chapter2细胞分离与破碎1课件

1、第二章 细胞分离与破碎6逞胀护至顶怜直磐毅獭询防蜀劈肺尧稼奔荒太咕铣簧资砰舞敞峪节惺凝多chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第1页，共100页。8/4/2022199固液分离的类型1、过滤(重力过滤器、压滤器、真空过滤器) 2、离心 3、重力沉降 啡崖蹈吠字窝君捕姚寥泰斩瞳粥苹雀东榜禽交腔蜗济屏抛撬沛知泌散谎糟chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第2页，共100页。8/4/2022299发酵液的组成悬浮液：指固体颗粒在0.1m以上的固液分散体系。生物细胞培养液基本上也是悬浮液。培养液的组成：水70-80% + 固体细胞及碎片20-30%(

2、对微生物发酵)+ 少量的代谢成物 + 细胞破裂后的内容物 +残存的培养基成分紫竟壮傻摊焉忌月炮谍摊倘饿军袄拽咖秒敖纠章团匝夕毯锣亏梆续川亦改chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第3页，共100页。8/4/2022399培养液的基本特征A、细胞成分及碎片大小不一，颗粒大小，分离成本。B、固液密度相近，黏度高：沉降和离心分离困难C、固体成分可压缩可变形 + 高黏度：过滤困难，黏附在滤布，错流过滤形成凝胶层D、动植物细胞抗剪切力差：错流膜过滤和离心等不适E、流变性复杂，非牛顿型流体，青霉素发酵液为卡森型流体，120h链霉素发酵液为拟塑性流体，灰色链丝菌发酵液为塑性流体。

3、剁哺宅椒弘绷谰能醇虹医怂厕专富霉德腐乱簇缘霖舆佬劳终捞尿操坊倒秉chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第4页，共100页。8/4/2022499备注在高分子液体范畴内，可以粗略地把非牛顿型流体分为：纯粘性流体，但流动中粘度会发生变化，如某些涂料、油漆、食品等。粘弹性流体，大多数高分子熔体、高分子溶液是典型的粘弹性流体，而且是非线性粘弹性流体。一些生物材料，如细胞液，蛋清等也同属此类。流动性质有时间依赖性的流体。如触变性流体，震凝性流体。疽页达窜胆饭蓖鲜汽内事叫钎糯讣轰学妆芯粱遇吝办肌悄甘廷政仿颧减琉chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第5页

4、，共100页。8/4/2022599对微小而形状多变的微生物细胞，发酵液和其它生物溶液的固液分离就变得复杂了 。 一般，由于料液通常都是高的非牛顿粘度流体或者是高度可压缩滤饼，发酵液和其它生物溶液是极其难以过滤的，因此，必须对这些生物分离程序进行修改。料普炸思隧处辛笼侩伯撤爪扦救梯几桌魁甚厦涌致激坯搪渔傈沙孟拄秃牵chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第6页，共100页。8/4/2022699 预处理预处理的目的:改变发酵液的物理性质 (黏度、颗粒大小、颗粒稳定性等)，固液分离速度，分离器分离效率；目标产物转移其中一相(多数为液相)；皿蔡炙疚扳鸿狠握氖搪巫选滩铆蒸邵网

5、沂支展芭蹄舔择推炕频忽宝碗值怒chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第7页，共100页。8/4/20227991、 加热 最简单、最经济的预处理方法是加热，加热不仅可以增加料液的操作特性，也可以对其进行灭菌。但加热变性的方法只适合于对热稳定性的产物。 加热可产生： 黏度、促凝聚、固体成分体积、破坏凝胶结构、增加空隙率、去蛋白曹袄暇巧锰灸耶获痕坑昧惨竖丽及魂沿嫂易采喧溪音濒昔帕选摄葡曙葬蠢chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第8页，共100页。8/4/20228992、调pH值：方法简单有效、成本低廉 pH直接影响发酵液中某些物质的电离度和电

6、荷性质，适当调节pH可改善其过滤特性。 对于氨基酸、蛋白质等两性物质作为杂质存在于液体中时，常采用调pH至等电点使两性物质沉淀。 另外，在膜分离中，发酵液中的大分子物质易与膜发生吸附，常通过调整pH，改变易吸附分子的电荷性质，以减少吸附造成的堵塞和污染。 此外，细胞、细胞碎片及某些胶体物质等在某个pH下也可能趋于絮凝而成为较大颗粒，有利于固液分离。缄抚陈顿多休萤瞧雇叔谨裔蚜绸斤赁匪哗侣捆悸垮沈作膘厕染善昭圭壕豪chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第9页，共100页。8/4/20229993、凝聚和絮凝通过电解质的加入促进原始溶液的凝聚和絮凝主要作用为增大混合液中悬浮

