第6章 非均相分离设备

1、O返回第六章第六章 非均相分离设备非均相分离设备 目目 录录第一节第一节 细胞破碎设备细胞破碎设备第二节第二节 沉降设备沉降设备第三节第三节 过滤设备过滤设备全国高等学校高职高专药品类专业卫生部全国高等学校高职高专药品类专业卫生部“十一五十一五”规划教材规划教材生物制药设备生物制药设备第四节第四节 膜分离设备膜分离设备O返回 学习目的学习目的 本章是制药过程中原料药通过发酵、提取等单元操作过程的一个非常本章是制药过程中原料药通过发酵、提取等单元操作过程的一个非常重要后续环节，对于药品最终的得率和质量关系密切。通过对本章的学习，重要后续环节，对于药品最终的得率和质量关系密切。通过对本章的学习，要

2、求掌握各种分离非均相混合物设备的原理及操作技能。要求掌握各种分离非均相混合物设备的原理及操作技能。 知识要求知识要求 掌握高压均质机、珠磨机、转鼓真空过滤机、碟片式离心机、高速管掌握高压均质机、珠磨机、转鼓真空过滤机、碟片式离心机、高速管式离心机的结构。掌握各种膜的分离特点及所对应的膜组件；式离心机的结构。掌握各种膜的分离特点及所对应的膜组件； 熟悉高压均质机、珠磨机的工作原理。熟悉膜过滤的基本原理；熟悉高压均质机、珠磨机的工作原理。熟悉膜过滤的基本原理； 了解颗粒沉降速度的计算，了解颗粒离心沉降速度计算。了解颗粒沉降速度的计算，了解颗粒离心沉降速度计算。 能力要求能力要求 掌握精密过滤机、超

3、滤机的操作方法；掌握精密过滤机、超滤机的操作方法； 学会按规程操作板框压滤机、高压均质机、高速管式离心机、冷冻离学会按规程操作板框压滤机、高压均质机、高速管式离心机、冷冻离心机。心机。学习目标学习目标O返回微生物细胞基本结构微生物细胞基本结构第一节第一节 细胞破碎设备细胞破碎设备细胞壁由多糖和磷酸细胞壁由多糖和磷酸酯类组成，其结构较酯类组成，其结构较细密而坚硬，是产生细密而坚硬，是产生细胞破碎阻力之源。细胞破碎阻力之源。 微生物细胞通常由细胞壁、微生物细胞通常由细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞器组细胞膜、细胞质和细胞器组成，成，生物药物成分常存在于生物药物成分常存在于生物细胞内生物细胞内 。O返回

4、 为了使有效成分从细胞中释放出来，需要进行细胞破为了使有效成分从细胞中释放出来，需要进行细胞破碎。破碎细胞的方法较多，工业生产需要处理量大，破碎。破碎细胞的方法较多，工业生产需要处理量大，破碎速度较快的方法，因而常采用机械破碎法。碎速度较快的方法，因而常采用机械破碎法。机械法机械法 依靠机械产生的剪切作用进行破碎。依靠机械产生的剪切作用进行破碎。 非机械法非机械法 依靠酶解、渗透性和渗透压的改变、冻依靠酶解、渗透性和渗透压的改变、冻 结熔化等方法进行破碎。结熔化等方法进行破碎。细细胞胞破破碎碎O返回高压匀浆法高压匀浆法 液体剪切作用液体剪切作用 珠磨法珠磨法 固体剪切作用固体剪切作用 超声波法

5、超声波法 液体剪切作用液体剪切作用 X-press法法 固体剪切作用固体剪切作用机械法机械法工业上常长的机械破碎法有高压匀浆法和珠磨法工业上常长的机械破碎法有高压匀浆法和珠磨法 O返回一、高压均质机一、高压均质机（一）高压均质机结构及工作原理（一）高压均质机结构及工作原理高压均质机由高压均质机由高压泵高压泵和和均质头均质头两部分组成两部分组成 高压泵一般采用柱塞高压泵一般采用柱塞式往复泵，由活塞柱、式往复泵，由活塞柱、进料阀和排料阀等部件进料阀和排料阀等部件组成，其结构与一般柱组成，其结构与一般柱塞泵相同塞泵相同 。O返回均质头的结构均质头的结构均质头均质头 均质头由手柄、均质头由手柄、调节弹

6、簧、均质阀三调节弹簧、均质阀三部分组成，其中均质部分组成，其中均质阀的组成部件有阀杆、阀的组成部件有阀杆、阀座、撞击环。阀座、撞击环。 均质阀安装在细胞悬浮液的排均质阀安装在细胞悬浮液的排出管路上，阀杆与阀座间形成狭出管路上，阀杆与阀座间形成狭缝，构成悬浮液流动通道。缝，构成悬浮液流动通道。O返回高压均质机结构及工作原理高压均质机结构及工作原理 破碎后的悬浮液破碎后的悬浮液沿阀座与阀杆之间沿阀座与阀杆之间的环形缝隙再次撞的环形缝隙再次撞击到撞击环上，随击到撞击环上，随后从细胞匀浆排料后从细胞匀浆排料口排出。口排出。 细胞悬浮液被高压泵吸入后获得很高的静压力，在高压细胞悬浮液被高压泵吸入后获得很

