第5章 离心分离技术及设备
离心机
5.1.3 沉降离心机液体动力学基本方程
及沉降分离过程
5.1.3.1 基本方程 离心力场中流体流动的特性与规律可用一般 流体力学的原理和方程求解。不同之处在于 必须引入离心力场的特性。联系到离心机转 鼓内流体流动的特点，采用随动圆柱坐标系 （ r 、φ 、 Ｚ）来表示各参变数间的关系。
Exit
r Z
Exit
同时该元素的质量变化为： 1 rdrd dZ
二者应相等，将等式除以 rdrd dZ 后得到连 续性方程式如下
1 1u1r 1u r 1uZ 0 t r r r Z
t
对于不可压缩流体以及无限小的微体元素， 可以认为是一常数，因此上式可写成：
（1）连续方程 连续方程式是根据质量守恒的一般原理推导 出来的，它说明一个系统内的质量不随时间 而改变，或系统内质量如有改变，其值必然 等于流进和流出该系统的质量之差。现取离 心机的内部流场中圆柱坐标系中三对相邻坐 标面所接触的液体体积一微元作为研究系统。 如图5-6所示。该元素的体积为 dV rdrd dZ 流经该元素的液体的流进和流出的液体质量 之差为： 1u1r 1u r 1uZ drd dZ
Exit
（4）哥氏力
当研究回转运动的特性时，除了离心力，必 须注意到可能出现的哥氏力。哥氏加速度是 哥氏力的来源，哥氏加速度是出于质点不仅 作圆周运动，而且也作径向运动或周向运动 所产生的。 由理论力学可知，当牵连运动为匀角速度定 轴运动时，哥氏力加速度的大小为
ak 2u
式中 u为质点相对于转鼓的径向速度或周向 速度。
以下两种情况 ①液体相对于转鼓无周向滞后现象：
Exit
设若转鼓进料口处有加速装置，可以认为液 体角速度与转鼓相同，无滞后现象，则 而可 由基本方程加边界条件得到
生物分离工程
4、 生物技术下游加工过程的选择准则：（1）尽可能简单、低耗、高效、快速
（2）采用步骤应最少
（3）避免同一原理的多次出现
（4）尽量减少新化合物的进入待分离的溶液
按分离粒子大小分类：透析、微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、渗透气化
4、表征膜性能的参数：截断分子量、水通量、孔的特征、 pH适用范围、抗压能力、对热和溶剂的稳定性等。
5、截留分子量：相当于一定截留率(通常为90％或95％)的分子量，随厂商而异。
6、截留率：其定义为 R＝1－ Cp／Cb
Cp和Cb分别表示在某一瞬间，透过液和截留液的浓度。
对于弱酸：pH< pK 时，分配系数大
对于弱碱：pH> pK 时，分配系数大
如R＝1，则Cp＝0，表示溶质全部被截留；R＝0，则Cp＝ Cb，表示溶质能自由透过膜。
5、影响截留率的因素：①分子形状 ②吸附作用 ③浓差极化作用 ④温度/浓度 ⑤错流速度-，浓差极化作用ˉ ⑥pH、离子强度
6、水通量：纯水在一定压力(0.35MPa) ，温度(25℃)下试验，透过水的速度L / h×m2。
第四章 细胞的破碎与分离
1、细胞破碎：指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内物质包括目的产物成分释放出来的技术。
2、细胞破碎技术：
（1）机械破碎：捣碎法、研磨法、匀浆法、超声法
（2）物理破碎：温度差破碎法、压力差破碎法
（3）化学破碎：有机溶剂、表面活性剂、剂酸碱
9、 错 流 过 滤：又称切向流过滤，在压力推动下，悬浮液以高速在管状滤膜的内壁作切向流动，利用流动的剪切作用将过滤介质表面的固体（滤饼）移走，而附着在滤膜上的滤饼很薄，因而能在长时间内保持稳定不变的过滤速度。
第五章-离心技术
离心技术离心技术离心是利用旋转运动的离心力以z离心是利用旋转运动的离心力，以及物质的沉降系数或浮力密度的差别进行分离、浓缩和提纯的项操作技进行分离、浓缩和提纯的一项操作技术。
主要内容z离心的基本原理z离心设备的分类z离心机的选择z 离心技术应用实例一、离心的基本原理z 利用转子高速旋转时所产生的强大离心力，加快颗粒的沉降速度，把样品中不同沉降系数的或浮力密度差的物质分离开。
离心力）当离心机转子以一定的角速度z 离心力（F ）：当离心机转子以一定的角速度ω（弧度/秒）旋转，颗粒的旋转半径为r （厘米）时，颗粒所受的向外的力即离心力力即离心力。
2==F ma m rωω:旋转角速度ω: 旋转角速度r：旋转体离旋转轴的距离()2/sec n rad πω=60相对离心力（RCF）：又称分离因数，是衡量离心程度的相对离心力参数，是指在离心力场中，作用于颗粒的离心力相当于地球引力的倍数，单位是重力加速度g （980cm/秒2）。
RCF=ω2r/980=4π2n 2r/3600*980= 1.119*10-5n 2r222524 1.11910980r n r RCF n r ωπ−===×3600980×低速离心时常以每分钟的转数rpm （即n ）来作为离心力单n：转子每分钟的转数（rpm）位；而高速离心则以g 表示。
Dole&Cotzias制作了转子速度和半径相对应的离心力列线图半径相对离心力转数Sedimentation coefficient (S)沉降系数Sedimentation coefficient (S)z 离心沉降和重力沉降只是对沉降的作用力不同，离心沉降的速度v 2v S r ω=z其中S 即为沉降系数。
