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1上节课的主要内容上节课的主要内容发酵液的预处理发酵液的预处理凝聚凝聚絮凝絮凝加热加热调调pH高价无机离子的去除高价无机离子的去除杂蛋白质的去除杂蛋白质的去除23.3.发酵液的固液分离发酵液的固液分离3常见的固液分离方法常见的固液分离方法过滤过滤 filtrationfiltration离心离心 Centrifugation 膜分离膜分离 membrane separationmembrane separation双水相萃取双水相萃取 ATPSATPS扩张床吸附扩张床吸附 EBAEBAp均均相相物物系系(honogeneous system):均均相相混混合合物物。物物系系内内部各处均匀且无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。部各处均匀且无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。自然界的混合物分为两大类：自然界的混合物分为两大类：p非非均均相相物物系系(non-honogeneous system):非非均均相相混混合合物物。物物系系内内部部有有隔隔开开不不同同相相的的界界面面存存在在，且且界界面面两两侧侧的的物物料料性性质质有有显显著著差差异异。如如：悬悬浮浮液液、乳乳浊浊液液、泡泡沫沫液液属属于于液液态态非非均均相相物物系系，含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。3.1 3.1 概述概述p分散相分散相：分散物质。在非均相物系中，处于分散状分散物质。在非均相物系中，处于分散状态的物质。态的物质。p连续相连续相：分散介质。包围着分散物质而处于连续状分散介质。包围着分散物质而处于连续状态的流体。态的流体。非均相物系由分散相和连续相组成要要实实现现分分离离，必必须须使使分分散散相相和和连连续续相相之之间间发发生生相相对对运运动动。因因此此，非非均均相相物物系系的的分分离离操操作作遵遵循循流流体体力力学学的的基本规律。基本规律。p非均相物系的分离原理：非均相物系的分离原理：p非均相物系分离的理论基础：非均相物系分离的理论基础：根据两相物理性质根据两相物理性质(如密度等如密度等)的不同而进行的分离。的不同而进行的分离。由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较大，由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较大，因此常采用因此常采用机械方法机械方法进行分离。按两相运动方式的不进行分离。按两相运动方式的不同，机械分离大致分为同，机械分离大致分为沉降和过滤沉降和过滤两种操作。两种操作。通常先造成一个两相物系，再用机械分离的方法分通常先造成一个两相物系，再用机械分离的方法分离，如蒸馏，萃取等。离，如蒸馏，萃取等。p非均相物系的分离方法：非均相物系的分离方法：p均相物系的分离均相物系的分离：发酵液的分离非常困难，最常用的固液分发酵液的分离非常困难，最常用的固液分离方法是离方法是过滤过滤和和离心离心。体积较大的颗粒体积较大的颗粒过滤过滤 体积较小的颗粒（体积较小的颗粒（1-101-10m m）离心）离心 体积再小体积再小 发酵液预处理后再过滤或离心发酵液预处理后再过滤或离心810过滤操作是借助于过滤介质，在一定的压力差过滤操作是借助于过滤介质，在一定的压力差PP作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的单元操作。单元操作。过滤介质过滤介质filter medium:过滤采用的多孔物质；过滤采用的多孔物质；滤浆滤浆filter pulp:所处理的悬浮液；所处理的悬浮液；滤液滤液filtrate:通过多孔通道的液体；通过多孔通道的液体；滤饼或滤渣滤饼或滤渣 filter cakefilter cake:被截留的固体物质。被截留的固体物质。滤浆滤浆(slurry)slurry)：原悬浮液。原悬浮液。滤饼滤饼(filter cake)filter cake)：截留的固体物质。截留的固体物质。