7、高的静压力，在高压泵的作用下，以泵的作用下，以100100400 m/s400 m/s的速度直接冲击到阀杆上。的速度直接冲击到阀杆上。O返回 细胞悬浮液在两次撞击和细胞悬浮液在两次撞击和经过环形缝隙时，将从柱塞泵经过环形缝隙时，将从柱塞泵获得的静压能转换成了动能，获得的静压能转换成了动能，因而流动速度快。在高速通过因而流动速度快。在高速通过时，细胞悬浮液承受了强大的时，细胞悬浮液承受了强大的撞击力、剪切作用力和空穴爆撞击力、剪切作用力和空穴爆破力，细胞被拉伸延长而变形，破力，细胞被拉伸延长而变形，随后被破碎。随后被破碎。O返回 在细胞破碎过程中，由于各种力的作用产生了热在细胞破碎过程中，由于各

8、种力的作用产生了热效应，随着细胞悬浮液温度升高，生物活性成分受热失去效应，随着细胞悬浮液温度升高，生物活性成分受热失去活性，因而需要冷却。通常在高压均质机的均质头设计有活性，因而需要冷却。通常在高压均质机的均质头设计有循环冷却装置，以保证破碎过程中活性成分的活性。循环冷却装置，以保证破碎过程中活性成分的活性。 注意注意细胞的破碎率可通过生物染色法确定细胞的破碎率可通过生物染色法确定O返回（二）高压均质机的特点（二）高压均质机的特点1.1.细化作用更为强烈细化作用更为强烈 相对于离心式分散乳化设备相对于离心式分散乳化设备 2.2.物料的发热量较小，可保持物料的性能基本不变。物料的发热量较小，可保

9、持物料的性能基本不变。3.3.均质机能定量输送物料均质机能定量输送物料 4.4.均质机耗能较大，易损件较多，维护工作量较大，不适均质机耗能较大，易损件较多，维护工作量较大，不适合于黏度很高的物料。合于黏度很高的物料。O返回（三）高压均质机的分类（三）高压均质机的分类立式立式 45kw45kw以下以下卧式卧式 45kw45kw以上以上按结构型式按结构型式 按控制方式按控制方式 手动控制式手动控制式 手调液力控制式手调液力控制式 全自动控制式全自动控制式 O返回（四）高压均质机的应用及选型（四）高压均质机的应用及选型 提高产品的均匀度和稳定性；增加保质期；减少反应时间提高产品的均匀度和稳定性；增加

10、保质期；减少反应时间从而节省大量催化剂或添加剂；改变产品的稠度改善产品的从而节省大量催化剂或添加剂；改变产品的稠度改善产品的口味和色泽等等。口味和色泽等等。1.均质机的作用均质机的作用制药行业主要应用制药行业主要应用 抗生素，抗酸剂，液浆制剂，静脉乳剂等产品生产。抗生素，抗酸剂，液浆制剂，静脉乳剂等产品生产。 O返回2.均质机选型均质机选型 一是原料本身的性质一是原料本身的性质 ，黏度、热敏性等。，黏度、热敏性等。 另一个是能耗问题，压力越高，运行费用越大另一个是能耗问题，压力越高，运行费用越大 。原则原则 在达到经济破碎效果的前提下，使用压力越小越好。在达到经济破碎效果的前提下，使用压力越小

11、越好。在使用压力选定后，再根据制造商提供的设备性能参数表，在使用压力选定后，再根据制造商提供的设备性能参数表，选择标定的额定压力大于使用压力的设备即可。选择标定的额定压力大于使用压力的设备即可。O返回（五）高压均质机的使用与维护（五）高压均质机的使用与维护 1. 1.高压均质机不得空转，启动前应先接通冷却水。高压均质机不得空转，启动前应先接通冷却水。 2.2.启动后调整压力到预定值，工作时要注意观察压力表，启动后调整压力到预定值，工作时要注意观察压力表，保证压力处于正常工作范围内。在压力稳定之前流出的料液保证压力处于正常工作范围内。在压力稳定之前流出的料液回流，以保证均质的质量。回流，以保证均

12、质的质量。 3.3.机体连接轴处要有润滑油，以免机体前端的填料缺油。机体连接轴处要有润滑油，以免机体前端的填料缺油。 4.4.柱塞密封圈处于高温和压力周期性变化的条件下，很柱塞密封圈处于高温和压力周期性变化的条件下，很容易损坏，应保证柱塞冷却水的连续供应，以降低柱塞密封容易损坏，应保证柱塞冷却水的连续供应，以降低柱塞密封圈的温度，延长其使用寿命。圈的温度，延长其使用寿命。O返回二、珠磨机二、珠磨机（一）珠磨机的结构和工作原理（一）珠磨机的结构和工作原理 珠磨机由研磨室、搅珠磨机由研磨室、搅拌轴、环形振动狭缝珠拌轴、环形振动狭缝珠液分离器、研磨剂、循液分离器、研磨剂、循环水冷却系统等部件组环水冷

13、却系统等部件组成，其中，研磨剂是直成，其中，研磨剂是直径小于径小于1mm1mm的玻璃珠、钢的玻璃珠、钢珠、石英砂、氧化铝等。珠、石英砂、氧化铝等。 O返回工作流程工作流程 细胞悬浮液与研磨剂一起搅拌或研磨，研磨剂与细胞之细胞悬浮液与研磨剂一起搅拌或研磨，研磨剂与细胞之间的剪切、碰撞使细胞破碎，并释放出内含物。在环形振动间的剪切、碰撞使细胞破碎，并释放出内含物。在环形振动狭缝珠液分离器的协助下，珠子被滞留在研磨室内，浆液则狭缝珠液分离器的协助下，珠子被滞留在研磨室内，浆液则循流道流出。循环水冷却系统可将破碎中产生的热量带走。循流道流出。循环水冷却系统可将破碎中产生的热量带走。 实验室规模的细胞破

