固液分离技术.ppt

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1、固液分离技术现在学习的是第1页，共48页 第一章第一章固液分离技固液分离技术第一节第一节发酵液的预处理技术发酵液的预处理技术 第二节第二节固液分离固液分离 现在学习的是第2页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术 一、预处理的原理及方法一、预处理的原理及方法 1降低液体粘度降低液体粘度 由由流流体体力力学学基基本本知知识识可可知知，滤滤液液通通过过滤滤饼饼的的速速率率与与液液体体的的粘粘度度成成反反比比，可可见见降降低低液液体体粘粘度度可可有有效效提提高高过过滤滤速速率率。降降低低液液体体粘粘度度常常用用的的方法有加水稀释法和加热法。方法有加水稀释法和加热法。加加水水稀稀释释法法可

2、可有有效效降降低低液液体体粘粘度度，但但会会增增加加悬悬浮浮液液的的体体积积，使使后后处处理理任任务务加加大大，并并且且只只有有当当稀稀释释后后过过滤滤速速率率提提高高的的百百分分比比大于加水比时，从经济上才能认为有效。大于加水比时，从经济上才能认为有效。现在学习的是第3页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术 升高温度可有效降低液体粘度，从而提高过滤速率，常用于升高温度可有效降低液体粘度，从而提高过滤速率，常用于粘度随温度变化较大的流体。另外，应用加热法的同时，可控制粘度随温度变化较大的流体。另外，应用加热法的同时，可控制适当温度和受热时间，使蛋白质凝聚形成较大颗粒，进一步改善适

3、当温度和受热时间，使蛋白质凝聚形成较大颗粒，进一步改善发酵液的过滤特性。如链霉素发酵液，调酸至发酵液的过滤特性。如链霉素发酵液，调酸至pH3.0pH3.0后，加热至后，加热至7070，维持半小时，液相粘度下降至，维持半小时，液相粘度下降至1/61/6，过滤速率可增大，过滤速率可增大1010100100倍。使用加热法时必须注意：倍。使用加热法时必须注意：加热的温度必须控制在不影响目的加热的温度必须控制在不影响目的产物活性的范围内；产物活性的范围内；对于发酵液，温度过高或时间过长，可能造对于发酵液，温度过高或时间过长，可能造成细胞溶解，胞内物质外溢，而增加发酵液的复杂性，影响其后的成细胞溶解，胞内

4、物质外溢，而增加发酵液的复杂性，影响其后的产物分离与纯化。产物分离与纯化。现在学习的是第4页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术2 2调整调整pHpH pHpH直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，适直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，适当调节当调节pHpH可改善其过滤特性。对于氨基酸、蛋白质等两性物质作为可改善其过滤特性。对于氨基酸、蛋白质等两性物质作为杂质存在于液体中时，常采用调杂质存在于液体中时，常采用调pHpH至等电点使两性物质沉淀。另至等电点使两性物质沉淀。另外，在膜分离中，发酵液中的大分子物质易与膜发生吸附，常外，在膜分离中，发酵液中的大分子物质易与膜发

5、生吸附，常通过调整通过调整pHpH，改变易吸附分子的电荷性质，以减少吸附造成的堵，改变易吸附分子的电荷性质，以减少吸附造成的堵塞和污染。此外，细胞、细胞碎片及某些胶体物质等在某个塞和污染。此外，细胞、细胞碎片及某些胶体物质等在某个pHpH下下也可能趋于絮凝而成为较大颗粒，有利于固液分离。也可能趋于絮凝而成为较大颗粒，有利于固液分离。现在学习的是第5页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术3凝聚和絮凝凝聚和絮凝凝凝聚聚和和絮絮凝凝的的主主要要作作用用为为增增大大混混合合液液中中悬悬浮浮粒粒子子的的体体积积，提提高高固固液分离速度，同时可除去一些杂质。液分离速度，同时可除去一些杂质。（

6、1）凝凝聚聚作作用用凝凝聚聚作作用用是是指指在在某某些些电电解解质质作作用用下下，使使胶胶体体粒粒子子聚聚集集的的过过程程。这这些些电电质质称称为为凝凝聚聚剂剂。胶胶体体粒粒子子能能保保持持分分散散状状态态的的原原因因是是其其带带有有相相同同电电荷荷和和扩扩散散双双电电层层的的结结构构。当当分分子子热热运运动动使使粒粒子子间间距距离离缩缩小小到到使使它它们们的的扩扩散散层层部部分分重重叠叠时时，即即产产生生电电排排斥斥作作用用，使使两两个个粒粒子子分分开开，从从而而阻阻止止了了粒粒子子的的聚聚集集。双双电电层层电电位位越越大大，电电排排斥斥作作用用就就越越强强，胶胶粒粒的的分分散程度也越大，发

7、酵液越难过滤。散程度也越大，发酵液越难过滤。现在学习的是第6页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术胶胶粒粒能能稳稳定定存存在在的的另另一一个个原原因因是是其其表表面面的的水水化化作作用用，使使粒粒子子周周围围形形成成水水化化层层，阻阻碍碍了了胶胶粒粒间间的的直直接接聚聚集集。凝凝聚聚剂剂的的加加入入可可使使胶胶粒粒之之间间双双电电层层电电位位下下降降或或者者使使胶胶体体表表面面水水化化层层破破坏坏或或变变薄薄，导导致致胶胶体体颗颗粒粒间间的的排排斥斥作作用用降降低低，吸吸引引作作用用加加强强，破破坏坏胶胶体体系系统统的的分分散散状状态态，导导致致颗颗粒粒凝凝聚聚。影影响响凝凝聚聚

