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微生物工程與設(shè)備湖師院生科院第十三章產(chǎn)品純化設(shè)備兩相分離設(shè)備蒸發(fā)濃縮設(shè)備干燥設(shè)備第一節(jié)兩相分離設(shè)備用來(lái)進(jìn)行固-液或液-液分離的設(shè)備。分類(lèi)(根據(jù)推動(dòng)力的不同):

加壓過(guò)濾設(shè)備:利用過(guò)濾介質(zhì)兩端的壓力差為推動(dòng)力

真空過(guò)濾設(shè)備:利用抽真空造成過(guò)濾介質(zhì)兩端壓力差而進(jìn)行過(guò)濾的

離心過(guò)濾設(shè)備:利用高速旋轉(zhuǎn)的物體產(chǎn)生的離心力作為過(guò)濾的推動(dòng)力第一節(jié)兩相分離設(shè)備一、過(guò)濾設(shè)備1、板框過(guò)濾機(jī)種類(lèi):明流式:濾液從每一塊濾板流出,發(fā)酵液過(guò)濾多用這種。暗流式:濾液集中從尾板的出液口流出,多用于成品及無(wú)菌過(guò)濾。第一節(jié)兩相分離設(shè)備一、過(guò)濾設(shè)備1、板框過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu):板框過(guò)濾機(jī)由多塊濾板(洗滌板)和濾框交替排列組成,濾板和濾框的數(shù)量視生產(chǎn)能力和濾漿的情況可以增減。第一節(jié)兩相分離設(shè)備一、過(guò)濾設(shè)備1、板框過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)組裝時(shí),濾板與濾框之間加濾布,借手動(dòng)螺桿或液壓機(jī)構(gòu)將其壓緊,兩相鄰濾布之間的框間為過(guò)濾空間。濾布除起過(guò)濾介質(zhì)的作用外,同時(shí)還起到密封墊圈的作用,防止板與框之間的泄漏。濾板和濾框的四個(gè)角上開(kāi)有通孔,組裝后形成濾漿、洗滌液和濾液的通道。第一節(jié)兩相分離設(shè)備一、過(guò)濾設(shè)備1、板框過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)濾框?yàn)V板洗滌板濾布第一節(jié)兩相分離設(shè)備一、過(guò)濾設(shè)備1、板框過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)板框組合示意圖第一節(jié)兩相分離設(shè)備一、過(guò)濾設(shè)備1、板框過(guò)濾機(jī)濾漿洗水濾板濾框洗板濾布第一節(jié)兩相分離設(shè)備一、過(guò)濾設(shè)備1、板框過(guò)濾機(jī)過(guò)濾過(guò)程板框過(guò)濾機(jī)的操作是間歇式的,每個(gè)操作循環(huán)由裝合、過(guò)濾、洗滌、卸渣、整理五個(gè)階段。裝合:將板與框按一定的順序,濾板的兩側(cè)表面放上濾布,然后用手動(dòng)的或機(jī)動(dòng)的壓緊裝置固定,使板與框緊密接觸。第一節(jié)兩相分離設(shè)備一、過(guò)濾設(shè)備1、板框過(guò)濾機(jī)過(guò)濾過(guò)程過(guò)濾:濾漿由濾框上方通孔進(jìn)入濾框空間,固粒被濾布截留,在框內(nèi)形成濾餅。濾液則穿過(guò)濾餅和濾布而流向兩側(cè)的濾板,然后沿濾板的溝槽向下流動(dòng),由濾板下方的通孔排出。