第三节 离心分离与离心机.pptVIP

第三节 离心分离与离心机 一、离心分离原理 二、离心机 问题讨论与练习 三、离心机的选择 问题讨论与练习 * 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 1.离心分离 　　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) 2.离心分离原理 　　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”？ 3.分离因数 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。 1.离心机的分类 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。 目前必威体育精装版式的超速离心机的Kc 值可达 5×105 以上，可用于分离胶体颗粒、破坏乳浊液等。 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