固液分离总结

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硅藻土过滤是以硅藻 土作为过滤介质,在 酿造、饮料、酒类和 水处理等方面得到广 泛应用
硅藻土
硅藻土过滤机
6)错流过滤 又称切向流过滤 (Cross-
Flow Filtration)
在压力推动下,悬浮液以高速在管状滤膜的内壁作切 向流动,利用流动的剪切作用将过滤介质表面的固体 (滤饼)移走,而附着在滤膜上的滤饼很薄,因而能 在长时间内保持稳定不变的过滤速度
•板框式压滤机在过滤时,悬浮液由离心泵或齿轮 泵经滤浆通道打人框内,,滤液穿过滤框两侧滤 布,沿相邻滤板沟槽流至滤液出口,固体则被截 留于框内形成滤饼。滤饼充满滤框后停止过滤。
板框压滤机
优点
过滤面积大,结构简单,价格低,动力消耗 少, 对不同过滤特性的发酵液适应性强。 它最重要的特征是通过过滤介质时产生的压 力降可以 超过0.1MPa,这是真空过滤器无法达到的。
离心分离是基于固体颗粒和周围液体密度存在差 异,在离心场中使不同密度的固体颗粒加速沉降 的分离过程。
动植物细胞的收集、细胞碎片和沉淀的分离等常 用离心分离。
离心分离
优点: •分离速度快, •分离效率高、 •液相澄清度好; 缺点: •与过滤设备相比,设备投资高、 •能耗大、 •离心产生的固体浓缩物和过滤产生的浓缩不同。 通常情况下离心只能得到一种较为浓缩的悬浮液 或浆体。而过滤可获得的水分含量较低的滤饼。
滤饼湿度大(20%~30%)。 主要适用霉菌发酵液,对菌体细小、黏度大铺助
滤剂。对于滤饼阻力较大的物料适应能力较差。
带式真空过滤机
带式真空过滤机(是自动连续运转、并能 按工艺要求进行无级调速以及操作方便和 动力消耗低的一种新型高效的脱水设备。
4)离心过滤机(centrifugal filter)
靠挡板分布于鼓的四周,并使料液迅速达到与转鼓相同的角速度。 转鼓带动物料高速旋转,在离心力下,悬浮液沿转鼓内壁向上流动的,料
液在离心力场的作用下因其密度差的存在而分离。
澄清后的液相流动到转 鼓上部的排液口排出。 比重大的固体微粒逐渐 沉积在转鼓内壁形成沉 渣层,达到一定数量后, 停机人工清除。
是沿管子轴向移动 ❖样品便于收集 ❖但转头结构复杂, ❖最高转速相对要低
平抛式离心机转子
3)管式离心机(tubular-bowl centrifuge)
管式离心机具有一个细长 而高速旋转的转鼓,
转鼓内装有纵向平板, 其下部有进料口。上部两
侧有重液相和轻液相出口。
管式离心机
待处理的物料在一定压力(3×104 Pa左右)下由进料管经底部空心轴进 入鼓内,
➢结构:
转鼓(上有小孔, 亦称悬框);
➢滤网; ➢滤布; 机架。
➢原理:
转鼓 滤饼 滤布 滤网
离心过滤机工作原理图
由于离心力作用,液体产生径向压差,通过滤饼、滤 网及滤筐而流出。
几种过滤设备的比较
设备 主要结构 过程
特点
装合 ➢加压过滤,推动力较大
板框压 滤机
滤板/滤框/ 夹紧机构/机 架
过滤 洗涤 卸渣
板框压滤机的过滤推动力来自泵产生的 液压或进料贮槽中的气压。
广泛应用于培养基制备的过 滤及霉菌、放线菌、酵母菌 和细菌等多种发酵液的固液 分离。 适合于固体含量1-10%的悬 浮液的分离。
板框压滤机
包括板和框,多做成正方形,角端均开有小孔, 装合压紧后即构成供滤浆或洗水流通的孔道。框 的两侧覆以滤布,空框与滤布围成了容纳滤浆及 滤饼的空间,滤板用以支撑滤布并提供滤液流出 的通道。
管式离心机特点
结构简单, 可提供较大离心力,转速高,分离
因数高达15000-65000。 管状离心机可以冷却,有利蛋白质
分离 间歇操作,须定时拆卸、清洗 适用于于分离乳浊液及含细颗粒的
稀悬浮液,适用于固含量低于1%, 颗粒度小于5微米,黏度大的悬浮液 澄清或固液两相密度差较小的分离。
平纹 斜纹 缎纹
滤液 澄清度
依 次 降
阻力
依 次 降
滤饼中 含水
依 次 减
滤饼 脱落
依 次 易
寿命
中 长 短
堵孔 倾向
依 次 易
过滤介质-粒状介质
