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第五章_过滤、离心与膜分离设备

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水分离器原理

水分离器原理

水分离器原理水分离器是一种用于分离液体中不同物质的设备，广泛应用于污水处理、工业分离等场合。

本文将介绍水分离器的主要原理，包括离心分离、滤网过滤、吸附作用、电化学反应和膜分离技术。

1. 离心分离离心分离是水分离器中最常用的原理之一。

它利用离心力将液体中的不同物质分离。

当液体通过旋转的分离室时，由于离心力的作用，密度不同的物质会受到不同的离心力，从而沿离心方向移动并聚集在不同的区域。

密度大的物质会聚集在分离室的底部，而密度小的物质会聚集在顶部。

通过这种方式，可以将悬浮物、油和固体颗粒等物质从水中分离出来。

2. 滤网过滤滤网过滤是一种通过过滤介质将液体中的悬浮物和颗粒物分离出来的方法。

在水分离器中，通常使用不同孔径的滤网来过滤不同大小的悬浮物和颗粒物。

当液体通过滤网时，悬浮物和颗粒物被截留在滤网上，而清洁的水则通过滤网流出。

一段时间后，滤网上的截留物会越来越多，导致滤网堵塞，影响水流的通过。

此时需要进行清洗或更换滤网。

3. 吸附作用吸附作用是指利用某些物质的吸附性能将水中的有害物质去除。

在水分离器中，通常使用活性炭、树脂等吸附剂来吸附水中的有机物、重金属离子等有害物质。

吸附剂的表面具有很多微孔，能够与水中的有害物质发生物理或化学反应，从而将其吸附在表面。

通过更换吸附剂或用其他溶剂冲洗，可以将吸附在表面的有害物质去除。

4. 电化学反应电化学反应是利用电化学原理将水中的有害物质去除。

在水分离器中，通常使用电解槽和电极板来产生电流和电压。

当水流通过电解槽时，在电极板之间产生电场，导致水中的有害物质发生电化学反应。

例如，通过电解槽可以将水中的重金属离子转化为金属单质或氢氧化物沉淀，从而将其从水中去除。

此外，电化学反应还可以产生臭氧、氯气等强氧化剂，用于杀菌消毒和氧化有机物。

5. 膜分离技术膜分离技术是一种利用膜的渗透性能将液体中的不同物质分离出来的方法。

在水分离器中，通常使用不同材质和孔径的膜来分离水中的不同物质。

生物分离工程第5章-初级分离

生物分离工程第5章-初级分离
缺点：所得沉淀物可能聚集有多种物质， 或含有大量的盐类，或包裹着溶剂，产品纯 度常比结晶法低，过滤也较困难。
eg. 从血浆中通过5步沉淀生产纯度高达99%的免 疫球蛋白和96%~99%的白蛋白。
重新溶解的沉淀
血浆
乙醇法沉淀
沉淀物Ⅰ＋Ⅱ＋
Ⅲ
上清液
乙醇法沉淀 沉淀物Ⅰ＋Ⅲ
乙醇法沉淀沉 淀物Ⅱ
废弃沉淀
层厚度（ζ 电位）降低蛋白质溶液的稳定性，实 现蛋白质的沉淀。
蛋白质可以看作是一个表面分布有正、负 电荷的球体，这种正、负电荷是由氨基和 羧基的离子化形成的，换句话说，该球体 是带有均衡电荷分布的胶体颗粒。因此， 蛋白质的沉淀，实际上与胶体颗粒的凝聚 和絮凝现象相似。
蛋白质粒子在水溶液中是带电的，带电的 原因主要是吸附溶液中的离子或自身基团 的电离。因溶液是电中性的，水中应有等 当量的反离子存在。蛋白质表面的电荷与 溶液中反离子的电荷构成双电层。
蛋白质沉淀方法
中性盐盐析法
等电点沉淀法
有机溶剂盐析法
非离子型聚合物沉淀法 聚电解质沉淀法 金属沉淀法
其他沉淀法
一、中性盐盐析法
当中性盐加入蛋白质分散体系时可能出现以下两 种情况：
（1）“盐溶”现象(salting-in) ——低盐浓度下，蛋白质溶解度增大。
（2）“盐析”现象(salting-out) ——高盐浓度下，蛋白质溶解度随之下降。
Ks—盐析常数，与蛋白质和无机盐的种类有 关，与温度、pH值无关。
常数Ks代表图中直线的斜率；β 代表截距， 即当离子强度为零，也就是纯水中的假想
溶解度的对数。从一些实验结果表明，Ks与温度 和pH无关，但和蛋白质与盐的种类有关。
但这种变化不是很大，例如以硫酸铵作为沉淀剂 时，Ks值对不同的蛋白质来说，其变化不会超过 1倍。组成相近的蛋白质，分子量越大，沉淀所需 盐的量越少；蛋白质分子不对称性越大，也越易 沉淀。