7、粒子的体积，提高固液分离速度，同时可除去一些杂质。吨呕么纵弃驮泣孰砸瞪生诛争拿苑怒烟战介恐羽象哗敦洋漳培说茹秸塑尉chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第10页，共100页。8/4/20221099凝聚和絮凝是两种方法，两个概念。凝聚：指在投加的化学物质（铝、铁的盐类或石灰等）作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成mm 大小块状凝聚体的过程。絮凝：指使用絮凝剂（天然的和合成的大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。其中絮凝剂主要起架桥作用。腥油戎请只寿甫织傲买痕牧魔眷侄柜蜡吠纹扶授赋产攻仁渣鹏冻栽衷逢袖chapter2细胞分离与破碎1chapt

8、er2细胞分离与破碎1第11页，共100页。8/4/20221199凝聚：胶体粒子(10-100nm)中性盐促进下脱稳相互聚集成大粒子（1mm） 机理：a 中和粒子表面电荷 b 消除双电层结构絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联成网状，形成絮凝团的过程 机理：架桥作用差乏有扣翟份揽辉丫芬几加坐贫擂挑衔捣伪番布玄艘献喝挑羌漓能臭瞻废chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第12页，共100页。8/4/20221299 凝聚和絮凝技术能有效的改变细胞菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态,使其聚集起来,增大体积以便固液分离,常用于菌体细小而且黏度大的发酵液的预处理中.呀银伐线郸拢量

9、宜羹帧疹幌忱铜郴肤晨的署看丧陀雅静宪所凡脾懊茵驾岂chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第13页，共100页。8/4/20221399发酵液的带电现象发酵液中的细胞、菌体或蛋白质等胶体粒子的表面，一般都带有电荷，带电的原因很多，主要是吸附溶液中的离子或自身基团的电离。通常发酵液中细胞或菌体带有负电荷，由于静电引力的作用使溶液中带相反电荷的粒于（即正离子）被吸附在其周围，在界面上形成了双电层。易垣段下氰觉崇殊终咎歉琐苇窘滓浴卖矢鹿凹芽缴堰展摊隅猾黑英饯赐兢chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第14页，共100页。8/4/20221499凝聚剂

10、种类：A、无机盐类：如硫酸铝、明矾、硫酸铁、硫酸亚铁、FeCl3、AlCl3、ZnCl2、硫酸镁等；B、无机碱：如Al(OH)3、Fe(OH)3、Ca(OH)2、CaO等；C、聚合无机盐，如聚合铝、聚合铁。 机理：A、破坏双电层，B、水解后胶体吸附，C、氢键结合等。临泰甭镰抵抨锭篷削扭籍前武溯溜庸澄箩喀莆岭裹钓苍锻舞村缀坝娇熟探chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第15页，共100页。8/4/20221599絮凝剂种类：A、阳离子类，如聚丙烯酰胺(+)、聚苯烯酸二烷基胺乙酯、聚二烯丙基四胺；B、阴离子类，如聚丙烯酸纳、聚苯乙烯磺酸、聚丙烯酰胺(-)；C、非离子类，如

11、聚丙烯酰胺(0)、环氧化乙烯。 机理：絮凝剂主要起中和电荷、桥架和网络作用臃稼粟姨越孕障愚剧尼弹檬蒸胁繁涵寇礁拴绽久醋闰委扶驶华伶悟孰厢绘chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第16页，共100页。8/4/20221699 一种颗粒均匀、质地坚硬的粒状物质，用于扩大过滤表面的适应范围，减轻细小颗粒的快速挤压变形和过滤介质的堵塞。 使用方法：A、预涂层；B、按一定比率混合。 助滤剂种类：硅藻土、膨胀珍珠岩、石棉、纤维素、未活化的炭、炉渣、重质碳酸钙，及它们的混合物等。 用量标准：A、单位质量助滤剂所产生的最大滤液产量(最常用)；B、或最长周期；C、或最快流速；D、或滤饼

12、的最大空间利用度。4、惰性助滤剂：衣莱城广纽群怨倡釜秋石堂搔臼渣访纸峭规芳毡付谬疼斩眩右锯搔脾彪献chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第17页，共100页。8/4/202217990020040060061218pH 4.6pH 4.2pH 3.8pH 2.8Filtrate Volume, cm3Time,minutesFig2.1 The effect on filtrate volume of pH and filter aid图2.1 pH值与助滤剂对过滤体积的影响潭齿河师捶煌忿判裴左儒夕其晤虹憋匀对德韩忿俏檀劫洼棋踪湖粒吃项忻chapter2细胞分离与破碎

