细胞破碎与料液分离过程设备.ppt

第七章细胞破碎与料液别离过程设备;一、细胞破碎设备

1、细胞破碎的原因：

微生物代谢产物大多分泌到胞外，如大多数小分子代谢物、局部酶蛋白等。但有些目标产物如大多数酶蛋白、类脂和局部抗生素等存在于胞内。?

2、细胞破碎方法:机械法和非机械法。

非机械法包括：溶菌酶法、化学法、物理法和枯燥法等。

3、机械破碎设备;(1)高速珠磨机

原理：将进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃珠一起搅拌，由于研磨作用，使细胞破碎，释放出内含物。

;环流速、细胞悬浮液的浓度、玻璃珠的装置和珠径以及温

度等，珠体的大小应以细胞的大小、浓度以及连续操作时

不使珠体带出作为选择依据。

(2)高压匀浆器

原理：细胞浆液通过止逆阀进入泵内，利用高压使其在

排出阀的小孔冲击，并且高速撞击在撞击环上。细胞在这

一系列的高速运动中经历了剪切、

碰撞以及高压到常压的变化，从

而造成细胞破裂。

在操作方式上，可以采用单次

通过匀浆器或屡次循环通过等方

式。;影响破碎的主要因素：压力、温度和通过匀浆器的次数

(3)超声波振荡器

超声波具有频率高、波长短、定向传播等特点，频

率为15～25KHz。超声波振荡器常用的为电声型，它是

由发声器和换能器组成，发生器能产生高频电流，换能

器的作用是把电磁振荡转换成机械振动。

超声波振荡器又可分为槽式和探头直接插入介质两种

型式，一般破碎效果后者比前者好。

作用原理：空化〔空穴〕效应，当超声波在液体中传

播时，液体中的某一小区域交替重复地产生巨大的压力;和拉力。由于拉力的作用，使液体拉伸而破裂，从而出

现细小的空穴。这种空穴泡受到超声波的迅速冲击而迅

速闭合，从而产生一个极为强烈的冲击波压力，由它引

起的粘滞性旋涡在悬浮细胞上造成了剪切应力，促使细

胞内部液体发生流动，而使细胞破碎。

影响超声波破碎效率的因素：超声波的声强、频率、

液体的温度、压强和处理时间等，介质的离子强度、pH

值和菌种的性质等。

;二、过滤别离设备

(一)过滤速度的强化

提高过滤速度，一方面可通

过改变悬浮液的物理性质〔预

处???〕，另一方面，选择适当

的过滤介质和操作条件。

1、发酵液的预处理

(1)加热

(2)凝聚和絮凝

(3)参加盐类

(4)调节pH值

(5)参加助滤剂;2、过滤介质的选择及操作条件的选择

过滤介质除过滤作用外，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。

工业上常用的过滤介质：织物、粒状介质和多孔固体

介质。

过滤操作条件的优化包括：

(1)悬浮液物理性质的改变，如降低粘度、减少滤饼比阻和滤饼层厚度〔参加助滤剂和絮凝剂〕。

(2)改变过滤压力差。在一定压力差范围内，增大压差队过滤有利，但当压差大于某一值后，继续增大将使过滤速度减慢。;〔二〕过滤设备

1、板框式及板式压滤机

(1)板框式压滤机

过滤洗涤卸渣清洗滤布过滤

滤板和滤框间隔排列，框两

侧覆以滤布，形成空腔供滤板支

撑、压紧。

滤板的作用：支撑滤布，提

供滤液流出的通道。正方形，角

端开有小孔，两面制成沟槽，与

滤出口和洗水孔道连通。;滤框的作用：提供滤浆进入的空间，容纳滤饼，总框数

由其生产能力和悬浮液固体浓度确定。

滤液引出方式：明流和暗流。

;(2)凹腔板式压滤机

全由滤板并列而成。

滤板：凹面形圆盘，合并后形成凹腔，板的两侧是滤布。;(3)自动板筐式压滤机

特点：板框压紧、过滤、洗涤、卸饼和清洗等操作可

在10min内自动完成。

板、框各有4个角孔，滤布是首尾封闭的整体，过滤、洗涤。

卸渣：拉开框，降框。

滤布洗涤：传动装置带动环形滤布围轴旋转。

;(4)板框式压滤机的工艺计算

物料衡算、设备台数选择、生产能力、过滤面积。

2、真空过滤机〔转筒式真空过滤机〕

连续式操作，主体是一个由筛板组成能转动的水

平圆筒，外表有一层金属丝网，网上覆盖滤布，筋

板分隔成假设干个空间，分配头内沿径向隔离成3个室。;当圆筒缓慢旋转时，筒内每一空间相继与分配头中

的1，2，3室相通，可顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹

松、卸饼等项操作。即整个圆筒分为过滤区、洗涤及脱

水区、卸渣及再生区3个区域。

过滤区：空间与真空管连通〔吸滤〕

洗涤及脱水区：空间也与真空管连通，吸入洗涤水，吸干滤饼。;;三、离心别离设备

〔一〕离心别离原理与别离因数

1、管式离心机中微粒的运动方程

2、碟式离心机的别离原理与别离因数f

具有许多重叠的碟片，缩短了颗粒的

沉降距离，提高了别离效率。;f是反映离心机别离能力的重要指标，它表示在离心力

场中，微粒可以获得比在重力场中大f倍的作用力。

由f可将离