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1 过滤技术难处理的发酵液如何处理2 液液分离，并含少量固体颗粒3 细胞器的分离4 大分子物质分子量的测定5 DNA 半保留复制

第四章第四章 离心分离 离心分离 114.1 概论 4.2 离心分离原理 4.3 离心技术分类 4.4 管式离心机 4.5 多室离心机（管式离心机的变形） 4.6 碟式离心机 4.7 螺旋卸料沉降离心机 4.8 离心过滤 4.9 离心设备的选择 4.10 超速离心技术

4.14.1 概论概论

4.24.2 离心分离原理离心分离原理 离心力：

Stock’s Force( 粘滞吃力 ) ：

离心沉降速度：

分离因子定义 Fr ：离心力 / 重力加速度 (g) 的比值

意义：衡量离心设备的离心程度的重要技术参数，用于离心机的分类

4.34.3 离心技术分类离心技术分类按分离因子 Fr 分类 1) 、常速离心机 Fr < 3,000g

三足沉降式 : 500-1000g

螺旋卸料式： 1200-3000g

2) 、中速离心机， Fr = 3,000 — 5,000g

多室离心机： 2000-8000g

碟片式离心机： 3000-10000g

3) 、高速离心机， Fr = 5,000 — 20,000g

多室离心机： 2000-8000g

碟片式离心机： 3000-10000g

管式离心机： >8000-15000g

4) 、超速离心机， Fr = 20,000 — 1,000,000g

4.34.3 离心技术分类离心技术分类用途分类 1) 、分析性：超速离心机 2) 、制备性： A 、实验室用； B 、工业用工业应用分类 1) 、管式离心机 2) 、多室离心机（管式离心机的变形） 3) 、碟式离心机：Ａ、人工排渣式 , Ｂ、喷嘴排渣式 , Ｃ、

活塞排渣式 4) 、螺旋卸料沉降离心机 5) 、离心过滤 6) 、三足式离心机

4.44.4 管式离心机管式离心机操作：应用： A 、液 - 液分离 ( 连续式 ) ， B 、低固

体含量 (<1%) 的固 - 液分离 ( 间歇式 ) 。主要技术指标： A 、离心管直径 40-150mm ，

长径比 4-8 ； B 、离心强度 8000—15000g ；C 、处理能力 100-400 L/h ； D 、适应的颗粒直径 0.01-100m ，固液密度差大于 0.01g/cm3 ，固体含量小于 1%

优点： A 、结构简单，价廉， B 、分离效果好，分离因子高 8000—15000g

缺点： A 、处理能力有限 ; B 、低固体含量的悬浮液 (<1%)

4.44.4 管式离心机管式离心机沉降计算粒子在 Z-axis 上的移动速度：

粒子在 r-axis 上的移动速度 :

粒子的运动轨迹：

4.44.4 管式离心机管式离心机清除条件：最难分离的粒子在入口： Z=0 ， r=R1; 在出口：

Z=H, r =R0 。按进入和离开的边界条件，将上式积分得：

在大多数条件下，由于液层很薄， R0 Rl ，上式可简化为：

意义： A 、最大流量 Qmax 与离心机特征 (H, R0, Rl, ) 的关系，超过最大流量，粒子不能被清除； B 、离心机设计、放大和操作的基础。

4.54.5 多室离心机多室离心机 (( 管式离心机的变形管式离心机的变形 )) 操作：应用： A 、抗生素的液 - 液萃取分离， B 、

固相浓度小于５％的固—液分离，如酒类和果汁的澄清。

主要技术参数： A 、 3-7 个分离室， B 、分离因子 2000-8000g ， C 、处理能力 2.5-10 m3/h ， D 、颗粒 d >0.1m ， E 、固体浓度 < ５％。

优点 ( 与管式比较 ) ： A 、加强功能：分离液流程、沉降面积、流层减薄、沉降距离减小； B 、颗粒的筛分作用：粗颗粒沉降到内层分离室，细颗粒沉降到外层分离室 .

缺点：沉淀清理困难。

4.64.6 碟式离心机碟式离心机 化学、制药和生化工业应用最广泛

特点：A 、 10-100 个锥顶角为 60-100 Ｃ的锥形碟片；B 、碟片距很短 0.5-2.5mm ，沉降距离极短，

分离效果高；C 、碟片多，沉降面积大，增加分离效果；D 、抗对流效果高。

分类：Ａ、人工排渣式 ;Ｂ、喷嘴排渣式 ;

