第七章第七章 细胞破碎与料液分细胞破碎与料液分别过程设备别过程设备1 1、细胞破碎设备、细胞破碎设备2 2、过滤分别设备、过滤分别设备3 3、离心分别设备、离心分别设备 一、细胞破碎设备一、细胞破碎设备1 1、细胞破碎的缘由：、细胞破碎的缘由： 微生物代谢产物大多分泌到胞外，微生物代谢产物大多分泌到胞外，如大多数小分子代谢物、部分酶蛋白如大多数小分子代谢物、部分酶蛋白等但有些目的产物如大多数酶蛋白、等但有些目的产物如大多数酶蛋白、类脂和部分抗生素等存在于胞内类脂和部分抗生素等存在于胞内 2 2、细胞破碎方法、细胞破碎方法: : 机械法和非机械法机械法和非机械法非机械法包括：溶菌酶法、化学法、物非机械法包括：溶菌酶法、化学法、物理法和枯燥法等理法和枯燥法等3 3、机械破碎设备、机械破碎设备 (1)(1)(1)(1)高速珠磨机高速珠磨机高速珠磨机高速珠磨机 原理：将进入珠磨机的原理：将进入珠磨机的原理：将进入珠磨机的原理：将进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃细胞悬浮液与极细的玻璃细胞悬浮液与极细的玻璃细胞悬浮液与极细的玻璃珠一同搅拌，由于研磨作珠一同搅拌，由于研磨作珠一同搅拌，由于研磨作珠一同搅拌，由于研磨作用，使细胞破碎，释放出用，使细胞破碎，释放出用，使细胞破碎，释放出用，使细胞破碎，释放出内含物。
内含物 珠磨破碎过程要产生热量，易呵斥某些活性物质的失珠磨破碎过程要产生热量，易呵斥某些活性物质的失珠磨破碎过程要产生热量，易呵斥某些活性物质的失珠磨破碎过程要产生热量，易呵斥某些活性物质的失活，普通在磨室装有夹套冷却安装活，普通在磨室装有夹套冷却安装活，普通在磨室装有夹套冷却安装活，普通在磨室装有夹套冷却安装 影响珠磨机细胞破碎的要素：搅拌器的转速、料液的循影响珠磨机细胞破碎的要素：搅拌器的转速、料液的循影响珠磨机细胞破碎的要素：搅拌器的转速、料液的循影响珠磨机细胞破碎的要素：搅拌器的转速、料液的循 环流速、细胞悬浮液的浓度、玻璃珠的安装和珠径以及温环流速、细胞悬浮液的浓度、玻璃珠的安装和珠径以及温环流速、细胞悬浮液的浓度、玻璃珠的安装和珠径以及温环流速、细胞悬浮液的浓度、玻璃珠的安装和珠径以及温度等，珠体的大小应以细胞的大小、浓度以及延续操作时度等，珠体的大小应以细胞的大小、浓度以及延续操作时度等，珠体的大小应以细胞的大小、浓度以及延续操作时度等，珠体的大小应以细胞的大小、浓度以及延续操作时不使珠体带出作为选择根据不使珠体带出作为选择根据不使珠体带出作为选择根据。
不使珠体带出作为选择根据2)(2)(2)(2)高压匀浆器高压匀浆器高压匀浆器高压匀浆器 原理：细胞浆液经过止逆阀进入泵内，利用高压使其在原理：细胞浆液经过止逆阀进入泵内，利用高压使其在原理：细胞浆液经过止逆阀进入泵内，利用高压使其在原理：细胞浆液经过止逆阀进入泵内，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排出阀的小孔冲击，并且高速撞击在撞击环上细胞在这排出阀的小孔冲击，并且高速撞击在撞击环上细胞在这排出阀的小孔冲击，并且高速撞击在撞击环上细胞在这一系列的高速运动中阅历了剪切、一系列的高速运动中阅历了剪切、一系列的高速运动中阅历了剪切、一系列的高速运动中阅历了剪切、碰撞以及高压到常压的变化，从碰撞以及高压到常压的变化，从碰撞以及高压到常压的变化，从碰撞以及高压到常压的变化，从而呵斥细胞破裂而呵斥细胞破裂而呵斥细胞破裂而呵斥细胞破裂 在操作方式上，可以采用单次在操作方式上，可以采用单次在操作方式上，可以采用单次在操作方式上，可以采用单次经过匀浆器或多次循环经过等方经过匀浆器或多次循环经过等方经过匀浆器或多次循环经过等方经过匀浆器或多次循环经过等方式。
