1、第一节第一节 细胞破碎设备细胞破碎设备 细胞破碎的方法分为机械法和非机械法两类细胞破碎的方法分为机械法和非机械法两类 非机械法有酶溶法、化学法、物理法和干燥法等非机械法有酶溶法、化学法、物理法和干燥法等 ,下面介绍一下机械法中常用的细胞破碎设备。下面介绍一下机械法中常用的细胞破碎设备。578 图 8-1 水平搅拌式珠磨机结构示意图1-细胞悬浮液 2-细胞匀浆液 3-珠磨分离器 4-冷却液出口 5-搅拌电机 6-冷却液进口 7-搅拌浆 8-玻璃珠23426l高速珠磨机 珠磨机的工作原理是将进入珠磨机的细胞悬浮液珠磨机的工作原理是将进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃珠一起搅拌，由于研磨作用，使细胞
2、破与极细的玻璃珠一起搅拌，由于研磨作用，使细胞破碎，释放出内含物。碎，释放出内含物。DECBA图8-2 高压匀浆器的派出阀A-手轮 B-阀杆 C-阀体 D-阀座 E-撞击环高压匀浆器 它是由可产生高压的正向排代泵和排出阀组成。它是由可产生高压的正向排代泵和排出阀组成。细细胞浆液通过止逆阀进入泵内，利用高压使其在排出阀的胞浆液通过止逆阀进入泵内，利用高压使其在排出阀的小孔冲击，并且高速撞击在撞击环上。细胞在这一系列小孔冲击，并且高速撞击在撞击环上。细胞在这一系列的高速运动中经历了剪切、碰撞以及高压到常压的变化，的高速运动中经历了剪切、碰撞以及高压到常压的变化，从而造成细胞破裂。从而造成细胞破裂。
3、l超声波振荡器 超声波具有频率高、波长短、定向传播等特点，通常在超声波具有频率高、波长短、定向传播等特点，通常在1525KHz的频率下操作。常用的为电声型，它是由发声的频率下操作。常用的为电声型，它是由发声器和换能器组成，发生器能产生高频电流，换能器的作用器和换能器组成，发生器能产生高频电流，换能器的作用是把电磁振荡转换成机械振动。超声波振荡器又可分为槽是把电磁振荡转换成机械振动。超声波振荡器又可分为槽式和探头直接插入介质两种型式，一般破碎效果后者比前式和探头直接插入介质两种型式，一般破碎效果后者比前者好。者好。超声波对细胞的破碎作用与液体中空穴的形成有关。超声波对细胞的破碎作用与液体中空穴的
4、形成有关。当超声波在液体中传播时，液体中的某一小区域交替重复当超声波在液体中传播时，液体中的某一小区域交替重复地产生巨大的压力和拉力。由于拉力的作用，使液体拉伸地产生巨大的压力和拉力。由于拉力的作用，使液体拉伸而破裂，从而出现细小的空穴。这种空穴泡受到超声波的而破裂，从而出现细小的空穴。这种空穴泡受到超声波的迅速冲击而迅速闭合，从而产生一个极为强烈的冲击波压迅速冲击而迅速闭合，从而产生一个极为强烈的冲击波压力，由它引起的粘滞性旋涡在悬浮细胞上造成了剪切应力，力，由它引起的粘滞性旋涡在悬浮细胞上造成了剪切应力，促使细胞内部液体发生流动，而使细胞破碎。促使细胞内部液体发生流动，而使细胞破碎。第二节
5、第二节 固液分离设备固液分离设备 生物工业中运用的方法有分离筛、重力沉降、浮选生物工业中运用的方法有分离筛、重力沉降、浮选分离、离心分离和过滤等。分离、离心分离和过滤等。最常用的主要是最常用的主要是过滤和离过滤和离心分离心分离。过滤是迫使液体通过固体支撑物或过滤介质，过滤是迫使液体通过固体支撑物或过滤介质，把固体截留，从而达到固液分离的目的。把固体截留，从而达到固液分离的目的。离心分离是利用惯性离心力和物质的沉降系数或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分离、浓缩等操作。浮力密度的不同而进行的分离、浓缩等操作。离心分离心分离对那些固体颗粒很小且黏度很大、过滤速度很慢
6、、离对那些固体颗粒很小且黏度很大、过滤速度很慢、甚至难以过滤的悬浮液分离有效，对那些忌用助滤剂甚至难以过滤的悬浮液分离有效，对那些忌用助滤剂的悬浮液的分离，也能得到满意的结果。的悬浮液的分离，也能得到满意的结果。l一、过滤设备一、过滤设备 根据过滤机理不同，过滤又可分为根据过滤机理不同，过滤又可分为澄清过滤澄清过滤和和滤饼过滤滤饼过滤两种。两种。（1 1）澄清过滤）澄清过滤 当悬浮液通过过滤介质时，固体颗粒被阻拦或当悬浮液通过过滤介质时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层颗粒上，使滤液得以澄清。吸附在滤层颗粒上，使滤液得以澄清。所用的过滤介质为硅藻土、所用的过滤介质为硅藻土、砂、颗粒活性碳、玻璃珠、塑