过滤介质过滤介质(filtering medium)filtering medium)：多孔物质。多孔物质。滤液滤液(filterate)filterate)：通过多孔通道的液体。通过多孔通道的液体。过滤操作示意图过滤操作示意图(滤饼过滤滤饼过滤)3.2.2 分类：分类：依据机理分为：依据机理分为：深层过滤：深层过滤：硅藻土、活性炭（硅藻土、活性炭（固体固体1g/L）滤饼过滤：常压、减压、加压（滤饼过滤：常压、减压、加压（固体固体 1g/L）当悬浮液通过滤布时，固体颗粒被滤布阻拦而逐当悬浮液通过滤布时，固体颗粒被滤布阻拦而逐渐形成滤饼（滤渣）。在滤饼过滤中，当滤饼至一定渐形成滤饼（滤渣）。在滤饼过滤中，当滤饼至一定厚度时即起主要的过滤作用。适合于固体含量大于厚度时即起主要的过滤作用。适合于固体含量大于1g/L1g/L的悬浮液的过滤分离。的悬浮液的过滤分离。1213深层过滤深层过滤滤饼过滤滤饼过滤3.2.3 过滤理论：过滤理论：过滤速率：dQ/dt=Ap/L(Rm+Rc)3.2.4 影响过滤的因素影响过滤的因素 1）推动力 悬浮液自身压强差、重力悬浮液自身压强差、重力 悬浮液的悬浮液的外加压力外加压力 过滤介质的过滤介质的抽真空抽真空 2）悬浮液的性质（发酵液的黏度发酵液的黏度）3）过滤阻力：介质阻力介质阻力：一般过滤初较明显：一般过滤初较明显 滤饼阻力滤饼阻力:滤饼厚度：随过滤进行而增加；滤饼厚度：随过滤进行而增加；滤饼特性：颗粒形状、大小。滤饼特性：颗粒形状、大小。大多情况下，过滤阻力主要取决于大多情况下，过滤阻力主要取决于滤饼阻力滤饼阻力。14154）影响发酵液固液分离的其它因素（1 1）发酵液中悬浮离子的大小）发酵液中悬浮离子的大小16（2）菌体的种类和浓度（重要因素），通常丝状）菌体的种类和浓度（重要因素），通常丝状菌、动物或植物细胞悬浮液粘度较大，浓度增菌、动物或植物细胞悬浮液粘度较大，浓度增大，粘度也提高。大，粘度也提高。（3）培养液中蛋白质、核酸大量存在：通常细胞）培养液中蛋白质、核酸大量存在：通常细胞破碎或细胞自溶后粘度增大。因此细胞破碎的破碎或细胞自溶后粘度增大。因此细胞破碎的程度应控制，发酵放罐时间要适宜。程度应控制，发酵放罐时间要适宜。（4）培养基成分：如用）培养基成分：如用黄豆粉黄豆粉、花生粉花生粉作氮源，作氮源，淀粉淀粉作碳源，粘度都会升高。作碳源，粘度都会升高。（5）某些染菌发酵液，如染细菌，则粘度会增大。）某些染菌发酵液，如染细菌，则粘度会增大。（6）发酵过程的不正常处理，如大量过剩的培养）发酵过程的不正常处理，如大量过剩的培养基和消沫油加入，都会使粘度增大。基和消沫油加入，都会使粘度增大。173.2.5 过滤速度的强化过滤速度的强化1 1降低滤饼比阻力降低滤饼比阻力一切能够降低滤饼比阻力的方法：如添加电解质、絮凝剂、凝固剂助滤剂等。2 2降低滤液黏度降低滤液黏度 黏度愈低，过滤阻力愈小。加热、去杂蛋白、絮凝、调PH、选择合适的放罐时间。3 3降低悬浮液中悬浮固体的浓度降低悬浮液中悬浮固体的浓度过滤速度与获得滤饼体积成反比。因此应尽可能降低培养基配料浓度（如玉米粉、豆饼粉的浓度）。4.4.对发酵液进行预处理，改善滤液性质。对发酵液进行预处理，改善滤液性质。183.2.6 过滤介质选择过滤介质选择过滤介质起过滤作用，还是滤饼的支撑物。应具有足够的过滤介质起过滤作用，还是滤饼的支撑物。应具有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力。机械强度和尽可能小的流动阻力。合理选择过滤介质：合理选择过滤介质：过滤介质所能截留的固体粒子大小过滤介质所能截留的固体粒子大小：通常以过滤介质的孔：通常以过滤介质的孔径表示。常用的过滤介质中，纤维滤布所能截留的最小径表示。常用的过滤介质中，纤维滤布所能截留的最小粒子约粒子约10m10m，硅藻土为，硅藻土为lmlm，超滤膜可小于，超滤膜可小于0.5m0.5m。过滤介质的透过性：过滤介质的透过性：是指在一定的压力差下，单位时间单是指在一定的压力差下，单位时间单位过滤面积上通过滤液的体积量，它取决于过滤介质上位过滤面积上通过滤液的体积量，它取决于过滤介质上毛细孔径的大小及数目。毛细孔径的大小及数目。