Сүзгіш центрифугалар

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

Жоспары

І Кіріспе . . . 3

ІІ Негізгі бөлім

2. 1. Центрифуга аппаратына жалпы сипаттама . . . 4

2. 2. Центрифуга түрлері: сүзгіш және тұндырғыш центрифугалар . . . 6

2. 3. Центрифугалау әдістері . . . 11

ІІІ Қорытынды . . . 14

IV Пайдаланылған әдебиеттер . . . 15

І Кіріспе

Суспензиядағы бөлшектерді немесе сұйықтағы макромолекулаларды салмағы және пішіні бойынша бір-бірінен оңай бөлу үшін центрифугаларды пайдаланады. Центрифуга негізінен электр моторынан, онымен жалғасқан ротордан және айналатын роторды сыртқы ортадан бөліп тұратын камерадан тұрады. Ішіндегі компоненттерін бір-бірінен бөлу үшін қоспаны центрифуганың арнайы ыдысшасына (пробиркасына) құяды, содан кейін оны центрифуганың роторының арнайы ұяларына ендіріп орналастырады. Ротор дегеніміз - денесі қалың металдан жасалған, ішінде симметриялы
түрде пробирка ендірілетін ұялары бар периметрі дөңгелек бөлшек. Оның ішіндегі ұялардың саны және үлкендігі айналымға түсетін ерітіндінің көлеміне байланысты 6-дан 24-ке дейін болады.

Центрифугалаудың нәтижесінде пробиркадағы суспензия негізінен екі фракцияға бөлінеді. Біріншісі тұнбаның өзі болса, екіншісі - тұнбаның жоғары бөлігіндегі тазаланған мөлдір сұйық. Жоғарыда айтып кеткендей, клеткадан алынған таза сұйықты экстракт дейді. Басқа жағдайларда, мысалы, сол экстракттың ішіндегі бірқатар белоктардың түрін қыздыру арқылы немесе тұндырғыш (мысалы, тұз) қосып тұнбаға түсіргеннен кейін центрифугалап алынған мөлдір сұйықты супернатант деп атайды.

Центрифугалау әдісінің принципі - центрифуга арқылы айналдыру кезінде орталықтан тебілетін күштің әсерінен сұйық қоспадағы түйіршіктер тұнбаға түседі немесе салмақтары әр түрлі макромолекулалар бір-бірінен бөлінеді. Центрифугалардың роторларының айналу жылдамдығы және оған сәйкес олардың заттарды бір-бірінен бөлу қабілеті байланысты олар баяу жылдамдықты, жоғары жылдамдықты және ультрацентрифугалар болып бөлінеді. Жылдамдығы жоғары центрифуганың роторлары 1- ұяшықтары тұрақты бұрышта жасалған, 2- ұяшықтары ілінген, 3- ұяшықтары вертикал орналасқан.

Центрифугалау әдістері:

Препаративті центрифугалау
Дифференциалды центрифугалау
Тығыздық градиентінде тепе-теңдікпен центрифугалау
Аналитикалық центрифугалау
Молекулалық салмақты седиментация жылдамдығы арқылы анықтау

ІІ Негізгі бөлім

2. 1. Центрифуга аппаратына жалпы сипаттама.

Центрифугалау- кей жағдайда (ерітінділер аз болса) сұйықтықты тұнбасынан бөлу үшін фильтрлеудің орнына центрифугалау қолданылады, ол үшін центрифуга деген аппараттар қолданылады. Центрифугалардың негізгі бөлігі - тік немесе горизонталь білікте үлкен жылдамдықпен айналатын барабан болады. Центрифугалар тұндырғыш және сүзгіш болып бөлінеді.

Центрифугирлеуді мөлшері аз тұнба үшін және егер ол сұйықтықтан нашар бөлінгенде ғана қолдануға болады.

