第五章离心分离

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《生物分离工程》课程笔记

《生物分离工程》课程笔记第一章绪论一、生物分离工程的历史及应用1. 历史生物分离工程的历史可以追溯到古代酿酒和面包制作时期，但作为一个独立领域的发展始于20世纪。

早期的生物分离技术主要依靠自然现象，如沉淀、结晶等。

随着科技的发展，尤其是生物技术的崛起，生物分离工程逐渐形成一门独立的学科，并得到了迅速发展。

2. 应用生物分离技术在医药、食品、农业、环境保护等领域有广泛的应用。

例如，在疫苗生产中，需要从细胞培养液中分离出病毒或细菌；在抗生素提取中，需要从发酵液中提取抗生素；在蛋白质纯化中，需要从混合蛋白质中分离出目标蛋白质；在果汁澄清中，需要去除果汁中的悬浮固体等。

二、生物分离过程的特点1. 复杂性生物分离过程涉及生物大分子（如蛋白质、核酸、多糖等）的分离和纯化，这些生物大分子在结构和性质上具有很高的复杂性，因此生物分离过程也具有较高的复杂性。

2. 多样性生物分离过程中，针对不同的生物大分子和混合物，需要采用不同的分离方法和工艺，因此生物分离过程具有很高的多样性。

3. 灵敏度生物大分子在分离过程中容易受到外界因素的影响，如温度、pH值、离子强度等，因此生物分离过程需要严格控制条件，具有很高的灵敏度。

4. 易失活性生物大分子在分离过程中容易发生变性、降解等失活现象，因此生物分离过程需要尽量减少这些失活现象的发生。

5. 高价值生物大分子往往具有很高的经济价值，如药物、生物制品等，因此生物分离过程需要高效、高收率地分离目标物质，以满足市场需求。

第二章过滤一、过滤基本概念及预处理1. 过滤基本概念过滤是一种基于孔径大小实现固体与流体分离的技术。

在生物分离工程中，过滤技术被广泛应用于细胞培养液、发酵液、酶反应液等混合物的初步分离和纯化。

过滤过程中，混合物通过过滤介质（如滤纸、滤膜等），固体颗粒被拦截在过滤介质上，而流体则通过过滤介质流出，从而实现分离。

2. 预处理为了提高过滤效率，通常需要对混合物进行预处理。

生物分离工程离心分离解析课件

②振动卸料式离心机是利用离心力和轴向激振力等的综合作用进行固液分离的。筛篮内的物料在离心力作用下脱水，在轴向激振力作用下由小端向大端脉动性地移动。脱水后的物料从筛篮大端落人卸料室，进人排料槽，离心液则由机壳收集，由排出室排出。
③连续沉降-过滤式螺旋卸料离心机是利用离心沉降原理进行固液分离，固体通过螺旋推料器上的叶片推至转鼓小端排渣口排出，液相则通过转鼓大端的溢流孔溢出。如此不断循环，以达到连续分离的目的。
离心分离是除过滤之外的另一种非常有效的固-液分离方法。
它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：离心分离对那些固体颗粒很小或液体粘度很大，过滤速率很慢，甚至难以过滤的悬浮液的分离十分有效，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。
卧式螺旋沉降离心机(卧式螺旋卸料沉降离心过滤)
5.2.3 离心过滤的计算
（1）Grace方程
（2）Storrow方程
5.3 离心机的选用
根据经验
5.4 离心机在生物工业中的应用
在生物工业中离心机通常用来处理液相粘度在
1～2mPa.s，固－液密度差为≤0.1g/ml和粒子大小为0.5～100μm的悬浮液，其中的固形物，
图4.7 管式离心机工作示意图
式中：Q为料液流量，上式意味着忽略在z方向上重力场的影响，实际上，由于管式离心机的高转速，重力作用确实是可以忽略的。z方向上的运动速度随 Q的增加而加大，而与粒子所处位置无关，因此它是常数。
粒子在r-axis 上的移动速度可表示为：
已知粒子在重力场中的沉降速率为：
❖ 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。

