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    生物發酵行業分離純化過程硅藻土過濾設備的選型與優化
    作者:管理員    發布于:2015-09-16 14:01:15    文字:【】【】【

      述啵物疾酵行亞兮蘺他化過程砬漆土搌濾設備的迭型與饑圯徐春華(新疆獨山子石化總廠生產技術處,新疆克拉瑪依8336⑷)生物技術產品如雨后春筍,相繼出現,行業標準也日趨規范,這就對生物產品的分離純化技術提出了越來越高的要求-本文就生物發酵行業分離純化過程硅藻土過濾設備的選型與優化問題進行著重論述,并提出理想的解決方案近年來,隨著生物發酵及生物化工領域新技術的發展,進人食品工業的各種高附加值生物技術產品如雨后春筍,相繼出現,行業標準日趨規范。這就對食品級生物產品的分離純化技術提出了越來越高的要求,但出于行業保密原因,大多數企業對生物工藝及設備選型避而不談,這無形之中為國內生物行業的良性發展架設了壁壘。本文結合筆者近年來的生產實踐,就生物發酵及生物化工行業分離純化過程硅藻土過濾設備的選型與優化問題進行著重論述。

      1生物工程產生的細胞懸液特點目標產物濃度普遍較低,細胞懸浮液中大部分是水和培養基的殘留組分;待分離的生物產物體系是一個成分非常復雜的多組分膠體系統,是含有細胞、碎片、蛋白質、核酸、脂類、糖類、無機鹽類等多種物質的混合物;分離過程中的操作步驟很容易造成生物制品的生物活性喪失,一些環境因素如PH、溫度、滲透壓、離子強度等的變化也常常造成生物產物的失活,一些生物大分子也常常由于水分活度的改變而失去活性;生物活性物質本身的性質也不穩定,隨著時間的推移,很容易被微生物污染、水解酶酶解,或受空氣氧化等。

      期2固液分離與硅藻土過濾根據生物產品細胞懸液的特點和性質,分離純化過程應該盡量迅速,縮短停留時間;控制好操作溫度與pH;減少或避免與空氣接觸受到污染和氧化的機會;提前設計好混合體系中各組分的分離順序。

      通常來說,產品的分離純化大致需經過固液分離、初步分離、產品提純等步驟。至于選用何種分離方法,取決于發酵液的特性(粘度、產物濃度、雜質含量等)和所需產品的形,但是,不論何種發酵液,其產品的固液分離環節常采用過濾和離心分離等化工單元操作完成。在這里,將重點論述過濾這一單元操作。2.1過濾單元操作理論過濾操作是借助于過濾介質,在一定的壓力差作用下,將懸浮液中的固體粒子截留,而與液體分離的技術。衡量過濾特性的主要指標是濾餅的質量河北板框壓濾機比阻rB,它表示單位濾餅厚度的阻力系數,與濾餅的結構特性有關。對于不可壓縮性濾餅,比阻值為常數,但對于可壓縮性濾餅,比阻是操作壓力差的函數,一般可用下式表本:0.3~0.4MPa.如果操作壓力控制過篼,由于比阻值的急劇增加,會使過濾速度很快下降,以至達到不能繼續過濾的程度。

      恒壓下,可壓縮性濾餅的比阻值應為常數。如過濾介質的阻力相對較小可以忽略不計,恒壓下的過濾方程式如下:質、核酸大量存在,會使黏度明顯增大,通常細胞破碎或細胞自溶后,胞內的蛋白質、核酸、酶等大量釋放,黏度都特別大。因此,細胞破碎的程度應控制,發酵放罐的時間要適宜。培養基成分也是影響黏度的一個因素,如用黃豆粉、花生粉作氮源,淀粉作碳源,黏度都會升高。此外,某種染菌發酵液(如染細菌),則黏度會增大。發酵過程的不正常處理也會影響黏度,如發酵后期加消沫油或發酵液中含大量過剩的培養基,都會使黏度增大。

      2.2.3發酵液的pH、溫度、壓力和加熱時間除上述兩個因素外,發酵液的pH、溫度、壓力和加熱時間都會影響固液分離。通常調節發酵液不同的pH,固液分離速度會不同。加熱會促使蛋白質凝固、黏度降低,有利于固液分離,但要考慮生化物質穩定性,加熱溫度、壓力和時間必須控制好。