8、作作用用的的主要因素是无机盐的种类、化合价及无机盐用量等。主要因素是无机盐的种类、化合价及无机盐用量等。现在学习的是第7页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术 常用的凝聚剂有常用的凝聚剂有AlCl36H2O、Al2(SO4)318H2O、K2SO4Al2(SO4)324H2O、FeSO47H2O、FeCl36H2O、ZnSO4和和MgCO3等。电解质凝聚能力可用凝聚值来表示，使胶粒发生凝等。电解质凝聚能力可用凝聚值来表示，使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（聚作用的最小电解质浓度（mmol/L）称为凝聚值。根据）称为凝聚值。根据Schuze-Hardy法则，阳离子的价数越高，该值

9、就越小，即凝聚能力越法则，阳离子的价数越高，该值就越小，即凝聚能力越强。阳离子对带负电荷的发酵液胶体粒子凝聚能力的次序为：强。阳离子对带负电荷的发酵液胶体粒子凝聚能力的次序为：Al3+Fe3+H+Ca2+Mg2+K+Na+Li+。现在学习的是第8页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术 （2）絮凝作用）絮凝作用絮凝作用是利用带有许多活性官能团的高分子絮凝作用是利用带有许多活性官能团的高分子线状化合物吸附多个微粒的能力，通过架桥作用将许多微粒聚集在线状化合物吸附多个微粒的能力，通过架桥作用将许多微粒聚集在一起，形成粗大的松散絮团的过程。所利用的高分子化合物称为絮一起，形成粗大的松散絮

10、团的过程。所利用的高分子化合物称为絮凝剂。絮凝剂一般具有长链状结构，实现絮凝作用关键在于其链节凝剂。絮凝剂一般具有长链状结构，实现絮凝作用关键在于其链节上的多个活性官能团，包括带电荷的阴离子（如上的多个活性官能团，包括带电荷的阴离子（如COOHCOOH）或阳离）或阳离子（如子（如NHNH2 2）基团以及不带电荷的非离子型基团。它们通过静电引）基团以及不带电荷的非离子型基团。它们通过静电引力、范德华力或氢键作用，强烈地吸附在胶粒表面。力、范德华力或氢键作用，强烈地吸附在胶粒表面。现在学习的是第9页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术根据絮凝剂所带电性的不同，分阴离子型、阳离子型和非

11、离子根据絮凝剂所带电性的不同，分阴离子型、阳离子型和非离子型三类。对于带有负电性的微粒，加入阳离子型絮凝剂，具有型三类。对于带有负电性的微粒，加入阳离子型絮凝剂，具有降低离子排斥电位和产生吸附架桥作用的双重机制；而非离子降低离子排斥电位和产生吸附架桥作用的双重机制；而非离子型和阳离子型絮凝剂，主要通过分子间引力和氢键等作用产生型和阳离子型絮凝剂，主要通过分子间引力和氢键等作用产生吸附架桥。吸附架桥。影响絮凝作用的主要因素有：影响絮凝作用的主要因素有：高分子絮凝剂的性质和结构高分子絮凝剂的性质和结构 线性结构的有机高分子絮线性结构的有机高分子絮凝剂，其絮凝作用大，而成环状或支链结构的有机高分子絮

12、凝凝剂，其絮凝作用大，而成环状或支链结构的有机高分子絮凝剂的效果较差。絮凝剂的分子量越大、线性分子链越长，絮凝剂的效果较差。絮凝剂的分子量越大、线性分子链越长，絮凝效果越好；但分子量增大，絮凝剂在水中的溶解度降低，因此效果越好；但分子量增大，絮凝剂在水中的溶解度降低，因此要选择适宜分子量的絮凝剂。要选择适宜分子量的絮凝剂。现在学习的是第10页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术 絮絮凝凝操操作作温温度度 当当温温度度升升高高时时，絮絮凝凝速速度度加加快快，形形成成的的絮絮凝颗粒细小。因此絮凝操作温度要合适，一般为凝颗粒细小。因此絮凝操作温度要合适，一般为20203030。pH p

13、H 溶溶液液pHpH的的变变化化会会影影响响离离子子型型絮絮凝凝剂剂功功能能团团的的电电离离度度，因因此此阳阳离离子子型型絮絮凝凝剂剂适适合合在在酸酸性性或或中中性性的的pHpH环环境境中中使使用用，阴阴离离子子型絮凝剂适合在中性或碱性的环境中使用。型絮凝剂适合在中性或碱性的环境中使用。搅拌速度和时间搅拌速度和时间 适当的搅拌速度和时间对絮凝是有利的，适当的搅拌速度和时间对絮凝是有利的，一般情况下，搅拌速度为一般情况下，搅拌速度为(40(4080)80)r/minr/min，不要超过，不要超过100100r/minr/min；搅；搅拌时间以拌时间以(2(24)4)minmin为宜，不超过为宜，

