细胞破碎与料液分离过程设备

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1、第八章细胞破碎与料液分离过程设备第一节细胞破碎设备细胞破碎的方法分为机械法和非机械法两类非机械法有酶溶法、化学法、物理法和干燥法等,下面介绍一下机械法中常用的细胞破碎设备。高速珠磨机珠磨机的工作原理是将进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃珠一起搅拌，由于研磨作用，使细胞破碎，释放出内含物。高压匀浆器它是由可产生高压的正向排代泵和排出阀组成。细胞浆液通过止逆阀进入泵内，利用高压使其在排出阀的小孔冲击，并且高速撞击在撞击环上。细胞在这一系列的高速运动中经历了剪切、碰撞以及高压到常压的变化，从而造成细胞破裂。超声波振荡器超声波具有频率高、波长短、定向传播等特点，通常在15～25KHz的频率下操作

2、。常用的为电声型，它是由发声器和换能器组成，发生器能产生高频电流，换能器的作用是把电磁振荡转换成机械振动。超声波振荡器又可分为槽式和探头直接插入介质两种型式，一般破碎效果后者比前者好。超声波对细胞的破碎作用与液体中空穴的形成有关。当超声波在液体中传播时，液体中的某一小区域交替重复地产生巨大的压力和拉力。由于拉力的作用，使液体拉伸而破裂，从而出现细小的空穴。这种空穴泡受到超声波的迅速冲击而迅速闭合，从而产生一个极为强烈的冲击波压力，由它引起的粘滞性旋涡在悬浮细胞上造成了剪切应力，促使细胞内部液体发生流动，而使细胞破碎。第二节固液分离设备生物工业中运用的方法有分离筛、重力沉降、浮选分离、离心

3、分离和过滤等。最常用的主要是过滤和离心分离。过滤是迫使液体通过固体支撑物或过滤介质，把固体截留，从而达到固液分离的目的。离心分离是利用惯性离心力和物质的沉降系数或浮力密度的不同而进行的分离、浓缩等操作。离心分离对那些固体颗粒很小且黏度很大、过滤速度很慢、甚至难以过滤的悬浮液分离有效，对那些忌用助滤剂的悬浮液的分离，也能得到满意的结果。一、过滤设备根据过滤机理不同，过滤又可分为澄清过滤和滤饼过滤两种。（1）澄清过滤当悬浮液通过过滤介质时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层颗粒上，使滤液得以澄清。所用的过滤介质为硅藻土、砂、颗粒活性碳、玻璃珠、塑料颗粒等，填充于过滤器内即构成过滤层；也有用烧结陶瓷、

4、烧结金属、粘合塑料及用金属丝绕成的管子等组成的成型颗粒滤层。在澄清过滤中，过滤介质起着主要的过滤作用。（2）滤饼过滤当悬浮液通过滤介质时，固体颗粒被介质阻拦而形成滤饼，当滤饼积至一定厚度时就起到过滤作用，此时即可获得澄清的滤液。在滤饼过滤中，过滤介质为滤布，包括天然或合成纤维织布、金属织布，及毡、石棉板、玻璃纤维纸、合成纤维等无纺布。在滤饼过滤中，悬浮液本身形成的滤饼起着主要的过滤作用。按照过滤推动力的差别，习惯上把过滤机分为常压过滤机、加压过滤机和真空过滤机三种。（一）常压过滤机此类过滤机由于推动力太小，在工业中很少用。但在啤酒厂麦芽糖化的过滤仍采用这种压力差很小的平底筛过滤机。啤酒麦

5、芽汁中有大量的细小悬浮液以及破碎的大麦皮壳。后者沉降形成的麦槽层便成了过滤介质层。麦槽层中形成无数的曲折毛细孔道，只要这些细小的悬浮颗粒在毛细孔道中流速适当，它们就被毛细管壁所捕捉。（二）加压过滤机1．自动板框压滤机旧板框过滤机的缺点是需人工排除滤饼和洗换滤布。设备笨重，间歇操作，卫生条件差。然而具有过滤结构简单，单位体积的过滤面积大，装置紧凑等优点。自动板框过滤机是一种较新型的压滤设备，它使板框的拆装、滤饼的脱落卸出和滤布的清洗等操作都自动进行，大大缩短了间歇时间，并减轻劳动强度该板框过滤机的板框在构造上与传统的无多大差别，唯一不同是板与框的两边侧上下有四只开孔角耳，构成液体或气体的通

6、路。滤布不需要开孔，是首尾封闭的。悬浮液从板框上部的两条通道流入滤框。然后，滤液在压力的作用下，穿过在滤框前后两侧的滤布，沿滤板表面流入下部通道，最后流出机外。清洗滤饼也按照此路线进行。洗饼完毕后，油压机按照既定距离拉开板框，再把滤框升降架带着全部滤框同时下降一个框的距离。然后推动滤饼推板，将框内的滤饼向水平方向推出落下。滤布由牵动装置循环行进，并由防止滤布歪行的装置自动修位，同时洗刷滤布。最后，使滤布复位，重新夹紧，进入下一操作周期。它存在过滤质量不稳定，消耗大，环境和物料被污染等等的问题。2．硅藻土过滤机硅藻土过滤的特点是，可以不断地添加助滤剂，使过滤性能得到更新、补充，所以过滤能力

7、强。硅藻土过滤机被广泛用于啤酒生产中的冷凝固物地分离和成熟啤酒地过滤。它还多用于葡萄酒、清酒及其他含有低浓度细微蛋白质胶体粒子悬浮液地过滤。其设计的特点是体积小，过滤能力强，操作自动化。硅藻土过滤机一般分为三种类型：板框过滤机、叶片式过滤机和柱式过滤机。（三）真空过滤机1．真空转鼓过滤机具有自动化程度高，操作连续，处理量大的特点。非常适合于固体含量较大（%）的悬浮液的分离。在发酵工业中，它对霉菌、放线菌和酵母菌发酵液的过滤较有成效。