# 碟式离心机（碟式分离机） 通过叠置锥形碟片成倍放大沉降面积的高速离心分离机，在 5,000–15,000 ×g 下澄清发酵液与细胞培养液并连续自动排渣——生物工艺中的核心收获与澄清装备，如今正延伸至面向小批量与灌流工艺的伽马辐照一次性转鼓。 Source: https://cn.bioecon.ru/technology/disc-stack-centrifuges/ Updated: 2026-08-18 ## 概述与价值链 Markers: [EC: ASME BPE（生物工艺装备）/ EHEDG 卫生级设计 | OECD: 2.8 工业生物技术 | Regulator: FDA（美国）、EMA（欧盟）、NMPA（中国）] 碟式离心机通过高速旋转装有一叠紧密排列锥形碟片的转鼓实现固液分离：碟片叠置成倍放大有效沉降面积，颗粒只需穿过两片碟片之间的短间隙即被甩向鼓壁。在生物工艺中这是核心收获装备：碟式机组用于大规模细胞收获时运行在约 5,000–15,000 ×g，单机处理量约 50–500 L/h，产品回收率超过 95%，可在数小时而非数天内澄清 2,000 L 生物反应器的收获液。与之竞争的几何形式是管式转鼓，离心场更高，约 15,000–20,000 ×g，更适合细碎碎片与包涵体，但无法连续排渣——碟式结构的决定性优势正是自动间歇排渣，使设备能够在含固率百分之几的料液上连续运行。三相碟式机型可达约 12,000 G、转鼓转速约 4,500–7,100 rpm，一次通过即可分离两种互不相溶的液体加一种固体。塑造每条产品线的工程矛盾是剪切与通量之争：能够快速澄清的离心场同样会损伤剪切敏感的哺乳动物细胞与蛋白，因此密闭式底部进料、空心主轴与低剪切进料区，正是生物制药分离机区别于乳品分离机之处。 碟式离心机的关键方向是： 1. **碟式分离（锥形碟片澄清）：** 核心几何形式——叠置锥形碟片放大沉降面积，实现连续的液–固与液–液分离，细胞收获工况运行在 5,000–15,000 ×g，单机 50–500 L/h 下产品回收率超过 95%。 2. **一次性碟式转鼓（伽马辐照可更换转鼓）：** 完全免除 CIP/SIP 的一次性接触单元——GEA 的 kytero 10 是最小的一次性碟式分离机，服务于细胞与基因治疗的 1–10 L 生物反应器，批次之间直接更换而无需清洁验证。 3. **密闭式底部进料低剪切收获：** 采用空心主轴、无空气卷入的密闭结构，自下而上柔和充满转鼓，抑制剪切、起泡与温升——Alfa Laval 面向抗体、蛋白与高密度精密发酵的 Culturefuge 与 PureFerm 产品线。 4. **自清洁间歇排渣：** 液压驱动的开鼓系统按定时或浊度触发排出累积固体而无需停机，使设备在含固料液上保持连续运行并压缩停机时间。 ### 行业价值链 ``` [发酵液 / 细胞培养液] ──> [进料调质] ──> [碟式分离] ──> [固相排渣] │ (澄清离心液) │ ▼ [产品流] <─── [精滤 / 深层过滤] <─────────────┘ ``` ### 价值链层级 | 层级 | 描述 | 关键输入/输出 | |:---|:---|:---| | **进料调质** | 料液或培养液在受控温度、流量与含固量下送入分离机；进料速率与黏度决定可达到的澄清度 | **输入：** 发酵液或细胞培养液、工艺参数。
**输出：** 达到设定流量的调质进料。 | | **转鼓与碟片组设计** | 碟片数量、间隙与锥角决定针对目标粒径的当量沉降面积；选型与收获体积和停留时间匹配 | **输入：** 粒径分布、通量目标。
**输出：** 确定的转鼓几何与机型规格。 | | **驱动与密封系统** | 直驱或皮带驱动、空心主轴以及密闭或液压密闭式密封，决定全工况下的剪切、氧摄入与能耗 | **输入：** 转鼓组件、驱动与密封规格。
**输出：** 具有确定剪切特性的旋转系统。 | | **排渣控制** | 自清洁转鼓按定时或浊度触发排出固体；排渣量与间隔在产品损耗与停机之间取舍 | **输入：** 澄清液浊度、含固量。
**输出：** 排出的固相、连续运行状态。 | | **卫生级确认** | CIP/SIP 回路、表面粗糙度与材质证明使设备进入药品或食品的 GMP 服役状态 | **输入：** 装配完成的分离机、卫生级设计标准。
**输出：** 已确认、可清洗、可蒸汽灭菌的机组。 | | **离心液精滤与交接** | 澄清离心液带着残余细颗粒进入色谱前的深层或膜过滤；固相进入回收或废弃 | **输入：** 澄清离心液、残余细颗粒。
**输出：** 送往下游纯化的精滤工艺流。 | 行业跨领域技术： - **管式转鼓离心：** 约 15,000–20,000 ×g 的高离心场替代方案，面向细碎碎片与包涵体；如今成为一次性细胞处理平台的基础，以放弃连续排渣换取一次性使用。 - **密闭式与液压密闭式密封：** 无空气界面的底部进料充鼓，抑制氧摄入与起泡，对剪切敏感的生物制品与氧敏感饮料同样必要。 - **自动排渣与 PLC 控制：** 在 PLC 控制下按定时与浊度触发排渣，并具备远程监控与诊断，把分离机从需要人工照看的机器变为可仪表化的连续单元操作。 --- ## 美国 美国主要是碟式分离机的*使用方*而非制造方：大型生物制造企业运行的是欧洲设计的分离机，而真正属于美国的贡献是为细胞与基因治疗打造的一次性管式转鼓细胞处理平台，而非本土碟式产品线。 ### Seital 自清洁分离机、Carr 一次性管式转鼓平台、使用方主导的应用 - **SPX FLOW（Seital Separation）：** 信源中唯一确认拥有碟式产品线的美国总部供应商——面向乳品、饮料与化工的液–液–固 Seital 离心分离机，围绕降低能量损失的直驱系统、撬装安装、最小化停机的自清洁循环以及带远程监控的 PLC 控制构建；产品谱系下探至 SE05X 牛奶分离机等小型机组，处理量 1,200 L/h，转鼓转速 8,000 rpm。 - **Carr Biosystems（UniFuge 平台）：** 美国对离心收获给出的一次性答案，采用低剪切的*管式转鼓*而非碟式几何——伽马辐照一次性模块可焊接到一次性生物反应器接口，无需 CIP/SIP，宣称产品回收率最高 98%、细胞活率 98% 以上，可从台式 UFMini 放大到 U2k 模块。此处作为邻近形式列出，而非碟式产品。 - **使用方主导的应用：** 美国生物制造在单抗与疫苗收获上大规模消耗碟式产能，但没有任何本土制造商在碟式产品深度上比肩欧洲分离机厂商——与固态发酵装备中"使用方而非 OEM"的格局如出一辙。 --- ## 中国 中国兼具深厚的国产分离机制造基础与对自身差距的坦率评估：针对国产碟式行业的分析报告指出，国内制造企业在转鼓动平衡、碟片间隙控制及液压排渣系统方面已接近国际水平，但在高黏度与热敏性物料的分离因数、核心轴承与密封件寿命，以及与工艺数据库联动的智能控制逻辑方面仍然落后。 ### 国产分离机基础、生物制药碟式需求、坦率的能力差距 - **华鼎分离机：** 成立于 1954 年，中国行业信源称其为国内最早的大型碟式分离机生产基地，依靠自有澄清、分离与浓缩技术，为食品饮料、化学品与石化产品、药物、淀粉、糖与乙醇等行业提供专业化产品与工程方案。 - **南京绿岛机械设备有限公司：** 一家专注于碟式分离机领域的生产服务型企业，以国产定制与终身服务立足生物发酵、乳制品及精细化工细分市场；供应商自述其 G 型高速分离机转速达 12,000 rpm、分离因数不低于 10,000 g，但这些属于供应商声明而非独立验证的规格。 - **生物制药拉动：** 中国分析报告将碟式与管式离心机列为疫苗、血液制品及细胞培养液下游处理的关键装备，全封闭无菌结构、CIP/SIP、防爆电机与 GMP 级表面处理已成为高端国产机型的标准配置。 --- ## 欧盟 欧洲是碟式分离机工程的重心所在，定义这一品类的三家厂商——GEA、Alfa Laval 与 Flottweg——沿着不同轴线竞争：一次性微型化、密闭低剪切的生物制品收获，以及横跨卧螺与碟式工况的软性固体几何形式。 ### GEA 一次性 kytero、Alfa Laval 密闭收获、Flottweg 软性固体分离 - **GEA（kytero 系列）：** kytero 10 被称为全球最小的一次性碟式离心机，面向 1–10 L 生物反应器的细胞分离与回流，覆盖细菌、细胞培养、酵母以及细胞/基因治疗；伽马处理的可更换接触单元完全免除 CIP/SIP，非接触式 breezeDrive 系统隔离驱动，连续灌流收获实时将浓缩生物质送回生物反应器。