排出口處裝有旋塞,可觀(guān)察濾液流出的澄清情況。如果其中一塊濾板上的濾布破裂,則流出的濾液必然混濁,可關(guān)閉旋塞,待操作結(jié)束時(shí)更換。此種結(jié)構(gòu)濾液排出的方式稱(chēng)明流式;另一種稱(chēng)暗流式的,濾液是由板框通孔組成的密閉濾液通道集中流出。第一節(jié)兩相分離設(shè)備一、過(guò)濾設(shè)備1、板框過(guò)濾機(jī)過(guò)濾過(guò)程洗滌:將洗水送入洗水通道,經(jīng)洗滌板左上角的洗水進(jìn)口,進(jìn)入板的兩側(cè)表面的凹槽中。然后,洗水橫穿濾布和濾餅,最后由非洗滌板下角的濾液出口排出。在此階段中,洗滌板下角的濾液出口閥門(mén)關(guān)閉。卸渣、整理:打開(kāi)板框,卸出濾餅,洗滌濾布及板、框。第一節(jié)兩相分離設(shè)備一、過(guò)濾設(shè)備2、真空過(guò)濾機(jī)在負(fù)壓的情況下進(jìn)行過(guò)濾。種類(lèi):轉(zhuǎn)鼓式真空過(guò)濾機(jī)葉片式真空過(guò)濾機(jī)圓盤(pán)翻斗式真空過(guò)濾機(jī)第一節(jié)兩相分離設(shè)備一、過(guò)濾設(shè)備2、真空過(guò)濾機(jī)——轉(zhuǎn)鼓式真空過(guò)濾機(jī)在抗生素工業(yè)中應(yīng)用較多。把過(guò)濾、洗餅、吹干、卸餅等操作全在轉(zhuǎn)鼓的一周循環(huán)中依次完成。連續(xù)且濾餅阻力小。為恒壓恒速過(guò)濾過(guò)程。第一節(jié)兩相分離設(shè)備一、過(guò)濾設(shè)備2、真空過(guò)濾機(jī)——轉(zhuǎn)鼓式真空過(guò)濾機(jī)優(yōu)點(diǎn):自動(dòng)化程度高、操作連續(xù)、處理量大。特別適合固體含量大(>10%)的懸浮液的分離,在發(fā)酵工業(yè)中廣泛用于霉菌、放線(xiàn)菌和酵母發(fā)酵液或細(xì)胞懸浮液的過(guò)濾分離。缺點(diǎn):由于受真空度的限制,不適于菌體較小和粘度較大的細(xì)菌發(fā)酵液的過(guò)濾,且過(guò)濾所得固相的干度不如加壓過(guò)濾。即其過(guò)濾推動(dòng)力較低,對(duì)于濾餅阻力較大的物料適應(yīng)能力較差。第一節(jié)兩相分離設(shè)備一、過(guò)濾設(shè)備2、真空過(guò)濾機(jī)——轉(zhuǎn)鼓式真空過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)時(shí),藉分配頭的作用,能使轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中,每個(gè)小過(guò)濾室可依次進(jìn)行過(guò)濾、洗滌、吸干、吹松卸渣等操作。整個(gè)轉(zhuǎn)筒圓周在任何瞬間都劃分為:過(guò)濾區(qū);洗滌區(qū);干燥卸渣區(qū)。第一節(jié)兩相分離設(shè)備二、離心分離設(shè)備離心:借助離心機(jī)旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力的作用,促使不同大小,不同密度的粒子分離的技術(shù)。第一節(jié)兩相分離設(shè)備二、離心分離設(shè)備按作用原理分類(lèi)過(guò)濾式(分離機(jī)):轉(zhuǎn)鼓壁上有孔并裝濾布(三足式)