14、碎设备有实验室规模的细胞破碎设备有MickleMickle高速组织捣碎机、高速组织捣碎机、 BraunBraun匀浆器；中试规模的细胞破碎可采用胶质磨；工业上匀浆器；中试规模的细胞破碎可采用胶质磨；工业上采用高速珠磨机。采用高速珠磨机。O返回（二）使用珠磨机需要注意的事项（二）使用珠磨机需要注意的事项 1.1.珠磨机的缺点珠磨机的缺点 破碎期间样品温度迅速升高。破碎期间样品温度迅速升高。2.2.增加搅拌速度能提高破碎效率，但过高的速度反而会增加搅拌速度能提高破碎效率，但过高的速度反而会使破碎率降低，能量消耗增大，所以搅拌转速应适当。使破碎率降低，能量消耗增大，所以搅拌转速应适当。3.3.珠磨法

15、的破碎率一般控制在珠磨法的破碎率一般控制在80%80%以下。以下。O返回第二节第二节 沉降设备沉降设备（一）（一） 重力沉降速度重力沉降速度一、重力沉降设备一、重力沉降设备1.沉降沉降 在某种力作用下，利用连续相与分散相的密度差异，使在某种力作用下，利用连续相与分散相的密度差异，使之发生相对运动而分离的过程称为沉降。之发生相对运动而分离的过程称为沉降。2.重力沉降重力沉降 如果颗粒或颗粒群在流体中充分地分散，颗粒之间互不如果颗粒或颗粒群在流体中充分地分散，颗粒之间互不接触、互不碰撞，除承受地球引力之外无其他作用力，在接触、互不碰撞，除承受地球引力之外无其他作用力，在这种条件下发生的沉降称为重力

16、沉降。这种条件下发生的沉降称为重力沉降。O返回3.球形颗粒的自由沉降速度球形颗粒的自由沉降速度 如果颗粒在静止流体中沉降时，不受其他颗粒的干扰及器如果颗粒在静止流体中沉降时，不受其他颗粒的干扰及器壁的影响，该种沉降称为自由沉降。壁的影响，该种沉降称为自由沉降。 表面光滑的刚性球形颗粒置于静止表面光滑的刚性球形颗粒置于静止流体中，若颗粒做自由沉降运动，在沉流体中，若颗粒做自由沉降运动，在沉降过程中降过程中, ,颗粒受到三个力的作用：颗粒受到三个力的作用： 重力重力FgFg，方向竖直向下；，方向竖直向下； 浮力浮力FbFb，方向向上；，方向向上； 阻力阻力FdFd，方向向上。，方向向上。O返回Sd

17、S颗粒直径颗粒直径颗粒密度颗粒密度流体密度流体密度gdFSSg36gdFSb36221uAFdA沉降颗粒沿沉降方向最大投影面积。沉降颗粒沿沉降方向最大投影面积。 224mdAS对于球形颗粒对于球形颗粒 O返回u颗粒相对流体沉降速度，颗粒相对流体沉降速度，m/s; 沉降阻力系数沉降阻力系数 。maFFFdbg 当颗粒沉降的瞬间速度为零，阻力为零，加速度为其最大当颗粒沉降的瞬间速度为零，阻力为零，加速度为其最大值，沉降开始后，随着沉降速度逐渐增大，阻力也随着增大，值，沉降开始后，随着沉降速度逐渐增大，阻力也随着增大，直到速度增大到一定值直到速度增大到一定值ut ut 后，重力、浮力、阻力三者达到平

18、后，重力、浮力、阻力三者达到平衡，合力为零；此时颗粒做匀速运动，运动速度即为沉降速衡，合力为零；此时颗粒做匀速运动，运动速度即为沉降速度。度。 O返回0dbgFFF3)(4SStdu 对于微小颗粒，沉降的加速度阶段很短，可以忽略不计，对于微小颗粒，沉降的加速度阶段很短，可以忽略不计，因此，整个沉降过程可以视为匀速沉降过程，加速度为零。因此，整个沉降过程可以视为匀速沉降过程，加速度为零。这种情况下可直接将这种情况下可直接将 用于重力沉降的计算。用于重力沉降的计算。tuO返回 是颗粒与流体相对运动时，以颗粒形状及尺寸为特是颗粒与流体相对运动时，以颗粒形状及尺寸为特征的雷诺数征的雷诺数ReRe的函数

19、。的函数。 )(Re)tduff利用实验测定出沉降利用实验测定出沉降阻力系数，并可绘制阻力系数，并可绘制出出 Re 关系曲线。关系曲线。 O返回4.4.非球形颗粒的自由沉降速度非球形颗粒的自由沉降速度 球形度（形状系数）球形度（形状系数） PSSS体积当量直径体积当量直径 与颗粒等体积的球形颗粒直径。与颗粒等体积的球形颗粒直径。 36FeVd 5.影响沉降速度的因素影响沉降速度的因素 (1) (1)颗粒形状用球形颗粒直径来表示沉降速度与其相同颗粒形状用球形颗粒直径来表示沉降速度与其相同的非球形颗粒的直径。的非球形颗粒的直径。O返回（2)壁面效应壁面效应 当颗粒靠近器壁沉降时，由于器壁的影响，其

