11第十一章 细胞破碎与料液分离过程与设备.pptVIP

一. 过滤设备 1.过滤速度的强化 （1）提高过滤速度的方法 通过改变悬浮液的物理性质而促进分离——即对发酵液的预处理。 选择适当的过滤介质和操作条件。 1）发酵液预处理 发酵液的特点： 高黏度，非牛顿性，菌体细小且可以压缩。 菌体自溶解释放出核酸及其他有机物质：使液体浑浊。 存在高价无机离子：采用离子交换法提炼时，会影响树脂交换容量。 存在杂蛋白：若采用大网格树脂吸附法提炼时会降低其吸附能力；采用萃取法时容易产生乳化；采用过滤法时，过滤速度下降，过滤膜会受到污染。 1）发酵液预处理 发酵液预处理的目的： 增大悬浮液中固体粒子的尺寸，除去高价无机离子和杂蛋白质，降低液体黏度，实现有效分离。 1）发酵液预处理 预处理的方法： a.加热：使蛋白质变性，降低发酵液黏度。适用于：对热稳定的液体。 b.凝聚和絮凝：能有效改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，使之聚集，颗粒增大、便于分离。 适用于：细小菌体且黏度较大的发酵液预处理。 1）发酵液预处理 预处理的方法： c.加入盐类 可以除去高价无机离子 例如：除去Ca2+，在发酵液中加入草酸钠可以形成草酸钙沉淀。 d.调节pH 调节发酵液的pH到蛋白质的等电点以除去杂蛋白，大幅度改变pH还能使蛋白质变性凝固。 1）发酵液预处理 预处理的方法： e.加入助滤剂 胶体粒子吸附于助滤剂微粒上，助滤剂就作为胶体粒子的载体，均匀地分布于滤饼层中，改变滤饼结构，降低滤饼的可压缩性，减小过滤阻力。 常用助滤剂：硅藻土、珍珠岩粉、活性炭、石英砂、石棉粉、纤维素、白土等。 1）发酵液预处理 预处理的方法： e.加入助滤剂 助滤剂的选择： 粒度：助滤剂颗粒大，过滤速度快，但滤液澄清度差；助滤剂颗粒小，过滤阻力大，澄清度高。 助滤剂的品种：根据过滤介质选择助滤剂品种。使用粗目滤网时易泄漏，可选择石棉粉、纤维素或二者的混合物，可有效防止泄漏。使用细目滤布时，可使用细硅藻土。 用量：间歇操作时，助滤剂预涂层的厚度应不小于2mm。 2）过滤介质选择 a.过滤介质的作用 过滤作用（固液分离） 滤饼的支撑物 2）过滤介质选择 b.过滤介质应具有的特点： 应具有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力。 2）过滤介质选择 C.选择过滤介质主要考虑的因素 过滤介质能截留的固体粒子的大小 过滤介质对滤液的透过性 2）过滤介质选择 d.过滤介质的透过性 定义：在一定的压力差下，单位时间单位过滤面积上通过滤液的体积量。他取决于过滤介质上毛细孔径的大小及数目。 2）过滤介质选择 e.工业上常用的过滤介质主要有以下几类 织物介质：又称滤布，包括由棉、毛、丝、麻等织成的天然纤维滤布和合成纤维滤布。 粒状介质：主要有硅藻土、珍珠岩粉、细砂、活性炭、白土等。 多孔固体介质：主要有多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等。可加工成板状或管状，孔隙很小且耐腐蚀，常用于过滤含有少量微粒的悬浮液。 3）优化过滤操作条件 a.过滤微分方程 dq/dτ=⊿P/(ur0x0q+uR) （1） 式中： q:单位过滤面积上所得的滤液体积，m3/m2； τ：过滤时间，s； dq/dτ：过滤速度，m/s； ⊿P：过滤压力差，Pa； r0 ：滤饼的体积比阻力，1/m2； x0 ：单位体积滤液中滤出滤饼的体积， m3/m3 3）优化过滤操作条件 a.过滤微分方程 x0=滤饼体积/滤液体积=Ve/V=Fl/V=l/q Ve:滤饼体积，m3； V:滤液体积， m3； F：过滤面积，m2； l：滤饼层厚度，m； u:滤液黏度，Pa.s； R：滤布阻力，1/m。 3）优化过滤操作条件 a.过滤微分方程 （1）式可以写为： dV/dτ=(1/u)(⊿P F)/(r0L+R) 因此： 过滤速率与F（过滤面积）、⊿P（过滤压差）成正比；与液体黏度成反比。 滤饼阻力越大，饼层越厚，过滤速率越慢。 3）优化过滤操作条件 b.优化条件提高过滤速率 改变悬浮液的物理性质 优化条件 优化操作条件 3）优化过滤操作条件 改善悬浮液的物理性质 降低滤液黏度：加热 减少滤饼比阻 降低滤饼饼层厚度 3）优化过滤操作条件 改善悬浮液的物理性质 滤饼比阻的定义： r0=128a/nπd4 式中： a:毛细孔弯曲因子； d:滤饼层毛细孔直径；