Тұнбасы бар сұйық затты арнайы конус тәрізді пробиркаға құяды. (1-сурет)

1-сурет. Центрифугалауға арналған пробиркалар.

Центрифугалауге арналған пробиркалар шыныдан не пластиктен (полипропиленнен) жасалады, көлемі 15 және 50мл болады. Қақпақпен жабылған, градуирленген болады. Пробиркаларды бір-біріне қарама-қарсы етіп орналастырады. Егер тек бір пробикада ғана центрифугирлеу керек болса, онда оған қарама-қарсы судың көлемі бірдей болатындай екінші бір пробирка қойылады. Пробиркалар массалары бірдей болу қажет, олай болмаса, центрифуга вибрацияға ұшырайды.

Центрифуганың ротары үлкен жылдамдықпен айналғандықтан центрден тебу күші әсерінен тұнба пробирка түбіне шөгеді (2-сурет) .

Осыдан кейін сұйықтықты тұнбадан бөліп алуға болады.

Центрифугалау-орталық күштің әсері арқылы біртекті емес жүйелерді бөлу. Ол үшін әртүрлі конструкциялардың центрофугасы қолданылады. Бөлуге жоғары әсері бар және тарельчатты барабаны бар центрофугалар сепаратор деп аталады. Микробиологиялық өндірісте сепараторлар кеңінен таралған. Сепараторлар тұнбаның 60-90% дейін ылғалдылығын ұстап тұра алады.

Соңғы жылдары сепаратордың сепарирлеу процесін автоматты режимде

жүргізетін арнайы герметикалық түрлері шыққан.

Центрифуга тұтас немесе перфорацияланған бүйір қабырғалары бар қарапайым түрдегі тік цилиндр ротор болып келеді. Ротор электрқозғалтқышпен айналысқа келтірілетін тік білікке бекітіледі және алынбалы қақпақпен жабылатын осьтес цилиндр қозғалмайтын қаптамаға орналастырылады; перфорацияланған қабырғалары бар ротордың ішкі бетінде сүзгіш мата немесе жұқа металл тор орналасқан. Клетка компоненттерін іріктеп, тұнбаға түсіруде центрифуга жылдамдығын анықтаумен қатар, бөлу ортасын анықтау өте қажет. Соңғы кездерде таза клеткалық фракцияларды алуда градиент тығыздығында центрифугалау кеңінен қолданылып жүр.

Центрифугалауды қолдану салалары: 1. Биомассаны культуральды сұйықтықтан бөліп алу (ашытқылар, бактериялар, саңырауқұлақтар) . 2. Микробиологиялық синтездегі кейбір тұтас өнімдерді бөліп алу (антибиотиктер, ферменттер, витаминдер және т. б. ), 3. Экстракция кезінде түзілетін эмульсияны бөлу. Центрифугалаудың кемшіліктері: 1. конструкция күрделілігі, энергия сыйымдылығының жоғарылығы және құны. 2. Пайдалану күрделілігі (тұрақсыздық, вибрация, шу, үнемі тазалаудың қажеттілігі) . 3. Орталық күштің торына әсер ету, қыздыру. Центрифугалаудың және сперирлеудің басты артықшылықтары - жоғары өнімділік және шоғырлану.

Центруфугалаудың негізгі екі түрі бар:

Тұндырғыш центрифугалар; Сүзгіш центрифугалар Жұмыс істеу принциптеріне байланысты центрифугалар төмендегі түрлерге бөлінеді:
1) мерзімді әрекетті
2) жартылай үздіксіз әрекетті
3) үздіксіз әрекетті.

Ажырату факторына байланысты:
1) егер Ка < 3500 болса қалыпты центрифуга;
2) егер Ка > 3500 аса жоғары центрифуга.
Барабанның орналасуына байланысты:
1) горизонталды
2) көлбеулі
3) тік

2. 2. Центрифуга түрлері: сүзгіш және тұндырғыш центрифугалар.

