第二章发酵液的预处理和固液分离方法总结.ppt

第二章 发酵液的预处理和固液分离方法 假设某典型粒子位于距离心机底部z及离转轴r处的位置上，这一位置是在液体表面半径R1和离心管半径R0之间。 粒子在运转的离心机中沿着z和r两个方向运动，其中在z方向上的运动，是由离心机底部进入料液的对流作用引起的： = （2-14） 式中Q为料液流量。z方向上的运动速度随Q的增加而加大，而与粒子所处位置无关，因此它是常数。 粒子在r方向上的运动，可用下式表示： = （2-15） 又知粒子在重力场中的沉降速率为： ug = （2-16） 由式（2-15）和（2-16）可得： = （2-17） 结合式（2-14）、（2-17），可得到微粒在离心机中的运动轨迹，即： = = （2-18） 当ug较高（微粒直径或其密度较大）时，微粒将很快到达管壁；而当泵入流速Q增大时，悬浮固体微粒将向上走得更远才能到达管壁。 考虑到最难除去的粒子，即在r＝R1处进入离心机，并且在出口处（z≈H）接近筒壁(r＝R0)的粒子。 对这些难以去除的粒子，按进入和离开的边界条件将式（2-18）进行积分得： Q = （2-19） 对于管式离心机，正常分离操作所允许的最大物料流速，即生产能力Q，是反映微粒和料液特性的沉降速度ug以及离心机特性参数H、R0、R1及ω的函数。 在大多数管式离心机中，由于液层很薄，所以R0接近于R1，因此式（2-19）可以简化为： 式中R＝（R0＋R1）/2，为平均半径，这样式（2－19）可以写成： 该式同样表明最大流量Q取决于系统的性质ug和离心机的特性[∑]，这给离心机的设计、放大以及操作带来了方便。 2．碟片式离心机 碟片式离心机有一密封的转鼓，内装十至上百个锥顶角为60°～100°锥形碟片，悬浮液由中心进料管进入转鼓，从碟片外缘进入碟片间隙向碟片内缘流动。颗粒沉降到碟片内表面上后向碟片外缘滑动，最后沉积到鼓壁上。已澄清的液体经溢流口或由向心泵排出。 在碟片式离心机中，料液从中心管进入离心机底部后，以θ角沿着锥形碟片向上、向内运动。现设典型粒子位于直角坐标的某点(x，y)上，这里的x是指沿着碟片的粒子离开碟片外缘的距离；而y是指离开碟片的垂直距离。碟片外缘与内缘半径分别为R0和R1，转速为ω。 粒子的运动过程可分析如下： (1) 粒子在x方向的运动由对流和沉降引起，可用下式表示： = （2-20） 式中u0是因对流造成的液速，uωsinθ是粒子在离心力作用下产生的x方向上的沉降分速度，θ是碟片与垂线间的倾角。 二．影响过滤速度的因素 过滤速度和菌种、发酵条件（培养基的组成，未用完培养基的数量，消泡剂，发酵周期）等有关。 1. 菌种对过滤速度影响： 真菌的菌丝比较粗大，发酵液容易过滤，常不需特殊处理。 放线菌发酵液菌丝细而分枝，交织成网络状。还含有很多多糖类物质，粘性强，过滤较困难，一般需经预处理，以凝固蛋白质等胶体。 细菌发酵液的菌体更细小，过滤十分困难，如不用絮凝等方法预处理发酵液，往往难以采用常规过滤的设备来完成过滤操作。 用黄豆粉、花生粉作氮源、淀粉作碳源会使过滤困难。 发酵后期加消泡剂或剩余大量未用完的培养基，都会使过滤困难。 2. 培养基的组成对过滤速度的影响 在菌丝自溶前必须放罐，因为细胞自溶后的分解产物一般很难过滤。 延长发酵周期虽能使发酵单位有所提高，但严重影响发酵液质量，使色素和胶状杂质增多、过滤困难，最终造成成品质量降低。 3. 发酵终了时间对过滤的影响 三．过滤设备 生化工业常用的过滤设备主要有加压叶滤机、板框过滤机和回转真空过滤机等。 四．错流过滤（Cross-Flow Filtration） 错流过滤又称切向流过滤，是一种维持恒压下高速过滤的技术。 发酵液在过滤介质表面作切向流动，利用流动的剪切作用将过滤介质表面的固体（滤饼）移走。 错流过滤在膜分离过程中被广泛使用，随着过滤介质的不断改进，采用精密微滤膜的错流过滤法已逐渐成为过滤操作的主流。 与传统的真空过滤或板框过滤相比，错流膜过滤用于抗生素生产的过滤工序具有如下优点： ① 过滤收率高。 ② 滤液质量好。 ③ 减少处理步骤。 ④ 对染菌罐批易于处理，也容易进行扩大生产。 错流过滤的缺点： ①错流过滤产生的剪切作用容易