細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備課件_第1頁
細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備課件_第2頁
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文檔簡介

第八章細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備第八章細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備1第一節(jié)細(xì)胞破碎設(shè)備細(xì)胞破碎的方法分為機(jī)械法和非機(jī)械法兩類非機(jī)械法有酶溶法、化學(xué)法、物理法和干燥法等,下面介紹一下機(jī)械法中常用的細(xì)胞破碎設(shè)備。第一節(jié)細(xì)胞破碎設(shè)備細(xì)胞破碎的方法分為機(jī)械法和非機(jī)2高速珠磨機(jī)

珠磨機(jī)的工作原理是將進(jìn)入珠磨機(jī)的細(xì)胞懸浮液與極細(xì)的玻璃珠一起攪拌,由于研磨作用,使細(xì)胞破碎,釋放出內(nèi)含物。

高速珠磨機(jī)3細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備課件4高壓勻漿器它是由可產(chǎn)生高壓的正向排代泵和排出閥組成。細(xì)胞漿液通過止逆閥進(jìn)入泵內(nèi),利用高壓使其在排出閥的小孔沖擊,并且高速撞擊在撞擊環(huán)上。細(xì)胞在這一系列的高速運(yùn)動(dòng)中經(jīng)歷了剪切、碰撞以及高壓到常壓的變化,從而造成細(xì)胞破裂。高壓勻漿器5細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備課件6超聲波振蕩器超聲波具有頻率高、波長短、定向傳播等特點(diǎn),通常在15~25KHz的頻率下操作。常用的為電聲型,它是由發(fā)聲器和換能器組成,發(fā)生器能產(chǎn)生高頻電流,換能器的作用是把電磁振蕩轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)。超聲波振蕩器又可分為槽式和探頭直接插入介質(zhì)兩種型式,一般破碎效果后者比前者好。

超聲波對(duì)細(xì)胞的破碎作用與液體中空穴的形成有關(guān)。當(dāng)超聲波在液體中傳播時(shí),液體中的某一小區(qū)域交替重復(fù)地產(chǎn)生巨大的壓力和拉力。由于拉力的作用,使液體拉伸而破裂,從而出現(xiàn)細(xì)小的空穴。這種空穴泡受到超聲波的迅速?zèng)_擊而迅速閉合,從而產(chǎn)生一個(gè)極為強(qiáng)烈的沖擊波壓力,由它引起的粘滯性旋渦在懸浮細(xì)胞上造成了剪切應(yīng)力,促使細(xì)胞內(nèi)部液體發(fā)生流動(dòng),而使細(xì)胞破碎。超聲波振蕩器7第二節(jié)固液分離設(shè)備

生物工業(yè)中運(yùn)用的方法有分離篩、重力沉降、浮選分離、離心分離和過濾等。最常用的主要是過濾和離心分離。過濾是迫使液體通過固體支撐物或過濾介質(zhì),把固體截留,從而達(dá)到固液分離的目的。

離心分離是利用慣性離心力和物質(zhì)的沉降系數(shù)或浮力密度的不同而進(jìn)行的分離、濃縮等操作。離心分離對(duì)那些固體顆粒很小且黏度很大、過濾速度很慢、甚至難以過濾的懸浮液分離有效,對(duì)那些忌用助濾劑的懸浮液的分離,也能得到滿意的結(jié)果。

第二節(jié)固液分離設(shè)備生物工業(yè)中運(yùn)用8一、過濾設(shè)備

根據(jù)過濾機(jī)理不同,過濾又可分為澄清過濾和濾餅過濾兩種。(1)澄清過濾當(dāng)懸浮液通過過濾介質(zhì)時(shí),固體顆粒被阻攔或吸附在濾層顆粒上,使濾液得以澄清。所用的過濾介質(zhì)為硅藻土、砂、顆?;钚蕴肌⒉Aе?、塑料顆粒等,填充于過濾器內(nèi)即構(gòu)成過濾層;也有用燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)金屬、粘合塑料及用金屬絲繞成的管子等組成的成型顆粒濾層。在澄清過濾中,過濾介質(zhì)起著主要的過濾作用。

(2)濾餅過濾當(dāng)懸浮液通過濾介質(zhì)時(shí),固體顆粒被介質(zhì)阻攔而形成濾餅,當(dāng)濾餅積至一定厚度時(shí)就起到過濾作用,此時(shí)即可獲得澄清的濾液。在濾餅過濾中,過濾介質(zhì)為濾布,包括天然或合成纖維織布、金屬織布,及氈、石棉板、玻璃纖維紙、合成纖維等無紡布。在濾餅過濾中,懸浮液本身形成的濾餅起著主要的過濾作用。一、過濾設(shè)備9按照過濾推動(dòng)力的差別,習(xí)慣上把過濾機(jī)分為常壓過濾機(jī)、加壓過濾機(jī)和真空過濾機(jī)三種。(一)常壓過濾機(jī)

