非均相分离设备概述(PPT 81页).ppt

1、第六章 非均相分离设备,目 录,第一节 细胞破碎设备,第二节 沉降设备,第三节 过滤设备,全国高等学校高职高专药品类专业卫生部“十一五”规划教材生物制药设备,第四节 膜分离设备,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 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； 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。

2、 能力要求 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、冷冻离心机。,学习目标,微生物细胞基本结构,第一节 细胞破碎设备,细胞壁由多糖和磷酸酯类组成，其结构较细密而坚硬，是产生细胞破碎阻力之源。,微生物细胞通常由细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞器组成，生物药物成分常存在于生物细胞内 。,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，破碎速度较快的方法，因而常采用机械破碎法。,工业上常长的机械破碎法有高压匀浆法和珠磨法,一、高压均质机,（一）高压均质机结构及工作原理,高压均质机由高压泵和均质头两部分组成,高压

3、泵一般采用柱塞式往复泵，由活塞柱、进料阀和排料阀等部件组成，其结构与一般柱塞泵相同 。,细胞悬浮液在两次撞击和经过环形缝隙时，将从柱塞泵获得的静压能转换成了动能，因而流动速度快。在高速通过时，细胞悬浮液承受了强大的撞击力、剪切作用力和空穴爆破力，细胞被拉伸延长而变形，随后被破碎。,（二）高压均质机的特点,1.细化作用更为强烈,相对于离心式分散乳化设备,2.物料的发热量较小，可保持物料的性能基本不变。,3.均质机能定量输送物料,4.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。,（三）高压均质机的分类,（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

4、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口味和色泽等等。,1.均质机的作用,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。,2.均质机选型,一是原料本身的性质 ，黏度、热敏性等。,另一个是能耗问题，压力越高，运行费用越大 。,原则,在达到经济破碎效果的前提下，使用压力越小越好。在使用压力选定后，再根据制造商提供的设备性能参数表，选择标定的额定压力大于使用压力的设备即可。,（五）高压均质机的使用与维护,1.高压均质机不得空转，启动前应先接通冷却水。 2.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回流，

5、以保证均质的质量。 3.机体连接轴处要有润滑油，以免机体前端的填料缺油。 4.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，以降低柱塞密封圈的温度，延长其使用寿命。,（二）使用珠磨机需要注意的事项,1.珠磨机的缺点 破碎期间样品温度迅速升高。 2.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。 3.珠磨法的破碎率一般控制在80%以下。,对于球形颗粒,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，直到速度增大到一定值ut 后，重力、浮力、阻力三者达到平

6、衡，合力为零；此时颗粒做匀速运动，运动速度即为沉降速度。,（二)重力沉降设备,1. 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。,（二）离心沉降设备,1.碟片式离心机,碟片式离心机的转鼓装在立轴上端，通过传动装置由电动机驱动而高速旋转。转鼓内有一组互相套叠在一起的碟形零件碟片。碟片与碟片之间留有很小的间隙。,转鼓结构,2.高速管式离心机,高速管式离心机的核心部件是直筒状转鼓，其内装有三个纵向平板，以带动料液迅速达到与转鼓相同的角速度。,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同，乳浊液分成内外两液层。外层

7、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的溢流口排出。,分离悬浮液的管式离心机，悬浮液从底部进入转鼓并随着转鼓旋转。液体由下向上流动过程中，颗粒由转鼓中心径向运动到转鼓内壁形成沉渣，轻相则沿轴心线上升从轻液排出口排出。,过滤原理,固体颗粒比过滤介质的孔径大，在介质孔道的上方相互之间架桥，其他颗粒在桥面沉积形成滤饼层，溶液从固体颗粒之间的缝隙中穿流而过进入滤液，从而实现固液分离。,用于深层过滤的介质内部具有曲折而狭长通道，当固体颗粒直径小于过滤介质孔道直径时，颗粒将随溶液进入介质内部的孔道中，并与介质之间产生了静电引力和分子作用力，从而被吸附在孔道壁上。,由于深层过滤捕获了微

8、小颗粒，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。,（二）助滤剂,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。,（三）过滤推动力和过滤阻力,1.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。,2.过滤阻力,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。当滤饼层沉积到相当厚度时，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。 滤渣愈厚，微粒愈细，则过滤阻力愈大。,二、板框压滤机,1.结构和工作

9、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。,板框过滤机的板和框,3操作规程 板框压滤机的操作过程可分为装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个步骤。,板框过滤机的优点有构造简单，过滤压力高，便于用耐腐蚀材料制造，操作灵活，过滤面积大，占地省，过滤面积可根据生产任务调节。其主要缺点是间歇操作，劳动强度大，产生效率低。,三、三足式离心过滤机,1.结构和工作原理,三足式过滤离心机是一种人工卸料间歇式离心机，该机的主要部件是一篮式转鼓，转鼓内壁面钻有许多小

10、孔且衬有金属丝网及滤布。整个机座、外罩和三根弹簧悬挂于三个支柱上，以减轻运转时的振动。,足式离心机的转鼓直径大，转速不高（2000r/min）,过滤面积约为0.62.7。构造简单，运转周期可灵活掌握。 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水，晶体较少受到破损。卸料时的劳动强度大，检修不方便。,2.人工卸料三足式离心过滤机的操作规程 （1）检查转鼓的灵活性 （2）放置好滤布、接滤液容器，然后倾入滤浆； （3）开启电源，进行离心过滤； （4）关闭电源，小心使用刹车手柄停车，更换容器，倒入洗涤溶剂； （5）重复过滤操作，洗涤一到两次； （6）取出滤布，弃去滤渣，用清水洗涤滤布； （7

11、）清洁设备。,四、转鼓真空过滤机,1.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。,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

12、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。,聚丙烯膜 聚四氟乙烯膜,错流操作,原料液以切线方向流过膜表面，在压力作用下通过膜，料液中的颗粒则被膜截留而停留在膜表面形成一层污染层。,错流动操作的料液流经膜表面时产生的高剪切力可使沉淀积在膜表面的颗粒扩散回主体流，从而被带出微滤组件使该污染层不再无限增厚而保持在一个较薄的稳定水平。,2.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小为0.0510m的粒子，不仅能除去液体中较小的固体粒子，如

13、极细的药渣、泥沙、纤维等，而且可以截留淀粉、树脂、多糖、蛋白质及油脂等大分子物质，具有较好的澄清除杂效果。,三、超滤膜,超滤膜能分离出ll0nm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。,1.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滤膜截留，而分子体积较小的溶质不能被滤膜截留。,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也被截留，起到次级膜的作用，因而使液体透过速度与截留性能均受影响。,提高滤速，使液体在系统中不断地循环流动，利用流体的动力作用将膜面上的截留物冲洗掉，结果既能保持滤速，又可使截留物呈液体浓缩物而被回收。,3.陶瓷膜的特点,分离精度高，过滤级别可选，可维持高通量下的长期稳定运行，抗污染能力强，分离过程中无二次溶出物产生，陶瓷膜孔不会