生物分離工程技術(shù)第三章固-液分離技術(shù)-第二講離心技術(shù)

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1、生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù)生 物 分 離 （ 工 程 ） 技 術(shù)主 講 ： 吳 元 喜E-mail: 聯(lián) 系 電 話 ： 027-877923042010年 8月 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 一 般 生 物 工 業(yè) 過(guò) 程 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 提 取 精 制 的 優(yōu) 化 目 標(biāo) 和 工 藝設(shè) 計(jì) 總 的 目 標(biāo) ： 高 產(chǎn) 率 、 品 質(zhì) 優(yōu) 、 低 成 本 、 操 作 簡(jiǎn) 便 、 無(wú) 環(huán) 境 污 染 。 常 用 單 元 操 作 出 現(xiàn) 頻 率 ： 離 子 交 換 75 ； 親 和 過(guò) 程 60 ； 沉 淀 分 離 57 ； 凝 膠 過(guò) 濾 層 析 50 ； 其

2、 他 方 法 33 。 單 元 操 作 的 選 擇 要 求 ： 工 藝 前 期 ： 不 要 求 分 辨 能 力 高 ， 但 要 求 負(fù) 荷 能 力 大 工 藝 后 期 ： 分 辨 能 力 和 回 收 能 力 盡 可 能 高 ， 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 生 物 工 業(yè) 下 游 技 術(shù) 一 般 工 藝 過(guò) 程 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 第 三 章 固 -液 分 離 技 術(shù) 第 一 講 過(guò) 濾 技 術(shù) 第 二 講 離 心 技 術(shù) 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 第 二 講 離 心 分 離 技 術(shù)一 、 概 述二 、 離 心 分 離 原 理 三 、 離 心 操 作 注 意 事

3、 項(xiàng)四 、 思 考 題 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 一 、 概 述1、 前 言2、 離 心 的 形 式 和 目 的 3、 離 心 機(jī) 的 分 類 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 1、 前 言 1924年 Svedberg（ 瑞 典 ） 設(shè) 計(jì) 并 制 造 出 可 產(chǎn)生 相 當(dāng) 于 5000倍 地 球 引 力 的 離 心 機(jī) 。 1926年 獲 得 諾貝 爾 化 學(xué) 獎(jiǎng) 離 心 技 術(shù) 主 要 用 于 各 種 生 物 樣 品 的 分 離 和 制 備 ，生 物 樣 品 懸 浮 液 在 高 速 旋 轉(zhuǎn) 下 ， 由 于 巨 大 的 離 心 力作 用 ， 使 懸 浮 的 微 小 顆 粒 （

4、細(xì) 胞 器 、 生 物 大 分 子 的沉 淀 等 ） 以 一 定 的 速 度 沉 降 ， 從 而 與 溶 液 得 以 分 離 。沉 降 速 度 取 決 于 顆 粒 的 質(zhì) 量 、 大 小 和 密 度 。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 顆 粒 的 沉 降 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 顆 粒 的 沉 降 （ 續(xù) ） 在 稀 溶 液 中 ， 作 用 于 單 個(gè) 球 形 微 粒 上 的 阻 力 FD， 可 用Stocks(斯 托 克 斯 )定 律 表 示 ：顆 粒 較 小 時(shí) ， 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù)顆 粒 的 沉 降 （ 續(xù) ） 當(dāng) Re 1時(shí) ， 阻 力 表 示 為 ：

5、 是 摩 擦 系 數(shù)f 當(dāng) 球 形 粒 子 在 介 質(zhì) 中 開(kāi) 始 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) 速 度 較 小 ， 作 用 其 上 的阻 力 亦 較 小 。 當(dāng) 阻 力 與 浮 力 平 衡 時(shí) ， 微 粒 加 速 度 為 零 。 微 粒運(yùn) 動(dòng) 速 度 方 程 為 ：重 力 沉 降 時(shí) ， 微 粒 加 速 度 即 重 力 加 速 度 ， 即g為 重 力 加 速 度 常 數(shù) ， m/s 2離 心 沉 酵 時(shí) ， 微 粒 運(yùn) 動(dòng) 速 度 方 程 為 ：轉(zhuǎn) 鼓 回 轉(zhuǎn) 角 速 度 ， r s轉(zhuǎn) 鼓 中 心 軸 線 與 微 粒 間 距 離 ， m 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 2、 離 心 的 形 式 和 目 的