离心机

Exit
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

《化工原理》教案

《化工原理》教案第一章：绪论1.1 课程介绍解释化工原理的概念和重要性概述课程的目标和内容1.2 化工过程的基本类型介绍化工过程的四个基本类型：单元操作、单元过程、化学反应和物理变化解释每种类型的特点和应用1.3 化工工艺流程图介绍化工工艺流程图的符号和表示方法分析一个简单的化工工艺流程图1.4 化工生产中的安全和环保强调化工生产中的安全措施和注意事项讨论环保在化工生产中的重要性第二章：流体力学基础2.1 流体的性质介绍流体的定义和分类解释流体的密度、粘度和表面张力等基本性质2.2 流体力学方程介绍流体力学的基本方程，如质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程解释这些方程在化工中的应用2.3 流体的流动讨论流体的层流和湍流流动分析流速、流量和流阻等概念2.4 泵与风机的原理及应用介绍泵和风机的分类和工作原理讨论泵和风机在化工生产中的应用和选择第三章：热力学基础3.1 热力学基本概念介绍热力学的定义和基本术语，如系统、状态、过程和能量解释热力学第一定律和第二定律3.2 热力学方程介绍热力学方程，如状态方程、焓方程和熵方程分析这些方程在化工中的应用3.3 相平衡讨论相平衡的基本原理和相图解释单组分系统和多组分系统的相平衡条件3.4 热传递介绍热传递的类型和方式，如导热、对流和辐射分析热传递的数学表达式和计算方法第四章：化学平衡与反应工程4.1 化学平衡的基本概念介绍化学平衡的定义和基本原理解释化学平衡常数和勒夏特列原理4.2 化学平衡的计算介绍化学平衡的计算方法和步骤分析化学平衡计算中的限制条件和优化问题4.3 反应动力学介绍反应动力学的定义和基本方程解释零级反应、一级反应和二级反应的特点和计算方法4.4 反应器设计介绍反应器的类型和设计原则分析反应器的操作条件、效率和优化问题第五章：分离工程5.1 分离方法概述介绍分离工程的概念和重要性概述常见的分离方法，如过滤、离心、吸附和蒸馏5.2 过滤原理与设备介绍过滤原理和过滤介质的选择分析过滤设备的设计和操作条件5.3 离心分离原理与设备解释离心力产生的原理和离心分离的适用范围讨论离心分离设备的设计和操作条件5.4 蒸馏原理与设备介绍蒸馏原理和蒸馏塔的设计分析蒸馏操作的条件和蒸馏效率的优化第六章：膜分离技术6.1 膜分离原理介绍膜分离技术的定义和基本原理解释膜的筛选作用和选择性分离机制6.2 膜材料的类型及选择讨论膜材料的种类，如聚合物膜、陶瓷膜和生物膜分析膜材料的选择依据和应用领域6.3 膜分离过程及设备介绍常见的膜分离过程，如微滤、超滤、纳滤和反渗透分析膜分离设备的设计和操作条件6.4 膜污染与清洗讨论膜污染的类型和影响因素介绍膜清洗的方法和技术第七章：吸附工程7.1 吸附原理介绍吸附的概念和吸附等温线解释吸附剂的选择和吸附过程的类型7.2 吸附平衡与动力学分析吸附平衡的数学表达式和影响因素讨论吸附动力学的基本方程和特点7.3 吸附塔的设计与操作介绍吸附塔的类型和设计原则分析吸附塔的操作条件、效率和优化7.4 吸附应用实例探讨吸附技术在化工、环境保护等领域的应用实例第八章：离子交换与电解8.1 离子交换原理介绍离子交换的定义和基本原理解释离子交换树脂的选择和离子交换过程的类型8.2 离子交换设备及操作介绍离子交换设备的类型和操作条件分析离子交换效率和优化问题8.3 电解原理与设备解释电解的概念和电解池的类型讨论电解设备的设计和操作条件8.4 电解应用实例探讨电解技术在化工、能源等领域的应用实例第九章：热泵与制冷工程9.1 热泵原理与分类介绍热泵的概念和分类，如空气源热泵、水源热泵和地源热泵解释热泵的工作原理和性能评价指标9.2 热泵系统的设计与运行介绍热泵系统的设计方法和运行条件分析热泵系统的能效比和优化问题9.3 制冷原理与设备解释制冷的概念和制冷循环的类型讨论制冷设备的设计和操作条件9.4 制冷应用实例探讨制冷技术在空调、食品保鲜等领域的应用实例第十章：化工过程控制与优化10.1 过程控制的基本概念介绍过程控制的目标和基本原理解释控制器、传感器和执行机构等基本组成部分10.2 常用过程控制策略讨论常用的过程控制策略，如比例-积分-微分控制（PID控制）和模糊控制分析这些策略在化工过程中的应用10.3 过程优化方法介绍过程优化的基本方法和算法，如线性规划、非线性规划和小肠曲线法解释这些方法在化工过程中的应用和效果10.4 过程控制与优化的案例分析探讨实际化工过程中过程控制与优化的案例，分析其效果和经济效益第十一章：化工过程强化的途径11.1 过程强化的意义强调过程强化在提高化工生产效率和降低成本中的重要性讨论过程强化的目标和方法11.2 反应工程强化技术介绍反应工程中常用的强化技术，如微反应器、固定床反应器和流动床反应器分析这些技术在提高反应速率和选择性方面的应用11.3 分离工程强化技术讨论分离工程中常用的强化技术，如膜分离、吸附和离子交换分析这些技术在提高分离效率和降低能耗方面的应用11.4 能量工程强化技术介绍能量工程中常用的强化技术，如热泵、热交换器和制冷循环分析这些技术在提高能源利用效率和降低运行成本方面的应用第十二章：化工过程中的节能与减排12.1 节能的意义与途径强调节能对于化工生产的重要性讨论节能的途径和方法，如过程优化、设备改进和能源管理12.2 减排的意义与途径强调减排对于环境保护的重要性讨论减排的途径和方法，如废物利用、污染物控制和清洁生产12.3 节能减排技术的应用介绍节能减排技术在化工生产中的应用实例分析这些技术的经济效益和环境效益12.4 节能减排的政策与法规讨论国家和地方关于节能减排的政策和法规分析遵守这些政策和法规的重要性及应对措施第十三章：化工过程中的危险与防护13.1 危险源识别与风险评价介绍危险源识别和风险评价的方法和步骤分析化工过程中可能遇到的危险和风险13.2 安全技术与措施介绍化工过程中常用的安全技术和措施，如泄压装置、防火防爆设施和紧急停车系统分析这些技术和措施在防止事故发生和减轻事故损失方面的作用13.3 职业健康与防护强调职业健康在化工生产中的重要性讨论化工过程中职业病的类型和防护方法13.4 应急预案与救援介绍应急预案的编制和实施分析化工事故应急救援的方法和措施第十四章：化工企业的管理与组织14.1 企业管理的基本原理介绍企业管理的基本原理和方法，如目标管理、绩效评价和组织结构设计分析这些原理在化工企业中的应用和效果14.2 企业战略与规划强调企业战略和规划在化工企业发展中的重要性讨论企业战略的类型和制定方法14.3 企业技术创新与管理介绍企业技术创新的途径和方法分析企业技术创新在提高竞争优势和适应市场需求方面的作用14.4 企业文化建设与员工培训强调企业文化建设在提高员工凝聚力和促进企业发展中的重要性讨论员工培训的方法和内容第十五章：化工行业的现状与展望15.1 化工行业的现状分析全球化工行业的总体状况和发展趋势讨论我国化工行业的发展现状和存在问题15.2 化工行业的挑战与机遇强调化工行业面临的挑战和机遇分析应对这些挑战和机遇的方法和策略15.3 化工行业的发展方向介绍化工行业未来发展的趋势和方向分析低碳经济、绿色化学和可持续发展在化工行业发展中的重要性15.4 化工行业的技术创新与人才培养强调技术创新和人才培养在推动化工行业发展中的重要性讨论技术创新和人才培养的途径和方法重点和难点解析重点：1. 化工过程的基本类型和特点2. 流体力学、热力学和化学平衡的基础知识3. 常见单元操作和单元过程的原理和应用4. 泵与风机、膜分离技术、吸附工程、离子交换与电解、热泵与制冷工程的基本原理和设备设计5. 过程控制与优化的基本概念和方法6. 化工过程强化的途径、节能与减排的措施和技术7. 化工过程中的危险与防护、管理与组织、行业的现状与展望难点：1. 流体力学方程在复杂情况下的应用2. 热力学第二定律和熵的概念理解3. 化学平衡的计算和反应工程的优化4. 分离工程中膜污染和清洗的技术5. 吸附工程中吸附等温线和动力学的分析6. 离子交换与电解设备的设计和操作7. 过程控制中的PID控制和优化算法8. 化工过程强化、节能减排技术的实际应用和效果评估9. 化工企业管理和组织结构的优化10. 化工行业面临的挑战和机遇，以及低碳经济和可持续发展的实践这些重点和难点涵盖了教案《化工原理》的主要内容，学生在学习和理解这些知识点时，需要充分的实践和老师的指导。

