生物分离工程_第二章 分离与破碎.ppt

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1、生物分离过程的一般流程原料液细胞分离(离心，过滤)细胞－胞内产物路线二路线一细胞破碎碎片分离路线二A路线二B清液－胞外产物粗分离(盐析、萃取、超过滤等)纯化(色谱、电泳)脱盐(凝胶过滤、超过滤)浓缩(超过滤)精制(结晶、干燥)包含体溶解(加盐酸胍、脲)复性2021/9/15第二章细胞分离与破碎一、细胞分离(一)重力沉降(二)离心沉降(三)过滤二、细胞破碎(一)细胞结构(二)破碎、释放原理(三)破碎技术(四)目标产物选择释放2021/9/15一、细胞分离（一）重力沉降dp:固体颗粒直径；ρS:固体颗粒密度；ρL:发酵液密度；μL：发酵液粘度系数vgμLgvgFgFsFb

2、2021/9/15校正：ε：空隙率f(ε)vg’vg2021/9/15例题酵母密度为1.02g/cm3，细胞直径30μm，从液体密度为1.0g/cm3，粘度系数为1.1cP(10-3Pas)，发酵液高度为0.3m假设颗粒速度达到平衡速度，计算完全沉降时间。Vg=8.9×10-6m/st=h/Vg=9.4h2021/9/151、离心力沉降速度重力沉降速度：离心力沉降速度：（二）离心沉降μLgvgμLrω2vs2021/9/15离心因子(单位是g)定义:(rpm的区别)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Z=ω2r/g=4π2N2r/g2021/9/

3、15离心沉降速度：S：沉降系数（单位S=10-13s）思考：蛋白质从r1完全沉降所需时间是多少？rω2vsμL2021/9/152、离心分离法（1）差速离心分离法2021/9/15（2）区带离心分离法差速区带离心和平衡区带离心差速离心:样品处理量大,但需要多步操作;区带离心:一步完成,但处理量小.2021/9/15设想：离心过程如何放大？2021/9/15管式离心机碟片式离心机低速高速超速3、离心分离设备2021/9/15管式离心机应用: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、

4、离心强度15000—65000g；C、处理能力100-400L/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，离心因子高8000—15000g缺点：A、处理能力有限;B、低固体含量的悬浮液(<1%)2021/9/15最大处理量:大多数条件下，由于液层很薄，r2=r1，上式可简化为：Q=vgπL(r22–r12)ω2gln(r2/r1)Q=vg2πLr22ω2g=VgΣ掌握2021/9/15QP=ξvgΣ，ξ：校正系数Σ：单位m2,称为离心沉降面积。意义：A、最大流量Qmax与离心机

5、特征(L,r2,r1,)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。Q1vgΣ1Q2vgΣ2=2021/9/15碟片式离心机化学、制药和生化工业应用最广泛结构与特点：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；E、离心转数比管式离心机低。2021/9/15碟片式离心机的最大处理量Σ=2πn(r13-r23)ω23gtanφ了解2021/9/15作业管式离心机的转筒内径为12cm，转数为15000rpm。设离心机的校正

6、系数为1，利用其浓缩酵母细胞悬浮液，处理能力为4.0L/min。（1）计算酵母细胞的重力沉降速度；（2）破碎该酵母细胞后，细胞碎片直径减小到原来的1/2，液体黏度上升3倍，在相同条件下离心浓缩该细胞碎夜，试计算此时离心机的处理能力。2021/9/15（三）过滤1、过滤速度AΔpμL(Rm+Rc)A:过滤面积；Δp：操作压力；Q：滤液体积；μL：滤液黏度；Rm:过滤介质阻力；Rc:滤饼阻力2021/9/15滤饼阻力Rc:Rc=αWA滤饼比阻α:α=kΔpmk:常数m:压缩指数(0.3

7、比cs:料液中固形成分含量ρL:滤液密度W=ρLQcs1-βcs·Rc=ρLQcs1-βcsαA·Rm=ρLQ0cs1-βcsαA·2021/9/15过滤速度:积分得：(Q+Q0)2=K(t+t0)--------Ruth方程(2.33)掌握A2Δp(1-βcs)μL(Q+Q0)ρLαcsA2Δp(1-βcs)μLρLαcsK=2021/9/15小结掌握重力沉降速度，离心沉降速度公式，理解其意义；理解差速分离与区带分离方法及应用；了解离心分离设备，掌握管式离心机最大处理流量的计算公式。掌握过滤过程的Ruth方程。2021/9/15二、细胞