式 影响破碎的主要要素：压力、温度和经过匀浆器的次数影响破碎的主要要素：压力、温度和经过匀浆器的次数影响破碎的主要要素：压力、温度和经过匀浆器的次数影响破碎的主要要素：压力、温度和经过匀浆器的次数(3)(3)(3)(3)超声波振荡器超声波振荡器超声波振荡器超声波振荡器 超声波具有频率高、波长短、定向传播等特点，频超声波具有频率高、波长短、定向传播等特点，频超声波具有频率高、波长短、定向传播等特点，频超声波具有频率高、波长短、定向传播等特点，频率为率为率为率为15151515～～～～25KHz25KHz25KHz25KHz超声波振荡器常用的为电声型，它是超声波振荡器常用的为电声型，它是超声波振荡器常用的为电声型，它是超声波振荡器常用的为电声型，它是由发声器和换能器组成，发生器能产生高频电流，换能由发声器和换能器组成，发生器能产生高频电流，换能由发声器和换能器组成，发生器能产生高频电流，换能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器的作用是把电磁振荡转换成机械振动器的作用是把电磁振荡转换成机械振动。
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超声波振荡器又可分为槽式和探头直接插入介质两种超声波振荡器又可分为槽式和探头直接插入介质两种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，普通破碎效果后者比前者好型式，普通破碎效果后者比前者好型式，普通破碎效果后者比前者好型式，普通破碎效果后者比前者好 作用原理：空化〔空穴〕效应，当超声波在液体中传作用原理：空化〔空穴〕效应，当超声波在液体中传作用原理：空化〔空穴〕效应，当超声波在液体中传作用原理：空化〔空穴〕效应，当超声波在液体中传播时，液体中的某一小区域交替反复地产生宏大的压力播时，液体中的某一小区域交替反复地产生宏大的压力播时，液体中的某一小区域交替反复地产生宏大的压力播时，液体中的某一小区域交替反复地产生宏大的压力 和拉力由于拉力的作用，使液体拉伸而破裂，从而出和拉力由于拉力的作用，使液体拉伸而破裂，从而出和拉力由于拉力的作用，使液体拉伸而破裂，从而出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遭到超声波的迅速冲击而迅现细小的空穴这种空穴泡遭到超声波的迅速冲击而迅现细小的空穴。
这种空穴泡遭到超声波的迅速冲击而迅现细小的空穴这种空穴泡遭到超声波的迅速冲击而迅速闭合，从而产生一个极为剧烈的冲击波压力，由它引速闭合，从而产生一个极为剧烈的冲击波压力，由它引速闭合，从而产生一个极为剧烈的冲击波压力，由它引速闭合，从而产生一个极为剧烈的冲击波压力，由它引起的粘滞性旋涡在悬浮细胞上呵斥了剪切应力，促使细起的粘滞性旋涡在悬浮细胞上呵斥了剪切应力，促使细起的粘滞性旋涡在悬浮细胞上呵斥了剪切应力，促使细起的粘滞性旋涡在悬浮细胞上呵斥了剪切应力，促使细胞内部液体发生流动，而使细胞破碎胞内部液体发生流动，而使细胞破碎胞内部液体发生流动，而使细胞破碎胞内部液体发生流动，而使细胞破碎 影响超声波破碎效率的要素：超声波的声强、频率、影响超声波破碎效率的要素：超声波的声强、频率、影响超声波破碎效率的要素：超声波的声强、频率、影响超声波破碎效率的要素：超声波的声强、频率、液体的温度、压强和处置时间等液体的温度、压强和处置时间等液体的温度、压强和处置时间等液体的温度、压强和处置时间等 ，介质的离子强度、，介质的离子强度、，介质的离子强度、，介质的离子强度、pHpHpHpH值和菌种的性质等。