Тұндырғыш центрифугалардың барабанының қабарығасы тұтас болады. Суспензия немесе эмульция барабанның төменгі жағына беріледі де, қатты бөлшектер немесе үлкен тығыздықты сұйық фаза ортадан тепкіш күш әсерінен барабан қабырғасына қарай ығысады, ал тығыздығы төмен сұйық фаза аппараттын өсіне жақын орналасады. Барабанның қабғасында тұнба қабырғасына қарай ығысады, ал тығыздығы төмен сұйық фаза аппапараттың өсіне жақын орналасады. Барабанның қабырғасында тұнба қабаты пайда болып, ал ажыратылатын сұйық фаза немесе фугат барабанның үстіңгі жағынан шығарылады.

Сүзгіш центрифугалардың барабанының қабырғасы көп тесікті болады. Мұндай барабанның ішкі беті сүзгі матамен қапталады. Ортадан тепкіш күштің әсерінен қатты бөлшектер матаның бетінде ұсталынып қалады, ал сұйық тұнба қабаты және мата арқылы барабанның тесіктерінен сыртқа шығарылады.

Тұндырғыш центрифугалардағы эмульсияларды ажырату - сепарация, ал центрифуга - сепаратор деп аталады.
Тұндырғыш центрифугада суспензияны ажырату - ортадан тепкіш мөлдірлену (суспензияда қатты бөлшектер өте аз болғанда, мысалы, лак және жағар майлар) және ортадан тепкіш тұну (суспензияда қатты бөлшектер көп болғанда, мысалы, көмірдің судағы суспензиясы) болып бөлінеді.
Сүзгіш центрифугаларда суспензияны ортадан тепкіш сүзу деп атайды.
Барабан және оның iшiндегi суспензия (эмульсия) айналғанда болатын ортадан тепкiш күштiң мәнi:

,

Н мұнда - барабан және материалдың салмағы, Н; - барабанның шеңберлік жылдамдығы, м/с; - барабанның 1 минуттағы айналу саны; - барабанның iшкi радиусы, м; - еркiн түсу үдеуi, м/с; - деп қабылданған
Центрифугалардың жұмыс істеу тиімділігі ажырату факторына байланысты болады, яғни ажырату факторы қаншалықты көп болса, центрифуганың ажырату қаблеті соншалықты жоғары болады.

Центрифуганың ажырату қаблетін сипаттайтын екінші көрсеткіші, оның өнімділігінің индексі болып табылады. Ол ажырату факторы Ка мен барабанның тұну бетінің көбейтіндісіне тең:

, м2

Центрифугалауға жұмсалған қуатты есептеу. Мерзiмдi және үздiксiз

әрекеттi центрифугаларды айналдыруға жұмсалған электроқозғалтқыштың қуаты бiр тәсiлмен есептеледi. Бұл жағдайда мерзiмдi әрекеттi аппараттар суспензиясыз жүктелмей айналдырылады деп есептейдi.
Егер фугат барабанның айналмалы жылдамдығымен шығарылса, онда оған жұмсалған қуат төмендегiше анықталады:

кВт
мұнда - суспензия мөлшерi, кг/с.
Центрифуга подшипниктерiндегi үйкелiске жұмсалған қуат:

кВт
мұнда - барабан және материалдың жалпы массасы, кг;

- подшипниктегi үйкелiс коэффициентi;

- центрифуга бiлiгiнiң диаметрi, м;

- бiлiктiң бiр минуттағы айналыс саны.
Барабанның ауамен үйкелiсiне жұмсалған қуатты төмендегi эмприкалық формуламен есептейдi.