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。

生物分离工程第5章-初级分离

半径小的高价离子的盐析作用较强，半径大的低价离子作用较弱磷酸钾>硫酸钠>硫酸铵>柠檬酸钠>硫酸镁
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。

离心分离PPT课件

只适用于悬浮液浓度较高(可达50％、60％)、粒度适中以及母液较粘的场合。如：结晶类食品(如砂糖)的精制；脱水蔬菜制造的预脱水过程、淀粉的脱水；水果蔬菜的榨汁；回收植物蛋白及冷冻浓缩的冰晶分离。
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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。

离心现象及其应用教学教案

离心现象及其应用教学教案第一章：离心现象的引入1.1 教学目标：了解离心现象的定义和产生条件。

掌握离心现象在实际生活中的例子。

1.2 教学内容：离心现象的定义和产生条件。

离心现象在生活中的应用实例，如洗衣机、汽车轮胎、洒水车等。

1.3 教学方法：采用问题引导法，让学生通过观察和思考生活中的实例，自主发现离心现象的存在。

通过图片和视频资料，直观地展示离心现象。

1.4 教学步骤：1.4.1 导入：利用洗衣机脱水现象，引导学生思考离心现象的存在。

1.4.2 讲解：讲解离心现象的定义和产生条件。

举例说明离心现象在生活中的应用。

1.4.3 互动：让学生分享生活中观察到的离心现象实例。

讨论离心现象的原理和应用。

1.4.4 练习：布置课后作业，让学生结合自己的生活经验，观察和描述离心现象的应用实例。

第二章：离心现象的原理分析2.1 教学目标：理解离心现象的物理原理。

掌握离心现象的数学描述方法。

2.2 教学内容：离心现象的物理原理，包括向心力和离心力的概念。

离心现象的数学描述方法，包括圆周运动的公式和离心率的计算。

2.3 教学方法：采用讲解法，结合公式和实例，让学生理解离心现象的物理原理。

通过数学推导，让学生掌握离心现象的数学描述方法。

2.4 教学步骤：2.4.1 复习：复习上一章节的离心现象实例，引导学生思考离心现象的原理。

2.4.2 讲解：讲解离心现象的物理原理，包括向心力和离心力的概念。

推导离心现象的数学描述方法，包括圆周运动的公式和离心率的计算。

2.4.3 互动：让学生通过实例，应用离心现象的数学描述方法进行计算。

讨论离心现象的实际应用和意义。

2.4.4 练习：布置课后作业，让学生结合数学描述方法，分析和计算离心现象实例。

3.1 教学目标：掌握离心现象在实际中的应用实例。

理解离心现象在工程和技术领域的重要性。

3.2 教学内容：离心现象在不同领域的应用实例，如水利工程、机械制造、医学等。

离心现象在工程和技术领域的重要性和影响。

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、

第五章离心分离ppt课件

转鼓直径可达900mm,最大处理量为300m3/h。适用于处理颗粒直径为0.1~ 100um，体积浓度小于 25%的悬浮液，如用于抗生素、酶、氨基酸和微生物，或单细胞蛋白质、酵母、淀粉等。
21
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。