第五章发酵产物的分离纯化

第五章发酵产物的分离纯化

第五章发酵产物的分离纯化第五章发酵产物的分离纯化下游加⼯亦称发酵后处理，是指从发酵液或酶反应中分离纯化⽬的产物并加⼯成成品的过程。

第⼀节下游加⼯过程概述⼀、下游加⼯过程的重要性：1. 获得商业产品的关键环节。

2. 拥有市场竞争⼒的重要保证。

⼆、下游加⼯过程的特点1. 发酵液是复杂的多相系统，属⾮⽜顿液体，从中分离所需产品困难⼤。

2. 发酵产品在培养液中具有浓度低，稳定性差，对酸碱等外界环境⼗分敏感，容易失活。

3. 下游加⼯过程代价昂贵，产品回收率不是很⾼。

4. 发酵过程复杂，要求下游加⼯⼯艺应具有相当的适应性，以确保最终产品的纯度和质量。

三、下游加⼯⼯程的⼀般流程1.发酵液的预处理和固-液分离。

2.产物的初分离3.产物的⾼度纯化4.成品加⼯第⼆节发酵液的预处理与固-液分离⼀、发酵液的⼀般特征1. 含⽔量⾼2. 产品浓度3. 悬浮物颗粒⼩，密度与液体相差不⼤4. 固体粒⼦可压缩性⼤5. 液体黏度⼤，⼤多为⾮⽜顿型流体6. 产物性质不稳定⼆、发酵液预处理的⽬的和要求1.预处理的⽬的（1）改变发酵液的物理性质，促进悬浮液中分离固形物的速度，提⾼固液分离器的效率（2）尽可能使产物转⼊便于后处理的某⼀相中（多数是液体）（3）去除发酵液中部分杂质，以利于后续各步操作。

2.发酵液预处理的要求:（1）菌体的分离（2）固体悬浮物的去除（3）蛋⽩质的去除（4）重⾦属离⼦的去除（5）⾊素、热原质、毒性物质等有机杂质的去除（6）改变发酵液的性质（7）调节适宜pH值和温度三、发酵液预处理的⽅法：1. 重⼒法2. 热处理法3.等电点法4. 絮凝法1. 重⼒法在⼯业上⽤的较多的主要是离⼼和过滤。

过滤常⽤板框真空吸滤或电动筛等，离⼼和过滤能否顺利进⾏取决于很多因素。

⼀般温度⾼，压⼒⼤，发酵液粘度⼩，滤布选⽤适当，助溶剂适宜，搅拌都可以提⾼过滤速度。

2、加热法降低悬浮液的黏度，除去某些杂蛋⽩，降低悬浮物的最终体积，破坏凝胶状结构、增加滤饼的空隙度。

生化分离技术 考试复习题库(含详细答案)

生化分离技术 考试复习题库(含详细答案)

《生化分离》考试复习题库一、选择题1.下列不是超临界萃取工艺的方法是（）。

A 等温法B 等压法C 吸附法D 交换法2.影响絮凝效果的因素有很多，但不包括（）。

A 絮凝剂的浓度B 溶液pH值C 溶液含氧量D 搅拌速度和时间3.葡聚糖凝胶色谱属于排阻色谱，在化合物分离中，先被洗脱下来的为（）。

A 杂质B 小分子化合物C 大分子化合物D 两者同时下来4.当向蛋白质纯溶液中加入中性盐时，蛋白质溶解度（）。

A 增大B 减小C 先增大，后减小D 先减小，后增大5.下列不能提高发酵液过滤效率的措施是（）。

A 增大滤过面积B 降低料液温度C 加压或减压D 加入助滤剂6.下列方法中，哪项不属于改善发酵液过滤特性的方法A 调节等电点B 降低温度C 添加表面活性物质D 添加助滤剂7.助滤剂应具有以下性质（）A 颗粒均匀、柔软、可压缩B 颗粒均匀、坚硬、不可压缩C 粒度分布广、坚硬、不可压缩D 颗粒均匀、可压缩、易变形8.在发酵液中除去杂蛋白质的方法，不包括（）A 沉淀法B 变性法C 吸附法D 萃取法9.下列关于速率区带离心法说法不正确的是（）A 样品可被分离成一系列的样品组分区带B 离心前需于离心管内先装入正密度梯度介质C 离心时间越长越好D 一般应用在物质大小相异而密度相同的情况10.助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，滤速增大。

