生物分离工程第二章 过滤 PPT

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生物分离工程绪论幻灯片

生物分离工程绪论幻灯片

设计前应了解的信息
1)在设计前,首先要掌握的产物物化性质,主要包括:
(1)溶解度及影响因素,包括温度、pH值、有机溶剂和盐等; (2)分子量和分子形状。对于高分子物质非常有意义; (3)沸点和蒸汽压。对于热稳定的小分子物质非常有意义; (4)极性大小; (5)分子电荷及影响因素,包括pH值和盐等; (6)功能团。功能团为萃取剂和特异性吸附的选择提供依据; (7)稳定性及其影响因素,包括温度、pH值、毒性试剂等(如青霉素低pH
HowБайду номын сангаас?
3)避免相同原理的分离技术多次重复出现
比喻,分子筛和超滤技术按分子量大小分离,重复应用 两次以上,意义就不大了。
4)尽量减少新化合物进入待分离的溶液。
A)、引起新的化学污染;B)、蛋白质的变性失活
5)合理的分离步骤次序。
原则是:先低选择性,后高选择性;先高通量,后低通 量;先粗分,后精分;先低成本,后高成本。

❖ 毛忠贵. 生物工业下游技术. 中国轻工业 出版社,1999
考 ❖ 欧阳平凯、胡永红. 生物分离原理与技

术,化学工业出版社,1999 ❖ 刘茉娥. 膜分离技术. 化学工业出版社,
料 2000 ❖ 张镜澄. 超临界流体萃取. 化学工业出版 社,2000
❖ 膜科学与技术
❖ 化工进展
❖ 生物工程学报
其他代谢物(几百上千种)、培养基成分、无机盐等。 5)生物活性物质的稳定性低。易变质、易失活、易变性,对温度、
pH值、重金属离子、有机溶剂、剪切力、表面张力等非常敏感。 6)产品的质量要求高,尤其是药品等。成品青霉素对其强致敏原 -
--青霉噻唑蛋白必须控制RIA值(放射免疫测定)小于100(1.5*106),蛋白类药物(杂质<2%)、重组胰岛素(Humulin)中杂蛋白小 于0.01%。

生物分离工程第二章 过滤

生物分离工程第二章  过滤

filter
Flowsheet for continuous rotary vacuum filtration
wash sprays Air connection Continuos rotary filter Moisture trap cake
Wash water pump
30'
Dry vacuum pump Vacuum receivers Wash Filtrate Air out
Filtration separates solid from a liquid by forcing the liquid through a solid support or filter medium. This is a straightforward procedure for well defined crystals. 过滤是将料液通过固体支持或者过滤介质时,使得固 体物质从溶液中分离,对于好的定形的晶体,这是一 种最直接的步骤。
但对微小而形状多变的微生物细胞,发酵液和其它生
物溶液的过滤就变得复杂了 。
Generally, fermentation beers and other biological solutions are notoriously hard to filter. They are often hard to filter because
Polyacrylamides(聚丙烯酰胺) Polyethylenimines(聚乙烯亚胺) Polyamine derivatives(多聚胺衍生物)
3、Adsorption on Filter Aids 助滤剂上的吸附
(1)、Diatomaceous earths 硅藻土

生物分离工程 第二章

生物分离工程 第二章

细胞分离与破碎
(2)珠磨
影响因素:搅拌速度、停留时间、微珠粒径、细胞本身 适用对象:绝大多数微生物细胞
2
细胞分离与破碎
(3)喷雾撞击破碎
喷雾撞击破碎器结构简图
特点:细胞破碎程度均匀,可避免过度破碎,适用 于细胞器(线粒体、叶绿体等)的回收 适用对象:大多数微生物细胞和植物细胞
2
细胞分离与破碎
(4)超声波破碎 机理:在超声波作用下液体发生空化作用,空穴的 形成、增大和闭合产生极大的冲击波和剪切力,使细胞 破碎。 影响因素:细胞种类,细胞浓度,频率、功率 适用对象:多数微生物细胞
物理渗透法
(1)渗透压冲击法
(2)冻结-融化法
2
细胞分离与破碎
2.2.4 目标产物的选择性释放
细胞破碎的目的是使胞内的目标产物释放出来,以 进行进一步的分离纯化,因此,理想的破碎方法应当是
使目标产物尽可能多的释放出来,而杂质成分尽可能少 得释放。 ① 仅破坏或破碎目标产物的周围。
① 选择性溶解目标产物。
Rc
W
A
kp
m
一般需缓慢增大操作压力,最终操作压力不超过 0.3 ~ 0.4MPa。
2
细胞分离与破碎
2.1.3.2
过滤设备
工业上常用的过滤设备:加压叶滤机、板框过滤机、 转鼓真空过滤机。
加压叶滤机
转鼓真空过滤机
2
细胞分离与破碎
板框过滤机
2
细胞分离与破碎
2.2 细 胞 破 碎
2.2.1 细胞结构
不同生物细胞,其细胞结构差异很大。
2.2.2 细胞破碎和产物释放原理
摩擦力、撞击作用力、剪切力、化学溶解、酶解
渗透作用力等。