19过滤介质过滤介质-织物介质织物介质又称滤布，应用最广泛，包括由棉、麻等天然纤维滤布又称滤布，应用最广泛，包括由棉、麻等天然纤维滤布和合成纤维滤布。和合成纤维滤布。其过滤性能受许多因素的影响，其中最重要的是纤维的其过滤性能受许多因素的影响，其中最重要的是纤维的特性、编织纹法和线型。特性、编织纹法和线型。最高温度最高温度密度密度 (kg(kgm m3 3)吸水率吸水率耐磨耐磨棉棉尼纶尼纶涤纶涤纶929210510512012014514515515511411413813816-2216-226.5-8.36.5-8.30.04-0.080.04-0.08良良优优优优滤滤 液液澄清度澄清度阻力阻力滤饼中滤饼中含含 水水滤饼滤饼脱落脱落寿命寿命堵孔堵孔倾向倾向平纹平纹斜纹斜纹缎纹缎纹依依次次降降依依次次降降依依次次减减依依次次易易中中长长短短依依次次易易20过滤介质过滤介质-粒状介质粒状介质有硅藻土、珍珠岩粉、细砂、活性炭、白土等。有硅藻土、珍珠岩粉、细砂、活性炭、白土等。最常用的是硅藻土，是优良的过滤介质：最常用的是硅藻土，是优良的过滤介质：一般不与酸碱反应，化学性能稳定；一般不与酸碱反应，化学性能稳定；形状不规则，空隙大且多孔，具有很大的吸附表面；形状不规则，空隙大且多孔，具有很大的吸附表面；无毒且不可压缩，形成的过滤层阻力不随操作压力变化。无毒且不可压缩，形成的过滤层阻力不随操作压力变化。硅藻土过滤介质通常有三种用法：硅藻土过滤介质通常有三种用法：（1 1）作为深层过滤介质作为深层过滤介质。硅藻土过滤层具有曲折的毛细孔道，。硅藻土过滤层具有曲折的毛细孔道，借筛分、吸附和深层效应作用除去悬浮液中的固体粒子，截借筛分、吸附和深层效应作用除去悬浮液中的固体粒子，截留效果可达到留效果可达到1m1m。（2 2）作为预涂层。作为预涂层。在支持介质的表面上预先形成一层较薄的在支持介质的表面上预先形成一层较薄的硅藻土预涂层，用以保护支持介质的毛细孔道不被滤饼层中硅藻土预涂层，用以保护支持介质的毛细孔道不被滤饼层中的固体粒子堵塞。的固体粒子堵塞。（3 3）用作助滤剂用作助滤剂。21过滤介质过滤介质-多孔固体介质多孔固体介质 如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等，如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等，可加工成板状或管状，孔隙很小且耐腐可加工成板状或管状，孔隙很小且耐腐蚀，常用于过滤含有少量微粒的悬浮液。蚀，常用于过滤含有少量微粒的悬浮液。22典型过滤设备典型过滤设备：按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤实验室用抽滤装置实验室用抽滤装置板框压滤机（间歇操作）板框压滤机（间歇操作）转筒真空过滤机（连续操作）转筒真空过滤机（连续操作）过滤式离心机过滤式离心机3.2.7 固液分离过滤设备固液分离过滤设备231 1）实验室用抽滤装置）实验室用抽滤装置242）板框压滤机）板框压滤机plate and frame filter 板框压滤机的过滤推动力来自泵产生的板框压滤机的过滤推动力来自泵产生的液压或进料贮槽中的气压。液压或进料贮槽中的气压。广泛应用于培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、广泛应用于培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、酵母菌和细菌等多种发酵液的固液分离。酵母菌和细菌等多种发酵液的固液分离。适合于固体含量适合于固体含量1-10%1-10%的悬浮液的分离。的悬浮液的分离。25板框压滤机板框压滤机包括板和框，多做成正方形，角端均开有小孔，装合压紧后即构成供滤浆或洗水流通的孔道。框的两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤浆及滤饼的空间，滤板用以支撑滤布并提供滤液流出的通道。26板框式压滤机在过滤时，悬浮液由离心泵或齿轮泵经滤浆通道打入框内，滤液穿过滤框两侧滤布，沿相邻滤板沟槽流至滤液出口，固体则被截留于框内形成滤饼。滤饼充满滤框后停止过滤。27板框压滤机板框压滤机优点优点过滤面积大，结构简单，价格低，动力过滤面积大，结构简单，价格低，动力消耗少，消耗少，对不同过滤特性的发酵液适应性强。