кВт
мұнда - ауаның тығыздығы, кг/м3;

- барабанның сыртқы диаметрi, м;

- барабанның айналу жылдамдығы
Жалпы қуат:

Барабанды бекіту тәсіліне байланысты: тік орналасқан және аспалы Тұнбаны түсіру тәсілдеріне байланысты: қол күшімен, пышақпен, шнекпен, ілгерінді кейінді қозғалатын піспекпен, ауырлық немесе гравитациялық күш әсерімен, ортадан тепкіш күш әсерімен деп жіктеледі.
Үш колонналы сүзгiш центрифуга . Суспензия тесiктi барабанның 1 iшiне құйылады. Барабан конус 2 арқылы электроқозғалтқышпен айналатын бiлiкке 3 орнатылған. Сұйық фаза мата және барабанның тесiктерi арқылы өтiп, қозғалмайтын қаптамамен 5 жабылған станинаның түбiне 4 жиналады. Барабанның қабырғасына жиналған тұнбаны қол күшiмен (мысалы, күрекпен) қаптама қақпағын 6 ашып шығарады.

Кемшiлiктерi: 1) Тұнбаны қол күшiмен жоғарыдан шығарудың қиындығы;
2) подшипниктердi, тежеуiштi және олардың төгiлген сұйықпе коррозиясын тексерудiң қиындығы.
Аспалы тұндырғыш центрифуга . Суспензия білікке 3 орнатылған ротор 2 ішіне құбыр 1 арқылы беріледі. Қатты бөлшектер ортадан тепкіш күш әсерінен ротордың қабырғасына тұнып жиналады. Сұйық фаза ротордың өсіне жақын орналасып, ротордың жоғары жағынан, ротор мен қаптама 4 арасындағы кеңістікке асып түседі де, штуцер 5 арқылы шығарылады. Тұнбаны байлаған конусты қақпақты 6 ашып, қолмен қабырғалар 7 арасынан түсіреді. Мұндай центрифугалар аз концентрациялы өте майда дисперсті суспензияларды ажырату үшін қолданылады.
Тұнбаны ауырлық күші әсерімен түсіретін центрифуга көрсетілген. Барабанның төменгі жағы конусты болғандықтан, оны тоқтатқанда тұнба ауырлық күші әсерінен жылжып түседі. Суспензия таратушы тегерішке 3 барабанның төмен жылдамдығында беріледі.
Тұнбаны пышақпен түсіретін горизонтальды автоматты центрифуга . Суспензия беру, оны ажырату және тұнбаны түсіру операциялары арнаулы автоматты құрылғы жәрдемімен бірінен кейін бірі кезекпен орындалады. Тұнба жоғары және төмен қозғалатын пышақтың 6 көмегімен түсіріледі. Суспензия құбыр 3 арқылы беріліп клапан 4 жәрдемімен оның берілуі тоқтатылады. Клапанның жұмыс істеуі және пышақтың 6 әрекеті майлы цилиндр 5 арқылы төмендегіше атқарылады: а) суспензия берілгенде - клапан 4 ашық және пышақ 6 төмен түсірілген; б) тұнбаны түсіруде - клапан жабық, пышақ жоғары көтерілген.
Тұнба көлбеу науа 7 арқылы ауырлық күші әсерінен шығарылады. Тұнбаның түсуін жеңілдету үшін пневматикалық балға 8 науаны 7 соғып тұрады. Мұндай центрифугалар орта және ірі дисперсті суспензияларды ажыратқанда қолданылады.
Артықшылықтары: 1) тұнбаны түсіру үшін барабанды тоқтатудың қажеті жоқ; 2) процесс толық автоматтандырылған.
Кемшіліктері: 1) тұнбаны пышақпен түсіргенде оның майдалануы.
Тұнбаны піспекпен түсіретін үздіксіз әрекетті центрифуга . Суспензия конусты воронканың 2 тар жеріне құбыр 1 арқылы беріледі. Барабан 3 көп тесікті болып, оның ішкі беті металды тормен 4 қапталған. Ортадан тепкіш күштің әсерінен сұйық фаза фугат тордың тесігінен өтіп, щтуцер 6 арқылы шығарылады. Тұнба тордың бетінде жиналып, піспекпен 5 итеріліп қаптамаға 7 түсіріледі. Піспектің ілгері, кейінді қозғалысының бағыты автоматты түрде өзгертіледі. Піспек қуыс білікпен 9, шток 8 піспек және конусты воронкамен бірдей жылдамдықта айналады. Мұндай центрифугалар ірі дисперсті оңай ажыратылатын суспензиялар үшін қолданылады.
Артықшылықтары: 1) үздіксіз әрекетте жұмыс істеуі; 2) пышақ және шнекпен түсіретін центрифугаларға қарағанда тұнбаның майланбауы.
Кемшіліктері: 1) фугаттың тордан өткен тұнбамен араласуы; 2) тұнбаны