值和菌种的性质等值和菌种的性质等值和菌种的性质等 二、过滤分别设备二、过滤分别设备( (一一) )过滤速度的强化过滤速度的强化 提高过滤速度，一方面可通提高过滤速度，一方面可通过改动悬浮液的物理性质〔预过改动悬浮液的物理性质〔预处置〕，另一方面，选择适当处置〕，另一方面，选择适当的过滤介质和操作条件的过滤介质和操作条件1 1、发酵液的预处置、发酵液的预处置(1)(1)加热加热(2)(2)凝聚和絮凝凝聚和絮凝(3)(3)参与盐类参与盐类(4)(4)调理调理pHpH值值(5)(5)参与助滤剂参与助滤剂 2 2 2 2、过滤介质的选择及操作条件的选择、过滤介质的选择及操作条件的选择、过滤介质的选择及操作条件的选择、过滤介质的选择及操作条件的选择 过滤介质除过滤作用外，还是滤饼的支撑物，应具有过滤介质除过滤作用外，还是滤饼的支撑物，应具有过滤介质除过滤作用外，还是滤饼的支撑物，应具有过滤介质除过滤作用外，还是滤饼的支撑物，应具有足够的机械强度和尽能够小的流动阻力足够的机械强度和尽能够小的流动阻力足够的机械强度和尽能够小的流动阻力。
足够的机械强度和尽能够小的流动阻力 工业上常用的过滤介质：织物、粒状介质和多孔固体工业上常用的过滤介质：织物、粒状介质和多孔固体工业上常用的过滤介质：织物、粒状介质和多孔固体工业上常用的过滤介质：织物、粒状介质和多孔固体介质 过滤操作条件的优化包括：过滤操作条件的优化包括：过滤操作条件的优化包括：过滤操作条件的优化包括：(1)(1)(1)(1)悬浮液物理性质的改动，如降低粘度、减少滤饼比阻悬浮液物理性质的改动，如降低粘度、减少滤饼比阻悬浮液物理性质的改动，如降低粘度、减少滤饼比阻悬浮液物理性质的改动，如降低粘度、减少滤饼比阻和滤饼层厚度〔参与助滤剂和絮凝剂〕和滤饼层厚度〔参与助滤剂和絮凝剂〕和滤饼层厚度〔参与助滤剂和絮凝剂〕和滤饼层厚度〔参与助滤剂和絮凝剂〕2)(2)(2)(2)改动过滤压力差在一定压力差范围内，增大压差队改动过滤压力差在一定压力差范围内，增大压差队改动过滤压力差在一定压力差范围内，增大压差队改动过滤压力差在一定压力差范围内，增大压差队过滤有利，但当压差大于某一值后，继续增大将使过过滤有利，但当压差大于某一值后，继续增大将使过过滤有利，但当压差大于某一值后，继续增大将使过过滤有利，但当压差大于某一值后，继续增大将使过滤速度减慢。
滤速度减慢滤速度减慢滤速度减慢 〔二〕过滤设备〔二〕过滤设备1、板框式及板式压滤机、板框式及板式压滤机(1)板框式压滤机板框式压滤机过滤过滤 洗涤洗涤 卸渣卸渣 清洗滤布清洗滤布 过滤过滤 滤板和滤框间隔陈列，框两滤板和滤框间隔陈列，框两侧覆以滤布，构成空腔供滤板支侧覆以滤布，构成空腔供滤板支撑、压紧撑、压紧 滤板的作用：支撑滤布，提滤板的作用：支撑滤布，提供滤液流出的通道正方形，角供滤液流出的通道正方形，角端开有小孔，两面制成沟槽，与端开有小孔，两面制成沟槽，与滤出口和洗水孔道连通滤出口和洗水孔道连通 滤框的作用：提供滤浆进入的空间，包容滤饼，总滤框的作用：提供滤浆进入的空间，包容滤饼，总滤框的作用：提供滤浆进入的空间，包容滤饼，总滤框的作用：提供滤浆进入的空间，包容滤饼，总框数框数框数框数由其消费才干和悬浮液固体浓度确定由其消费才干和悬浮液固体浓度确定由其消费才干和悬浮液固体浓度确定由其消费才干和悬浮液固体浓度确定滤液引出方式：明流和暗流滤液引出方式：明流和暗流滤液引出方式：明流和暗流滤液引出方式：明流和暗流 (2)(2)(2)(2)凹腔板式压滤机凹腔板式压滤机凹腔板式压滤机凹腔板式压滤机全由滤板并列而成。