生物分离工程第二章PPT课件

生物分离工程第二章PPT课件
2. 操作中,根据实际物料的特点(目标产物和其他 组分的性质和相互作用等)、分离的目的和所需 分离的程度,选择适当的操作条件(离心转数和 时间),可使料液中的不同组分得到分级分离。
16
差 速 离 心
17
18
主要菌体和细胞的离心分离
菌体、细胞
大肠杆菌 酵母 血小板 红血球 淋巴球 肝细胞
大小/μm
51
高压匀浆法适用于酵母和大多数细菌细胞的 破碎,料液细胞浓度可达到20%左右。团状 和系状菌易造成高压匀浆器堵塞,一般不宜 使用高压匀浆法。高压匀浆操作的温度上升 约2~ 3℃/10MPa,为保护目标产物的生物 活性,需对料液作冷却处理,多级破碎操作 中需在级间设置冷却装置。因为料液通过匀 浆器的时间很短,通过匀浆器后迅速冷却, 可有效防止温度上升,保护产物活性。
(2)过滤阻力:
• 介质阻力 • 滤饼阻力
• 大多情况下,过滤阻力主要取决于滤饼 阻力。
33
(3)过滤速率
dQ dt
A p
L Rm Rc
Rm表示介质的阻力; Rc表示滤饼的阻力; μL为滤液的粘度
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(4)过滤速度的强化
a.降低滤饼阻力
• 如絮凝剂、凝固剂助滤剂等。
b.降低滤液黏度μ
• 黏度愈低,过滤阻力愈小。加热、去杂蛋白、絮凝、 调pH、选择合适的放罐时间。
过滤介质 : 过滤采用的多孔物质。
织物状介质,棉花、石棉、蚕丝、麻、
羊毛及各种人造纤维与金属丝等
多孔陶瓷介质,此为特殊的介质,低温
烧制,具有大量微细孔道的滤管或滤板 (其他多孔材料,PE等)
膜分离介质,微滤分离等
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(1)过滤推动力:
• 悬浮液自身压强差、重力 • 悬浮液的—外加压力 • 过滤介质的—抽真空 • 离心力

《分离工程第二章》课件

《分离工程第二章》课件
污水处理
通过分离工程中的技术手段,将污水中的悬浮物、油、重金属等污 染物进行分离和去除。
大气治理
通过分离工程中的技术手段,将大气中的颗粒物、有害气体等进行 分离和去除。
固废处理
在固废处理中,分离工程用于将固体废物中的不同组分进行分离和回 收。
食品工业领域
食品加工
在食品加工中,分离工程用于分离食品中的不同组分,如牛奶中 的奶油和脱脂品添加剂, 如味精、食用香精等。
食品安全检测
通过分离工程中的技术手段,对食品中的有害物质进行检测和分离 。
其他领域
制药工业
在制药工业中,分离工程用于分离和 纯化各种药物成分。
新能源领域
在新能源领域中,分离工程用于太阳 能电池板制造中的硅片切割和海水淡 化技术中的盐分去除。
脱水
将石油中的水分进行分离,以减少对设备和管道的腐蚀。
化工领域
化学反应
01
通过分离工程中的技术手段,实现化学反应的高效分离和产物
纯化。
精细化工
02
在精细化工中,分离工程用于分离高纯度的化学品,如染料、
农药、医药等。
合成气分离
03
将合成气中的不同组分进行分离,如一氧化碳、氢气、甲烷等

环境工程领域
环境工程
与环境工程学科的交叉融合,实现环保与分离工程的有机 结合。
感谢观看
THANKS
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
分离工程的特点
分离工程具有多样性、复杂性、 高效率和高精度等特点,能够实 现混合物中各组分的有效分离、 纯化和精制。
分离工程的重要性
分离工程在工业生产中的应用
分离工程广泛应用于化工、制药、食品、环保等领域,是实现物质分离纯化的 关键技术之一。

