第二篇第二章过滤离心与膜分离设备.ppt

第二章 过滤、离心、膜分离设备,第一节 过滤速度的强化 过滤分： 表面过滤 主要是指滤布过滤、涂层过滤。液体通过滤布或者预涂层，液体中悬浮的固形物质被截留在滤布或预涂层表面上，液体则被过滤掉。,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滤饼比阻力。,1添加电解质、絮凝剂、凝固剂 悬浮的固形物质的粒度越大，硬度越高，形成的滤饼比阻力愈低。 菌体细胞壁上有羧基和氨基，在中性溶液中一般在表面带上电荷形成溶胶，不易沉降。 加电解质中和电荷，使胶体破坏沉淀，产生大颗粒。,加絮凝剂、凝固剂 絮凝剂、凝固剂分子量很大，各个区段上有特殊吸附作用，可以与悬浮液中的粒子起“桥联”作用，形成大絮团，可以是非电解质絮凝剂，但聚合电解质絮凝剂效果更好。 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 CaHPO41% 2）pH值 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。 硅藻土：是硅藻遗骸经煅烧后的产物。一般为悬浮固形物的510%。 制备：硅藻土破碎磨粉筛分干燥煅烧,煅烧后的硅藻土密度降低了1/2-3/4，相对渗透率提高了320倍。 一般其含SiO2为85.891.1%，Al2O3 3.84% 硅藻土特性： 1）化学性能稳定，不会改变液体组成。 2）形状不规则，空隙大而多，粒径一般为2100um，密度100250kg/m3，比表面积1000020000m2/kg，具有很大的吸附表面。 3）无毒且不可压缩，形成的过滤层不会因操作压变化而使阻力发生变化。,硅藻土的三种用途： 1）作为深层过滤介质。以过滤含少量的悬浮固形物的液体，除去1um粒子。 2）作为预涂层。在支持介质表面上预先形成硅藻土的薄层，以保护支持介质孔道在较长时间内不被悬浮在液体中的固形物质所堵塞。 3）作助滤剂。将适量的硅藻土分散在待滤的悬液中，使之形成的滤饼具有多孔隙性，降低滤饼的可压缩性，以提高过滤速度和延长操作的周期。 滤饼较厚时（50100）时为防止龟裂，可加1%5%纤维素或活性炭。 3调节pH 将pH调至滤液的等电点附近，使蛋白质变性凝固。,二、加热 1）热处理能使蛋白质变性凝固，从而使过滤速度大提高。 2）液体的黏度一般是温度的指数函数，温度升高，液体的黏度也会明显下降，过滤速度也会加快。麦汁过滤75比40快好几倍。 三、降低悬浮液中固形物的浓度 尽可能使培养基配料浓度降低 发酵后过滤时，应尽可能使发酵彻底，避免菌体自溶等。 加水稀释能否提高过滤速度？ 实践证明是完全无益，反而有害。,例： 加水1倍，速度要提高1倍以上方能提高过滤速度。速度提高1倍，动能1/2mV2则增加了4倍，对滤饼的冲击力也大大增加，形成的滤饼也更加紧密，过滤阻力也会大大增加，造成后期过滤困难 .,四、提高过滤压力差P 对于可压缩性的滤饼r0=f(P), P增大，r0也增大，过滤速度不一定增加。 最忌在过滤一开始就使P很大，导致形成紧密的过滤层，使过滤速度快速下降。 原则上：P开始很小，随后缓慢增加，最大范围23kgf/cm2。,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,1平底筛板啤酒麦汁过滤槽 筛板：铜、钢、不锈钢制成。 开孔率10%左右， 筛孔孔径：0.4×0.7×20mm 为了便于清洗，筛孔一般铣成喇叭状。 麦糟、麸皮和蛋白质能形成很厚的过滤层（滤饼）。不需要加任何过滤介质，在常压下进行。 有耕糟器，作用是疏松过滤层（麦糟层）。 反复过滤直到麦汁澄清为止，保持温度75。,2板框式压滤机 主要是由许多滤板和滤框间隔排列而成。板框装合压紧后即构成供滤浆或洗涤水流通的孔道。 常用板框压滤机有BMS、BAS、BMY和BAY等。 B表示板框压滤机； M表示明流； A表示暗流； S表示手动压紧； Y表示液压压紧。 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,第三节 离心分离设备,离心分离设备分： 1）过滤式离心分离设备 2）沉降式离心分离设备 一、碟式离心机分离机原理与分离因数 分离原理： 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，而后沿碟片的下表面向转子周围下滑，液体则沿转子中心上升，从套管排出，达到分离的目的。,工业上离心分三类： 1）普通离心机 f3000，直径大、转速低、分离0.011.0mm固体。 2）高速离心机 f=3000-50000，分离乳浊液 3）超速度离心机 f50000，分离乳浊液 二、常见离心机 1管式离心机、 分： 1）GF型 离心分离机，分离乳浊液，连续操作 2）GQ型 离心澄清机，分离悬浮液，间歇操作，人工卸渣。 管式离心机转鼓直径小，转速高，15000r/min，f可达50000。,2碟式离心机 转鼓内有数十个锥形碟片，碟片间隙0.52.5mm。 自动排渣的有特殊的喷嘴或活门824个，能自动排渣。,三、离心分离设备的放大 1以等效时间放大 等效时间：离心分离因数与分离时间的乘积。 te=ft 2以几何特性参数放大 几何特性参数C 管式： 碟式： QVTC 同类型：沉降速度相等。即Q1/C1Q2/C2 不同类型：Q1/(1C1)Q2/(2C2),第四节 膜分离设备,一、膜分离方法 1渗透 2透析 3电渗析 4反渗析 5微过滤 6超滤 7气体透过 二、几种常见的膜 1醋酸纤维 2聚丙烯腈 3聚砜 4聚醚砜,三、膜分离设备 良好的膜分离设备具备的条件： 1）膜面切向速度快，减少浓差极化。 2）单位体积中所含膜面积大。 3）容易拆洗和更换。 4）保留体积小，无死角。 1板式膜过滤器 2管式过滤器 管子是膜的支撑体有管内流和管外流式,3中空纤维式膜分离器 纤维膜内径一般为0.51.4mm，外径1.12.3mm 分内压式和外压式。 内压式料液在管内流过。 外压式料液在管外流过。 中空纤维式膜分器操作压力低力3kgf/cm2，可反向清洗。 缺点是单根纤维管损坏时需要更换整个膜件。,4螺旋卷式膜分器 膜、支撑材料、膜间隔材料依次迭好，围绕中心管卷紧成一个膜组。 操作时，料液在膜表面通过间隔材料沿轴向流动，透过液则沿螺旋形流向中心管。 特点：膜面积大，湍流好，换膜容易。 缺点：流体阻力大。,