以下不属于助滤剂的是（）A 氯化钙B 纤维素C 炭粒D 硅藻土11.细胞破碎的方法可分为机械法和非机械法两大类，下列不属于机械法的是（）A 加入金属螯合剂B 高压匀浆法C 超声破碎法D 珠磨法12.萃取操作是利用原料液中各组分（）的差异实现分离的操作。

A 溶剂中的溶解度B 沸点C 挥发度D 密度13.两相溶剂萃取法的原理为：A 根据物质在两相溶剂中的分配系数不同B 根据物质的熔点不同C 根据物质的沸点不同D 根据物质的类型不同14.下列溶液不是双水相的是（）。

A PEG/葡聚糖B PEG/磷酸盐C PEG/硫酸铵D 磷酸盐/硫酸铵15.在萃取操作中，分离系数越小，组分（）分离。

生物工程设备作业题总结

生物工程设备作业题总结

1. 在工业化生产中，发现溶氧速率偏低，造成产品质量降低，试问有哪些方法可以提升溶氧速率，进而提升产品的质量？答1 增加搅拌转速；2 增加通气量；3 通入纯氧；4 增加罐压力；5 加入促进氧气溶解的试剂6 减少装液量或减少发酵罐体积2. 试解释为什么生物反应器体积增加，传质效率降低？答：生物反应器的传质效率主要用T f对流传递时间常数，值等于L/V; T d为扩散传递时间常数L/k2 T C 等于基质消耗时间常数。

随着生物反应器的增加，T f和T d急剧增加，因为L增加。

T C 值不随体积增加而改变，这就造成营养物质供应速率随体积增加而急剧减小，营养物质消耗速率不变，结果是物质供应相对于营养需求不足，总的表象就是传质性能差，所以要求大幅度提升传质性能，强化传质。

3. 气升式生物反应器是如何强化传质的？答1 高茎比较大，增加气体溶解效率，同时减少对径向传质的需求。

2 底部较大的通气量，强化轴向传质4. 气升式生物反应器的优缺点是什么？答：优点：1 反应溶液分布均匀；2 较高的溶氧速率和溶氧效率3 剪切力小，对生物细胞的损伤小4 传热良好；5 结构简单，易于加工制造；6 操作和维修方便。

缺点：1 空气吞吐量大2 有机体、营养物质、溶氧混合控制难度高3 不适于颗粒和粘度大的培养基1 某个企业从高校研究室购买一株亚油酸高产菌株，在20 L 发酵罐内验收的指标都达到企业购买合同中对菌株实验室的性能要求，企业在合同中没有涉及工业化生产的要求，企业在工业化生产时发现，在20 m3 发酵罐中的产量远低于实验室水平，企业以菌株不合格为由，把高校诉讼到法院，你认为谁会胜诉，说明原因。

答企业败诉，因为合同仅仅要求实验室规模的产品质量，对工业化生产产品的质量没有要求。

实验室规模产品质量与工业化生产产品质量有很大的可能性存在巨大差异。

因为，随着发酵体积增加，对流传递时间常数和扩散传递时间急剧增加，而基质消耗时间不变，所以工业化生产往往存在溶氧工业不足或营养物质供应不足，温度或酸度控制不均匀或不灵敏的问题，这就造成产品质量或产量急剧下降。