生物分离工程第二章过滤详解

生物分离工程第二章过滤详解

Simple electrolytes act by screening the electrostatic repulsion which commonly exists between colloidal particles. When this electrostatic repulsion is reduced, attractive London-vander waals forces predominate. The colloids can then coagulate as larger, dense particles which are more easily filtered. 简单电解质降低了胶体粒子间的排斥电位,从而使得范德华引力起 主导作用,聚合成较大的胶粒,粒子的密度越大,越易分离。
A Pretreatment 预处理
1、Heating 加热 2、Coagulation and flocculation 3、Adsorption on filter aids
凝聚和絮凝 助滤剂上的吸附
These treatments are also useful for
centrifugation and sedimentationmentation beers and other biological solutions are notoriously hard to filter. They are often hard to filter because of high non-Newtonian viscosity or highly compressible cakes. That is to say, we must modify these procedures for bioseparations. 一般,由于料液通常都是高的非牛顿粘度流体或者是高度可压缩滤饼, 发酵液和其它生物溶液是极其难以过滤的,也就是说,我们必须对这 些生物分离程序进行修改。

过滤PPT课件

过滤PPT课件


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(一) 慢滤池 慢滤池是最早出现的用于水处理的过滤设备,能有效地去除水的色度、嗅
和味。
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1.慢滤池的构造 慢滤池为一个长方形池子。
上部清水层 1.2~1.5m, 滤层: 0.8~1.0m,粒径0.3~1.0mm;承托层 :0.5m,粒 径1~32mm;集水系统 :0.8~1.0m。

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过滤过程
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1.过滤过程

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生物分离工程第章过滤

生物分离工程第章过滤
第三十页,编辑于星期五:十四点 五十六分。
2、滤饼的洗涤** a 回收滤饼中残留的滤液 ; b 除去滤饼中的可溶性杂质
所以在过滤操作结束时用某种液体对滤饼进行洗涤。
第三十一页,编辑于星期五:十四点 五十六分。
五. 过滤介质
(1) 定义:
过滤介质是一种多孔物质,它是滤饼的支承物,它应具有足够的机 械强度和尽可能小的流动阻力,过滤介质的孔道直径往往会大于悬浮 液中一部分颗粒的直径。
❖沉降和浮选:液体受限,颗粒自由运动
浮选;重力沉降;离心沉降
➢发酵液固液分离主要是离心分离和过滤**
第十九页,编辑于星期五:十四点 五十六分。
**
1.原理:
悬浮液通过过滤介质,固体颗粒与溶液分离
基本概念:
过滤介质:过滤操作中所采用的 多孔物质 ;
滤浆或料浆:过滤操作中所处理
的悬浮液 ; 滤液:通过介质孔道流出的液体; 滤饼:被过滤介质截留的固体物
聚沉能力:聚沉值的倒数
阳离子聚沉能力:Al3+> Fe3+> H+> Ca2+> Mg2+> K+> Na+>
Li+ **
常用电解质:硫酸铝,氧化铝,三氯化铁等。 **
第七页,编辑于星期五:十四点 五十六分。
2.絮凝: **
在某些高分子物质的作用下,基于架桥作用使 胶粒形成较大凝聚团的过程。絮凝成10mm大小块状
第二十六页,编辑于星期五:十四点 五十六分。
饼层
第二十七页,编辑于星期五:十四点 五十六分。
2、深层过滤
(1) 定义: 当悬浮液中固体颗粒的百分数在0.1%以下且固体 颗粒的粒度很小时,若以小而坚硬的固体颗粒堆积生成的固定 床作为过滤介质,将悬浮于液体中的固体颗粒截留在床层内部 且过滤介质表面不生成滤饼的过滤称为深层过滤。

生物分离工程 第2章.过滤设备

生物分离工程 第2章.过滤设备

发酵液的预处理和固液分离
发酵液的固液分离
碟片式离心机

人工排渣的碟片离心机 喷嘴排渣的碟片离心机 活门(活塞)排渣的碟片离心机 活门排渣的喷嘴碟片式离心机(这是近年来开发的机 型,它和相同直径的活塞机相似,其速度可增加 23%~30%,故可使分离因素达15000 左右,该机型可用 于酶制剂,疫苗和胰岛素生产中分离物的澄清,醇的 生产中细菌的采集以及r-DNA中采集和澄清。
/jpkc/bbs
发酵液的预处理和固液分离
全发酵液提取
扩张床的操作按顺序(见下图)可分为五个部分:(1)平衡 (equlibration)、(2)吸附(adsorption)、(3)冲洗 (washing)、(4)洗脱(elution)和(5)在位清洗,(clean in place, CIP)。
发酵液的预处理和固液分离
发酵液的固液分离
管式离心机
管式离心机:分为液-液分离的连续式管式离心机和

