第三章固液分離技術(shù)(第一節(jié) 過濾技術(shù)) 調(diào)整se課件

生物分離技術(shù)

生物分離技術(shù)1第三章

固液分離技術(shù)

第三章

固液分離技術(shù)

2固液分離發(fā)酵液或其他細(xì)胞懸浮液胞外上清液/濾液預(yù)處理提取生化物質(zhì)的第一步，分兩部分：胞內(nèi)富集細(xì)胞固液分離發(fā)酵液或胞外預(yù)處理提取生化物質(zhì)的第一步，分兩部分：胞3固液分離：是將固液多相混合體系中固體（細(xì)胞、菌體、細(xì)胞碎片及沉淀或結(jié)晶等）與液體分離開來的技術(shù)。固液分離：4影響原料液固液分離的因素1）原料液(發(fā)酵液)中懸浮粒子的大小影響原料液固液分離的因素1）原料液(發(fā)酵液)中懸浮粒子的大小52）原料液(發(fā)酵液)的黏度viscosity

：固液分離速度通常與粘度成反比，粘度越大，固液分離越困難。影響粘度的因素：菌體的種類和濃度（重要因素），通常絲狀菌、動(dòng)物或植物細(xì)胞懸浮液粘度較大，濃度增大，粘度也提高。培養(yǎng)液中蛋白質(zhì)、核酸大量存在：通常細(xì)胞破碎或細(xì)胞自溶后粘度增大。因此細(xì)胞破碎的程度應(yīng)控制，發(fā)酵放罐時(shí)間要適宜。培養(yǎng)基成分：如用黃豆粉、花生粉作氮源，淀粉作碳源，粘度都會(huì)升高。發(fā)酵過程的不正常處理，如大量過剩的培養(yǎng)基和消沫油加入，都會(huì)使粘度增大。2）原料液(發(fā)酵液)的黏度viscosity：6收集胞內(nèi)產(chǎn)物的細(xì)胞或菌體，分離除去液相，收集含生化物質(zhì)的液相，分離除去固體懸浮物（細(xì)胞、菌體、細(xì)胞碎片、蛋白質(zhì)的沉淀物和它們的絮凝體等）。固液分離的目的包括兩方面：收集胞內(nèi)產(chǎn)物的細(xì)胞或菌體，分離除去液相，固液分離的目的包括兩7固液分離方法第一節(jié)過濾技術(shù)第二節(jié)離心技術(shù)★固液分離方法第一節(jié)過濾技術(shù)8第一節(jié)過濾技術(shù)一、概述(概念與原理)二、過濾的分類三、過濾介質(zhì)四、過濾設(shè)備五、影響過濾速度的主要因素第一節(jié)過濾技術(shù)一、概述(概念與原理)9一、過濾(filtration)概述(概念與原理)1、過濾(概念)：是借助于過濾介質(zhì)，在一定的外力作用下，使懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固液分離的技術(shù)過程。2、原理——篩分過濾介質(zhì)filtermedium

:過濾采用的多孔物質(zhì)；濾漿filterpulp

:所處理的懸浮液；濾液filtrate

:通過多孔通道的液體；濾餅或?yàn)V渣filtercake:被截留的固體物質(zhì)。一、過濾(filtration)概述(概念與原理)1、過10◆過濾介質(zhì)常用的有濾紙、濾布、纖維、多孔陶瓷、燒結(jié)金屬和各種高分子膜等?！暨^濾介質(zhì)常用的有濾紙、濾布、纖維、多孔陶瓷、燒結(jié)金屬和各種11

濾餅傳統(tǒng)的過濾

濾餅傳統(tǒng)的過濾12濾餅過濾：當(dāng)懸浮液通過濾布時(shí)，固體顆粒被濾布阻攔而逐漸形成濾餅（濾渣）。在濾餅過濾中，當(dāng)濾餅至一定厚度時(shí)即起主要的過濾作用適合于固體含量大于0.1%的懸浮液的過濾分離。濾餅過濾：當(dāng)懸浮液通過濾布時(shí)，固體顆粒被濾布阻攔而逐漸形成濾13過濾推動(dòng)力：懸浮液自身壓強(qiáng)差、重力懸浮液的—外加壓力過濾介質(zhì)的—抽真空離心力過濾阻力：介質(zhì)阻力：濾餅阻力:濾餅厚度：隨過濾進(jìn)行而增加濾餅特性：顆粒形狀、大小。過濾推動(dòng)力：143、過濾速度的強(qiáng)化(1)降低料液黏度