6、離 心 的 形 式 離 心 過(guò) 濾 ： 在 有 孔 轉(zhuǎn) 鼓 的 離 心 機(jī) 小 通 過(guò)過(guò) 濾 介 質(zhì) 分 離 懸 浮 液 ； 離 心 沉 降 ： 利 用 固 液 兩 相 比 重 的 差 異 在離 心 機(jī) 無(wú) 孔 轉(zhuǎn) 鼓 或 管 子 中 進(jìn) 行 懸 浮 液 沉 降 分 離 (如 用 于 凈 制 含 少 量 固 體 的 液 體 時(shí) 也 稱 離 心 澄 清 )； 離 心 分 離 ： 利 用 不 同 溶 質(zhì) 顆 粒 在 液 體 各部 分 分 布 的 差 異 ， 分 離 不 同 比 重 液 體 。離 心 的 目 的 固 -液 分 離 、 液 -液 分 離 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù)3、 離 心

7、機(jī) 的 分 類(1)轉(zhuǎn) 速 和 溫 度 ： 低 、 高 、 超 速 ； 冷 凍 和 常 溫 ；(2)用 途 ： 工 業(yè) 或 實(shí) 驗(yàn) 用 ， 分 析 或 制 備 ；(3) 形 式 和 操 作 ： 過(guò) 濾 、 沉 降 或 分 離 ； 連 續(xù) 、 半 連續(xù) 、 間 歇 ；(4) 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) ： 轉(zhuǎn) 鼓 、 長(zhǎng) 管 式 的 轉(zhuǎn) 筒 、 角 式 和 外 擺式 轉(zhuǎn) 子 、 分 析 型 轉(zhuǎn) 子 和 區(qū) 帶 轉(zhuǎn) 子 等 。 依 驅(qū) 動(dòng) 方 式有 手 搖 式 、 油 渦 輪 式 、 氣 動(dòng) 式 、 磁 懸 式 和 電 動(dòng) 式等 。 依 旋 轉(zhuǎn) 軸 位 置 有 直 立 式 、 水 平 式 、 傾 斜 式 等

8、生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 二 、 離 心 分 離 原 理 1、 離 心 分 離 的 先 決 條 件2、 離 心 機(jī) 的 選 擇3、 離 心 方 法 的 選 擇4、 離 心 力 和 相 對(duì) 離 心 力5、 物 質(zhì) 的 沉 降 系 數(shù) 6、 離 心 條 件 的 確 定 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 1、 離 心 分 離 的 先 決 條 件 不 同 密 度 或 不 同 大 小 及 形 狀 的 物 質(zhì) 在 重 力作 用 下 的 沉 降 速 率 不 同 ， 在 形 成 密 度 梯 度的 液 相 體 系 中 的 平 衡 位 置 不 同 。 離 心 分 離 過(guò) 程 就 是 以 離 心 力 加

9、 速 不 同 物 質(zhì)沉 降 分 離 的 過(guò) 程 。 被 分 離 物 質(zhì) 之 間 必 須 存在 或 經(jīng) 人 為 處 理 產(chǎn) 生 的 密 度 或 沉 降 速 率 差異 才 能 以 離 心 方 法 進(jìn) 行 分 離 。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 2、 離 心 機(jī) 的 選 擇 常 速 離 心 機(jī) ： 最 大 轉(zhuǎn) 速 在 8000r min以 內(nèi) ， 相 對(duì) 離 心力 (RCF)在 l l04 g以 下 。 主 要 用 于 細(xì) 胞 、 細(xì) 胞 碎 片 和 培 養(yǎng)基 殘 渣 等 固 形 物 的 分 離 ， 也 用 于 酶 的 結(jié) 晶 等 較 大 顆 粒 的 分 離 。 高 速 離 心 機(jī) ： 最

10、大 轉(zhuǎn) 速 為 (1 2.5) 104r min， 相 對(duì)離 心 力 達(dá) 到 (104 105) g， 主 要 用 于 各 種 沉 淀 物 、 細(xì) 胞 碎 片和 細(xì) 胞 器 等 的 分 離 。 超 速 離 心 機(jī) :最 大 轉(zhuǎn) 速 達(dá) (2 5 12) 10 4 r min， 相對(duì) 離 心 力 可 以 高 達(dá) 106 g。 超 速 離 心 主 要 用 于 DNA、 RNA、 蛋白 質(zhì) 等 生 物 大 分 子 以 及 細(xì) 胞 器 、 病 毒 等 的 分 離 純 化 ， 樣 品 純度 的 檢 測(cè) ， 沉 降 系 數(shù) 和 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 的 測(cè) 定 等 。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù)

11、 三 種 不 同 級(jí) 別 的 制 備 離 心 機(jī) 類 型 普 通 離 心 機(jī) 高 速 離 心 機(jī) 超 速 離 心 機(jī)最 大 轉(zhuǎn) 速 6， 000 25， 000 75， 000以 上最 大 相 對(duì) 離 心 （ g） 6， 000 89， 000 510， 000以 上容 量 ml-L ml-1.5L ml-1.5L分 離 形 式 固 液 沉 降 分 離 固 液 沉 降 分 離 密 度 梯 度 區(qū) 帶 分 離或 差 速 沉 降 分 離 。 離 心 管 平 衡允 許 誤 差 0。 25克 0。 1克 0 1克 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 3、 離 心 方 法 的 選 擇I.沉 淀 離 心I

