Центрифугування

Центрифугування – процес розділення суспензій і емульсій під дією відцентрової сили, що здійснюється в обертаючих апаратах, які називаються центрифугами.

З великого різноманіття процесів на основі центрифугування в мікробіологічній промисловості найбільш поширене центрифугування освітлених суспензій, в яких небагато твердої фази (5 ÷ 10%) та сепарація емульсій.

Центрифугування широко використовується для виділення біомаси з культуральної рідини (дріжджів, бактерій, грибів), виділення різноманітних цільових продуктів мікробіологічного синтезу (антибіотиків, вітамінів, ферментів, тощо), раніше переведених в тверду фазу, також для розділення емульсій, утворених при екстракції.

Центрифугування має ряд недоліків, які треба мати на увазі при прийнятті рішення під час використання цього процесу в технологічній схемі:

• складність конструкції;

• висока вартість;

• енергоємність;

• складність при експлуатації.

Це ще не все, так як центрифугування має ряд недоліків, які мають велике значення для технології мікробіологічного синтезу:

• вплив відцентрових сил на клітину;

• нагрів;

• важкість герметизації та забезпечення асептичних умов проведення процесу.

Однак основною перевагою центрифугування є висока продуктивність.

Процес осадження в центрифугах характеризується тими ж законами, що і осадження в циклонах, тому всі формули виведені для циклонного процесу, використовують і при розрахунку апаратів відстійного центрифугування.

Центрифуги використовують в техніці для процесів відцентрового відстоювання та фільтрування. Центрифуги, що використовуються для осадження, називають відстійними, а ті, що для фільтрування, - фільтруючими. Крім того, центрифуги розрізняють:

• за принципом дії:

1. періодичні,

2. безперервні,

3. напівбезперервні (автоматичні).

• за способом розвантаження осаду:

1. ручні (гравітаційним і автоматичним вивантаженням осаду),

2. механізовані (з поршневим і відцентровим вивантаженням осаду).

• за способом розміщення валу:

1. вертикальні,

2. горизонтальні.

• за числом обертів:

1. нормальні (число обертів до 5000 – 6000 об./хв.),

2. суперцентрифуги (більше 10000 об./хв., використовують для розділення ізотопів). Але основний показник, за яким відрізняються звичайні центрифуги від суперцентрифуг - це фактор розділення, який для останніх – більше 3500.

Розділення суміші проводиться по принципу відстоювання, але вирішальною є відцентрова сила, а не сила тяжіння. Барабан є суцільним і частинки рухаються під дією відцентрових сил (рисунок 5).

Осад припадає до стінок в залежності від густини (першими „прилипають” ті частинки, у котрих густина більша). Рідка фаза під дією відцентрових сил переливається.

Швидкість осадження не є постійною величиною і йде вона не під дією сили тяжіння, а під дією відцентрового прискорення

Рисунок 5. Схема відстійної центрифуги періодичної дії з ручним вивантаженням осаду: 1 – вал; 2 – барабан; 3 – кожух; І – суспензія; ІІ – осад; ІІІ – освітлена рідина.

В фільтруючій центрифузі суспензія також відкидається до стінок ротора і фази розділяються; при цьому рідка фаза проходить через фільтруючу перегородку в кожух і виводиться з нього, тверда фаза у вигляді осаду затримується на внутрішній частині перегородки, а потім удаляється з ротора.

Розділення емульсій в відстійних центрифугах називають сепарацією.(Приклад виділення вершків з молока).