14、不超过5 5minmin。现在学习的是第11页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术絮絮凝凝剂剂的的加加入入量量 絮絮凝凝剂剂的的最最适适添添加加量量往往往往要要通通过过实实验验方方法法确确定定，虽虽然然较较多多的的絮絮凝凝剂剂有有助助于于增增加加桥桥架架的的数数量量，但但过过多多的的添添加加反反而而会会引引起起吸吸附饱和，絮凝剂争夺胶粒而使絮凝团的粒径变小，絮凝效果下降。附饱和，絮凝剂争夺胶粒而使絮凝团的粒径变小，絮凝效果下降。凝聚和絮凝这两种作用是人们在研究作用机理时，为了方便描述而凝聚和絮凝这两种作用是人们在研究作用机理时，为了方便描述而分别提出并进行讨论，但在实际应用中，絮

15、凝剂与无机电解质凝聚剂经分别提出并进行讨论，但在实际应用中，絮凝剂与无机电解质凝聚剂经常搭配在一起使用，加入无机电解质使悬浮粒子间的排斥能力降低而凝常搭配在一起使用，加入无机电解质使悬浮粒子间的排斥能力降低而凝聚成微粒，然后加入絮凝剂，两者相辅相成，二者结合的方法称为混凝。聚成微粒，然后加入絮凝剂，两者相辅相成，二者结合的方法称为混凝。混凝可有效提高凝聚和絮凝效果。混凝可有效提高凝聚和絮凝效果。现在学习的是第12页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术工工业业上上使使用用的的絮絮凝凝剂剂按按组组成成不不同同又又可可分分为为无无机机絮絮凝凝剂剂、有有机机絮絮凝凝剂和生物絮凝剂。剂和生

16、物絮凝剂。有有机机高高分分子子絮絮凝凝剂剂 如如人人工工合合成成的的絮絮凝凝剂剂：二二甲甲基基二二烯烯丙丙基基氯氯化化铵铵与与丙丙烯烯酰酰胺胺的的共共聚聚物物或或均均聚聚物物、聚聚二二烯烯基基咪咪唑唑啉啉、聚聚丙丙烯烯酸酸类类衍衍生生物物、聚聚苯苯乙乙烯烯类类衍衍生生物物、聚聚丙丙烯烯胺胺类类衍衍生生物物等等。其其中中聚聚丙丙烯烯酰酰胺胺具具有有一一定定毒毒性性，不不能能用用于于药药品品、食食品品生生产产；而而聚聚丙丙烯烯酸酸类类衍衍生生物物阴阴离离子子型型絮絮凝凝剂剂，无无毒毒，可可用用于于食食品品和和医医药药工工业业。天天然然有有机机高高分分子子絮絮凝凝剂剂：聚糖类胶粘物、海藻酸钠、明胶、

17、骨胶、壳多糖等。聚糖类胶粘物、海藻酸钠、明胶、骨胶、壳多糖等。无机高分子聚合物无机高分子聚合物 如聚合铝盐、聚合铁盐等。如聚合铝盐、聚合铁盐等。现在学习的是第13页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术 生物絮凝剂生物絮凝剂 生物絮凝剂是一类由微生物产生的具有絮生物絮凝剂是一类由微生物产生的具有絮凝能力的生物大分子，主要有蛋白质、粘多糖、纤维素和核酸凝能力的生物大分子，主要有蛋白质、粘多糖、纤维素和核酸等。具有高效、无毒、无二次污染等特点，克服了无机絮凝剂等。具有高效、无毒、无二次污染等特点，克服了无机絮凝剂和人工合成有机高分子絮凝剂本身固有的缺陷，其发展潜力越和人工合成有机高分子

18、絮凝剂本身固有的缺陷，其发展潜力越来越受到重视。来越受到重视。4 4加入助滤剂加入助滤剂 加入助滤剂可以改变滤饼的结构，降低滤饼的可压缩性，加入助滤剂可以改变滤饼的结构，降低滤饼的可压缩性，从而降低过滤阻力。常用的助滤剂有硅藻土、纤维素、石棉粉、从而降低过滤阻力。常用的助滤剂有硅藻土、纤维素、石棉粉、珍珠岩、白土、炭粒、淀粉等。最常用的是硅藻土。珍珠岩、白土、炭粒、淀粉等。最常用的是硅藻土。现在学习的是第14页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术 助助滤滤剂剂的的使使用用方方法法有有两两种种：一一种种是是将将助助滤滤剂剂在在支支持持介介质质（滤滤布布）的的表表面面上上预预涂涂助助

19、滤滤剂剂薄薄层层1 12 2 mmmm，以以保保护护支支持持介介质质的的毛毛细细孔孔道道在在较较长长时时间间内内不不被被悬悬浮浮液液中中的的固固体体粒粒子子所所堵堵塞塞，从从而而提提高高或或稳稳定定过过滤滤速速度度。另另一一种种方方法法是是将将助助滤滤剂剂分分散散在在待待过过滤滤的的悬悬浮浮液液中中，使使形形成成的的滤滤饼饼具具有有多多孔孔性性，降降低低滤滤饼饼的的可可压压缩缩性性，以以提提高高过过滤滤速速度度和和延延长长过过滤滤操操作作周周期期。前前者者会会使使滤滤速速降降低低，但但滤滤液液透透明明度度明明显显增增加加；后后一一种种方方法法主主要要是是助助滤滤剂剂的的加加入入量量，一一般般助