此類過濾機(jī)由于推動(dòng)力太小,在工業(yè)中很少用。但在啤酒廠麥芽糖化的過濾仍采用這種壓力差很小的平底篩過濾機(jī)。啤酒麥芽汁中有大量的細(xì)小懸浮液以及破碎的大麥皮殼。后者沉降形成的麥槽層便成了過濾介質(zhì)層。麥槽層中形成無數(shù)的曲折毛細(xì)孔道,只要這些細(xì)小的懸浮顆粒在毛細(xì)孔道中流速適當(dāng),它們就被毛細(xì)管壁所捕捉。按照過濾推動(dòng)力的差別,習(xí)慣上把過濾機(jī)分為常壓過濾機(jī)、加壓10(二)加壓過濾機(jī)1.自動(dòng)板框壓濾機(jī)

舊板框過濾機(jī)的缺點(diǎn)是需人工排除濾餅和洗換濾布。設(shè)備笨重,間歇操作,衛(wèi)生條件差。然而具有過濾結(jié)構(gòu)簡單,單位體積的過濾面積大,裝置緊湊等優(yōu)點(diǎn)。自動(dòng)板框過濾機(jī)是一種較新型的壓濾設(shè)備,它使板框的拆裝、濾餅的脫落卸出和濾布的清洗等操作都自動(dòng)進(jìn)行,大大縮短了間歇時(shí)間,并減輕勞動(dòng)強(qiáng)度

(二)加壓過濾機(jī)11

該板框過濾機(jī)的板框在構(gòu)造上與傳統(tǒng)的無多大差別,唯一不同是板與框的兩邊側(cè)上下有四只開孔角耳,構(gòu)成液體或氣體的通路。濾布不需要開孔,是首尾封閉的。懸浮液從板框上部的兩條通道流入濾框。然后,濾液在壓力的作用下,穿過在濾框前后兩側(cè)的濾布,沿濾板表面流入下部通道,最后流出機(jī)外。清洗濾餅也按照此路線進(jìn)行。洗餅完畢后,油壓機(jī)按照既定距離拉開板框,再把濾框升降架帶著全部濾框同時(shí)下降一個(gè)框的距離。然后推動(dòng)濾餅推板,將框內(nèi)的濾餅向水平方向推出落下。濾布由牽動(dòng)裝置循環(huán)行進(jìn),并由防止濾布歪行的裝置自動(dòng)修位,同時(shí)洗刷濾布。最后,使濾布復(fù)位,重新夾緊,進(jìn)入下一操作周期。該板框過濾機(jī)的板框在構(gòu)造上與傳統(tǒng)的無多大差別,唯一不同是12它存在過濾質(zhì)量不穩(wěn)定,消耗大,環(huán)境和物料被污染等等的問題。它存在過濾質(zhì)量不穩(wěn)定,消耗大,環(huán)境和物料被污染等等的問題。13細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備課件142.硅藻土過濾機(jī)

硅藻土過濾的特點(diǎn)是,可以不斷地添加助濾劑,使過濾性能得到更新、補(bǔ)充,所以過濾能力強(qiáng)。硅藻土過濾機(jī)被廣泛用于啤酒生產(chǎn)中的冷凝固物地分離和成熟啤酒地過濾。它還多用于葡萄酒、清酒及其他含有低濃度細(xì)微蛋白質(zhì)膠體粒子懸浮液地過濾。其設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是體積小,過濾能力強(qiáng),操作自動(dòng)化。硅藻土過濾機(jī)一般分為三種類型:板框過濾機(jī)、葉片式過濾機(jī)和柱式過濾機(jī)。

2.硅藻土過濾機(jī)15細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備課件16細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備課件17細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備課件18細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備課件19(三)真空過濾機(jī)1.真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)具有自動(dòng)化程度高,操作連續(xù),處理量大的特點(diǎn)。非常適合于固體含量較大(%)的懸浮液的分離。在發(fā)酵工業(yè)中,它對(duì)霉菌、放線菌和酵母菌發(fā)酵液的過濾較有成效。

過濾機(jī)把過濾、洗餅、吹干、卸餅等各項(xiàng)操作在轉(zhuǎn)鼓的一周期內(nèi)依次完成。這種過濾機(jī)的主要元件是轉(zhuǎn)鼓。其內(nèi)維持一定的真空度,與外界大氣壓的壓差即為過濾推動(dòng)力。在過濾操作時(shí),轉(zhuǎn)鼓下部浸沒于待處理的料液中。當(dāng)轉(zhuǎn)鼓以低速旋轉(zhuǎn)時(shí)(一般為1~2.6r/min),濾液就穿過過濾介質(zhì)而被吸入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)腔,而濾渣則被過濾介質(zhì)阻截,形成濾餅。當(dāng)轉(zhuǎn)鼓繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),生成的濾餅依次被洗滌、吸干、刮刀卸餅。(三)真空過濾機(jī)20細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備課件21細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備課件222.無格式轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)