过滤与离心设备课件PPT

过滤与离心设备课件PPT

（四）板框压滤机工艺计算
1. 物料衡算
总物料衡算 m=m1＋Vρ ）－m 滤液物料衡算 m（1－x1）－m1x2=Vρ 滤渣物料衡算 mx1=m1（1－x2） 由此可计算得每批操作得到的滤液量、 由此可计算得每批操作得到的滤液量、滤 渣量及滤渣中的液体含量。 渣量及滤渣中的液体含量。
2．板框压滤机选择及台数
滤板和滤框
滤板和滤框一般由铸铁铸成， 滤板和滤框一般由铸铁铸成，也可由硬 橡胶、塑料等制成。 橡胶、塑料等制成。 无菌过滤时，一般应采用不锈钢制造。 无菌过滤时，一般应采用不锈钢制造。 每台板框压滤机有一定的总框数， 每台板框压滤机有一定的总框数，其数 目由生产能力和悬浮液固体浓度确定， 目由生产能力和悬浮液固体浓度确定， 需要框数少时，可插入盲板 盲板以切断滤浆 需要框数少时，可插入盲板以切断滤浆 流通的孔道。 流通的孔道。
IFP自动板框压滤机工作原理图 IFP自动板框压滤机工作原理图
（l）过滤与洗饼 ）
（2）降框、卸饼及洗刷滤布 ）降框、
全自动板式 密闭过滤机
自动压滤机结构复杂，价格昂贵， 自动压滤机结构复杂，价格昂贵，在 一定程度上限制了它的应用和发展。 一定程度上限制了它的应用和发展。
板框压滤机的选用步骤
板框压滤机的型号
BAY4/450BAY4/450-30U BMS、BAS、 常用的板框压滤机有 BMS、BAS、 BMY及 BAY等类型 等类型。 BMY及 BAY等类型。 表示板框压滤机、 其中 B表示板框压滤机、 M表示明 表示暗流、 表示手动压紧、 流、A表示暗流、S表示手动压紧、 表示液压压紧。 Y表示液压压紧。
凹腔板式压滤机示意图
板式密闭过滤机
板 式 压 滤 机
板式或板框式压滤机结构简单， 板式或板框式压滤机结构简单，价格 过滤面积大，耐受压力高， 低，过滤面积大，耐受压力高，动力 消耗小。 消耗小。 适用于较难处理物料的过滤。 适用于较难处理物料的过滤。 这种压滤机不能连续操作， 这种压滤机不能连续操作，劳动强度 辅助操作时间长，滤布易损坏。 大，辅助操作时间长，滤布易损坏。

制药设备与工艺设计重点及答案

制药设备与⼯艺设计重点及答案第⼀章1.GMP对制药设备的要求？答，1.与⽣产相迨应的设备能⼒和最经济合理，安全的⽣产运⾏2.有满⾜制药⼯艺斫要求的完善功能和多种适应性3.能保证药品加⼯中品质的⼀致性4.易于操作和维修5.易于设备内外的清理6.各种接⼝符合协凋，配套，组合的要求7.易于安装且易于移动，有利⼲组合的司能8.进⾏设备验证（包括型式，结构，功能等）。

第三章设备材料与防腐2.设备材料有哪些基本性能？制药⽣产中设备对材料有哪些基本要求？答，1.⼒学，物理，化学，加⼯性能2.凡是⽔汽系统中的管路，管件过滤器，喷针等都应采⽤优质奥⽒体不锈钢的材料，选⽤其他材料必须耐腐蚀，不⽣锈。

3.什么是⾦属的化学性能？答，化学性能是指材料在所处介质中的化学稳定性，即材料是否与周围介质发⽣化学或电化学作⽤⽽引起腐蚀。

2.什么是奥⽒体不锈钢？答:以铬镍为主要合⾦元素的⼀类不锈钢，此类钢以及在此基础上发展起来的含铬镍更⾼并含钼，硅，铜等合⾦元素的奥⽒体不锈钢。

3.间晶腐蚀:是指⾦属或合⾦的晶粒边界受到腐蚀破坏的现象。

3.化学腐蚀与电化学腐蚀的区别:化学腐蚀是⾦属表⾯与环境介质发⽣化学作⽤⽽产⽣的损坏，特点是腐蚀是在⾦属的表⾯上，腐蚀过程不产⽣电流。

电化学腐蚀是⾦属与电解质溶液间产⽣电化学作⽤所发⽣的腐蚀，特点是在腐蚀过程中会产⽣电流。

4.防腐措施:1.衬覆保护层分为⾦属涂层和⾮⾦属涂层两类2.电化学保护包括阴极和阳极3.加⼊缓蚀剂通过改变介质的性质，降低或消除对⾦属的腐蚀作⽤。

第五章粉碎及分级设备4.固体药物粉碎的⽬的是什么？答，1.降低固体药物的粒径，增⼤表⾯积以加快药物的溶出速度，提⾼药物利⽤率2.原，辅料经粉碎后，⼤颗粒物料破裂成细粉状态，便于使⼏种不同的固体物料混合均匀，提⾼主药在颗粒中的均匀分散性，提⾼着⾊剂或其他辅料成分的分散性。

5.球磨机粉碎物料的原理是什么？答，球磨机是装有研磨介质的密闭圆筒，在转动装置带动下产⽣回转运动，物料在筒内受到研磨及冲击作⽤⽽粉碎。

现代分离方法与技术第三版答案第五章答案

现代分离方法与技术第三版答案第五章答案第五章分离方法与技术
1.现代分离技术包括哪些？
A.离心分离、膜分离、层析分离、溶剂萃取、电泳分离、细胞分离、
凝胶电泳、组蛋白分离，表面增强拉曼散射等。

