文档介绍：第二章发酵液的预处理和菌体的回收
固液分离的分类
发酵液的组成
培养液的基本特征
悬浮液的预处理
预处理的目的预处理方法
过滤基础理论
Darcy定理、Kozeny’s 方程、比阻定义、Ruth’s 方程、恒压过滤方程
常用新型过滤器
过滤器的选择
中试设计的路线
固液分离的类型
1、过滤(重力过滤器、压滤器、真空过滤器)
2、离心
3、重力沉降
4、气悬浮
发酵液的组成
悬浮液:
m以上的固液分散体系。生物细胞培养液基本上也是悬浮液。
培养液的组成:
水70-80% +
固体细胞及碎片20-30%(对微生物发酵)+
少量的代谢成物+
细胞破裂后的内容物+
残存的培养基成分
培养液的基本特征
A、细胞成分及碎片大小不一,颗粒大小,分离成本。
B、固液密度相近,黏度高:沉降和离心分离困难
C、固体成分可压缩可变形+ 高黏度:过滤困难,黏附在滤布,错流过滤形成凝胶层
D、动植物细胞抗剪切力差:错流膜过滤和离心等不适
E、流变性复杂,非牛顿型流体,青霉素发酵液为卡森型流体,120h链霉素发酵液为拟塑性流体,灰色链丝菌发酵液为塑性流体。
悬浮液的预处理
预处理的目的:
改变发酵液的物理性质(黏度、颗粒、颗粒稳定性等),固液分离速度,分离器分离效率;
目标产物转移其中一相(多数为液相);
去杂质
预处理方法
加热:最简单和最廉价的处理方法。黏度、促凝聚、固体成分体积、破坏凝胶结构、增加空隙率、去蛋白
调pH值:方法简单有效、成本低廉;
凝聚:在凝聚剂(如铝盐、铁盐、石灰和NaCl)作用下, 细胞蛋白质等(准)胶体去稳定,并聚集成1mm大小的凝聚块的过程。
悬浮液的预处理
凝聚剂种类:A、无机盐类,如硫酸铝、明矾、硫酸铁、硫酸亚铁、FeCl3、AlCl3、ZnCl、硫酸镁等;B、无机碱,如Al(OH)3、Fe(OH)3、Ca(OH)2、CaO等;C、聚合无机盐,如聚合铝、聚合铁。
机理:A、破坏双电层,B、水解后胶体吸附,C、氢键结合等。
絮凝:在絮凝剂高分子聚合电解质的作用下,胶体颗粒和聚合电解质交连成网,形成10 mm大小的絮凝团过程。
絮凝剂种类:A、阳离子类,如聚丙烯酰胺(+)、聚苯烯酸二烷基胺乙酯、聚二烯丙基四胺;B、阴离子类,如聚丙烯酸纳、聚苯乙烯磺酸、聚丙烯酰胺(-);C、非离子类,如聚丙烯酰胺(0)、环氧化乙烯。
悬浮液的预处理
机理:絮凝剂主要起中和电荷、桥架和网络作用
5、惰性助滤剂:一种颗粒均匀、质地坚硬的粒状物质,用于扩大过滤表面的适应范围,减轻细小颗粒的快速挤压变形和过滤介质的堵塞。
使用方法:A、预涂层;B、按一定比率混合。
助滤剂种类:硅藻土、膨胀珍珠岩、石棉、纤维素、未活化的炭、炉渣、重质碳酸钙,及它们的混合物等。
用量标准:A、单位质量助滤剂所产生的最大滤液产量(最常用);B、或最长周期;C、或最快流速;D、或滤饼的最大空间利用度。
问题?
1、预处理的理论基础?
2、过滤器有3大类型,几百个型号,如何挑选?
过滤基础理论
Darcy定理
U = 流体的速度(in: m/s),p = 压力差(in: Pa),l = 床层厚度(in: m),K = Darcy’s 渗透系数,与流体和床层的性质有关。
过滤理论基础
Kozeny’s 方程
对于发酵液的过滤,要用Kozeny’s方程
K’’= Kozeny’s 常数,一般K’’= 5(在大量均匀的球形颗粒中),其他颗粒K’’= ---,颗粒,K’’;S = 单位体积颗粒中颗粒的表面积;= 发酵液黏度(in: Pa s);= 床层的空隙率,即空隙体积与总体积的比值。注意 l
方程适应条件:A、薄层区域表面的流速,B、非常高的孔隙率,C、非常广的颗粒尺寸的分布,D、纤维状的、可压缩的和吸湿性的填充物。
意义:过滤的基础方程,揭示了过滤流速与各因素的关系