对不同过滤特性的发酵液适应性强。它最重要的特征是通过过滤介质时产生它最重要的特征是通过过滤介质时产生的压力降可以的压力降可以超过超过0.1MPa,0.1MPa,这是真空过滤器无法达到的。这是真空过滤器无法达到的。缺点缺点不能连续操作，设备笨重，劳动强度大，不能连续操作，设备笨重，劳动强度大，卫生条件差，非过滤的辅助时间较长。卫生条件差，非过滤的辅助时间较长。28自动板框式压滤机自动板框式压滤机自动板框压滤机在板框压紧；卸饼、清自动板框压滤机在板框压紧；卸饼、清洗等操作中可自动完成，劳动强度小，洗等操作中可自动完成，劳动强度小，辅助操作时间短。辅助操作时间短。自动压滤机结构复杂，价格昂贵，在一自动压滤机结构复杂，价格昂贵，在一定程度上限制了它的应用和发展。定程度上限制了它的应用和发展。293 3）真空转鼓过滤机）真空转鼓过滤机（rotary-drum vacuum filter）真空过滤设备以大气与真空之间的压力差作为过滤真空过滤设备以大气与真空之间的压力差作为过滤操作的推动力。生物工业中，用得较多的是转筒式操作的推动力。生物工业中，用得较多的是转筒式真空过滤机和带式真空过滤机。真空过滤机和带式真空过滤机。转筒真空过滤机的结构转筒真空过滤机的结构转筒真空过滤机是一种连续操作的过滤设备，设备转筒真空过滤机是一种连续操作的过滤设备，设备的主体是一个由筛板组成能转动的水平圆筒，表面的主体是一个由筛板组成能转动的水平圆筒，表面有一层金属丝网，网上覆盖滤布有一层金属丝网，网上覆盖滤布,圆筒内沿径向被筋圆筒内沿径向被筋板分隔成若干个空间。板分隔成若干个空间。30转筒真空过滤机转筒真空过滤机结构：结构：p转筒，扇形格转筒，扇形格(18格格)；滤室；滤室；分配头；分配头；动盘动盘(18(18个孔，分别与扇个孔，分别与扇形格的形格的1818个通道相连个通道相连)；定盘定盘(三个凹槽：三个凹槽：滤液真滤液真空凹槽、洗水真空凹槽、空凹槽、洗水真空凹槽、压缩空气凹槽压缩空气凹槽，分别将动，分别将动盘的盘的1818个孔道分成三个通个孔道分成三个通道道)；p滤浆槽。滤浆槽。31转筒下部浸入滤浆槽中，浸没角约转筒下部浸入滤浆槽中，浸没角约900-1300900-1300，圆筒缓慢旋转时圆筒缓慢旋转时(转速约转速约0.5-2r0.5-2rmin)min)，筒内每，筒内每一空间相继与分配头中的一空间相继与分配头中的3 3个室相通，可顺序进个室相通，可顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸饼等项操作。行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸饼等项操作。即整个圆筒分为过滤区、洗涤及脱水区，卸渣即整个圆筒分为过滤区、洗涤及脱水区，卸渣及再生区及再生区3 3个区域。个区域。32转筒真空过滤机优点：优点：转筒真空过滤机可吸滤、洗涤、卸饼、再生连转筒真空过滤机可吸滤、洗涤、卸饼、再生连续化操作，生产能力大，劳动强度小，续化操作，生产能力大，劳动强度小，缺点：缺点：辅助设备多，投资大，辅助设备多，投资大，且由于真空过滤，推动力小，滤饼湿度大（且由于真空过滤，推动力小，滤饼湿度大（20203030）。）。主要适用霉菌发酵液，对菌体细小、黏度大铺主要适用霉菌发酵液，对菌体细小、黏度大铺助滤剂。对于滤饼阻力较大的物料适应能力较助滤剂。对于滤饼阻力较大的物料适应能力较差。差。33带式真空过滤机带式真空过滤机带式真空过滤机（是自动连续运转、并能按工带式真空过滤机（是自动连续运转、并能按工艺要求进行无级调速以及操作方便和动力消耗艺要求进行无级调速以及操作方便和动力消耗低的一种新型高效的脱水设备。低的一种新型高效的脱水设备。34带式真空过滤机流程带式真空过滤机流程1 1、进料、进料过滤过滤滤饼洗涤滤饼洗涤吸干吸干卸料卸料滤布清洗连滤布清洗连续进行，配有续进行，配有PLCPLC控制，自动化程度高。控制，自动化程度高。2 2、真空过滤盘分段设计，可满足不同物料过滤、洗涤、真空过滤盘分段设计，可满足不同物料过滤、洗涤、吸干的工艺要求，滤带运行速度采用变频无级调速，对吸干的工艺要求，滤带运行速度采用变频无级调速，对不同物料有广泛的适应性。不同物料有广泛的适应性。