7细胞破碎与料液分离过程设备

单击此处编辑标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 细胞破碎与料液分离过程设备,1,、细胞破碎设备,2,、过滤分离设备,3,、离心分离设备,一、细胞破碎设备,1、细胞破碎的原因：,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。,2、细胞破碎方法:机械法和非机械法。,非机械法包括：溶菌酶法、化学法、物理法和干燥法等。,3、机械破碎设备,(1)高速珠磨机,原理：将进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃珠一起搅拌，由于研磨作用，使细胞破碎，释放出内含物。,珠磨破碎过程要产生热量，易造成某些活性物质的失,活，一般在磨室装有夹套冷却装置。,影响,珠磨机,细胞破碎的因素：搅拌器的转速、料液的循,环流速、细胞悬浮液的浓度、玻璃珠的装置和珠径以及温,度等，珠体的大小应以细胞的大小、浓度以及连续操作时,不使珠体带出作为选择依据。,(2)高压匀浆器,原理：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。,在操作方式上，可以采用单次,通过匀浆器或多次循环通过等方,式。,影响破碎的主要因素：,压力、温度和通过匀浆器的次数,(3),超声波振荡器,超声波具有频率高、波长短、定向传播等特点，频,率为,15,25,KHz,。超声波振荡器常用的为电声型，它是,由发声器和换能器组成，发生器能产生高频电流，换能,器的作用是把电磁振荡转换成机械振动。,超声波振荡器又可分为槽式和探头直接插入介质两种,型式，一般破碎效果后者比前者好。,作用原理：空化（空穴）效应，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。,影响超声波破碎效率的因素：超声波的声强、频率、,液体的温度、压强和处理时间等，介质的离子强度、,pH,值和菌种的性质等。,二、过滤分离设备,(一)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。,1、发酵液的预处理,(1)加热,(2)凝聚和絮凝,(3)加入盐类,(4)调节,pH,值,(5)加入助滤剂,2、过滤介质的选择及操作条件的选择,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。,工业上常用的过滤介质：织物、粒状介质和多孔固体,介质。,过滤操作条件的优化包括：,(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，增大压差队过滤有利，但当压差大于某一值后，继续增大将使过滤速度减慢。,（二）过滤设备,1、板框式及板式压滤机,(1)板框式压滤机,过滤 洗涤 卸渣 清洗滤布 过滤,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。,滤板的作用：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。,滤框的作用：提供滤浆进入的空间，容纳滤饼，总框数,由其生产能力和悬浮液固体浓度确定。,滤液引出方式：明流和暗流。,(2)凹腔板式压滤机,全由滤板并列而成。,滤板：凹面形圆盘，合并后形成凹腔，板的两侧是滤布。,(3)自动板筐式压滤机,特点：板框压紧、过滤、洗涤、卸饼和清洗等操作可,在10,min,内自动完成。,板、框各有4个角孔，滤布是首尾封闭的整体，过滤、洗涤。,卸渣：拉开框，降框。,滤布洗涤：传动装置带动环形滤布围轴旋转。,(4)板框式压滤机的工艺计算,物料衡算、设备台数选择、生产能力、过滤面积。,2、真空过滤机（转筒式真空过滤机）,连续式操作，主体是一个由筛板组成能转动的水,平圆筒，表面有一层金属丝网，网上覆盖滤布，筋,板分隔成若干个空间，分配头内沿径向隔离成3个室。,当圆筒缓慢旋转时，筒内每一空间相继与分配头中,的1，2，3室相通，可顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹,松、卸饼等项操作。即整个圆筒分为过滤区、洗涤及脱,水区、卸渣及再生区3个区域。,过滤区：空间与真空管连通（吸滤）,洗涤及脱水区：空间也与真空管连通，吸入洗涤水，吸干滤饼。,卸渣及再生区：与压缩空气管路连通，压缩空气由筒,内向外，穿过滤布而将滤饼吹松，随后由刮刀刮除。吹,净残渣，滤布再生。,生产能力大，劳动强度小，推动力小（压差），滤饼,湿度大，投资大。,三、离心分离设备,（一）离心分离原理与分离因数,1、管式离心机中微粒的运动方程,2、碟式离心机的分离原理与分离因数,f,具有许多重叠的碟片，缩短了颗粒的,沉降距离，提高了分离效率。,f,是反映离心机分离能力的重要指标，它表示在离心力,场中，微粒可以获得比在重力场中大,f,倍的作用力。,由,f,可将离心机分为三类：,(1)普通离心机,f5000,(,二)常用离心机结构及选型,1、管式离心机的结构及操作,加长转鼓长度的目的:增加物料在转鼓,内的停留时间。,转鼓的三部分组成：顶盖、带空心轴的底盖和管状转筒。,操作：料液从底部进入，经折转器分布，十字形挡板,使料液均匀分布于四周，在离心力场作用下，悬浮液沿,轴向向上流动的过程中，被分层成轻重两液相，从上方,环状溢流口排出。,转速：15000,rpm，f50000,左右,2、管式离心机生产能力计算,悬浮液中的颗粒在离心机中能够被分离并沉降至转鼓,壁上的条件：料液在转鼓内的停留时间,t,1,应大于等于颗,粒离心沉降所需的时间,t,2,。,3、,碟片式离心机的结构及操作,密闭转鼓内设有数十个至上百个锥角为60120的锥,形碟片。,简单的碟式离心机没有自动排渣装置。,自动除渣碟式离心机在四壁上开设若干喷嘴（或活,门）。,4、碟式离心机生产能力计算,颗粒在碟式离心机中被分离,的条件是颗粒在运动中达到上,一层碟片的内腹面。,