液固分离的间歇式管式离心机。 结构简单 转速很高 有利于蛋白质的分离 间歇操作
/jpkc/bbs
发酵液的预处理和固液分离
发酵液的固液分离
/jpkc/bbs
发酵液的预处理和固液分离
全发酵液提取

扩张床吸附技术
扩张床(Expanded bed)亦称膨胀床是发展 中的吸附分离技术。九十年代初,英国剑桥大学的 H.A.Chase等通过对吸附剂本身物理性质的改进及对层 析柱和流体分布器的精心设计,得到了稳定、返混小 的扩张床。 扩张床吸附集澄清、浓缩和初步纯化于一体的分 离纯化技术。可以减少离心或过滤等单元操作步骤, 节约操作周期。提高目标产物的收率,降低了分离纯 化的成本,被称为近几十年来出现的第一个新的单元 操作。随着商业化吸附剂和装置的出现,愈来愈多地 引起人们的兴趣和关注。

医学课件第二篇第二章过滤离心与膜分离设备

医学课件第二篇第二章过滤离心与膜分离设备
絮凝剂有聚丙烯酰胺、甲壳质、海藻酸 盐凝胶、聚合铝盐、聚合铁盐、CaHPO4等。
发 酵 液 中 加 CaCl2 和 Na2HPO4 , 立 即 产 生庞大的凝胶状沉淀CaHPO4。 影响高分子絮凝剂使用效果的因素:
1)添加浓度 2)pH值
CaHPO4>1% 中性
3)搅拌速度
絮凝前提是絮凝剂与悬浮液中的粒子充
分接触,因此必须有搅拌,但絮凝物沉淀通 常很脆弱,过分搅拌易使絮状物破碎。
2.添加助滤剂 助滤剂:多为较大比表面积的粉末物质,有硅
藻土、活性炭、石英砂、石棉粉、棉花、炉渣、白 土等。
助滤剂的作用:
1)通过凹凸表面吸附悬浮固形物。 2)作为悬浮固形物的载体,均匀分布于滤饼中, 相应地改变了滤饼结构,滤饼可压缩性下降了,降 低了过滤阻力。
代号后的数字表示过滤面积、滤框规格及框厚度。
如BMY60/810-25表示 明流、液压压紧板框压滤机,过滤面积60m2, 内框尺寸810×810mm,框厚为25mm。
3.板式压滤机
4.硅藻土过滤机 特点:金属丝网支撑、硅藻土作预涂层。
5.自动板框压滤机
6.转筒真空过滤机
7.小型过滤实验装置 1)布氏漏斗过滤装置 2)小型滤叶过滤装置
深层过滤
首先在待过滤液体中加入一定量的助滤 剂,液体中悬浮的固形物质被吸附在滤布 或助滤剂表面上,液体则被过滤掉。
过滤速度:
一、降低滤饼比阻力r0 滤饼比阻力:是滤液通过1m厚的均匀滤饼
层的阻力,1/m。
d――滤饼层毛细孔径; n――单位面积滤饼层毛细孔的数目; a――毛细孔的弯曲因子。 增大毛细孔的直径、减少弯曲因子有助于降低
第二节 过滤设备
按工作压力分: 常压过滤设备 加压过滤设备 真空过滤设备
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(2)、Perlites 珍珠岩
The perlites are volcanic rock processed to yield an expanded form. 珍珠岩是处理过的膨胀火山岩。
Table 2.1. Typical properties of Filter Aids
B. General Theory for Filtration
Filtration separates solid from a liquid by forcing the liquid through a solid support or filter medium. This is a straightforward procedure for well defined crystals. 过滤是将料液通过固体支持或者过滤介质时,使得固 体物质从溶液中分离,对于好的定形的晶体,这是一 种最直接的步骤。
Darcy定律把流速与通过固体多孔床产生的压降联系起来。
v=k△P/μl
(2.1)
v directly proportional to △P
流速正比于压降
v inversely proportional to l/k
流速反比于阻力l/k
v is the velocity of the liquid v – 流体流速 k : proportionality constant, usually called the Darcy’s law permeability of the bed k-比例常数,通常叫达西方程参数 △P: the pressure drop across the bed of thickness △P-通过厚度为l的床产生的压降 μ: viscosity of the liquid μ-液体粘度
Synthetic polyelectrolytes added as pretreatments can both reduce electrostatic repulsion and adsorb on adjacent particles, forming bridges between them. As a result, the colloidal particles flocculate as large, less dense aggregates which are more easily filtered. These polyelectrolytes can be anionic, cationic or nonionic. 预处理时加入合成聚合电解质既能降低排斥电位,又吸附了周围的微 粒,形成桥架作用,促使胶粒形成粗大,密度低的絮凝团。这些絮 凝团很容易被过滤得到。
pH 2.8
Filtrate Volume (cm3)
pH 3.8 600
pH 4.2 400
200
pH 4.6
0
0
6
12
18
Time (min)
The effect on filtrate volume of pH
pH值对过滤体积的影响
Filtrate Volume (cm3)
5% 3% 2%
However the small size of microorganisms make filtration of fermentation beers or other biological solutions considerably more complicated. 但对微小而形状多变的微生物细胞,发酵液和其它生 物溶液的过滤就变得复杂了 。
F lo w s h e e t fo r c o n tin u o u s ro ta ry v a c u u m filtra tio n
w a sh sp ra ys
A ir c o n n e c tio n C o n tin u o s ro ta ry filte r