3 3、在同一设备上可采用多次逆流洗涤得到高浓度的滤、在同一设备上可采用多次逆流洗涤得到高浓度的滤液，也可采用并流洗涤或顺流洗涤获得高纯度的滤饼。液，也可采用并流洗涤或顺流洗涤获得高纯度的滤饼。35结构结构：转鼓转鼓滤饼滤饼滤布滤布滤网滤网离心过滤机工作原理图离心过滤机工作原理图p转鼓转鼓(上有小孔，亦称悬框上有小孔，亦称悬框)；滤网；滤网；滤布；滤布；p机架。机架。原理：原理：由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、滤由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、滤网及滤筐而流出。网及滤筐而流出。4）离心过滤机（）离心过滤机（centrifugal filter）36设备设备设备设备主要结构主要结构主要结构主要结构过程过程过程过程特点特点特点特点适用性适用性适用性适用性板框压板框压板框压板框压滤机滤机滤机滤机滤板滤板/滤框滤框/夹紧机构夹紧机构/机机架架装合装合过滤过滤洗涤洗涤卸渣卸渣整理整理加压过滤，推动力较大加压过滤，推动力较大加压过滤，推动力较大加压过滤，推动力较大 结构简单，造价低；结构简单，造价低；结构简单，造价低；结构简单，造价低；过滤面积大，能耗少；过滤面积大，能耗少；过滤面积大，能耗少；过滤面积大，能耗少；间歇操作；间歇操作；间歇操作；间歇操作；洗涤时间长，生产效率低。洗涤时间长，生产效率低。洗涤时间长，生产效率低。洗涤时间长，生产效率低。应用广泛。对应用广泛。对应用广泛。对应用广泛。对原料的适应性原料的适应性原料的适应性原料的适应性强强强强转鼓真转鼓真转鼓真转鼓真空过滤空过滤空过滤空过滤机机机机转筒转筒转筒转筒(滤网、滤网、滤网、滤网、滤布滤布滤布滤布)/)/)/)/分配分配分配分配头、滤浆槽头、滤浆槽头、滤浆槽头、滤浆槽过滤过滤过滤过滤洗涤洗涤洗涤洗涤吹干吹干吹干吹干卸渣卸渣卸渣卸渣连续化生产，自动化程度高连续化生产，自动化程度高连续化生产，自动化程度高连续化生产，自动化程度高真空过滤，推动力较小；，真空过滤，推动力较小；，真空过滤，推动力较小；，真空过滤，推动力较小；，滤饼湿度大，设备投资高滤饼湿度大，设备投资高滤饼湿度大，设备投资高滤饼湿度大，设备投资高适于粒度中等，适于粒度中等，适于粒度中等，适于粒度中等，粘度不太大的粘度不太大的粘度不太大的粘度不太大的物料物料物料物料离心过离心过离心过离心过滤机滤机滤机滤机转鼓转鼓转鼓转鼓(滤网、滤网、滤网、滤网、滤布滤布滤布滤布)/)/)/)/机架机架机架机架过滤过滤过滤过滤洗涤洗涤洗涤洗涤卸渣卸渣卸渣卸渣离心过滤，推动力最大；离心过滤，推动力最大；离心过滤，推动力最大；离心过滤，推动力最大；滤液湿度小，设备成本高，滤液湿度小，设备成本高，滤液湿度小，设备成本高，滤液湿度小，设备成本高，应用广泛，过应用广泛，过应用广泛，过应用广泛，过滤面积小。滤面积小。滤面积小。滤面积小。几种过滤设备的比较几种过滤设备的比较375 5）硅藻土过滤机）硅藻土过滤机 diatomite filteru硅藻土中的硅藻有许多不同的形状，由于硅藻硅藻土中的硅藻有许多不同的形状，由于硅藻土具有细腻、松散、质轻、多孔、吸水和渗透土具有细腻、松散、质轻、多孔、吸水和渗透性强的特性，所以它是一种性能优良的工业滤性强的特性，所以它是一种性能优良的工业滤剂。剂。u硅藻土过滤是以硅藻土作为过滤介质，它是一硅藻土过滤是以硅藻土作为过滤介质，它是一种预涂型过滤器，预涂、过滤、反冲洗是硅藻种预涂型过滤器，预涂、过滤、反冲洗是硅藻土过滤的一般工艺过程。土过滤的一般工艺过程。u在酿造、饮料、酒类和水处理等方面得到广泛在酿造、饮料、酒类和水处理等方面得到广泛应用。目前，国内主要用于酒类和饮料过滤应用。目前，国内主要用于酒类和饮料过滤 38硅藻硅藻39硅藻土过滤机硅藻土过滤机40又称切向流过滤（又称切向流过滤（Cross-Flow Filtration）传统过滤时过滤液体垂直于过滤介质，过滤阻力主要传统过滤时过滤液体垂直于过滤介质，过滤阻力主要来自滤饼。错流过滤打破了传统过滤的机制，即液体来自滤饼。错流过滤打破了传统过滤的机制，即液体的流向和滤膜相切。的流向和滤膜相切。