《产品纯化设备》PPT课件.ppt

微生物工程与设备,湖师院生科院,第十三章 产品纯化设备,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,：比较老式的过滤设备,优点：结构简单、紧凑；过滤推动力大、辅助设备少、动力消耗少；可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。过滤、洗涤质量好；能够分离难以用其他过滤设备过滤的悬浮液；滤饼含水量较少；维修方便。,缺点：设备笨重，间歇操作，装拆板框及卸渣的劳动强度大，设备占地面积大，辅助时间长。,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,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 一定的顺序，滤板的两侧表面放上滤布，然后用手动的或机动的压紧装置固定，使板与框紧密接触。,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：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：将洗水送入洗水通道，经洗涤板左上角的洗水进口，进入板的两侧表面的凹槽中。然后，洗水横穿滤布和滤饼，最后由非洗涤板下角的滤液出口排出。在此阶段中，洗涤板下角的滤液出口阀门关闭。,卸渣、整理：打开板框，卸出滤饼，洗涤滤布及板、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,转鼓式真空过滤机,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,转鼓式真空过滤机,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,转鼓式真空过滤机,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,转鼓式真空过滤机,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 过滤式（分离机）：转鼓壁上有孔并装滤布（三足式）沉降式（澄清机）：转鼓壁上无孔无滤布，碟片式、管式 按离心分离因数分类（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：连续运转、分批自动排出沉渣 喷嘴式离心机：连续运转、连续排出浓缩液体 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,物料从管束下部引入。工作时，物料在加热管内全程形成上、中、下三个不同区域，如图所示，物料在下部，因液层静压作用，物料不沸腾，只起加热作用。在中部温度上升物料沸腾，二次蒸汽形成，蒸汽体积急速增大，管芯形成高速上升气流将液体在管壁压成薄膜向上流动，形成很好的传热条件，传热系数大大增加，使蒸发加快。到达上部后进入饱和区，汽液混合物经管顶进入汽液分离器进行汽液分离。,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,第三节 干燥设备,优点：干燥强度大；干燥时间短；设备较紧凑、生产能力大、结构简单、设备投资少、占地面积小、加工方便；将干燥、粉碎、输送、包装等组成一道工序，并密封进行，减少物料飞扬，防止杂质污染。,缺点：对晶形磨损严重；要求物料大小接近；对黏性物料不适用。,一、气流干燥设备,1、原理与设备型式,第三节 干燥设备,一、气流干燥设备,2、气流干燥设备及干燥流程,第三节 干燥设备,二、沸腾干燥,1、原理与设备类型,原理 利用热空气流体使孔板上的颗粒物料呈液化沸腾状态，使水分迅速汽化而达到干燥目的。,类型 单层沸腾干燥器 单室、多室 多层沸腾干燥器,第三节 干燥设备,二、沸腾干燥,1、原理与设备类型,优点 传热传质速率高，干燥温度均匀，容易控制；干燥、冷却可连续进行，干燥与分级也能同时完成，有利于连续化和自动控制化；容积干燥强度大，设备紧凑，占地面积小，结构简单，设备生产能力高，动力消耗小。,缺点 连续操作时，物料在干燥器内停留时间不一，干燥度不够均匀，对结晶物料有磨损作用。,第三节 干燥设备,二、沸腾干燥,2、沸腾干燥设备的结构和操作,第三节 干燥设备,三、喷雾干燥,1、原理与类型,原理 利用各种不同的喷雾器，将悬浮液和黏滞的液体喷成雾状，形成具有较大表面积的分散微粒，与热空气发生强烈的热交换，迅速排除自身的水分，在几秒到几十秒内获得干燥。,类型（按照液体雾化的方式分）：压力喷雾法 气流喷雾法 离心喷雾法,第三节 干燥设备,三、喷雾干燥,2、气流喷雾干燥设备流程,气流喷雾干燥设备1,6-过滤器；2-空气分配盘；3-袋滤布；4-回风管；5-电加热器；7-瓷环；8-棉花,第三节 干燥设备,三、喷雾干燥,3、气流喷雾干燥塔的结构,