12、I.差 速 離 心 ：III.密 度 梯 度 離 心 ： 速 率 區(qū) 帶 離 心 與 等 密 度 區(qū) 帶 離 心 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) I.沉 淀 離 心 沉 淀 離 心 技 術(shù) 是 目 前 應(yīng) 用 最 廣 的 一 種 離 心方 法 。 一 般 是 指 介 質(zhì) 密 度 約 lg ml， 選 用 一 種離 心 速 度 ， 使 懸 浮 溶 液 中 的 懸 浮 顆 粒 在 離 心 的作 用 下 完 全 沉 淀 下 來(lái) ， 這 種 離 心 方 式 稱 之 為 沉降 離 心 。 根 據(jù) 顆 粒 大 小 來(lái) 確 定 沉 降 所 需 要 的 離 心 力 。主 要 適 宜 于 細(xì) 菌 等 微 生

13、 物 、 細(xì) 胞 和 細(xì) 胞 器 等 生物 材 料 ， 密 度 在 1.181.31g ml左 右 的 離 心 分離 。 沉 降 速 度 與 離 心 力 和 顆 粒 大 小 有 關(guān) 。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) II.差 速 離 心 差 速 離 心 :是 指 采 用 不 同 的 離 心 速 度 和 離 心時(shí) 間 ， 使 不 同 沉 降 速 度 的 顆 粒 分 批 分 離 的方 法 。 微 小 顆 粒 與 液 體 分 子 間 的 相 互 影 響 力 被 離心 力 克 服 ， 原 條 件 下 穩(wěn) 定 懸 浮 的 多 種 微 小粒 子 又 依 自 身 相 對(duì) 密 度 大 小 等 條 件 順

14、 序 沉淀 出 來(lái) 。 一 般 用 于 分 離 沉 降 系 數(shù) 相 差 較 大 的 顆 粒 。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 差 速 離 心 -物 質(zhì) 的 沉 降 過(guò) 程 優(yōu) 點(diǎn) 是 ： 操 作 簡(jiǎn) 易 ， 離 心后 用 傾 倒 法 即 可 將 上 清 液與 沉 淀 分 開(kāi) ， 并 可 使 用 容量 較 大 的 角 式 轉(zhuǎn) 子 。 缺 點(diǎn) 是 ： 須 多 次 離 心 ， 沉淀 中 有 夾 帶 ， 分 離 效 果 差 。 可 用 于 組 織 勻 漿 液 中 分 離細(xì) 胞 器 和 病 毒 的 分 級(jí) 沉 淀 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 沉 淀 離

15、心 和 差 速 離 心 的 過(guò) 程 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) III.密 度 梯 度 離 心 法密 度 梯 度 離 心 法 （ 區(qū) 帶 離 心 法 ） ： 是 將 樣 品 加 在 惰 性 梯 度 介 質(zhì) 中 進(jìn) 行 離 心 沉 降 或 沉 降 平衡 ， 在 一 定 的 離 心 力 下 把 顆 粒 分 配 到 梯 度 中 某 些 特 定 位置 上 ， 形 成 不 同 區(qū) 帶 的 分 離 方 法 。（ 1） 差 速 區(qū) 帶 離 心 法 ： 在 一 定 的 離 心 力 作 用 下 ， 顆 粒各 自 以 一 定 的 速 度 沉 降 ， 在 密 度 梯 度 介 質(zhì) 的 不 同 區(qū) 域 上形 成

16、 區(qū) 帶 的 方 法 稱 為 差 速 區(qū) 帶 離 心 法 。（ 2） 等 密 度 區(qū) 帶 離 心 法 ： 離 心 管 中 預(yù) 先 放 置 好 梯 度 介質(zhì) ， 樣 品 加 在 梯 度 液 面 上 ， 或 樣 品 預(yù) 先 與 梯 度 介 質(zhì) 溶 液混 合 后 裝 入 離 心 管 ， 通 過(guò) 離 心 形 成 梯 度 ， 這 就 是 預(yù) 形 成梯 度 和 離 心 形 成 梯 度 的 等 密 度 區(qū) 帶 離 心 產(chǎn) 生 梯 度 的 二 種方 式 。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 密 度 梯 度 離 心 法 的 特 點(diǎn)優(yōu) 點(diǎn) ： 分 離 效 果 好 ， 可 一 次 獲 得 較 純 顆 粒 ； 適