其特點(diǎn)是:沒有空格室、整個(gè)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)腔都是真空狀態(tài)、結(jié)構(gòu)簡單、單位面積過濾能力大、反吹管與濾液管隔開、洗滌能力強(qiáng)、效率高。2.無格式轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)其特點(diǎn)是:沒有空格室、整個(gè)轉(zhuǎn)233.濾布循環(huán)行進(jìn)式(RCF)轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)

RCF轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)在普通轉(zhuǎn)鼓式真空過濾機(jī)的基礎(chǔ)上在其轉(zhuǎn)鼓的表面再安裝了一條由轉(zhuǎn)鼓驅(qū)動(dòng)的首尾閉合的濾布帶。在真空過濾區(qū)形成的濾餅,依次經(jīng)過洗滌、吸干、空氣反吹等操作程序后,行進(jìn)的濾布載著吹松的濾餅通過濾餅剝離滾筒,因行進(jìn)方向的轉(zhuǎn)折,使濾餅脫離濾布。濾布在行進(jìn)過程中從正反兩方面受到洗刷而再生。3.濾布循環(huán)行進(jìn)式(RCF)轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)244.其它過濾設(shè)備

生物陶瓷膜過濾器是一種新型的過濾設(shè)備。據(jù)WUWeizhong等人報(bào)道,該設(shè)備在處理富營養(yǎng)水的處理方面作用顯著。它可以有效處理藻類物質(zhì),氮化合物,有效降低CODMn值。

4.其它過濾設(shè)備25二、過濾設(shè)備選擇與使用過濾機(jī)選用的基本原則1.根據(jù)物料的過濾性能,初步確定選擇哪種推動(dòng)力的設(shè)備2.根據(jù)處理物料的化學(xué)性質(zhì),檢查所選擇的過濾機(jī)類型是否正確3.根據(jù)工藝過程的特點(diǎn)和生產(chǎn)規(guī)模可對(duì)選擇的過濾設(shè)備進(jìn)行篩選4.根據(jù)對(duì)濾餅的純度或母液回收率等要求來確定過濾機(jī)類型5.根據(jù)對(duì)濾餅含濕率的要求,決定是否選用帶有機(jī)械擠壓過程的設(shè)備6.根據(jù)所選擇的設(shè)備,物料的基本特性數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備生產(chǎn)能力和最佳操作條件的計(jì)算,以確定設(shè)備的大小,投資費(fèi)用,操作費(fèi)用二、過濾設(shè)備選擇與使用過濾機(jī)選用的基本原則26三、離心分離設(shè)備離心分離可分為三種形式——離心沉降、離心過濾和超離心。(1)離心沉降利用固液兩相的相對(duì)密度差,在離心機(jī)無孔轉(zhuǎn)鼓或管子中進(jìn)行懸浮液的分離操作;(2)離心過濾利用離心力并通過過濾介質(zhì),在有孔轉(zhuǎn)鼓離心機(jī)中分離懸浮液的操作;(3)超離心利用不同溶質(zhì)顆粒在液體中各種部分分布的差異,分離不同相對(duì)密度液體的操作。前兩類設(shè)備從其形式來看,主要區(qū)別在于前者的轉(zhuǎn)鼓是無孔的,而后者的轉(zhuǎn)鼓是有孔的,并且采用過濾介質(zhì),通常采用濾布作為過濾介質(zhì)。三、離心分離設(shè)備離心分離可分為三種形式——離心沉降、離心過濾27離心分離是常用的分離發(fā)酵液的方法,與壓濾相比較,它具有分離速度快,效率高,操作時(shí)衛(wèi)生條件好等優(yōu)點(diǎn)。適合于大規(guī)模的分離過程。但是,離心分離的設(shè)備投資費(fèi)用高,能耗較大。

(一)離心沉降1.離心沉降原理離心沉降的基礎(chǔ)是固體的沉降。當(dāng)固體粒子在無限連續(xù)流體中沉降時(shí),受到兩種力的作用,一種是連續(xù)流體對(duì)它的浮力,另一種是流體對(duì)運(yùn)動(dòng)粒子的粘滯力。當(dāng)這兩種力達(dá)到平衡時(shí),固體粒子將保持勻速運(yùn)動(dòng)。

沉降速率與粒子直徑的平方成正比,與粒子和流體的密度差成正比,而與流體黏度成反比。就是說,粒子的沉降速度僅僅是液體性質(zhì)及粒子本身特性的函數(shù)。

離心分離是常用的分離發(fā)酵液的方法,與壓濾相比較28如果以旋轉(zhuǎn)角速度ω(弧度/秒)表示,并取旋轉(zhuǎn)加速度與重力加速度之比稱為“離心分離因數(shù)”,以f表示。n——轉(zhuǎn)數(shù),r/min;,R旋轉(zhuǎn)半徑為(m)離心分離因數(shù)是代表離心機(jī)特點(diǎn)的重要參數(shù),它表示離心力場的大小。值越大,離心力越大,即愈有利于分離。增加轉(zhuǎn)鼓的半徑及轉(zhuǎn)數(shù)均可以增大分離因數(shù)。