7、料颗粒等，填充于过滤器内即构成砂、颗粒活性碳、玻璃珠、塑料颗粒等，填充于过滤器内即构成过滤层；也有用烧结陶瓷、烧结金属、粘合塑料及用金属丝绕成过滤层；也有用烧结陶瓷、烧结金属、粘合塑料及用金属丝绕成的管子等组成的成型颗粒滤层。在澄清过滤中，过滤介质起着主的管子等组成的成型颗粒滤层。在澄清过滤中，过滤介质起着主要的过滤作用。要的过滤作用。（2 2）滤饼过滤）滤饼过滤 当悬浮液通过滤介质时，固体颗粒被介质阻拦当悬浮液通过滤介质时，固体颗粒被介质阻拦而形成滤饼，当滤饼积至一定厚度时就起到过滤作用，此时即可而形成滤饼，当滤饼积至一定厚度时就起到过滤作用，此时即可获得澄清的滤液。获得澄清的滤液。在滤饼过
8、滤中，过滤介质为滤布，包括天然或合成纤维织布、金在滤饼过滤中，过滤介质为滤布，包括天然或合成纤维织布、金属织布，及毡、石棉板、玻璃纤维纸、合成纤维等无纺布。在滤属织布，及毡、石棉板、玻璃纤维纸、合成纤维等无纺布。在滤饼过滤中，悬浮液本身形成的滤饼起着主要的过滤作用。饼过滤中，悬浮液本身形成的滤饼起着主要的过滤作用。按照过滤推动力的差别，习惯上把过滤机按照过滤推动力的差别，习惯上把过滤机分为常压过滤机、分为常压过滤机、加压过滤机和真空过滤机加压过滤机和真空过滤机三种。三种。（一）（一）常压过滤机常压过滤机 此类过滤机由于推动力太小，在工业中很少用。但在啤酒厂此类过滤机由于推动力太小，在工业中很少
9、用。但在啤酒厂麦芽糖化的过滤仍采用这种压力差很小的平底筛过滤机。麦芽糖化的过滤仍采用这种压力差很小的平底筛过滤机。啤酒麦芽汁中有大量的细小悬浮液以及破碎的大麦皮壳。后啤酒麦芽汁中有大量的细小悬浮液以及破碎的大麦皮壳。后者沉降形成的麦槽层便成了过滤介质层。麦槽层中形成无数的者沉降形成的麦槽层便成了过滤介质层。麦槽层中形成无数的曲折毛细孔道，只要这些细小的悬浮颗粒在毛细孔道中流速适曲折毛细孔道，只要这些细小的悬浮颗粒在毛细孔道中流速适当，它们就被毛细管壁所捕捉。当，它们就被毛细管壁所捕捉。（二）（二）加压过滤机加压过滤机 1 1自动板框压滤机自动板框压滤机 旧板框过滤机的缺点是需人工排除滤饼和洗换
10、滤布。旧板框过滤机的缺点是需人工排除滤饼和洗换滤布。设备笨重，间歇操作，卫生条件差。然而具有过滤结构设备笨重，间歇操作，卫生条件差。然而具有过滤结构简单，单位体积的过滤面积大，装置紧凑等优点。简单，单位体积的过滤面积大，装置紧凑等优点。自动板框过滤机是一种较新型的压滤设备，它使板自动板框过滤机是一种较新型的压滤设备，它使板框的拆装、滤饼的脱落卸出和滤布的清洗等操作都自动框的拆装、滤饼的脱落卸出和滤布的清洗等操作都自动进行，大大缩短了间歇时间，并减轻劳动强度进行，大大缩短了间歇时间，并减轻劳动强度 该板框过滤机的板框在构造上与传统的无多大差别，唯一该板框过滤机的板框在构造上与传统的无多大差别，唯
11、一不同是板与框的两边侧上下有四只开孔角耳，构成液体或气不同是板与框的两边侧上下有四只开孔角耳，构成液体或气体的通路。滤布不需要开孔，是首尾封闭的。体的通路。滤布不需要开孔，是首尾封闭的。悬浮液从板框上部的两条通道流入滤框。然后，滤液在压悬浮液从板框上部的两条通道流入滤框。然后，滤液在压力的作用下，穿过在滤框前后两侧的滤布，沿滤板表面流入力的作用下，穿过在滤框前后两侧的滤布，沿滤板表面流入下部通道，最后流出机外。清洗滤饼也按照此路线进行。洗下部通道，最后流出机外。清洗滤饼也按照此路线进行。洗饼完毕后，油压机按照既定距离拉开板框，再把滤框升降架饼完毕后，油压机按照既定距离拉开板框，再把滤框升降架带
12、着全部滤框同时下降一个框的距离。然后推动滤饼推板，带着全部滤框同时下降一个框的距离。然后推动滤饼推板，将框内的滤饼向水平方向推出落下。滤布由牵动装置循环行将框内的滤饼向水平方向推出落下。滤布由牵动装置循环行进，并由防止滤布歪行的装置自动修位，同时洗刷滤布。最进，并由防止滤布歪行的装置自动修位，同时洗刷滤布。最后，使滤布复位，重新夹紧，进入下一操作周期。后，使滤布复位，重新夹紧，进入下一操作周期。（1）过滤与洗饼防止滤布蛇形装置滤浆滤布滤液滤布张紧装置滤布驱动滚筒滤框滤板（2）降框，卸饼及洗刷滤布滤框滤板滤布滤饼滤饼推出板图8-3 型自动板框过滤机它存在过滤质量不稳定，消耗大，环境和物料被污染等