жылжыту үшін энергияның көптеу жұмсалуы; 3) сүзгі бөгетінің тез тозуы.
Тұнбаны шнекпен түсіретін үздіксіз әрекетті центрифуга . Шнек жәрдемімен тұнба горизонталды тұндырғыш центрифугаларда түсіріледі. Конусты және цилиндрлі-конусты барабан қуысты цапфада айналады. Барабан ішінде қуыс білікке орнатылған (цапфасы бар барабанның ішінде) шнек өте жай айналады.
Суспензия құбыр және тесіктер арқылы сыртқы барабанға беріледі. Барабанның кеңдеу жағында суспензия тұнады, ал оның тесіктерінен фугат асып шығады. Тұнба шнек жәрдемімен барабанның қарама-қарсы шетіндегі тесіктерге қарай жайлап жылжиды. Шнекті барабанның жылбамдығы оның онымен бағыты бірдей барабанның жылдамдығынан аздау болғандықтан тұнба жылжиды. Жылдамдықтардың мұндай айырмашылығы дифференциалды редіктор жәрдемімен қамтамасыз етіледі. Егер тұнбаны жуу керек болса, онда құбыр арқылы су беріледі. Бұл қондырғының артықшылығы: жоғары өнімділікті, майда дисперсті көп концентрациялы суспензияларды ажырату мүмкіндігі.

Кемшіліктері: энергия шығыны көп, тұнба көп майдалагады, фугат майда бөлшектермен араласып кетеді.
Өте майда суспензия және эмульсияларды ажырату үшін өте үлкен ортадан тепкіш күш қажет. Мұндай жағдайда түтікті аса жоғары центрифугалар және сұйықты сепараторлар қолданылады.
Түтікті аса жоғары центрифуга. Центрифуганың барабаны кіші диаметрлі (200 мм дейін) тұтас қабырғалы болады және ол өте жоғары жылдамдықт аайналады (минутына 45000-ға дейін) . Мұндай центрифугалардың ажырату факторы 15 000-ға дейін болады, сондықтан өте майда дисепрсті жүйелерді (мысалы, лактарды) ажыратуда қолданылады. Түтікті аса жоғары центрифугада ажыратылатын әртекті жүйе құбыр арқылы барабанның ішіне беріледі де, шағыстырғышқа соғылып, барабанның қабырғасына қарай жылжиды. Сұйық барабанның қабырғасынан айырмай қозғалу үшін барабанның ішінде айналмалы радиалды қалақшалар орнатылған. Барабанның басында ауыр және жеңіл сұйықтарды бөлек шығаратын тесіктер бар. Ауыр сұйық құбыр 6, ал жеңіл сұйық 7 құбыр арқылы шығарылады.
Суспензияларды ажытатқанда, тұнба барабан қабырғасына жабысып тұнады. Тұнбаны центрифуганы тоқтатып, қол күшімен алады.

Артықшылықтары: ажытатудың өте жоғары қарқындылығы, ықшамды және саңылаусыз.

Кемшіліктері: суспензияның мемрзімді ажыратылуы, сыйымдылығының аз болуы және тұнбаның қол күшімен алынуы.

