生物工程設(shè)備-過(guò)濾離心膜分離ppt課件

1、第八章 過(guò)濾 離心與膜分離設(shè)備,前言,過(guò)濾速率的強(qiáng)化 發(fā)酵液的預(yù)處理 過(guò)濾介質(zhì)選擇 過(guò)濾設(shè)備 板框式及板式壓濾機(jī) 真空過(guò)濾機(jī),離心分離設(shè)備 分離原理與分離因數(shù) 常用離心機(jī)結(jié)構(gòu)及選型 膜分離設(shè)備 膜分離方法 膜分離設(shè)備,第一節(jié) 過(guò)濾分離操作,過(guò)濾：以某種多孔物質(zhì)為介質(zhì)，在外力作用下，使懸浮液中的液體通過(guò)介質(zhì)的孔道，而使固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固、液分離的單元操作,過(guò)濾是分離懸浮液最普遍和最有效的單元操作之一,一 過(guò)濾速率的強(qiáng)化,1. 發(fā)酵液的預(yù)處理,目的：增大懸浮液中固體粒子的尺寸，除去高價(jià)無(wú)機(jī)離子和雜蛋白質(zhì)，降低液體黏度，實(shí)現(xiàn)有效分離。 方法： 1.加熱 2.凝聚和絮凝 3.加入鹽類

2、除去高價(jià)無(wú)機(jī)離子 4.調(diào)節(jié)pH 5.加入助濾劑,一 過(guò)濾速率的強(qiáng)化,2.過(guò)濾介質(zhì)選擇,過(guò)濾介質(zhì)特性：截留固體粒子和對(duì)濾液的透過(guò)性。 常用過(guò)濾介質(zhì)： 1.織物介質(zhì)(濾布)： 由棉、毛、麻等織成的天然纖維濾布和合成纖維濾布 2.粒狀介質(zhì)：硅藻土、珍珠巖石、細(xì)砂、活性碳、白土 3.多孔固體介質(zhì)：多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等,二 過(guò)濾介質(zhì)選擇和操作條件優(yōu)化,過(guò)濾分類： 按粒經(jīng)不同，分為過(guò)濾及超濾。 以微孔濾膜為介質(zhì)的叫微濾，用濾膜分離的操作叫超濾 按過(guò)濾推動(dòng)力分類：有加壓、減壓、常壓過(guò)濾及離心過(guò)濾 按濾材截留粒子的方式分為表面過(guò)濾、深層過(guò)濾 按料液與顆粒的流動(dòng)方向分為截留過(guò)濾、錯(cuò)流過(guò)濾,1.板框式壓

3、濾機(jī),板框壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)圖,三 過(guò)濾設(shè)備,板框過(guò)濾機(jī),Plate shifter,1500 x 1500 Filter Press,Cloth washing,1.板框式壓濾機(jī),橫穿洗滌法,1. 板式壓濾機(jī),凹腔板式壓濾機(jī),2.自動(dòng)板框壓濾機(jī),2.自動(dòng)板框壓濾機(jī),IFP自動(dòng)板框壓濾機(jī)工作原理圖,降框、卸餅及洗刷濾布,3.加壓葉濾機(jī),4.真空過(guò)濾機(jī),4.真空過(guò)濾機(jī),轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī),4.真空過(guò)濾機(jī),4.真空過(guò)濾機(jī),轉(zhuǎn)筒結(jié)構(gòu)及工作原理 動(dòng)畫演示,水平回轉(zhuǎn)翻盤式真空過(guò)濾器,4.真空過(guò)濾機(jī),5.其他過(guò)濾設(shè)備,離心過(guò)濾機(jī),帶式壓濾機(jī),Screw press,螺旋壓濾機(jī),螺旋壓濾機(jī),第二節(jié) 過(guò)濾設(shè)備,一）小型過(guò)

4、濾試驗(yàn)裝置 將式 在恒溫恒壓下積分得： 二）過(guò)濾過(guò)程的放大 由過(guò)濾方程 知，若忽略過(guò)濾介質(zhì)阻力： 于是有： 對(duì)于不可壓縮濾餅,第二節(jié) 過(guò)濾設(shè)備,則： 或： 上式中1.2分別表示小型試驗(yàn)裝置和工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的操作條件恒壓條件下，過(guò)濾方程為： 則： 或,小型過(guò)濾實(shí)驗(yàn)裝置及過(guò)濾的放大,小型過(guò)濾實(shí)驗(yàn)裝置及過(guò)濾的放大,第三節(jié)離心分離,一 離心技術(shù)分類,用途分類 1)、分析性：超速離心機(jī) 2)、制備性：A、實(shí)驗(yàn)室用；B、工業(yè)用 工業(yè)應(yīng)用分類 1)、管式離心機(jī) 2)、多室離心機(jī)（管式離心機(jī)的變形） 3)、碟式離心機(jī)：、人工排渣式, 、噴嘴排渣式, 、活塞排渣式 4)、螺旋卸料沉降離心機(jī) 5)、離心過(guò)濾 6)、