20、沉降速度较当颗粒靠近器壁沉降时，由于器壁的影响，其沉降速度较自由沉降速度小，这种影响称为壁面效应。自由沉降速度小，这种影响称为壁面效应。（容器很大，（容器很大，100100倍以上可忽略）倍以上可忽略）(3)干扰沉降干扰沉降 当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间相互距离较近时，当非均相物系中的颗粒较多，颗粒之间相互距离较近时，颗粒沉降会受到其他颗粒的影响，这种沉降称为干扰沉降。颗粒沉降会受到其他颗粒的影响，这种沉降称为干扰沉降。干扰沉降速度比自由沉降小。干扰沉降速度比自由沉降小。 （颗粒浓度（颗粒浓度0.2%,0.2%,可近似为自由沉降）。可近似为自由沉降）。O返回（二（二)重力沉降设备重力沉降设

21、备1. 沉降室沉降室 沉降室是利用重力沉降从含尘气体中分离出尘粒的设备。沉降室是利用重力沉降从含尘气体中分离出尘粒的设备。 O返回2.连续沉降槽连续沉降槽 借重力沉降分离悬浮液的设备称为沉降槽或增稠器。悬借重力沉降分离悬浮液的设备称为沉降槽或增稠器。悬浮液通过沉降槽后可分离成清液和沉渣。浮液通过沉降槽后可分离成清液和沉渣。 O返回二、离心沉降设备二、离心沉降设备（一）离心沉降（一）离心沉降1.离心分离速度离心分离速度 当颗粒处于离心场当颗粒处于离心场时，将受到四个力的时，将受到四个力的作用，即重力、惯性作用，即重力、惯性离心力、向心力和阻离心力、向心力和阻力。力。 O返回 当颗粒所受的惯性离心

22、力、向心力和阻力平衡时，当颗粒所受的惯性离心力、向心力和阻力平衡时，颗粒在径向上将保持匀速运动而沉降到器壁。在匀速颗粒在径向上将保持匀速运动而沉降到器壁。在匀速沉降阶段的径向速度就是颗粒在此位置上的离心沉降沉降阶段的径向速度就是颗粒在此位置上的离心沉降速度，其计算式为：速度，其计算式为： Rudu3)(42TsrRut2离心加速度。离心加速度。 O返回2.离心分离因数离心分离因数 离心加速度与重力加速度之比叫离心分离因数，用离心加速度与重力加速度之比叫离心分离因数，用表示。它是离心分离设备的重要性能指标。表示。它是离心分离设备的重要性能指标。 CK2rTtuuKcuRg值愈高，离心沉降效果愈好

23、。值愈高，离心沉降效果愈好。 CKO返回（二）离心沉降设备（二）离心沉降设备 1.碟片式离心机碟片式离心机 碟片式离心机的转鼓装在立碟片式离心机的转鼓装在立轴上端，通过传动装置由电动轴上端，通过传动装置由电动机驱动而高速旋转。转鼓内有机驱动而高速旋转。转鼓内有一组互相套叠在一起的碟形零一组互相套叠在一起的碟形零件件碟片。碟片与碟片之间碟片。碟片与碟片之间留有很小的间隙。留有很小的间隙。 O返回转鼓结构转鼓结构O返回碟片式离心机工作过程碟片式离心机工作过程 浮液由位于转鼓中心的进料管加入转鼓，当悬浮液流浮液由位于转鼓中心的进料管加入转鼓，当悬浮液流过碟片之间的间隙时，固体颗粒在离心力作用下沉降到

24、碟过碟片之间的间隙时，固体颗粒在离心力作用下沉降到碟片上形成沉渣。沉渣沿碟片表面滑动而脱离碟片并积聚在片上形成沉渣。沉渣沿碟片表面滑动而脱离碟片并积聚在转鼓内直径最大的部位，分离颗粒后的液体成为轻相，从转鼓内直径最大的部位，分离颗粒后的液体成为轻相，从轻相排出口排出，沉渣则形成重相，在分离机停机后拆开轻相排出口排出，沉渣则形成重相，在分离机停机后拆开转鼓由人工清除，或由沉渣排出机构从重相排出口排出。转鼓由人工清除，或由沉渣排出机构从重相排出口排出。O返回碟片的作用是缩短固体颗粒的沉降距离、扩碟片的作用是缩短固体颗粒的沉降距离、扩大转鼓的沉降面积，提高分离机的生产能力。大转鼓的沉降面积，提高分离

25、机的生产能力。碟片离心机碟片离心机的操作类型的操作类型液固分离液固分离 液液分离液液分离 O返回2.高速管式离心机高速管式离心机 高速管式离心机的高速管式离心机的核心部件是直筒状转核心部件是直筒状转鼓，其内装有三个纵鼓，其内装有三个纵向平板，以带动料液向平板，以带动料液迅速达到与转鼓相同迅速达到与转鼓相同的角速度。的角速度。 O返回 分离乳浊液的管式离心机，转分离乳浊液的管式离心机，转鼓由转轴带动旋转。乳浊液由底部鼓由转轴带动旋转。乳浊液由底部进入转鼓内从下向上流动。在离心进入转鼓内从下向上流动。在离心力作用下，由于两种液体的密度不力作用下，由于两种液体的密度不同，乳浊液分成内外两液层。外层同