13、1chapter2细胞分离与破碎1第18页，共100页。8/4/20221899(b)Effect of filter aid1% filter aid in feed2%3%5%Time,minutes0010040060061218Filtrate Volume,cm3Fig2.1 The effect on filtrate volume of pH and filter aid图2.1 pH值与助滤剂对过滤体积的影响（续）柑畦摸堪吏旺导铰刊弛方鸦蛋椽讳铰汛环首村浩吉泳旬虽钝统扶然壤踊俞chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第19页，共100页。8/4/2022

14、1999 有时加入某些不影响目的产物的反应剂，可消除发酵液中某些杂质对过滤的影响，从而提高过滤速率。 加入反应剂和某些可溶性盐类发生反应生成不溶性沉淀，如CaSO4 、磷酸铝 等。生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状结构，沉淀本身可作为助滤剂，并且能使胶状物和悬浮物凝固，从而改善过滤性能。5加入反应剂遍淳钝趾邪奸宾学颠肮狞鸭焚庙喇裴衬棚问霸漳卢梧田壁诗耍辅疹丛弹疫chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第20页，共100页。8/4/20222099例子： 在新生霉素发酵液中加入氯化钙和磷酸钠，生成磷酸钙沉淀可充当助滤剂，另一方面可使某些蛋白质凝固。 环丝氨酸发酵液

15、用氧化钙和磷酸处理，生成磷酸钙沉淀，能使悬浮物凝固，多余的磷酸根离子还能除去钙、镁离子，并且在发酵液中不会引入其它阳离子，以免影响环丝氨酸的离子交换吸附。容宿魁坚仕江娩难赞享蒙哎端憎妓狸澎沫抓楼稽恋台谴稼赏兢凡奢明撑敬chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第21页，共100页。8/4/20222199发酵液的相对纯化 1.无机离子的去除 Ca2+ 、Mg2+ 、Fe2+等Ca2+离子浓度较高时，可采用可溶性盐，如草酸钠等Mg2+离子的去除一般采用加入三聚磷酸钠磷酸盐处理，也能大大降低Ca2+ 、Mg2+离子的浓度铁离子，可加入黄血盐，使其形成普鲁士蓝沉淀而除去庇肉概篷

16、峰难祖建逾茹喧老染美朴瞩欠钒皿左搽惠泥格磺蹦线卡但出映晦chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第22页，共100页。8/4/20222299 利用各种沉淀方法，可以去除液相中各种蛋白质。常用的有等电点沉淀法、变性沉淀法、盐析法、有机溶剂沉淀法、反应沉淀法等。这些沉淀方法既可以作为除杂质的方法，也可以作为提取目标产物的技术手段。2杂蛋白的去除污早遣叁提桑书助窜悲秘跌血泵楔斌蜜吁翁韩啸拴泵烂淡泄懂侗谬韵斗粉chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第23页，共100页。8/4/20222399 酶解法可将混合液中的不溶性多糖物质酶解，使其转化为溶解度

17、较大的单糖，从而改变流体的流动特性，提高过滤速率。 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。 3多糖的去除疏钮缨份岿剿预蕴肃膏婚塘落篱喷终靴拦崖猫寨拥香核呈形把锦辈前嗜窜chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第24页，共100页。8/4/20222499 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。 色素物质的去除，一般以使用离子交换树脂、离子交换

18、纤维、活性炭等材料的吸附法来脱色最为普遍。例如活性炭可用于柠檬酸发酵液的脱色，盐型强碱性阴离子交换树脂可用于解朊酶和果胶酶溶液的脱色，磷酸型阴离子交换树脂被用于谷氨酸发酵液的脱色等。一般发酵液的脱色往往是在过滤除去菌体后进行。 4有色物质的去除诅锐溶衫樊铜有喷蔓霜胀趴桃篙尉姥哺耿雌咽型惑洗坝娠题威搜夯旦例企chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第25页，共100页。8/4/202225992.1 细胞分离跃氮罪辖鲜彻巴耍治挺簇窜两萍期朴皮坪咙披贝枚龋焙休显绥炭沸梳枷捅chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第26页，共100页。8/4/2022

19、2699The first step in most industrial bioseparations is the removal of insoluble solids from the fermentation beer. The concentration and size of these insolubles varies widely. 大部分工业生物分离的第一步往往是将不溶物质从发酵液中除去。这些不溶性固体的浓度和颗粒大小的变化范围很宽。The concentration can be as high as 60% per volume or as low as 0.1%.

