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    文档作者:hyh
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    第三章 离 心
    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.
    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%.
    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.
    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.在前一章中,我们讲述了过滤法,包括助滤剂的应用.有些发酵液中,使用助滤剂有利于过滤分离,而还有一些发酵液则不行.
    当发酵液不易被过滤纯化时,我们可以采用离心的方法来分离,这也是这章的主题.
    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.
    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.
    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.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.
    A. 颗粒的沉降
    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:
    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;
    二是微粒所受到的流体阻力作用.
    F
    b
    F
    g
    _
    Fd
    d=2R
    球形颗粒沉降的受力情况
    FB=[πd3(ρs-ρ)/6]a. (3.1)
    d 是微粒半径,m
    ρs-ρ分别为微粒和液体介质密度,kg/m3
    a 是微粒加速度, m/s2
    在稀溶液中,作用于单个球形微粒上的阻力FD,可用Stoks(斯托克斯)定律表示.
    FD=3πdμν (3.2)
    μ连续介质粘度
    ν是微粒运动速度
    这个等式仅当球形微粒较小时方能成立.
    当Re <1 时
    Re=dρν/μ1时,阻力为
    FD=f(ρν2/2)(πd2/4) (3.4)
    f是摩擦因子
    当球形粒子在介质中运动时速度较小,因此作用其上的阻力也较小,当阻力与浮力平衡时,微粒加速度为零.联立方程3.1和3.2,得到
    ν=d2(ρs-ρ)a/(18μ) (3.5)
    此式给出了微粒稳定状态和最终速度
    对于沉降,重力沉降加速度为重力加速度)
    νg=d2(ρs-ρ)g/(18μ) (3.6)
    离心沉降加速度则不同
    a=rω2

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