一、前言

碟式分離機和臥式螺旋沉降離心機是高速旋轉(zhuǎn)的離心分離機械設(shè)備。它們利用慣性離心力和物料的比重差來促進固體顆粒和液體的運動，實現(xiàn)分離目的，可用于液-固，液-液，液-液-固等二相或三相物料的分離。兩種離心機對應(yīng)于特定的物料和工藝應(yīng)用都有其獨特的優(yōu)點。因其具有分離精度高，單機處理量大，處理過程連續(xù)化、自動化，操作與維修方便，對不同工藝過程適應(yīng)性強等特點，在眾多經(jīng)濟領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。特別是近些年來，一方面生物工程技術(shù)發(fā)展迅速，在緩解能源供應(yīng)壓力、提高醫(yī)藥衛(wèi)生條件、保護環(huán)境、促進社會與經(jīng)濟的可持續(xù)性發(fā)展方面發(fā)揮著越來越重要的作用，碟式和臥式螺旋沉降離心機的技術(shù)水平快速提升，因而碟式分離機和臥式螺旋沉降離心機在生物工程中扮演著越來越重要的角色。

二、碟式分離機和臥式螺旋沉降離心機概述

1.碟式分離機和臥式螺旋沉降離心機的分離原理

碟式分離機和臥式螺旋沉降離心機都是離心沉降類離心機，其分離理念都是基于重力沉降而發(fā)展起來的。以液-液-固三相分離為例，混合液體在沉淀池內(nèi)，密度大的固體顆粒在重力作用下緩慢地下沉直至池底，混合液體會變得清澈，且密度相對較小的液體在上層。然而重力沉降分離時間很長，不能滿足工業(yè)化大生產(chǎn)快速分離和分離結(jié)果受控的要求。離心沉降分離恰恰滿足了這一點，不同密度互不相溶的液體及固相顆粒進入高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，在強大的離心力場作用下，密度較大的固體顆粒向外運動積聚在轉(zhuǎn)鼓的周壁，而不同密度互不相溶的液體則在內(nèi)層形成同心圓環(huán)，密度相對較小的液體圓環(huán)在內(nèi)，密度相對較小的液體圓環(huán)在外，而分離界面（兩種液體圓環(huán)接觸處）可根據(jù)不同物料和分離要求進行調(diào)節(jié)。這樣碟式分離機和臥式螺旋沉降離心機對不同物料實現(xiàn)了快速高效的分離。

2.碟式分離機和臥式螺旋沉降離心機的分類

經(jīng)過多年的發(fā)展，為滿足不同物料的分離要求，碟式分離機和臥式螺旋沉降離心機已形成了眾多類型。按分離功能來分，碟式分離機可以分為澄清型、濃縮型和澄清濃縮型，臥式螺旋沉降離心機均可以分為脫水型、澄清型和分機型；按結(jié)構(gòu)形式來分，碟式分離機可分為人工排渣型、自動排渣型、噴嘴型，而每一種還可以再分類，譬如自動排渣型可分為部排型、全排型，內(nèi)活塞型、外活塞型；噴嘴型又可分為周邊噴嘴型、內(nèi)收噴嘴型、底沖水型、循環(huán)型等等。臥式螺旋沉降離心機可分為并流型和逆流型等。

3.碟式分離機和臥式螺旋沉降離心機的適用性

碟式分離機和臥式螺旋沉降離心機因各自熱點不同，對物料的適用性也有所區(qū)別。就固液兩相分離而論，一般來說，碟式分離機能分離的料液中固體顆粒粒徑為0.1-300μm，料液中固含量因機型不同各不相同，人工排渣型為0.02%-0.1%，自動排渣型為0.02%-10%，噴嘴型為0.02%-40%；而臥式螺旋沉降離心機能分離的料液中固體顆粒粒徑為2μm-3mm，料液中固含量為0.5%-60%。從分離后的結(jié)果來看，經(jīng)碟式分離機分離后的輕液澄清透明，而臥式螺旋沉降離心機分離出來的液相仍含有少量固形物。分離效果的好壞與物料中的固含量，固液相密度差，固相顆粒形狀、大小，物料黏度，分離溫度及分離機的選型與工藝匹配等等息息相關(guān)，要充分重視離心機的選型。

三、在生物工程中的應(yīng)用

由于生物環(huán)境的復(fù)雜性和生物技術(shù)的多樣性，生物技術(shù)中工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的離心分離基本都是在相當(dāng)復(fù)雜的液態(tài)環(huán)境下進行的。需要指出的是，生物技術(shù)的多樣性和復(fù)雜性大大增加了分離純化設(shè)備選型的難度。譬如單就微生物來說，種類多、大小尺寸差別大，且形狀各異，其培養(yǎng)液的流動特性就很復(fù)雜。因此分離操作有時是一種型號的碟式分離機就可以了，有時是二到三種碟式分離機組合或碟式分離機與臥式螺旋沉降離心機組合使用，組合順序也不盡相同，這要根據(jù)具體的物料性質(zhì)和綜合考慮投資成本、生產(chǎn)成本而定。另外相當(dāng)多的情況下，碟式分離機和臥式螺旋沉降離心機分離過程是作為超濾、納濾過程的前處理工序，這兩種離心沉降分離設(shè)備與超濾、納濾設(shè)備結(jié)合使用。

四、在生物工程中的應(yīng)用展望

目前，就碟式分離機和臥式螺旋沉降離心機相關(guān)的離心分離技術(shù)方面，我國與國際先進水平相比，還有一定的差距。這一方面表現(xiàn)在國內(nèi)對于離心沉降分離的機理缺乏深入的研究，一定程度上影響了新產(chǎn)品的開發(fā)速度和技術(shù)的先進性。另一方面就已有的這兩類離心沉降設(shè)備而言，正朝著高速化、大型化、高度可靠性、自動化方向發(fā)展。國外先進水平的生物工程用碟式分離機的慣性離心力已超過15000，臥式螺旋沉降離心機的慣性離心機已超過5000，高的甚至超過了7000。

五、結(jié)語

離心分離技術(shù)是一項適應(yīng)性強，能滿足生物工程中物料高精純分離要求的分離技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展前景。這類設(shè)備的開發(fā)、提高和應(yīng)用，可以提高相關(guān)行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，提升產(chǎn)品檔次，降低投資成本和生產(chǎn)成本，提高市場競爭能力。可以相信，碟式分離機和臥式螺旋沉降離心機配合生物工程工藝，必將在生物工程中發(fā)揮更大的作用，獲得廣泛地應(yīng)用。