沉降式(澄清機(jī)):轉(zhuǎn)鼓壁上無(wú)孔無(wú)濾布,碟片式、管式

按離心分離因數(shù)分類(lèi)(分離因數(shù)即離心力與重力之比,分離因數(shù)越高,離心沉降的速度越快,能分離的顆粒越?。?/p>

常速離心機(jī),分離因數(shù)f小于3000

中速離心機(jī),分離因數(shù)f3000-50000

高速離心機(jī),分離因數(shù)f大于50000

超高速離心機(jī),分離因數(shù)f大于20萬(wàn);分類(lèi):按排出沉渣的方式:

保留固體式離心機(jī):停機(jī)排除沉渣排出固體式離心機(jī):連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、分批自動(dòng)排出沉渣噴嘴式離心機(jī):連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、連續(xù)排出濃縮液體離心機(jī)(萃取機(jī)):液液分離第一節(jié)兩相分離設(shè)備二、離心分離設(shè)備2、分批自動(dòng)排出固體的離心機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、分批自動(dòng)排出沉渣。適用于固體懸浮物直徑大于0.5μm,小于500μm,固體物濃度不超過(guò)10%的懸浮液的處理。第一節(jié)兩相分離設(shè)備二、離心分離設(shè)備3、管式超速離心機(jī)管式離心機(jī)是一種分離效率很高的離心分離設(shè)備,其轉(zhuǎn)鼓細(xì)長(zhǎng),可在15000-50000的高轉(zhuǎn)速下工作,分離因數(shù)可達(dá)104~6×105。它設(shè)備簡(jiǎn)單、操作穩(wěn)定。適用于:細(xì)胞、細(xì)胞碎片、細(xì)胞器、病毒、蛋白質(zhì)、核酸等。特別適合一般分離機(jī)難以分離的固形物含量<0.5%發(fā)酵液的分離。第一節(jié)兩相分離設(shè)備二、離心分離設(shè)備4、碟片式離心機(jī)第一節(jié)兩相分離設(shè)備二、離心分離設(shè)備5、連續(xù)逆流離心萃取機(jī)液體的混合與分離同時(shí)進(jìn)行。第二節(jié)蒸發(fā)濃縮設(shè)備作用:使產(chǎn)物濃度較稀的發(fā)酵液、濾液或提取液經(jīng)過(guò)一次或多次蒸發(fā)濃縮后,變?yōu)闈舛容^高的溶液,以利于后續(xù)工序的操作。第二節(jié)蒸發(fā)濃縮設(shè)備選擇蒸發(fā)設(shè)備時(shí),需要考慮溶液的以下特性:耐熱性:高溫易變性、變質(zhì)的物質(zhì),不宜用常壓濃縮;對(duì)熱敏性物料的濃縮,可選擇蒸發(fā)溫度低、濃縮時(shí)間短的薄膜蒸發(fā)設(shè)備。結(jié)垢性:對(duì)易形成積垢的物料應(yīng)用管內(nèi)流速很大的升膜式蒸發(fā)設(shè)備。發(fā)泡性:蒸發(fā)是泡沫較多的物料,應(yīng)降低蒸發(fā)器內(nèi)蒸汽流速,防止跑液,或采用管內(nèi)流速很大的蒸發(fā)器,用告訴氣體擊破泡沫。第二節(jié)蒸發(fā)濃縮設(shè)備結(jié)晶性:濃縮中有結(jié)晶形成,應(yīng)選擇強(qiáng)烈循環(huán)或有攪拌的蒸發(fā)設(shè)備。腐蝕性:對(duì)較強(qiáng)腐蝕性的溶液,選擇防腐蝕的材料或結(jié)構(gòu)上方便更換的型式。黏滯性:對(duì)黏滯性強(qiáng)的溶液,選擇強(qiáng)制循環(huán)或刮板薄膜蒸發(fā)器。