现代分离方法与技术第三版答案第五章答案

现代分离方法与技术第三版答案第五章答案第五章分离方法与技术
1.现代分离技术包括哪些？
A.离心分离、膜分离、层析分离、溶剂萃取、电泳分离、细胞分离、
凝胶电泳、组蛋白分离，表面增强拉曼散射等。

2.什么是吸附分离？
A.吸附分离是一种利用介质对待分离物质表面的吸附作用实现分离的
方法，主要有离子交换、活性炭吸附、动态混凝土吸附、多孔介质吸附、
吸附液晶体等。

3.层析分离的基本原理是什么？
A.层析分离是一种基于物质的性质（如电荷、大小、密度、极性等）
在特殊介质中的分离机理，通常是利用物质在介质中的不同移动速度实现
分离的。

4.溶剂萃取的优势是什么？
A.溶剂萃取是一种利用溶剂间的不相溶和亲和力，将待分离物质从一
个介质中迁移到另一个介质中实现分离的方法。

溶剂萃取的优势在于多数
化合物的组分都能在指定的溶剂中受到萃取，萃取过程快速，分离效率高，可操作性强，可实现完全分离等。

5.电泳分离的原理是什么？
A.电泳分离是利用电场引起电荷对等物质在液相介质中的有规律迁移
实现分离的方法，也可称之为电动力层析。

它是利用物质在电场作用下的
有规律的移动，对具有不同电荷或分子量的物质经电泳的不同移动速度实现分离的。

离心技术

36
甩平式转头 36,000
5×5
55
垂直管转头 100,000 8×5
<2
近垂直管转头 78,000
8×5
4
效果较好
好较好
好
离心管
塑料离心管：聚乙烯（PE）管，纤维素（CAB）管，聚碳酸酯（PC）管，聚丙二醇酯（PP）管等。
不锈钢离心管
离心方法介绍及举例
沉淀离心差速分级离心密度梯度离心淘洗离心连续流离心
水
平
转
头
的
基
600 rpm
本
结
构
垂直转头（vertical tube rotor）
垂直转头：是指离心管与旋转轴成平行方向。当转头旋转时，离心管中的液体层改变方向，与旋转轴成垂直方向。当离心结束后，液层又随转速的降低慢慢恢复原位。
承受的最大离心速度在100, 000 r/min左右，最大离心力在700, 000g 。
近垂直管转头超速连续离心转头低、高、超速
1989年，（日）Hitachi Koki;（美） Beckman公司
1965年，（英）MSE公司
角转头（angle rotor）
角转头：离心管放置的位置与转头的旋转轴之间成一个固定角度，通常在14-40℃之间。承受的最大离心速度在100,000 r/min，最大离心力可达800,000 × g。适用于差速离心，也可用于等密度离心。特点：容量大，转头内容纳的离心管多。
1955年，Anderson发明了区带转头，并用区带离心法首次证明了DNA双螺旋结构半保留复制的假说；
1955年以后，开始了超速、高速、低速大容量离心机以及分析用超速离心机的商品化生产；

离心原理

检查合格后,将用天平平衡好的装有样品的离心管放入离心套管内，位置要对称。
盖上离心机盖子，接通电源，缓慢加速到所需速度。
用离心完毕，待转速缓慢逐步调回零位，任其自动停及稳后，方可打开盖子取出离心管，切勿用手助停。
注离心过程中如发现声音不正常，机身不稳，应立即
意切断电源，待检查排除故障后方能使用。
事
项
第三节常用离心方法及应用
制备离心技术
制备离心技术：是以分离纯化生化
物质、细胞、亚细胞粒子为目的离心技
术。一般制备离心技术
制备超速离心技术
差速沉降离心差速区带离心密等度密梯度度区区带带离离心心
密度梯度离心法
概念：简称区带离心法，是将样品加
在惰性梯度介质中进行离心沉降或沉降平
衡，在一定的离心力下把颗粒分配到梯度
1617不同颗粒存在着一定的沉降速度差20s或分子量相差3倍不同颗粒存在着一定浮力密度差18不同颗粒之间存在沉降系数差时在一定离心力作用下颗粒各自以一定速度沉降在密度梯度不同区域上形成区带的方法
第五章离心技术
第一节离心技术的基本原理
离心技术：是利用旋转运动产生的离心力,根据物质的沉降系数或浮力密度的差别进行物质的分析、分离、浓缩和提纯的一种技术。
离心机的构造
转头驱动装置速度控制系统冷却装置真空装置光学检测系统
preparative ultracentrifuge
离心转头
a 水平转头
b 角式转头
c 垂直转头
角度在14-40℃ 之间
实验中常用的是普通离心机（转速一般不高于4000rpm），用于分离血清和沉淀细胞、大的沉淀物等。
密度梯度液的制备用梯度混合器，形成由管口到管底逐步升高的密度梯度。

最新中药药剂学习题集与参考答案(名词解释)：第五章提取、分离与精制药剂

第五章提取、分离与精制习题二、名词解释1．有效成分2．辅助成分3．无效成分4．提取5．浸润6．解吸作用7．精制8．浸提辅助剂9．煎煮法10．表面活性剂11．浸渍法12．渗漉法13．深层滤过14．离心分离法15．超滤16．透析法17．盐析法18．水提醇沉淀法19．非离子表面活性剂20．醇提水沉淀法三、填空题1．药材成分可分为有效成分、、无效成分和组织成分。

