Questions
1 过滤技术难处理的发酵液如何处理
2 液液分离，并含少量固体颗粒
3 细胞器的分离
4 大分子物质分子量的测定
5 DNA半保留复制第四章 离心分离 1
4.1 概论
4.2 离心分离原理
4.3 离心技术分类
4.4 管式离心机
4.5 多室离心机 （ 管式离心机的变形 ）
4.6 碟式离心机
4.7 螺旋卸料沉降离心机
4.8 离心过滤
4.9 离心设备的选择
4.10 超速离心技术
4.1 概论
4.2 离心分离原理离心力：
Stock’s Force(粘滞吃力 )：
离心沉降速度：
分离因子定义 Fr：离心力 /重力加速度 (g)的比值意义：衡量离心设备的离心程度的重要技术参数,用于离心机的分类
4.3 离心技术分类按分离因子 Fr分类
1),常速离心机 Fr < 3,000g
三足沉降式,500-1000g
螺旋卸料式,1200-3000g
2),中速离心机,Fr = 3,000 — 5,000g
多室离心机,2000-8000g
碟片式离心机,3000-10000g
3),高速离心机,Fr = 5,000 — 20,000g
多室离心机,2000-8000g
碟片式离心机,3000-10000g
管式离心机,>8000-15000g
4),超速离心机,Fr = 20,000 — 1,000,000g
4.3 离心技术分类用途分类
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：Ａ,人工排渣式,Ｂ,喷嘴排渣式,Ｃ,
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
4.4 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 100-400 L/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%)
4.4 管式离心机沉降计算粒子在 Z-axis 上的移动速度：
粒子在 r-axis 上的移动速度,
粒子的运动轨迹：
4.4 管式离心机清除条件,最难分离的粒子在入口,Z=0,r=R1; 在出口：
Z=H,r =R0。 按进入和离开的边界条件,将上式积分得：
在大多数条件下,由于液层很薄,R0? Rl,上式可简化为：
意义,A,最大流量 Qmax与离心机特征 (H,R0,Rl,?)的关系,
超过最大流量,粒子不能被清除； B,离心机设计,放大和操作的基础 。
4.5 多室离心机 (管式离心机的变形 )
操作：
应用,A,抗生素的液 -液萃取分离,B、
固相浓度小于５ ％ 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 2.5-10
m3/h,D,颗粒 d >0.1?m,E,固体浓度
<５ ％ 。
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 。
4.6 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?Ｃ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：
Ａ,人工排渣式 ;
Ｂ,喷嘴排渣式 ;
C,活塞排渣式 。
Ａ、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２ %,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２ %,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 。
Ｂ、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 。
Ｃ、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%,应用范围最广主要技术指标,A,分离因子 5000-9000g； B,适应的颗粒直径 0.1— 500?m，
固体含量 <10%,C,处理量达 40t/h,D,固液密度差 0.01g/cm3。
优点,A,颗粒富积好,B、
处理量较大 40t/h。
缺点,A,富积的颗粒含水量大； B,不适合于高固体含量的发酵液 (>10%)。
4.6 碟式离心机最大流量计算
4.7 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 。
4.7 螺旋卸料沉降离心机沉降计算：
4.8 离心过滤原理,
4.8 离心过滤计算流量方程：
注,流量为非常数,时间增加,
滤饼厚度增加,而流量减小 。
滤饼形成时间方程：
意义,得到滤饼厚度 (R0-RC)所需时间,用于工艺放大 Q
4.9 离心设备的选择基本参数 选择颗粒 d,固液?差,? 基本型号固体物浓度 亚型产物热稳定性 低温离心流量 Q,规模 规格,台数气溶胶,活 cell 密封灭菌设计
4.1 概论固液分离：第一选择为过滤，第二选择离心分离。
应用：
A,难过滤的发酵液,d小,?大,过滤 U慢,甚至不能过滤的悬浮液,以及忌用助滤剂,或助滤剂无效的悬浮液；
B,其他难分离的固液分离；
C,互不相溶液 — 液分离,如液液萃取；
D,不同密度固体或乳浊液的密度梯度分离,如超离心分离缺点：
A,分离得到的不是滤饼一样的半干物,而是浆状物；
B,处理量小；
C,设备复杂,价格贵,分离成本高 。
操作形式：
A,离心沉降； B,离心过滤； C,密度梯度 (超离心 )。
4.10 超速离心技术超速离心机,分离因子在 100,000g以上的离心设备沉降系数 (sedimentation coefficient,S = Svedbergs = 10-13 s)：
S计算：
颗粒在 20?C 水中的 Sw,20为
v 为溶质 (颗粒 )的单位质量的体积,? w,20和? L,T分别为 20?C
的水和 T?C 溶剂的黏度,?w,20和?L,T 分别为 20?C 的水和 T
C 溶剂的密度 。
Sw,20与溶质 （ 颗粒 ） 浓度有关：
为 c?0时的沉降系数 (20?C 的水 ),k为常数
4.10 超速离心技术 1
操作模式
4.10 超速离心技术 -应用
A,测定分子量,
B,大分子的纯度鉴定
C,大分子的构相变化
D,DNA半保留复制物质 分子量 S0w,20
细胞色素 c 12400 1.18
肌红蛋白 16900 2.04
胰班白酶 23000 2.50
尿激酶 32000 2.70
卵白蛋白 45000 3.70
4.10 超速离心 -DNA半保留复制
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1 过滤技术难处理的发酵液如何处理