2.什么是吸附分离？
A.吸附分离是一种利用介质对待分离物质表面的吸附作用实现分离的
方法，主要有离子交换、活性炭吸附、动态混凝土吸附、多孔介质吸附、
吸附液晶体等。

3.层析分离的基本原理是什么？
A.层析分离是一种基于物质的性质（如电荷、大小、密度、极性等）
在特殊介质中的分离机理，通常是利用物质在介质中的不同移动速度实现
分离的。

4.溶剂萃取的优势是什么？
A.溶剂萃取是一种利用溶剂间的不相溶和亲和力，将待分离物质从一
个介质中迁移到另一个介质中实现分离的方法。

溶剂萃取的优势在于多数
化合物的组分都能在指定的溶剂中受到萃取，萃取过程快速，分离效率高，可操作性强，可实现完全分离等。

5.电泳分离的原理是什么？
A.电泳分离是利用电场引起电荷对等物质在液相介质中的有规律迁移
实现分离的方法，也可称之为电动力层析。

它是利用物质在电场作用下的
有规律的移动，对具有不同电荷或分子量的物质经电泳的不同移动速度实现分离的。

环保行业废水处理方案

环保行业废水处理方案第一章废水处理概述 (2)1.1 废水处理的意义与目的 (2)1.2 废水处理的基本原则 (2)1.3 废水处理技术概述 (3)第二章废水来源及特性分析 (3)2.1 工业废水来源及特性 (3)2.1.1 来源 (3)2.1.2 特性 (4)2.2 生活废水来源及特性 (4)2.2.1 来源 (4)2.2.2 特性 (4)2.3 农业废水来源及特性 (4)2.3.1 来源 (5)2.3.2 特性 (5)第三章废水预处理技术 (5)3.1 物理预处理方法 (5)3.1.1 格栅 (5)3.1.2 筛网 (5)3.1.3 沉砂池 (5)3.1.4 气浮池 (6)3.2 化学预处理方法 (6)3.2.1 混凝沉淀 (6)3.2.2 絮凝沉淀 (6)3.2.3 氧化还原 (6)3.3 生物预处理方法 (6)3.3.1 好氧生物处理 (6)3.3.2 厌氧生物处理 (6)第四章废水生物处理技术 (6)4.1 好氧生物处理方法 (6)4.2 厌氧生物处理方法 (7)4.3 生物膜法处理技术 (7)4.4 混合生物处理技术 (7)第五章废水深度处理技术 (7)5.1 物理深度处理方法 (8)5.2 化学深度处理方法 (8)5.3 生物深度处理方法 (8)第六章废水处理设备与设施 (8)6.1 废水处理设备分类 (9)6.2 废水处理设施设计 (9)6.3 废水处理设备选设备与升级改造 (9)第七章废水处理工程实施与管理 (10)7.1 废水处理工程实施流程 (10)7.1.1 项目启动 (10)7.1.2 设计阶段 (10)7.1.3 施工阶段 (10)7.1.4 调试运行阶段 (10)7.1.5 验收阶段 (10)7.2 废水处理工程管理方法 (10)7.2.1 项目管理 (10)7.2.2 质量管理 (11)7.2.3 成本管理 (11)7.2.4 进度管理 (11)7.2.5 安全管理 (11)7.3 废水处理工程验收与评价 (11)7.3.1 验收标准 (11)7.3.2 验收内容 (11)7.3.3 验收程序 (11)7.3.4 评价方法 (11)7.3.5 评价结果 (11)第八章废水处理成本与效益分析 (12)8.1 废水处理成本构成 (12)8.2 废水处理效益分析 (12)8.3 成本控制与优化策略 (12)第九章废水处理相关政策与法规 (13)9.1 废水处理法律法规概述 (13)9.2 废水处理政策与标准 (13)9.3 废水处理行业监管与执法 (13)第十章环保行业废水处理发展趋势 (14)10.1 废水处理技术发展趋势 (14)10.2 废水处理市场发展趋势 (14)10.3 废水处理行业创新与机遇 (15)第一章废水处理概述1.1 废水处理的意义与目的废水处理是环保行业的重要组成部分，其意义在于有效控制和减少废水对环境造成的污染，保障水资源的可持续利用，促进经济社会的和谐发展。