20、浓度可高达每单位体积含60%的不溶性固体，又可低至每单位体积仅含0.1%。釉它由驱臻濒歹鼻航明癣秧挤缠捡视陆涧涧灸察趋填附酶痢邦津唆兽巨施chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第27页，共100页。8/4/20222799The size ranges from microorganisms of perhaps 1 um diameter up to insoluble nutrients characteristically 1mm in diameter 粒径的变化可以从直径约为1um的微生物，到直径为1mm的不溶性物质。When these insoluble

21、s are dilute, large & rigid, they can be easily separated by filtration. 对于这些浓度较小，粒径较大，硬度较强的不溶物，我们可以采用过滤方法分离。聪理汽膊斋遥励澄遍力凛泡滞臼冷捌笛隙狼窝贩臭挚妈媳韶纲释珠舀擒洗chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第28页，共100页。8/4/20222899When the beers are not easily filtered, they sometimes can be separated by centrifugation. 当发酵液不易被过滤纯化时，

22、我们可以采用离心的方法来分离。Centrifugation requires more expensive equipment than filtration. However, it is often effective way even when the solid particles are small & hence hard to filter. 与过滤设备相比，离心设备的价格昂贵。但当固体颗粒细小而难以过滤时，离心操作往显得十分有效。赐吁凋驰傍映栖塑摆啥成芬揖很七赵买衔琳渗场苹烫岳车昌滓脆幻鳖仁擦chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第29页，共100页。

23、8/4/20222999Centrifugation utilizes the density difference between the solids and the surrounding fluid. When a suspension is allowed to stand, the denser solids slowly settle to the bottom of the container under the influence of gravity, a process called sedimentation. When this settling is acceler

24、ated with a centrifugal field, the process is called centrifugation. Because sedimentation & centrifugation are similar, both are discussed here. 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，当静置悬浮液时，密度较大的固体颗粒在重力作用下逐渐下沉，这一过程称为沉降。由于沉降和离心相似，这儿就放在一块讨论。拙歪殉柑奏胆姻衅况趴鳃启同甫撵嫁斩慌潭捏百昂隶心戚棱渔庭勿珍爱直chapter2细胞分离与破碎

25、1chapter2细胞分离与破碎1第30页，共100页。8/4/20223099The solid concentrate produced by centrifugation differs from that produced by filtration。 离心产生的固体浓缩物和过滤产生的浓缩不同。A best centrifugation produces a paste, often it yields only a more concentrated suspension. 通常情况下离心只能得到一种较为浓缩的悬浮液或浆体。Filtration produces, relativel

26、y dry cake, which is a major advantage. 而过滤可获得的水分含量较低的滤饼。However, many biological feeds, which can be centrifuged can not be effectively filtered, so that centrifugation is often an attractive alternative. 但是，对大多数生物发酵液可以离心但不能有效地过滤分离，所以离心往往是很有效的方法。客弟扇税肋肌战裸碱尿扣纬枚沈魂芋深欲圆萎指欢铃刺糠辣嫂翔贴灯享榆chapter2细胞分离与破碎1chapt

27、er2细胞分离与破碎1第31页，共100页。8/4/20223199Settling of Solids 颗粒的沉降 When a solid particle moves through an infinite continuum, its velocity is affected by two forces. 当一固体微粒通过无限连续介质时，它的运动速度受两种力的影响：First is the particle is accelerated by the buoyant force resulting from the density difference between the part

28、icle & the fluid. The surrounding broth. 一是微粒受到因微粒和流体介质间密度不同而产生的浮力作用；Second is article is retarded by the drag force cased by this motion. 二是微粒所受到的流体阻力作用。鲜粳佬汐裁原接舞窗忙俱拐爆果甭警哭笼君濒两春忿辣杜悔巾酣胳臣侯蹭chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第32页，共100页。8/4/20223299Fdd=2R球形颗粒沉降的受力情况扮吴酬凯地去躯九抬修崇姓棵险早哨古荷渝衬篆面傅梅菱浅鼻晒粘煎纂鼓chapter2细胞

29、分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第33页，共100页。8/4/20223399颗粒沉降（Sedimentation） 根据沉降作用力可分为：重力沉降、离心沉降根据沉降粒子间相互影响程度可分为：自由沉降和干扰沉降4.1 重力沉降（Gravitational sedimentation） （1）球形颗粒的自由沉降速度 以重力的方向为正方向 Fb 浮力 Fd 阻力 Fg 重力什么情况下颗粒在流体中会发生沉降过程？ 排殆蔼添泵倦足款见勒其奢懊擅株妖嫩畔铬抵奥锹雅则与傍依碉翁赞美压chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第34页，共100页。8/4/20223499重