z S 表示单位离心场中粒子的移动速度。
2303S −沉降速度212221log log 2.303()r r v r t t ωω===−单位离心力zr 1:离心前粒子距离转轴的距离z r :离心后粒子距离转轴的距离2在实际应用时常在1010-13秒左右，故把S在实际应用时常在Svedberg单位，单位，秒称为一个Svedberg沉降系数10沉降系数-1310秒称为一个。
制药分离工程习题册
制药分离工程习题册第1章绪论1-1 分离技术在制药过程中的任务和作用是什么？1-2 与化工分离过程相比，制药分离过程有哪些特点？ 1-3 试说明化学合成制药、生物制药和中药制药三种制药过程各自常用的分离技术以及各有什么特点。
1-4 根据过程的原理，分离过程共分为几大类？1-5 分离过程所基于的被分离物质的分子特性差异、以及热力学和传递特性包括哪些？ 1-6 针对分离任务，决定选用哪一种分离技术时需考虑的主要因素有哪些？ 1-7 试按照过程放大从易到难的顺序，列出常用的8种分离技术。
1-8 结晶、膜分离和吸附三种分离技术中，最容易放大的是哪一种？最不容易放大的又是哪一种？1-9 吸附、膜分离和离子交换三种分离技术中，技术成熟度最高的是哪一种？最低的又是哪一种？1-10 试说明选择分离方法的步骤。
第2章精馏技术 2-1 精馏技术在制药过程中主要应用于哪些方面？2-2 为什么制药过程中主要采用间歇精馏方式？ 2-3 与连续精馏相比，间歇精馏有哪些优点？2-4 试分析简单蒸馏和精馏的相同点和不同点，并说明各自的适用场合。
2-5 什么是间歇精馏的一次收率和总收率？这两个值在什么情况下相等？ 2-6 试比较间歇共沸精馏和间歇萃取精馏的优缺点。
2-7 试比较萃取精馏和加盐精馏的优缺点。
2-8 试说明间歇变压精馏的操作方法。
2-9 为什么塔顶存液量的增大会使间歇精馏的操作时间变长？2-10 试说明间歇精馏操作过程中塔顶温度和塔釜温度的变化规律。
2-11 水蒸汽蒸馏的应用条件是什么？ 2-12 已知某理想气体的分子直径为9×10-9米，试求操作压力为1帕，操作温度为100℃时，该物质在平衡条件下的分子平均自程？ 2-13 求水在100℃进行分子蒸馏时，理想情况下的蒸发速率。
2-14 理论塔板数为20的间歇精馏塔分离二组元混合物，轻组分A含量%，重组分B含量%。
采用恒回流比操作，回流比为。
组分A和组分 B的相对挥发度为。
离心分离技术原理和操作
第一篇生物化学与分子生物学常用实验原理与技术第一章离心分离技术离心分离技术是利用离心机旋转所产生的离心力，根据待分离物质的大小、形状、密度等的不同而使物质分离的技术。
离心分离技术在生物大分子的分离、纯化、鉴定，细胞和细胞器的收集等方面已得到广泛应用，成为生物化学与分子生物学实验室中常用的技术方法。
第一节离心分离技术的基本原理一、离心力和相对离心力当离心机的转子以一定的速度旋转时，离心场中的颗粒受到一定的离心力。
离心力（Fc ）的大小取决于颗粒的质量（m ），颗粒旋转的角速度（ω）和颗粒的旋转半径（r ）：r m ωFc 2=由于在转速相同的条件下，各种离心机转子的半径不同，离心管至旋转轴中心的距离不同，所受离心力也不同，因此文献中常用“相对离心力”表示离心力。
相对离心力（RCF 或g 值）是指在离心力场的作用下，颗粒所受离心力相当于地球重力的倍数，单位是重力加速度g （9.8m/s 2）。
相对离心力取决于旋转半径r (单位为cm)和转速n(单位为r/min)，其计算公式为： r n 101.12RCF 25-⨯=二、沉降速度与沉降系数沉降速度是指在离心场的强大离心力作用下，单位时间内物质颗粒运动的距离。
沉降速度与颗粒本身的性质、介质的性质和离心条件有关。
x )ωρ(ρ)[d 18η1(v 2m p 2-= 上式中v 为粒子移动的速度，d 为球形粒子直径，η为液体介质的粘度，ρp 为沉降颗粒的密度，ρm 为液体介质的密度。
从上式可知，粒子的沉降速度与粒子直径的平方成正比，与粒子的密度和介质密度之差成正比；离心力场增大，粒子的沉降速度也增加。
1924年Svedberg 对沉降系数下的定义为颗粒在单位离心力场中粒子移动的速度，用“S ”表示，S=v/ω2r 。
S 是沉降系数，ω是离心转子的角速度，r 是颗粒的旋转半径，v 是沉降速度。
沉降系数是以时间表示的，S 值一般在1~200×10-13秒范围，为了纪念Svedberg对离心技术所做的贡献，把沉降系数10-13秒称为一个Svedberg 单位，简写S ，量纲为秒，1S=10-13秒。
生物分离工程 教学大纲
《生物分离工程》教学大纲英文名称：Bioseparations Engineering学分：2.5学分学时：50学时先修课程：生物化学、化工原理、微生物学教学对象：生物工程、制药工程、药物制剂、食品工程、生物技术专业的本科生教学目的：本课程主要讲授各种生物活性物质中各种杂质的去除、分离、纯化和精制技术，是生物工程中不可缺少的组成部分，通过对本课程的学习，能使学生针对不同产品的特性，较好地运用各种分离技术来设计合理的提取、精制的工艺路线，并能从理论上解释各种现象，提高分析问题和解决问题的能力，是一门理论和实践密切结合的课程。
教学基本要求:本课程的教学与学习要侧重于准确理解生物活性物质分离过程的特点和基本规律，本课程将生物分离过程分成不溶物的去除、提取、分离与精制四大部分。