黏度愈低，過濾阻力愈小。加熱、去雜蛋白、絮凝、調(diào)PH。(2)降低懸浮液中懸浮固體的濃度過濾速度與獲得濾餅體積成反比。因此應(yīng)盡可能降低培養(yǎng)基配料濃度（如玉米粉、豆餅粉的濃度）。(3)對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理，改善濾液性質(zhì)。3、過濾速度的強(qiáng)化(1)降低料液黏度15二、過濾的分類◆1、根據(jù)推動(dòng)力的產(chǎn)生條件不同，過濾有（1）常壓過濾(重力過濾)（2）加壓過濾（3）減壓過濾(真空過濾)（4）離心過濾◆2、依據(jù)過濾過程中固體顆粒截留機(jī)理不同分為：深層介質(zhì)過濾，絕對(duì)過濾；◆3、據(jù)過濾操作方式不同分為：間歇過濾，連續(xù)過濾?！⑦^濾的分類◆1、根據(jù)推動(dòng)力的產(chǎn)生條件不同，過濾有16(1)常壓過濾(重力過濾)

:以液位差為推動(dòng)力的過濾?！魧?shí)驗(yàn)室常用的濾紙過濾以及生產(chǎn)中使用的吊籃或吊袋過濾都屬于常壓過濾?！?1)常壓過濾(重力過濾):17(2)加壓過濾:以壓力泵或壓縮空氣產(chǎn)生的壓力為推動(dòng)力?！羯a(chǎn)中常用各式壓濾機(jī)進(jìn)行加壓過濾。◆添加助濾劑、降低懸浮液粘度、適當(dāng)提高溫度等措施，均有利于加快過濾速度和提高分離效果。※(2)加壓過濾:18加壓過濾用壓力泵或壓縮空氣作過濾動(dòng)力?！锛訅哼^濾19(3)減壓過濾(真空過濾)

:又稱為真空過濾或抽濾，是通過在過濾介質(zhì)的下方抽真空的方法，以增加過濾介質(zhì)上下方之間的壓力差，推動(dòng)液體通過過濾介質(zhì)，而把大顆粒截留的過濾方法◆實(shí)驗(yàn)室常用的抽濾瓶和生產(chǎn)中使用的各種真空抽濾機(jī)均屬于此類?！魷p壓過濾需要配備有抽真空系統(tǒng)。由于壓力差最高不超過0.1MPa，多用于粘性不大的物料的過濾?！?3)減壓過濾(真空過濾):20減壓過濾示意圖減壓過濾示意圖21（4）離心過濾由離心機(jī)所產(chǎn)生的離心力作為料液的推動(dòng)力。（4）離心過濾22過濾介質(zhì)起過濾作用，還是濾餅的支撐物。應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和盡可能小的流動(dòng)阻力。合理選擇過濾介質(zhì)：過濾介質(zhì)所能截留的固體粒子大?。和ǔＲ赃^濾介質(zhì)的孔徑表示。常用的過濾介質(zhì)中，纖維濾布所能截留的最小粒子約10μm，硅藻土為lμm，超濾膜可小于0.5μm。過濾介質(zhì)的透過性：是指在一定的壓力差下，單位時(shí)間單位過濾面積上通過濾液的體積量，它取決于過濾介質(zhì)上毛細(xì)孔徑的大小及數(shù)目。三、過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)起過濾作用，還是濾餅的支撐物。應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和231、過濾介質(zhì)-織物介質(zhì)又稱濾布，應(yīng)用最廣泛，包括由棉、麻等天然纖維濾布和合成纖維濾布。其過濾性能受許多因素的影響，其中最重要的是纖維的特性、編織紋法和線型。

最高溫度℃密度(kg／m3)吸水率％耐磨棉尼綸滌綸92105—12014515511413816-226.5-8.30.04-0.08良優(yōu)優(yōu)

濾

液澄清度阻力濾餅中含

水濾餅脫落壽命堵孔傾向平紋斜紋緞紋依次降依次降依次減依次易中長(zhǎng)短依次易1、過濾介質(zhì)-織物介質(zhì)又稱濾布，應(yīng)用最廣泛，包括由棉、麻等天242、過濾介質(zhì)-粒狀介質(zhì)有硅藻土、珍珠巖粉、細(xì)砂、活性炭、白土等。最常用的是硅藻土，是優(yōu)良的過濾介質(zhì)：①一般不與酸堿反應(yīng)，化學(xué)性能穩(wěn)定；②形狀不規(guī)則，空隙大且多孔，具有很大的吸附表面；③無毒且不可壓縮，形成的過濾層阻力不隨操作壓力變化。硅藻土過濾介質(zhì)通常有三種用法：（1）作為深層過濾介質(zhì)。硅藻土過濾層具有曲折的毛細(xì)孔道，借篩分、吸附和深層效應(yīng)作用除去懸浮液中的固體粒子，截留效果可達(dá)到1μm。（2）作為預(yù)涂層。在支持介質(zhì)的表面上預(yù)先形成一層較薄的硅藻土預(yù)涂層，用以保護(hù)支持介質(zhì)的毛細(xì)孔道不被濾餅層中的固體粒子堵塞。（3）用作助濾劑。2、過濾介質(zhì)-粒狀介質(zhì)有硅藻土、珍珠巖粉、細(xì)砂、活性炭、白土253、過濾介質(zhì)-多孔固體介質(zhì)