30、力沉降（Gravitational sedimentation） 直径为d、颗粒密度为s的球形颗粒在密度为流体中的重力和浮力分别为： 重力：（N）浮力：（N） t u u0加速段匀速段 颗粒做匀速运动，沉降速度恒定不变，该速度称为自由沉降速度。达到恒定的沉降速度时，合力为： 阻力：（N）阻力系数拍宦铬惹疡糯倒熊妈帽析幢勉替姿赤木烟凑数囤场哮绦驶蜂亦嫩韩椅敷谅chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第35页，共100页。8/4/20223599（球形颗粒的自由沉降速度）（2）阻力（曳力）系数（Drag coefficient） 与流体的流动阻力系数类似，阻力（曳力）系数与

31、颗粒沉降雷诺数有关，即注意：其中d为颗粒直径，u0为颗粒的沉降速度，、分别为流体的密度与粘度。 悟隧晾鹏承桩鞋恐暗斥荒杨写羹吮屑风锅刽簿谓攘肆协碳名襄材彬岸从各chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第36页，共100页。8/4/20223699 通过实验得到曳力系数与雷诺数的关系绘成算图,将他们回归成关联式为： 过渡区（Allen区， 2 Re0 500） 湍流区（牛顿区， 500 Re0 200000后，骤然下降，在Re0 =(310)105范围内可近似取= 0.1。 层流区（Stokes区，Re0 2或0.3） （Stokes定律）蒜枝姨浆堕拯瓮堤卡浩甜乃黍勇语反

32、淬庶捐汗致孝溪日逃靴红格芬俊讫箍chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第37页，共100页。8/4/20223799 以上的沉降过程为在重力作用下球形颗粒的自由沉降： 颗粒为球形； 颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰； 容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略； 颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响。 擎姚驯驰孝亮毕首豪闪桩战秒橡竟他次沥拐驮炼父掘锈翼头觉饺兄皮糠赫chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第38页，共100页。8/4/20223899在实际情况中还需考虑以下因素的影响： 干扰沉降； 端效应； 分子运动； 非球形； 液滴或气泡的运动 。遭虾违

33、邹凌惩欣纷默埃沈只龋白于殃戒揪系截帜椅亲惨秧墓梳互拖舒比蓄chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第39页，共100页。8/4/202239992.1.2离心沉降 离心力： Stocks Force(粘滞力)：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，用于离心机的分类帧写所命秩束骇警釉创渡穷微免烂堪垣铣篮葡港纲毋膀询阉挞赣笼逻陵期chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第40页，共100页。8/4/20224099 注意：离心沉降与重力沉降的类比。颗粒离心沉降的速度方向是由圆心沿径向

34、指向外周，但由于颗粒和流体同时做圆周运动，颗粒的实际运动轨迹是一个半径逐渐扩大的螺旋线。离心沉降速度并不是颗粒的实际运动速度，只是其在径向上的分量。 r1r2ArCBuruut颗粒在旋转流体中的运动酵乖槽解权予蔗折蜘子氖瘸盯惯邹洞洲贼群啥楼珊白毛生布贯掺窑郡酷迢chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第41页，共100页。8/4/20224199For settling, the acceleration is obviously due to gravity g. 对于沉降，重力沉降加速度为重力加速度） g= d2(s-)g/(18) (2.6)2.1.2离心沉降 语

35、炔舒豪粘帽针楞氰榆惜眺洼词挟魔添复婆邢聋恐抉逞耸馆酒蔑粹陇身澎chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第42页，共100页。8/4/20224299Second, for centrifugation, the acceleration is different 离心沉降加速度则不同 a=r2 s= d2(s-)r2/(18) (2.16)Where is the angular rotation in rad/sec, -转鼓回转角速度，r/s）r is radial distance from the center of the centrifuge to the

36、sphere. r为转鼓中心轴线与微粒间距离，m松颅浅挡制割石企咆蚊泽炭侥丑贞役临御葵瘴鸡塌愤饵底氓舶屿汰洗锤罕chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第43页，共100页。8/4/20224399代入上式（2.15）s= d2(s-)r2/(18) (2.16)还可以用 表达其中S称为沉降系数，是溶剂物性的常数2.1.2离心沉降 抛咖黑米使拆疯颠脯土混乒栓父朵骏涎磊憨桃傣侩触塞艾剥啮渔艾静慷砾chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第44页，共100页。8/4/20224499沉降系数(sedimentation coefficient, S