要求学生对重要的公式要会推导，明确公式的物理意义，结合课后的习题练习学会熟练运用公式进行一些生物分离过程的计算，加深对生物分离过程基本原理的理解，并学会正确选择各种分离设备的型号，使学生能顺利学习后续如发酵工厂设计等专业课，提高自学与更新本专业知识的能力。
教学内容：第一章绪论（2学时）1. 生物分离工程的历史及应用2. 生物分离过程的特点基本要求掌握生物分离工程在生物工程领域的地位，生物分离过程的特点以及生物分离过程的分类。
重点：准确理解生物分离过程的特点。
难点：正确理解生物分离过程与普通化工产品分离的区别，准确理解生物分离过程的特点。
第一部分不溶物的去除第二章过滤（4学时）1. 过滤的基本概念过滤前物料的预处理方法、关于过滤过程的基本理论及方法、理想不可压缩滤饼及可压缩滤饼过滤过程方程。
2. 连续旋转式真空抽滤机的操作原理连续旋转式真空抽滤过程的三个步骤即滤饼的形成、滤饼的洗涤、滤饼的去除过程的分析与计算。
3. 过滤的设备及其结构过滤设备的分类、设备的选择、过滤介质的特征以及典型过滤设备的种类和结构。
基本要求：掌握过滤前物料预处理的基本方法，过滤的基本理论及相关方程，了解连续旋转式真空抽滤机的操作原理与过程，以及过滤设备的基本结构及选择原则。
第五章_离心分离
5.5 螺旋卸料沉降离心机
沉降计算：
5.6 管式离心机
操作： 操作： 应用： 、 液分离 连续式)，B、低固体含量 液分离(连续式 应用：A、液-液分离 连续式 、 (<1%)的固 液分离(间歇式 的固-液分离 间歇式)。 的固 液分离 间歇式 主要技术指标： 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 适应的颗粒直径 0.01-100µm，固液密度差大于 µ ， 固液密度差大于0.01g/cm3 ，固 体含量小于1% 体含量小于 优点： 优点：A、结构简单，价廉，B、分离效果好， 、分离效果好， 分离因子高8000—15000g 分离因子高 缺点： 缺点 ：A、处理能力有限; B、低固体含量的悬 浮液(<1%)
5.2 离心分离原理
离心力： 离心力： Stock’s Force(粘滞吃力 ： 粘滞吃力)： 粘滞吃力 离心沉降速度： 离心沉降速度：
分离因子定义Fr： 分离因子定义 ：离心力/重力加速度(g)的比值
Hale Waihona Puke 意义：衡量离心设备的离心程度的重要技术参数，用于离心 衡量离心设备的离心程度的重要技术参数， 衡量离心设备的离心程度的重要技术参数 机的分类
Questions
1
2 3 4 5
过滤技术难处理的发酵液如何处理 液液分离，并含少量固体颗粒 细胞器的分离 大分子物质分子量的测定 DNA半保留复制
1、何谓沉降 、
思考题
2、沉降与离心的异同 、 3、沉降与离心的速度方程 、 4、如何选择离心设备 、 5、常用的离心沉降设备有哪些 、 6、常用的离心过滤设备有哪些 、
离心分离器结构设计
CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕业设计说明书题目：离心分离器结构设计二级学院（直属学部）：专业：班级：学生姓名：学号：指导教师姓名：职称：评阅教师姓名：职称：2014 年06月离心分离装置是润滑系统的重要组成部分,在润滑油的流动过程中,大量的游离空气和燃气抽到润滑油中来,使润滑油中的空气含量增加这将降低它的冷却能力,增大其消耗量及管路中的流油阻力,影想泵的抽油能力，因此在靠近油箱的回油路出口上需要设计油气分离器，把润滑油中含有的大部分空气分离出来。
分离器有多种形式，其中离心分离器效果最好，它主要利用离心力场将油液中的未溶气体分离出来，在这种情况下，工作液为重物质，在离心力场的作用下甩向转子外缘，而气体较轻，在压力场的作用下集中在转子中心，在此加以聚集并排出。
离心分离器一般是有转子,壳体,转子轴等零件组成，其中转子是对油施加旋转的核心。
所以转子的结构尺寸对油气分离器的性能有很大的影响。
本文现针对某型发动机润滑系统中的分离器进行了油气分离技术的分析并根据分离效果的要求来初步确定分离器转子的结构尺寸，建立了理论推导的计算模型并使用SOLIDWORKS 技术对其进行三维造型设计。
关键字：离心分离器 Solidworks 夹具分析第1章概述 (1)1.1 毕业设计的目的 (1)1.2 课题简介 (1)第2章油气分离器结构设计 (3)2.1 转子结构尺寸设计 (3)2.2 转子结构尺寸计算 (6)第3章传动系统设计 (8)3.1 轴的设计 (8)3.1.1选取轴的材料和热处理的方法 (8)3.1.2按扭转强度估算轴的直径 (8)3.1.3轴的结构设计 (8)3.1.4轴的强度计算 (8)3.2 联轴器的选择 (10)3.3 轴承的选择 (10)第4章分离器三维造型 (11)4.1 Solidworks简介 (11)4.2 分离器壳体建模 (11)4.3 盖的建模 (15)4.3.1建立新的文件 (15)4.3.2绘制草图 (15)4.3.3生成实体 (16)4.4 转子的建模 (17)4.4.1按照以上方法，先打开一个零件文件 (17)4.4.2绘制草图 (17)4.4.3生成基体特征 (17)4.5 装配模型 (18)第5章分离器盖夹具设计 (20)5.1 总体规划 (20)5.2 确定定位方案，设计定位装置 (20)5.3 确定夹紧方式，设计夹紧装置 (20)5.4 夹具在车床主轴上安装 (20)5.5 夹具总图上尺寸 (20)结论 (22)参考文献 (23)第1章概述1.1 毕业设计的目的毕业设计是学生完成本专业教学计划的最后一个环节使学生综和运用所学过的基本理论,基本知与基本技能去解决专业内的共程技术问题而进行的一次基本训练。