5、三足式離心機(jī),1管式離心機(jī),2 螺旋卸料沉降離心,操作：立式，臥式 應(yīng)用：A、高濃度的大顆粒的固液分離(達(dá)50%, 2um-5mm)，如淀粉精制和污水處理,臥式螺旋卸料過(guò)濾離心機(jī),臥式螺旋沉降離心機(jī),打開外罩的雙錐筒體離心機(jī),SGZ型三足式刮刀卸料自動(dòng)離心機(jī),并流離心機(jī),逆流離心機(jī),離心設(shè)備的選擇,基本參數(shù) 選擇 顆粒d,固液差, 基本型號(hào) 固體物濃度 亞型 產(chǎn)物熱穩(wěn)定性 低溫離心 流量Q, 規(guī)模 規(guī)格、臺(tái)數(shù) 氣溶膠,活cell 密封滅菌設(shè)計(jì),二 離心分離設(shè)備的放大,一。以等效時(shí)間放大 等效時(shí)間是依據(jù)離心力和離心時(shí)間的乘積來(lái)估計(jì)離心分離的難易程度 式中：te離心機(jī)等效時(shí)間，s ro-特征半徑，

6、通常為轉(zhuǎn)鼓半徑,m T-分離時(shí)間，s 且 為離心機(jī)的分離因數(shù)，上式可寫成： 可見等效時(shí)間可理解為離心分離因素與分離時(shí)間的乘積 二。以幾何特性參數(shù)放大 對(duì)管式離心機(jī)，可推得幾何特征參數(shù)為,式中： Z-碟片數(shù)目 r2-碟片外半徑,m r1-碟片內(nèi)半徑，m -碟片半錐角,可見，幾何特性參數(shù)C不是微粒性質(zhì)的函數(shù)，而是與離心機(jī)的特性有關(guān)，C的單位和面積單位相同，可理解為離心沉降所需要的面積 碟片式離心機(jī)的幾何特性參數(shù)為; 式中Z-碟片數(shù)目 r2-碟片外徑，m r1-碟片內(nèi)半徑，m -碟片半錐角 進(jìn)行離心機(jī)選型時(shí)，首先應(yīng)該選擇那些能滿足幾何特性參數(shù)C的離心機(jī)，以保證分離過(guò)程中所需要的微粒沉降速度v1和分離

7、能力Q值,第四節(jié)膜分離技術(shù),按動(dòng)力本質(zhì)分,以靜壓力差為推動(dòng)力的過(guò)程 微濾（microfiltration, MF) 超濾（ultrafiltration, UF） 反滲透（reverse osmosis, RO) 納濾（nanofiltration, NF) 以蒸汽分壓為推動(dòng)力的過(guò)程 膜蒸餾（membrane distillation, MD) 滲透蒸發(fā)（pervaporation, PV） 以濃度差為推動(dòng)力的過(guò)程 滲析（dialysis, D) 以電位差為推動(dòng)力的過(guò)程 電滲析（electrodialysis, ED,一.膜分離技術(shù)的類型,膜分離法與物質(zhì)大小的關(guān)系,膜的分類,二膜分離方法 常見

8、的膜分離過(guò)程有滲透、透析、電滲析、反滲透、微過(guò)濾、超濾、氣體透過(guò)等,滲透,1超濾,原理：篩分 應(yīng)用：A、高分子溶質(zhì)之間，以及高分子與小分子溶質(zhì)之間的分離；B、Pro濃縮，C、病毒的分離和富積，C、回收細(xì)胞，處理膠體懸浮液,超濾,超濾原理,超過(guò)濾原理示意圖,2滲透蒸發(fā),原理： 由于膜的選擇性，滲透氣化法依據(jù)溶劑與溶質(zhì)，或溶質(zhì)之間透過(guò)膜的速度相互不同，使混合物得到分離,滲透蒸發(fā)分離示意圖(真空氣化,滲透蒸發(fā)分離示意圖(惰性氣體吹掃,3反滲透,應(yīng)用： A、海水淡化， B、超純水制備， C、抗生素和氨基酸等濃縮 D、回收有機(jī)溶劑，如乙醇、丁醇和丙醇等,4電滲析,電透析(Electro-dialysis

