆、血清、尿、疫苗制备及分离;细胞、细胞碎片以及培养基残渣等固形物的分离等。
⑵高速离心机
分离因数 Kc < 3×103-5×104
高速离心机的转速较高(Fr = 3500-50000),转鼓直径较小,主要用于分离细微粒子悬浮液。
例如:对各种生物细胞、病毒、血清蛋白等的分离、浓缩等;对有机物溶液、无机物溶液、悬浮液及胶体溶液的分离、浓缩等。
⑶超速离心机
分离因数 Kc > 5×104
超速离心机的转速高(Fr > 50000),转鼓为细长管式。超速离心机是分离、纯化细胞、病毒、蛋白、核酸和酶的最方便最有效的离心设备。
目前最新式的超速离心机的Kc 值可达 5×105 以上,可用于分离胶体颗粒、破坏乳浊液等。
问题讨论与练习
3-7 为什么说“分离因数”是衡量离心分离机分离性能的重要指标?
3-8 为什么离心机的转速越大,其分离因数越大?