17、應(yīng) 范 圍 廣 ， 能 象 差 速 離 心 法 一 樣 分 離 具 有沉 降 系 數(shù) 差 的 顆 粒 ， 又 能 分 離 有 一 定 浮 力 密 度差 的 顆 粒 ； 顆 粒 不 會(huì) 擠 壓 變 形 ， 能 保 持 顆 粒 活 性 ， 并 防止 已 形 成 的 區(qū) 帶 由 于 對(duì) 流 而 引 起 混 合 。缺 點(diǎn) ： 離 心 時(shí) 間 較 長(zhǎng) ； 需 要 制 備 惰 性 梯 度 介 質(zhì) 溶液 ； 操 作 嚴(yán) 格 ， 不 易 掌 握 。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) (1)差 速 區(qū) 帶 離 心 法 的 特點(diǎn) 離 心 管 先 裝 好 密 度 梯 度 介 質(zhì) 溶 液 ，樣 品 液 加 在 梯

18、度 介 質(zhì) 的 液 面 上 ，離 心 時(shí) ， 由 于 離 心 力 的 作 用 ， 顆粒 按 不 同 沉 降 速 度 向 管 底 沉 降 ，離 心 一 定 時(shí) 間 后 ， 沉 降 的 顆 粒 逐漸 分 開(kāi) ， 最 后 形 成 一 系 列 界 面 清楚 的 不 連 續(xù) 區(qū) 帶 ， 沉 降 系 數(shù) 越 大 ，往 下 沉 降 越 快 。 離 心 必 須 在 沉 降 最 快 的 大 顆 粒 到達(dá) 管 底 前 結(jié) 束 ， 樣 品 顆 粒 的 密 度要 大 于 梯 度 介 質(zhì) 的 密 度 。 梯 度 介 質(zhì) 通 常 用 蔗 糖 溶 液 ， 其 最 大 密 度 和 濃 度 可 達(dá) 1.28 kg/cm3和 6

19、0 。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) (2)等 密 度 離 心 法 的 特 點(diǎn) 離 心 時(shí) ， 樣 品 的 不 同 顆 粒 向 上浮 起 ， 一 直 移 動(dòng) 到 與 它 們 的 密度 相 等 的 等 密 度 點(diǎn) 的 特 定 梯 度位 置 上 ， 這 就 是 等 密 度 離 心 法 。 處 于 等 密 度 點(diǎn) 上 的 樣 品 顆 粒 的區(qū) 帶 形 狀 和 位 置 均 不 再 受 離 心時(shí) 間 所 影 響 。 提 高 轉(zhuǎn) 速 可 以 縮 短 達(dá) 到 平 衡 的時(shí) 間 ， 離 心 所 需 時(shí) 間 以 最 小 顆粒 到 達(dá) 等 密 度 點(diǎn) （ 即 平 衡 點(diǎn) ）的 時(shí) 間 為 基 準(zhǔn) ， 有 時(shí)

20、 長(zhǎng) 達(dá) 數(shù) 日 。 梯 度 介 質(zhì) 通 常 為 氯 化 絕 C SCl，其 密 度 可 達(dá) 1.7 g/cm3。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 4、 離 心 力 “ F ” 和 相 對(duì) 離 心 力“ RCF ” 離 心 力 “ F ” 相 對(duì) 離 心 力 “ RCF ” 離 心 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 與 離 心 力 列 線 計(jì) 算 圖 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 離 心 力“ F ” 當(dāng) 一 個(gè) 粒 子 （ 生 物大 分 子 或 細(xì) 胞 器 ） 在高 速 旋 轉(zhuǎn) 下 受 到 離 心力 作 用 時(shí) ， 此 離 心 力“ F” 由 下 式 定 義 ， 即 ：rmamF 2 生 物 分 離 (

21、工 程 )技 術(shù) 相 對(duì) 離 心 力 “ RCF ” 相 對(duì) 離 心 力 是 指在 離 心 場(chǎng) 中 ， 作 用 于 顆 粒的 離 心 力 相 當(dāng) 于 地 球 重 力的 倍 數(shù) ， 單 位 是 重 力 加 速度 “ g ”（ 980cm/sec2） ,“ RCF”相 對(duì) 離 心 力 可 用 下 式 計(jì) 算 ：RCF = 1.119 10 5 (rpm)2 r9802rRCF 602 rpm ( rpm revolutions per minute每 分 鐘 轉(zhuǎn) 數(shù) ， r/min ) 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 離 心 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 與 離 心 力 列 線計(jì) 算 圖 一 般 情 況 下 ，