C 、活塞排渣式。

Ａ、人工排渣碟片离心机Ａ、人工排渣碟片离心机操作：应用： A 、液 - 液分离，并含少量固体，

B 、固 - 液分离，固相含量小于２ % ，C 、澄清操作。

主要技术指标： A 、分离因子 10000g 以上； B 、适应的颗粒直径 0.02—20m ，固体含量小于２ % ， C 、 < 100t/h 。

优点： A 、分离因子达 10000g 以上， B 、特别适合于含少量细颗粒的液液分离。

缺点： A 、转鼓与碟片之间空隙大，不易发挥离心机的高效分离性能； B 、停车清洗，生产效率低，劳动强度大。

Ｂ、喷嘴排渣碟片离心机Ｂ、喷嘴排渣碟片离心机操作：应用：多用于 cell 浓缩，浓

缩比在 5-20 。主要技术指标： A 、分离因

子 5000g 左右； B 、适应的颗粒直径 0.1-100m ，固体含量 <25% ， C 、喷嘴 2-24 个， D 、转鼓 d< 900mm

优点： A 、颗粒富积好， B 、处理量大，可达 300t/h 。

缺点： A 、分离因子 5000g ，低，不适合于小颗粒的分离； B 、富积的颗粒含水量大。

Ｃ、活塞排渣碟片离心机Ｃ、活塞排渣碟片离心机操作：应用：多种颗粒的分离 (0.

1--500m 颗粒 ) ，固体含量 <10%, 应用范围最广

主要技术指标： A 、分离因子 5000-9000g ； B 、 适应 的 颗 粒 直 径 0.1—500m ，固体含量 <10% ， C 、处理量达 40t/h ， D 、固液密度差 0.01g/cm3 。

优点： A 、颗粒富积好， B 、处理量较大 40t/h 。

缺点： A 、富积的颗粒含水量大； B 、不适合于高固体含量的发酵液 (>10%) 。

4.64.6 碟式离心机碟式离心机 最大流量计算

4.74.7 螺旋卸料沉降离心螺旋卸料沉降离心操作：立式，卧式

应用： A 、高浓度的大颗粒的固液分离 ( 达 50%, 2um-5mm) ，如淀粉精制和污水处理。

主要技术指标： A 、分离因子小于 6000g ； B 、适应的颗粒直径 2um-5mm ，固体含量 1-50% ， C 、固液密度差 0.05g/cm3 ， D 、转鼓直径 --900mm 。

优点： A 、操作温度高 300C 大； B 、处理量大，可达 60t/h 。

缺点：分离因子小于 6000g ，不适合于小颗粒的分离。

4.74.7 螺旋卸料沉降离心机螺旋卸料沉降离心机

沉降计算：

4.84.8 离心过滤离心过滤原理 :

4.84.8 离心过滤离心过滤 计算流量方程：

注：流量为非常数，时间增加，滤饼厚度增加，而流量减小。滤饼形成时间方程：

意义：得到滤饼厚度 (R0-RC)所需时间，用于工艺放大 Q

4.94.9 离心设备的选择离心设备的选择

基本参数 选择颗粒 d, 固液差 , 基本型号

固体物浓度 亚型

产物热稳定性 低温离心

流量 Q, 规模 规格、台数

气溶胶 , 活 cell 密封灭菌设计

4.14.1 概论概论固液分离：第一选择为过滤，第二选择离心分离。

应用：A 、难过滤的发酵液： d 小、大、过滤 U慢、甚至不能过

滤的悬浮液，以及忌用助滤剂、或助滤剂无效的悬浮液；B 、其他难分离的固液分离；C 、互不相溶液—液分离，如液液萃取；D 、不同密度固体或乳浊液的密度梯度分离，如超离心分离缺点：A 、分离得到的不是滤饼一样的半干物，而是浆状物；B 、处理量小；C 、设备复杂，价格贵，分离成本高。操作形式：A 、离心沉降； B 、离心过滤； C 、密度梯度 ( 超离心 ) 。

4.10 4.10 超速离心技术超速离心技术 超速离心机：分离因子在 100,000g 以上的离心设备 沉降系数 (sedimentation coefficient, S = Svedbergs = 10-13 s) ：S 计算：

颗粒在 20C 水中的 Sw,20 为

v 为溶质 ( 颗粒 ) 的单位质量的体积 , w,20 和 L,T 分别为 20 C 的水和 T C 溶剂的黏度， w,20 和 L,T 分别为 20 C 的水和 T C 溶剂的密度。

Sw,20 与溶质（颗粒）浓度有关： 为 c0时的沉降系数 (20 C 的水 ), k 为常数

4.10 4.10 超速离心技术超速离心技术 11

操

作

模

式

4.10 4.10 超速离心技术超速离心技术 -- 应用应用A. 测定分子量 :

B. 大分子的纯度鉴定C. 大分子的构相变化D. DNA 半保留复制

物质 分子量 S0w,20

细胞色素 c 12400 1.18

肌红蛋白 16900 2.04

胰班白酶 23000 2.50

尿激酶 32000 2.70

卵白蛋白 45000 3.70

4.10 4.10 超速离心超速离心 -DNA-DNA 半保留复制半保留复制

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