文档介绍：固液分离技术
第一章
第一章固液分离技术
第一章固液分离技术
第一节发酵液的预处理技术
第二节固液分离
第一节发酵液的预处理技术
一、预处理的原理及方法
由流体力学基本知识可知,滤液通过滤饼的速率与液体的粘度成反比,可见降低液体粘度可有效提高过滤速率。降低液体粘度常用的方法有加水稀释法和加热法。
加水稀释法可有效降低液体粘度,但会增加悬浮液的体积,使后处理任务加大,并且只有当稀释后过滤速率提高的百分比大于加水比时,从经济上才能认为有效。
第一节发酵液的预处理技术
升高温度可有效降低液体粘度,从而提高过滤速率,常用于粘度随温度变化较大的流体。另外,应用加热法的同时,可控制适当温度和受热时间,使蛋白质凝聚形成较大颗粒,进一步改善发酵液的过滤特性。如链霉素发酵液,,加热至70℃,维持半小时,液相粘度下降至1/6,过滤速率可增大10~100倍。使用加热法时必须注意:①加热的温度必须控制在不影响目的产物活性的范围内;②对于发酵液,温度过高或时间过长,可能造成细胞溶解,胞内物质外溢,而增加发酵液的复杂性,影响其后的产物分离与纯化。
第一节发酵液的预处理技术
pH直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质,适当调节pH可改善其过滤特性。对于氨基酸、蛋白质等两性物质作为杂质存在于液体中时,常采用调pH至等电点使两性物质沉淀。另外,在膜分离中,发酵液中的大分子物质易与膜发生吸附,常通过调整pH,改变易吸附分子的电荷性质,以减少吸附造成的堵塞和污染。此外,细胞、细胞碎片及某些胶体物质等在某个pH下也可能趋于絮凝而成为较大颗粒,有利于固液分离。
第一节发酵液的预处理技术
凝聚和絮凝的主要作用为增大混合液中悬浮粒子的体积,提高固液分离速度,同时可除去一些杂质。
(1)凝聚作用凝聚作用是指在某些电解质作用下,使胶体粒子聚集的过程。这些电质称为凝聚剂。胶体粒子能保持分散状态的原因是其带有相同电荷和扩散双电层的结构。当分子热运动使粒子间距离缩小到使它们的扩散层部分重叠时,即产生电排斥作用,使两个粒子分开,从而阻止了粒子的聚集。双电层电位越大,电排斥作用就越强,胶粒的分散程度也越大,发酵液越难过滤。
第一节发酵液的预处理技术
胶粒能稳定存在的另一个原因是其表面的水化作用,使粒子周围形成水化层,阻碍了胶粒间的直接聚集。凝聚剂的加入可使胶粒之间双电层电位下降或者使胶体表面水化层破坏或变薄,导致胶体颗粒间的排斥作用降低,吸引作用加强,破坏胶体系统的分散状态,导致颗粒凝聚。影响凝聚作用的主要因素是无机盐的种类、化合价及无机盐用量等。
第一节发酵液的预处理技术
常用的凝聚剂有AlCl3·6H2O、Al2(SO4)3·18H2O、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、ZnSO4和MgCO3等。电解质凝聚能力可用凝聚值来表示,使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度(mmol/L)称为凝聚值。根据Schuze-Hardy法则,阳离子的价数越高,该值就越小,即凝聚能力越强。阳离子对带负电荷的发酵液胶体粒子凝聚能力的次序为:Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+。
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(2)絮凝作用絮凝作用是利用带有许多活性官能团的高分子线状化合物吸附多个微粒的能力,通过架桥作用将许多微粒聚集在一起,形成粗大的松散絮团的过程。所利用的高分子化合物称为絮凝剂。絮凝剂一般具有长链状结构,实现絮凝作用关键在于其链节上的多个活性官能团,包括带电荷的阴离子(如—COOH)或阳离子(如—NH2)基团以及不带电荷的非离子型基团。它们通过静电引力、范德华力或氢键作用,强烈地吸附在胶粒表面。
第一节发酵液的预处理技术
根据絮凝剂所带电性的不同,分阴离子型、阳离子型和非离子型三类。对于带有负电性的微粒,加入阳离子型絮凝剂,具有降低离子排斥电位和产生吸附架桥作用的双重机制;而非离子型和阳离子型絮凝剂,主要通过分子间引力和氢键等作用产生吸附架桥。影响絮凝作用的主要因素有:
①高分子絮凝剂的性质和结构线性结构的有机高分子絮凝剂,其絮凝作用大,而成环状或支链结构的有机高分子絮凝剂的效果较差。絮凝剂的分子量越大、线性分子链越长,絮凝效果越好;但分子量增大,絮凝剂在水中的溶解度降低,因此要选择适宜分子量的絮凝剂。