20、助滤滤剂剂的的用用量量若若等等于于悬悬浮浮液液中中固固体体含含量量时时，过过滤滤速速度度最最快快，另另外外在在使使用用时时需需要要一一个个带带搅搅拌拌器器的的混混合合槽槽，充充分分搅搅拌拌混混合合均均匀匀，防防止止分分层层沉沉淀淀。生生产产上上也也可可两两种方法同时兼用。选择和使用助滤剂时要考虑以下几个方面：种方法同时兼用。选择和使用助滤剂时要考虑以下几个方面：现在学习的是第15页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术根据目的产物的性质选择助滤剂品种根据目的产物的性质选择助滤剂品种当目的产物存在于当目的产物存在于液相时要注意目的产物是否会被助滤剂吸附，是否可通过改液相时要注意目的产

21、物是否会被助滤剂吸附，是否可通过改变变pH来减少吸附；当目的产物存在于固相时，一般使用淀粉、纤维素来减少吸附；当目的产物存在于固相时，一般使用淀粉、纤维素等不影响产品质量的助滤剂。等不影响产品质量的助滤剂。根根据据过过滤滤介介质质和和过过滤滤情情况况选选择择助助滤滤剂剂品品种种当当使使用用粗粗目目滤滤网网时时易易泄泄漏漏，采采用用石石棉棉粉粉、纤纤维维素素、淀淀粉粉等等作作助助滤滤剂剂可可有有效效地地防防止止泄泄漏漏。当当使使用用细细目目滤滤布布时时，宜宜采采用用细细硅硅藻藻土土，若若采采用用粗粗粒粒硅硅藻藻土土，则则料料液液中中的的细细微微颗颗粒粒仍仍将将透透过过助助滤滤层层而而到到达达滤滤

22、布布表表面面，从从而而使使过过滤滤阻阻力力增增大大。当当使使用用烧烧结结或或粘粘结结材材料料制制成成的的过过滤滤介介质质时时，宜宜使使用用纤维素助滤剂，这样可使滤饼易于剥离，并可防止堵塞毛细孔。纤维素助滤剂，这样可使滤饼易于剥离，并可防止堵塞毛细孔。现在学习的是第16页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术粒度选择粒度选择 助滤剂的粒度及粒度分布对过滤速率和滤液助滤剂的粒度及粒度分布对过滤速率和滤液澄清度影响很大。当粒度一定时，过滤速率与澄清度成反比，澄清度影响很大。当粒度一定时，过滤速率与澄清度成反比，过滤速率大，澄清度差；过滤速率小，则澄清度好。助滤剂的过滤速率大，澄清度差；过

23、滤速率小，则澄清度好。助滤剂的粒度必须与悬浮液中固体粒子的尺寸相适应，如颗粒较小的悬粒度必须与悬浮液中固体粒子的尺寸相适应，如颗粒较小的悬浮液应采用较细的助滤剂。商品硅藻土助滤剂有多种规格，粒浮液应采用较细的助滤剂。商品硅藻土助滤剂有多种规格，粒度分布不同，因此使用前应针对不同料液的特性和过滤要求，度分布不同，因此使用前应针对不同料液的特性和过滤要求，通过实验，确定其最佳型号。通过实验，确定其最佳型号。用量的确定用量的确定 助滤剂的用量必须适宜。用量过少，起不到有效助滤剂的用量必须适宜。用量过少，起不到有效的助滤作用；用量过大，不仅浪费，而且会因助滤剂成为主要的滤饼的助滤作用；用量过大，不仅浪

24、费，而且会因助滤剂成为主要的滤饼阻力而使过滤速率下降。阻力而使过滤速率下降。现在学习的是第17页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术 当采用预涂助滤剂的方法时，间歇操作助滤剂的最小厚度当采用预涂助滤剂的方法时，间歇操作助滤剂的最小厚度为为2 2mmmm；连续操作则要根据所需过滤速率来确定。当助滤剂直接；连续操作则要根据所需过滤速率来确定。当助滤剂直接加入发酵液时，一般采用的助滤剂用量等于悬浮液中固形物含加入发酵液时，一般采用的助滤剂用量等于悬浮液中固形物含量，其过滤速率最快，如用硅藻土作助滤剂时，通常细粒用量量，其过滤速率最快，如用硅藻土作助滤剂时，通常细粒用量为为500500g

25、 gm m3 3；中等粒度用量为；中等粒度用量为700700g gm m3 3；粗粒用量为；粗粒用量为(700(7001000)1000)g gm m3 3。5 5加入反应剂加入反应剂 有有时时加加入入某某些些不不影影响响目目的的产产物物的的反反应应剂剂，可可消消除除发发酵酵液液中某些杂质对过滤的影响，从而提高过滤速率。中某些杂质对过滤的影响，从而提高过滤速率。现在学习的是第18页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术 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CaSOCaSO4 4 、AlPOAlPO4 4等。生成的沉

26、淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状等。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，并且能使胶状物和悬浮物凝固，从而结构，沉淀本身可作为助滤剂，并且能使胶状物和悬浮物凝固，从而改善过滤性能。如在新生霉素发酵液中加入氯化钙和磷酸钠，生成磷改善过滤性能。如在新生霉素发酵液中加入氯化钙和磷酸钠，生成磷酸钙沉淀可充当助滤剂，另一方面可使某些蛋白质凝固。又如环丝氨酸钙沉淀可充当助滤剂，另一方面可使某些蛋白质凝固。又如环丝氨酸发酵液用氧化钙和磷酸处理，生成磷酸钙沉淀，能使悬浮物凝固，酸发酵液用氧化钙和磷酸处理，生成磷酸钙沉淀，能使悬浮物凝固，多余的磷酸根离子还能除去钙、镁离子，并且

