《固液分離技術(shù)》PPT課件

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1、固液分離技術(shù)第一章第一章固液分離技術(shù)第一節(jié)發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù)第二節(jié)固液分離第一節(jié)發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù)一、預(yù)處理的原理及方法1．降低液體粘度由流體力學(xué)基本知識可知，濾液通過濾餅的速率與液體的粘度成反比，可見降低液體粘度可有效提高過濾速率。降低液體粘度常用的方法有加水稀釋法和加熱法。加水稀釋法可有效降低液體粘度，但會增加懸浮液的體積，使后處理任務(wù)加大，并且只有當(dāng)稀釋后過濾速率提高的百分比大于加水比時，從經(jīng)濟(jì)上才能認(rèn)為有效。第一節(jié)發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù)升高溫度可有效降低液體粘度，從而提高過濾速率，常用于粘度隨溫度變化較大的流體。另

2、外，應(yīng)用加熱法的同時，可控制適當(dāng)溫度和受熱時間，使蛋白質(zhì)凝聚形成較大顆粒，進(jìn)一步改善發(fā)酵液的過濾特性。如鏈霉素發(fā)酵液，調(diào)酸至pH3.0后，加熱至70℃，維持半小時，液相粘度下降至1/6，過濾速率可增大10～100倍。使用加熱法時必須注意：①加熱的溫度必須控制在不影響目的產(chǎn)物活性的范圍內(nèi)；②對于發(fā)酵液，溫度過高或時間過長，可能造成細(xì)胞溶解，胞內(nèi)物質(zhì)外溢，而增加發(fā)酵液的復(fù)雜性，影響其后的產(chǎn)物分離與純化。第一節(jié)發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù)2．調(diào)整pHpH直接影響發(fā)酵液中某些物質(zhì)的電離度和電荷性質(zhì)，適當(dāng)調(diào)節(jié)pH可改善其過濾特性。對于氨基

3、酸、蛋白質(zhì)等兩性物質(zhì)作為雜質(zhì)存在于液體中時，常采用調(diào)pH至等電點使兩性物質(zhì)沉淀。另外，在膜分離中，發(fā)酵液中的大分子物質(zhì)易與膜發(fā)生吸附，常通過調(diào)整pH，改變易吸附分子的電荷性質(zhì)，以減少吸附造成的堵塞和污染。此外，細(xì)胞、細(xì)胞碎片及某些膠體物質(zhì)等在某個pH下也可能趨于絮凝而成為較大顆粒，有利于固液分離。第一節(jié)發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù)3．凝聚和絮凝凝聚和絮凝的主要作用為增大混合液中懸浮粒子的體積，提高固液分離速度，同時可除去一些雜質(zhì)。（1）凝聚作用凝聚作用是指在某些電解質(zhì)作用下，使膠體粒子聚集的過程。這些電質(zhì)稱為凝聚劑。膠體粒子能保

4、持分散狀態(tài)的原因是其帶有相同電荷和擴(kuò)散雙電層的結(jié)構(gòu)。當(dāng)分子熱運動使粒子間距離縮小到使它們的擴(kuò)散層部分重疊時，即產(chǎn)生電排斥作用，使兩個粒子分開，從而阻止了粒子的聚集。雙電層電位越大，電排斥作用就越強(qiáng)，膠粒的分散程度也越大，發(fā)酵液越難過濾。第一節(jié)發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù)膠粒能穩(wěn)定存在的另一個原因是其表面的水化作用，使粒子周圍形成水化層，阻礙了膠粒間的直接聚集。凝聚劑的加入可使膠粒之間雙電層電位下降或者使膠體表面水化層破壞或變薄，導(dǎo)致膠體顆粒間的排斥作用降低，吸引作用加強(qiáng)，破壞膠體系統(tǒng)的分散狀態(tài)，導(dǎo)致顆粒凝聚。影響凝聚作用的主要因

5、素是無機(jī)鹽的種類、化合價及無機(jī)鹽用量等。第一節(jié)發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù)常用的凝聚劑有AlCl3·6H2O、Al2(SO4)3·18H2O、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、ZnSO4和MgCO3等。電解質(zhì)凝聚能力可用凝聚值來表示，使膠粒發(fā)生凝聚作用的最小電解質(zhì)濃度（mmol/L）稱為凝聚值。根據(jù)Schuze-Hardy法則，陽離子的價數(shù)越高，該值就越小，即凝聚能力越強(qiáng)。陽離子對帶負(fù)電荷的發(fā)酵液膠體粒子凝聚能力的次序為：Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>N

6、a+>Li+。第一節(jié)發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù)（2）絮凝作用絮凝作用是利用帶有許多活性官能團(tuán)的高分子線狀化合物吸附多個微粒的能力，通過架橋作用將許多微粒聚集在一起，形成粗大的松散絮團(tuán)的過程。所利用的高分子化合物稱為絮凝劑。絮凝劑一般具有長鏈狀結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)絮凝作用關(guān)鍵在于其鏈節(jié)上的多個活性官能團(tuán)，包括帶電荷的陰離子（如—COOH）或陽離子（如—NH2）基團(tuán)以及不帶電荷的非離子型基團(tuán)。它們通過靜電引力、范德華力或氫鍵作用，強(qiáng)烈地吸附在膠粒表面。第一節(jié)發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù)根據(jù)絮凝劑所帶電性的不同，分陰離子型、陽離子型和非離子型三類。對于

7、帶有負(fù)電性的微粒，加入陽離子型絮凝劑，具有降低離子排斥電位和產(chǎn)生吸附架橋作用的雙重機(jī)制；而非離子型和陽離子型絮凝劑，主要通過分子間引力和氫鍵等作用產(chǎn)生吸附架橋。影響絮凝作用的主要因素有：①高分子絮凝劑的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)線性結(jié)構(gòu)的有機(jī)高分子絮凝劑，其絮凝作用大，而成環(huán)狀或支鏈結(jié)構(gòu)的有機(jī)高分子絮凝劑的效果較差。絮凝劑的分子量越大、線性分子鏈越長，絮凝效果越好；但分子量增大，絮凝劑在水中的溶解度降低，因此要選擇適宜分子量的絮凝劑。第一節(jié)發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù)②絮凝操作溫度當(dāng)溫度升高時，絮凝速度加快，形成的絮凝顆粒細(xì)小。因此絮凝操作溫度

8、要合適，一般為20℃～30℃。③pH溶液pH的變化會影響離子型絮凝劑功能團(tuán)的電離度，因此陽離子型絮凝劑適合在酸性或中性的pH環(huán)境中使用，陰離子型絮凝劑適合在中性或堿性的環(huán)境中使用。④攪拌速度和時間適當(dāng)?shù)臄嚢杷俣群蜁r間對絮凝是有利的，一般情況下，攪拌速度為(40～80)r/min，不要超過100r/min；攪拌時間以(2～4)min