Сұйықты сепараторлар . Мұндай сепараторлар эмульсияларды ажыратуда және сұйықтарды мөлдірлеуде кеңінен қолданылады. Бұл центррифуганың барабандарының дитаметрлері 150-300 мм болады және олар минутына 5000-1 рет айналады.

9

Барабанның ішінде конусты табақшалар орналасқан. Эмульсия орталық құбырмен барабанның төменгі жағына беріліп, табақшадағы тесіктер арқылы олардың арасында жұқа қабатты болып таралады. Тығыздығы үлкен сұйық ортадан тепкіш күш әсерінен шетке беріліп тесікарқылы шығарылады. Жеңіл сұйық барабанның өсіне қарай жылжып сақиналы канал арқылы шығарылады. Жеңіл сұйық барабанның өсіне қарай жылжып сақиналы канал арқылы шығарылады. Сұйықтың барабаннан айырылмай айналуы үшін барабан қабырғаларымен жабдықталған. Тамақ өнеркәсібінде мұндай сепараторлар сүтті ажыратуда кеңіне қолданылады.

3-сурет. ФВИ-100 центрифугасының схемасы.

4 - сурет. НОГШ-1350 тұндырғыш центрифугасы.

Центрифугалау әдістері. 1. Препаративті центрифугалау. Бұл әдіс биологиялық материалдарды ары қарай биохимиялық жолмен зерттеулерге жиі қолданылады. Бастапқы биологиялық материалды, мысалы бактерия, өсімдік немесе жануарлардың клеткалары мен ұлпаларын белгілі кезеңдер аралығында немесе үздіксіз қайталап себу арқылы олардың культуралық массасын көп мөлшерде алуға болады.

Препаративті центрифугаларды негізгі үш топқа біріктіруге болады: жалпы мақсаттардағы, жылдамдығы жоғары және препаративтті ультрацентрифугалар. Жалпы мақсаттардағы центрифугалардың максималды айналу жылдамдығы минутына 6000 айналысқа тең болады. Олар бір-бірінен тек айналдыра алатын биологиялық сұйық материалдардың көлемі бойынша өзгеше. Олардың бірімен бірін ауыстыруға келетін роторлары да әртүрлі: бұрышты және ілінген пробиркалары бар. Жылдамдығы жоғары центрифугалардың жылдамдығы минутына 25000 айналыспен шектеледі. Жоғары жылдамдықпен айналғанда үйкелістің әсерінен ротор қызып кететін болғандықтан оның ротор камералары салқындатқыштармен қамтамасыз етілген. Олардың да роторлары алмастыруға келеді және 1, 5 дм3 көлемдегі сұйықты центрифугалауға болады. Препаративтті жылдамдығы минутына 75000 айналысқа дейін жетеді. Олар салқындатқыштар және вакуум қондырғыларымен жабдықталған (яғни вакуумда ротормен үйкеліске түсетін ауа болмайды) .

2. Дифференциалды центрифугалау. Бұл әдіс үлкендігі және тығыздығына байланысты бір-бірінен өзгеше болатын бөлшектердің седиментация кезіндегі тұнбаға түсу жылдамдықтарына негізделген. Бөлуге арналған материалды, мысалы ұлпаның гомогенатын, центрден тебілу үдеуі сатылы кезекпен күшейтіліп отыратын жылдамдықта центрифугалайды. Ротордың әрбір берілген айналу жылдамдығында бөлшектердің белгілі бір түрі тұнбаға түсіп отырады. Яғни, оның нәтижесінде цетрифугалаудың әрбір кезеңінде бөлшектердің белгілі бір фракциясы тұнбаға түсіп отырады. Әрбір кезеңнен кейін тұнбаға түскен бөлшектердің фракциясы таза болуы үшін ол тұнба бірнеше рет жуылып, дәл сол жылдамдықпен цетрифугаланады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.