2．中药材的浸提过程，包括润湿与渗透、______及成分扩散等几个相互联系的阶段。

3．可用作超临界流体的气体很多，但只有______最常用。

4．透析法是利用______来使小分子物质与大分子物质分离的方法。

5．于溶液中加入大量的无机盐使所含蛋白质等高分子物质沉淀析出而与其他成分分离的方法，称______。

6．水蒸气蒸馏法可分为共水蒸馏法、通水蒸气蒸馏法及______。

7．可用于分子分离的滤过方法是______。

8．乙醇含量在50％～70％时，适于浸提______。

9．用碱作为浸提辅助剂时，应用最多的是______。

10．在所有浸提方法中，______法在提取过程中可保持最大的浓度梯度。

11．应用水提醇沉法精制中药提取液时，当药液中含醇量达到50％～60％时，主要可除去______杂质。

12．常用的助滤剂有______、______、______、______。

13．在浸提过程中，溶剂通过______进入细胞组织。

14．在浸提过程中常加入酸、碱的作用是为了增加有效成分的______。

15．扩散公式中dc／dx代表______。

16．丙酮既可作为______又可作为脱水剂。

17．在单渗漉法的操作中，慢漉流速为______ml／min，快漉流速为______ml ／min。

18．渗漉法提取时，渗漉效果与渗漉柱高度成______，与柱直径成______。

19．分离因数是指物料所受______与重力之比值。

20．有效成分受热易被破坏的贵重药材、毒性药材宜采取的提取方法为______。

第五章提取、分离与精制

第五章提取、分离与精制习题一、选择题【A型题】1.浸提的基本原理是A.溶剂的浸润与渗透，成分的溶解浸出B.溶剂的浸润，成分的解吸与溶解C.溶剂的浸润与渗透，成分的解吸与溶解，溶质的扩散与置换D.溶剂的浸润，成分的溶解与滤过，浓缩液扩散E.溶剂的浸润，浸出成分的扩散与置换2.药材浸提过程中推动渗透与扩散的动力是A.温度B.溶媒用量C.时间D.浸提压力E.浓度差3.与溶剂润湿药材表面无关的因素是A.浓度差B.药材性质C.浸提压力D.溶剂的性质E.接触面的大小4.浸提时，一般温度应控制在A.浸提溶剂的沸点或接近沸点B. 100°CC. 100°C以下D. 100°C 以上E. 150°C5.浸提过程中，溶剂通过下列哪一个途径进入细胞组织A.毛细管B.与蛋白质结合C.与极性物质结合D.药材表皮E.细胞壁破裂6.浸提药材时A.粉碎度越大越好B.温度越高越好C.时间越长越好D.溶媒pH越高越好E.浓度差越大越好7.下列哪一种方法不能增加浸提浓度梯度A.浓度差B.扩散速率C.扩散系数D.扩散半径A.不断搅拌B.更换新鲜溶剂C.连续逆流提取D.动态提取E.高压提取8.在扩散公式中代表A.浓度差B.扩散速率C.扩散系数D.扩散半径E.扩散浓度9.乙醇作为浸出溶媒不具备的特点是A.极性可调B.溶解范围广C.可以延缓酯类药物的水解D.具有防腐作用E.可用于药材脱脂10.浸提过程中加入酸、碱的作用是A.增加浸润与渗透作用B.增加有效成分的溶解作用C.增大细胞间隙D.增加有效成分的扩散作用E.防腐11.下列关于单渗漉法的叙述，正确的是A.药材先湿润后装筒B.浸渍后排气C.慢漉流速为1〜5ml / minD.快漉流速为5〜8ml / minE.大量生产时，每小时流出液应相当于渗漉容器被利用容积的1/24〜1/1212.渗漉法提取时，影响渗漉效果的因素是A.与渗漉柱高度成正比，与柱直径成反比B.与渗漉柱高度成反比，与柱直径成正比C.与渗漉柱高度成反比，与柱直径成反比D.与渗漉柱高度成正比，与柱直径成正比E.与渗漉柱大小无关13.回流浸提法适用于A.全部药材B.挥发性药材C.对热不墩感的药材D.动物药E.矿物药14.下列哪一种操作不属于水蒸气蒸镭浸提法A.水中蒸憎B.挥发油提取C.水上蒸憎D.多效蒸发E.通水蒸气蒸憎15.煎煮法作为最广泛应用的基本浸提方法的原因是A.水经济易得B.水溶解谱较广C.可杀死微生物D.浸出液易于滤过E.符合中医传统用药习惯16.下列不适于用作浸渍法溶媒的是A.乙醇B.白酒C.丙酮D.水E.甲醇17.下列溶剂中既可以作为脱脂剂乂可以作为脱水剂的是A.醋酸乙酯B.丙酮C.氯仿D.油瞇E.苯18.关于分离因数的叙述，哪一项是正确的A.分离因数是物料的重量与所受离心力之比值B.分离因数是物料的所受离心力与重力的乘积C.分离因数越大，离心机分离容量越大D.分离因数越小，离心机分离能力越强E.分离因数越大，离心机分离能力越强19.下列哪一种分离方法属于沉降分离法A.板框压滤机B.蝶片式离心机C.水提醇沉法D.树脂分离法E.膜分离法20.以下关于水提醇沉法操作的论述哪一个是正确的A.药液浓缩至稠膏B.水煎液浓缩后即可加入乙醇C.用酒精讣测定药液中的含醇量D.慢加醇，快搅拌E.回收上清液，弃去沉淀21.“架桥现象”容易在下列哪种方法中出现A.水醇法B.醇水法C.吸附澄清法D.大孔树脂精制法E.滤过法22.以下关于滤过速度的论述，不正确的是A.滤渣层两侧的压力差越大，滤速越大B.滤速与滤器的面积成正比C.滤速与滤材毛细管半径成正比D.滤速与毛细管长度成正比E.滤速与料液黏度成反比23.下列关于滤过方法叙述错误的是A.滤过方法的选择应综合考虑各影响因素B.板框压滤机适用于醇沉液滤过C.板框压滤机适用于黏度高的液体作密闭滤过D.常压滤过法适用于小量药液滤过E.