第十三章产品纯化设备p讲义资料.ppt

Click to edit Master title styleClick to edit Master subtitle stylev微生物工程与设备湖师院生科院第十三章 产品纯化设备两相分离设备蒸发浓缩设备干燥设备第一节 两相分离设备用来进行固-液或液-液分离的设备分类（根据推动力的不同）： 加压过滤设备：利用过滤介质两端的压力差为推动力 真空过滤设备：利用抽真空造成过滤介质两端压力差而进行过滤的 离心过滤设备：利用高速旋转的物体产生的离心力作为过滤的推动力第一节 两相分离设备一、过滤设备1、板框过滤机种类： 明流式：滤液从每一块滤板流出，发酵液过滤多用这种 暗流式：滤液集中从尾板的出液口流出，多用于成品及无菌过滤第一节 两相分离设备一、过滤设备1、板框过滤机结构： 板框过滤机由多块滤板（洗涤板）和滤框交替排列组成，滤板和滤框的数量视生产能力和滤浆的情况可以增减第一节 两相分离设备一、过滤设备1、板框过滤机结构 组装时，滤板与滤框之间加滤布，借手动螺杆或液压机构将其压紧，两相邻滤布之间的框间为过滤空间滤布除起过滤介质的作用外，同时还起到密封垫圈的作用，防止板与框之间的泄漏滤板和滤框的四个角上开有通孔，组装后形成滤浆、洗涤液和滤液的通道。

第一节 两相分离设备一、过滤设备1、板框过滤机 结构滤板 凹凸不平的表面，凸部用来支撑滤布，凹槽是滤液的流道滤板右上角的圆孔，是滤浆通道；左上角的圆孔，是洗水通道洗涤板 左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通，使洗水流进凹槽滤框 滤浆通道：滤框右上角的圆孔；洗水通道：滤框左上角的圆孔 为了避免这两种板和框的安装次序有错，在铸造时常在板与框的外侧面分别铸有一个、两个或三个小钮滤板为一钮板，框带两个钮，洗涤板为三钮板第一节 两相分离设备一、过滤设备1、板框过滤机 结构滤框滤板洗涤板滤布第一节 两相分离设备一、过滤设备1、板框过滤机 结构板框组合示意图第一节 两相分离设备一、过滤设备1、板框过滤机滤浆洗水滤板滤框洗板滤布第一节 两相分离设备一、过滤设备1、板框过滤机第一节 两相分离设备一、过滤设备1、板框过滤机过滤过程 板框过滤机的操作是间歇式的，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段装合： 将板与框按 一定的顺顺序，滤滤板的两侧侧表面放上滤滤布，然后用手动动的或机动动的压紧压紧 装置固定，使板与框紧紧密接触第一节 两相分离设备一、过滤设备1、板框过滤机过滤过程过滤过滤 ： 滤浆由滤框上方通孔进入滤框空间，固粒被滤布截留，在框内形成滤饼。

滤液则穿过滤饼和滤布而流向两侧的滤板，然后沿滤板的沟槽向下流动，由滤板下方的通孔排出排出口处装有旋塞，可观察滤液流出的澄清情况如果其中一块滤板上的滤布破裂，则流出的滤液必然混浊，可关闭旋塞，待操作结束时更换此种结构滤液排出的方式称明流式；另一种称暗流式的，滤液是由板框通孔组成的密闭滤液通道集中流出第一节 两相分离设备一、过滤设备1、板框过滤机过滤过程洗涤涤： 将洗水送入洗水通道，经经洗涤涤板左上角的洗水进进口，进进入板的两侧侧表面的凹槽中然后，洗水横穿滤滤布和滤滤饼饼，最后由非洗涤涤板下角的滤滤液出口排出在此阶阶段中，洗涤涤板下角的滤滤液出口阀门阀门 关闭闭卸渣、整理： 打开板框，卸出滤饼滤饼 ，洗涤滤涤滤 布及板、框第一节 两相分离设备一、过滤设备1、板框过滤机自动板框过滤设备：第一节 两相分离设备一、过滤设备2、真空过滤机在负压的情况下进行过滤种类： 转鼓式真空过滤机 叶片式真空过滤机 圆盘翻斗式真空过滤机第一节 两相分离设备一、过滤设备2、真空过滤机 转转鼓式真空过滤过滤 机 在抗生素工业中应用较多把过滤、洗饼、吹干、卸饼等操作全在转鼓的一周循环中依次完成连续且滤饼阻力小为恒压恒速过滤过程。