有硅藻土、珍珠岩粉、细砂、活性炭、白土等 最常用的是硅藻土,是优良的过滤介质: ①一般不与酸碱反应,化学性能稳定; ②形状不规则,空隙大且多孔,具有很大的吸附表面; ③无毒且不可压缩,形成的过滤层阻力不随操作压力变化。 硅藻土过滤介质通常有三种用法: (1)作为深层过滤介质。硅藻土过滤层具有曲折的毛细孔
4)碟片式离心机disk-bowl centrifuge
是在管式离心机的基础上发展起 来的,在转鼓中加入了许多重迭 的碟片,缩短了颗粒的沉降距离, 提高了分离效率。
是生物工业中应用最为广泛的一 种离心机
有一个密封的转鼓,内装十至上 百个锥顶角为60~100゜锥形碟 片。
碟片间的距离一般为0.5-2.5mm,
固液分离过滤设备
➢按操作方式分类:间歇过滤机、连续过滤机 ➢按操作压强差分类:加压过滤、减压过滤和离心过滤 ➢典型过滤设备:
➢实验室用抽滤装置
工业: ➢板框压滤机(间歇操作) ➢真空转鼓过滤机(连续操作) ➢离心过滤机
1)实验室用抽滤装置
2)板框压滤机plate and frame filter
❖角度越小,颗粒沉降距离短,沉降 速度快,但分离效果差。
2)平抛式离心机
❖平抛式离心机一类结构简单的实验室常用的低中速离 心机,转速一般在 3000-6000rpm。 ❖ 转子活动管套内的离心管,静止时垂直挂在转头上, 旋转时随着转子转动,从垂直悬吊上升到水平位置(约 200—800rpm)。 ❖颗粒在水平转子中的沉降
➢结构简单,造价低; ➢过滤面积大,能耗少; ➢间歇操作;
整理 ➢洗涤时间长,生产效率低。
转鼓真 转筒(滤网、 空过滤 滤布)/分配
机 头、滤浆槽
过滤 洗涤 吹干 卸渣
➢连续化生产,自动化程度高 ➢真空过滤,推动力较小;, ➢滤饼湿度大,设备投资高
离心过 转鼓(滤网、 滤机 滤布)/机架
过滤 洗涤 卸渣
•有立式和卧式两种,卧螺机是一种全速旋转,连续 进料、分离和卸料的离心机,最大离心力可达 6000,操作温度可达300℃ •用于分离含固量较多的悬浮液,生产能力较大。
过滤介质选择
过滤介质起过滤作用,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合理选择过滤介 质
过滤介质所能截留的固体粒子大小:通常以过滤介质 的孔径表示。常用的过滤介质中,纤维滤布所能截留 的最小粒子约10μm,硅藻土为lμm,超滤膜可小于 0.5μm
过滤介质的透过性:是指在一定的压力差下,单位时 间单位过滤面积上通过滤液的体积量,它取决于过滤 介质上毛细孔径的大小及数目
碟片式离心机工作原理
当悬浮液在动压头的作用下,经 中心管流入高速旋转的碟片之间 的间隙时,便产生了惯性离心力,
其中密度较大的固体颗粒在离心 力作用下向上层碟片的下表面运 动,而后在离心力作用下被向外 甩出,沿碟片下表面向转子外围 下滑,
而液体则由于密度小,在后续液 体的推动下沿着碟片的隙道向转 子中心流动,然后沿中心轴上升, 从套管中排出,达到分离的目的
缺点 不能连续操作,设备笨重,劳动强度大, 卫生条件差,非过滤的辅助时间较长。
自动板框式压滤机
自动板框压滤机在板框压紧;卸饼、清洗等操作中可 自动完成,劳动强度小,辅助操作时间短。
自动压滤机结构复杂,价格昂贵,在一定程度上限制 了它的应用和发展。
演示动画
3)真空转鼓过滤机(rotary-drum vacuum filter)
真空过滤设备以大气与真空之间的压力差作为过滤操 作的推动力。生物工业中,
用得较多的是转筒式真空 过滤机和带式真空过滤机。
转筒真空过滤机
转筒真空过滤机
优点:
转筒真空过滤机可吸滤、洗涤、卸饼、再生连续 化操作,生产能力大,劳动强度小,
缺点:
辅助设备多,投资大, 且由于真空过滤,推动力小(不超过8×104 Pa),
第三讲
固液分离
提取生化物质的第一步,分两部分:
发酵液
预处理
固液分离
胞外 上清液/滤液
目的
胞内 富集细胞
一 影响发酵液固液分离的因素
1)发酵液中悬浮离子的大小
2)发酵液的黏度viscosity :
固液分离速度通常与粘度成反比,粘度越大, 固液分离越困难
影响粘度的因素:
菌体的种类和浓度(重要因素),通常丝状菌、动物或 植物细胞悬浮液粘度较大,浓度增大,粘度也提高。
