Разделение жидкой и твердой фаз культуральной жидкости

Для отделения балластных частиц из растворов биологически активных веществ, водно-спиртовых растворов от осаждения этанолом, ацетоном и другими органическими растворителями активного препарата, биомассы от культуральной жидкости, выделения биологически активного комплекса при его высаливании из растворов, а также для разделения смесей жидкостей или суспензий широко используют центрифуги и сепараторы.

Центрифуги классифицируются по следующим признакам:

¾ по фактору разделения – нормальные центрифуги с фактором разделения Fr < 3000, скоростные или сверхцентрифуги (Fr > 3000);

¾ по способу выгрузки осадка;

¾ по конструкции опор и расположению оси барабана;

¾ по организации процесса – периодические и непрерывно действующие.

4.1. Технологический расчет процесса центрифугирования

Задание: Определить производительность трубчатой центрифуги, имеющей барабан длиной L = 1000 мм, с внутренним диаметром D = 800 мм и диаметром сливного цилиндра d = 100 мм. Число оборотов n = 5000 об/мин. Плотность дрожжевой суспензии S_c = 920 кг/м³. Плотность клеток (агломерированных частиц) S₁ = 1020 кг/м³. Вязкость суспензии при температуре 35 ºС

μ_с = 2,0 · 10^-3 Па · с. Средний диаметр клеточных частиц d_к = 6 · 10^-6 м.

Решение:

1. Фактор разделения:

f = d/2 · n² = 0,1 · (5 · 10³)² = 1,39 · 10³

900 2 · 900

2. Скорость осаждения частиц (по закону Стокса):

W_ос = d²_к · (S₁ – S_с) · g = (6 · 10^-6)² · (1020 – 920) · 9,8 = 9,8 · 10^-7 м/с

18 · μ_с 18 · 2 · 10^-3

3. Центробежная скорость осаждения:

W_ц = W_oc · f = 9,8 · 10^-7 ·1,39 · 10³ = 1,36 · 10^-3 м/с

4. Рабочий объем барабана центрифуги:

V_б = 0,785 · (D² – d²) · L = 0,785 · (0,8² – 0,1²) · 1,0 = 0,495 м³

5. Высота слоя жидкости в барабане:

h_ж = D – d = 0,8 – 0,1 = 0,35 м

2 2

6. Производительность центрифуги:

П = W_ц · V_б · 3600 = 1,36 · 10³ · 0,495 · 3600 = 6,9 м³/ч

h_ж 0,35

Проверочным расчетом уточняется режим осаждения (ламинарность) и режим потока в барабане (W_б), который для удовлетворительной работы центрифуги (без уноса) должен соответствовать значению Re < 350. В нашем примере имеем:

Re = W_б · d_экв · S_с,

μ_c · g

где

W_б = П = П = 6,9 = 3,88 · 10^-3 м/с

F 0,785 · (D² – d²) · 3600 0,785 · (0,8² – 0,1²) · 3600

d_экв = 4 · π · (D² – d²) = 4 · 3,14 · (0,8² – 0,1²) = 0,429 м

4 · (π · D + 6 · h_ж) 4 · (3,14 · 0,8 + 6 · 0,35)

Re = 3,88 · 10^-3 · 0,429 · 920 = 78,1 < 350

2 · 10^-3 · 9,8