在压力推动下，在压力推动下，悬浮液悬浮液以高速在管状滤膜的内壁以高速在管状滤膜的内壁作切作切向流动向流动，利用流动的剪切作用将过滤介质表面的固体利用流动的剪切作用将过滤介质表面的固体（滤饼）移走，（滤饼）移走，而附着在滤膜上的滤饼很薄，因而能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在长时间内保持稳定不变的过滤速度）错）错 流流 过过 滤滤41微滤过程示意图微滤过程示意图,料液快速经过薄膜料液快速经过薄膜,以减少形成滤饼以减少形成滤饼错错 流流 过过 滤滤42朗极化工公司膜澄清过朗极化工公司膜澄清过滤和膜浓缩的滤和膜浓缩的“错流过错流过滤系统滤系统”陶瓷膜陶瓷膜 错错 流流 过过 滤滤43错流过滤错流过滤特点特点(收率高收率高 （97-98%97-98%）(质量好质量好(减少处理步聚减少处理步聚(染菌罐也能进行处理染菌罐也能进行处理(介质阻力大介质阻力大(不能得到干滤饼不能得到干滤饼(需要大的膜面积需要大的膜面积(目前适用于小分子的分离目前适用于小分子的分离 44对于浓度较小，粒径较大，硬度较强的不溶物，对于浓度较小，粒径较大，硬度较强的不溶物，对于浓度较小，粒径较大，硬度较强的不溶物，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。可以采用过滤分离。可以采用过滤分离。可以采用过滤分离。但当固体颗粒细小而难以过滤时，发酵液不易但当固体颗粒细小而难以过滤时，发酵液不易但当固体颗粒细小而难以过滤时，发酵液不易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。被过滤纯化，离心操作往显得十分有效。被过滤纯化，离心操作往显得十分有效。被过滤纯化，离心操作往显得十分有效。离心分离是基于固体颗粒和周围液体密度存在离心分离是基于固体颗粒和周围液体密度存在差异，在离心场中使不同密度的固体颗粒加速差异，在离心场中使不同密度的固体颗粒加速沉降的分离过程。沉降的分离过程。动植物动植物动植物动植物细胞的收集、细胞碎片和沉淀的分离等细胞的收集、细胞碎片和沉淀的分离等常用离心分离。常用离心分离。3.3 3.3 离心离心45优点：优点：分离速度快，分离速度快，分离效率高、分离效率高、液相澄清度好；液相澄清度好；缺点：缺点：与过滤设备相比，与过滤设备相比，与过滤设备相比，与过滤设备相比，设备投资高、设备投资高、能耗大、能耗大、离心产生的固体浓缩物和过滤产生的浓缩不同。离心产生的固体浓缩物和过滤产生的浓缩不同。通常情况下离心只能得到一种较为浓缩的悬浮液通常情况下离心只能得到一种较为浓缩的悬浮液或浆体。而过滤可获得的水分含量较低的滤饼。或浆体。而过滤可获得的水分含量较低的滤饼。离心分离离心分离46离心力与转速47离心分离颗粒沉降速度离心分离颗粒沉降速度d 颗粒直径；颗粒直径；p 颗粒密度；颗粒密度；m 液体介质密度；液体介质密度；液体介质粘度；液体介质粘度；旋转角速度；旋转角速度；r 转轴中心到颗粒中心距离。转轴中心到颗粒中心距离。增大离心力（2r）可提高沉降速度，对沉降速度小的颗粒，提高转速是有效的方法。与颗粒直径有关，大颗粒容易沉降。与颗粒密度和介质密度之差(p-m)成正比，随介质粘度增大而减小。48按速度和离心力：按速度和离心力：1 1、常速离心机、常速离心机 最大转速最大转速8000rpm(r/min),8000rpm(r/min),相对离心力相对离心力(RCF)10(RCF)104 4g g以下以下,用于细胞、菌体和培养基残渣等分离；用于细胞、菌体和培养基残渣等分离；2 2、高速（冷冻）离心机、高速（冷冻）离心机 1101104 4-2.510-2.5104 4rpmrpm，相对离心力，相对离心力10104 4-10105 5g,g,用于细胞碎片、较大细胞器、大分子沉淀物等分离；用于细胞碎片、较大细胞器、大分子沉淀物等分离；3 3、超速离心机、超速离心机 转速转速2.5-8102.5-8104 4rpmrpm，相对离心力，相对离心力5105105 5g g；用于；用于DNADNA、RNARNA蛋白质、细胞器、病毒分离纯化；检测纯度；沉降系蛋白质、细胞器、病毒分离纯化；检测纯度；沉降系数和相对分子量测定等。数和相对分子量测定等。离心机的种类与用途离心机的种类与用途对于常速和高速离心机，由于所分离的颗粒大小和密度相差较大，只要选择好离心速度和时间，就能达到分离效果。