如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等，可加工成板狀或管狀，孔隙很小且耐腐蝕，常用于過濾含有少量微粒的懸浮液。3、過濾介質(zhì)-多孔固體介質(zhì)26四、過濾設(shè)備2、典型過濾設(shè)備：1、按操作方式分類：間歇過濾機(jī)、連續(xù)過濾機(jī)1）板框過濾機(jī)（間歇操作）2）真空轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)（連續(xù)操作）3）離心過濾機(jī)4）硅藻土過濾機(jī)5）錯(cuò)流過濾6）實(shí)驗(yàn)室用抽濾裝置四、過濾設(shè)備2、典型過濾設(shè)備：1、按操作方式分類：間歇過濾機(jī)271）板框過濾機(jī)

plateandframefilter

板框過濾機(jī)的過濾推動(dòng)力來自泵產(chǎn)生的液壓或進(jìn)料貯槽中的氣壓。廣泛應(yīng)用于培養(yǎng)基制備的過濾及霉菌、放線菌、酵母菌和細(xì)菌等多種發(fā)酵液的固液分離。適合于固體含量1-10%的懸浮液的分離。

1）板框過濾機(jī)

plateandframefilter28第三章固液分離技術(shù)(第一節(jié)過濾技術(shù))調(diào)整se課件29板框過濾機(jī)包括板和框，多做成正方形，角端均開有小孔，裝合壓緊后即構(gòu)成供濾漿或洗水流通的孔道?？虻膬蓚?cè)覆以濾布，空框與濾布圍成了容納濾漿及濾餅的空間，濾板用以支撐濾布并提供濾液流出的通道。板框過濾機(jī)包括板和框，多做成正方形，角端均開有小孔，裝合壓緊30板框過濾機(jī)板框過濾機(jī)31板框式過濾機(jī)在過濾時(shí)，懸浮液由離心泵或齒輪泵經(jīng)濾漿通道打人框內(nèi)，，濾液穿過濾框兩側(cè)濾布，沿相鄰濾板溝槽流至濾液出口，固體則被截留于框內(nèi)形成濾餅。濾餅充滿濾框后停止過濾。板框式過濾機(jī)在過濾時(shí)，懸浮液由離心泵或齒輪泵經(jīng)濾漿通道打人框32板框過濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)過濾面積大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，動(dòng)力消耗少，對(duì)不同過濾特性的發(fā)酵液適應(yīng)性強(qiáng)。它最重要的特征是通過過濾介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的壓力降可以超過0.1MPa,這是真空過濾器無法達(dá)到的。缺點(diǎn)不能連續(xù)操作，設(shè)備笨重，勞動(dòng)強(qiáng)度大，衛(wèi)生條件差，非過濾的輔助時(shí)間較長(zhǎng)。板框過濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)過濾面積大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，動(dòng)力消耗少，對(duì)不33自動(dòng)板框式過濾機(jī)自動(dòng)板框過濾機(jī)在板框壓緊；卸餅、清洗等操作中可自動(dòng)完成，勞動(dòng)強(qiáng)度小，輔助操作時(shí)間短。

自動(dòng)過濾機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，在一定程度上限制了它的應(yīng)用和發(fā)展。自動(dòng)板框式過濾機(jī)自動(dòng)板框過濾機(jī)在板框壓緊；卸餅、清洗等操作中342）真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)（rotary-drumvacuumfilter）真空過濾設(shè)備以大氣與真空之間的壓力差作為過濾操作的推動(dòng)力。生物工業(yè)中，用得較多的是轉(zhuǎn)筒式真空過濾機(jī)和帶式真空過濾機(jī)。轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)是一種連續(xù)操作的過濾設(shè)備，設(shè)備的主體是一個(gè)由篩板組成能轉(zhuǎn)動(dòng)的水平圓筒，表面有一層金屬絲網(wǎng)，網(wǎng)上覆蓋濾布,圓筒內(nèi)沿徑向被筋板分隔成若干個(gè)空間。2）真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)（rotary-drumvacuumf35第三章固液分離技術(shù)(第一節(jié)過濾技術(shù))調(diào)整se課件36真空轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)筒，扇形格(18格)；

濾室；分配頭；動(dòng)盤(18個(gè)孔，分別與扇形格的18個(gè)通道相連)；定盤(三個(gè)凹槽：濾液真空凹槽、洗水真空凹槽、壓縮空氣凹槽，分別將動(dòng)盤的18個(gè)孔道分成三個(gè)通道)；