如果以旋轉(zhuǎn)角速度ω(弧度/秒)表示,并取旋轉(zhuǎn)加速度與292.離心沉降設(shè)備

(1)瓶式離心機(jī)這是一類結(jié)構(gòu)最簡單的實(shí)驗(yàn)室常用的低、中速離心機(jī),轉(zhuǎn)速一般在3000-6000,其轉(zhuǎn)子常為外擺式。操作一般在室溫下進(jìn)行,也有配冷卻裝置的冷凍離心機(jī)。(2)多室式離心機(jī)多室式離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)又若干同心圓組成若干同心環(huán)狀分離室,這樣可以加長分離液體的流程,使液層減薄,以增加沉降的面積,減少沉降的距離,同時(shí)還具有粒度篩分的作用,懸浮液中的粗顆粒沉降在靠近內(nèi)部的分離室壁上,細(xì)顆粒則沉降到靠近外部的室壁上,澄清的分離液經(jīng)溢流口或由向心泵排出。多室式離心機(jī)的出渣比較困難,一般在運(yùn)轉(zhuǎn)一端時(shí)間后,待分離液澄清度不符合要求時(shí),停機(jī)清理。這種離心機(jī)由3~7個(gè)分離室,離心力強(qiáng)度為2000-8000,處理能力為2.5~10m3/h。適合處理直徑大于0.1μm的顆粒,固相濃度小于5%的懸浮液。2.離心沉降設(shè)備30(3)管式離心機(jī)

為提高分離效果,必須增加顆粒所受的離心力,但是,離心機(jī)轉(zhuǎn)速的增加,轉(zhuǎn)鼓直徑必須更小,否則,轉(zhuǎn)鼓面所受到的應(yīng)力對(duì)強(qiáng)度極為不利。轉(zhuǎn)速可達(dá)15000-50000r/min,轉(zhuǎn)筒直徑為45-150mm。顯然,由于其轉(zhuǎn)筒容量有限,處理量比較小。管式高速離心機(jī)是由轉(zhuǎn)鼓、分離盤、機(jī)殼、機(jī)架、傳動(dòng)裝置等組成。

操作時(shí),將待處理的料液在一定的壓力下由進(jìn)料管經(jīng)底部中心軸進(jìn)入鼓底,靠圓形擋板分散與四周,受到高速離心力作用而旋轉(zhuǎn)向上,輕液則位于轉(zhuǎn)筒的中央,呈螺旋形運(yùn)轉(zhuǎn),向上移動(dòng)。重液相則靠近筒壁,至分離盤時(shí),輕液相則沿輕液孔道進(jìn)入集液槽后排出收集。固體則在離心力場的作用下沉積于鼓壁上,達(dá)到一定數(shù)量后,停機(jī)人工除渣。(3)管式離心機(jī)31管式高速離心機(jī)設(shè)備簡單,操作穩(wěn)定,分離純度高,可用于液-液分離和微粒較小的懸浮液分離,分離效果也較好,常用于微生物菌體和蛋白質(zhì)的分離,但生產(chǎn)能力較低。管式高速離心機(jī)設(shè)備簡單,操作穩(wěn)定,分離純度高,可用于32碟式離心機(jī)一般具有堅(jiān)固的外殼,底部凸出,與外殼鑄在一起,殼上有圓錐形蓋,由螺帽緊固在外殼上。殼由高速旋轉(zhuǎn)的倒錐形轉(zhuǎn)鼓帶動(dòng),其內(nèi)設(shè)有數(shù)十片乃至上百片,錐角為到的錐形碟片。碟片一般用0.8mm的不銹鋼或鋁制成形。一般碟片之間的間隙為0.5~2.5mm。(4)碟片式離心機(jī)(4)碟片式離心機(jī)33發(fā)酵醪由轉(zhuǎn)鼓中心進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi),因固-液比重不同,在碟片空隙內(nèi)受到離心力的作用下,將發(fā)酵醪分成固液兩相。比重輕的清液有規(guī)律地沿碟片的上表面的碟片軸心方向移動(dòng),在輕液出口處排出。而比重大的濃縮物或菌體,則有規(guī)律的沿著上一碟片的底表面下滑到碟片外邊緣,經(jīng)轉(zhuǎn)鼓壁上的噴嘴噴出。從而達(dá)到離心分離的目的。發(fā)酵醪由轉(zhuǎn)鼓中心進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi),因固-液比重不34細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備課件35(5)沉降式螺旋卸料離心機(jī)

