酶工程设备细胞破碎和固液分离设备专家讲座

一、细胞破碎

细胞破碎目标？细胞破碎阻力？1、惯用细胞破碎方法:

机械法：珠磨法；高压匀浆法；超声破碎法

非机械法：酶法；化学渗透法；重复冻融法；渗透压法等2、机械破碎设备

第1页(1)高速珠磨机结构：第2页工作原理：

进入珠磨机细胞悬浮液与极细玻璃小珠、石英砂、氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨，研磨剂、珠子与细胞之间相互剪切、碰撞，使细胞破碎，释放出内含物。在珠液分离器帮助下，珠子被滞留在破碎室内，浆液流出，从而实现连续操作。破碎中产生热量普通采取夹套冷却方式带走。第3页影响破碎速率原因：①珠体直径：工业规模不得小于0.4mm②珠体装量：宜控制在80%—90%珠体体积/腔体自由体积③细胞浓度：最正确细胞浓度应该用试验来确定④搅拌器转速：应适当第4页(2)高压匀浆器（大规模细胞破碎方法）

主要结构：高压室、针形阀、撞击环工作原理：利用高压使细胞悬浮液经过针形阀，细胞悬浮液自高压室针形阀喷出时，每秒速度高达几百米，高速喷出浆液又射到静止撞击环上，被迫改变方向从出口管流出。细胞在这一系列高速运动过程中经历了剪切、碰撞及由高压到常压改变，从而造成细胞破碎。第5页(3)超声波振荡器

第6页工作原理：当超声波在液体中传输时，液体中某一小区域交替重复地产生巨大压力和拉力。因为拉力作用，使液体拉伸而破裂，从而出现细小空穴。这种空穴泡受到超声波快速冲击而快速闭合，从而产生一个极为强烈冲击波压力，该压力在悬浮细胞上造成了剪切应力，促使细胞破碎。

使用频率：15～25KHz操作时：可采取屡次循环方式第7页二、固液分离设备（一）过滤设备

1、过滤相关概念

过滤：利用能让液体经过而截留固体颗粒多孔介质，使悬浮液中固液得到分离单元操作。滤浆：过滤操作中所处理悬浮液

过滤介质：过滤用多孔性材料滤饼：被截留住固体物质

滤液：经过多孔介质液体

第8页2、两种过滤方式----深层过滤、滤饼过滤（1）深层过滤：

悬浮液中颗粒直径小于床层直径，当颗粒随流体在床层波折孔边穿过时，靠静电及分子力作用粘附在孔道壁上，即固体颗粒沉积于过滤介质床层内部适合用于悬浮液中颗粒甚小且含量甚微（液体中颗粒体积小于0.1%）场所。第9页（2）滤饼过滤：滤饼层为有效过滤介质过滤介质：多孔性织物，如滤布、滤网当粒径大于过滤介质孔径时，会形成滤饼；当粒径小于过滤介质孔径时，经过“架桥现象”形成滤饼。滤饼层就成为有效过滤介质。适合用于处理颗粒含量较高（液体中颗粒体积大于1%）悬浮液。

第10页3、工业惯用过滤介质：a)织物介质：滤布、滤网b)堆积介质：c)多孔介质：4、助滤剂惯用助滤剂：硅藻土、珍珠岩、炭粉、石棉粉等。助滤剂加法有两种：①用助滤剂配成悬浮液，在正式过滤前用它进行过滤，在过滤介质上形成一层由助滤剂组成滤饼。

②直接将助滤剂以一定百分比加到滤浆中一起过滤。第11页5、过滤设备(1)板框压滤机P91①结构：机架、压紧机构、过滤机构组成

②滤布和滤框作用；滤板作用；小孔作用将非洗涤板编号为1、框为2、洗涤板为3，则板框组合方式：1—2—3—2—1—2—3

第12页板框压滤机操作：间歇操作，每个操作循环由组装、过滤、洗涤、卸饼、清理5个阶段过滤阶段：悬浮液在指定压强下经滤浆通路由滤框角上孔道并行进入各个滤框；滤液分别穿过滤框两侧滤布，沿滤板板面凹槽至滤液出口排出；固体颗粒被滤布截留在框内形成滤饼，待滤饼充满全框后，停顿过滤。第13页洗涤阶段：

先关闭洗涤板上滤液出口，洗涤水经洗水通道进入各个洗涤板两侧。

洗涤水在压差推进力下，依次穿过滤布、滤饼、滤布，抵达非洗涤板，从其下角滤液出口排出第14页优点：结构简单，价格低，动力消耗少过滤面积大，对不一样过滤特征发酵液适应性强缺点：不能连续操作，设备粗笨，劳动强度大，卫生条件差，非过滤辅助时间较长。第15页（2）、转筒真空过滤机（连续式操作）主要部件：水平转筒、分配头第16页1~7过滤区f通道14吸干区g通道8~10吸干区f通道15不工作区没有通道11不工作区没有通道16~17吹松及卸饼区h通道12~13洗涤区g通道18不工作区转动盘固定盘第17页工作过程：过滤、吸干、洗涤、吸干、吹松、卸饼六个操作过程优缺点：优点：能连续自动操作，省人力，生产能力大，适合用于处理含过滤颗粒较多悬浮液缺点：投资费用高，过滤面积不大。过滤推进力有限，对滤饼阻力较大物料适应力差。第18页（3）三足式离心机P97第19页（二）沉降设备1、沉降概念

在某种力场中利用分散相和连续相之间密度差异，使之发生相对运动而实现分离操作过程。依据作用力不一样可分为：重力沉降和离心沉降2、离心分离因数指同一颗粒在同一个介质中离心力与重力比值：f=mrω2/mg=rω2/g≈rN2/900由f可将离心机分为三类：(1)普通离心机f<3000，用于0.01~1mm颗粒(2)高速离心机f=3000～50000，极细颗粒(3)超速离心机f>50000，分散度较高乳浊液第20页3、离心沉降设备（1）旋液分离器（2）管式离心机P100分离乳浊液或含细颗粒稀悬浮液分离乳浊液原理：转鼓由转轴带动旋转，从下部进入乳浊液自下向上流动过程中，被分为内外两层，外层为重液，内层为