26、，乳浊液分成内外两液层。外层为重液层，内层为轻液层，在离心为重液层，内层为轻液层，在离心机的顶部，轻液与重液分别从各自机的顶部，轻液与重液分别从各自的溢流口排出。的溢流口排出。O返回 分离悬浮液的管式离心分离悬浮液的管式离心机，悬浮液从底部进入转鼓机，悬浮液从底部进入转鼓并随着转鼓旋转。液体由下并随着转鼓旋转。液体由下向上流动过程中，颗粒由转向上流动过程中，颗粒由转鼓中心径向运动到转鼓内壁鼓中心径向运动到转鼓内壁形成沉渣，轻相则沿轴心线形成沉渣，轻相则沿轴心线上升从轻液排出口排出。上升从轻液排出口排出。O返回注意注意 在分离悬浮液时应将在分离悬浮液时应将管式离心机的重液排出管式离心机的重液排出

27、口封闭，以便颗粒沉降口封闭，以便颗粒沉降在转鼓内壁。运转一段在转鼓内壁。运转一段时间，停车卸渣，并清时间，停车卸渣，并清洗机器。洗机器。O返回3.冷冻离心机冷冻离心机 冷冻离心机由驱动电冷冻离心机由驱动电机、制冷系统、显示系机、制冷系统、显示系统、自动保护系统和速统、自动保护系统和速度控制系统组成，主要度控制系统组成，主要配件是离心转头。离心配件是离心转头。离心转头是用来搁置样品容转头是用来搁置样品容器的支架，有角式转头器的支架，有角式转头和甩平式转头两种。和甩平式转头两种。O返回 安装离心机转头的离心室由制冷机输送出的制冷剂降安装离心机转头的离心室由制冷机输送出的制冷剂降温，热电偶温度检测器

28、可检测温度，以保证离心机高速转温，热电偶温度检测器可检测温度，以保证离心机高速转动时料液温度始终不会高于动时料液温度始终不会高于44，避免药物活性损失。，避免药物活性损失。 高速冷冻离心机转速可达高速冷冻离心机转速可达25000转转/分钟，分离因数为分钟，分离因数为89000左右，分离效果好，是目前生物制药工业广为使用左右，分离效果好，是目前生物制药工业广为使用的分离设备。的分离设备。 在使用高速冷冻离心机时，每一个容器里盛装的液体质在使用高速冷冻离心机时，每一个容器里盛装的液体质量要均等，在盖上盖子后才能启动。量要均等，在盖上盖子后才能启动。O返回第三节第三节 过滤设备过滤设备一、概述一、概

29、述（一）过滤（一）过滤 当悬浮液通过多孔介质时固体颗粒被截留的过程称为过当悬浮液通过多孔介质时固体颗粒被截留的过程称为过滤。悬浮液称为滤浆，多孔物质称为过滤介质，通过介质的液滤。悬浮液称为滤浆，多孔物质称为过滤介质，通过介质的液体称为滤液，被截留的物质称为滤饼或滤渣。体称为滤液，被截留的物质称为滤饼或滤渣。 1.滤饼过滤和深层过滤滤饼过滤和深层过滤（1）滤饼过滤）滤饼过滤 当悬浮液流动通过多孔介质时，固体颗粒沉积在过滤介质当悬浮液流动通过多孔介质时，固体颗粒沉积在过滤介质表面形成滤渣层，这种过滤称为滤饼过滤。表面形成滤渣层，这种过滤称为滤饼过滤。 O返回过滤原理过滤原理 固体颗粒比过滤介质的固

30、体颗粒比过滤介质的孔径大，在介质孔道的上孔径大，在介质孔道的上方相互之间架桥，其他颗方相互之间架桥，其他颗粒在桥面沉积形成滤饼层，粒在桥面沉积形成滤饼层，溶液从固体颗粒之间的缝溶液从固体颗粒之间的缝隙中穿流而过进入滤液，隙中穿流而过进入滤液，从而实现固液分离。从而实现固液分离。 O返回（2）深层过滤）深层过滤 固体颗粒进入并沉积在多固体颗粒进入并沉积在多孔介质孔道内，溶液经孔道内孔介质孔道内，溶液经孔道内的缝隙进入滤液的分离过程称的缝隙进入滤液的分离过程称为深层过滤。为深层过滤。 深层过滤的多孔介质可以由深层过滤的多孔介质可以由颗粒料堆积形成，也可由泡沫颗粒料堆积形成，也可由泡沫塑料、海绵、陶

31、瓷等多孔材料塑料、海绵、陶瓷等多孔材料制成。制成。 多孔介质多孔介质O返回 用于深层过滤的用于深层过滤的介质内部具有曲折而介质内部具有曲折而狭长通道，当固体颗狭长通道，当固体颗粒直径小于过滤介质粒直径小于过滤介质孔道直径时，颗粒将孔道直径时，颗粒将随溶液进入介质内部随溶液进入介质内部的孔道中，并与介质的孔道中，并与介质之间产生了静电引力之间产生了静电引力和分子作用力，从而和分子作用力，从而被吸附在孔道壁上。被吸附在孔道壁上。 由于深层过滤捕获了微小颗粒，由于深层过滤捕获了微小颗粒，因而被广泛地应用于稀悬浮液的澄清，因而被广泛地应用于稀悬浮液的澄清，所以又称为澄清过滤。所以又称为澄清过滤。O返回

32、2.过滤介质过滤介质 过滤介质过滤介质 织物类介质织物类介质 如滤布、滤网。如滤布、滤网。 多孔固体类多孔固体类 如陶瓷板、金属泡沫、海绵等。如陶瓷板、金属泡沫、海绵等。 堆积介质堆积介质 石英砂、活性碳等。石英砂、活性碳等。堆积介质常用于处理含固体微粒少的悬浮液堆积介质常用于处理含固体微粒少的悬浮液O返回3.影响过滤速度的因素影响过滤速度的因素（1）液体的黏稠性越大，则滤过速度越慢；）液体的黏稠性越大，则滤过速度越慢； （2 2）过滤介质的孔道越长，孔径越小，孔道数目越少，则）过滤介质的孔道越长，孔径越小，孔道数目越少，则过滤速度越慢；过滤速度越慢； （3）滤床面上下压力差越大则滤过速度越快