生物工程设备复习大纲

1．1生物反应器设计基础1、发酵罐数的确定。

可参考课件作业1．2通风发酵罐1、通风发酵罐的主要类型及其原理、优缺点或特点。

答：1. 机械搅拌发酵罐(TRC) 工作原理：利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液充分混合促使氧在发酵液中溶解，以保证供氧。

优点：高生产效率，高经济效益。

2. 气升式发酵罐(ALR) 工作原理：把无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进入发酵液中，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎，同时由于形成的气液混合物密度降低故向上运动，而气含率小的发酵液则下沉，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。

特点： 1）反应溶液分布均匀2）较高的溶氧速率和溶氧效率3）剪切力小4）传热良好5）结构简单6）能耗小7）不易染菌8）操作和维修方便3. 自吸式发酵罐 工作原理： 不需空气压缩机提供加压空气，而依靠特设的机械吸气装置或液体喷射吸气装置吸入无菌空气，实现混合搅拌与溶氧传质的发酵罐。

优点： (1)不必配备空气压缩机及其附属设备，节约设备投资，减少厂房面积；(2)溶氧速率高，溶氧效率高，能耗较低； (3)生产效率高、经济效率高(4)设备便于自动化、连续化。

缺点： 较易产生杂菌污染，需配备低阻力损失低高效空气过滤系统，罐压较低，装料系数约为40％。

4. 通风固相发酵罐 优点：设备简单，投资省。

2、机械搅拌通风发酵罐装配图、各部件作用及原理。

1－轴封 ； 2、20－人孔；3－梯； 4－联轴；5－中间轴承； 6－温度计接口；7－搅拌叶轮； 8－进风管；9－放料口； 10－底轴承；11－热电偶接口； 12－冷却管；13－搅拌轴； 14－取样管；15－轴承座； 16－传动皮带；17－电机； 18－压力表；19－取样口； 21－进料口；22－补料口； 23－排气口；b p t t t +=24－回流口； 25－视镜；3、机械搅拌通风发酵罐轴功率的计算（非通气状态和通气状态注意参数单位）。

非通气状态： 通气状态：1．3嫌气发酵罐1、酒精发酵罐和啤酒发酵罐的结构特点。

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（6）加入反应剂 ① 加入反应剂和某些可溶性盐类发生反应生成不溶性沉淀，如CaSO4，
AlPO4等。生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状结构，沉淀本 身可作为助滤剂，且能使胶状物和悬浮物凝固，改善过滤性能； ② 如发酵液中含有不溶性多糖物质，用酶将其转化为可溶性单糖，以提 高过滤速率。如万古霉素用淀粉作培养基，发酵液过滤前加入0.025%的 淀粉酶，搅拌30 min后，再加2.5%硅藻土助滤剂，可提高过滤效率5倍。
① 凝聚 凝聚— 指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用降低 ，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。 凝聚作用就是向 胶体悬浮中加入某种 电解质，在电解质中异电离子作用下，胶 粒的双电层电位降低，使胶体体系不稳定 ，胶体粒子间因相互碰撞而产生凝聚的现 象。
图5-1 胶体结构和双电层示意图
4

6 3 8 7 4 5
图5-3 板框压滤机结构图 1-固定端板 2-滤布 3-板框支座 4-可动端板 5-支撑 横梁 6-过滤板 7-滤框 8-洗涤板

图5-4 滤板和滤框
（1）过滤板 （2）滤框 （3）洗涤框 1-料液通道 2-滤液出口 3-滤液或洗液出口 4-洗液通道
⑤ 操作 过滤 滤布 洗涤 过滤 卸渣 过滤 清洗
《生物工程设备》
Bioengineering Equipment 第5章 过滤、离心与膜分离设备

5.1过滤速度的强化 5.2过滤设备 5.3离心设备 5.4膜过滤设备

5.1过滤速度的强化
5.1.1发酵液的预处理 目的：
①分离菌体和其他悬浮颗粒
②除去部分可溶性杂质 ③改变滤液的性质——以利于后继各工序的顺利进行
•
•
酸碱变性：如在抗生素生产中，常将发酵液pH调至pH2～3或pH8～9 使蛋白质凝固。
有机溶剂变性：如酒精、丙酮等使蛋白质凝固。
③ 吸附法 ——加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去