濾漿槽。工作過程真空轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)筒，扇形格(18格)；工作過程37轉(zhuǎn)筒下部浸入濾漿槽中，浸沒角約90度-130度，圓筒緩慢旋轉(zhuǎn)時(shí)(轉(zhuǎn)速約0.5-2r／min)，筒內(nèi)每一空間相繼與分配頭中的3個(gè)室相通，可順序進(jìn)行過濾、洗滌、吸干、吹松、卸餅等項(xiàng)操作。即整個(gè)圓筒分為過濾區(qū)、洗滌及脫水區(qū)，卸渣及再生區(qū)3個(gè)區(qū)域。轉(zhuǎn)筒下部浸入濾漿槽中，浸沒角約90度-130度，圓筒緩慢旋轉(zhuǎn)38

DryWashImmersionRotationKnifeCakeFeed真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)

DryWashImmersionRotationKnife39真空轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)：真空轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)可吸濾、洗滌、卸餅、再生連續(xù)化操作，生產(chǎn)能力大，勞動(dòng)強(qiáng)度小，缺點(diǎn)：輔助設(shè)備多，投資大，且由于真空過濾，推動(dòng)力?。ú怀^8×104Pa），濾餅濕度大（20％～30％）。主要適用霉菌發(fā)酵液，對(duì)菌體細(xì)小、黏度大鋪助濾劑。對(duì)于濾餅阻力較大的物料適應(yīng)能力較差。真空轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)：40帶式真空過濾機(jī)帶式真空過濾機(jī)（是自動(dòng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、并能按工藝要求進(jìn)行無級(jí)調(diào)速以及操作方便和動(dòng)力消耗低的一種新型高效的脫水設(shè)備。帶式真空過濾機(jī)帶式真空過濾機(jī)（是自動(dòng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、并能按工藝要求41帶式真空過濾機(jī)流程1、進(jìn)料→過濾→濾餅洗滌→吸干→卸料→濾布清洗連續(xù)進(jìn)行，配有PLC控制，自動(dòng)化程度高。

2、真空過濾盤分段設(shè)計(jì)，可滿足不同物料過濾、洗滌、吸干的工藝要求，濾帶運(yùn)行速度采用變頻無級(jí)調(diào)速，對(duì)不同物料有廣泛的適應(yīng)性。

3、在同一設(shè)備上可采用多次逆流洗滌得到高濃度的濾液，也可采用并流洗滌或順流洗滌獲得高純度的濾餅。帶式真空過濾機(jī)流程1、進(jìn)料→過濾→濾餅洗滌→吸干→卸料→濾布42結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)鼓濾餅濾布濾網(wǎng)離心過濾機(jī)工作原理圖轉(zhuǎn)鼓(上有小孔，亦稱懸框)；濾網(wǎng)；濾布；機(jī)架。原理：

由于離心力作用，液體產(chǎn)生徑向壓差，通過濾餅、濾網(wǎng)及濾筐而流出。3）離心過濾機(jī)（centrifugalfilter）結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)鼓濾餅濾布濾網(wǎng)離心過濾機(jī)工作原理圖轉(zhuǎn)鼓(上有小孔，亦43設(shè)備主要結(jié)構(gòu)過程特點(diǎn)適用性板框過濾機(jī)濾板/濾框/夾緊機(jī)構(gòu)/機(jī)架裝合過濾洗滌卸渣整理加壓過濾，推動(dòng)力較大結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低；過濾面積大，能耗少；間歇操作；洗滌時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。應(yīng)用廣泛。對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)轉(zhuǎn)筒(濾網(wǎng)、濾布)/分配頭、濾漿槽過濾洗滌吹干卸渣連續(xù)化生產(chǎn)，自動(dòng)化程度高真空過濾，推動(dòng)力較??；，濾餅濕度大，設(shè)備投資高適于粒度中等，粘度不太大的物料離心過濾機(jī)轉(zhuǎn)鼓(濾網(wǎng)、濾布)/機(jī)架過濾洗滌卸渣離心過濾，推動(dòng)力最大；濾液濕度小，設(shè)備成本高，應(yīng)用廣泛，過濾面積小。幾種過濾設(shè)備的比較設(shè)備主要結(jié)構(gòu)過程特點(diǎn)適用性板框過濾機(jī)濾板/濾框/夾緊機(jī)構(gòu)/機(jī)444）硅藻土過濾機(jī)diatomitefilter硅藻土中的硅藻有許多不同的形狀，由于硅藻土具有細(xì)膩、松散、質(zhì)輕、多孔、吸水和滲透性強(qiáng)的特性，所以它是一種性能優(yōu)良的工業(yè)濾劑。硅藻土過濾是以硅藻土作為過濾介質(zhì)，它是一種預(yù)涂型過濾器，預(yù)涂、過濾、反沖洗是硅藻土過濾的一般工藝過程。在釀造、飲料、酒類和水處理等方面得到廣泛應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)主要用于酒類和飲料過濾