33、；）滤床面上下压力差越大则滤过速度越快；（4）滤渣层越厚滤速越慢。）滤渣层越厚滤速越慢。O返回（二）助滤剂（二）助滤剂滤饼滤饼 可压缩滤饼可压缩滤饼 柔性颗粒，缝隙极小，阻力大柔性颗粒，缝隙极小，阻力大不可压缩滤饼不可压缩滤饼 刚性颗粒，缝隙大，阻力小刚性颗粒，缝隙大，阻力小 对于可压缩滤饼，将质地坚硬而能形成疏松床层的固体对于可压缩滤饼，将质地坚硬而能形成疏松床层的固体颗粒预先涂于过滤介质表面，或掺入到悬浮液中，以形成颗粒预先涂于过滤介质表面，或掺入到悬浮液中，以形成较为疏松的滤饼，使滤液得以畅流。较为疏松的滤饼，使滤液得以畅流。 常用的助滤剂有硅藻土、碳粉、纤维粉末、石棉等。常用的助滤剂有

34、硅藻土、碳粉、纤维粉末、石棉等。 O返回（三）过滤推动力和过滤阻力（三）过滤推动力和过滤阻力1.过滤推动力过滤推动力 过滤过程的推动力是滤饼和过滤介质两侧的压力差。过滤过程的推动力是滤饼和过滤介质两侧的压力差。 重力过滤：重力过滤：增加悬浮液柱高度增加悬浮液柱高度 加压过滤：加压过滤：增加悬浮液液面压力增加悬浮液液面压力 真空过滤：真空过滤：在过滤介质下面抽真空在过滤介质下面抽真空 离心过滤离心过滤 ：采用离心力采用离心力 增大推动力增大推动力O返回2.过滤阻力过滤阻力 过滤刚开始时，滤液流动受到过滤介质阻力；过滤刚开始时，滤液流动受到过滤介质阻力； 形成滤饼后，滤液受到滤饼和介质阻力。当滤饼

35、层沉积到形成滤饼后，滤液受到滤饼和介质阻力。当滤饼层沉积到相当厚度时，介质阻力便可忽略不计。相当厚度时，介质阻力便可忽略不计。 过滤阻力主要决定于滤饼的厚度及其特性。过滤阻力主要决定于滤饼的厚度及其特性。滤渣愈厚，微粒愈细，则过滤阻力愈大。滤渣愈厚，微粒愈细，则过滤阻力愈大。 O返回二、板框压滤机二、板框压滤机1.1.结构和工作原理结构和工作原理 板框压滤机是由多块滤板和滤框叠合组成滤室，并以压板框压滤机是由多块滤板和滤框叠合组成滤室，并以压力为推动力的过滤机。力为推动力的过滤机。 板框压滤机的主要部件是滤板和滤框，滤板和滤框通常板框压滤机的主要部件是滤板和滤框，滤板和滤框通常为矩形、正方形或

36、圆形，用木材、铸铁、铸钢、不锈钢、聚为矩形、正方形或圆形，用木材、铸铁、铸钢、不锈钢、聚丙烯和橡胶等材料制造。丙烯和橡胶等材料制造。 O返回板框过滤机的板和框板框过滤机的板和框O返回 板框过滤机支架一端固定了一个不带沟槽和暗道的板，板框过滤机支架一端固定了一个不带沟槽和暗道的板，称为终板，过滤前，在终板一侧安装滤框，然后再将滤布覆称为终板，过滤前，在终板一侧安装滤框，然后再将滤布覆盖在滤框的另一侧，再安装第二块板，盖在滤框的另一侧，再安装第二块板，接着再安装第二个接着再安装第二个滤框，如此循环将滤框，如此循环将板和框装合在支架板和框装合在支架上，最后用压紧装上，最后用压紧装置将板和框压紧置将板

37、和框压紧 。O返回 3操作规程操作规程 板框压滤机的操作过程板框压滤机的操作过程可分为装合、过滤、洗涤、可分为装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个步骤。卸渣、整理五个步骤。O返回 板框过滤机的优点有构板框过滤机的优点有构造简单，过滤压力高，便造简单，过滤压力高，便于用耐腐蚀材料制造，操于用耐腐蚀材料制造，操作灵活，过滤面积大，占作灵活，过滤面积大，占地省，过滤面积可根据生地省，过滤面积可根据生产任务调节。其主要缺点产任务调节。其主要缺点是间歇操作，劳动强度大，是间歇操作，劳动强度大，产生效率低。产生效率低。O返回三、三足式离心过滤机三、三足式离心过滤机1.1.结构和工作原理结构和工作原理 三足式过

38、滤离心机是一种三足式过滤离心机是一种人工卸料间歇式离心机，该机人工卸料间歇式离心机，该机的主要部件是一篮式转鼓，转的主要部件是一篮式转鼓，转鼓内壁面钻有许多小孔且衬有鼓内壁面钻有许多小孔且衬有金属丝网及滤布。整个机座、金属丝网及滤布。整个机座、外罩和三根弹簧悬挂于三个支外罩和三根弹簧悬挂于三个支柱上，以减轻运转时的振动。柱上，以减轻运转时的振动。O返回 足式离心机的转鼓直径足式离心机的转鼓直径大，转速不高（大，转速不高（2000r/min2000r/min）, ,过滤面积约为过滤面积约为0.60.62.72.7。构。构造简单，运转周期可灵活掌握。造简单，运转周期可灵活掌握。 可用于小批量物料的