13、等的问题。它存在过滤质量不稳定，消耗大，环境和物料被污染等等的问题。2 2硅藻土过滤机硅藻土过滤机 硅藻土过滤的特点是，可以不断地添加助滤剂，使过硅藻土过滤的特点是，可以不断地添加助滤剂，使过滤性能得到更新、补充，所以过滤能力强。滤性能得到更新、补充，所以过滤能力强。硅藻土过滤机被广泛用于啤酒生产中的冷凝固物地分硅藻土过滤机被广泛用于啤酒生产中的冷凝固物地分离和成熟啤酒地过滤。它还多用于葡萄酒、清酒及其他含离和成熟啤酒地过滤。它还多用于葡萄酒、清酒及其他含有低浓度细微蛋白质胶体粒子悬浮液地过滤。有低浓度细微蛋白质胶体粒子悬浮液地过滤。其设计的特点是体积小，过滤能力强，操作自动化。硅其设计的特点
14、是体积小，过滤能力强，操作自动化。硅藻土过滤机一般分为三种类型：藻土过滤机一般分为三种类型：板框过滤机、叶片式过滤板框过滤机、叶片式过滤机和柱式过滤机。机和柱式过滤机。滤饼滤液滤浆H图8-5 水平叶式硅藻土过滤机流动方向4321图8-4 垂直式硅藻土过滤机123423A-A-管板连接接头 2-不锈钢环 3-Y形的金属棒 4-端盖AA图8-6 柱式滤管23图8-7 柱式过滤机-封头 2-烛式滤管 3-壳体（三）（三）真空过滤机真空过滤机 1 1真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机 具有自动化程度高，操作连续，处理量大的特点。具有自动化程度高，操作连续，处理量大的特点。非常非常适合于固体含量较大（适合于固
15、体含量较大（%）的悬浮液的分离。）的悬浮液的分离。在发酵工业中，在发酵工业中，它对霉菌、放线菌和酵母菌发酵液的过滤较有成效它对霉菌、放线菌和酵母菌发酵液的过滤较有成效。过滤机把过滤机把过滤、洗饼、吹干、卸饼过滤、洗饼、吹干、卸饼等各项操作在转鼓的等各项操作在转鼓的一周期内依次完成。一周期内依次完成。这种过滤机的主要元件是转鼓。其内维持一定的真空度，这种过滤机的主要元件是转鼓。其内维持一定的真空度，与外界大气压的压差即为过滤推动力。在过滤操作时，转鼓与外界大气压的压差即为过滤推动力。在过滤操作时，转鼓下部浸没于待处理的料液中。当转鼓以低速旋转时下部浸没于待处理的料液中。当转鼓以低速旋转时(一般为
16、一般为12.6r/min12.6r/min)，滤液就穿过过滤介质而被吸入转鼓内腔，而，滤液就穿过过滤介质而被吸入转鼓内腔，而滤渣则被过滤介质阻截，形成滤饼。当转鼓继续转动，生成滤渣则被过滤介质阻截，形成滤饼。当转鼓继续转动，生成的滤饼依次被洗涤、吸干、刮刀卸饼。的滤饼依次被洗涤、吸干、刮刀卸饼。236745滤出液压缩空气卸渣区再生区过滤区洗涤吸干区料液 图8-8 真空转鼓过滤机工作原理示意图1-转鼓 2-过滤室 3-分配阀 4-料液槽 5-摇摆式搅拌器 6-洗涤液喷嘴 7-刮刀出料口进料口溢流口下机壳上机壳喷淋管吸入管反吹阀转鼓图8-9 GW2.5/1.2-N真空过滤机2 2无格式转鼓真空过滤
17、机无格式转鼓真空过滤机 其特点是：没有空格室、整其特点是：没有空格室、整个转鼓内腔都是真空状态、结构个转鼓内腔都是真空状态、结构简单、单位面积过滤能力大、反简单、单位面积过滤能力大、反吹管与滤液管隔开、洗涤能力强、吹管与滤液管隔开、洗涤能力强、效率高。效率高。234567891011 图8-10 RCF真空转鼓过滤机工作原理1-过滤筒 2-洗涤水 3-真空调整 4-过滤槽 5-搅拌装置 6-洗涤液 7-刮板 8-滤饼剥离滚 9-喷嘴 10-张紧滚 11-滤布脱水脱液洗涤真空剥离3滤布循环行进式（滤布循环行进式（RCFRCF）转鼓真空过滤机）转鼓真空过滤机 RCFRCF转鼓真空过滤机在普通转鼓式
18、真空过滤机的基础上在其转鼓转鼓真空过滤机在普通转鼓式真空过滤机的基础上在其转鼓的表面再安装了一条由转鼓驱动的首尾闭合的滤布带。在真空过滤的表面再安装了一条由转鼓驱动的首尾闭合的滤布带。在真空过滤区形成的滤饼，依次经过洗涤、吸干、空气反吹等操作程序后，行区形成的滤饼，依次经过洗涤、吸干、空气反吹等操作程序后，行进的滤布载着吹松的滤饼通过滤饼剥离滚筒，因行进方向的转折，进的滤布载着吹松的滤饼通过滤饼剥离滚筒，因行进方向的转折，使滤饼脱离滤布。滤布在行进过程中从正反两方面受到洗刷而再生使滤饼脱离滤布。滤布在行进过程中从正反两方面受到洗刷而再生。4其它过滤设备其它过滤设备 生物陶瓷膜过滤器是一种新型的