4）硅藻土過濾機(jī)diatomitefilter硅藻土中的45硅藻硅藻46硅藻土過濾機(jī)硅藻土過濾機(jī)47又稱切向流過濾（Cross-FlowFiltration）傳統(tǒng)過濾時(shí)過濾液體垂直于過濾介質(zhì)，過濾阻力主要來之濾餅。錯(cuò)流過濾打破了傳統(tǒng)過濾的機(jī)制，即液體的流向和濾膜相切。在壓力推動(dòng)下，懸浮液以高速在管狀濾膜的內(nèi)壁作切向流動(dòng)，利用流動(dòng)的剪切作用將過濾介質(zhì)表面的固體（濾餅）移走，而附著在濾膜上的濾餅很薄，因而能在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定不變的過濾速度5）錯(cuò)流過濾又稱切向流過濾（Cross-FlowFiltration）48微濾過程示意圖,料液快速經(jīng)過薄膜,以減少形成濾餅錯(cuò)流過濾微濾過程示意圖,料液快速經(jīng)過薄膜,以減少形成濾餅錯(cuò)流過49朗極化工公司膜澄清過濾和膜濃縮的“錯(cuò)流過濾系統(tǒng)”

陶瓷膜錯(cuò)流過濾朗極化工公司膜澄清過濾和膜濃縮的“錯(cuò)流過濾系統(tǒng)”錯(cuò)流過50錯(cuò)流過濾特點(diǎn)收率高（97-98%）質(zhì)量好減少處理步聚染菌罐也能進(jìn)行處理介質(zhì)阻力大不能得到干濾餅需要大的膜面積目前適用于小分子的分離錯(cuò)流過濾特點(diǎn)收率高（97-98%）516）實(shí)驗(yàn)室用抽濾裝置6）實(shí)驗(yàn)室用抽濾裝置52五、影響過濾速度的主要因素1、料液的理化性質(zhì)料液黏度越大、料液中固形物顆粒越小、形成的濾餅越易壓縮，則過濾速度越慢?？刹扇〖尤胫鸀V劑來解決。2、過濾工藝條件恒速過濾：隨著濾餅加厚要不斷加壓；恒壓過濾：隨著濾餅加厚過濾速度漸減。五、影響過濾速度的主要因素53第二節(jié)離心技術(shù)第二節(jié)離心技術(shù)54ENDEND55生物分離技術(shù)

生物分離技術(shù)56第三章

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固液分離技術(shù)

57固液分離發(fā)酵液或其他細(xì)胞懸浮液胞外上清液/濾液預(yù)處理提取生化物質(zhì)的第一步，分兩部分：胞內(nèi)富集細(xì)胞固液分離發(fā)酵液或胞外預(yù)處理提取生化物質(zhì)的第一步，分兩部分：胞58固液分離：是將固液多相混合體系中固體（細(xì)胞、菌體、細(xì)胞碎片及沉淀或結(jié)晶等）與液體分離開來的技術(shù)。固液分離：59影響原料液固液分離的因素1）原料液(發(fā)酵液)中懸浮粒子的大小影響原料液固液分離的因素1）原料液(發(fā)酵液)中懸浮粒子的大小602）原料液(發(fā)酵液)的黏度viscosity

：固液分離速度通常與粘度成反比，粘度越大，固液分離越困難。影響粘度的因素：菌體的種類和濃度（重要因素），通常絲狀菌、動(dòng)物或植物細(xì)胞懸浮液粘度較大，濃度增大，粘度也提高。培養(yǎng)液中蛋白質(zhì)、核酸大量存在：通常細(xì)胞破碎或細(xì)胞自溶后粘度增大。因此細(xì)胞破碎的程度應(yīng)控制，發(fā)酵放罐時(shí)間要適宜。培養(yǎng)基成分：如用黃豆粉、花生粉作氮源，淀粉作碳源，粘度都會(huì)升高。發(fā)酵過程的不正常處理，如大量過剩的培養(yǎng)基和消沫油加入，都會(huì)使粘度增大。2）原料液(發(fā)酵液)的黏度viscosity：61收集胞內(nèi)產(chǎn)物的細(xì)胞或菌體，分離除去液相，收集含生化物質(zhì)的液相，分離除去固體懸浮物（細(xì)胞、菌體、細(xì)胞碎片、蛋白質(zhì)的沉淀物和它們的絮凝體等）。固液分離的目的包括兩方面：收集胞內(nèi)產(chǎn)物的細(xì)胞或菌體，分離除去液相，固液分離的目的包括兩62固液分離方法第一節(jié)過濾技術(shù)第二節(jié)離心技術(shù)★固液分離方法第一節(jié)過濾技術(shù)63第一節(jié)過濾技術(shù)一、概述(概念與原理)二、過濾的分類三、過濾介質(zhì)四、過濾設(shè)備五、影響過濾速度的主要因素第一節(jié)過濾技術(shù)一、概述(概念與原理)64一、過濾(filtration)概述(概念與原理)1、過濾(概念)：是借助于過濾介質(zhì)，在一定的外力作用下，使懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固液分離的技術(shù)過程。2、原理——篩分過濾介質(zhì)filtermedium

