细胞破碎与料液分离过程设备.ppt

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 25KHz 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10min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 15000rpm f 50000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t1应大于等于颗粒离心沉降所需的时间t2 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60 120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