19、过滤设备。生物陶瓷膜过滤器是一种新型的过滤设备。据据WU Weizhong WU Weizhong 等人报道，该设备在处理富营养等人报道，该设备在处理富营养水的处理方面作用显著。它可以有效处理藻类物水的处理方面作用显著。它可以有效处理藻类物质，氮化合物，有效降低质，氮化合物，有效降低CODCODMnMn 值。值。二、过滤设备选择与使用二、过滤设备选择与使用l过滤机选用的基本原则过滤机选用的基本原则l1 1根据物料的过滤性能，初步确定选择哪种推动力的设备根据物料的过滤性能，初步确定选择哪种推动力的设备l2 2根据处理物料的化学性质，检查所选择的过滤机类型是否正确根据处理物料的化学性质，检查所选择
20、的过滤机类型是否正确l3 3根据工艺过程的特点和生产规模可对选择的过滤设备进行筛选根据工艺过程的特点和生产规模可对选择的过滤设备进行筛选l4 4根据对滤饼的纯度或母液回收率等要求来确定过滤机类型根据对滤饼的纯度或母液回收率等要求来确定过滤机类型l5 5根据对滤饼含湿率的要求，决定是否选用带有机械挤压过程的设备根据对滤饼含湿率的要求，决定是否选用带有机械挤压过程的设备l6 6根据所选择的设备，物料的基本特性数据进行设备生产能力和最佳根据所选择的设备，物料的基本特性数据进行设备生产能力和最佳操作条件的计算，以确定设备的大小，投资费用，操作费用操作条件的计算，以确定设备的大小，投资费用，操作费用三、
21、离心分离设备三、离心分离设备离心分离可分为三种形式离心分离可分为三种形式离心沉降、离心过滤和超离心。离心沉降、离心过滤和超离心。（1 1）离心沉降）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；进行悬浮液的分离操作；（2 2）离心过滤）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；浮液的操作；（3 3）超离心）超离心 利用不同溶质颗粒在液体中各种部分分布的差异，分离不同利用不同溶质颗粒在液体中各种部分分布的差异，分离不同相对密度液体的
22、操作。相对密度液体的操作。l 前两类设备从其形式来看，主要区别在于前者的转鼓是无孔的，而前两类设备从其形式来看，主要区别在于前者的转鼓是无孔的，而后者的转鼓是有孔的，并且采用过滤介质，通常采用滤布作为过滤介质。后者的转鼓是有孔的，并且采用过滤介质，通常采用滤布作为过滤介质。离心分离是常用的分离发酵液的方法，与压滤相比较，它具有分离速度离心分离是常用的分离发酵液的方法，与压滤相比较，它具有分离速度快，效率高，操作时卫生条件好等优点。适合于大规模的分离过程。但是，快，效率高，操作时卫生条件好等优点。适合于大规模的分离过程。但是，离心分离的设备投资费用高，能耗较大。离心分离的设备投资费用高，能耗较大
23、。（一）离心沉降（一）离心沉降 1 1离心沉降原理离心沉降原理 离心沉降的基础是固体的沉降。离心沉降的基础是固体的沉降。当固体粒子在无限连续流体中沉降时，当固体粒子在无限连续流体中沉降时，受到两种力的作用，一种是连续流体对它的浮力，另一种是流体对运动粒子受到两种力的作用，一种是连续流体对它的浮力，另一种是流体对运动粒子的粘滞力。当这两种力达到平衡时，固体粒子将保持匀速运动。的粘滞力。当这两种力达到平衡时，固体粒子将保持匀速运动。沉降速率与粒子直径的平方成正比，与粒子和流体的密度差成正比，而沉降速率与粒子直径的平方成正比，与粒子和流体的密度差成正比，而与流体黏度成反比与流体黏度成反比。就是说，粒
24、子的沉降速度仅仅是液体性质及粒子本身特。就是说，粒子的沉降速度仅仅是液体性质及粒子本身特性的函数。性的函数。222900RuRnfggR 如果以旋转角速度如果以旋转角速度（弧度（弧度/秒）表示，并取旋转加速度秒）表示，并取旋转加速度与重力加速度之比称为与重力加速度之比称为“离心分离因数离心分离因数”，以，以f f表示。表示。n转数，r/min；，R旋转半径为（m）离心分离因数是代表离心机特点的重要参数，它表示离心力场离心分离因数是代表离心机特点的重要参数，它表示离心力场的大小。值越大，离心力越大，即愈有利于分离。增加转鼓的半径的大小。值越大，离心力越大，即愈有利于分离。增加转鼓的半径及转数均可
25、以增大分离因数。及转数均可以增大分离因数。2345 图8-11 管式离心机1-机架 2-分离盘 3-转筒 4-机壳 5-挡板高位进料重液轻液2 2离心沉降设备离心沉降设备 （1 1）瓶式离心机）瓶式离心机这是一类结构最简单的实验室常用的低、中速离心机，转速一般在这是一类结构最简单的实验室常用的低、中速离心机，转速一般在3000-3000-60006000，其转子常为外摆式。操作一般在室温下进行，也有配冷却装置的，其转子常为外摆式。操作一般在室温下进行，也有配冷却装置的冷冻离心机。冷冻离心机。（2 2）多室式离心机）多室式离心机 多室式离心机的转鼓内又若干同心圆组成若干同心环状分离室，这多室式离