27、在发酵液中不会引入其多余的磷酸根离子还能除去钙、镁离子，并且在发酵液中不会引入其它阳离子，以免影响环丝氨酸的离子交换吸附。它阳离子，以免影响环丝氨酸的离子交换吸附。现在学习的是第19页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术 二、发酵液的相对纯化二、发酵液的相对纯化1.无机离子的去除无机离子的去除发发酵酵液液中中主主要要的的无无机机离离子子有有Ca2+、Mg2+、Fe2+等等。Ca2+的的去去除除主主要要采采用用草草酸酸，但但由由于于草草酸酸的的溶溶解解度度小小，不不适适合合用用量量较较大大的的场场合合。当当发发酵酵液液中中Ca2+离离子子浓浓度度较较高高时时，可可采采用用可可溶溶性

28、性盐盐，如如草草酸酸钠钠等等。反反应应生生成成草草酸酸钙钙还还能能促促使使蛋蛋白白质质凝凝固固，改改善善发发酵酵液液过过滤滤性性能能。Mg2+离离子子的的去去除除一一般般采采用用加加入入三三聚聚磷磷酸酸钠钠，它它和和Mg2+形形成成可可溶溶性性络合物后，即可消除对离子交换的影响。络合物后，即可消除对离子交换的影响。Mg2+Na5P3O10=MgNa3P3O10+2Na+现在学习的是第20页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术 用用磷磷酸酸盐盐处处理理，也也能能大大大大降降低低Ca2+、Mg2+离离子子的的浓浓度度，此此法法可可用用于于环环丝丝氨氨酸酸的的生生产产。对对于于发发酵酵

29、液液中中的的铁铁离离子子，可可加加入入黄血盐，使其形成普鲁士蓝沉淀而除去。反应如下：黄血盐，使其形成普鲁士蓝沉淀而除去。反应如下：3K4Fe(CN)6+4Fe3+=Fe4Fe(CN)63+12K+2 2杂蛋白的去除杂蛋白的去除 利用各种沉淀方法，可以去除液相中各种蛋白质。常用的有利用各种沉淀方法，可以去除液相中各种蛋白质。常用的有等电点沉淀法、变性沉淀法、盐析法、有机溶剂沉淀法、反应沉等电点沉淀法、变性沉淀法、盐析法、有机溶剂沉淀法、反应沉淀法等。这些沉淀方法既可以作为除杂质的方法，也可以作为提淀法等。这些沉淀方法既可以作为除杂质的方法，也可以作为提取目标产物的技术手段。有关沉淀法除蛋白质详见

30、第五章沉淀技取目标产物的技术手段。有关沉淀法除蛋白质详见第五章沉淀技术。术。现在学习的是第21页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术 3 3多糖的去除多糖的去除 酶解法可将混合液中的不溶性多糖物质酶解，使其转化为溶解度酶解法可将混合液中的不溶性多糖物质酶解，使其转化为溶解度较大的单糖，从而改变流体的流动特性，提高过滤速率。例如万古霉较大的单糖，从而改变流体的流动特性，提高过滤速率。例如万古霉素用淀粉作培养基，发酵完成后，发酵液中多余的淀粉使混合液粘度素用淀粉作培养基，发酵完成后，发酵液中多余的淀粉使混合液粘度较大，当加入较大，当加入0.025的淀粉酶后，搅拌的淀粉酶后，搅拌30m

31、in，再加，再加2.5助滤剂（硅助滤剂（硅藻土），可使过滤速率提高藻土），可使过滤速率提高5倍。倍。现在学习的是第22页，共48页第一第一节 发酵液的酵液的预处理技理技术 4 4有色物质的去除有色物质的去除 发发酵酵液液中中有有色色物物质质可可能能是是由由于于微微生生物物生生长长代代谢谢过过程程分分泌泌的的，也也可可能能是是培培养养基基（如如糖糖蜜蜜、玉玉米米浆浆等等）带带来来的的，色色素素物物质质化化学学性性质质的的多多样样性性增增加加了了脱脱色色的的难难度度。色色素素物物质质的的去去除除，一一般般以以使使用用离离子子交交换换树树脂脂、离离子子交交换换纤纤维维、活活性性炭炭等等材材料料的的吸

32、吸附附法法来来脱脱色色最最为为普普遍遍。例例如如活活性性炭炭可可用用于于柠柠檬檬酸酸发发酵酵液液的的脱脱色色，盐盐型型强强碱碱性性阴阴离离子子交交换换树树脂脂可可用用于于解解朊朊酶酶和和果果胶胶酶酶溶溶液液的的脱脱色色，磷磷酸酸型型阴阴离离子子交交换换树树脂脂被被用用于于谷谷氨氨酸酸发发酵酵液液的脱色等。一般发酵液的脱色往往是在过滤除去菌体后进行。的脱色等。一般发酵液的脱色往往是在过滤除去菌体后进行。现在学习的是第23页，共48页第二第二节固液分离固液分离 生生化化产产品品的的固固液液分分离离方方法法与与化化工工单单元元操操作作中中的的非非均均相相物物系系分分离离方方法法基基本本相相同同，但但