同時(shí),蒸發(fā)設(shè)備還應(yīng)滿(mǎn)足工藝要求、有合適的濃縮比、保持溶液的特性不變而有高的收得率、傳熱系數(shù)高、熱利用效率高、結(jié)構(gòu)合理緊湊、操作清洗方便、動(dòng)力消耗小等條件。第二節(jié)蒸發(fā)濃縮設(shè)備一、真空濃縮器優(yōu)點(diǎn):能處理黏性大、容易氣泡的溶液。缺點(diǎn):濃縮時(shí)間長(zhǎng),對(duì)產(chǎn)物的破壞比薄膜蒸發(fā)器大。待濃縮的溶液置于濃縮器內(nèi)部,抽真空,夾套通蒸汽進(jìn)行加熱。因?yàn)闇p壓濃縮,50℃以下可進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。第二節(jié)蒸發(fā)濃縮設(shè)備二、薄膜蒸發(fā)器薄膜蒸發(fā):在蒸發(fā)濃縮時(shí),為了縮短受熱時(shí)間,令溶液在蒸發(fā)設(shè)備的加熱器內(nèi)以很薄的液層通過(guò),使溶液受熱升溫并汽化而被濃縮,濃縮的溶液迅速離開(kāi)加熱表面的方式。分類(lèi):按照膜形成的方法管式薄膜蒸發(fā)器根據(jù)液膜的流動(dòng)方向分為升膜式蒸發(fā)器、降膜式蒸發(fā)器和升降膜式蒸發(fā)器。刮板式薄膜蒸發(fā)器離心薄膜蒸發(fā)器第二節(jié)蒸發(fā)濃縮設(shè)備二、薄膜蒸發(fā)器1、升膜式蒸發(fā)器濃縮物料的時(shí)間很短,特別適用于發(fā)泡性、黏度較小的熱敏物料,但不應(yīng)用于黏度較大的和受熱易產(chǎn)生積垢的,或濃縮后有結(jié)晶析出的物料。第二節(jié)蒸發(fā)濃縮設(shè)備飽和區(qū)沸騰區(qū)預(yù)熱區(qū)物料從管束下部引入。工作時(shí),物料在加熱管內(nèi)全程形成上、中、下三個(gè)不同區(qū)域,如圖所示,物料在下部,因液層靜壓作用,物料不沸騰,只起加熱作用。在中部溫度上升物料沸騰,二次蒸汽形成,蒸汽體積急速增大,管芯形成高速上升氣流將液體在管壁壓成薄膜向上流動(dòng),形成很好的傳熱條件,傳熱系數(shù)大大增加,使蒸發(fā)加快。到達(dá)上部后進(jìn)入飽和區(qū),汽液混合物經(jīng)管頂進(jìn)入汽液分離器進(jìn)行汽液分離。第二節(jié)蒸發(fā)濃縮設(shè)備二、薄膜蒸發(fā)器2、降膜式蒸發(fā)器原料液由加熱管的頂部加入。溶液在自身重力作用下沿管內(nèi)壁呈膜狀下流,并被蒸發(fā)濃縮,汽液混合物由加熱管底部進(jìn)入分離室,經(jīng)氣液分離后,完成液由分離器的底部排出。降膜蒸發(fā)器可以蒸發(fā)濃度較高的溶液,對(duì)于粘度較大的物料也能適用。但對(duì)于易結(jié)晶或易結(jié)垢的溶液不適用。此外,由于液膜在管內(nèi)分布不易均勻,與升膜蒸發(fā)器相比,其傳熱系數(shù)較小。第二節(jié)蒸發(fā)濃縮設(shè)備二、薄膜蒸發(fā)器2、降膜式蒸發(fā)器第二節(jié)蒸發(fā)濃縮設(shè)備二、薄膜蒸發(fā)器3、升降膜式蒸發(fā)器加熱器內(nèi)安裝有兩組加熱管,一組作為升膜式,另一組作為降膜式。物料溶液先進(jìn)入升膜加熱管,沸騰蒸發(fā)后,汽液混合物上升至部,然后轉(zhuǎn)入另一組加熱管進(jìn)行蒸發(fā),濃縮液從底部進(jìn)入汽液分離器分離后,二次蒸汽從分離器上部排入冷凝水,濃縮液從分離器下部出料。第二節(jié)蒸發(fā)濃縮設(shè)備二、薄膜蒸發(fā)器4、刮板式蒸發(fā)器利用旋轉(zhuǎn)刮片的刮帶作用,使液體分布在加熱管壁上。結(jié)構(gòu):殼體外部裝有加熱蒸汽夾套,內(nèi)部裝有可旋轉(zhuǎn)的攪拌刮片。料液由蒸發(fā)器上部沿切線(xiàn)方向加入后,在重力和旋轉(zhuǎn)刮片帶動(dòng)下,溶液在殼體內(nèi)壁上形成下旋的薄膜,并在下降過(guò)程中不斷被蒸發(fā)濃縮,在底部得到完成液。在某些情況下,可將溶液蒸干而由底部直接獲得固體產(chǎn)物。第二節(jié)蒸發(fā)濃縮設(shè)備優(yōu)點(diǎn):對(duì)物料的適應(yīng)性很強(qiáng),例如對(duì)于高粘度、熱敏性和易結(jié)晶、結(jié)垢的物料都能適用。缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)復(fù)雜,動(dòng)力消耗大,傳熱面積小,一般為3~4m2,最大不超過(guò)20m2,故其處理量較小。二、薄膜蒸發(fā)器4、刮板式蒸發(fā)器第三節(jié)干燥設(shè)備干燥:

利用熱能將濕物料中的濕分(水分或其他溶劑)氣化除去而獲得干燥物的工藝操作。分類(lèi):按照熱源和供熱方式的不同空氣干燥加熱面?zhèn)鳠岣稍锛t外線(xiàn)干燥冷凍干燥微波干燥等。第三節(jié)干燥設(shè)備空氣干燥(應(yīng)用最廣泛的方法):利用加熱后的熱空氣,將熱量帶入干燥器并傳給物料,使物料的水分汽化,形成水蒸氣,同時(shí)被空氣帶走,空氣既是載熱體,也是載濕體。按照工作原理,空氣干燥分為:沸騰干燥單層臥式多室沸騰干燥、造粒干燥氣流干燥直管式氣流干燥、脈沖式氣流干燥、旋風(fēng)氣流干燥噴霧干燥氣流式、壓力式、離心式第三節(jié)干燥設(shè)備一、氣流干燥設(shè)備1、原理與設(shè)備型式原理利用熱空氣與粉狀或顆粒狀物料在流動(dòng)過(guò)程中充分接觸,氣體與固體物料之間進(jìn)行傳熱與傳質(zhì),使?jié)裎锪系靡愿稍?。設(shè)備型式:長(zhǎng)管氣流干燥器短管氣流干燥器旋風(fēng)氣流干燥器第三節(jié)干燥設(shè)備優(yōu)點(diǎn):干燥強(qiáng)度大;干燥時(shí)間短;設(shè)備較緊湊、生產(chǎn)能力大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少、占地面積小、加工方便;將干燥、粉碎、輸送、包裝等組成一道工序,并密封進(jìn)行,減少物料飛揚(yáng),防止雜質(zhì)污染。缺點(diǎn):對(duì)晶形磨損嚴(yán)重;要求物料大小接近;對(duì)黏性物料不適用。一、氣流干燥設(shè)備1、原理與設(shè)備型式第三節(jié)干燥設(shè)備一、氣流干燥設(shè)備2、氣流干燥設(shè)備及干燥流程第三節(jié)干燥設(shè)備二、沸騰干燥1、原理與設(shè)備類(lèi)型原理利用熱空氣流體使孔板上的顆粒物料呈液化沸騰狀態(tài),使水分迅速汽化而達(dá)到干燥目的。類(lèi)型單層沸騰干燥器單室、多室多層沸騰干燥器第三節(jié)干燥設(shè)備二、沸騰干燥1、原理與設(shè)備類(lèi)型優(yōu)點(diǎn)傳熱傳質(zhì)速率高,干燥溫度均勻,容易控制;干燥、冷卻可連續(xù)進(jìn)行,干燥與分級(jí)也能同時(shí)完成,有利于連續(xù)化和自動(dòng)控制化;容積干燥強(qiáng)度大,設(shè)備緊湊,占地面積小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,設(shè)備生產(chǎn)能力高,動(dòng)力消耗小。缺點(diǎn)連續(xù)操作時(shí),物料在干燥器內(nèi)停留時(shí)間不一,干燥度不夠均勻,對(duì)結(jié)晶物料有磨損作用。第三節(jié)干燥設(shè)備二、沸騰干燥2、沸騰干燥設(shè)備的結(jié)構(gòu)和操作第三節(jié)干燥設(shè)備

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