:過濾采用的多孔物質(zhì)；濾漿filterpulp

:所處理的懸浮液；濾液filtrate

:通過多孔通道的液體；濾餅或?yàn)V渣filtercake:被截留的固體物質(zhì)。一、過濾(filtration)概述(概念與原理)1、過65◆過濾介質(zhì)常用的有濾紙、濾布、纖維、多孔陶瓷、燒結(jié)金屬和各種高分子膜等。※◆過濾介質(zhì)常用的有濾紙、濾布、纖維、多孔陶瓷、燒結(jié)金屬和各種66

濾餅傳統(tǒng)的過濾

濾餅傳統(tǒng)的過濾67濾餅過濾：當(dāng)懸浮液通過濾布時(shí)，固體顆粒被濾布阻攔而逐漸形成濾餅（濾渣）。在濾餅過濾中，當(dāng)濾餅至一定厚度時(shí)即起主要的過濾作用適合于固體含量大于0.1%的懸浮液的過濾分離。濾餅過濾：當(dāng)懸浮液通過濾布時(shí)，固體顆粒被濾布阻攔而逐漸形成濾68過濾推動(dòng)力：懸浮液自身壓強(qiáng)差、重力懸浮液的—外加壓力過濾介質(zhì)的—抽真空離心力過濾阻力：介質(zhì)阻力：濾餅阻力:濾餅厚度：隨過濾進(jìn)行而增加濾餅特性：顆粒形狀、大小。過濾推動(dòng)力：693、過濾速度的強(qiáng)化(1)降低料液黏度

黏度愈低，過濾阻力愈小。加熱、去雜蛋白、絮凝、調(diào)PH。(2)降低懸浮液中懸浮固體的濃度過濾速度與獲得濾餅體積成反比。因此應(yīng)盡可能降低培養(yǎng)基配料濃度（如玉米粉、豆餅粉的濃度）。(3)對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理，改善濾液性質(zhì)。3、過濾速度的強(qiáng)化(1)降低料液黏度70二、過濾的分類◆1、根據(jù)推動(dòng)力的產(chǎn)生條件不同，過濾有（1）常壓過濾(重力過濾)（2）加壓過濾（3）減壓過濾(真空過濾)（4）離心過濾◆2、依據(jù)過濾過程中固體顆粒截留機(jī)理不同分為：深層介質(zhì)過濾，絕對(duì)過濾；◆3、據(jù)過濾操作方式不同分為：間歇過濾，連續(xù)過濾。※二、過濾的分類◆1、根據(jù)推動(dòng)力的產(chǎn)生條件不同，過濾有71(1)常壓過濾(重力過濾)

:以液位差為推動(dòng)力的過濾?！魧?shí)驗(yàn)室常用的濾紙過濾以及生產(chǎn)中使用的吊籃或吊袋過濾都屬于常壓過濾?！?1)常壓過濾(重力過濾):72(2)加壓過濾:以壓力泵或壓縮空氣產(chǎn)生的壓力為推動(dòng)力?！羯a(chǎn)中常用各式壓濾機(jī)進(jìn)行加壓過濾?！籼砑又鸀V劑、降低懸浮液粘度、適當(dāng)提高溫度等措施，均有利于加快過濾速度和提高分離效果?！?2)加壓過濾:73加壓過濾用壓力泵或壓縮空氣作過濾動(dòng)力。★加壓過濾74(3)減壓過濾(真空過濾)

:又稱為真空過濾或抽濾，是通過在過濾介質(zhì)的下方抽真空的方法，以增加過濾介質(zhì)上下方之間的壓力差，推動(dòng)液體通過過濾介質(zhì)，而把大顆粒截留的過濾方法◆實(shí)驗(yàn)室常用的抽濾瓶和生產(chǎn)中使用的各種真空抽濾機(jī)均屬于此類?！魷p壓過濾需要配備有抽真空系統(tǒng)。由于壓力差最高不超過0.1MPa，多用于粘性不大的物料的過濾。※(3)減壓過濾(真空過濾):75減壓過濾示意圖減壓過濾示意圖76（4）離心過濾由離心機(jī)所產(chǎn)生的離心力作為料液的推動(dòng)力。（4）離心過濾77過濾介質(zhì)起過濾作用，還是濾餅的支撐物。應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和盡可能小的流動(dòng)阻力。合理選擇過濾介質(zhì)：過濾介質(zhì)所能截留的固體粒子大小：通常以過濾介質(zhì)的孔徑表示。常用的過濾介質(zhì)中，纖維濾布所能截留的最小粒子約10μm，硅藻土為lμm，超濾膜可小于0.5μm。過濾介質(zhì)的透過性：是指在一定的壓力差下，單位時(shí)間單位過濾面積上通過濾液的體積量，它取決于過濾介質(zhì)上毛細(xì)孔徑的大小及數(shù)目。三、過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)起過濾作用，還是濾餅的支撐物。應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和781、過濾介質(zhì)-織物介質(zhì)又稱濾布，應(yīng)用最廣泛，包括由棉、麻等天然纖維濾布和合成纖維濾布。其過濾性能受許多因素的影響，其中最重要的是纖維的特性、編織紋法和線型。

