固液分离与设备-沉降分离及设备（生物制药设备课件）

离心沉降分离与设备任务二一、离心沉降1.离心分离速度

当颗粒处于离心场时，将受到四个力的作用，即重力、惯性离心力、向心力和阻力。

当颗粒所受的惯性离心力、向心力和阻力平衡时，颗粒在径向上将保持匀速运动而沉降到器壁。在匀速沉降阶段的径向速度就是颗粒在此位置上的离心沉降速度，其计算式为：离心加速度。2.离心分离因数

离心加速度与重力加速度之比叫离心分离因数，用表示。它是离心分离设备的重要性能指标。值愈高，离心沉降效果愈好。二、离心沉降设备

1.碟片式离心机

碟片式离心机的转鼓装在立轴上端，通过传动装置由电动机驱动而高速旋转。转鼓内有一组互相套叠在一起的碟形零件——碟片。碟片与碟片之间留有很小的间隙。转鼓结构碟片式离心机工作过程

浮液由位于转鼓中心的进料管加入转鼓，当悬浮液流过碟片之间的间隙时，固体颗粒在离心力作用下沉降到碟片上形成沉渣。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，分离颗粒后的液体成为轻相，从轻相排出口排出，沉渣则形成重相，在分离机停机后拆开转鼓由人工清除，或由沉渣排出机构从重相排出口排出。碟片的作用是缩短固体颗粒的沉降距离、扩大转鼓的沉降面积，提高分离机的生产能力。碟片离心机的操作类型液固分离液液分离2.高速管式离心机

高速管式离心机的核心部件是直筒状转鼓，其内装有三个纵向平板，以带动料液迅速达到与转鼓相同的角速度。

分离乳浊液的管式离心机，转鼓由转轴带动旋转。乳浊液由底部进入转鼓内从下向上流动。在离心力作用下，由于两种液体的密度不同，乳浊液分成内外两液层。外层为重液层，内层为轻液层，在离心机的顶部，轻液与重液分别从各自的溢流口排出。

分离悬浮液的管式离心机，悬浮液从底部进入转鼓并随着转鼓旋转。液体由下向上流动过程中，颗粒由转鼓中心径向运动到转鼓内壁形成沉渣，轻相则沿轴心线上升从轻液排出口排出。注意

在分离悬浮液时应将管式离心机的重液排出口封闭，以便颗粒沉降在转鼓内壁。运转一段时间，停车卸渣，并清洗机器。3.冷冻离心机

冷冻离心机由驱动电机、制冷系统、显示系统、自动保护系统和速度控制系统组成，主要配件是离心转头。离心转头是用来搁置样品容器的支架，有角式转头和甩平式转头两种。

安装离心机转头的离心室由制冷机输送出的制冷剂降温，热电偶温度检测器可检测温度，以保证离心机高速转动时料液温度始终不会高于4℃，避免药物活性损失。高速冷冻离心机转速可达25000转/分钟，分离因数为89000左右，分离效果好，是目前生物制药工业广为使用的分离设备。

在使用高速冷冻离心机时，每一个容器里盛装的液体质量要均等，在盖上盖子后才能启动。重力沉降分离与设备任务一一、重力沉降速度1.沉降

在某种力作用下，利用连续相与分散相的密度差异，使之发生相对运动而分离的过程称为沉降。2.重力沉降

如果颗粒或颗粒群在流体中充分地分散，颗粒之间互不接触、互不碰撞，除承受地球引力之外无其他作用力，在这种条件下发生的沉降称为重力沉降。3.球形颗粒的自由沉降速度

如果颗粒在静止流体中沉降时，不受其他颗粒的干扰及器壁的影响，该种沉降称为自由沉降。

表面光滑的刚性球形颗粒置于静止流体中，若颗粒做自由沉降运动，在沉降过程中,颗粒受到三个力的作用：重力Fg，方向竖直向下；浮力Fb，方向向上；阻力Fd，方向向上。颗粒直径颗粒密度流体密度沉降颗粒沿沉降方向最大投影面积。对于球形颗粒颗粒相对流体沉降速度，m/s;沉降阻力系数。

当颗粒沉降的瞬间速度为零，阻力为零，加速度为其最大值，沉降开始后，随着沉降速度逐渐增大，阻力也随着增大，直到速度增大到一定值ut后，重力、浮力、阻力三者达到平衡，合力为零；此时颗粒做匀速运动，运动速度即为沉降速度。

对于微小颗粒，沉降的加速度阶段很短，可以忽略不计，因此，整个沉降过程可以视为匀速沉降过程，加速度为零。这种情况下可直接将用于重力沉降的计算。

是颗粒与流体相对运动时，以颗粒形状及尺寸为特征的雷诺数Re的函数。利用实验测定出沉降阻力系数，并可绘制出—Re关系曲线。4.非球形颗粒的自由沉降速度球形度（形状系数）体积当量直径与颗粒等体积的球形颗粒直径。5.影响沉降速度的因素(1)颗粒形状用球形颗粒直径来表示沉降速度与其相同的非球形颗粒的直径。（2)壁面效应

当颗粒靠近器壁沉降时，由于器壁的影响，其沉降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁面效应。（容器很大，100倍以上可忽略）(3)干扰沉降

当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间相互距离较近时，颗粒沉降会受到其他颗粒的影响，这种沉降称为干扰沉降。干扰沉降速度比自由沉降小。（颗粒浓度＜0.2%,