這是一種效率高、適應(yīng)性強(qiáng),應(yīng)用廣的離心機(jī)。由轉(zhuǎn)鼓和螺旋兩個(gè)部件組成的。

料液由中心管加入,進(jìn)料位置約在螺旋的中部,其前面部分為沉降區(qū),后面部分為甩干區(qū)。在離心力作用下,固形物被沉降在轉(zhuǎn)鼓壁上,液體由左側(cè)溢流孔排出,固體則由螺旋從大端推向小端,同時(shí)被甩干,落入外殼的排渣口排出。固體在甩干區(qū)可以洗滌。調(diào)節(jié)溢流擋板上溢流口的位置、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和進(jìn)料速度可以改變固形物的濕含量和液體的澄清度,生產(chǎn)能力也隨著進(jìn)料速度而改變。(5)沉降式螺旋卸料離心機(jī)36臥式螺旋卸料沉降機(jī)式一種全速旋轉(zhuǎn)、連續(xù)進(jìn)料、分離和卸料的離心機(jī),其最大離心力強(qiáng)度可達(dá)6000,操作溫度可達(dá)300℃,操作壓力一般為常壓,處理能力范圍0.4~60m3/h,適合處理顆粒粒度為2μm~5mm、固相濃度為1%~50%、固液密度差大于0.05g/cm3的懸浮液。臥式螺旋卸料沉降機(jī)式一種全速旋轉(zhuǎn)、連續(xù)進(jìn)料、分離和卸37(二)離心過濾1.離心過濾原理

離心過濾是將料液送入有孔的轉(zhuǎn)鼓并利用離心力場進(jìn)行過濾的過程,以離心力為推動(dòng)力完成過濾作業(yè),兼有離心和過濾的雙重作用。其工作原理見圖8-15所示。以間歇離心過濾為例,料液首先進(jìn)入裝有過濾介質(zhì)的裝鼓中,然后被加速到轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)速度,形成附著在轉(zhuǎn)鼓壁上的液環(huán),與沉降式離心機(jī)一樣,粒子受到離心力而沉降,過濾介質(zhì)阻礙粒子通過,形成濾餅。接著,懸浮液的固體顆粒截留而沉積下來,濾餅表面生成了澄清液,該濾液透過濾餅層和過濾介質(zhì)向外排出。(二)離心過濾以間歇離心過濾為例,料液首先進(jìn)入38離心過濾一般分成三個(gè)階段。(1)濾餅形成懸浮液進(jìn)入離心機(jī),在離心機(jī)的作用下液體通過過濾面排出,濾渣形成濾餅,其過濾速度可按很壓過濾方程式計(jì)算。(2)濾餅壓縮濾餅中的固體物質(zhì)逐漸排列緊密,空隙減小,空隙間的液體逐漸排出,濾餅體積減小。這時(shí)過濾推動(dòng)力為濾餅對(duì)液體的壓力和液體所受到的離心力。(3)濾餅壓干此時(shí)濾餅層的結(jié)構(gòu)已經(jīng)排列地非常緊密,其毛細(xì)組織中的液體被進(jìn)一步排出。液體受到離心力和固體顆粒的壓力,由于越靠近轉(zhuǎn)鼓壁出處的壓力越大,所以越靠近轉(zhuǎn)鼓壁的濾餅越干。離心過濾一般分成三個(gè)階段。392.離心過濾設(shè)備(1)三足式離心機(jī)立式有孔轉(zhuǎn)鼓懸掛于三根支足上,轉(zhuǎn)鼓由主軸連接傳動(dòng)裝置,它們通過滾動(dòng)軸承裝于軸承座上,軸承座與外殼均固定在底盤上,并用三根擺桿懸掛于三根支足的球面座上,擺桿上套有壓縮彈簧以承受垂直方向的動(dòng)載荷。2.離心過濾設(shè)備40三足式離心機(jī)的懸掛點(diǎn)比機(jī)體重心高,保證了機(jī)器的穩(wěn)定性,壓縮彈簧可以減輕垂直方向的振動(dòng)。主軸是很短的,所以結(jié)構(gòu)緊湊,機(jī)身高度小,便于從上方加料和卸料。轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁通常采用濾布。由于三足式離心機(jī)操作平穩(wěn),沒有陡震,占地比過濾設(shè)備小,故在工業(yè)上用得很廣泛。三足式離心機(jī)可用于分離中等粒度(0.1~1mm)和較細(xì)粒度(0.01~0.1mm)的懸浮液,以及分離粒狀和結(jié)晶狀物料。這種離心機(jī)可獲得含水量較低的濾餅,適用于過濾周期長,處理量不大的場合。濾餅可以很好地洗滌,人工卸料的離心機(jī)其濾渣顆粒不會(huì)被破壞。此種離心機(jī)具有操作筒單,適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。三足式離心機(jī)的懸掛點(diǎn)比機(jī)體重心高,保證了機(jī)器的穩(wěn)定性41(2)臥式刮刀卸料離心機(jī)臥式刮刀卸料離心機(jī)肘轉(zhuǎn)鼓是水平安裝的,轉(zhuǎn)鼓的一側(cè)與傳動(dòng)軸連接;另一側(cè)為中空,裝有卸料斗、刮刀、耙齒等。臥式刮刀卸料離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓直徑為240~2500;離心分離因數(shù)為250~3000;轉(zhuǎn)數(shù)450~3500轉(zhuǎn)/分。適用于固相顆粒范圍為5微米~10微米,固相濃度5~60%。(2)臥式刮刀卸料離心機(jī)42(3)臥式活塞推料離心機(jī)(3)臥式活塞推料離心機(jī)43

轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有濾網(wǎng),料液從進(jìn)料管進(jìn)入,經(jīng)錐形分配盤在離心力的作用下分配到過濾面上液體經(jīng)過濾網(wǎng)與鼓壁上的小孔而甩出,固體顆粒則在網(wǎng)上形成濾餅。與分配盤裝一起的推料盤與轉(zhuǎn)鼓中心軸的推桿連接,推桿的另一端與液缸的活塞連接,借液壓不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)。推料盤、分配盤和轉(zhuǎn)鼓一起旋轉(zhuǎn),當(dāng)推料盤移動(dòng)時(shí),將濾渣沿軸線排出鼓外。該離心機(jī)的加料、分離和洗滌都是連續(xù)的,轉(zhuǎn)鼓的濾餅厚度由限料環(huán)與濾網(wǎng)內(nèi)徑之差決定,限料環(huán)的大小可以根據(jù)需要調(diào)換。轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有濾網(wǎng),料液從進(jìn)料管進(jìn)入,經(jīng)錐形分配盤44(4)翻袋式離心機(jī)翻袋式離心機(jī)是當(dāng)今制藥業(yè)、食品加工業(yè)、化學(xué)工業(yè)及原料加工業(yè)中的理想離心過濾設(shè)備。常規(guī)離心機(jī)只適用于分離和提純那些使用切刮方法進(jìn)行卸料的產(chǎn)品,且在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)必然會(huì)形成殘余濾渣層而造成物料的較大損失或晶粒的破壞。而“翻袋式”則完全克服了上述缺點(diǎn),這是目前世界上使物料損失小、提純度高、洗滌效果佳、產(chǎn)品余濕量小的一種離心過濾設(shè)備,特別適用于制藥與化工行業(yè)。(4)翻袋式離心機(jī)翻袋式離心機(jī)是當(dāng)今制藥業(yè)、食45固定輸入管(1)用來輸送懸浮液和蒸汽,從出口(2)進(jìn)入離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)腔(3),傳動(dòng)軸(4)由內(nèi)軸和外軸組成,且與輸入管(1)同軸。殼體(5)與傳動(dòng)軸外軸相連,而內(nèi)軸則與轉(zhuǎn)鼓蓋內(nèi)盤(6)相連,轉(zhuǎn)鼓蓋外盤(7)通過8根連桿(8)與傳動(dòng)軸(4)連接。內(nèi)外軸以同樣速度旋轉(zhuǎn),同時(shí)內(nèi)軸可按(14)的方向移出使濾布外翻[圖(b)],此時(shí)濾布(9)則在內(nèi)盤(6)的周邊與殼體(5)的周邊展開成圓筒狀,傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速減慢,轉(zhuǎn)鼓壁表面的物料沿箭頭(15)方向被離心甩出。固定輸入管(1)用來輸送懸浮液和蒸汽,從出口(2)進(jìn)46(三)超離心法超離心法就是根據(jù)物質(zhì)的沉降系數(shù)、質(zhì)量和形狀不同,應(yīng)用強(qiáng)大的離心力,將混合物中各組分分離、濃縮和提純的方法。它在生物化學(xué)、分子生物學(xué)以及細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展中起了重要作用。利用超離心技術(shù)中的差速離心、等密度梯度離心等方法,已成功分離出各種亞細(xì)胞物質(zhì),如線粒體、溶酶體和腫瘤病毒等。超離心法是現(xiàn)代生物技術(shù)領(lǐng)域研究中不可缺少的實(shí)驗(yàn)室分析和制備手段。超離心機(jī)技術(shù)中,由于使用的離心機(jī)類型也是無孔轉(zhuǎn)鼓,所以,其屬于離心沉降的范疇。(三)超離心法47(四)離心機(jī)的選擇與使用在選擇離心機(jī)的類型時(shí),我們首先要根據(jù)物料性質(zhì)來選擇沉降式還是過濾式。當(dāng)懸浮液中固相顆粒的密度大于液相時(shí),可以采用沉降式(兩者的密度差3%時(shí)容易分離);反之,固相顆粒的密度小于或等于液相時(shí)只能采用過濾式。當(dāng)顆粒直徑小于1微米時(shí),可以采用高速離心機(jī)(管式或碟片式);當(dāng)顆粒的直徑在19微米以下時(shí),則采用普通沉降式離心機(jī),如果采用過濾式則造成濾餅太薄,固體顆粒損失大。100微米以上的顆粒,兩者都可以使用。對(duì)結(jié)晶體采用離心過濾,脫水效率是很高的。當(dāng)所形成的濾餅具有壓縮性質(zhì)時(shí),一般采用沉降式,因?yàn)椴捎眠^濾式效果很低。對(duì)沉降式離心機(jī),如果懸浮液中固相濃度大于1%時(shí),采用間歇式操作不是很適合,它將引起卸料操作過于頻繁,所以一般采用連續(xù)式。管式離心機(jī)雖然具有很好的沉降性能,但其容量小,產(chǎn)量小,不適合處理大量的料液。螺旋卸料沉降式離心機(jī)適用于密度差大,固體濃度高的場合。