33、由由于于发发酵酵液液或或细细胞胞培培养养液液种种类类多多、粘粘度度大大和和成成分分复复杂杂，其其固固液液分分离离又又很很困困难难。特特别别是是当当固固体体微微粒粒主主要要是是细细胞胞、细细胞胞碎碎片片及及沉沉淀淀蛋蛋白白类类物物质质时时，由由于于这这些些物物质质具具有有可可压压缩缩性性，给给固固液液分分离增加了困难。固液分离的好坏，将影响料液的进一步处理。离增加了困难。固液分离的好坏，将影响料液的进一步处理。生化产品通常利用机械方法进行固液分离。按其所涉及的生化产品通常利用机械方法进行固液分离。按其所涉及的流动方式和作用力的不同，可分为过滤、沉降和离心分离。过流动方式和作用力的不同，可分为过滤

34、、沉降和离心分离。过滤是以某种多孔性物质作为介质，在外力的作用下，悬浮液中滤是以某种多孔性物质作为介质，在外力的作用下，悬浮液中的流体通过介质孔道，而固体颗粒被截留下来，从而实现固液的流体通过介质孔道，而固体颗粒被截留下来，从而实现固液分离的过程。分离的过程。现在学习的是第24页，共48页第二第二节固液分离固液分离 沉沉降降是是依依靠靠外外力力的的作作用用，利利用用分分散散物物质质（固固相相）与与分分散散介介质质（液液相相）的的密密度度差差异异，使使之之发发生生相相对对运运动动，而而实实现现固固液液分分离离的的过过程程。离离心心分分离离是是利利用用装装置置所所提提供供的的惯惯性性离离心心力力的

35、的作作用用来来实实现现固固液分离的过程。液分离的过程。不不同同性性状状的的发发酵酵液液应应选选择择不不同同的的固固液液分分离离方方法法和和设设备备，如如霉霉菌菌和和放放线线菌菌为为丝丝状状菌菌，体体形形较较大大，其其发发酵酵液液大大多多采采用用过过滤滤方方法法处处理理；而而细细菌菌和和酵酵母母菌菌为为单单细细胞胞，体体形形较较小小，外外形形尺尺寸寸大大多多在在1 11010m m范范围围，其其发发酵酵液液一一般般采采用用高高速速离离心心机机分分离离。但但若若对对其其发发酵酵液液采采用用适适当当的的方方法法进进行行预预处处理理，则则细细菌菌和和酵酵母母菌菌发发酵酵液液也也可可采采用用过过滤滤方方

36、法法进进行行固固液液分分离离。如如生生产产菌菌菌菌体体较较小小的的氨氨基基酸酸发发酵酵液液，采采用用絮絮凝凝和和添添加加助助滤剂等方法进行预处理后可用板框过滤机或带式过滤机进行菌体分离。滤剂等方法进行预处理后可用板框过滤机或带式过滤机进行菌体分离。现在学习的是第25页，共48页第二第二节固液分离固液分离 一、发酵液的过滤一、发酵液的过滤 实实现现过过滤滤操操作作的的外外力力是是过过滤滤介介质质两两侧侧的的压压力力差差，压压差差可可以以通通过过重重力力、加加压压、抽抽真真空空来来获获得得。依依据据过过滤滤介介质质所所起起主主要要作作用用不不同同可可分分为为：饼饼层层过过滤滤或或深深床床过过滤滤。

37、依依据据提提供供外外力力的的方方式式不不同同又又可可分分为为常常压压过过滤滤、真真空空抽抽滤滤。依依据据过过滤滤时时外外加加压压力力和和流流速速的的不不同同，可可分分为为：恒恒压压过过滤滤，用用压压缩缩空空气气或或真真空空作作为为推推动动力力；恒恒速速过过滤滤，通通常常用用定定容容泵泵来来输输送送料料液液；变变速速-变变压压过过滤滤操操作作方方式式，用用离离心心泵泵来来实实现现。在在生生化化产产品品的的生生产产中中，真真空空抽抽滤滤应应用较多。用较多。现在学习的是第26页，共48页第二第二节固液分离固液分离 在在深深床床过过滤滤中中，过过滤滤介介质质起起主主要要过过滤滤作作用用。所所用用介介质

38、质为为硅硅藻藻土土、砂砂、颗颗粒粒活活性性炭炭、玻玻璃璃珠珠、塑塑料料颗颗粒粒、烧烧结结陶陶瓷瓷、烧烧结结金金属属等等，填填充充于于过过滤滤器器内内构构成成过过滤滤层层。当当悬悬浮浮液液通通过过过过滤滤层层时时，固固体体颗颗粒粒被被阻阻拦拦或或吸吸附附在在滤滤层层颗颗粒粒上上，使使滤滤液液得得以以澄澄清清。这这种种方方法法适适合合于于固固体体含含量量少少于于0.0010.001g/mLg/mL，颗颗粒粒直直径径在在(5(5100)100)m m的的悬悬浮浮液液的的过过滤滤分分离离，如如河河水水、麦麦芽芽汁汁、酒酒类类和和饮饮料的过滤澄清。料的过滤澄清。现在学习的是第27页，共48页第二第二节固