2 液液分离，并含少量固体颗粒
3 细胞器的分离
4 大分子物质分子量的测定
5 DNA半保留复制第四章 离心分离 1
4.1 概论
4.2 离心分离原理
4.3 离心技术分类
4.4 管式离心机
4.5 多室离心机 （ 管式离心机的变形 ）
4.6 碟式离心机
4.7 螺旋卸料沉降离心机
4.8 离心过滤
4.9 离心设备的选择
4.10 超速离心技术
4.1 概论
4.2 离心分离原理离心力：
Stock’s Force(粘滞吃力 )：
离心沉降速度：
分离因子定义 Fr：离心力 /重力加速度 (g)的比值意义：衡量离心设备的离心程度的重要技术参数,用于离心机的分类
4.3 离心技术分类按分离因子 Fr分类
1),常速离心机 Fr < 3,000g
三足沉降式,500-1000g
螺旋卸料式,1200-3000g
2),中速离心机,Fr = 3,000 — 5,000g
多室离心机,2000-8000g
碟片式离心机,3000-10000g
3),高速离心机,Fr = 5,000 — 20,000g
多室离心机,2000-8000g
碟片式离心机,3000-10000g
管式离心机,>8000-15000g
4),超速离心机,Fr = 20,000 — 1,000,000g
4.3 离心技术分类用途分类
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：Ａ,人工排渣式,Ｂ,喷嘴排渣式,Ｃ,
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
4.4 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 100-400 L/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%)
4.4 管式离心机沉降计算粒子在 Z-axis 上的移动速度：
粒子在 r-axis 上的移动速度,
粒子的运动轨迹：
4.4 管式离心机清除条件,最难分离的粒子在入口,Z=0,r=R1; 在出口：
Z=H,r =R0。 按进入和离开的边界条件,将上式积分得：
在大多数条件下,由于液层很薄,R0? Rl,上式可简化为：
意义,A,最大流量 Qmax与离心机特征 (H,R0,Rl,?)的关系,
超过最大流量,粒子不能被清除； B,离心机设计,放大和操作的基础 。
4.5 多室离心机 (管式离心机的变形 )
操作：
应用,A,抗生素的液 -液萃取分离,B、
固相浓度小于５ ％ 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 2.5-10
m3/h,D,颗粒 d >0.1?m,E,固体浓度
<５ ％ 。
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 。
4.6 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?Ｃ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：
Ａ,人工排渣式 ;
Ｂ,喷嘴排渣式 ;
C,活塞排渣式 。
Ａ、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２ %,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２ %,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 。
Ｂ、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 。
Ｃ、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%,应用范围最广主要技术指标,A,分离因子 5000-9000g； B,适应的颗粒直径 0.1— 500?m，
固体含量 <10%,C,处理量达 40t/h,D,固液密度差 0.01g/cm3。
优点,A,颗粒富积好,B、
处理量较大 40t/h。
缺点,A,富积的颗粒含水量大； B,不适合于高固体含量的发酵液 (>10%)。
4.6 碟式离心机最大流量计算
4.7 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 。
4.7 螺旋卸料沉降离心机沉降计算：
4.8 离心过滤原理,
4.8 离心过滤计算流量方程：
注,流量为非常数,时间增加,
滤饼厚度增加,而流量减小 。
滤饼形成时间方程：
意义,得到滤饼厚度 (R0-RC)所需时间,用于工艺放大 Q
4.9 离心设备的选择基本参数 选择颗粒 d,固液?差,? 基本型号固体物浓度 亚型产物热稳定性 低温离心流量 Q,规模 规格,台数气溶胶,活 cell 密封灭菌设计
4.1 概论固液分离：第一选择为过滤，第二选择离心分离。
应用：
A,难过滤的发酵液,d小,?大,过滤 U慢,甚至不能过滤的悬浮液,以及忌用助滤剂,或助滤剂无效的悬浮液；
B,其他难分离的固液分离；
C,互不相溶液 — 液分离,如液液萃取；
D,不同密度固体或乳浊液的密度梯度分离,如超离心分离缺点：
A,分离得到的不是滤饼一样的半干物,而是浆状物；
B,处理量小；
C,设备复杂,价格贵,分离成本高 。
操作形式：
A,离心沉降； B,离心过滤； C,密度梯度 (超离心 )。
4.10 超速离心技术超速离心机,分离因子在 100,000g以上的离心设备沉降系数 (sedimentation coefficient,S = Svedbergs = 10-13 s)：
S计算：
颗粒在 20?C 水中的 Sw,20为
v 为溶质 (颗粒 )的单位质量的体积,? w,20和? L,T分别为 20?C
的水和 T?C 溶剂的黏度,?w,20和?L,T 分别为 20?C 的水和 T
C 溶剂的密度 。
Sw,20与溶质 （ 颗粒 ） 浓度有关：
为 c?0时的沉降系数 (20?C 的水 ),k为常数
4.10 超速离心技术 1
操作模式
4.10 超速离心技术 -应用
A,测定分子量,
B,大分子的纯度鉴定
C,大分子的构相变化
D,DNA半保留复制物质 分子量 S0w,20
细胞色素 c 12400 1.18
肌红蛋白 16900 2.04
胰班白酶 23000 2.50
尿激酶 32000 2.70
卵白蛋白 45000 3.70
4.10 超速离心 -DNA半保留复制
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