第五章离心分离ppt课件
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
碟片式离心机工作原理
当悬浮液在动压头的作用下，经中 心管流入高速旋转的碟片之间的间 隙时，便产生了惯性离心力，
其中密度较大的固体颗粒在离心力 作用下向上层碟片的下表面运动， 而后在离心力作用下被向外甩出， 沿碟片下表面向转子外围下滑，
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
2）平抛式离心机
❖平抛式离心机一类结构简单的实验室常用的低 中速离心机，转速一般在 3000-6000rpm。 ❖ 转子活动管套内的离心管，静止时垂直挂在转 头上，旋转时随着转子转动，从垂直悬吊上升到 水平位置（约200—800rpm）。 ❖颗粒在水平转子中的沉降是沿管子轴向移动。 ❖样品便于收集 ❖受振动和变速搅乱后对流现象小， ❖但转头结构复杂，最高转速相对要低，容量也 小一些。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
对于浓度较小，粒径较大，硬度较强的不溶物，可以采用过 滤分离。
但当固体颗粒细小而难以过滤时，发酵液不易被过滤纯化， 离心操作往显得十分有效。
生物分离工程-第5章-萃取技术
单级萃取
假定：两相中的分配很快达到平衡； 两相完全不互溶，完全分离。
X S VS CS VS 1 ★ 萃取因素： E 萃取液溶质总量 ＝ ＝K K 萃余液溶质总量 XF VF CF VF m
单级萃取
单级萃取：只包括一个混合器和一个分离器
分离因素（β）
分离因素表示有效成分A与杂质B的分离程度。
KA KB
β=1 KA = KB 分离效果不好；
β>1 KA > KB 分离效果好；
β越大，KA 越大于KB，分离效果越好。
弱电解质在有机溶剂-水相的分配平衡
分配系数中CO和CW 必须是同一种分子类型，即不发生缔合或离解。对 于弱电解质，在水中发生解离，则只有两相中的单分子化合物的浓度才 符合分配定律。 例如青霉素在水中部分离解成负离子（青COO－），而在有机溶剂相 中则仅以游离酸（青COOH）的形式存在，则只有两相中的游离酸分子 才符合分配定律。
多级逆流萃取
在多级逆流萃取中，在第一级中连续加入料液，并 逐渐向下一级移动，而在最后一级中连续加入萃取 剂，并逐渐向前一级移动。
料液移动的方向和萃取剂移动的方向相反，故称为 逆流萃取。 在逆流萃取中，只在最后一级中加入萃取剂，故和 错流萃取相比，萃取剂之消耗量较少，因而萃取液 平均浓度较高。
有机溶剂萃取的影响因素
pH的影响
pH对表观分配系数的影响（pH-K）
pH低有利于酸性物质分配在有机相，碱性物质分 配在水相。 对弱酸随pH↓，K↑, 当pH << pK时，K→K0
由萃取机理和K～pH的关系式可得出如下结论
酸性物质 萃取 反萃取 pH<pK pH>pK 碱性物质 pH>pK pH<pK
实验室离心机培训课件
实验室离心机培训课件一、引言离心机是实验室中常用的设备之一，主要用于分离混合物中的不同成分。
在生物学、化学、医学等领域中，离心机发挥着重要作用。
为了确保实验室工作人员能够正确、安全地使用离心机，提高实验效率，本课件将介绍离心机的基本原理、操作步骤、注意事项以及维护保养等方面的知识。
二、离心机的基本原理离心机利用离心力将混合物中的不同成分分离。
当含有不同密度成分的混合物放入离心机中，在高速旋转的离心力作用下，密度较大的成分会被推向离心管的外侧，而密度较小的成分则留在离心管的内侧。
通过调整离心机的转速和时间，可以实现不同程度的分离效果。
三、离心机的操作步骤1.选择合适的离心管和转子：根据实验需要，选择合适的离心管和转子。
离心管和转子必须匹配，以确保安全运行。
2.平衡离心管：将离心管均匀地放入转子的孔中，以避免不平衡。
如果需要，可以使用平衡块来平衡离心管。
3.加盖：将离心管的盖子盖紧，以防止样品溅出。
4.设置参数：根据实验要求，设置离心机的转速、时间和温度等参数。
5.启动离心机：按下启动按钮，离心机开始运行。
在离心过程中，请勿打开离心机的盖子。
6.停止离心机：离心完成后，按下停止按钮，等待离心机完全停止旋转后，再打开盖子取出离心管。
四、注意事项1.使用离心机时，请勿超过离心机的最大容量和最大转速。
超载或超速使用可能导致设备损坏或安全事故。
2.确保离心管的质量和完整性。
使用损坏或老化的离心管可能导致破裂或泄漏。
3.在离心过程中，请勿离开离心机。
随时观察离心机的运行情况，如有异常立即停止。
4.在打开离心机盖子之前，请确保离心机已经完全停止旋转。
5.使用防护装备，如手套和护目镜，以防止样品溅出或受伤。
五、维护保养1.清洁离心机：定期清洁离心机的外壳和内部，以保持设备的清洁和卫生。