      23硅藻土過濾2.3.1硅藻土的結構及特性硅藻土是一種硅質生物沉積巖,或者說是一種硅藻遺體沉積物。其物質組分主要為硅藻,礦物成分為一種有機成因的硅藻蛋白石。硅藻中的3102是含有與之緊密伴生的其他組分的一種類型的硅藻氧化硅,這是有益組分;其次為粘土礦物,如水云母、高嶺石、蒙脫石等。還有混人的碎屑礦物,例如石英、長石、黑云母等。也常含有有機質以及鹽類,這些物質則是有害組分。據上述組分含量的不同把礦石分為4種類型:硅藻土、含粘土硅藻土、粘土質硅藻土、硅藻粘土等,其中以硅藻土(硅藻含量大于90,粘土礦物含量小于5,礦物碎屑1左右)質量佳,屬于優質礦石。

      天然硅藻土的顯微結構(中國科學院上海硅酸鹽研究所提供)硅藻土中的硅藻有許多不同的形狀(天然硅藻土的顯微結構如所示),如圓盤狀、針狀、筒狀、羽狀等。純凈的硅藻土呈白色、土狀,含雜質時則呈灰白、黃、灰、綠以至黑色。由于硅藻土具有細膩、松散、質輕、多孔、吸水和滲透性強的特性,所以它是一種性能優良的工業助濾劑。用硅藻土作助濾劑,可以濾除液體中的固體顆粒、懸浮物質、膠體粒子及細菌,起到濾清和凈化液體的作用。

      2.3.2硅藻土過濾硅藻土過濾操作屬餅層過濾,是以硅藻土作為過濾介質,預涂成膜后,靠膜過濾使水澄清,它是一種預涂型過濾器,故必須要有一個預涂階段。這樣,預涂、過濾、反沖洗是硅藻土過濾的一般工藝過程。

      3硅藻土過濾設備目前,市場上的硅藻土過濾設備品種繁多,歸納起來有如下幾種通用設備,見表1. 4設備選型與優化由以上對硅藻土設備的分析可知,WK系列硅藻土過濾機是原始的硅藻土過濾設備,由于過濾效率低、人工勞動強度較大,目前大多數企業已不再使用該設備;ZL系列燭式硅藻土過濾機是現代廣泛采用的一種新型過濾設備,在多數中小生物發酵企業廣泛使用。

      通過生產實踐,我們發現使用臥式或燭式硅藻土過濾機過濾后的液體中會出現許多微小的懸浮雜質。經過反復查找原因,這是由于硅藻土預涂層斷裂、脫落,導致微小的硅藻土、活性碳及雜質穿透過濾網進入液體中,從而使液體變得渾濁,降低了過濾表l硅藻土過濾設備一覽表名稱特點備注WK系列硅藻土過濾機ZL系列燭式硅藻土過濾機FL系列加壓盤式過濾機LTG系列硅藻土過濾機該機結構簡單,操作簡便,占地面積小,輕巧靈活,移動方便,過濾成本低,液體損失小,但需人工除渣,勞動強度較大該機過濾性能穩定,過濾能力大,效率篼并且使用壽命長,操作方便,帶反沖洗除渣由多層圓盤型濾盤組成過濾組件,可進行連續過濾,通過壓縮空氣壓濾后得到較干的濾渣,經高速旋轉以離心力自動除渣,從底部排出由多層立式濾葉垂直安置,濾葉雙面連續過濾,結構緊湊,過濾面積大;硅藻土自動流加,延長過濾周期,增加過濾量,所以過濾精度高、單位容積內處理能力大;通過振打或水噴淋自動除渣,經底部排出臥式立式效果。另外,臥式、燭式硅藻土過濾機清洗非常麻煩,特別是燭式過濾機,反沖洗時,由干燭桿長達8001200mm,反沖過來的清水從燭桿的上方直接流走,而下方達不到清洗的目的,否則要將燭桿取下逐條刷洗,才能達到清洗干凈的目的。這樣廢時又廢力,成本也提高,特別是過濾質量很難保證。

      而FL系列、LTG系列立式過濾機由于過濾片采用復合致密過濾網,且過濾片完全改變了原始的安裝法,確保硅藻土不會脫落,更不會斷裂,并且各部位沖洗徹底而不需拆裝。但FL系列與LTG系列相比,后者由于濾葉垂直安裝,雙面過濾,在同等容積下結構緊湊、過濾面積更大,因過濾時硅藻土定量添加而使運行更平穩,處理能力較FL系列增長近一倍,大大提高了生產效率,勞動強度明顯降低,該立式自動過濾機深受大中型生物化工企業的青睞。

      綜上所述,對于中小生物發酵企業選用ZL系列燭式硅藻土過濾機較經濟,而對于那些大中型生物企業,筆者建議選擇處理能力大、自動化水平高、運行穩定性強的LTG系列立式硅藻土過濾機。

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