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离心分离技术 目录 1概论2离心分离原理3离心技术分类4离心过滤5离心设备的选择6超速离心技术 1 概论 中国古代 旋转甩动陶罐 产生离心力挤压出陶罐中浆果的汁液 这就是离心分离原理的早期应用 工业离心机诞生于欧洲 19世纪中叶 先后出现纺织品脱水用的三足式离心机 和制糖厂分离结晶砂糖用的上悬式离心机 1879年 瑞典的拉瓦尔发明第一台从牛奶中分离奶油的分离机 它的转鼓仅是一个空心的圆筒 后来转鼓内增加了轴向叠置的圆锥形碟片 使分离效果显著改善 并增大了处理能力 这一技术进展导致碟式分离机迅速发展 20世纪30年代出现了连续操作的离心机 间歇操作离心机也因实现了自动控制而得到发展 离心分离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 优点 对固体颗粒很小 液体强度很大 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 缺点 离心分离结果得到的是浆状物而不是干的滤饼 且存在离心设备复杂 价格昂贵 用途 悬浮液中液体或固体的直接回收两种互不相溶液体的分离 如液 液萃取不同密度固体或乳浊液的分离 如制备型超离心技术等 分离形式 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 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 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 2 离心分离原理 仪器在运转过程中产生离心力 由于离心力导致的沉降作用使悬浮于液体中的固体物质形成沉淀 比重大的物质向转头半径最大的方向移动 而比重较轻的物质沉积于比重较重的物质之上 使不同比重的物质分层次地分离出来 相对离心力 RCF 表示地球引力的倍数 RCF 1 118 10 5 rpm 2r其中 r为离心机转子的半径 以cm为单位 rpm为离心机转速 常以g的倍数表示相对离心力 如1000g 当g r和rpm3者中已知其中2个 用上式就可以计算出第三个数的值 而在离心机的说明书中已经标明该离心机所用转子的半径 同时只要是配套的转子 只要设定g或rpm二者之一 离心机会自动计算出另一个值 并显示 3 离心机的种类与用途 按转速分 常速 低速 高速和超速1常速离心机 8000r min R C F 1 104g用途 分离细胞 细胞碎片 培养基残渣及粗结晶等较大颗粒2高速离心机1 104g 2 5 104r min R C F1 104g 105g用途 分离各种沉淀物 细胞碎片及较大的细胞器等高速冷冻离心机 3 超速离心机 2 5 104g 8 104rpm R C F5 105g或更高 结构 离心管帽 冷冻装置和温控系统 真空系统 安全保护系统 制动系统 指示仪表等 在超速离心机中 根据用途不同 又可分为制备型 分析型和制备分析两用型 制备型和分析型超速离心机的主要区别在于分析型有附设的光学系统 可以在离心分离过程中通过光学系统 将大分子的沉降行为以扫描或照相的形式记录下来 有的有观察镜 在可见光波段内直接观察颗粒的沉降行为 离心机常用的离心转子有 固定角度转子 水平转子 垂直转子 区带转子和连续流转子 转子的性能和用途有一定的差异 正确选择转子有利于获得良好的实验结果 3 离心技术分类 按用途分类1 分析性 超速离心机2 制备性 A 实验室用 B 工业用按工业应用分类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 人工排渣式 喷嘴排渣式 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 一 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 400L h D 适应的颗粒直径0 01 100 m 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 二 多室离心机 操作 应用 A 液 液萃取分离 B 固相浓度小于 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 10m3 h D 颗粒d 0 1 m E 固体浓度 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 三 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 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 人工排渣式 喷嘴排渣式 C 活塞排渣式 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 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 20 m 固体含量小于 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 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 1 100 m 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 活塞排渣碟片离心机 操作 应用 多种颗粒的分离 0 1 500 m颗粒 固体含量10 四 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300 C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 离心过滤 原理 5 离心设备的选择 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 低速离心一般使用玻璃管 它抗化学药品的性能极好 但一般较脆 不能承受3000g以上的离心力 由聚丙烯和聚乙烯的共聚物制成的塑料管主要用于高速离心 它比玻璃管能承受较高的离心力 同时可以高温消毒 耐酸耐碱耐盐和抗化学药品 6 超速离心技术 离心方法的选择超速离心的离心方法 差速离心 密度梯度离心 1 差速离心采用不同的离心速度和离心时间 使沉降速度不同的颗粒分批分离的方法 主要用于分离大小和密度差异较大的颗粒 2 密度梯度离心样品在密度梯度介质中进行离心 使沉降系数比较接近的物质得以分离的一种区带分离方法 密度梯度系统 梯度介质有足够大的溶解度 不与分离组分反应 不会引起分离组分的凝集 变性或失活 常用介质 蔗糖 甘油等 样品铺在密度梯度溶液表面 离心后形成若干条界面清楚的不连续区带 当欲分离的不同颗粒的密度范围在离心介质的密度梯度范围内时 不同浮力密度的物质颗粒在离心力作用下一直移动到与各自浮力密度相等的位置 等密度点 形成区带 等密度离心常用的介质 铯盐 如CsCl Cs2SO4 CsBr 随着计算机技术在离心机上的应用 离心时的加速及离心后的减速都由CPU控制 根据离心样品的不同要求可以选择不同的加速和减速曲线 使用无级调速无电刷直流电机