错流过滤特点
收率高 (97-98%) 质量好 减少处理步聚 染菌罐也能进行处理
介质阻力大 不能得到干滤饼 需要大的膜面积 目前适用于小分子的分离
(二)离心分离
对于浓度较小,粒径较大,硬度较强的不溶物, 可以采用过滤分离。
但当固体颗粒细小而难以过滤时,发酵液不易被 过滤纯化,离心操作往显得十分有效。
➢离心过滤,推动力最大; ➢滤液湿度小,设备成本高,
适用性
应用广泛。对 原料的适应性 强
适于粒度中等, 粘度不太大的 物料
应用广泛,过 滤面积小。
5)硅藻土过滤机 diatomite filter
硅藻土中的硅藻有许多不同的形状,由于硅藻土具 有细腻、松散、质轻、多孔、吸水和渗透性强的特 性,所以它是一种性能优良的工业滤剂
道,借筛分、吸附和深层效应作用除去悬浮液中的固体粒 子,截留效果可达到1μm。 (2)作为预涂层。在支持介质的表面上预先形成一层较薄 的硅藻土预涂层,用以保护支持介质的毛细孔道不被滤饼 层中的固体粒子堵塞。 (3)用作助滤剂。
过滤介质-多孔固体介质
如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等,可加 工成板状或管状,孔隙很小且耐腐蚀,常用于 过滤含有少量微粒的悬浮液。
二 常见的固液分离方法
过滤 filtration 离心 Centrifugation 膜分离 membrane separation 双水相萃取 ATPS 扩张床吸附 EBA
(一) 过 滤 filtratቤተ መጻሕፍቲ ባይዱon
过滤介质filter medium : 过滤 采用的多孔物质; 滤浆filter pulp : 所处理的悬浮 液; 滤液filtrate : 通过多孔通道的液 体; 滤饼或滤渣 filter cake:被截留 的固体物质。
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,可用于酶制剂, 疫苗和胰岛素等生产中分离物的澄清。
5)螺旋式离心机 scroll-type centrifuge
连续操作的沉降设 备。 转鼓内有可旋转的 螺旋输送器,其转 数比转鼓的转数稍 低
培养液中蛋白质、核酸大量存在:通常细胞破碎或细胞 自溶后粘度增大。因此细胞破碎的程度应控制,发酵放 罐时间要适宜。
培养基成分:如用黄豆粉、花生粉作氮源,淀粉作碳源, 粘度都会升高。
此外,某些染菌发酵液,如染细菌,则粘度会增大。 发酵过程的不正常处理,如大量过剩的培养基和消沫油
加入,都会使粘度增大。
对于常速和高速离心机,由于所分离的颗粒 大小和密度相差较大,只要选择好离心速度和时 间,就能达到分离效果。
按离心机的作用方式可分为:斜角式离心机、 平抛式离心机、管式、碟片式、螺旋式离心机等。
1)斜角式离心机
❖是一类结构最简单的实验室常用离 心机,
❖指离心管腔与转轴成一定倾角的转 子;
❖角度越大,沉降越结实,分离效果 越好,
现代化的密闭式分离机
10 机盖
.
11 沉渣器
12 电机
13 制动
14 齿轮
15 操作水系统
16 空心钵轴
.
碟片的结构是:
1.碟片用薄的不锈钢冲成;
.
2.碟片呈圆台形;
3.在碟片上开有对称的孔。
碟片式离心机类型
人工排渣的碟片离心机 碟片上不开孔,只有一个清液排出口。沉积
在转鼓内壁上的沉渣,间歇排出。只适用于 固体颗粒含量很少的悬浮液。 喷嘴排渣的碟片离心机:当固体颗粒含量较 多时,可采用具有喷嘴排渣的碟式离心沉降 机。在有特殊形状内壁的转鼓壁上开设若干 喷嘴 活门(活塞)排渣的碟片离心机
过滤介质-织物介质
又称滤布,应用最广泛,包括由棉、麻等天然纤维滤布和合成 纤维滤布。
其过滤性能受许多因素的影响,其中最重要的是纤维的特性、 编织纹法和线型。
最高温度℃
密度 (kg/m3)
吸水率%
耐磨

92
155
16-22

尼纶 105—120 114
6.5-8.3 优
涤纶 145
138 0.04-0.08 优
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