(四)離心機(jī)的選擇與使用48第三節(jié)膜分離技術(shù)與設(shè)備

膜分離過程的實(shí)質(zhì)是小分子物質(zhì)透過膜,而大分子物質(zhì)被截留。因此,膜必須是半透膜。膜分離的推動(dòng)力可以是多種多樣的,一般有濃度差、壓力差、電位差等。我們常見的膜分離過程有透析、反滲透、納濾、超濾、微濾、電滲析、氣體透過等。第三節(jié)膜分離技術(shù)與設(shè)備膜分離過程的實(shí)質(zhì)是49一、反滲透膜分離技術(shù)與設(shè)備(一)反滲透膜分離技術(shù)的基本原理1.反滲透過程在相同的外壓下,當(dāng)溶液與純?nèi)軇榘胪改じ糸_時(shí),純?nèi)軇?huì)通過半透膜使溶液變淡的現(xiàn)象稱為滲透。當(dāng)在單位時(shí)間內(nèi),溶劑分子進(jìn)入溶液內(nèi)的數(shù)目要比溶液內(nèi)的溶劑分子通過半透膜進(jìn)入純?nèi)軇﹥?nèi)的數(shù)目多時(shí),溶劑通過半透膜滲透到溶液中,使得溶液體積增大,濃度變稀。當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)溶劑分子從兩個(gè)相反的方向穿過半透膜的數(shù)目彼此相同時(shí),我們稱之為滲透平衡。滲透必須通過一種膜進(jìn)行,這種膜只能允許溶劑分子通過,而不容許溶質(zhì)分子通過,因此稱為半透膜。一、反滲透膜分離技術(shù)與設(shè)備50當(dāng)半透膜隔開溶液與純?nèi)軇r(shí),加在原溶液上的額外壓力使原溶液恰好能阻止純?nèi)軇┻M(jìn)入溶液,我們稱此壓力為滲透壓。在通常情況下,溶液越濃,溶液的滲透壓越大。如果加在溶液上的壓力超過了滲透壓,則溶液中的溶劑向純?nèi)軇┓较蛄鲃?dòng),此過程叫做反滲透。在此過程中,溶質(zhì)也不是百分之百的不通過,也有少量溶質(zhì)透向純?nèi)軇?。?dāng)半透膜隔開溶液與純?nèi)軇r(shí),加在原溶液上的額51(一)反滲透膜

設(shè)備各種膜分離裝置主要包括膜組件和泵。所謂膜組件是將膜以某種形式制成一定構(gòu)型的元件,然后將元件置于壓力容器,并提供給水、濃水和產(chǎn)品水的通道。目前,工業(yè)上常用的反滲透膜組件形式主要有板框式、管式、螺旋卷式及中空纖維式四種類型。

1.板框式反滲透膜組件(1)系緊螺栓式首先是將圓形承壓板、多孔支撐板和膜粘結(jié)成脫鹽板,然后將一定數(shù)量的這種脫鹽板堆積起來,并用“O”形環(huán)密封,最后用上、下頭蓋以系緊螺栓固定組成。原水由上頭蓋的進(jìn)口流經(jīng)脫鹽板的分配孔在膜面上曲折流動(dòng),再從下頭蓋的出口流出。淡水透過膜,經(jīng)多孔支撐板后,于承壓板的側(cè)面管口引出。承壓板可由耐壓、耐腐蝕材料,如環(huán)氧-酚醛玻璃鋼模壓制而成,或由不銹鋼、銅等材料制成。支撐材料的主要作用是支撐膜使其不被壓破,以及為淡水提供通道。支撐材料可選用各種工程塑料、金屬燒結(jié)板,也可選用帶有溝槽的模壓酚醛板等非多孔材料。

(一)反滲透膜52細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備課件53(2)耐壓容器式

該組件是把多層脫鹽板堆積組裝后,放入耐壓容器中而成的。原水從容器的一端進(jìn)入,濃水由容器的另一端排出。耐壓容器內(nèi)的大量脫鹽板是根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行串、并聯(lián)聯(lián)結(jié),其板數(shù)是從進(jìn)口到出口依次遞減,目的是保持原水流速變化不大并減輕濃差極化現(xiàn)象。以上兩種板框式膜組件各有特點(diǎn)。系緊螺栓式結(jié)構(gòu)簡單、緊湊,安裝、拆卸及更換膜均較方便。其缺點(diǎn)是對(duì)承壓板材的強(qiáng)度要求較高,由于板需要加厚,從而膜的填充密度較小。而耐壓容器式因靠容器承受壓力,所以對(duì)板材的要求較低,可做得很薄,從而膜的填充密度較大,但安裝、檢修和換膜等均不方便。一般情況下,為了改善膜表面上原水的流動(dòng)狀態(tài),降低濃差極化,上述兩種形式的組件均可設(shè)置導(dǎo)流板。(2)耐壓容器式542.管式反滲透膜組件管式反滲透器有內(nèi)壓式、外壓式、單管和管束式