26、心机的转鼓内又若干同心圆组成若干同心环状分离室，这样可以加长分离液体的流程，使液层减薄，以增加沉降的面积，减少沉样可以加长分离液体的流程，使液层减薄，以增加沉降的面积，减少沉降的距离，同时还具有粒度筛分的作用，悬浮液中的粗颗粒沉降在靠近降的距离，同时还具有粒度筛分的作用，悬浮液中的粗颗粒沉降在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口或由向心泵排出。多室式离心机的出渣比较困难，一般在运转经溢流口或由向心泵排出。多室式离心机的出渣比较困难，一般在运转一端时间后，待分离液澄清度不符合要求时，停机清理。这种
27、离心机由一端时间后，待分离液澄清度不符合要求时，停机清理。这种离心机由3737个分离室，离心力强度为个分离室，离心力强度为2000-80002000-8000，处理能力为，处理能力为2.510m3/h2.510m3/h。适合。适合处理直径大于处理直径大于0.1m0.1m的颗粒，固相浓度小于的颗粒，固相浓度小于5%5%的悬浮液。的悬浮液。2345 图8-11 管式离心机1-机架 2-分离盘 3-转筒 4-机壳 5-挡板高位进料重液轻液（3 3）管式离心机）管式离心机 为提高分离效果，必须增加颗粒所受的离心力，但是，离心机转为提高分离效果，必须增加颗粒所受的离心力，但是，离心机转速的增加，转鼓直径
28、必须更小，否则，转鼓面所受到的应力对强度速的增加，转鼓直径必须更小，否则，转鼓面所受到的应力对强度极为不利。转速可达极为不利。转速可达15000-50000r/min15000-50000r/min，转筒直径为转筒直径为45-150mm45-150mm。显。显然，由于其转筒容量有限，处理量比较小。然，由于其转筒容量有限，处理量比较小。管式高速离心机是由管式高速离心机是由转转鼓、分离盘、机壳、机架、传动装置鼓、分离盘、机壳、机架、传动装置等组成。等组成。操作时，将待处理的料液在一定的操作时，将待处理的料液在一定的压力下由进料管经底部中心轴进入鼓底，压力下由进料管经底部中心轴进入鼓底，靠圆形挡板分
29、散与四周，受到高速离心靠圆形挡板分散与四周，受到高速离心力作用而旋转向上，轻液则位于转筒的力作用而旋转向上，轻液则位于转筒的中央，呈螺旋形运转，向上移动。重液中央，呈螺旋形运转，向上移动。重液相则靠近筒壁，至分离盘时，轻液相则相则靠近筒壁，至分离盘时，轻液相则沿轻液孔道进入集液槽后排出收集。固沿轻液孔道进入集液槽后排出收集。固体则在离心力场的作用下沉积于鼓壁上，体则在离心力场的作用下沉积于鼓壁上，达到一定数量后，停机人工除渣。达到一定数量后，停机人工除渣。重液轻液重液轻液液轻重液重液图8-12 管式离心机分离盘 管式高速离心机设备简管式高速离心机设备简单，操作稳定，分离纯度高，单，操作稳定，分
30、离纯度高，可用于液可用于液-液分离和微粒较小液分离和微粒较小的悬浮液分离，分离效果也的悬浮液分离，分离效果也较好，常用于微生物菌体和较好，常用于微生物菌体和蛋白质的分离，但生产能力蛋白质的分离，但生产能力较低。较低。菌体及浓缩液菌体及浓缩液轻液出口轻液出口进料图8-13 碟片式离心机示意图 碟式离心机一般具有坚固的外壳，碟式离心机一般具有坚固的外壳，底部凸出，与外壳铸在一起，壳上有底部凸出，与外壳铸在一起，壳上有圆锥形盖，由螺帽紧固在外壳上。壳圆锥形盖，由螺帽紧固在外壳上。壳由高速旋转的倒锥形转鼓带动，其内由高速旋转的倒锥形转鼓带动，其内设有数十片乃至上百片，锥角为到的设有数十片乃至上百片，锥
31、角为到的锥形碟片。碟片一般用锥形碟片。碟片一般用0.8mm0.8mm的不锈钢的不锈钢或铝制成形。一般碟片之间的间隙为或铝制成形。一般碟片之间的间隙为0.52.5mm0.52.5mm。（4）碟片式离心机）碟片式离心机 发酵醪由转鼓中心进入高速旋转的转鼓内，因固发酵醪由转鼓中心进入高速旋转的转鼓内，因固-液比液比重不同，在碟片空隙内受到离心力的作用下，将发酵醪分成重不同，在碟片空隙内受到离心力的作用下，将发酵醪分成固液两相。比重轻的清液有规律地沿碟片的上表面的碟片轴固液两相。比重轻的清液有规律地沿碟片的上表面的碟片轴心方向移动，在轻液出口处排出。而比重大的浓缩物或菌体，心方向移动，在轻液出口处排出