22、 低 速 離 心時(shí) 常 以 轉(zhuǎn) 速 “ rpm” 來(lái) 表示 ， 高 速 離 心 時(shí) 則 以 “ g” 表 示 。 在 報(bào) 告 超 離 心 條 件 時(shí) ，通 常 總 是 用 地 心 引 力 的倍 數(shù) “ g” 代 替 每 分 鐘轉(zhuǎn) 數(shù) “ rpm” . 轉(zhuǎn) 速 與 離 心 力 的 換 算 :先 在 r標(biāo) 尺 上 取 已 知 的 半 徑 和在 rpm標(biāo) 尺 上 取 已 知 的 離心 機(jī) 轉(zhuǎn) 數(shù) ， 然 后 將 這 兩點(diǎn) 間 劃 一 條 直 線 ， 與 圖 中 RCF標(biāo) 尺 上 的 交 叉 點(diǎn) 即為 相 應(yīng) 的 相 對(duì) 離 心 力 數(shù)值 。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 5、 物 質(zhì) 的 沉

23、降 系 數(shù) 假 定 液 體 濃 度 稀 薄 其 黏 度 為 O， 顆 粒 物 質(zhì) 為 正 圓形 ， 則 混 溶 于 液 體 的 顆 粒 性 物 質(zhì) 在 引 力 場(chǎng) 作 用 下的 沉 降 過(guò) 程 僅 受 重 力 和 液 體 浮 力 雙 重 影 響 。 離 心時(shí) 作 用 于 沉 降 顆 粒 的 離 心 力 是 ： 根 據(jù) Stokes定 律 ， 離 心 時(shí) 沉 降 顆 粒 遇 到 的 阻 力 是 ：d-沉 降 顆 粒 直 徑 ， cm； -沉 降 顆 粒 密 度 ， g cm 3； -溶 劑 液 體 密 度 ， g cm; -溶 劑 液 體 黏 度 ， g (cms)。 231 61 df 相 對(duì)

24、 離 心 力顆 粒 液 體 相 對(duì) 密 度顆 粒 體 積 df 32 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 物 質(zhì) 的 沉 降 系 數(shù) (續(xù) )在 離 心 力 作 用 下 ， 如 果 沉 降 物 質(zhì) 沉 降 的 速 度 是 不變 的 ， 離 心 力 就 等 于 阻 力 ， f1 f2 -物 質(zhì) 沉 降 速 率 ， cm s； d-沉 降 顆 粒 直 徑 ， cm； -沉 降 顆 粒 密 度 ， g cm 3； -溶 劑 液 體 密 度 ， g cm -溶 劑 液 體 黏 度 ， g (cms)。 dd 361 23 22 18 d Sssd 132 1018 表 示 。用為 常 數(shù) ， 稱 沉

25、降 系 數(shù) ， S 稱 為 斯 維 德 伯 格 (Svedberg)單 位 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 物 質(zhì) 的 沉 降 系 數(shù) (續(xù) ) 18 10132 dS 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 6、 離 心 條 件 的 確 定 離 心 力 離 心 時(shí) 間 及 計(jì) 算 溫 度 和 pH值 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 離 心 力 離 心 力 的 大 小 與 轉(zhuǎn) 速 的 平 方 (rpm2)及 旋 轉(zhuǎn) 半 徑 (r)成 正 比 。 在 轉(zhuǎn) 速 一 定 的 條 件 下 ， 顆 粒 距 離 心 軸 越 遠(yuǎn) ，其 所 受 的 離 心 力 越 大 。 在 離 心 過(guò) 程 中 ， 隨

26、著 顆 粒 在離 心 管 中 移 動(dòng) ， 其 所 受 到 的 離 心 力 也 在 變 化 。 一 般離 心 力 的 數(shù) 據(jù) 是 指 其 平 均 值 ， 即 是 指 在 離 心 溶 液 中點(diǎn) 處 顆 粒 所 受 的 離 心 力 。 RCF = 1.119 10 5 (rpm)2 r9802rRCF 602 rpm 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 離 心 時(shí) 間 及 其 計(jì) 算 離 心 時(shí) 間 沉 降 時(shí) 間 的 計(jì) 算 轉(zhuǎn) 子 的 效 率 因 子 (K) 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 離 心 時(shí) 間 對(duì) 于 常 速 離 心 、 高 速 離 心 和 差 速 離 心 來(lái) 說(shuō) ， 離 心時(shí)

27、間 是 指 顆 粒 從 離 心 管 中 樣 品 液 的 液 面 完 全 沉 降到 離 心 管 底 的 時(shí) 間 ， 稱 為 沉 降 時(shí) 間 或 澄 清 時(shí) 間 ； 對(duì) 于 密 度 梯 度 離 心 而 言 ， 離 心 時(shí) 間 是 指 形 成 界 限分 明 的 區(qū) 帶 的 時(shí) 間 ， 稱 為 區(qū) 帶 形 成 時(shí) 間 ； 而 等 密度 梯 度 離 心 所 需 的 離 心 時(shí) 間 是 指 顆 粒 完 全 達(dá) 到 等密 度 點(diǎn) 的 平 衡 時(shí) 間 ， 稱 為 平 衡 時(shí) 間 。 沉 降 時(shí) 間 是 指 顆 粒 從 樣 品 液 面 完 全 沉 降 到 離 心 管底 所 需 的 時(shí) 間 。 沉 降 時(shí) 間 決