5.2过滤设备
常压 过滤 加压
真空
固 -液分离 沉降
重力沉降 离心沉降 过滤式离心 沉降式离心
B、滤饼比阻力的异常性与过滤速度的强化 ① 降低滤饼比阻力r0增大毛细孔直径d，滤饼阻力r0下降 采用方法： 添加电解质、絮凝剂、凝固剂：d 增大； 加助滤剂：小粒子附于其上成大粒子，d增大； 加热：胶体粒子变性凝固，d 增大； 调pH：蛋白质等电点，溶解度变小或凝固，d 增大。 ② 降低滤液粘度η 升温 使粘度η下降； 加酶 热敏性物料用加酶法。 ③降低悬浮液中悬浮固体的浓度 工艺方面 主要从培养基方面考虑 设备方面 用连续能除渣的设备 ④热处理 热处理能使蛋白质等胶体粒子变性凝固，d 增大，使 过滤速度大为提高。 ⑤提高过滤压力差ΔP 允许压差操作≤0.3 MPa 开始压力小，逐步提高压力。


5.2.2 过滤设备
常压、加压、真空等过滤设备。 （1）板框式压滤机 ① 应用 培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、酵母菌和细菌等多种发酵液 的固液分离。适合于固体含量1-10%的悬浮液的分离。
② 优点 过滤面积大，结构简单，价格低，动力消耗少，对不同过滤特性的 发酵液适应性强。 ③ 缺点 不能连续操作，设备笨重，劳动强度大，卫生条件差，非过滤的辅 助时间较长。
目前最常用的絮凝剂为有机合成的聚丙烯酰胺（polyacrylamide）类 衍生物。源自聚丙烯酰胺类絮凝剂的优点：


用量少，一般以mg/L计量； 絮凝体粗大，分离效果好； 絮凝速度快； 种类多，适用范围广。
聚丙烯酰胺类絮凝剂的缺点： 存在一定的毒性，特别是阳离子型聚丙烯酰胺，用于食品和医药 工业时应谨慎。
（4）过滤速率的强化 A、过滤速率
dV 1 pA dt r0l R
式中 V — 滤液体积，m3 t — 过滤时间，s η— 滤液黏度，Pa•s Δp — 过滤压力差，Pa A — 过滤面积，m2 r0 — 滤饼的体积比阻力，1/m2 l — 滤饼厚度，m R — 滤布阻力，1/m
（5-1）

滤布张紧装置 滤布驱动滚筒 滤板 滤浆 滤框 滤饼推出板 滤液 滤板 滤布 防止滤布蛇形装置 滤框 滤饼 滤布
（1）过滤与洗饼
（2）降框，卸饼及洗刷滤布
图8-3 型自动板框过滤机 图 5-5 IFP型自动板框过滤机
（2）自动板框过滤机 是一种较新型的压滤设备，它使板框的拆装、滤饼的脱落卸出和滤 布的清洗等操作都自动进行，大大缩短了间歇时间，并减轻劳动强度。 该板框过滤机的板框在构造上与传统的无多大差别，唯一不同是板 与框的两边侧上下有四只开孔角耳，构成液体或气体的通路。滤布不需 要开孔，是首尾封闭的。
恒压过滤：将过滤操作的推动力维持在某一不变的压力下进行。 恒速过滤：操作中以恒定的流量向过滤机供料以维持过滤速率不变。

（2）生物物料过滤特点
① 微生物发酵液中含有大量菌体、细胞或细胞碎片以及残余的固体 培养基成分。 ② 饼有高度可压缩性。 ③ 胶体粒子能吸水，形成不流动的液体层，过滤阻力增大。 ④ 在过滤操作中，要求滤速快、滤液澄清，并且有高的收率。 根据过滤机理，过滤操作可分为澄清过滤和滤饼过滤。
或污染，影响过滤速率。

（1）高价无机离子的除去
① Ca2+
——加草酸钠沉淀 C2O4Na2 + Ca2+ → C2O4Ca↓ + 2Na+
② Mg2+
——加三聚磷酸钠形成络合物 Na5P3O10 + Mg2+ →MgNa3P3O10 + 2Na+
③ Fe2+
——加入黄血盐，形成普鲁士蓝沉淀
例如：去除蛋白质：
提高絮凝剂的絮凝效果。
（5）加入助滤剂

一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，滤速增大。悬浮液中大 量的细微胶体粒子被吸附到助滤剂的表面上，改变了滤饼结构，降低了过 滤阻力。
常用的助滤剂有： 硅藻土、纤维素、石棉粉、白土、炭粒、淀粉等， 最常用的是硅藻土。 使用硅藻土时，通常细粒用量为500 g/m3；中等粒度用量为700 g/m3； 粗粒用量为700-1000 g/m3。

① 过滤和洗饼
a. 悬浮液从板框上部的两条通道流入滤框； b. 滤液在压力的作用下，穿过在滤框前后两侧的滤布，沿滤板表面流 入下部通道，最后流出机外； c. 清洗滤饼也按照此路线进行。