第一节 两相分离设备一、过滤设备2、真空过滤机 转转鼓式真空过滤过滤 机优点： 自动化程度高、操作连续、处理量大特别适合固体含量大（10）的悬浮液的分离，在发酵工业中广泛用于霉菌、放线菌和酵母发酵液或细胞悬浮液的过滤分离缺点： 由于受真空度的限制，不适于菌体较小和粘度较大的细菌发酵液的过滤，且过滤所得固相的干度不如加压过滤即其过滤推动力较低，对于滤饼阻力较大的物料适应能力较差第一节 两相分离设备一、过滤设备2、真空过滤机转转鼓式真空过滤过滤 机转鼓真空过滤机工作示意图结构： 转头 滤室 分配头 金属网 滤布 滤浆槽第一节 两相分离设备一、过滤设备2、真空过滤机 转转鼓式真空过滤过滤 机 转筒旋转时，藉分配头的作用，能使转筒旋转一周的过程中，每个小过滤室可依次进行过滤、洗涤、吸干、吹松卸渣等操作整个转筒圆周在任何瞬间都划分为： 过滤区; 洗涤区; 干燥卸渣区第一节 两相分离设备二、离心分离设备离心： 借助离心机旋转所产生的离心力的作用，促使不同大小，不同密度的粒子分离的技术第一节 两相分离设备二、离心分离设备按作用原理分类类 过滤过滤 式（分离机）：转转鼓壁上有孔并装滤滤布（三足式） 沉降式（澄清机）：转转鼓壁上无孔无滤滤布，碟片式、管式 按离心分离因数分类类（分离因数即离心力与重力之比，分离因数越高，离心沉降的速度越快，能分离的颗颗粒越小）： 常速离心机，分离因数f小于3000 中速离心机，分离因数f 3000-50000 高速离心机，分离因数f大于50000 超高速离心机，分离因数f大于20万；分类：按排出沉渣的方式： 保留固体式离心机：停机排除沉渣 排出固体式离心机：连续连续 运转转、分批自动动排出沉渣 喷喷嘴式离心机：连续连续 运转转、连续连续 排出浓缩浓缩 液体 离心机（萃取机）：液液分离第一节 两相分离设备二、离心分离设备1、保留固体式离心机 在每批分离完成或沉渣积存到一定质量后，需停机并用人工清除转鼓内的沉渣。

适用于悬浮固体浓度为1%左右，固体颗粒大于0.5m，小于500m的悬浮液第一节 两相分离设备二、离心分离设备2、分批自动排出固体的离心机 连续运转、分批自动排出沉渣 适用于固体悬浮物直径大于0.5m，小于500m，固体物浓度不超过10%的悬浮液的处理第一节 两相分离设备二、离心分离设备3、管式超速离心机 管式离心机是一种分离效率很高的离心分离设备，其转鼓细长，可在15000-50000的高转速下工作，分离因数可达1046105它设备简单、操作稳定适用于： 细胞、细胞碎片、细胞器、病毒、蛋白质、核酸等特别适合一般分离机难以分离的固形物含量0.5% 发酵液的分离第一节 两相分离设备二、离心分离设备3、管式超速离心机第一节 两相分离设备二、离心分离设备4、碟片式离心机结构： 由室式分离机进一步发展而得在转鼓里装有许多互相保持一定间距的锥形碟片，使液体在蝶片间成薄层流动而进行分离，减少液体扰动，减小沉降距离，增加沉降面积，大大增加分离效率和生产能力碟式分离机用于乳浊液的分离和含有少量固相的悬浮液的澄清在分离乳浊液时，往往还包含着液液固三相分离适用范围: 细菌、酵母菌、放线菌、细胞碎片第一节 两相分离设备二、离心分离设备4、碟片式离心机第一节 两相分离设备二、离心分离设备5、连续逆流离心萃取机液体的混合与分离同时进行。

第二节 蒸发浓缩设备作用： 使产物浓度较稀的发酵液、滤液或提取液经过一次或多次蒸发浓缩后，变为浓度较高的溶液，以利于后续工序的操作第二节 蒸发浓缩设备选择蒸发设备时，需要考虑溶液的以下特性：耐热性：高温易变性、变质的物质，不宜用常压浓缩；对热敏性物料的浓缩，可选择蒸发温度低、浓缩时间短的薄膜蒸发设备结垢性：对易形成积垢的物料应用管内流速很大的升膜式蒸发设备发泡性：蒸发是泡沫较多的物料，应降低蒸发器内蒸汽流速，防止跑液，或采用管内流速很大的蒸发器，用告诉气体击破泡沫第二节 蒸发浓缩设备结晶性：浓缩中有结晶形成，应选择强烈循环或有搅拌的蒸发设备腐蚀性：对较强腐蚀性的溶液，选择防腐蚀的材料或结构上方便更换的型式黏滞性：对黏滞性强的溶液，选择强制循环或刮板薄膜蒸发器 同时，蒸发设备还应满足工艺要求、有合适的浓缩比、保持溶液的特性不变而有高的收得率、传热系数高、热利用效率高、结构合理紧凑、操作清洗方便、动力消耗小等条件第二节 蒸发浓缩设备一、真空浓缩器优点：能处理黏性大、容易气泡的溶液缺点：浓缩时间长，对产物的破坏比薄膜蒸发器大 待浓缩的溶液置于浓缩器内部，抽真空，夹套通蒸汽进行加热因为减压浓缩，50以下可进行蒸发浓缩。

