第六章 细胞破碎及料液分离设备.ppt

第三篇 产物分离设备 第六章 细胞破碎与料液分离设备 微生物代谢产物大多分泌到胞外，如大多数小分子代谢物、部分酶蛋白等。但有些目标产物如大多数酶蛋白、类脂和部分抗生素等存在于胞内。要分离和提取此类产物，就必须进行细胞破碎，使目标产物转入液相，然后进行细胞碎片的分离。 第一节 细胞破碎设备 细胞破碎的方法很多，一般按是否使用外加力分为机械法和非机械法两类。非机械法有酶溶法、化学法、物理法和干燥法等。在此我们对非机械法不作进一步讨论，下面介绍一下机械法中常用的细胞破碎设备。 一、高速珠磨机 二、高压匀浆器 高压匀浆器是用作细胞破碎的较好的设备。它是由可产生高压的正向排代泵和排出阀组成。 细胞浆液通过止逆阀进入泵内，利用高压使其在排出阀的小孔冲击，并且高速撞击在撞击环上。细胞在这一系列的高速运动中经历了剪切、碰撞以及高压到常压的变化，从而造成细胞破裂。 三、超声波振荡器 当超声波在液体中传播时，液体中的某一小区域交替重复地产生巨大的压力和拉力。由于拉力的作用，使液体拉伸而破裂，从而出现细小的空穴。这种空穴泡受到超声波的迅速冲击而迅速闭合，从而产生一个极为强烈的冲击波压力，由它引起的粘滞性旋涡在悬浮细胞上造成了剪切应力，促使细胞内部液体发生流动，而使细胞破碎。 第二节 固液分离设备 固液分离的方法很多，生物工业中运用的方法有分离筛、重力沉降、浮选分离、离心分离和过滤等。其中最常用的主要是过滤和离心分离。 过滤是迫使液体通过固体支撑物或过滤介质，把固体截留，从而达到固液分离的目的。 离心分离是利用惯性离心力和物质的沉降系数或浮力密度的不同而进行的分离、浓缩等操作。 一、过滤设备 过滤又可分为澄清过滤和滤饼过滤两种。 （1）澄清过滤 当悬浮液通过过滤介质时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层颗粒上，使滤液得以澄清。 （2）滤饼过滤 当悬浮液通过滤介质时，固体颗粒被介质阻拦而形成滤饼，当滤饼积至一定厚度时就起到过滤作用，此时即可获得澄清的滤液。 按照过滤推动力的差别，习惯上把过滤机分为常压过滤机、加压过滤机和真空过滤机三种。 （一）常压过滤机 啤酒麦芽汁中有大量的细小悬浮液以及破碎的大麦皮壳。在啤酒厂麦芽糖化的过滤仍采用这种压力差很小的平底筛过滤机。 （二）加压过滤机 1、板框压滤机 2．硅藻土过滤机 硅藻土是藻类硅藻的化石，是一种较纯的二氧化硅矿石。硅藻土过滤机被广泛用于啤酒生产中的冷凝固物地分离和成熟啤酒地过滤。它还多用于葡萄酒、清酒及其他含有低浓度细微蛋白质胶体粒子悬浮液地过滤。 硅藻土过滤机型号很多，其设计的特点是体积小，过滤能力强，操作自动化。硅藻土过滤机一般分为三种类型：板框过滤机、叶片式过滤机和柱式过滤机。 （1）板框式硅藻土过滤机 （2）叶片式硅藻土过滤机 ①垂直式硅藻土过滤机 ②水平叶式硅藻土过滤机 （3）柱式硅藻土过滤机 （三）真空过滤机 真空转鼓过滤机以大气与真空之间的压力差作为过滤操作的推动力。 过滤设备选用的基本原则 1．根据物料的过滤性能，初步确定选择哪种推动力的设备； 2．根据处理物料的化学性质，检查所选择的过滤机类型是否正确； 3．根据工艺过程的特点和生产规模可对选择的过滤设备进行筛选； 4．根据对滤饼的纯度或母液回收率等要求来确定过滤机类型； 5．根据对滤饼含湿率的要求，决定是否选用带有机械挤压过程的设备； 6．根据所选择的设备，物料的基本特性数据进行设备生产能力和最佳操作条件的计算，以确定设备的大小，投资费用，操作费用。 三、离心分离设备 利用离心力来达到液-液分离、液-固分离或液-液-固分离的方法统称为离心分离。离心分离可分为三种形式——离心沉降、离心过滤和超离心。 （1）离心沉降 利用固液两相的相对密度差，在离心机无孔转鼓或管子中进行悬浮液的分离操作； （2）离心过滤 利用离心力并通过过滤介质，在有孔转鼓离心机中分离悬浮液的操作； （3）超离心 利用不同溶质颗粒在液体中各种部分分布的差异，分离不同相对密度液体的操作。 （一）离心沉降设备 （1）瓶式离心机 这是一类结构最简单的实验室常用的低、中速离心机，转速一般在3000-6000，其转子常为外摆式。操作一般在室温下进行，也有配冷却装置的冷冻离心机。 （3）管式离心机 电动机将动力传给机头上的皮带轮和主轴,从而带动转鼓绕自身轴线高速旋转， 在转鼓内壁形成强大的离心力场。物料由底部进料口射入转鼓内，在强大的离心力作用下，迫使料液进行分层运动。 液固分离（GQ型）：质量轻的液体在转鼓中心，流动到转鼓上部通过集液盘回收；质量重的固体被甩在转鼓内壁上，