Industrial Centrifugation Technology pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:McGraw-Hill

作者:Leung, Wallace Woon-Fong

出品人:

页数:416

译者:

出版时间:1998-2

价格:$ 107.29

装帧:HRD

isbn号码:9780070371910

丛书系列:

图书标签:

• 离心技术
• 工业离心
• 分离技术
• 化工工程
• 机械工程
• 流体力学
• 设备工程
• 过程工程
• 工业设备
• 离心机

流体力学在分离过程中的应用：离心力驱动的分离技术 本书聚焦于利用流体力学原理实现高效物质分离的现代技术，特别是那些不依赖于传统旋转机械的先进方法。 引言：超越传统旋转的物质分离 在化学工程、生物技术和材料科学等众多领域，有效的分离和纯化是实现最终产品质量的关键步骤。传统的离心技术，尽管在许多应用中表现出色，但其固有的机械复杂性、高能耗以及对处理物料的剪切敏感性，促使研究人员和工程师们探索更精细、更具针对性的分离策略。本书将深度剖析一系列基于流体动力学、界面张力以及微观尺度效应的非旋转式分离技术。我们旨在为读者提供一个全面的框架，理解如何通过精确控制流场和物料特性来实现高效、温和且可扩展的分离目标。 第一部分：微尺度流体动力学与界面控制 本部分详细阐述了在微通道和多孔介质中流体行为的独特特性，这些特性是许多先进分离技术的基础。 第一章：微通道流与层流分离 本章深入探讨了在尺寸为微米量级的通道中，流体表现出的完全可预测的层流特性。重点讨论了如何利用流速梯度和不同流体间的精确界面控制来实现分离。 1.1 导流与流体聚焦： 详细分析了利用鞘流（Sheath Flow）技术将目标颗粒或液滴流精确聚焦到通道中心的技术，这是微流控芯片中实现高分辨率分离的基础。 1.2 扩散与界限层分离： 阐述了基于扩散速率差异进行分离的原理，特别是对于大小相近但化学性质不同的分子。讨论了如何通过延长流体停留时间或增加界面表面积来优化扩散分离效率。 1.3 弹性体效应（Elastoviscosity）： 探讨了在高分子溶液中，流体弹性对颗粒或细胞迁移路径的影响。解析了这种非牛顿流体特性如何被利用来诱导不同尺寸或形变的粒子沿特定流线分离的现象。 第二章：界面张力驱动的分离机制 本章关注如何通过精确调控液-液或液-固界面上的张力来实现高效分离，无需外部机械力。 2.1 毛细管力与润湿性： 解释了毛细管力在多孔结构和狭窄空间中驱动液体运动和相分离的关键作用。分析了表面能、接触角与分离效率之间的定量关系。 2.2 表面活性剂在分离中的应用： 深入研究了表面活性剂分子如何通过降低界面张力或改变特定组分在界面上的富集程度，从而实现选择性萃取或乳液/泡沫的稳定性控制与破裂。 2.3 离液萃取与溶剂选择： 详细对比了在温和条件下，通过选择合适的溶剂体系，利用物料在两相间的分配系数差异进行高效液-液萃取的工程实践和理论模型。 第二部分：基于电场和声场的动态分离技术 本部分转而探讨利用外部能量场对流体或悬浮物施加作用力，以实现与重力或离心力无关的定向迁移和分离。 第三章：电场驱动的介电泳与电渗流分离 本章是关于利用电场精确控制带电或极化粒子运动的核心内容。 3.1 介电泳（Dielectrophoresis, DEP）： 详细解析了DEP现象的理论基础，即非均匀电场对极化颗粒施加的净力。重点讨论了如何通过调整电场频率和强度，实现基于颗粒尺寸、介电常数和导电率的精确分离（如正向DEP和负向DEP的应用）。 3.2 电渗流（Electroosmotic Flow, EOF）： 分析了在微通道壁面上由电双层引起的电场驱动的体液流动。阐述了如何将EOF与传统压力驱动流动相结合，以提高分离效率和速度，特别是在电泳分离（如Capillary Electrophoresis, CE）中的应用。 3.3 电泳分离的进阶技术： 涵盖了电场梯度聚焦（Isoelectric Focusing, IEF）和区域电泳（Zone Electrophoresis）等高分辨率技术，这些技术在蛋白质和核酸的分离纯化中至关重要。 第四章：声波与振动在悬浮物分离中的应用 本章专注于利用声波产生的压力梯度和辐射力来操纵悬浮在流体中的颗粒。 4.1 声场中的辐射力与定位： 阐述了声辐射力（Acoustic Radiation Force）如何使悬浮颗粒在驻波场或行波场中聚集到特定的压力节点或腹部。讨论了如何设计声场以实现颗粒的连续捕获或分选。 4.2 声流体动力学（Acoustophoretic Sorting）： 深入研究了利用超声波产生的次级声场，如声流（Acoustic Streaming），来诱导颗粒在侧向进行迁移和分选。重点分析了如何利用这些微小的声驱动流来引导细胞或微珠。 4.3 沉降与密度梯度分离的声增强： 探讨了声波如何与重力沉降效应协同作用，加速大颗粒的沉降或稳定密度梯度，从而提高基于密度的分离过程的速率和清晰度。 第三部分：多相流与膜分离的精细化控制 本部分将目光投向宏观与中观尺度的分离，重点是多相体系中的稳定控制和膜过程的优化。 第五章：液滴微流控技术与反应器设计 本章专门探讨利用液滴作为“微型反应容器”的分离和处理技术。 5.1 液滴生成与尺寸均一性： 详细介绍了几种主要的液滴生成方法（如T型接头、流聚焦、膜微通道），并分析了影响液滴尺寸、频率和稳定性的流体力学参数。 5.2 液滴合并与破裂： 讨论了如何通过外部刺激（如电场、温度梯度或化学引发剂）精确控制液滴的合并（Coalescence）与破裂（Splitting），以实现复杂的分步处理和分离。 5.3 液滴色谱与筛选： 阐述了如何利用液滴作为载体进行色谱分离或高通量筛选，以及如何高效地从载液中回收目标液滴。 第六章：渗透与压力驱动的膜分离优化 本章关注利用半透膜进行分离的机制，特别是如何克服传统膜分离中面临的浓度极化和污染问题。 6.1 膜材料与孔径工程： 比较了不同类型膜（如超滤、纳滤、反渗透）的结构特性及其对分离选择性的影响。讨论了如何通过表面修饰来调控膜的润湿性和抗污染性。 6.2 浓度极化与剪切流控制： 详细分析了跨膜流过程中浓度极化的形成机理，并重点介绍了如何利用特殊的流道设计（如错流过滤中的湍流或振荡流）来有效削弱极化层，恢复通量。 6.3 动态膜的构建与应用： 探讨了利用循环流体中的固体颗粒或聚合物自组装，在支撑膜表面原位构建一层动态活性分离层的技术，及其在复杂流体处理中的优势。 结论：面向未来的集成化分离平台 本书总结了当前非旋转式分离技术的发展趋势，强调了将微流控、电场和声场控制技术集成到单一平台上的潜力。未来的挑战在于如何将这些高精度的实验室技术有效地放大到工业生产规模，实现连续、低成本和高通量的物质分离。对这些流体力学驱动的分离方法的深入理解，是推动下一代生物制药、环境修复和精细化工技术进步的基石。

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