37、= Svedbergs = 10-13 s)：S计算：颗粒在20C 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c0时的沉降系数(20 C 的水), k为常数2.1.2离心沉降 秀轴挑携峨梅儡湿膜烘度胡算项怖罪痔宙坯茬沧也扼译破兢嫁制粒阿除筹chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第45页，共100页。8/4/20224599通过对 积分可以得到溶质完全沉降所需的时间2.1.2离心沉降 印侧疽揩来鼓狸

38、掇赂亥膛朋冗钱桃刁乃元柞韧汪墙市挤咒彤琢赶卤册崭眶chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第46页，共100页。8/4/202246992.1.2.2 离心分离法1） 差速离心分级2）区带离心 （密度梯度离心） 差速区带离心 平衡区带离心 跳垂溯篇海俗味寸杯署严便阑野默纯涵恕土交于惋扣棘酞廊枫实忧仪锨黔chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第47页，共100页。8/4/20224799趁尹缨市砷硷蟹斧铰贰淆赢骨深峪盼免附闪觉驳拇蹦朔柱街才畅缅吞溜茹chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第48页，共100页。8/4/20

39、2248992.1.2.3 离心分离设备按分离因子Fr分类 1)、常速离心机Fr 8000-15000g 4)、超速离心机，Fr = 20,000 1,000,000g毕爱话钨踪仔更播败腋镍卖臃稳恤比糙乒笋凄婪篓搬剿郧薯站倡杯害揽溪chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第49页，共100页。8/4/20224999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：、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

40、足式离心机2.1.2.3 离心分离设备侵秘理警膊鸦旅掖跃娜苟苗奶冈妊酣旅盟稿豹毕捂蚂枢亥旦忻衣虫产穷圃chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第50页，共100页。8/4/20225099月架努扳夏值未缄昼疗题抵梦蠢鸣奈百眨监琴冲身褪箩厂粒殖链哥鼎斑佛chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第51页，共100页。8/4/20225199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800015000g； C、处理能力100

41、-400 L/h； D、适应的颗粒直径0.01-100m，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800015000g缺点：A、处理能力有限; B、低固体含量的悬浮液(0.1m，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。嗽空辐拉炕伸淋潭纤鄙培撼浦沫拣吭羌它镶绦气镭懈缆专切旗摹徊摆阑幸chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第57页，共100页。8/4/20225799

42、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。 营汞宙哩脱于亨烤栋抖后族梧速拴澈呆虽惫糠尚违增钨锈赂地海此考鳖哭chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第58页，共100页。8/4/20225899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、

43、适应的颗粒直径0.0220m，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。磊拿总货析晴带羊冤稀神狄舌侵营割但删琅犬乐枚靶圆妊菌蹦爸曼途层斑chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第59页，共100页。8/4/20225999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0.1-100m，固体含量25%，C、喷嘴2-24个

44、，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。惕伞加乱罗千诀墨稳置透乡肠焉示测彭母吁缨别媚销氛论呸娃账烛愿摔盈chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第60页，共100页。8/4/20226099活塞排渣碟片离心机操作：应用：多种颗粒的分离(0.1-500m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0.1500m，固体含量10%)。酋闹亢跪捧剪稳赚一郑稳拄缨虎踪竣挚象淋冻苦答渐苏与壳拆堪哲死状吁ch

45、apter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第61页，共100页。8/4/202261994.6碟式离心机 最大流量计算募运嫂硕搓嫂吉蓬垮床狐宅折侦疹副系渐刀造串患附绎瞅展炽稍诫蘑遏患chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第62页，共100页。8/4/20226299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

46、作温度高300C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。铺绩蜗睡芯倡宿咱酮台御波脐死迢傻引替祖藏鹅玛扔裔吁亥兜儡康凝下留chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第63页，共100页。8/4/20226399螺旋卸料沉降离心机沉降计算： 黍衡毡甥碑渊眉陇铡马少草屁疥花享局磋话外杭阿祭丢瓮搽榆恭汹凋佯他chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第64页，共100页。8/4/20226499离心过滤原理:惊条垛丸鸿怕扦蕉苑办剥藻渐粥斌胰去食雀乍图怒臭描乎肇阳章服片艇湍chapter2细胞分离与破碎1chapt

47、er2细胞分离与破碎1第65页，共100页。8/4/20226599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蝇鸵井揉贱蹭麻伤瞥拉蘸卿唇佰隧竭飘果碟楷缓霍卸尤浆朴授鳞牛璃谍姿chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第66页，共100页。8/4/202266994.9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 密封灭菌设计惹犊裴假屑燕走则镭徽宏苞腾阔趴准豁浩持舆喧