32、。而比重大的浓缩物或菌体，则有规律的沿着上一碟片的底表面下滑到碟片外边缘，经转则有规律的沿着上一碟片的底表面下滑到碟片外边缘，经转鼓壁上的喷嘴喷出。从而达到离心分离的目的。鼓壁上的喷嘴喷出。从而达到离心分离的目的。（5 5）沉降式螺旋卸料离心机）沉降式螺旋卸料离心机 这是一种效率高、适应性强，应用广的离心机。这是一种效率高、适应性强，应用广的离心机。由由转鼓和螺旋转鼓和螺旋两两个部件组成的个部件组成的。23456789液体固体 图8-14 LW450X1810 卧式螺旋卸料沉降离心机结构简图 1差速器 2左主轴承座 3机壳 4转鼓 5螺旋输送器 6挤压机构 7右主轴承座 8防护罩 9进料机构
33、料液由中心管加入，进料液由中心管加入，进料位置约在螺旋的中部，其料位置约在螺旋的中部，其前面部分为沉降区，后面部前面部分为沉降区，后面部分为甩干区。在离心力作用分为甩干区。在离心力作用下，固形物被沉降在转鼓壁下，固形物被沉降在转鼓壁上，液体由左侧溢流孔排出，上，液体由左侧溢流孔排出，固体则由螺旋从大端推向小固体则由螺旋从大端推向小端，同时被甩干，落入外壳端，同时被甩干，落入外壳的排渣口排出。固体在甩干的排渣口排出。固体在甩干区可以洗涤。调节溢流挡板区可以洗涤。调节溢流挡板上溢流口的位置、转鼓转速上溢流口的位置、转鼓转速和进料速度可以改变固形物和进料速度可以改变固形物的湿含量和液体的澄清度，的湿
34、含量和液体的澄清度，生产能力也随着进料速度而生产能力也随着进料速度而改变。改变。卧式螺旋卸料沉降机式一种全速旋转、连续进料、卧式螺旋卸料沉降机式一种全速旋转、连续进料、分离和卸料的离心机，其最大离心力强度可达分离和卸料的离心机，其最大离心力强度可达60006000，操作温度可达操作温度可达300300，操作压力一般为常压，处理能力，操作压力一般为常压，处理能力范围范围0.460m3/h0.460m3/h，适合处理颗粒粒度为，适合处理颗粒粒度为2m5mm2m5mm、固、固相浓度为相浓度为1%50%1%50%、固液密度差大于、固液密度差大于0.05g/cm30.05g/cm3的悬浮液。的悬浮液。（
35、二）离心过滤（二）离心过滤1离心过滤原理离心过滤原理 离心过滤是将料液送入有孔的转鼓并利用离心力场进行过滤的过离心过滤是将料液送入有孔的转鼓并利用离心力场进行过滤的过程，以离心力为推动力完成过滤作业，兼有离心和过滤的双重作用。程，以离心力为推动力完成过滤作业，兼有离心和过滤的双重作用。其工作原理见图其工作原理见图8-158-15所示。所示。R1R2R3H图8-15 离心过滤工作原理图悬浮液滤液 以间歇离心过滤为例，料液首以间歇离心过滤为例，料液首先进入装有过滤介质的装鼓中，然先进入装有过滤介质的装鼓中，然后被加速到转鼓旋转速度，形成附后被加速到转鼓旋转速度，形成附着在转鼓壁上的液环，与沉降式离
36、着在转鼓壁上的液环，与沉降式离心机一样，粒子受到离心力而沉降，心机一样，粒子受到离心力而沉降，过滤介质阻碍粒子通过，形成滤饼。过滤介质阻碍粒子通过，形成滤饼。接着，悬浮液的固体颗粒截留而沉接着，悬浮液的固体颗粒截留而沉积下来，滤饼表面生成了澄清液，积下来，滤饼表面生成了澄清液，该滤液透过滤饼层和过滤介质向外该滤液透过滤饼层和过滤介质向外排出。排出。离心过滤一般分成三个阶段。离心过滤一般分成三个阶段。（1 1）滤饼形成）滤饼形成 悬浮液进入离心机，在离心机的作用下液体通过悬浮液进入离心机，在离心机的作用下液体通过过滤面排出，滤渣形成滤饼，其过滤速度可按很压过滤方程式计过滤面排出，滤渣形成滤饼，其
37、过滤速度可按很压过滤方程式计算。算。（2 2）滤饼压缩）滤饼压缩 滤饼中的固体物质逐渐排列紧密，空隙减小，空滤饼中的固体物质逐渐排列紧密，空隙减小，空隙间的液体逐渐排出，滤饼体积减小。这时过滤推动力为滤饼对隙间的液体逐渐排出，滤饼体积减小。这时过滤推动力为滤饼对液体的压力和液体所受到的离心力。液体的压力和液体所受到的离心力。（3 3）滤饼压干）滤饼压干 此时滤饼层的结构已经排列地非常紧密，其毛细此时滤饼层的结构已经排列地非常紧密，其毛细组织中的液体被进一步排出。液体受到离心力和固体颗粒的压力，组织中的液体被进一步排出。液体受到离心力和固体颗粒的压力，由于越靠近转鼓壁出处的压力越大，所以越靠近转