超速离心的离心方法：差速离心、密度梯度离心和等密度梯度离心。49按离心机的作用方式：按离心机的作用方式：斜角式斜角式平抛式平抛式管式管式蝶式蝶式螺旋式螺旋式多室多室离心机的种类与用途离心机的种类与用途501 1）斜角式离心机）斜角式离心机v是一类结构最简单的实验室常用离心机，是一类结构最简单的实验室常用离心机，v指离心管腔与转轴成一定倾角的指离心管腔与转轴成一定倾角的转子转子；v角度越大，沉降越结实，分离效果越好，角度越大，沉降越结实，分离效果越好，v角度越小，颗粒沉降距离短，沉降速度快，但分离效果差。角度越小，颗粒沉降距离短，沉降速度快，但分离效果差。v颗粒在角转子中沉降时，颗粒在角转子中沉降时，先沿离心力方向撞向离心管，先沿离心力方向撞向离心管，然后再沿管壁滑向管底，然后再沿管壁滑向管底，因此管的一侧会出现颗粒沉积。因此管的一侧会出现颗粒沉积。511 1）斜角式离心机）斜角式离心机结构稳定，结构稳定，可装载较多的样品可装载较多的样品使用较高的转速。使用较高的转速。加速或减速时，对样品有搅动。加速或减速时，对样品有搅动。有些梯度离心要求用角转头，否有些梯度离心要求用角转头，否则形成的梯度不均一，线性很差则形成的梯度不均一，线性很差522 2）平抛式离心机平抛式离心机v平平抛抛式式离离心心机机一一类类结结构构简简单单的的实实验验室室常常用用的的低低中速离心机，转速一般在中速离心机，转速一般在 3000-6000rpm3000-6000rpm。v 转子活动管套内的离心管，转子活动管套内的离心管，静止时垂直挂在转静止时垂直挂在转头上，头上，旋转时随着转子转动，从垂直悬吊上升到旋转时随着转子转动，从垂直悬吊上升到水平位置（约水平位置（约200200800rpm800rpm）。）。v颗粒在水平转子中的沉降是沿管子颗粒在水平转子中的沉降是沿管子轴向移动轴向移动。v样品便于收集样品便于收集v受振动和变速搅乱后对流现象小受振动和变速搅乱后对流现象小，v但转头结构复杂，最高转速相对要低但转头结构复杂，最高转速相对要低v容量也小一些。容量也小一些。53平抛式离心机转子平抛式离心机转子54）管式离心机）管式离心机（tubular-bowl centrifugetubular-bowl centrifuge）管式离心机具有一个细长而管式离心机具有一个细长而高速旋转的转鼓，高速旋转的转鼓，转鼓内装有分离盘，转鼓内装有分离盘，其下部有进料口。上部两侧其下部有进料口。上部两侧有重液相和轻液相出口。有重液相和轻液相出口。55管式离心机管式离心机待处理的物料在一定压力（待处理的物料在一定压力（3103104 4 PaPa左右）下由进料左右）下由进料管经底部空心轴进入鼓内，管经底部空心轴进入鼓内，靠挡板分布于鼓的四周，并使料液迅速达到与转鼓相靠挡板分布于鼓的四周，并使料液迅速达到与转鼓相同的角速度。同的角速度。转鼓带动物料高速旋转，在离心力下，悬浮液沿转鼓转鼓带动物料高速旋转，在离心力下，悬浮液沿转鼓内壁向上流动的，料液在离心力场的作用下因其密度内壁向上流动的，料液在离心力场的作用下因其密度差的存在而分离。差的存在而分离。澄清后的液相流动到转鼓上部的排液口排出。澄清后的液相流动到转鼓上部的排液口排出。比重大的固体微粒逐渐沉积在转鼓内壁形成比重大的固体微粒逐渐沉积在转鼓内壁形成 沉渣层，达到一定数量后，停机人工清除。沉渣层，达到一定数量后，停机人工清除。56管式离心机特点：管式离心机特点：结构简单，结构简单，可提供较大离心力，转速高，分离因数可提供较大离心力，转速高，分离因数高达高达15000-6500015000-65000。管状离心机可以冷却，有利蛋白质分离管状离心机可以冷却，有利蛋白质分离间歇操作，须定时拆卸、清洗间歇操作，须定时拆卸、清洗适用于于分离乳浊液及含细颗粒的稀悬适用于于分离乳浊液及含细颗粒的稀悬浮液，适用于固含量低于浮液，适用于固含量低于1%1%，颗粒度小，颗粒度小于于5 5微米，黏度大的悬浮液澄清或固液两微米，黏度大的悬浮液澄清或固液两相密度差较小的分离。相密度差较小的分离。574）碟片式离心机）碟片式离心机disk-bowl centrifugedisk-bowl centrifuge是在管式离心机的基础上发展起来的，在转鼓是在管式离心机的基础上发展起来的，在转鼓中加入了许多重迭的碟片，缩短了颗粒的沉降中加入了许多重迭的碟片，缩短了颗粒的沉降距离，提高了分离效率。