39、处理，适可用于小批量物料的处理，适用于各种盐类结晶的过滤和脱用于各种盐类结晶的过滤和脱水，晶体较少受到破损。卸料水，晶体较少受到破损。卸料时的劳动强度大，检修不方便。时的劳动强度大，检修不方便。O返回 2. 2.人工卸料三足式离心过滤机的操作规程人工卸料三足式离心过滤机的操作规程（1 1）检查转鼓的灵活性）检查转鼓的灵活性（2 2）放置好滤布、接滤液容器，然后倾入滤浆；）放置好滤布、接滤液容器，然后倾入滤浆；（3 3）开启电源，进行离心过滤；）开启电源，进行离心过滤；（4 4）关闭电源，小心使用刹车手柄停车，更换容器，倒入洗）关闭电源，小心使用刹车手柄停车，更换容器，倒入洗涤溶剂；涤溶剂；（5

40、 5）重复过滤操作，洗涤一到两次；）重复过滤操作，洗涤一到两次；（6 6）取出滤布，弃去滤渣，用清水洗涤滤布；）取出滤布，弃去滤渣，用清水洗涤滤布；（7 7）清洁设备。）清洁设备。O返回四、转鼓真空过滤机四、转鼓真空过滤机1.1.结构和工作原理结构和工作原理 转鼓真空过滤机有一水平转鼓，鼓壁开孔，鼓面上铺以转鼓真空过滤机有一水平转鼓，鼓壁开孔，鼓面上铺以支承板和滤布，构成过滤面。过滤面下的空间分成若干隔支承板和滤布，构成过滤面。过滤面下的空间分成若干隔开的扇形滤室，各滤室有导管与分配阀相通。转鼓每旋转开的扇形滤室，各滤室有导管与分配阀相通。转鼓每旋转一周，各滤室通过分配阀轮流接通真空系统和压缩

41、空气系一周，各滤室通过分配阀轮流接通真空系统和压缩空气系统，顺序完成过滤、洗渣、吸干、卸渣和滤布再生等操作。统，顺序完成过滤、洗渣、吸干、卸渣和滤布再生等操作。O返回O返回O返回 过滤时转鼓下部沉浸在悬浮液中缓慢旋转，沉没在悬浮液过滤时转鼓下部沉浸在悬浮液中缓慢旋转，沉没在悬浮液内的滤室与真空系统连通，滤液被吸入滤室，固体颗粒则被吸内的滤室与真空系统连通，滤液被吸入滤室，固体颗粒则被吸附在过滤面上形成滤渣。滤室随转鼓旋转离开悬浮液后，继续附在过滤面上形成滤渣。滤室随转鼓旋转离开悬浮液后，继续吸去滤渣中包含的液体。当需要除去滤渣中残留的滤液时，可吸去滤渣中包含的液体。当需要除去滤渣中残留的滤液时

42、，可在滤室旋转到转鼓上部时喷洒洗涤水。这时滤室与另一真空管在滤室旋转到转鼓上部时喷洒洗涤水。这时滤室与另一真空管道接通，洗涤水透过滤渣层置换颗粒之间残存的滤液。滤液被道接通，洗涤水透过滤渣层置换颗粒之间残存的滤液。滤液被吸入滤室，并单独排出，然后卸除已经吸干的滤渣。这时滤室吸入滤室，并单独排出，然后卸除已经吸干的滤渣。这时滤室与压缩空气系统连通，反吹滤布，松动滤渣，再由刮刀刮下滤与压缩空气系统连通，反吹滤布，松动滤渣，再由刮刀刮下滤渣。压缩空气或蒸汽继续反吹滤布，可疏通孔隙，使之再生。渣。压缩空气或蒸汽继续反吹滤布，可疏通孔隙，使之再生。O返回一、膜分离概述一、膜分离概述第四节第四节 膜分离设

43、备膜分离设备1.膜分离过程膜分离过程 用天然或合成的、具有选择透过性的薄膜为介质，原料侧用天然或合成的、具有选择透过性的薄膜为介质，原料侧液体或气体混合物中的某一或某些组分选择性地透过膜，实现液体或气体混合物中的某一或某些组分选择性地透过膜，实现分离、分级、提纯或富集的过程。分离、分级、提纯或富集的过程。 膜分离过程与其他传统分离方法相比具有分离效率高、膜分离过程与其他传统分离方法相比具有分离效率高、能耗较低、膜组件结构紧凑、操作方便、分离范围广等优势，能耗较低、膜组件结构紧凑、操作方便、分离范围广等优势，不仅适用于热敏性物质的分离、分级、浓缩与富集，而且适不仅适用于热敏性物质的分离、分级、浓

44、缩与富集，而且适用于从病毒、细菌到微粒广泛范围的有机物和无机物的分离用于从病毒、细菌到微粒广泛范围的有机物和无机物的分离及许多理化性质相近的混合物的分离。及许多理化性质相近的混合物的分离。O返回2.2.膜的分类膜的分类 按照分离颗粒直径大小，膜可分为微孔膜、超滤膜、纳膜、按照分离颗粒直径大小，膜可分为微孔膜、超滤膜、纳膜、反渗透膜和渗析膜等反渗透膜和渗析膜等（1）有机高分子膜材料及特性）有机高分子膜材料及特性 纤维素类：纤维素类： 可以在可以在 120，热压灭菌，热压灭菌30min。 聚酰胺类：聚酰胺类：高强度、耐高温，用于弱酸、稀酸、碱高强度、耐高温，用于弱酸、稀酸、碱 等溶剂等溶剂 聚四氟