28、 定 于 顆 粒 的 沉 降 速 度和 沉 降 距 離 。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 沉 降 時(shí) 間 的 計(jì) 算t沉 降 時(shí) 間 (s)； S顆 粒 的 沉 降 系 數(shù) (s)； 轉(zhuǎn) 子 角 速 度 (rad s)； 1， 2 分 別 為 旋 轉(zhuǎn) 軸 中 心 到 樣 品 液 面 和 離 心 管 底的 距 離 (cm)。 2 12 lnln1 rrSt 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 轉(zhuǎn) 子 的 效 率 因 子 (K) 轉(zhuǎn) 子 的 效 率 因 子 K與 轉(zhuǎn) 子 的 半 徑 和 轉(zhuǎn) 速 有 關(guān) 。 生 產(chǎn) 廠家 已 經(jīng) 在 轉(zhuǎn) 子 出 廠 時(shí) 標(biāo) 示 出 了 最 大 轉(zhuǎn) 速 時(shí) 的

29、K值 。 根據(jù) 公 式 計(jì) 算 出 其 他 轉(zhuǎn) 速 時(shí) 的 K值 。 在 選 定 了 所 使 用 的 離 心 機(jī) 和 轉(zhuǎn) 子 以 后 ， r1， r2已 確 定 ，對(duì) 于 某 一 具 體 的 顆 粒 來(lái) 說(shuō) ， 沉 降 系 數(shù) S為 定 值 ， 2 t為 一 常 數(shù) ,所 以 離 心 時(shí) 對(duì) 顆 粒 的 沉 降 起 決 定 作 用 的 是轉(zhuǎn) 子 的 轉(zhuǎn) 速 和 沉 降 時(shí) 間 t。 所 以 K值 越 小 ， 其 沉 降 時(shí)間 就 越 短 ， 轉(zhuǎn) 子 的 使 用 效 率 就 越 高 。StrrK 2 12 lnln KK 2221 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 2 t為 一 常 數(shù) 離 心

30、 時(shí) 對(duì) 顆 粒 的 沉 降 起 決 定 作 用 的 是 轉(zhuǎn) 子的 轉(zhuǎn) 速 和 沉 降 時(shí) 間 t時(shí) ,操 作 時(shí) 可 以 采 用 較 高的 轉(zhuǎn) 速 離 心 較 短 的 時(shí) 間 ， 或 采 用 較 低 的 轉(zhuǎn) 速 離心 較 長(zhǎng) 的 時(shí) 間 ， 只 要 2t不 變 ， 就 可 以 得 到 相同 的 離 心 效 果 。例 如 :例 如 采 用 10 000r min離 心 10min， 2t=（ 2 rpm/60） 2t=6.5785 108(s-1) 如 果 改 用 5000r min離 心 40min， 2t=6.576608(s-1) 兩 者 基 本 相 同 ， 離 心 效 果 相 近 。

31、生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 溫 度 和 pH值 離 心 溫 度 一 般 控 制 在 4 右 ， 對(duì) 于 某 些 耐 熱 性 較 好 的生 化 物 質(zhì) ， 也 可 以 在 室 溫 條 件 下 進(jìn) 行 離 心 分 離 。 但 是在 超 速 離 心 和 高 速 離 心 時(shí) ， 由 于 轉(zhuǎn) 子 高 速 旋 轉(zhuǎn) 會(huì) 發(fā) 熱而 引 起 溫 度 升 高 ， 必 須 采 用 冷 凍 系 統(tǒng) ， 使 溫 度 維 持 在一 定 范 圍 內(nèi) 。 溫 度 的 控 制 是 由 離 心 機(jī) 本 身 設(shè) 置 的 溫 度調(diào) 節(jié) 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 ， 在 離 心 前 轉(zhuǎn) 子 和 待 離 心 分 離 的 液 體 都必 須

32、置 于 冷 室 或 者 冰 箱 中 預(yù) 冷 。 離 心 介 質(zhì) 的 pH值 必 須 是 處 于 待 分 離 物 質(zhì) 穩(wěn) 定 的 pH值 范圍 內(nèi) ， 必 要 時(shí) 可 以 采 用 緩 沖 溶 液 。 過(guò) 高 或 過(guò) 低 的 pH值可 能 引 起 酶 等 生 物 活 性 物 質(zhì) 的 變 性 失 活 ， 還 可 能 引 起轉(zhuǎn) 子 和 離 心 機(jī) 其 他 部 件 的 腐 蝕 ， 應(yīng) 當(dāng) 加 以 注 意 。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 三 、 離 心 操 作 的 注 意 事 項(xiàng) 1. 使 用 各 種 離 心 機(jī) 時(shí) ， 必 須 事 先 在 天 平 上精 密 地 平 衡 離 心 管 和 其 內(nèi) 容