④ 结构组成 a. 滤板和滤框间隔排列，框两侧覆以滤布，形成空腔供滤板支撑、 压紧； b. 滤板的作用：支撑滤布，提供滤液流出的通道。正方形，角端开 有小孔，两面制成沟槽，与滤出口和洗水孔道连通；
c. 滤框的作用：提供滤 浆进入的空间，容纳滤饼 ，总框数由其生产能力和 悬浮液固体浓度确定。 滤液引出方式：明流和 暗流。

5.1.2 生物反应液的相对纯化
• 生物反应液中的杂质不仅直接影响产品质量和收得率，同时对后继提 取和精制有很大影响。
•
高价无机离子（Ca2+、Mg2+ 、Fe2+ 等）——影响离子交换法提取时树
脂的交换容量。
•
可溶性杂蛋白质——影响离子交换和吸附法提取时的交换容量和吸附
能力；萃取时易产生乳化现象，使两相分离不清；膜过滤时，易堵塞

（2）杂蛋白质的除去
① 沉淀法
• •
酸性溶液：加阴离子沉淀，如三氯乙酸盐、水杨酸盐、钨酸盐、苦味 酸盐、鞣酸盐、过氯酸盐等。 碱性溶液：加阳离子沉淀，如Ag+、Cu2+ 、Zn2+ 、Fe3+ 、Pb2+ 等。
② 变性法
•
加热变性：70～80℃，30min，蛋白质大多变性沉淀。
阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力的次序为：
Al3+ >Fe3+ >H+ >Ca2+ >Mg2+ >K+ >Na+ >Li+
常用的凝聚剂电解质有： 硫酸铝 Al2(SO4)3•18H2O（明矾）； 氯化铝 AlCl3•6H2O； 三氯化铁 FeCl3； 硫酸亚铁 FeSO4· 7H2O； 石灰；ZnSO4；MgCO3 ② 絮凝 絮凝 — 指在某些高分子絮凝剂存在下， 基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过 程。
离心
14

5.2.1过滤分离
（1）基本概念 过滤介质：一种能让液体通过，将固体粒子截留的介质。 滤渣：滤浆中的固体粒子 滤饼：被截留在过滤介质上的滤渣 滤液：滤过的液体
滤饼过滤：悬浮液中的颗粒沉积在过滤介质表面形成滤饼层，滤液穿过 滤饼层中的空隙流动叫做滤饼过滤。 深层过滤：固体颗粒不形成滤饼，而是沉积在过滤介质内部叫做深层过 滤。
③ 混凝（凝聚+絮凝）
•
凝聚的特点是密度大，下沉速度快，但颗粒小；絮凝的特点是密度小， 下沉速度慢，而颗粒较大。它们单独使用时效果较差，所以絮凝剂常 与无机电解质凝聚剂搭配使用 。
首先加入电解质，使悬浮粒子间的双电层电位降低、脱稳、凝聚成微 粒，然后再加入絮凝剂絮凝成较大的颗粒。
发酵液预处理的方法：
加热、凝聚和絮凝、加入盐类、调节pH、加入助滤剂等。

（1）加热 加热处理只是用于对热稳定的目标产物。
（2）凝聚与絮凝 采用凝聚和絮凝技术能有效改变细胞、细胞碎片及溶解大分子物质的 分散状态，使其聚结成较大的颗粒，便于提高过滤速率。另外，还能有效 地除去杂蛋白和固体杂质，提高滤液质量。
澄清过滤： 过滤介质为硅藻土、砂、颗粒活性炭、玻璃珠、塑料颗粒等，当 悬浮液通过滤层时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层的颗粒上，使滤液 得以澄清，适合于固体含量少于 0.1 g/100mL 、颗粒直径在 5-100μm的 悬浮液的过滤分离，如河水、麦芽汁、酒类和饮料等的澄清。

滤饼过滤： 过滤介质为滤布，包括天然或合成纤维织布、金属织布、玻璃纤维 纸、合成纤维等无纺布。当悬浮液通过滤布时，固体颗粒被滤布阻拦 而逐渐形成滤饼（滤渣）。当滤饼至一定厚度时即起过滤作用，此时 即可获得澄清的滤液，这种方法叫做滤饼过滤，在滤饼过滤中，悬浮 液 本身形成 的滤饼 起着主 要的过滤 作用 ，适 合于固体 含量 大 于 0.1 g/100mL的悬浮液的过滤分离。