38、鼓壁的滤饼越由于越靠近转鼓壁出处的压力越大，所以越靠近转鼓壁的滤饼越干。干。2 2离心过滤设备离心过滤设备 （1 1）三足式离心机）三足式离心机 立式有孔转鼓悬挂于三根支足上，转鼓由主轴连接传动装置，它们通过滚动立式有孔转鼓悬挂于三根支足上，转鼓由主轴连接传动装置，它们通过滚动轴承装于轴承座上，轴承座与外壳均固定在底盘上，并用三根摆杆悬挂于三根支轴承装于轴承座上，轴承座与外壳均固定在底盘上，并用三根摆杆悬挂于三根支足的球面座上，摆杆上套有压缩弹簧以承受垂直方向的动载荷。足的球面座上，摆杆上套有压缩弹簧以承受垂直方向的动载荷。12131110814756431215 图8-16 人工卸料三足式离
39、心机的结构1-盘底 2-支足 3-缓冲弹簧 4-摆杆 5-转鼓壁 6-转鼓底 7-拦液板 8-机盖 9-主轴 10-轴承座 11-制动器手把 12-外壳 13-电动机 14-制动轮 15-滤液出口 三足式离心机的悬挂点比机体重心高，保证了机器的稳定性，压三足式离心机的悬挂点比机体重心高，保证了机器的稳定性，压缩弹簧可以减轻垂直方向的振动。主轴是很短的，所以结构紧凑，机缩弹簧可以减轻垂直方向的振动。主轴是很短的，所以结构紧凑，机身高度小，便于从上方加料和卸料。转鼓内壁通常采用滤布。由于三身高度小，便于从上方加料和卸料。转鼓内壁通常采用滤布。由于三足式离心机操作平稳，没有陡震，占地比过滤设备小，故
40、在工业上用足式离心机操作平稳，没有陡震，占地比过滤设备小，故在工业上用得很广泛。得很广泛。三足式离心机可用于分离中等粒度（三足式离心机可用于分离中等粒度（0.10.1mmmm）和较细粒度）和较细粒度（0.010.010.1mm0.1mm）的悬浮液，以及分离粒状和结晶状物料。这种离心）的悬浮液，以及分离粒状和结晶状物料。这种离心机可获得含水量较低的滤饼，适用于过滤周期长，处理量不大的场合。机可获得含水量较低的滤饼，适用于过滤周期长，处理量不大的场合。滤饼可以很好地洗涤，人工卸料的离心机其滤渣颗粒不会被破坏。此滤饼可以很好地洗涤，人工卸料的离心机其滤渣颗粒不会被破坏。此种离心机具有操作筒单，适应性
41、强的优点。种离心机具有操作筒单，适应性强的优点。图 8-17 卧式刮刀卸料离心机的结构1滤液出口 2-外壳 3-转鼓 4-主轴 5-耙齿 6-刮刀 7-拦液板 8-游缸 9-导向柱 10-刀架 11-刀杆 12-进料杆 13-卸料斗 14-前盖2314131211984567（2 2）卧式刮刀卸料离心机）卧式刮刀卸料离心机 卧式刮刀卸料离心机肘转鼓是水平安装的，转鼓的一侧与传动轴连卧式刮刀卸料离心机肘转鼓是水平安装的，转鼓的一侧与传动轴连接；另一侧为中空，装有卸料斗、刮刀、耙齿等。接；另一侧为中空，装有卸料斗、刮刀、耙齿等。卧式刮刀卸料离心机的转鼓直径为卧式刮刀卸料离心机的转鼓直径为24024
42、025002500；离心分离因数为；离心分离因数为25025030003000；转数；转数45045035003500转转/分。适用于固相颗粒范围为分。适用于固相颗粒范围为5 5微米微米1010微微米，固相浓度米，固相浓度5 560%60%。（a）后退过程2345678图8-18 活塞推料离心机的工作过程 1-转鼓 2-滤网 3-进料分配器 4-进料管 5-推料盘 6-推料杆 7-空心轴 8-限料环（b）前进过程图8-18 活塞推料离心机的工作过程（3 3）卧式活塞推料离心机）卧式活塞推料离心机 转鼓内装有滤网，料液从进料管进入，经锥形分配盘在离心转鼓内装有滤网，料液从进料管进入，经锥形分配盘
43、在离心力的作用下分配到过滤面上液体经过滤网与鼓壁上的小孔而甩出，力的作用下分配到过滤面上液体经过滤网与鼓壁上的小孔而甩出，固体颗粒则在网上形成滤饼。与分配盘装一起的推料盘与转鼓中固体颗粒则在网上形成滤饼。与分配盘装一起的推料盘与转鼓中心轴的推杆连接，推杆的另一端与液缸的活塞连接，借液压不断心轴的推杆连接，推杆的另一端与液缸的活塞连接，借液压不断往复运动。推料盘、分配盘和转鼓一起旋转，当推料盘移动时，往复运动。推料盘、分配盘和转鼓一起旋转，当推料盘移动时，将滤渣沿轴线排出鼓外。将滤渣沿轴线排出鼓外。该离心机的加料、分离和洗涤都是连续的，转鼓的滤饼厚度该离心机的加料、分离和洗涤都是连续的，转鼓的滤
44、饼厚度由限料环与滤网内径之差决定，限料环的大小可以根据需要调换。由限料环与滤网内径之差决定，限料环的大小可以根据需要调换。（4 4）翻袋式离心机）翻袋式离心机 翻袋式离心机是当今制药业、食品加工业、化学工业及原料翻袋式离心机是当今制药业、食品加工业、化学工业及原料加工业中的理想离心过滤设备。常规离心机只适用于分离和提纯加工业中的理想离心过滤设备。常规离心机只适用于分离和提纯那些使用切刮方法进行卸料的产品，且在转鼓内必然会形成残余那些使用切刮方法进行卸料的产品，且在转鼓内必然会形成残余滤渣层而造成物料的较大损失或晶粒的破坏。而滤渣层而造成物料的较大损失或晶粒的破坏。而“翻袋式翻袋式”则完则完全克