39、液分离固液分离 在在饼饼层层过过滤滤中中，沉沉积积于于过过滤滤介介质质上上的的饼饼层层起起主主要要过过滤滤作作用用。过过滤滤介介质质为为滤滤布布，包包括括天天然然或或合合成成纤纤维维织织布布、金金属属织织布布、石石棉棉板板、玻玻璃璃纤纤维维纸纸等等。当当悬悬浮浮液液通通过过滤滤布布时时，固固体体颗颗粒粒被被滤滤布布所所阻阻拦拦而而逐逐渐渐形形成成滤滤饼饼，滤滤饼饼至至一一定定厚厚度度时时即即起起过过滤滤作作用用，此此时时滤滤布布主主要要起起支支撑撑作作用用。这这种种方方法法常常用用于于分分离离固固体体含含量量大大于于0.0010.001g/mLg/mL的的悬悬浮浮液液。一一个个完完整整的的饼饼

40、层层过过滤滤过过程程主主要要包包括括三三个个步步骤骤：滤滤饼饼的的形形成成；滤滤饼饼的的洗洗涤涤；滤滤饼饼的的清清除除。滤滤饼饼的的形形成成是是从从被被处处理理的的料料液液接接触触过过滤滤介介质质时时开开始始的的，随随着着过过滤滤时时间间的的增增长长，饼饼层层厚厚度度逐逐渐渐增增大大；滤滤饼饼的的洗洗涤涤是是回回收收饼饼层层中中的的有有用用物物质质或或者者是是除除去去饼饼层层中中的的杂杂质质，洗洗涤涤液液的的体体积积与与流流速速决决定定着着回回收收率率的的高高低低及及洗洗涤涤时时间间的的长长短短；滤滤饼饼的的清清除除主主要要是是在在过过滤滤一一定定时时间间后后，过过滤滤阻阻力力增增大大，滤滤速

41、速明明显显减减小小时时，将将饼层从过滤介质上除去，以便使过滤能够在较高过滤速度下进行。饼层从过滤介质上除去，以便使过滤能够在较高过滤速度下进行。现在学习的是第28页，共48页第二第二节固液分离固液分离 1.1.发酵液的过滤特性和滤饼的比阻发酵液的过滤特性和滤饼的比阻微微生生物物发发酵酵液液多多属属于于非非牛牛顿顿型型流流体体，滤滤渣渣为为可可压压缩缩性性的的。衡衡量量过过滤滤特特性性的的主主要要指指标标是是滤滤饼饼的的质质量量比比阻阻r rB B，它它表表示示的的是是单单位位滤滤饼饼厚厚度度的的阻阻力力系系数数，与与滤滤饼饼的的结结构构特特性性有有关关。对对于于不不可可压压缩缩滤滤饼饼，比比阻

42、阻值是常数。对于可压缩滤饼，比阻是操作压力的函数，可用下式表示值是常数。对于可压缩滤饼，比阻是操作压力的函数，可用下式表示 （1-1）式中式中r不可压缩滤饼的比阻，对一定的料液其值为常数；不可压缩滤饼的比阻，对一定的料液其值为常数；m压缩指数，一般取压缩指数，一般取0.50.8，对于不可压缩性滤饼为，对于不可压缩性滤饼为0；P压力差，压力差，Pa。现在学习的是第29页，共48页第二第二节固液分离固液分离 发发酵酵液液滤滤饼饼的的比比阻阻与与一一般般可可压压缩缩滤滤饼饼相相比比，有有其其特特殊殊性性。一一般般可可压压缩缩滤滤饼饼的的比比阻阻是是操操作作压压力力的的函函数数，在在不不变变的的压压差

43、差之之下下，滤滤饼饼比比阻阻是是一一定定值值，即即在在不不变变压压力力差差下下过过滤滤时时，过过滤滤速速度度的的逐逐渐渐下下降降是是由由于于滤滤饼饼厚厚度度的的逐逐渐渐增增加加所所致致，而而作作为为单单位位滤滤饼饼厚厚度度的的过过滤滤阻阻力力即即滤滤饼的比阻是不变的。饼的比阻是不变的。但但对对于于发发酵酵液液滤滤饼饼，即即使使在在恒恒定定的的操操作作压压差差下下，当当滤滤饼饼中中所所含含固固形形物物浓浓度度达达到到某某一一界界限限值值时时，滤滤饼饼的的比比阻阻就就不不是是一一定定值值，而而会会突突然然升升高高。因因此此过过滤滤速速度度不不但但随随滤滤饼饼厚厚度度的的增增加加而而下下降降，还还会

44、会因因滤滤饼饼比比阻阻的的突突然然升升高高而而额额外外下下降降。奥奥尔尔洛洛夫夫斯斯基基很很早早以以前前曾曾提提出出过过假假设设，认认为为这这是是由由于于有有机机物物质质的的胶胶体体粒粒子子借借静静电电吸吸引引而而结结合合的的水水分分子子所所致致。对对发发酵酵液液进进行行预预处处理理，也也可可以以降降低低结结合合水水的的百百分分率率，提提高高自自由由水水的的百百分分率率，使使发发酵酵液液滤滤饼饼更更接接近近一一般可压缩滤饼的性质。般可压缩滤饼的性质。现在学习的是第30页，共48页第二第二节固液分离固液分离 对对于于可可压压缩缩滤滤饼饼，如如果果过过滤滤介介质质的的阻阻力力相相对对较较小小，可可