最高溫度℃密度(kg／m3)吸水率％耐磨棉尼綸滌綸92105—12014515511413816-226.5-8.30.04-0.08良優(yōu)優(yōu)

濾

液澄清度阻力濾餅中含

水濾餅脫落壽命堵孔傾向平紋斜紋緞紋依次降依次降依次減依次易中長(zhǎng)短依次易1、過濾介質(zhì)-織物介質(zhì)又稱濾布，應(yīng)用最廣泛，包括由棉、麻等天792、過濾介質(zhì)-粒狀介質(zhì)有硅藻土、珍珠巖粉、細(xì)砂、活性炭、白土等。最常用的是硅藻土，是優(yōu)良的過濾介質(zhì)：①一般不與酸堿反應(yīng)，化學(xué)性能穩(wěn)定；②形狀不規(guī)則，空隙大且多孔，具有很大的吸附表面；③無毒且不可壓縮，形成的過濾層阻力不隨操作壓力變化。硅藻土過濾介質(zhì)通常有三種用法：（1）作為深層過濾介質(zhì)。硅藻土過濾層具有曲折的毛細(xì)孔道，借篩分、吸附和深層效應(yīng)作用除去懸浮液中的固體粒子，截留效果可達(dá)到1μm。（2）作為預(yù)涂層。在支持介質(zhì)的表面上預(yù)先形成一層較薄的硅藻土預(yù)涂層，用以保護(hù)支持介質(zhì)的毛細(xì)孔道不被濾餅層中的固體粒子堵塞。（3）用作助濾劑。2、過濾介質(zhì)-粒狀介質(zhì)有硅藻土、珍珠巖粉、細(xì)砂、活性炭、白土803、過濾介質(zhì)-多孔固體介質(zhì)

如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等，可加工成板狀或管狀，孔隙很小且耐腐蝕，常用于過濾含有少量微粒的懸浮液。3、過濾介質(zhì)-多孔固體介質(zhì)81四、過濾設(shè)備2、典型過濾設(shè)備：1、按操作方式分類：間歇過濾機(jī)、連續(xù)過濾機(jī)1）板框過濾機(jī)（間歇操作）2）真空轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)（連續(xù)操作）3）離心過濾機(jī)4）硅藻土過濾機(jī)5）錯(cuò)流過濾6）實(shí)驗(yàn)室用抽濾裝置四、過濾設(shè)備2、典型過濾設(shè)備：1、按操作方式分類：間歇過濾機(jī)821）板框過濾機(jī)

plateandframefilter

板框過濾機(jī)的過濾推動(dòng)力來自泵產(chǎn)生的液壓或進(jìn)料貯槽中的氣壓。廣泛應(yīng)用于培養(yǎng)基制備的過濾及霉菌、放線菌、酵母菌和細(xì)菌等多種發(fā)酵液的固液分離。適合于固體含量1-10%的懸浮液的分離。

1）板框過濾機(jī)

plateandframefilter83第三章固液分離技術(shù)(第一節(jié)過濾技術(shù))調(diào)整se課件84板框過濾機(jī)包括板和框，多做成正方形，角端均開有小孔，裝合壓緊后即構(gòu)成供濾漿或洗水流通的孔道。框的兩側(cè)覆以濾布，空框與濾布圍成了容納濾漿及濾餅的空間，濾板用以支撐濾布并提供濾液流出的通道。板框過濾機(jī)包括板和框，多做成正方形，角端均開有小孔，裝合壓緊85板框過濾機(jī)板框過濾機(jī)86板框式過濾機(jī)在過濾時(shí)，懸浮液由離心泵或齒輪泵經(jīng)濾漿通道打人框內(nèi)，，濾液穿過濾框兩側(cè)濾布，沿相鄰濾板溝槽流至濾液出口，固體則被截留于框內(nèi)形成濾餅。濾餅充滿濾框后停止過濾。板框式過濾機(jī)在過濾時(shí)，懸浮液由離心泵或齒輪泵經(jīng)濾漿通道打人框87板框過濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)過濾面積大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，動(dòng)力消耗少，對(duì)不同過濾特性的發(fā)酵液適應(yīng)性強(qiáng)。它最重要的特征是通過過濾介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的壓力降可以超過0.1MPa,這是真空過濾器無法達(dá)到的。缺點(diǎn)不能連續(xù)操作，設(shè)備笨重，勞動(dòng)強(qiáng)度大，衛(wèi)生條件差，非過濾的輔助時(shí)間較長(zhǎng)。板框過濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)過濾面積大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，動(dòng)力消耗少，對(duì)不88自動(dòng)板框式過濾機(jī)自動(dòng)板框過濾機(jī)在板框壓緊；卸餅、清洗等操作中可自動(dòng)完成，勞動(dòng)強(qiáng)度小，輔助操作時(shí)間短。