距离，提高了分离效率。是生物工业中应用最为广泛的一种离心机是生物工业中应用最为广泛的一种离心机 有一个密封的转鼓，内装十至上百个锥顶角为有一个密封的转鼓，内装十至上百个锥顶角为60100锥形碟片。锥形碟片。碟片间的距离一般为碟片间的距离一般为0.5-2.5mm,58碟片式离心机工作原理碟片式离心机工作原理当悬浮液在动压头的作用下，经中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，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，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，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，沿碟片下表面向转子外围下滑，而液体则由于密度小，在后续液体而液体则由于密度小，在后续液体的推动下沿着碟片的隙道向转子中的推动下沿着碟片的隙道向转子中心流动，然后沿中心轴上升，从套心流动，然后沿中心轴上升，从套管中排出，达到分离的目的管中排出，达到分离的目的 59碟片式离心机类型碟片式离心机类型人工排渣的碟片离心机人工排渣的碟片离心机碟片上不开孔，只有一个清液排出口。沉积在转鼓内碟片上不开孔，只有一个清液排出口。沉积在转鼓内壁上的沉渣，间歇排出。只适用于固体颗粒含量很少壁上的沉渣，间歇排出。只适用于固体颗粒含量很少的悬浮液。的悬浮液。喷嘴排渣的碟片离心机喷嘴排渣的碟片离心机：当固体颗粒含量较多时，可：当固体颗粒含量较多时，可采用具有喷嘴排渣的碟式离心沉降机。在有特殊形状采用具有喷嘴排渣的碟式离心沉降机。在有特殊形状内壁的转鼓壁上开设若干喷嘴内壁的转鼓壁上开设若干喷嘴 活门（活塞）排渣的碟片离心机活门（活塞）排渣的碟片离心机 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，其速度可增加相似，其速度可增加23%30%,故可使分离因素达故可使分离因素达15000 左右，可用于酶制剂，疫苗和胰岛素等生产中左右，可用于酶制剂，疫苗和胰岛素等生产中分离物的澄清。分离物的澄清。605）螺旋式离心机）螺旋式离心机scroll-type centrifugescroll-type centrifuge连续操作的沉降设备。连续操作的沉降设备。转鼓内有可旋转的螺旋输送器，其转数比转鼓的转鼓内有可旋转的螺旋输送器，其转数比转鼓的转数稍低。转数稍低。有立式和卧式两种，卧螺机是一种全速旋转，连有立式和卧式两种，卧螺机是一种全速旋转，连续进料、分离和卸料的离心机，最大离心力可达续进料、分离和卸料的离心机，最大离心力可达60006000，操作温度可达，操作温度可达300300用于分离含固量较多的悬浮液，生产能力较大。用于分离含固量较多的悬浮液，生产能力较大。61螺旋式离心机工作原理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。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，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。续溢出转鼓，经排液口排出机外。626）多室式）多室式multichamber centrifuge 多室式离心机的转鼓内有若干同心圆多室式离心机的转鼓内有若干同心圆筒组成的环状分离室筒组成的环状分离室加长了被分离液体的流程，使液层减加长了被分离液体的流程，使液层减薄，增加了沉降面积，减少了沉降距薄，增加了沉降面积，减少了沉降距离。离。同时还有粒度筛分的作用，悬浮液中同时还有粒度筛分的作用，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，细颗粒则沉降到靠近外部的室壁上，澄清的分离液经溢流排出。上，澄清的分离液经溢流排出。常用于抗菌素液液萃取分离，果汁常用于抗菌素液液萃取分离，果汁和酒类饮料的澄清等。和酒类饮料的澄清等。