45、以以忽忽略略不不计，则恒压下的过滤方程式为计，则恒压下的过滤方程式为 （1-21-2）式中式中 q q到瞬间到瞬间时，通过单位过滤面积的滤液量，时，通过单位过滤面积的滤液量，m m3 3/m/m2 2；P P过滤压力差，过滤压力差，PaPa；r rB B滤饼的质量比阻，滤饼的质量比阻，m/kgm/kg；X XB B通过单位体积滤液所通过单位体积滤液所形成的滤渣质量，形成的滤渣质量，kg/m3；过滤时间，过滤时间，s；滤液粘度，滤液粘度，Pas。现在学习的是第31页，共48页 第二第二节固液分离固液分离 质质量量比比阻阻可可根根据据式式（5-25-2），利利用用图图解解法法求求得得，以以/q q

46、为为纵纵坐坐标，以标，以q q为横坐标所得的直线斜率为为横坐标所得的直线斜率为M M，则，则r rB B可按下式进行计算：可按下式进行计算：（1-31-3）根据滤饼的质量比阻，可以衡量各种不同发酵液过滤的难易程度。根据滤饼的质量比阻，可以衡量各种不同发酵液过滤的难易程度。现在学习的是第32页，共48页 第二第二节固液分离固液分离 2 2影响过滤性能的因素影响过滤性能的因素影响过滤性能的因素很多，主要有：影响过滤性能的因素很多，主要有：（1 1）混混合合物物中中悬悬浮浮微微粒粒的的性性质质和和大大小小 一一般般情情况况下下，悬悬浮浮微微粒粒越越大大，粒粒子子越越坚坚硬硬，大大小小越越均均匀匀，固

47、固液液分分离离越越容容易易，过过滤滤速速度度越越大大。如如发发酵酵液液中中的的细细菌菌菌菌体体较较小小，分分离离较较困困难难，过过滤滤速速度度就就会会相相对对减减小小；而而胶胶体体粒粒子子通通常常悬悬浮浮于于流流体体中中，必必须须运运用用凝凝聚聚与与絮絮凝凝技技术术，增增大大悬悬浮浮粒粒子子的的体体积积，以以利利于于固固液液分分离离，从从而而获得澄清的滤液。获得澄清的滤液。现在学习的是第33页，共48页 第二第二节固液分离固液分离 （2 2）混混合合液液的的粘粘度度 流流体体的的流流动动特特性性对对固固液液分分离离影影响响很很大大，其其中中流流体体的的粘粘度度越越大大，固固液液分分离离越越困困

48、难难，过过滤滤速速度度就就会会降降低低。通通常常混混合合液液的的粘粘度度与与其其组组成成和和浓浓度度密密切切相相关关，组组成成越越复复杂杂，浓浓度度越越高高，其其粘粘度度越越大大。在在微微生生物物发发酵酵制制药药生生产产中中，菌菌体体种种类类和和浓浓度度不不同同，其其粘粘度度差差别别很很大大。另另外外，培培养养基基中中若若用用淀淀粉粉作作碳碳源源，黄黄豆豆饼饼作作氮氮源源，其其发发酵酵液液的的粘粘度度也也较较大大。若若发发酵酵终终点点控控制制不不当当，菌菌体体发发生自溶，也会使发酵液变粘。生自溶，也会使发酵液变粘。现在学习的是第34页，共48页 第二第二节固液分离固液分离 （3 3）操操作作条

49、条件件 固固液液分分离离操操作作中中温温度度、pHpH、操操作作压压力力、滤滤饼饼厚厚度度等等的的控控制制也也会会影影响响固固液液分分离离速速率率。温温度度升升高高，流流体体粘粘度度降降低低；调调整整pHpH，也也可可改改变变流流体体粘粘度度，从从而而使使固固液液分分离离效效率率得得到到提提高高。提提高高操操作作压压力力一一般般可可提提高高过过滤滤速速度度，但但如如果果滤滤饼饼的的可可压压缩缩性性较较大大时时，提提高高压压力力往往往往会会使使滤滤饼饼进进一一步步压压缩缩，过过滤滤阻阻力力增增大大，反反而而使使滤滤速下降。降低滤饼层的厚度会减小过滤阻力，提高滤速。速下降。降低滤饼层的厚度会减小过

50、滤阻力，提高滤速。现在学习的是第35页，共48页 第二第二节固液分离固液分离 （4 4）助助滤滤剂剂的的使使用用 当当固固体体颗颗粒粒易易受受压压变变形形时时，采采用用一一般般过过滤滤分分离离很很困困难难，常常采采用用加加助助滤滤剂剂的的方方式式，以以顺顺利利完完成成过过滤滤分分离离操操作作。助助滤滤剂剂是是一一种种不不可可压压缩缩的的多多孔孔微微粒粒，它它能能使使滤滤饼饼疏疏松松，滤滤速速增增大大。助助滤滤剂剂使使用用可可使使悬悬浮浮液液中中大大量量的的细细微微胶胶体体粒粒子子被被吸吸附附到到助助滤滤剂剂的的表表面面上上，从从而而使使滤滤饼饼的的可可压压缩缩性性下下降降，过过滤滤阻阻力力降降