垂熔玻璃滤器适用于注射剂滴眼液的精滤24.以下有关微孔滤膜滤过的特点的叙述，不正确的是A.孔径均匀，孔隙率高、滤速高B.滤过阻力小C.滤过时无介质脱落D.不易堵塞E.可用于热敬性药物的除菌净化25.不能作为助滤剂的是A.硅藻土B.滑石粉C.活性炭D.药材粉末E.陶瓷粉26.下列哪一种料液可用板框压滤机滤过A.丹参浓缩液B.小青龙合剂C.甘草流浸膏D.黃精水煎煮液E.滴眼液27.不宜采用超滤膜滤过的药液是A.中药注射剂B.中药合剂C. 口服液D.酊剂E.酒剂28.一般以分子量截留值为孔径规格指标的滤材是A.微孔滤膜B.砂滤棒C.滤纸D.超滤膜E.垂熔玻璃滤器29.对离子交换树脂叙述错误的是A.可以制备纯水B.可用于离子型活性成分的分离精制C.含有极性与非极性基团两部分D.只允许阴离子通过E.不溶于水，但能吸水膨胀30.有关大孔吸附树脂精制法的叙述不正确的是A.大孔吸附树脂一般是先以乙醇洗脱杂质，再以不同浓度乙醇洗脱有效成分B.大孔吸附树脂具有大的比表面积及多孔性C.不同规格的大孔树脂有不同的极性D.应结合成分性质选择大孔树脂的类型、型号、洗脱剂浓度E.提取物上样前要滤过处理【B型题】[31〜35]A.煎煮法B.浸渍法C.渗漉法D.双提法E.水蒸气蒸憎法31.有效成分尚未清楚的方剂粗提宜采取的提取方法为32.挥发性成分含量较高的方剂宜采取的提取方法为33.挥发性成分、水溶性成分为有效成分的方剂宜采取的提取方法为34.无组织结构的药材，新鲜药材宜采取的提取方法为35.有效成分受热易被破坏的贵重药材、毒性药材宜采取的提取方法为[36〜40]A.沉降分离法B.离心分离法C.袋滤器分离法D.超滤法E.旋风分离器分离法36.固体含量高的固体和液体混合物的分离宜选用37.固体微粒粒径很小的固体和液体混合物的分离宜选用38.固体和气体混合物的分离宜选用39.粗细不同固体粉末的分离可选用40.分子量大小不同的蛋白质溶解物分离宜选用[41〜45]A.平衡水B.自由水C.结合水D.非结合水E.自由水分和平衡水分之和41.存在于物料细小毛细管中及细胞中的水分为42.存在于物料表面及粗大毛细管中的水分为43.干燥过程中可以除去的水分为44.干燥过程中不能除去的水分为45.物料中所含有的水分为[46〜50]A.烘干干燥B.减压干燥C.沸腾干燥D.喷雾干燥E.冷冻干燥46.一般药材的干燥多选用47.稠浸膏的干燥宜选用48.较为黏稠液态物料的干燥宜选用49.颗粒状物料的干燥宜选用50.高热敬性物料的干燥宜选用[51〜55]A.昔元、香豆素类B.生物碱C.新鲜动物药材的脱脂D.黄酮类、昔类E.树脂类、芳绘类□ 1. 70%〜90%的乙醇可用于提取42. 40%〜70%的乙醇可用于提取□3.水中加入1%的酷酸提取54.90 %的乙醇可用于提取55.丙酮【X型题】56.影响浸提的因素，是下列哪些项A.药材的成分与粒度B.浸提的时间与温度C.溶剂的用量与pH值D.溶剂性质E.浸提的压力57.90%乙醇可浸出的成分有A.油用脂类B.黄酮、昔类C.叶绿素D.芳桂类E.祜类58.下列浸提取方法中，哪些方法适合以乙醇为溶剂进行提取A.冷浸渍法B.热浸渍法C.煎煮法D.渗漉法E.回流法59.下列关于影响浸提因素的叙述，正确的有A.药材粉碎的越细越好B.提取的次数越多越好C.药材先润湿有利于溶剂的浸提D.浸提温度越高越好E.浓度梯度越大越好60.渗漉法的优点为A.为动态浸岀B.药材充填操作简单C.提取液不必另行滤过D.节省溶剂E.适用于配制高浓度制剂61.下列有关渗漉法叙述正确的是A.药粉越细，浸出越完全B.装筒前药粉用溶媒湿润C.装筒时药粉应较松，使溶剂容易扩散D.药粉装完后，添加溶媒，并排出空气E.控制适当的渗漉速度62.适用于渗漉法提取制备的有A.含贵重药的制剂B.含毒性药的制剂C.含黏性药材的制剂D.高浓度制剂E.含新鲜及易膨胀药材的制剂63.超临界流体提取法的特点是A.可以通过调节温度和压力来调节对成分的溶解度B.CO：是最常用的超临界流体C.条件适宜可达100%提取D.适用于热敬性，易氧化的有效成分提取E.只能用于提取亲脂性、低分子量物质64.药物滤过分离速度与什么因素有关A.加于滤渣层两侧的压力差B.滤器面积C.料液的拈度D.滤渣层毛细管的半径E.滤渣层毛细管的长度65.常用的浸提方法有A.煎煮法B.浸渍法C.渗漉法D.回流法E.水蒸气蒸憎法66.常用的分离方法有A.沉降分离法B.离心分离法C.静置分离法D.滤过分离法E.冷冻分离法67.滤过方式为深层滤过的滤器有A.布氏漏斗B.板框压滤机C.垂熔玻璃漏斗D.砂滤棒E.微孔滤膜滤器68.常用的精制方法A.水提醇沉法B.膜分离法C.大孔树脂精制法D.絮凝沉降法E.自然沉降法69.下列措施中，哪些有助于提高浸提效果A.将药材粉碎成极细粉B.强制浸出液循环流动C.用酸或碱调节浸提溶剂的pH值D.渗漉时让浸出液快速流出E.在浸提过程中不断搅拌70.乙醇作为浸出溶媒所具备的特点是A.极性可调B.溶解范围广C.可以延缓酯类药物的水解D.具有防腐作用E.可用于药材脱脂二、名词解释1.有效成分2.辅助成分3.无效成分4.提取5.浸润6.解吸作用7.精制&浸提辅助剂9.煎煮法10.表面活性剂11.浸渍法12.渗漉法13.深层滤过14.离心分离法15.超滤16.透析法17.盐析法1&水提醇沉淀法19.非离子表面活性剂20.醇提水沉淀法三、填空题1.药材成分可分为有效成分、_____ 、无效成分和组织成分。