2.检查离心管和转子：定期检查离心管和转子的完好性，如有损坏或磨损，应及时更换。
3.检查设备连接：确保离心机的电源和接地连接正常，以避免电击或火灾等安全事故。
制药分离工程 第五章 晶析分离技术(67张)
第五章 晶析分离技术
第二节 结晶分离操作模式
六、重结晶
3.重结晶关键溶剂选择的原则 ——溶质在该溶剂中随温度的升高而迅速增大，冷却时容易 析出大量结晶
——溶质易溶于某溶剂而难溶于另一溶剂
——将首次收获的晶体溶解于少量热溶剂中再冷却结晶是简 便常用方法
可使用多次重结晶操作使纯度达到较高的要求标准
第五章 晶析分离技术
3.纯度
——越高越好
第五章 晶析分离技术
第三节 晶体质量评价及其影响因素
二、晶体结构的有关概念 1.晶体
——微观内部结构质点呈三维有序规则排列的固体
第五章 晶析分离技术
第三节 晶体质量评价及其影响因素
二、晶体结构的有关概念 2.结晶多面体
——晶体生长成具有规则的多面体外形称结晶多面体，每个 面成晶面
第五章 ——在一定的条件下，物质从蒸汽、溶液、 熔液中变成化学成分均一固体颗粒的过程和 现象 二、结晶的主要作用 ——对物质的分离和纯化
第五章 晶析分离技术
第一节 结析分离的技术原理
三、结晶的形态 ——微观粒子规则排列型结晶 ——微观粒子不规则排列型无定型
第五章 晶析分离技术
第三节 晶体质量评价及其影响因素
三、晶体的粒度分布 1.定义
——SCD,crystal size distrubition ——晶体的尺寸与对应数量的关系称粒度分布
粒度分布曲线
第五章 晶析分离技术
第三节 晶体质量评价及其影响因素
三、晶体的粒度分布 2.粒度分布的测定
(1)筛分法 ——筛下/筛下累积质量与筛孔大小的关系曲线
第五章 晶析分离技术
第一节 结析分离的技术原理
九、结晶过程中的成核 3.影响二次成核的因素
《离心分离技术》课件
离心分离技术
离心分离技术是一种将混合物中不同密度组分迅速分离的方法。通过利用离心力，高密度组分在离心机中沉降， 形成沉淀，而低密度组分则上浮，形成上清液。
简介
离心分离技术的定义：通过离心力将混合物中的不同组分分离出来的一种分离方法。 离心分离的原理：利用离心力使不同密度组分迅速分离。 离心分离的应用：广泛应用于生物医学、化学、食品工业等领域。
离心分离在生物医学领域的应用
细胞分离及富集技术：离心分离在分离和富集细胞方面有着广泛的应用。 病毒分离及纯化技术：离心分离技术在病毒分离和纯化过程中起到重要的作用。 分子生物学研究技术：离心分离技术在分子生物学领域的DNA提取、蛋白质分离等方面有着重要的应用价值。
离心分离技术的发展趋势
新型离心分离设备的开发：开发更高效、更精确的离心分离设备。 离心分离技术的自动化和高通量化：实现离心分离过程的自动化和高通量化。 离心分离技术在精准医学领域的应用：利用离心分离技术进行精准医学的研究和应用。
国内外研究现状
离心分离技术的历史：自20世纪初提出后，经过了多年的研究和发展，逐渐 成为一种常用的分离技术。
国外离心分离技术的研究现状：各国在离心分离技术领域都有着丰富的研究 成果。
国内离心分离技术的研究现状：中国在离心分离技术的研究和应用方面也取 得了一系列重要的成果。
离心分离的流程及方法
离心分离的流程：准备样品、选择合适的离心机和离心管、设置离心条件、离心操作过程。 不同离心分离方法的原理及优缺点：常用的离心分离方法包括差速离心、等速离心和密度梯度离心。 离心分离过程中的操作技巧与注意事项：操作时需注意样品的平衡、离心机的使用安全以及离心管的装填。
第五章离心机
第五章离心机5.1 概述用来转鼓旋转产生的离心力，来实现悬浮液、乳浊液及其他无聊的分离或浓缩的机器。
它具有结构紧凑、体积小、分离效率高、生产能力大及附属设备少等优点。
5.1.1离心分离过程1.离心过滤用来分离固体含量较多且颗粒较大的悬浊液。
转鼓由拦液板、鼓壁、和鼓底组成。
金属丝网作底、滤布覆盖在上面。
离心力远大于重力，所以主要是离心过滤。
2.离心沉降过程用于分离固体含量较少且粒度较细的悬浮液。
转鼓鼓壁上没有小孔，不设过滤介质。
当转鼓旋转时，悬浮液在离心力的作用下，固体颗粒因为密度大于液体密度而向鼓壁沉降，形成沉渣，而留在内层的澄清液体则经过转鼓上溢流口排出。
3.离心分离过程用于分离两种密度不同的液体所形成的乳浊液或含有极微量的固体颗粒的悬浮液。
在离心力的作用下，液体按照密度不同分为内外两层，密度大的在外企曾，密度小的在内层，通过一定的装置将它们分别引出；固相则沉于鼓壁上，间歇排出。
用于这种分离过程的离心机叫分离机，其转鼓也是没有孔的。
5.1.2分离因数物质在转鼓中作圆周运动，一定受到离心力的作用，离心力的大小与转股的直径、物料的密度、转速等有关系，可以表示为：离心机分离的效果如何取决于分离因数，分离因数经常用离心力与重力的比值来表示分离因数反映了离心机离心能力 的大小，数值越大，分离效果越好；对于固体颗粒小、液体粘度大和难分离的悬浮液用分离因数较大的离心机。
一般分离因数的数值在300～106之间，所以重力的因素在来考虑离心分离时，可以忽略不计。
但是，分离因数不可能无限制的增大，还要考虑结构和操作的方便。
