过滤工艺及设备（2）--离心
上一篇，我们大概说了一些相对常规的颗粒过滤器，虽然常规，但是在生物领域和其它很多地方也多有应用，如果不够系统，那么肯定会有走弯路的状况，所以，无论如何，为人为己，都应该充实自己，这样才能做到君子坦荡荡。我们书接上回，继续说说生物过程中别的过滤工艺。
二、离心过滤
实际上，离心过滤（Centrifugal filters）也属于颗粒过滤的范畴，这里和后面一样，单列出来，以利于分类学习罢了。在生物提取纯化路线中，提到比较多的一个手段，其中一个就是离心过滤，很多人就简称为离心。离心过滤主要分为两大类，分别是过滤（filtrating）和沉降（sedimenting），值得注意的是，所有过滤离心机均由圆柱形或圆锥形的旋转篮组成，分离的固体从旋转篮的开口端连续或间歇地排出。
1、三足篮式离心机
俗称三足式离心机，这应该是工业里见的比较多的离心机类型，主要是简单和便宜。它的工作原理是将进入到篮内的料液也一同加速，里面的固体因为离心力被径向拉离，并被篮子的内壁收集；而透过的液体穿过篮壁，沿着外壳收集并排出。这种常规的离心机，有个缺点，就是卸料的时候，必须将离心机完全停止，生产过程不连贯。所以，为了优化这种工艺，就衍生出了下面几种离心机：
2、袋式离心机/翻袋离心机/刮刀卸料离心机
上图依次是袋式离心机（Bag centrifuge）、翻袋离心机（Inverting filter centrifuge）和刮刀卸料离心机（Scraper discharge centrifuge 更多的写法是 Peeler centrifuge）。
袋式离心机通俗的也叫吊袋（拉袋）式离心机，它可以实现将袋子和滤饼一起吊离出来；翻袋离心机通过推动内部的滤袋，将滤袋内外反转，实现了将滤饼与滤布分离，进而达到排出滤饼和清洗等一系列自动操作；刮刀卸料离心机分为立式和卧式两种，上图为立式，安装在机器顶部的刮刀，将滤饼刮下来，进而实现阶段性连续出渣的目的。根据出渣的方式，这里，刮刀卸料离心机又多了几种型式：
A、气动卸料离心机
气动卸料离心机（Pneumatic discharge centrifuge）和常规刮刀卸料离心机不同的地方在于，它使用了真空管，将滤渣从篮子中吸走，然后由气动输送系统输送到下一个工序。常规的刮刀卸料离心机，国内企业的产品名称，搞了一堆堆，倒是在真正的干货上，这种高端一点的，倒是见的很少。
B、卧式刮刀卸料离心机/虹吸刮刀卸料离心机
卧式刮刀卸料离心机（horizontal peeler centrifuge）比较典型的配置特点是，其安装在机器顶部的刮刀，将滤饼刮下来，同时，在中部配置的螺旋输送机，将滤渣从机器顶端排出。这种机器还可以设计成更多的气密要求，进而实现通过引入压缩空气和惰性气体等，实现更多的过滤需求。有些卧式刮刀离心机还通过巧妙的设计，在转鼓外设置了虹吸区，这样一来，虹吸产生的负压无形中又增加了过滤的推动力，所以，有些人又将这种机器叫做虹吸刮刀卸料离心机（siphon peeler centrifuge）。
3、筛网涡旋离心机
筛网涡旋离心机（Screen scroll centrifuge）通常用于连续过程，典型的筛网涡旋离心机，很明显，其内部配置了筛网和两个不同直径的转鼓。它的工作原理通过筛篮的倾斜度和刮刀蜗杆的稍有不同的速度，将进料从小圆锥篮端输送到大篮。这种机器用在选煤、选矿上比较多，但是食品领域也有应用。这里，我们下了个视频学习了下，万一用得着，不至于抓瞎。这种机器也有立式和卧式，这里就不另外放图了，放个卧式的原理图吧。
4、推料离心机
推料离心机（Pusher centrifuge）单看外形和一些卧式刮刀卸料离心机有些相似的地方，但是其内部有很明显的不同：其内部有2个篮筐。在工作过程中，第一级篮筐会向前推动，将第二级篮筐上的滤渣向前推出离心机，进而实现连续运行的目的。这种机器应用在晶体较好的地方，可以大大提高工作效率，所以，回过来看，如果你没有做好结晶系统的设计，那么你只能被迫选择那些初级的离心机类型。
5、沉降离心机
沉降离心机（Sedimenting centrifuge）的外观与过滤离心机形似，并且有许多相似的关键部件； 但是和上面的过滤类型离心机相比，它们不包含任何形式的过滤介质。沉降离心机通过旋转，产生离心力，大颗粒比小颗粒沉降的速度更快，进而实现两相的分离。比较常见的沉降离心机有：
A、卧螺离心机
卧螺离心机（Decanter centrifuge）国内也叫螺旋卸料沉降离心机，估计是从Scroll-discharge sedimenting centrifuge这个名字上翻译过来的。它也是利用沉降的速度差异，来实现液固分离的。卧螺离心机还可以用于三相分离，比如将不同密度且不能混合的两种液体（例如油和水）从固相中分离出来。卧螺离心机连续、卫生、处理量大，但能不能合理选用，这才是体现水平的地方。
B、碟片离心机
碟片离心机（Disc stack centrifuge）转鼓内部有很多的碟片，高速旋转的碟片，对内部的料液施加甚至超过10000G的加速度，继而实现轻重相间的物料分离。这种机型在生物领域应用也很多，比如在酵母、海藻、蛋白质分离等等。常规的碟式分离机，其内部固体被截留，一段时间后，需要对其进行清理。为此，一些碟式分离机因应需要在底部设置了喷嘴，实现了连续排渣的功能，这两种分离机又因其功能不同，有不同的名字：固体截留和喷嘴离心机，但，都同属碟式离心机。它也和卧螺离心机一样，可以对两相或者三相的料液进行分离。
不知不觉，又到了本篇小结的时间：
1、在生物工程下游工艺里面，离心工艺可以胜任的其中一个原因是碟式分离机的典型应用，它可以处理类似从0.1–100 μm的固液分离；
2、其它应用类型的离心工艺设备，更多的在近似下游工艺末端使用，比如结晶产品的分离和废水的处理等等；
3、设备工艺原理相同，并不代表品质相同。国内有些离心产品还存在空白，有些产品已经成型很久，但应用性能可能还有很大的不同，需要仔细斟酌。
注：上面关于过滤器的知识，我们也只能简单说个一二，我们希望，大家可以系统的看看过滤器方面的经典书籍和系统总结，比如《过滤器和过滤手册(第6版)》或者《膜技术和应用（第2版）》等等。
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