M o is tu re tra p
· Darcy’s law holds only when Re<5
当Re<5时达西定律才成立 Re= dvρ/μ(1-ε)
d-particle size or pore diameter in the filter cake 滤饼粒子的大小或孔的直径
ε-the void fraction in the cake 滤饼空隙率 ρ-the liquid density 液体的密度 v is the velocity of the liquid 流体流速 Re – Reynolds number 雷诺准数
Polyacrylamides(聚丙烯酰胺)
Polyethylenimines(聚乙烯亚胺)
Polyamine derivatives(多聚胺衍生物)
3、Adsorption on Filter Aids 助滤剂上的吸附
(1)、Diatomaceous earths 硅藻土
Diatomaceous earths are the skeletal remains of the tiny aquatic plants deposited centuries ago. 硅藻土是百年前水生植物沉淀下来的遗骸。
1、Darcy’s Law 达西方程 2、Incompressible Cakes 不可压缩滤饼
t=(μαρo/(2△P))*(V/A)2 3、 Compressible cake 可压缩的滤饼
C Continuous Rotary Filter连续旋转式过滤机
D Equipment for Conventional Filtration 传统的 过滤设备
cake
W ash w a te r pum p
30'
W ash
V acuum re c e iv e rs
F iltra te
D ry vacuum pum p
A ir out
pum p
B a ro m e tric seal
F ig u re 2 .2 F lo w s h e e t fo r c o n tin u o u s ro ta ry v a c u u m filtra tio n
Now we turn to the mathematical description of filtration.
现在我们对过滤过程进行数学描述 。
Darcy方程--fluid mechanics for filtration Darcy’s law :
1、for incompressible cake, simplest case 适用于不可压缩和简单的可压缩滤饼
1、 Heating 加热
The simplest pretreatment and the least expensive method is to heat the feed. Such heating can not only improve the feed’s handling characteristics, but also may pasteurize it. The chief constraint of this approach is the thermal stability of the product. (lead to irreversible reaction). 最简单、最经济的预处理方法是加热,加热不仅可以增加 料液的操作特性,也可以对其进行灭菌。但加热变性的方 法只适合于对热稳定性的产物。
cake 滤饼
传统的过滤
Conventional filtration
filter filter filter
Conceptual representation of plate and frame filter filtrate
solids recovery upon backflush Figure2.1 Schematic respresentation ounddesr filter press
2、Coagulation and flocculation 凝聚和絮凝
The second pretreatment method is the addition of electrolytes to promote coagulation and flocculation in the initial solution. Useful agents rang from simple electrolytes through acids and bases to synthetic polyelectrolytes. 第二种预处理方法是通过电解质的加入促进原始溶液的 凝聚和絮凝,试剂有简单的电解质、酸、碱、合成的聚 合电解质。
2、for compressible cake, common for bio-separations 适用于可压缩滤饼,普遍使用于生物分离过程
Darcy’s law (达西定律)
Darcy’s law relates the flow rate through a porous bed of solids to the pressure drop causing that flow
A Pretreatment 预处理
1、Heating 加热 2、Coagulation and flocculation 3、Adsorption on filter aids
凝聚和絮凝 助滤剂上的吸附
These treatments are also useful for
centrifugation and sedimentation. 这些方法也适用于对于离心和沉淀过程。
Simple electrolytes act by screening the electrostatic repulsion which commonly exists between colloidal particles. When this electrostatic repulsion is reduced, attractive London-vander waals forces predominate. The colloids can then coagulate as larger, dense particles which are more easily filtered. 简单电解质降低了胶体粒子间的排斥电位,从而使得范德华引力起 主导作用,聚合成较大的胶粒,粒子的密度越大,越易分离。
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