9、, ED) 原理：在透析的基礎(chǔ)上加上直流電，極大加快離子的透析速度。 操作： 用途：樣品快速脫鹽,電滲析,基本原理,電滲析,電滲析中的傳遞過(guò)程與伴隨過(guò)程,電滲析,離子交換膜的選擇透過(guò)性,空隙作用,磺酸型陽(yáng)膜的空隙結(jié)構(gòu)作用,靜電作用和擴(kuò)散作用,離子交換膜的選擇透過(guò)性,電滲析,電滲析裝置,基本結(jié)構(gòu),膜,工業(yè)應(yīng)用膜應(yīng)具有的條件： 1. 較大的透過(guò)性； 2. 較高的選擇性； 3. 機(jī)械強(qiáng)度好、耐熱、化學(xué)性能穩(wěn)定；4. 不被細(xì)菌污染,幾種常用膜的適用范圍,幾種常用膜,三膜材料的種類,三膜材料的種類,無(wú)機(jī)材料 種類：陶瓷、微孔玻璃、不銹鋼和碳素等。目前實(shí)用化有孔徑0.1um微濾膜和截留10kD的超濾膜，其

10、中以陶瓷材料的微濾膜最常用。多孔陶瓷膜主要利用氧化鋁、硅膠、氧化鋯和鈦等陶瓷微粒燒結(jié)而成，膜厚方向上不對(duì)稱 復(fù)合材料 種類：如將含水金屬氧化物（氧化鋯）等膠體微粒或聚丙烯酸等沉淀在陶瓷管的多空介質(zhì)表面形成膜，其中沉淀層起篩分作用,按膜的結(jié)構(gòu)可分為對(duì)稱和非對(duì)稱膜兩大類，其中非對(duì)稱膜還可細(xì)分為多孔膜、疊合膜以及復(fù)合膜等,四 膜結(jié)構(gòu)特征,1）常見膜,均質(zhì)膜,非對(duì)稱性膜,微孔對(duì)稱性膜,1）常見膜,鋁膜,納米管膜,聚酰胺轉(zhuǎn)相膜,2）膜分類,非對(duì)稱膜,對(duì)稱膜,致密表皮層,細(xì)孔表皮層,多孔支撐層,各種膜組件,五 膜組件,適用范圍: A、UF、MF， B、適合于處理懸浮液較高的料液,1 管式膜組件,1管式膜組

11、件,應(yīng)用： A、UF、MF、PV， B、適合于處理懸浮液較高的料液,2平板式膜組件,2平板式膜組件,板式膜過(guò)濾器,3 螺卷式膜組件,應(yīng)用： A、RO、UF、MF， B、適用于低固體含量的料液,應(yīng)用：A、毛細(xì)管式：UF、MF、PV，B、中空纖維式(能耐高壓)：RO，DS(大規(guī)模透析，人工腎)，C、適合于處理低固體含量的料液,4 中空纖維式膜分離器,5 動(dòng)態(tài)壓力過(guò)濾器 應(yīng)用：MF、UF、RO、酶反應(yīng)等,各種膜裝置性能的比較,6 膜分離裝置,6 膜分離裝置,6 膜分離裝置,六 膜技術(shù)的應(yīng)用,1)、細(xì)胞培養(yǎng)基的除菌； 2)、發(fā)酵液或培養(yǎng)液中細(xì)胞的收集和除去； 3)、細(xì)胞破碎后碎片的除去； 4)、標(biāo)產(chǎn)物

12、部分純化后的濃縮或?yàn)V除小分子溶質(zhì)； 5)、最終產(chǎn)品的濃縮和洗濾除鹽； 6)、蛋白質(zhì)的回收、濃縮和純化 7)、制備用于調(diào)制生物產(chǎn)品和清洗產(chǎn)品容器的無(wú)熱源水； 8)、膜生物反應(yīng)器,應(yīng)用實(shí)例,廢水處理,用水處理,Sanitary ceramic systems,Stainless steel membrane system,Electrodialysis stacks for nitrate removal in drinking water (3320 m3/day,Electrodialysis system for the desalting of amino acid solutions,Electrodialysis plant process skids for sugar juice demineralization,Electrodialysis for tartaric stabilization of wine,Tartaric wine stabilization plant (9000 L/hour,Bipolar Membrane Electrodialysis,Bipolar membrane electrodialysis stacks for the production of an