45、乙烯聚四氟乙烯 用于酸、碱、有机溶剂，耐用于酸、碱、有机溶剂，耐200C高温，高温， 聚氯乙烯聚氯乙烯 耐醇类和中强酸碱，耐热性差，不能加热灭菌耐醇类和中强酸碱，耐热性差，不能加热灭菌其他其他O返回聚丙烯膜聚丙烯膜 聚四氟乙烯膜聚四氟乙烯膜O返回（2）无机膜）无机膜 无机膜可分为金无机膜可分为金属膜材料和陶瓷膜材属膜材料和陶瓷膜材料。陶瓷膜材料包括料。陶瓷膜材料包括AlAl2 2O O3 3、TiOTiO2 2、ZrOZrO2 2、SiOSiO2 2等氧化物以及胺等氧化物以及胺化硅、碳化硅等非氧化硅、碳化硅等非氧化物。化物。陶瓷膜陶瓷膜O返回二、微孔膜二、微孔膜1.微滤的基本原理微滤的基本原理

46、 微滤是利用微孔膜孔的筛分作用，在静压差推动下，将微滤是利用微孔膜孔的筛分作用，在静压差推动下，将滤液中大于膜孔径的微粒、细菌及悬浮物质等截留下来，达滤液中大于膜孔径的微粒、细菌及悬浮物质等截留下来，达到除去滤液中微粒与澄清溶液的目的。到除去滤液中微粒与澄清溶液的目的。 微孔膜孔径为微孔膜孔径为0.050.051010m m，用于分离或纯，用于分离或纯化直径约为化直径约为0.020.021010m m的微粒、细菌等物质的微粒、细菌等物质O返回微膜工作原理微膜工作原理 筛分作用，即膜孔能截筛分作用，即膜孔能截留比其孔径大或相当的微粒；留比其孔径大或相当的微粒； 架桥作用；架桥作用； 吸附作用，包

47、括物理、吸附作用，包括物理、化学吸附，吸附作用可将粒子化学吸附，吸附作用可将粒子截留于膜表面甚至于膜内部。截留于膜表面甚至于膜内部。 O返回微滤过程的操作微滤过程的操作 （1）无流动操作）无流动操作 原料液置于膜的上游，在压原料液置于膜的上游，在压差推动下，溶剂和小于膜孔的差推动下，溶剂和小于膜孔的颗粒透过膜，大于膜孔的粒子颗粒透过膜，大于膜孔的粒子则被截留，该压差可通过原料则被截留，该压差可通过原料液侧加压或透过液侧抽真空产液侧加压或透过液侧抽真空产生。生。 不锈钢圆盘单层过滤器不锈钢圆盘单层过滤器O返回错流操作错流操作 原料液以切线方向原料液以切线方向流过膜表面，在压力流过膜表面，在压力作

48、用下通过膜，料液作用下通过膜，料液中的颗粒则被膜截留中的颗粒则被膜截留而停留在膜表面形成而停留在膜表面形成一层污染层。一层污染层。 O返回 错流动操作的料液流经错流动操作的料液流经膜表面时产生的高剪切力膜表面时产生的高剪切力可使沉淀积在膜表面的颗可使沉淀积在膜表面的颗粒扩散回主体流，从而被粒扩散回主体流，从而被带出微滤组件使该污染层带出微滤组件使该污染层不再无限增厚而保持在一不再无限增厚而保持在一个较薄的稳定水平。个较薄的稳定水平。 O返回2.微滤在分离纯化中药提取液中的应用微滤在分离纯化中药提取液中的应用 微滤技术利用筛分原理分离大微滤技术利用筛分原理分离大小为小为0.050.051010m

49、 m的粒子，不仅能的粒子，不仅能除去液体中较小的固体粒子，如除去液体中较小的固体粒子，如极细的药渣、泥沙、纤维等，而极细的药渣、泥沙、纤维等，而且可以截留淀粉、树脂、多糖、且可以截留淀粉、树脂、多糖、蛋白质及油脂等大分子物质，具蛋白质及油脂等大分子物质，具有较好的澄清除杂效果。有较好的澄清除杂效果。O返回三、超滤膜三、超滤膜 超滤膜能分离出超滤膜能分离出l ll0nml0nm的微粒。超滤既可分离溶液中的的微粒。超滤既可分离溶液中的某些溶质，又可应用于分离胶体悬浮体。某些溶质，又可应用于分离胶体悬浮体。1.1.超滤的基本原理超滤的基本原理 通过滤膜流动的流体中，含有的分子体积较大的溶质可以被通过滤膜流动的流体中，含有的分子体积较大的溶质可以被滤膜截留，而分子体积较小的溶质不能被滤膜截留。滤膜截留，而分子体积较小的溶质不能被滤膜截留。 O返回浓度极化浓度极化 在超滤过程中，靠近膜面处的溶液因其中溶剂和小分子物在超滤过程中，靠近膜面处的溶液因其中溶剂和小分子物质常形成一层近于固体的凝胶层，其阻力大于超滤膜本身，同质常形成一层近于固体的凝胶层，其阻力大于超滤膜本身，同时将分子量小于截留值的溶质