33、 物 ， 離 心 管必 須 對(duì) 稱 地 放 在 轉(zhuǎn) 頭 中 。2. 裝 載 溶 液 時(shí) ， 要 選 用 適 合 的 離 心 管 ， 無(wú)蓋 離 心 管 內(nèi) 的 液 體 不 得 裝 過(guò) 2/3.3.每 次 使 用 后 ， 必 須 仔 細(xì) 檢 查 轉(zhuǎn) 頭 ， 及 時(shí)清 洗 、 擦 干 ， 轉(zhuǎn) 頭 是 離 心 機(jī) 中 須 重 點(diǎn) 保護(hù) 的 部 件 ， 搬 動(dòng) 時(shí) 要 小 心 ， 不 能 碰 撞 ，避 免 造 成 傷 痕 ， 嚴(yán) 禁 使 用 顯 著 變 形 、 損傷 或 老 化 的 離 心 管 。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 離 心 操 作 的 注 意 事 項(xiàng) (續(xù) ) 4. 離 心 過(guò) 程 中

34、 不 得 隨 意 離 開(kāi) ， 應(yīng) 隨 時(shí)觀 察 離 心 機(jī) 上 的 儀 表 是 否 正 常 工 作 ， 如有 異 常 的 聲 音 應(yīng) 立 即 停 機(jī) 檢 查 ， 及 時(shí) 排除 故 障 。 5. 每 個(gè) 轉(zhuǎn) 頭 各 有 其 最 高 允 許 轉(zhuǎn) 速 和 使用 累 積 限 時(shí) ， 使 用 轉(zhuǎn) 頭 時(shí) 要 查 閱 說(shuō) 明 書 ，不 得 過(guò) 速 使 用 。 每 一 轉(zhuǎn) 頭 都 要 有 一 份 使用 檔 案 ， 記 錄 累 積 的 使 用 時(shí) 間 ， 若 超 過(guò)了 該 轉(zhuǎn) 頭 的 最 高 使 用 限 時(shí) ， 則 須 按 規(guī) 定降 速 使 用 。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 四 、 工 業(yè) 離 心

35、機(jī) 碟 片 式 離 心 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 牛 乳 的 特 點(diǎn) 與 分 離 牛 乳 中 含 有 脂 肪 、 脫 脂 乳 以 及 各 種 固 體 雜 質(zhì) ， 三 者 之 間 脂肪 相 對(duì) 密 度 最 小 ， 脫 脂 乳 次 之 ， 固 體 雜 質(zhì) 相 對(duì) 密 度 最 大 。 將其 靜 止 數(shù) 小 時(shí) 后 ， 將 分 成 三 層 。 如 圖 所 示 。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 碟 片 式 離 心 機(jī) 與 牛 乳 的 分 離 在 轉(zhuǎn) 鼓 中 加 入 一 組 圓錐 形 碟 片 ， 由 于 顆 粒 所走 的 距 離 減 小 ， 所 以 相應(yīng) 的 分 離 能 力 就

36、 增 加 。 借 離 心 力 的 作 用 使混 合 液 達(dá) 到 轉(zhuǎn) 鼓 中 心 ，重 顆 粒 （ 雜 質(zhì) ） 向 下 移動(dòng) ， 最 后 沉 降 在 轉(zhuǎn) 鼓 四周 ， 重 液 體 （ 脫 脂 乳 ）向 下 通 過(guò) 圓 盤 空 間 的 中心 ， 經(jīng) 最 高 圓 盤 上 面 的通 道 從 圓 盤 排 出 。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) （ 2） 分 離 缽 的 主 要 結(jié) 構(gòu)為 整 個(gè) 分 離 缽 的 支 持部 分 ， 中 心 管 是 牛 乳進(jìn) 入 的 通 道 ， 放 在 底 座 上 面 的 一 、 槽 溝內(nèi) ， 當(dāng) 分