GEA 与 I&L Biosystems 签署了覆盖比荷卢地区的独家分销协议，并具备向欧洲扩展的空间。 - **Alfa Laval（Culturefuge、Clara、PureFerm）：** Culturefuge 生物制药产品线采用带空心主轴、无空气卷入的密闭结构，柔和处理蛋白、抗体与完整细胞，由 PLC 控制，产能约至 20,000 L/h，兼容 CIP/SIP 并按 GMP/FDA 要求精加工；Clara 澄清机系列覆盖约 4,000–70,000 L/h，配备 SmartEject 间歇排渣与 Oxy-Stop 液压密闭密封；PureFerm 750 N 面向酪蛋白等高密度精密发酵，其密闭底部进料在富含固体的高黏料液中抑制剪切、起泡与温升。 - **Flottweg（Sedicanter、AC 系列）：** Sedicanter 是卧螺与碟式的混合机型，在 5,000–10,000 g 下处理常规卧螺无法应对的软性可流动发酵固体，配可调叶轮以适应波动进料，卫生级结构可 CIP 清洗；AC 系列碟式分离机则作为澄清提取液的第二道精分步骤。 --- ## 领先公司与研究机构 | 公司 / 机构 | 国家 | 关键产品 / 平台 | 技术特点 | 2026 年状态 | |:---|:---|:---|:---|:---| | **GEA Group** | 🇩🇪 德国 | *kytero 10 一次性碟式分离机* | 最小的一次性碟式机型；1–10 L 生物反应器；伽马处理可更换单元；免 CIP/SIP；非接触 breezeDrive；连续灌流收获 | commercial；已签比荷卢分销协议 | | **Alfa Laval** | 🇸🇪 瑞典 | *Culturefuge、Clara、PureFerm 750 N* | 空心主轴密闭低剪切收获，至约 20,000 L/h；Clara 系列约 4,000–70,000 L/h；SmartEject 排渣；Oxy-Stop 密封 | commercial；生物制药与精密发酵产品线 | | **Flottweg** | 🇩🇪 德国 | *Sedicanter、AC 系列分离机* | 卧螺–碟式混合机型，5,000–10,000 g 处理软性固体；可调叶轮适应波动进料；卫生级 CIP 结构 | commercial；发酵与生物制药工况 | | **SPX FLOW** | 🇺🇸 美国 | *Seital Separation 离心分离机* | 直驱降低能量损失；撬装安装；自清洁循环；PLC 带远程监控；SE05X 处理量 1,200 L/h、转鼓 8,000 rpm | commercial；乳品、饮料与化工工况 | | **华鼎分离机** | 🇨🇳 中国 | *大型碟式分离机与工程方案* | 成立于 1954 年；被称为中国最早的大型碟式生产基地；覆盖食品、制药、淀粉、糖与乙醇的澄清、分离与浓缩 | commercial；国内老牌厂商 | | **南京绿岛机械** | 🇨🇳 中国 | *G 型高速碟式分离机* | 碟式分离机专业厂商；国产定制与终身服务；供应商自述 12,000 rpm、分离因数不低于 10,000 g | commercial；聚焦生物发酵与乳制品 | --- ## 技术栈与创新 碟式分离机的技术栈建立在一个经典分离原理与三个工程层之上，后者使其适配剪切敏感、无菌且日益小批量化的生物工艺。 1. **锥形碟片组几何（当量沉降面积）：** - 叠置紧密排列的锥形碟片把颗粒的沉降距离压缩到两片碟片之间的间隙，在紧凑转鼓内成倍放大有效澄清面积，使大规模细胞收获落在 5,000–15,000 ×g、单机 50–500 L/h、回收率超过 95% 的区间。 - 三相机型可达约 12,000 G、4,500–7,100 rpm，一次通过分离两种互不相溶液体加一种固体，通常适用于含固率低于约 3% 的料液。 2. **一次性接触单元（伽马辐照耗材）：** - GEA 的 kytero 10 以可更换的伽马处理接触单元取代清洁验证，服务 1–10 L 生物反应器并在批次之间更换；仅需电力与可选无菌空气，完全没有 CIP/SIP 回路。 - Carr Biosystems 把同样的一次性逻辑用于管式转鼓几何，将一次性模块直接焊入生物反应器接口，宣称回收率最高 98%、活率 98% 以上——在批量小、换批成本主导时生物工艺方会选择的形式。 3. **密闭低剪切进料与密封：** - 带空心主轴的密闭底部进料在没有空气界面的条件下充满转鼓，抑制剪切、泡沫与温升；Alfa Laval 在 Culturefuge 中用于抗体与完整细胞，在 PureFerm 750 N 中用于酪蛋白等富含固体的精密发酵料液。 - Oxy-Stop 液压密闭密封把同一思路延伸到氧敏感工况，在这类工况下澄清过程中的溶氧摄入会劣化产品。 4. **自动排渣与卫生级控制：** - 自清洁转鼓在 PLC 控制下按定时或浊度触发排出固体，维持含固料液上的连续运行；SmartEject 及同类系统在产品损耗与排渣量、间隔之间进行调校。 - 变频驱动配 UPS 支持的受控停机、CIP/SIP 回路与 GMP 级电解抛光表面，共同构成药品服役的确认包。 --- ## 价值链与生产 pipeline ### 碟式分离机制造与收获运行的工业 pipeline（ASME BPE / EHEDG 卫生级设计，FDA / EMA / NMPA GMP 框架） ``` ┌───────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐ │ 1. 规格确定与选型 │ ───> │ 2. 转鼓与碟片组制造 │ └───────────────────────────┘ └───────────────────────────┘ │ ▼ ┌───────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐ │ 4. 卫生级确认 │ <─── │ 3. 撬块装配与驱动集成 │ └───────────────────────────┘ └───────────────────────────┘ │ ▼ ┌───────────────────────────┐ ┌───────────────────────────┐ │ 5. 收获运行 │ ───> │ 6. 离心液交接与维护 │ └───────────────────────────┘ └───────────────────────────┘ ``` #### 阶段 1：规格确定与选型 收获体积、粒径分布与产品的剪切耐受度确定所需当量沉降面积与可接受的离心场——全细胞收获约 5,000–15,000 ×g，只有在为细碎碎片选用管式转鼓时才更高。单机 50–500 L/h 区间的通量目标、料液含固率，以及在可重复使用与一次性接触件之间的取舍，共同决定机型规格与形式。 #### 阶段 2：转鼓与碟片组制造 转鼓及其锥形碟片组按设定几何加工并做动平衡；碟片数量、间隙与锥角决定澄清面积，而转鼓动平衡与碟片间隙控制正是最直接决定振动、分离因数与使用寿命的制造工艺。 #### 阶段 3：撬块装配与驱动集成 旋转组件与驱动及密封系统集成——直驱用于能效，空心主轴与密闭或液压密闭密封用于低剪切、低氧工况，接触流道为一次性插件时则采用非接触驱动——并作为带进料阀、视镜与流量仪表的撬装 PLC 控制机组安装就位。 #### 阶段 4：卫生级确认 CIP/SIP 回路、电解抛光表面与材质证明按目标市场的卫生级设计与 GMP 要求进行验证，工况需要时另行规定防爆与全封闭无菌型式。一次性机型则以伽马辐照的可更换接触单元取代全部清洁验证负担。 #### 阶段 5：收获运行 调质料液连续送入；固体被甩向鼓壁并按定时或浊度触发排出，澄清离心液在不中断流量的情况下离开转鼓，可在数小时内澄清 2,000 L 生物反应器的收获液。在灌流模式下浓缩生物质实时返回生物反应器，使分离机从批次工序变为连续工艺的组成部件。 #### 阶段 6：离心液交接与维护 澄清离心液带着残余细颗粒进入色谱前的深层或膜过滤，排出的固相则进入回收或废弃。轴承与密封件寿命决定维护间隔，也正是国产与国际机型差异最明显的部件；可重复使用机型回到 CIP/SIP 与再确认流程，一次性接触单元则直接更换。