5.1.3 离心机的型号分类及型号编制1.分类按分离过程分：过滤式离心机，如三足式离心机、上悬式离心机、卧式刮刀卸料式离心机； 沉降式离心机，如三足式沉降离心机、刮刀卸料沉降离心机和螺旋卸料式离心机； 分离机，如管式分离机、多室式离心机按照分离因数分类：常速分离机 ，分离因数小于3500，适用于含固体颗粒较大或颗粒中等及纤维状固体的悬浮液；高速离心机，分离因数在3500～50000。
生物分离工程第5章-初级分离
选用盐析用盐的几点考虑
盐析作用要强 盐析用盐需有较大的溶解度，能配制高浓度 盐析用盐必须是惰性的 来源丰富、经济
常用于蛋白质沉淀的盐为硫酸铵、硫酸钠和 氯化钠。
硫酸铵在水中的溶解度很高但具腐蚀性，偏 酸性，溶解后溶液pH下降，高pH会释放氨。后处 理困难，残留在食品中影响风味，在临床医疗上 有毒性，必须完全去除。
阳离子：Th4+>Al3+>H+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Cs+>
Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+。
图5 碳血红蛋白在不同盐溶液中的盐溶和盐析
清蛋白
６
COHb-碳氧血红蛋白
OA
５
４
３
COHb 3 4 5 67８
以磷酸盐沉淀COHb和以硫酸铵 沉淀OA时，β随 pH的变化
例如：万古霉素用淀粉作培养基，发酵完成后， 发酵液中多余的淀粉使混合液粘度较大，当加入 0.025％的淀粉酶后，搅拌30min，再加2.5％助滤剂 （硅藻土），可使过滤速率提高5倍。
（四）有色物质的去除
发酵液中有色物质可能是由于微生物生长代谢过程分泌的， 也可能是培养基（如糖蜜、玉米浆等）带来的，色素物质化学 性质的多样性增加了脱色的难度。
其中，Ks盐析法（改变盐浓度）由于 蛋白质对离子强度的变化非常敏感，易 产生共沉淀现象，因此常用于提取液的 前处理。
而β 盐析法（改变pH及温度）由于溶 质溶解度变化缓慢，且变化幅度小，因 此分辨率更高，常用于初步的纯化。
5 生物分离工程 离心分离
（1）斜角式离心机
是一类结构最简单的实验室常用离心机， 指离心管腔与转轴成一定倾角的转子； 角度越大，沉降越结实，分离效果越好， 角度越小，颗粒沉降距离短，沉降速度快，但分离效果差。 颗粒在角转子中沉降时，先沿离心 力方向撞向离心管，然后再沿管壁 滑向管底，因此管的一侧会出现颗 粒沉积。
图5.4 喷嘴排渣碟式离心机
活门（活塞）排渣的碟片离心机 这种离心机利用活门启闭排渣孔 进行断续自动排渣。 操作时，由位于转鼓底部的环板 状活门的上下移动来控制排渣。
图5.5 环阀(活塞)排渣碟式 分离机示意因
活门（活塞）排渣的喷嘴碟片离心机 这是近年来开发的机型，它和相同直径的活塞机相 似，其速度可增加23%~30%，故可使分离因素 达15000 左右，可用于酶制剂，疫苗和胰岛素等生 产中分离物的澄清。
（6）螺旋式离心机scroll-type
centrifuge
•连续操作的沉降设备，转鼓内有可旋转的螺旋输 送器，其转数比转鼓的转数稍低。 •螺旋式离心机有立式和卧式两种，其中后者又称 卧螺机，是用的较多的一种。
螺旋式离心机工作原理
转鼓与螺旋以一定差速同向高速旋转，悬浮液通过螺旋输送 器的空心轴进入机内中部，由进料管连续引入螺旋内筒，加 速后进入转鼓。 在离心力场作用下，固相物沉积在转鼓壁上形成沉渣层。输 料螺旋将沉积的固相物连续不断定推至转鼓锥端，经排渣口 排出机外，较轻的液相物则形成内层液环，由转鼓大端溢流 口连续溢出转鼓，经排液口排出机外。
卧式螺旋离心机
卧式螺旋卸料沉降离心机
螺旋式特点
卧螺机是一种全速旋转，连续进料，分离和卸 料的离心机。 最大离心力强度可达6000 操作温度可达300℃ 操作压力一般为常压 常用于胰岛素，细胞色素，胰酶的分离等。
离心分离PPT课件
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最常用的间歇式操作离心机有三足式、上悬式和卧式刮 刀卸料式离心机；而连续操作的离心机有卧式活塞推料 和离心力卸料离心分离机，后者适用于固体粒子较粗的 物料。
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缺点： • 沉渣的含湿量一般比过滤离心机稍高，大致与
真空过滤机相等； • 沉渣的洗涤效果不好； ① 结构复杂，造价较高。
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（2）碟式沉降离心机 结构: 离心分离机的转鼓内有数十只(50-80)形状和尺寸相 同的碟片，碟片按一定间距(0.5-1.2mm)叠置起来组 成碟片组，每只碟片在离开轴线一定距离的圆周上开 有几个对称分布的圆孔，许多这样的碟片叠置起来时， 对应的圆孔就形成垂直的通道。
KC
ω2r g
r (nπ)2 g 30
rn2 90
0
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（2）按几何形状可以分为转筒离心机（有圆锥形、圆 筒形、锥筒形）、盘式离心机和板式离心机等。
（3）按操作原理可以分为过滤式离心机和沉降式离心 机。
（4）按操作方式可以分为连续式和间歇式。 （5）按卸料方式可以分为上卸料、下卸料、重力卸料、 机械卸料等。