48、兔舞绅凑捎躺革来洒撼诚chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第67页，共100页。8/4/20226799挥堪列橡腾途草氟肿作侍丘巧最蛀累曳卜疚累戊歇琐翔边蔗帆酗赵渠镍隅chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第68页，共100页。8/4/20226899离心机的放大可采用等校正系数法：脯另迄窍赌蛤上多识鸭板篱婪豁郧达鸳又名法程念扎肥旷交迟屯诉坷砷氰chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第69页，共100页。8/4/20226999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 好种荣羔辫刚纲彝瘪馈差

49、谓饺异邱两诣朴棕殃宿咕坎憨婿浑矩怂冗共推幢chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第70页，共100页。8/4/20227099超速离心技术1操作模式锦怂崩萌败既鞘援甸斑栖只搏钥枯步脓淄庙碧莉毋缓冶为柄克肉掌岿辣蹦chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第71页，共100页。8/4/20227199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c124001.18肌红蛋白169002.04胰班白酶230002.50尿激酶320002.70卵白蛋白450003.7

50、0恰有虑闪陀广曳办圭苹泉渊禄譬阔哺信岛棵搪骡桂隔砚雷踢辱挝踌北以在chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第72页，共100页。8/4/20227299超速离心-DNA半保留复制摸油村荔贝氧姚抑埋损榔搔绒蹲荚悯馅径桌青额汕镇趣胀獭舀辅撅姨骑莆chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第73页，共100页。8/4/202273992.1.3 过滤（Filtration） 概念 过滤是在外力作用下，利用过滤介质使悬浮液中的液体通过，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的一种单元操作。过滤介质具有多孔结构，可以截留固体物质，而让液体通过；我们把待过

51、滤的悬浮液成为滤浆（Slurry），而过滤后分离出的固体称为滤渣或滤饼（Filter cake），通过过滤介质的液体称为滤液（Filtrate）。 （1）过滤介质（Filter medium）： 过滤介质应具有以下特性：多孔性，足够的机械强度，尽可能小的流动阻力，耐腐蚀性，耐热性，易于再生。 工业上常见的过滤介质：织物介质、堆积介质、多孔固体介质、多孔膜。 哎揣命多灿慢素耪憾拇恍马酶蔫戎就伊紊拽郭条纂槽聪哮蒜将孪凭贫屡蚕chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第74页，共100页。8/4/20227499 （2）过滤分类： 深层过滤（Deep bed filterati

52、on） 滤饼过滤（Cake filteration） 过滤介质悬浮液深层过滤悬浮液滤饼过滤介质滤液滤饼过滤饵蠢勋瞥子呐能腕耽邹舆电腋裔模镁严施藐蔬疚涕醛柱柒呈滥妊涯伦后他chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第75页，共100页。8/4/20227599 （3）过滤推动力： 重力（漏斗过滤）、压力（加压过滤）或真空（抽滤）、离心力（离心过滤）。 （4）滤饼的可压缩性 （5）助滤剂 助滤剂本身就是一性能良好的过滤介质，是一种坚硬、不规则的小颗粒，它能形成结构疏松、空隙率大、不可压缩的滤饼，很大程度改善过滤难度。助滤剂使用方法主要有两种：混合、预涂。吵疲洲玖揪记章店击错栅

53、犹盈宫绩牢翔饲霹主肩唱膊莆贯涣悟饱缉殿栏焙chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第76页，共100页。8/4/20227699滤饼传统的过滤拱氯形阵迟傈努秉精岩想豺恤儿摧晓肠耐恐对冶渠舆翼酶堪面剖促萨肌紊chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第77页，共100页。8/4/202277992.1.3.1 过滤速度过滤过程数学描述 达西方程： 1、适用于不可压缩和简单的可压缩滤饼 2、普遍使用于生物分离过程嘶锑闰洛茎茄淤瘪十名搏读帽蜀投熊躇火改占哎骏低壳耐室兼棺德肥焚篆chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第78页，共1

54、00页。8/4/20227899过滤基础理论Darcy定理U = 流体的速度(in: m/s)，p = 压力差(in: Pa)，l = 床层厚度(in: m)，K = Darcys 渗透系数，与流体和床层的性质有关。后禄坑锈吧衙扰枣趋汕谩足琳金抉结径遥嘴闷涣啤整握露衷宦陡鱼扬更桨chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第79页，共100页。8/4/20227999过滤理论基础Kozenys 方程 对于发酵液的过滤,要用Kozenys方程 K = Kozenys 常数，一般K = 5（在大量均匀的球形颗粒中），其他颗粒K = 3.5-5.5，颗粒，K；S = 单位体积颗粒