自動(dòng)過濾機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，在一定程度上限制了它的應(yīng)用和發(fā)展。自動(dòng)板框式過濾機(jī)自動(dòng)板框過濾機(jī)在板框壓緊；卸餅、清洗等操作中892）真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)（rotary-drumvacuumfilter）真空過濾設(shè)備以大氣與真空之間的壓力差作為過濾操作的推動(dòng)力。生物工業(yè)中，用得較多的是轉(zhuǎn)筒式真空過濾機(jī)和帶式真空過濾機(jī)。轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)是一種連續(xù)操作的過濾設(shè)備，設(shè)備的主體是一個(gè)由篩板組成能轉(zhuǎn)動(dòng)的水平圓筒，表面有一層金屬絲網(wǎng)，網(wǎng)上覆蓋濾布,圓筒內(nèi)沿徑向被筋板分隔成若干個(gè)空間。2）真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)（rotary-drumvacuumf90第三章固液分離技術(shù)(第一節(jié)過濾技術(shù))調(diào)整se課件91真空轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)筒，扇形格(18格)；

濾室；分配頭；動(dòng)盤(18個(gè)孔，分別與扇形格的18個(gè)通道相連)；定盤(三個(gè)凹槽：濾液真空凹槽、洗水真空凹槽、壓縮空氣凹槽，分別將動(dòng)盤的18個(gè)孔道分成三個(gè)通道)；

濾漿槽。工作過程真空轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)筒，扇形格(18格)；工作過程92轉(zhuǎn)筒下部浸入濾漿槽中，浸沒角約90度-130度，圓筒緩慢旋轉(zhuǎn)時(shí)(轉(zhuǎn)速約0.5-2r／min)，筒內(nèi)每一空間相繼與分配頭中的3個(gè)室相通，可順序進(jìn)行過濾、洗滌、吸干、吹松、卸餅等項(xiàng)操作。即整個(gè)圓筒分為過濾區(qū)、洗滌及脫水區(qū)，卸渣及再生區(qū)3個(gè)區(qū)域。轉(zhuǎn)筒下部浸入濾漿槽中，浸沒角約90度-130度，圓筒緩慢旋轉(zhuǎn)93

DryWashImmersionRotationKnifeCakeFeed真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)

DryWashImmersionRotationKnife94真空轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)：真空轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)可吸濾、洗滌、卸餅、再生連續(xù)化操作，生產(chǎn)能力大，勞動(dòng)強(qiáng)度小，缺點(diǎn)：輔助設(shè)備多，投資大，且由于真空過濾，推動(dòng)力?。ú怀^8×104Pa），濾餅濕度大（20％～30％）。主要適用霉菌發(fā)酵液，對(duì)菌體細(xì)小、黏度大鋪助濾劑。對(duì)于濾餅阻力較大的物料適應(yīng)能力較差。真空轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)：95帶式真空過濾機(jī)帶式真空過濾機(jī)（是自動(dòng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、并能按工藝要求進(jìn)行無級(jí)調(diào)速以及操作方便和動(dòng)力消耗低的一種新型高效的脫水設(shè)備。帶式真空過濾機(jī)帶式真空過濾機(jī)（是自動(dòng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、并能按工藝要求96帶式真空過濾機(jī)流程1、進(jìn)料→過濾→濾餅洗滌→吸干→卸料→濾布清洗連續(xù)進(jìn)行，配有PLC控制，自動(dòng)化程度高。

2、真空過濾盤分段設(shè)計(jì)，可滿足不同物料過濾、洗滌、吸干的工藝要求，濾帶運(yùn)行速度采用變頻無級(jí)調(diào)速，對(duì)不同物料有廣泛的適應(yīng)性。

3、在同一設(shè)備上可采用多次逆流洗滌得到高濃度的濾液，也可采用并流洗滌或順流洗滌獲得高純度的濾餅。帶式真空過濾機(jī)流程1、進(jìn)料→過濾→濾餅洗滌→吸干→卸料→濾布97結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)鼓濾餅濾布濾網(wǎng)離心過濾機(jī)工作原理圖轉(zhuǎn)鼓(上有小孔，亦稱懸框)；濾網(wǎng)；濾布；機(jī)架。原理：

由于離心力作用，液體產(chǎn)生徑向壓差，通過濾餅、濾網(wǎng)及濾筐而流出。