圖8-22(a)為內(nèi)壓單管式膜組件。管狀膜里以尼龍布,濾紙一類的支撐材料并裝與多孔的不銹鋼管或者用玻璃纖維增強(qiáng)的塑料承壓管內(nèi),膜管的末端做成喇叭形,然后以橡皮墊圈密封。在壓力作用下,料液從管內(nèi)流過,透過膜所得產(chǎn)品水收集在管子外側(cè)。為進(jìn)一步提高膜的裝填密度,也可采用同心套管組裝方式。圖8-22(b)所示為管束狀膜組件。圖8-23所示為外壓型管式膜組件。它的結(jié)構(gòu)與內(nèi)壓型管式的相反,它是將膜裝在耐壓多孔管外,或?qū)㈣T膜液涂刮在耐壓微孔塑料管外,水從管外透過膜進(jìn)人管內(nèi)。外壓式由于需要耐高壓的外殼,且進(jìn)水流動(dòng)狀況又差,一般少用2.管式反滲透膜組件55細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備課件56細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備課件57管式組件的優(yōu)點(diǎn)是:流動(dòng)狀態(tài)好,流速易控制。另外,安裝、拆卸、換膜和維修均較方便,能夠處理含有懸浮固體的溶液,機(jī)械清除雜質(zhì)也較容易,而且,合適的流動(dòng)狀態(tài)還可以防止?jié)獠顦O化和污染。管式反滲透膜組件的不足之處是:與平板膜相比,管膜的制備比較難控制。如果采用普通的管徑(1.27cm),則單位體積內(nèi)有效膜面積的比率較低,此外,管口的密封也比較困難。管式組件的優(yōu)點(diǎn)是:流動(dòng)狀態(tài)好,流速易控制。另外,安裝583.中空纖維式膜組件中空纖維型膜設(shè)備的特點(diǎn)是:具有在高壓下不產(chǎn)生形變的強(qiáng)度,纖維直徑較細(xì),一般外徑為50~100μm,內(nèi)徑為15~45μm。圖8-24為中空纖維反滲透膜組件的結(jié)構(gòu)。中空纖維反滲透器的組裝方法是,把幾十萬(或更多)根中空纖維彎成“U”形并裝入圓柱型耐壓容器內(nèi),纖維束的開口端密封在環(huán)氧樹脂的管板中。在纖維束的中心軸處安置一個(gè)原水分配管,使原水徑向流過纖維束。纖維束外面包以網(wǎng)布,以使形狀固定,并能促進(jìn)原水形成滯流狀態(tài)。淡水透過纖維管壁后,沿纖維的中空內(nèi)腔流經(jīng)管板而引出,濃原水在容器的另一端排出。3.中空纖維式膜組件中空纖維型膜設(shè)備的特點(diǎn)是:具有在高59細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備課件60中空纖維式裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是:單位體積內(nèi)有效膜表面積比率高,故可采用透水率較低,而物化穩(wěn)定性好的尼龍中空纖維。該膜不需要支撐材料,壽命可達(dá)5年,這是一種效率高、成本低、體積小和重量輕的反滲透裝置。中空纖維式裝置的主要缺點(diǎn)是:中空纖維膜的制作技術(shù)復(fù)雜,管板制作也較困難,同時(shí)不能處理含懸浮固體的原水。中空纖維式裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是:單位體積內(nèi)有效膜614.螺旋卷式膜組件

這種膜的結(jié)構(gòu)是雙層的,中間為多孔支撐材料,兩邊是膜,其中三邊被密封成膜袋狀,另一個(gè)開放邊與一根多孔中心產(chǎn)品收集管密封連接,在膜袋外部的原水側(cè)再墊一網(wǎng)眼型間隔材料,也就是把膜-多孔支撐體-膜—原水側(cè)間隔材料依次疊合,繞中心產(chǎn)品水收集管緊密地卷起來形成一個(gè)膜卷,再裝入圓柱型壓力容器里,就成為一個(gè)螺旋卷組件,見圖8-25。

在實(shí)際應(yīng)用中,把幾個(gè)膜組件的中心管密封串聯(lián)起來構(gòu)成一個(gè)組件,再安裝到壓力容器中,組成一個(gè)單元,供給水(原水)及濃縮液沿著與中心管平行的方向在網(wǎng)眼間隔層中流動(dòng),濃縮后由壓力容器另一端引出。產(chǎn)品水則沿著螺旋方向在兩層膜間的膜袋內(nèi)的多孔支撐材料中流動(dòng),最后流入中心產(chǎn)品水收集管而被導(dǎo)出(見圖8-26)4.螺旋卷式膜組件62細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備課件63細(xì)胞破碎與料液分離過程設(shè)備課件645.毛細(xì)管型膜組件

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