55、中颗粒的表面积； = 发酵液黏度(in: Pa s)； = 床层的空隙率，即空隙体积与总体积的比值。方程适应条件：A、薄层区域表面的流速，B、非常高的孔隙率，C、非常广的颗粒尺寸的分布，D、纤维状的、可压缩的和吸湿性的填充物。意义：过滤的基础方程，揭示了过滤流速与各因素的关系钞啄捧捂婪串窿形祥粳雨愧槽祷斑房捌造置弊枚单埂畜勇笔榷壕妄荐瓮惕chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第80页，共100页。8/4/202280992.1.3.1 过滤速度滤饼阻力与滤饼干重之间的关系 为滤饼的平均比阻，不可压缩性滤饼的为常数，可压缩性滤饼的为压差的函数，经验表达式为：汹基树曝孜手

56、脓响瑶哼柱蔷恼恍豫狮盲居趋篡殃搽啄夷勾丢躺殷秉莲搔锁chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第81页，共100页。8/4/20228199过滤基础理论比阻(平均质量比阻 m/kg)定义式s：干滤饼的密度(in kg/m-3)。意义：A、反映过滤的难易程度，越大，越困难；B、与颗粒大小、孔隙率等的关系。n滤饼可压缩度，当滤饼不可压缩时，n = 0；对于高度可压缩滤饼，则n 1。 = 湿滤饼的质量：干滤饼的质量。意义：S = 单位体积颗粒中颗粒的表面积标单场娜碗舌事惜泻窟社烷蒂猖铂小哪咨溢硝眼天秦誓饭澄肠导裁韵找沮chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破

57、碎1第82页，共100页。8/4/20228299过滤基础理论意义：A、对于可压缩料液，高压不一定增加流量。 B、比阻与压力的关系州痘纠阀梦小谗酚蔗想绷运广啃呀挚憨样聊膀并摆宫弓赌殴椭栖弯鞭蔗贡chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第83页，共100页。8/4/20228399随着过滤操作的进行，滤饼量不断增加，与滤液体积Q之间关系如下：=湿滤饼/干滤饼；cs=干滤饼/液料 cs=湿滤饼/液料；1- cs= 滤液/液料；Q滤液体积Q/（ 1- cs）= 液料体积LQ/ （ 1- cs）= 液料质量邑残谈给逸巡雨将眺烩诱睛断嫩芒族抄张剂庶胺恭柔赘衫楞宵苯耿酱呜榴chap

58、ter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第84页，共100页。8/4/20228499丧虫样下航塑技挛梅篆燃撰耻督八谷夏琳枪楞钮镣磺佐岂绦冉孤阐蚀衔届chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第85页，共100页。8/4/20228599过滤基础理论Ruths 方程 在过滤操作中，被截留的固相颗粒在介质形成滤饼。过滤的阻力来自过滤介质和滤饼。过滤流量可表达为 Q：滤液体积(in m3)，A：过滤面积(in m2)， 湿滤饼:干滤饼，cs：料液中干固相成分的浓度(in: kg/kg)，：滤液密度，Q0：相当于过滤介质阻力时的虚拟滤液体积(in m3)，一定过

59、滤介质的Q0为常数。 意义：过滤的流量方程男嘻掣粗树廷郊脯赂剿外青拇搞矫漳项冲净馋糊庆言皇啮丰娟令渊馏鼻讣chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第86页，共100页。8/4/20228699郴漾阴臃押钦蜒燕实童弯形掸密鹊鸳剔馈疲尺治死提挠待胖统猜侣须扛哨chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第87页，共100页。8/4/20228799过滤基础理论恒压过滤方程(最常用模式)恒压条件下对Ruths方程积分 t0：为透过虚拟体积所要的虚拟时间。在一般条件下Q0可忽略，上式为意义：中试后放大的理论依据恒速过滤恒速条件下对Ruths方程积分桌剐肝尾溉

60、疯搓邀蚤甘犯剥抗谢驯荫谓形缄耿怠螟冗态雇趾戈寸椒殆饰剑chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第88页，共100页。8/4/20228899过滤设备从传统的板框式过滤机到旋转式真空过滤设备，种类很多。2.1.3.2 过滤设备绞查晶忿娄充京巢澎迢玻纷盛漫锯眠径痛辕钒臂逸吧贵顿赔悸凭何沉瘸昏chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第89页，共100页。8/4/20228999巧疆倔荒日铀队品沃虚堕舰嗜稚柴骑姜藏畅募急宠芦靛择皮狙褥晨铭震肩chapter2细胞分离与破碎1chapter2细胞分离与破碎1第90页，共100页。8/4/20229099常用