生物工程设备--过滤离心与膜分离课件.ppt

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1、第二章过滤、离心和膜分离设备（1）上游工程：菌种的构建和产物的生成(发酵)（2）下游工程：产物的提取和精制(过滤、分离、蒸发和结晶等)。（3）发酵产物的存在形式:胞外产物：透出菌体细胞之外存在于悬浮液中；胞内产物：存在于细胞之内；细胞本身；（4）液固分离方法：为了提取和精制发酵产物，往住必须首先将悬浮液进行液固分离。方法主要是过滤(最常用)和离心分离。膜分离是目前新兴的过滤方法，在此也予以介绍。1、概述概述及几个基本概念概述及几个基本概念…离心分离是基于分离体系中固液和液液两相密度存在差异，在离心场中使不同密度的两相相分离的过程。静置混合液时，

2、密度较大的固体颗粒或重液在重力的作用下逐渐下沉，这一过程称为沉降。2、过滤过滤是传统的化工单元操作，其原理是使物料通过固态过滤介质时，固态悬浮物与溶液分离。如液相中谷氨酸钠、柠檬酸晶体的分离。过滤的形式：常压、加压、真空及离心过滤。3、离心分离概述及几个基本概念膜分离是利用膜的选择性，以膜的两侧存在一定的能量差为推动力，膜分离常用的膜有微滤膜、超滤膜、电渗析膜和反渗透膜等。4、膜分离技术概述及几个基本概念过滤介质：一种能让液体通过，将固体粒子截留的介质。滤渣：滤浆中的固体粒子。滤饼：当悬浮液通过过滤介质时，固体颗粒被介质阻拦而形成滤饼，当滤饼积至一

3、定厚度时就起到过滤作用。滤液：滤过的液体第一节过滤速度的强化提高过滤速度，一方面可通过改变悬浮液的物理性质（预处理），另一方面，选择适当的过滤介质和操作条件。第一节过滤速度的强化一、发酵液的预处理目的：增大悬浮液中固体粒子的尺寸，除去无机离子和杂蛋白质，降低液体粘度，便于有效分离。（一）加热：使蛋白质变性凝固；降低粘度。（二）凝聚和絮凝：凝聚是将一种无机电解质（凝聚剂）加入到悬浮液中，将胶体粒子表面上的电荷中和，减少存在于胶体粒子间的静电斥力，使范德华力占优势，这样胶体就会凝聚成较大、较密实的粒子。常用的凝聚剂有：硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝、三

4、氯化铁、硫酸亚铁等。絮凝是将一种高分子电解质（絮聚剂）加入到悬浮液中，借高分子电解质的长链作用，与离子产生静电作用，捕获粒子，中和电荷，粘结颗粒，以及在固相粒子间搭桥，使颗粒不断凝结为较大的絮块。絮凝剂：长链线状高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类、聚合铝盐、聚合铁盐、多糖类(海藻酸钠、明胶、骨胶和壳聚糖等)。第一节过滤速度的强化（四）调节pH：调节发酵液pH至蛋白质等电点，除去蛋白质。大幅改变pH，还能使蛋白质变性凝固。（五）加入助滤剂：助滤剂吸附了细小的胶体粒子，使其均匀分布于滤饼层中，相应地改变滤饼结构，降低滤饼的可压缩性，减少过滤阻力。助滤剂：硅藻

5、土、活性炭、石英砂、白土等。第一节过滤速度的强化（三）加入盐类：除去高价无机离子。如利用草酸钠除去钙离子；利用三聚磷酸钠除去镁离子;利用黄血盐除去铁离子等。第一节过滤速度的强化二、过滤介质选择及操作条件优化过滤介质除过滤作用外，还是滤饼的支撑物，应具有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力。（1）过滤介质所能截留的固体粒子的大小纤维10um硅藻土1um超滤膜0.5um（2）过滤介质的渗透性渗透性越大，阻力越小（3）其他耐酸碱性、耐热性（一）过滤介质的选择1、合理选择过滤介质取决于：第一节过滤速度的强化2、工业上常用的过滤介质（1）织物介质（滤布）影响因

6、素：纤维特性，编织的纹法和线型，耐热性，耐磨性，耐酸性等等。（2）粒状介质发酵工业中最常用的散粒过滤介质是硅藻土：1.作为深层过滤介质过滤悬浮液。2.作为预涂层。在支撑介质表面上预先形成硅藻土薄层，以保护支持性介质的毛细孔在过滤时不被微小的颗粒所堵塞。3.作为助滤剂。使形成的滤饼具有多孔隙，并降低滤饼的可压缩性，提高过滤速度和延长过滤操作的周期。第一节过滤速度的强化（3）多孔固体介质如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等。常用于过滤含有少量微粒的悬浮液。过滤介质种类繁多，过滤机型式多种多样，滤浆的性质及分离条件、目的各不相同，使得过滤介质的选择并非轻而易

7、举。正确选择过滤介质，一是靠经验，二是靠实验。第一节过滤速度的强化（二）过滤条件的优化(1)悬浮液物理性质的改变，如降低粘度、减少滤饼比阻和滤饼层厚度（加入助滤剂和絮凝剂）。(2)改变过滤压力差。在一定压力差范围内，增大压差对过滤有利，但当压差大于某一值后，继续增大将使过滤速度减慢。第二节过滤设备第二节过滤设备加压过滤机、真空过滤机在生物发酵工业中具有广泛的用途。而常压过滤机由于过滤的推动力太小，现代工业上较少采用。一、板框式及板式压滤机（一）板框式压滤机滤板和滤框间隔排列，框两侧覆以滤布，形成空腔供滤板支撑、压紧。过滤板-滤框-洗涤板滤板的作

8、用：支撑滤布，提供滤液流出的通道。正方形，角端开有小孔，两面制成沟槽，与滤出口和洗水孔道连通。过滤洗涤卸渣清洗滤布过滤第二