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卧螺沉降离心机的主要技术参数 ①转鼓直径和有效长度 ②转鼓的半锥角 ③转差和扭短 ④沉降区和干燥区的长度调节
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①转鼓直径和有效长度 转鼓的直径越大离心机的处理能力也越大，转鼓的长度 越长，悬浮液在机内停留时间越长，分离效果也越好。常 用转鼓直径在160-1600mm之间，长径比L/D在之间。
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5.1 离心沉降原理
离心沉降是利用旋转运动的离心力以及两相密度差异进 行分离、浓缩和提纯的一种方法。
旋转半径为r、旋转角速度为ω、质量为mp的分散相颗粒 所受的离心力为：
Fc mp 2r
层流状态下颗粒的离心沉降速度为：
ห้องสมุดไป่ตู้
u
p f
d
2 p
2r
18 f
5.1 离心沉降原理
滤网
离心过滤机工作原理图
5.3 离心过滤设备
以间歇离心过滤为例，料液首先进入装有过滤介质(滤 网或有孔套筒)的转鼓中，然后被加速到转鼓旋转速度，形 成附着在鼓壁上的液环。与沉降式离心机一样，粒子受离 心力而沉积，过滤介质则阻止粒子的通过，形成滤饼。当 悬浮液的固体粒子沉积时，滤饼表面生成了澄清液，该澄 清液透过滤饼层和过滤介质向外排出。
出渣口
筋条
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
卧螺离心机工作时，转鼓和螺旋输料器是同速旋 转还是差速旋转？若为差速旋转，是同向差速还 是异向差速旋转？
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
上述卧螺离心机的螺旋输料器为右旋旋向，自差 速器一端看去，转鼓以逆时针旋向转动。试分析 转鼓和螺旋输料器哪个的转速更快。
卸渣方式： a.人工排渣的碟片离心机 b.喷嘴排渣碟片式离心机 c.活塞排渣碟片式离心机
4. 碟片式离心机——人工排渣碟片离心机
转鼓由圆柱形筒体、锥形
顶盖及锁紧环组成。转鼓中间
有底部为喇叭口的中心管料液
分配器，中心管及喇叭口常有
纵向筋条，使液体与转鼓有相
同的角速度。中心管料液分配
器圆柱部分套有锥形碟片，在
离心分离因子K：离心加速度与重力加速度的比值。
2r 2 n / 602 r
K
g
g
n：离心机转子每分钟的转数。
相对离心力Fr：实际离心场转化为重力加速度的倍数。
Fr K g
离心因子和相对离心力是衡量离心设备离心程度的 重要技术参数
5.1 离心沉降原理
根据Fr对离心机分类： 常速离心机: Fr＜3000g，分离颗粒 不大的悬浮液和物料的脱水 中速离心机: 3000g＞ Fr ＜50000g ，分离乳浊液和细粒悬浮液 高速离心机: Fr ＞50000g，分离超 微细粒悬浮液和高分子胶体悬浮液
4. 碟片式离心机
碟片结构： 1.碟片用薄的不锈钢冲成； 2.碟片呈圆台形； 3.在碟片上开有对称的孔。
4. 碟片式离心机
4. 碟片式离心机
碟式分离机转鼓内有一组碟片，把转鼓空间分成许多 薄层分离空间，从而大大缩短沉降距离，改善和提高分离 效果。
任何处于两碟片之间的极限颗粒若能在此路程段中到 达碟片内表面，则可以被分离出来。
6. 刮刀沉降离心机
转鼓直径通常达 300~1200mm，分离因 数最大为1800，最大处 理量可达18m3/h。分离 过程与除渣过程交替进 行，为间歇操作。
5.3 离心过滤设备
离心过滤是将料液送
滤饼
入有孔的转鼓并利用离心
力场进行过滤的过程，以
离心力为推动力完成过滤。
兼有离心和过滤的双重作 用。
3. 多室离心机
转鼓内有数个同心圆筒组成 的环隙状分离室。各分离室的 流道串联。操作时，悬浮液自 中心进料管加入转鼓中，由内 向外顺序流经各分离室。在逐 渐增大的离心力作用下，悬浮 液中的粗颗粒沉积在内部的分 离室壁上，细颗粒沉积在外部 的分离室壁上。
缺点：出渣比较困难。
3. 多室离心机
操作：间歇式，粒度筛分，澄清的分离液经溢流口 或由向心泵排出
离心机的转鼓由上下两部 分组成，下转鼓通过液压的作 用能上下运动。操作时，转鼓 内液体的压力进入上部水室， 通过活塞和密封环使下转鼓向 上顶紧。卸渣时，从外部注入 高压液体至下水室，将阀门打 开，将上部水室中的液体排出； 下转鼓向下移动，被打开一定 缝隙而卸渣。卸渣完毕后，又 恢复到原来的工作状态。
4. 碟片式离心机——喷嘴排渣碟片式离心机
操作：连续式 应用：
多用于悬浮液的浓缩。 主要技术参数： A、固体浓度＜25％ ； B、颗粒d为0.1~100μm； C、转鼓直径达900mm； D、喷嘴2~24个，直径
0.5~3.2mm； E、浓缩比达5-20。
4. 碟片式离心机——活塞排渣碟片式离心机
B、离心力很高。
1－转鼓底；2－锁紧环；3－转鼓盖； 4－向心泵；5－分隔碟片；6－碟片；
7－中心管及喇叭口；8－筋条
4. 碟片式离心机——喷嘴排渣碟片式离心机
转鼓由圆筒形改为 双锥形，既有大的沉渣 储存容积，也使被喷射 的沉渣有好的流动轮廓。
特点：结构简单， 生产连续，产量大等。 喷嘴易磨损，需要经常 更换，喷嘴易堵塞。
卧式螺旋卸料沉降离心机是利用离心沉降原理分离悬浮 液的设备，它主要用于完成固液相有密度差的悬浮液的固相 脱水、液相澄清、粒度分级、浓缩等工艺过程。