45、服了上述缺点，全克服了上述缺点，这是目前世界上使物料损失小、提纯度高、这是目前世界上使物料损失小、提纯度高、洗涤效果佳、产品余湿量小的一种离心过滤设备，特别适用于制洗涤效果佳、产品余湿量小的一种离心过滤设备，特别适用于制药与化工行业。药与化工行业。9325642311139101487786159542（a）（b）图8-19 滤布外翻过程示意图输入管 2-出口 3-转鼓内腔 4-传动轴 5-壳体 6-转鼓盖内盘 7-转鼓盖外盘 8-连杆 9-滤布 固定输入管固定输入管(1)(1)用来输送悬浮液和蒸汽，从出口用来输送悬浮液和蒸汽，从出口(2)(2)进入离心机转进入离心机转鼓内腔鼓内腔(3)(3)
46、，传动轴，传动轴(4)(4)由内轴和外轴组成，且与输入管由内轴和外轴组成，且与输入管(1)(1)同轴。壳同轴。壳体体(5)(5)与传动轴外轴相连，而内轴则与转鼓盖内盘与传动轴外轴相连，而内轴则与转鼓盖内盘(6)(6)相连，转鼓盖外相连，转鼓盖外盘盘(7)(7)通过通过8 8根连杆根连杆(8)(8)与传动轴与传动轴(4)(4)连接。连接。内外轴以同样速度旋转，同时内轴可按内外轴以同样速度旋转，同时内轴可按(14)(14)的方向移出使滤布外翻的方向移出使滤布外翻 图图(b)(b)，此时滤布，此时滤布(9)(9)则在内盘则在内盘(6)(6)的周边与壳体的周边与壳体(5)(5)的周边展开成圆筒状，的周
47、边展开成圆筒状，传动轴转速减慢，转鼓壁表面的物料沿箭头传动轴转速减慢，转鼓壁表面的物料沿箭头(15)(15)方向被离心甩出。方向被离心甩出。（三）超离心法（三）超离心法 超离心法就是根据物质的沉降系数、质量和形状不同，应用强超离心法就是根据物质的沉降系数、质量和形状不同，应用强大的离心力，将混合物中各组分分离、浓缩和提纯的方法。它在生大的离心力，将混合物中各组分分离、浓缩和提纯的方法。它在生物化学、分子生物学以及细胞生物学的发展中起了重要作用。利用物化学、分子生物学以及细胞生物学的发展中起了重要作用。利用超离心技术中的差速离心、等密度梯度离心等方法，已成功分离出超离心技术中的差速离心、等密度梯
48、度离心等方法，已成功分离出各种亚细胞物质，如线粒体、溶酶体和肿瘤病毒等。超离心法是现各种亚细胞物质，如线粒体、溶酶体和肿瘤病毒等。超离心法是现代生物技术领域研究中不可缺少的实验室分析和制备手段。代生物技术领域研究中不可缺少的实验室分析和制备手段。超离心机技术中，由于使用的离心机类型也是无孔转鼓，所以，超离心机技术中，由于使用的离心机类型也是无孔转鼓，所以，其属于离心沉降的范畴。其属于离心沉降的范畴。（四）离心机的选择与使用（四）离心机的选择与使用 在选择离心机的类型时，我们首先要根据物料性质来选择沉在选择离心机的类型时，我们首先要根据物料性质来选择沉降式还是过滤式。降式还是过滤式。当悬浮液中固
49、相颗粒的密度大于液相时，可以当悬浮液中固相颗粒的密度大于液相时，可以采用沉降式（两者的密度差采用沉降式（两者的密度差3%3%时容易分离）；反之，固相颗粒的时容易分离）；反之，固相颗粒的密度小于或等于液相时只能采用过滤式。当颗粒直径小于密度小于或等于液相时只能采用过滤式。当颗粒直径小于1 1微米时，微米时，可以采用高速离心机（管式或碟片式）；当颗粒的直径在可以采用高速离心机（管式或碟片式）；当颗粒的直径在1919微米微米以下时，则采用普通沉降式离心机，以下时，则采用普通沉降式离心机，如果采用过滤式则造成滤饼如果采用过滤式则造成滤饼太薄，固体颗粒损失大。太薄，固体颗粒损失大。100100微米以上的
50、颗粒，两者都可以使用。微米以上的颗粒，两者都可以使用。对结晶体采用离心过滤，脱水效率是很高的。当所形成的滤对结晶体采用离心过滤，脱水效率是很高的。当所形成的滤饼具有压缩性质时，一般采用沉降式，因为采用过滤式效果很低。饼具有压缩性质时，一般采用沉降式，因为采用过滤式效果很低。对沉降式离心机，如果悬浮液中固相浓度大于对沉降式离心机，如果悬浮液中固相浓度大于1%1%时，采用间歇式时，采用间歇式操作不是很适合，它将引起卸料操作过于频繁，所以一般采用连操作不是很适合，它将引起卸料操作过于频繁，所以一般采用连续式。管式离心机虽然具有很好的沉降性能，但其容量小，产量续式。管式离心机虽然具有很好的沉降性能，但