37、 離 缽 旋 緊 時(shí) ， 可使 頂 罩 與 底 座 之 間 封 閉 。用 于 支 承 杯 盤 ， 其 內(nèi) 部 有 三個(gè) 溝 槽 與 底 座 的 三 個(gè) 孔 眼 配合 中 ， 形 成 牛 乳 的 通 道 由 此進(jìn) 入 分 離 杯 盤 中在 盤 的 內(nèi) 外 表 面 焊 有 突 起 物 ，并 有 三 個(gè) 孔 與 中 杯 盤 配 合 形成 牛 乳 上 行 的 通 道 眼 焊 接 突起 物 ， 使 杯盤 間 形 成 一定 的 距 離 ，不 同 類 形 分離 機(jī) ， 杯 盤數(shù) 目 不 同 ，越 多 離 效 果越 好 ， 能 力越 大 ， 耗 能也 在上 無(wú) 孔 眼 ， 將 杯 盤 分 離 出 來(lái) 的 稀

38、奶 油匯 集 ， 并 將 稀 奶 油 從 其 中 伸 長(zhǎng) 的 出 口（ 有 一 小 孔 ） 甩 出 缽 體 。 整 個(gè) 杯 盤 的 錐 形 外 罩 ，其 作 用 是 當(dāng) 乳 中 密 度較 大 的 脫 脂 乳 被 壓 到杯 盤 邊 沿 后 ， 即 順 著頂 罩 的 內(nèi) 側(cè) 向 上 流 動(dòng) ，最 后 通 過(guò) 頂 罩 上 的 脫乳 出 品 乳 出 缽 外 。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 碟 片 式 離 心 機(jī) 1-生 物 懸 浮 液 2-離 心 后 清 液 3-固 相 出 口 4-循 環(huán) 液 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 管 式 高 速 離 心 機(jī)

39、管 式 高 速 離 心 機(jī) 具 有 很 高 的 分 離因 數(shù) （ 1.5萬(wàn) 6萬(wàn) ） ， 轉(zhuǎn) 鼓 的 轉(zhuǎn)速 可 達(dá) 8000 5萬(wàn) 。 為 盡 量 減 小 轉(zhuǎn) 鼓 所 受 的 應(yīng) 力 ， 采用 較 小 的 鼓 徑 ， 因 而 在 一 定 的 進(jìn)料 量 下 ， 懸 浮 液 沿 轉(zhuǎn) 鼓 軸 向 運(yùn) 動(dòng)的 速 度 較 大 。 為 此 ， 應(yīng) 增 大 轉(zhuǎn) 鼓的 長(zhǎng) 度 ， 以 保 證 物 料 在 鼓 內(nèi) 有 足夠 的 沉 降 時(shí) 間 ， 于 是 導(dǎo) 致 轉(zhuǎn) 鼓 成為 直 徑 小 而 高 度 相 對(duì) 很 大 的 管 式構(gòu) 形 。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 管 式 離 心 機(jī) 懸 浮 液 在 加

40、 壓 情 況 下 由 下 部 送 入 ，經(jīng) 擋 板 作 用 分 散 于 轉(zhuǎn) 鼓 底 部 ， 受 到高 速 離 心 力 作 用 而 旋 轉(zhuǎn) 向 上 ， 輕 液(或 清 液 )位 于 轉(zhuǎn) 鼓 中 央 ， 呈 螺 旋 形運(yùn) 轉(zhuǎn) 向 上 移 動(dòng) ， 重 液 (或 固 體 )靠 近鼓 壁 。 分 離 盤 靠 近 中 心 處 為 輕 液 出口 孔 ， 靠 近 轉(zhuǎn) 鼓 壁 處 為 重 液 出 口 孔 。用 于 固 液 分 離 時(shí) ， 將 重 液 出 口 孔 用石 棉 墊 堵 塞 ， 固 體 則 附 于 轉(zhuǎn) 鼓 周 壁 ，待 停 機(jī) 后 取 出 。 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 傾 析 式 離 心 機(jī)

41、生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 過(guò) 濾 離 心 機(jī) 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 過(guò) 濾 離 心 機(jī) 生 物 分 離 (工 程 )技 術(shù) 四 、 思 考 題 1、 深 床 過(guò) 濾 和 濾 餅 過(guò) 濾 的 特 點(diǎn)2、 何 謂 凝 聚 和 絮 凝 ？3、 常 用 的 工 業(yè) 過(guò) 濾 設(shè) 備 有 哪 些 ？ 沉 淀 離 心 和 差 速 離心 有 何 區(qū) 別 ？4、 何 為 離 心 力 和 相 對(duì) 離 心 力 ？ 記 住 表 達(dá) 式 。5、 一 臺(tái) 離 心 機(jī) 的 離 心 轉(zhuǎn) 頭 ， 最 大 半 徑 為 9cm， 轉(zhuǎn) 速為 18000r/min， 求 離 心 轉(zhuǎn) 頭 最 大 離 心 力 和 最 大 相對(duì) 離 心 力 ？6、 工 業(yè) 離 心 機(jī) 有 哪 幾 種 類 型 ， 在 應(yīng) 用 上 有 什 么 不 同 ？