高中生物教材分离教案

高中生物教材分离教案
实验目的：通过离心分离实验，掌握分离技术的原理和方法，了解离心机的使用
实验材料：离心管、离心机、盐水溶液、砂和水混合物
实验步骤：
1. 将准备好的盐水溶液倒入离心管中，占据约1/3的容积
2. 将准备好的砂和水混合物倒入同一离心管中
3. 将裝满溶液和混合物的离心管放入离心机中，设置适当的离心速度和时间
4. 完成离心后，观察离心管中的变化，并记录结果
实验原理：离心分离是利用离心机的离心力将混合物中的不同组分分离开来的方法。

当离心机旋转时，会产生向外的离心力，从而使得比较重的成分向离心管底部沉积，比较轻的成分向上浮动，实现了两种不同物质的分离。

实验结果：离心后，盐水溶液会沉积于离心管底部，而砂和水混合物则向上浮动，实现了两者的分离。

实验总结：通过本次实验，我们学会了离心分离的原理和方法，也了解了离心机的使用。

离心分离是一种常用的生物分离技术，在实验和生产中都有广泛应用。

拓展实验：可以尝试使用不同的混合物进行离心分离实验，比如油水混合物、固体颗粒混合物等，加深对离心分离原理的理解和应用。

实验注意事项：操作离心机时要注意安全，遵守实验室规定，防止发生意外。

离心后处理废弃物要按照实验室规定进行处理。

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心力，将混合物中各组分分离、浓缩、提纯的方法。
原理离心沉降 uw=d2/(18 μ)(ρs-ρ) ω2r 若粒子在离心力场中作匀速直线运动，即uw=dr/dt t = 18 μ / [ω2d2(ρs-ρ)]ln(r2/r1)

适用条件：不适于非球形粒子；
仅适合符合牛顿流体的稀的固体悬浮物；
12
平抛式离心机转子
13
３）管式离心机
（tubular-bowl centrifuge）

管式离心机具有一个细长而高速旋转的转鼓，

转鼓内装有纵向平板，
其下部有进料口。上部两侧有重液相和轻液相出口。
14
管式离心机

待处理的物料在一定压力（3×104 Pa左右）下由进料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。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沉渣层，达到一定数量后，停机人工清除。
20

人工排渣的碟片式离心机

间歇式离心机
适用于进料中固相浓度很低(<1% ~ <2%)，分离因数高。特别适用于分离两种液体同时除去少量固体，也可用于澄清作业，如用于抗生素的提取，疫苗的生产，梭状芽孢杆菌的收集以及维生素、生物碱甾类化合物。
21
喷嘴排渣碟片式离心机

连续式离心机。
15

管式离心机特点：

结构简单，
可提供较大离心力，转速高，分离因数高达15000-65000。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

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 1% ，颗粒度小于5微米，黏度大的悬浮液澄清或固液两相密度差较小的分离。
4
主要内容

