生物分离工程第二章预处理和固液分离(ppt)

2.4 悬浮液分离过程和分类
固－液分离过程的常规分类见图，根据颗粒收集的方式不同， 可分为两大类型。
沉降和浮选所组成第一类，液体受限于一个固
定的或旋转的容器而颗粒在液体里自由移动，分离是 由于内或外力场的加速作用产生的质量力施加在颗粒 上造成的。这种力场可能是重力场、离心力场或磁场。 其分离过程不以颗粒到达收集表面为结局。如果这个 过程是连续的，被收集的颗粒必须从筛分容器中转送 和排放。如果作用的是重力或离心力(除浮选外)，为 了进行分离，在固体和悬浮液体之间必须要有密度差， 总之，在这一类中，按照这个原理制成的连续操作设
水的基本性质中与固-液分离密切相关有以 下几点。
①水的极性 ，②水的粘性，它是流体反抗变形 的一种性质，反映了流体分子间的相互作用， 对水的研究结果表明，它是一种牛顿型流体。 水的粘度是温度的函数，改变温度．会对分离 效率产生显著的影响。但是由于生物细胞及其 产物存在热敏性，所以一般在室温或低温下操 作，因而水的粘度可看作常量。 ③水的表面张 力。一船说来，液体介质的表面张力越大，固 液分离越困难，因此降低水的表面张力是提高 固液分离效率的有效途径之一，向悬浮液中添 加表面活性剂是目前行之有效的手段。
预处理的目的主要有三个：
1.改变发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离 固形物的速度，提高固液分离器的效率；
2.尽可能使产物转入便于后处理的某一相中(多数 是液相)；
3.去除发酵液中部分杂质，以利于后续各步操作。
具体方法主要有以下几种1.加热法；2.调节悬 浮液的pH值；3.凝聚和絮凝；4.使用惰性助 滤剂。
4. 惰性助滤剂是一种颗粒均匀、质地坚硬、不可压缩 的粒状物质，用于扩大过滤表面的适用范围，使非常 稀薄或非常细小的悬浮液在过滤时发生的快速挤压和 介质堵塞现象得到减轻，易于过滤。其原因是充当过 滤介质的助滤剂表面具有吸附胶体的能力、并且由此 助滤剂颗粒形成的滤饼具有格子型结构，不可缩，滤 孔不会被全部堵塞，可以保持良好的渗透性，既能使 悬浮液中细小颗粒状胶态物质截留在格子骨架上，又 能使清液有流畅的沟通。所以使用惰性助滤剂能大大 提高过滤能力和生产效率、改善滤液澄清度，降低过 滤成本。可作为惰性助滤剂的材料很多．如硅藻土、 膨胀珍珠岩、石棉、纤维素、末活化的碳、炉渣、重 质碳酸钙或这些材料的混合物。
1.加热：最简单、最经济的预处理方法。加热不仅可以增加
料液的操作特性(如黏度、促凝聚、增加空隙率、去蛋白）， 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。
2.调pH值：方法简单有效、成本低廉；
3. 凝聚指在投加的化学物质(例如水解的凝聚 剂，像铝、铁的盐类或石灰等)作用下，胶体 脱稳并使粒子相互聚集成1mm大小块状凝聚体 的过程。其中凝聚剂的作用，有些是对初始粒 子表面电荷的简单中和，另一些是消除双电荷 层(采用中性盐例如NaCl等)而脱稳，还有一些 是通过氢键或其他复杂的形式与粒子相结合而 产生凝聚。
絮凝剂按官能团分为阴离子、阳离子和非 离子三大类型，熟知的聚丙烯酰胺絮凝剂， 经不同改性可以成为上述三种类型之一。 除此以外，人工合成的高分子絮凝剂还有 非离子性的聚氧化乙烯；阴离子性的聚丙 烯酸钠和聚苯乙烯磺酸，阳离子性的聚丙 烯酸二烷基胺乙酯和聚二烯丙基四胺盐等 等。天然和生物絮凝剂目前用得较少。
工业生物技术生产过程中典型 的生物体的形状和大小
工业生物技术生产过程中 典型的固体离子
由于生物体的特殊性，导致其固液分离与一般情况有所不同
从上面对水和固相基本性质的介绍可知：
各类细胞的相对密度与它们的悬浮培养液相似，从而成为 沉降和离心操作时难以处理的原因；
细胞在很大程度上属于可压缩的和粘稠的物料，因此当分 离细胞悬浮液时，在过滤操作中会粘附在滤布上，在错流膜 过滤时，会在流过的膜上形成凝胶或不透性薄层，这些薄层 会降低各类过滤操作的流速；
生物分离工程第二章预处理和 固液分离(ppt)
（优选）生物分离工程第二章 预处理和固液分离
2.1 发酵液的组成
菌体 胞内细胞物质 胞内外代谢产物 剩余培养基 水
2.2 悬浮液的基本特性
悬浮液通常是指固体颗粒在10-5 cm （0.1m） 以上的固液分散体系，生物细胞培养液基本 上也属于悬浮液。其中大部分是水．其次是 微生物或动、植物细胞或碎片及少量未用完 的培养基，约占培养液体积的20％左右(对微 生物发酵而言)，除此以外尚有一定量的代谢 产物。
絮凝 指使用絮凝剂(通常是天然或合成的大
分子量聚电解质)将胶体粒子交联成网，形成
l0mm大小絮凝团的过程。其中絮凝剂主要 起架桥作用。
凝聚剂和絮凝剂的选择和剂量及处理 条件的优化必须进行广泛的试验研究 才能确定下来。
凝聚剂和絮凝剂的种类较多，其中凝聚 剂主要是一些无机类电解质，由于大部 分被处理物质的颗粒带负电荷、因此工 业上常用的凝聚剂大多为阳离子型．分无机 盐类(如硫酸铝、明矾、硫酸铁和硫酸亚 铁、三氯化铁、氯化铝、氯化锌、硫酸 锌、硫酸镁、铝酸钠等)、金属氧化物类 (如氢氧化铝、氢氧化铁、氢化钙或石 灰等)、聚合无机盐类(如聚合铝和聚合 铁等)。
植物和动物细胞不能经受像微生物细胞同样程度的外加剪 切力的作用，所以那些会产生高的机械剪切力的分离技术， 如错流膜过滤和离心，显然不适用。
当然，对于那些比微生物细胞尺寸大的植物和动物细胞而 盲，可能其细胞回收相对比较容易，且不很昂贵，但是落后 和昂贵的发酵技术却成了与动、植物细胞相对应产物发展的 障碍。总之，发酵液和其他生物溶液常常是非牛顿型流体，
如青霉素等一些霉菌发酵液属于卡森型流体，发酵120h的
链霉素，呈拟塑性流体，灰色链丝菌发酵液为塑性流体等。 因此，悬浮液的稳定性好、流变行为复杂、粘度高等性质， 在很大程度上影响固液分离的效率和方法的选择。
2.3 悬浮液的预处理
由于所需的产品在培养液和菌体中浓度很低，并 与许多杂质夹杂在一起，同时发酵液或生物溶液 又属于非牛顿型流体，所以必须进行预处理。
备，常常过滤便宜。第二类被不严格地统称为 过滤．颗粒受到过滤介质的限制．而液体可自由通