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
原理：转鼓与螺旋以一定差速同向高速旋转，物料由进料 管连续引入输料螺旋内筒，加速后进入转鼓，在离心力场作用 下，较重的固相物沉积在转鼓壁上形成沉渣层。输料螺旋将沉 积的固相物连续不断定推至转鼓锥端，经排渣口排出机外，较 轻的液相物则形成内层液环，由转鼓大端溢流口连续溢出转鼓， 经排液口排出机外。
4. 碟片式离心机——活塞排渣碟片式离心机
操作：断续式 应用：
A、可用于难分离的物料； B、悬浮液分离。 主要技术参数： A、固体浓度＜5％ ； B、颗粒d为0.1~500um； C、固液密度差＞0.01g/cm3 ； D、处理能力达40m3/h； E、离心力强度5000~9000g。
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
转鼓内有一组锥顶角为60~100 度的互相套叠在一起的碟形零 件——碟片。碟片与碟片间的距 离用附于碟片背面的具有一定厚 度的狭条来控制，碟片的距离为 0.5~2.5mm。
4. 碟片式离心机
当转鼓连同碟片以高速旋 转时，碟片间的悬浮液中的固 体颗粒因其有较大的质量，优 先沉降于碟片的内腹面，并连 续向鼓壁方面沉降，澄清的液 体则被迫反方向移动而在转颈 部进液管周围的排液口排出。 沉渣沿碟片表面滑动而脱离碟 片并积聚在转鼓内直径最大的 部位，分离后的液体从出液口 排出转鼓。
4. 碟片式离心机
两种不同重度液体的混合液 进入离心分离机后，通过碟片上 圆孔形成的垂直通道进入碟片间 的隙道，并被带着高速旋转，由 于两种不同重度液体的离心沉降 速度的不同，重液的离心沉降速 度大，就离开轴线向外运动，轻 液的离心沉降速度小，则向轴线 流动。这样，两种不同重度液体 就在碟片间的隙道流动的过程中 被分开。
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
主电机
副电机
转臂 差速器 转鼓
螺旋 进料口
卧式螺旋卸料离心机的结构示意
进料管
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
卧式螺旋卸料离心机的工作原理示意
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
轴承座 转鼓部件 螺旋部件 主电机 传动装置保护罩
进料管
罩壳 机座
差速器
减震2 器
7
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
5.3 离心过滤设备
卧式刮刀离心过滤机
5.4 离心分离设备的选型
思考题： 1、层流状态下颗粒离心沉降速度的计算。 2、离心分离因子及相对离心力的概念。 3、常见离心沉降分离设备的主要原理及应用。 4、离心过滤设备的主要原理。 5、离心分离设备的选型原则。
5.2 离心沉降设备
1. 瓶式离心机
外摆式
角式
固定式
实验室常用 低、中速离心机，
转速一般在3000～
6000rpm 转子常为外摆式或
角式 操作：一般在室温
下，也有配备冷却 装置的冷冻离心机
1. 瓶式离心机
离心管主要用塑料和不锈钢制成。 塑料离心管常用材料有聚乙烯（PE），聚碳酸酯（PC）， 聚丙烯（PP）等，其中PP管性能较好。 塑料离心管都有管盖，离心前管盖必须盖严，倒置不漏液。 管盖有三种作用： ① 防止样品外泄。用于有放射性或强腐蚀性的样品时， 这点尤其重要。 ② 防止样品挥发。 ③ 支持离心管，防止离心管变形。
应用： A、液-液分离； B、固相浓度小于5％的固-液分离。 主要技术参数： A、3-7个分离室（若干同心圆分隔成）； B、分离因子2000~8000g； C、处理能力2.5~10 m3/h； D、颗粒d >0.1m，固体浓度<5％。
4. 碟片式离心机
碟式离心机是立式离心机的 一种，转鼓装在立轴上端，通过 传动装置由电动机驱动而高速旋 转。
2. 管式离心机
2. 管式离心机
操作：间歇式或连续式，还可以冷却 应用：A、液-液分离(连续式)；
B、低固体含量(<1%)的固-液分离。 主要技术指标：
A、离心管直径40-150mm，长径比4-8； B、离心力强度15000-65000g； 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＞ 0.01g/cm3，固体含量＜1%。
碟片束上有分隔碟片，其颈部
有向心泵。
1－转鼓底；2－锁紧环；3－转鼓盖； 4－向心泵；5－分隔碟片；6－碟片；
7－中心管及喇叭口；8－筋条
4. 碟片式离心机——人工排渣碟片离心机
操作：间歇式
应用：
A、液-液分离；
B、固相浓度小于2％的固-液分离；
C、澄清作业。
主要技术参数：
A、固体浓度1-2％ ；
5. 卧式螺旋卸料沉降离心机
操作：连续式 应用： A、固液分离； B、高浓度的大颗粒。 主要技术参数： A、分离因子＜6000g；转鼓直径~900mm； B、适应的颗粒直径2μm~5mm，固体含量1-50%； C、固液密度差＞0.05g/cm3； D、处理量可达60t/h； E、操作温度高，可＞300C；操作压力一般为常压。