离心沉降
离心过滤

离心机的选用
离心机在生物工业中的应用超离心法
5
球形颗粒沉降的受力情况
6
5.1 离心沉降 5.1.1 原理
原理浮力Fg＝(ρs-ρ)gV=[π/6d3(ρs-ρ)] g d:粒子直径； ρs和ρ分别为粒子和流体的密度； Stockes定律，粘滞力Ff＝3πdμu＝1/2CDA ρ u2 μ：流体粘度；u：粒子的运动速度；CD：阻滞系数；A：粒子在运动方向的投影面积；
第五章离心分离(centrifugation)
1

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。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沉降的分离过程。

微分离心细胞器的分离
33
5.5.2 超离心技术的分类
制备性超离心

粒子差速离心
一般密度梯度离心法

等密度离心法预形成梯度等密度离心
自形成梯度的等密度离心
分析性超离心
34
粒子差速离心

采用逐渐增加离心速度或低速和高速交替进行离心，使沉降粒子，在不同离心速度和不同离心时间下分批分离的方法。适于分离沉降系数相差较大的粒子，如细胞匀浆中细胞器的分离。

5）碟片式离心机disk-bowl centrifuge

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有一个密封的转鼓，内装十至上百个锥顶角为 60~100゜锥形碟片。碟片间的距离一般为0.5-2.5mm,
16
4）多室式multichamber centrifuge

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，加长了被分离液体的流程，使液层减薄，增加了沉降面积，减少了沉降距离。
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。常用于抗菌素液－液萃取分离，果汁和酒类饮料的澄清等。 17
双锥型转鼓。转鼓周边有若干个喷嘴 (2~24 个 ) ，喷嘴孔径为 0.5~3.2mm, 由于排渣的含液量高，具有流动性，多用于浓缩过程。

转鼓直径可达900mm,最大处理量为 300m3/h 。适用于处理颗粒直径为 0.1~ 100um ，体积浓度小于 25% 的悬浮液，如用于抗生素、酶、氨基酸和微生物，或单细胞蛋白质、酵母、淀粉等。
CD＝f(Re)
Re<1 1<Re<104
Re=du ρ / μ
CD=24/Re CD=24/Re +3/Re0.5+0.34
对于生化溶质，一般满足Re<1的要求。 Ff=CD(1/2 ρ u2)(1/4 π d2)=24/Re (1/2 ρ u2)(1/4 π d2)
当粒子匀速沉降时，Fg＝Ff
；u=d2/(18

35
分析性超离心
相对分子质量的测定大分子纯度的估计检测大分子中构象的变化
36
The End
37
4.4离心机在生物工业中的应用
38
一般密度梯度离心法分级区带离心

它是把样品铺放在一个连续的液体密度梯度上，然后进行离心，并控制离心分离的时间，使得粒子完全沉降之前，在液体梯度中移动而形成不连续分离区带。该法仅用于分离有一定沉降系数差的粒子，与粒子密度无关。这种方法已用于RNA - DNA混合物、核蛋白体亚单位和其他细胞成分的分离。
操作方式：连续式
间歇式
27
5.2.2 离心过滤的设备
28
5.3离心机的选用
29
5.3离心机的选用
30
5.3离心机的选用
31
5.4离心机在生物工业中的应用

液相粘度 1~2mPa.s, 固液密度差 <0.1g/ml, 粒子大小0.5～100um 灭菌

32
5.5 超离心法

超离心法是根据物质的沉降系数、质量和形状不同，应用强大的离
μ)(ρs-ρ)g
7
5.1.1 原理

若粒子在离心力场中沉降

则 u=d2/(18 μ)(ρs-ρ) ω2r
离心分离因数 Fr = ω2r/g；
常速离心机Fr < 3000;
中速离心机3000 <Fr < 50000，用于细胞、菌体和培养基残渣等分离；高速离心机50000 <Fr ，用于细胞碎片、较大细胞器、大分子沉淀物等分离；超速离心机 2×104~106，用于DNA、RNA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。
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活门排渣碟片式离心机

利用活门启闭排渣孔进行断续自动排渣。

离心力强度范围为 5000~9000, 最大处理能力可达40m3/h。适用于处理颗粒直径 0.1~500um, 固液密度差大于0.01g/cm3、固相含量小于 10%的悬浮液。对一些难分离的物料特别有效，如大肠杆菌类。
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6)螺旋式离心机scroll-type centrifuge
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1）斜角式离心机
•结构稳定， •可装载较多的样品 •使用较高的转速。 •加速或减速时，对样品有搅动。 •有些梯度离心要求用角转头，否则形
成的梯度不均一，线性很差．
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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。
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5.1.2 离心沉降设备

沉降式离心机包括：
瓶式离心机和工业用无孔转鼓离心机按离心机的作用方式分类
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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。

动植物细胞的收集、细胞碎片和沉淀的分离等常用离心分离。
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离心分离

优点：
分离速度快，分离效率高、液相澄清度好；缺点：与过滤设备相比，设备投资高、能耗大、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或浆体；而过滤可获得的水分含量较低的滤饼。

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等密度离心法

当不同粒子存在密度差时，在离心力场作用下，粒子或向下沉降，或向上浮起，一直移动到与它们密度恰好相等的位置上 ( 即等密度点 ) 并形成区带，此即等密度离心法。位于等密度点上的粒子没有运动，区带的形状和位置都不受离心时间的影响。体系处于动态平衡。
等密度离心的有效分离仅取决于粒子的密度差。密度差越大，分离效果越好，与粒子的大小和形状无关，但是此二者决定着达到平衡的速度、时间和区带宽度。
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预形成梯度等密度离心法