产品纯化设备课件

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f3000-50000

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0.5µm，小于500µm，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104~6×105。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，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3~4m2，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