第二节 蒸发浓缩设备二、薄膜蒸发器薄膜蒸发： 在蒸发浓缩时，为了缩短受热时间，令溶液在蒸发设备的加热器内以很薄的液层通过，使溶液受热升温并汽化而被浓缩，浓缩的溶液迅速离开加热表面的方式分类：按照膜形成的方法管式薄膜蒸发器 根据液膜的流动方向分为升膜式蒸发器、降膜式蒸发器和升降膜式蒸发器刮板式薄膜蒸发器离心薄膜蒸发器第二节 蒸发浓缩设备二、薄膜蒸发器1、升膜式蒸发器 浓缩物料的时间很短，特别适用于发泡性、黏度较小的热敏物料，但不应用于黏度较大的和受热易产生积垢的，或浓缩后有结晶析出的物料第二节 蒸发浓缩设备饱和区沸腾区预热区 物料从管束下部引入工作时时，物料在加热热管内全程形成上、中、下三个不同区域，如图图所示，物料在下部，因液层层静压压作用，物料不沸腾腾，只起加热热作用在中部温度上升物料沸腾腾，二次蒸汽形成，蒸汽体积积急速增大，管芯形成高速上升气流将液体在管壁压压成薄膜向上流动动，形成很好的传热传热 条件，传热传热 系数大大增加，使蒸发发加快到达上部后进进入饱饱和区，汽液混合物经经管顶进顶进 入汽液分离器进进行汽液分离第二节 蒸发浓缩设备二、薄膜蒸发器2、降膜式蒸发器 原料液由加热管的顶部加入。

溶液在自身重力作用下沿管内壁呈膜状下流，并被蒸发浓缩，汽液混合物由加热管底部进入分离室，经气液分离后，完成液由分离器的底部排出 降膜蒸发器可以蒸发浓度较高的溶液，对于粘度较大的物料也能适用但对于易结晶或易结垢的溶液不适用此外，由于液膜在管内分布不易均匀，与升膜蒸发器相比，其传热系数较小第二节 蒸发浓缩设备二、薄膜蒸发器2、降膜式蒸发器第二节 蒸发浓缩设备二、薄膜蒸发器3、升降膜式蒸发器 加热器内安装有两组加热管，一组作为升膜式，另一组作为降膜式物料溶液先进入升膜加热管，沸腾蒸发后，汽液混合物上升至部，然后转入另一组加热管进行蒸发，浓缩液从底部进入汽液分离器分离后，二次蒸汽从分离器上部排入冷凝水，浓缩液从分离器下部出料第二节 蒸发浓缩设备二、薄膜蒸发器4、刮板式蒸发器 利用旋转刮片的刮带作用，使液体分布在加热管壁上 结构：壳体外部装有加热蒸汽夹套，内部装有可旋转的搅拌刮片料液由蒸发器上部沿切线方向加入后，在重力和旋转刮片带动下，溶液在壳体内壁 上形成下旋的薄膜，并在下降过程中不断被蒸发浓缩，在底部得到完成液在某些情况下，可将溶液蒸干而由底部直接获得固体产物第二节 蒸发浓缩设备优点：对物料的适应性很强，例如对于高粘度、热敏性和易结晶、结垢的物料都能适用。

缺点：结构复杂，动力消耗大，传热面积小，一般为34m2，最大不超过20m2，故其处理量较小二、薄膜蒸发器4、刮板式蒸发器第三节 干燥设备干燥： 利用热能将湿物料中的湿分（水分或其他溶剂）气化除去而获得干燥物的工艺操作分类：按照热源和供热方式的不同 空气干燥 加热面传热干燥 红外线干燥 冷冻干燥 微波干燥等第三节 干燥设备空气干燥（应用最广泛的方法）： 利用加热后的热空气，将热量带入干燥器并传给物料，使物料的水分汽化，形成水蒸气，同时被空气带走，空气既是载热体，也是载湿体按照工作原理，空气干燥分为：沸腾干燥 单层卧式多室沸腾干燥、造粒干燥气流干燥 直管式气流干燥、脉冲式气流干燥、旋风气流干燥喷雾干燥 气流式、压力式、离心式第三节 干燥设备一、气流干燥设备1、原理与设备型式原理 利用热空气与粉状或颗粒状物料在流动过程中充分接触，气体与固体物料之间进行传热与传质，使湿物料得以干燥设备型式： 长管气流干燥器 短管气流干燥器 旋风气流干燥器。