生物材料的预处理和细胞破碎及固液分离.pptVIP

centrigugalseparation离心分离第62页，共106页，星期日，2025年，2月5日在生物技术产业中，微生物发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液或各种提取液，常常是由固相(固形物)与液相组成的悬浮液，这种悬浮液的液-固分离是生化产品生产过程中的重要操作之一，其分离方法除了前面介绍的过滤分离外，还有一种非常有效的分离方法-离心分离。它是利用惯性离心力和物质的沉降系数或浮力密度的不同而进行的一项分离、浓缩或提炼操作。第63页，共106页，星期日，2025年，2月5日离心分离对那些固体颗粒很小或液体粘度很大，过滤速度很慢，甚至难以过滤的悬浮液十分有效，对那些忌用助滤剂或助滤剂使用无效的悬浮液的分离，也能得到满意的结果。但是离心分离结果得到的是浆状物而不是干的滤饼，而且存在离心设备复杂、价格昂贵的缺点。离心分离不但可用于悬浮液中液体或固体的直接回收,而且可用于两种互不相溶液体的分离,如液-液萃取，和不同密度固体或乳浊液的分离，如制备超离心技术等。第64页，共106页，星期日，2025年，2月5日离心分离可分为以下三种形式：①离心沉降，利用固液两相的相对密度差，在离心机无孔转鼓或管子中进行悬浮液的分离操作；②离心过滤，利用离心力并通过过滤介质，在有孔转鼓离心机中分离悬浮液的操作；③离心分离和超离心，利用不同溶质颗粒在液体中各部分分布的差异，分离不同相对密度液体的操作。第65页，共106页，星期日，2025年，2月5日1离心沉降

1.1离心沉降的原理最终沉降速率与粒子直径的平方成正比，与粒子和流体的密度差成正比，而与流体的粘度成反比；也就是说粒子的沉降速度仅仅是液体性质及粒子本身特性的函数。固体的沉降离心沉降的基础是固体的沉降。当固体粒子在连续流体中沉降时，受到两种力的作用，一种是连续流体对它的浮力，另一种是流体对运动粒子的粘滞力。当这两种力达到平衡时，固体粒子将保持匀速运动。第66页，共106页，星期日，2025年，2月5日第67页，共106页，星期日，2025年，2月5日1.2离心沉降设备沉降式离心机，包括实验室用瓶式离心机和工业用无孔转鼓离心机，其中无孔转鼓离心机又有管式、多室式、碟片式以及卧螺式(decanter)等几种型式，见下图。①瓶式离心机：这是一类结构最简单的实验室常用的低、中速离心机，转速一般在3000～6000rpm，其转子常为外摆式或角式，操作一般在室温下进行，也有配备冷却装置的冷冻离心机。图离心沉降设备类型第68页，共106页，星期日，2025年，2月5日②管式离心机：分为液-液分离的连续式管式离心机和液-固分离的间歇式管式离心机，它结构简单，仅是一根直管形的转筒,其直径较小，长度较大，转速很高，可达到50000rpm，从而产生强大的离心力，除此之外它还可以冷却，这有利于蛋白质的分离。操作时，悬浮液或乳浊液从管底加入，被转筒的纵向肋板带动与转筒同速旋转，上清液在顶部排出，固体粒子沉降到筒壁上形成沉渣和粘稠的浆状物。运转一段时间后，当出口液体中固体含量达到规定的最高水平，澄清度不符合要求时，需停机清除沉渣后才能重新使用，因此操作是间歇式的。管式离心机转筒一般直径为40～150mm，长径比为4～8，离心力强度可达15000～65000，处理能力为0.1～0.4m3/h，适合的固体粒子粒径为0.01～100μm，固液密度差大于0.01g/cm3，体积浓度小于1%的难分离悬浮液，常用于微生物菌体和蛋白质的分离等。教材P51页第69页，共106页，星期日，2025年，2月5日③多室式离心机：多室式离心机的转鼓内有若干同心圆筒组成若干同心环状分离室(见图），这样可加长分离液体的流程，使液层减薄，以增加沉降的面积，减少沉降的距离，这同时还具有粒度筛分的作用，悬浮液中的粗颗粒沉降到靠近内部的分离室壁上，细颗粒则沉降到靠近外部的室壁上,澄清的分离液经溢流口或由向心泵排出。多室离心机的出渣比较困难，一般在运转一段时间后，待分离液澄清度不符合要求时，停机清理。这种离心机有3-7个分离室,离心力强度为2000～8000，处理能力为2.5～10m3/h。适于处理直径大于0.1μm的颗粒，固相浓度小于5％的悬浮液，常用于抗菌素液-液萃取分离，果汁和酒类饮料的澄清等。图多室式离心机的构造第70页，共106页，星期日，2025年，2月5日④碟片式离心机：这是一种应用最为广泛的离心机，它有一密封的转鼓，内装十至上百个锥顶角为60～100o锥形碟片，悬浮液由中心进料管进入转鼓，从碟片外缘进入碟片间隙向碟片内缘流动，由于碟片间隙很小，形成薄层分离固体颗粒的沉降距离极短，分离效果较好。颗粒沉降到碟片内表面上后