全由滤板并列而成全由滤板并列而成全由滤板并列而成滤板：凹面形圆盘，合并后构成凹腔，板的两侧是滤布滤板：凹面形圆盘，合并后构成凹腔，板的两侧是滤布滤板：凹面形圆盘，合并后构成凹腔，板的两侧是滤布滤板：凹面形圆盘，合并后构成凹腔，板的两侧是滤布 (3)(3)(3)(3)自动板筐式压滤机自动板筐式压滤机自动板筐式压滤机自动板筐式压滤机 特点：板框压紧、过滤、洗涤、卸饼和清洗等操作可特点：板框压紧、过滤、洗涤、卸饼和清洗等操作可特点：板框压紧、过滤、洗涤、卸饼和清洗等操作可特点：板框压紧、过滤、洗涤、卸饼和清洗等操作可在在在在10min10min10min10min内自动完成内自动完成内自动完成内自动完成 板、框各有板、框各有板、框各有板、框各有4 4 4 4个角孔，滤布是首尾封锁的整体，过滤、个角孔，滤布是首尾封锁的整体，过滤、个角孔，滤布是首尾封锁的整体，过滤、个角孔，滤布是首尾封锁的整体，过滤、洗涤 卸渣：拉开框，降框卸渣：拉开框，降框卸渣：拉开框，降框卸渣：拉开框，降框 滤布洗涤：传动安装带动环形滤布围轴旋转滤布洗涤：传动安装带动环形滤布围轴旋转。
滤布洗涤：传动安装带动环形滤布围轴旋转滤布洗涤：传动安装带动环形滤布围轴旋转 (4)(4)(4)(4)板框式压滤机的工艺计算板框式压滤机的工艺计算板框式压滤机的工艺计算板框式压滤机的工艺计算物料衡算、设备台数选择、消费才干、过滤面积物料衡算、设备台数选择、消费才干、过滤面积物料衡算、设备台数选择、消费才干、过滤面积物料衡算、设备台数选择、消费才干、过滤面积2 2 2 2、真空过滤机〔转筒式真空过滤机〕、真空过滤机〔转筒式真空过滤机〕、真空过滤机〔转筒式真空过滤机〕、真空过滤机〔转筒式真空过滤机〕 延续式操作，主体是一个由筛板组成能转动的水延续式操作，主体是一个由筛板组成能转动的水延续式操作，主体是一个由筛板组成能转动的水延续式操作，主体是一个由筛板组成能转动的水平圆筒，外表有一层金属丝网，网上覆盖滤布，筋平圆筒，外表有一层金属丝网，网上覆盖滤布，筋平圆筒，外表有一层金属丝网，网上覆盖滤布，筋平圆筒，外表有一层金属丝网，网上覆盖滤布，筋板分隔成假设干个空间，分配头内沿径向隔离成板分隔成假设干个空间，分配头内沿径向隔离成板分隔成假设干个空间，分配头内沿径向隔离成板分隔成假设干个空间，分配头内沿径向隔离成3 3 3 3个个个个室。
室 当圆筒缓慢旋转时，筒内每一空间相继与分配头中当圆筒缓慢旋转时，筒内每一空间相继与分配头中当圆筒缓慢旋转时，筒内每一空间相继与分配头中当圆筒缓慢旋转时，筒内每一空间相继与分配头中的的的的1 1 1 1，，，，2 2 2 2，，，，3 3 3 3室相通，可顺序进展过滤、洗涤、吸干、吹室相通，可顺序进展过滤、洗涤、吸干、吹室相通，可顺序进展过滤、洗涤、吸干、吹室相通，可顺序进展过滤、洗涤、吸干、吹松、卸饼等项操作即整个圆筒分为过滤区、洗涤及脱松、卸饼等项操作即整个圆筒分为过滤区、洗涤及脱松、卸饼等项操作即整个圆筒分为过滤区、洗涤及脱松、卸饼等项操作即整个圆筒分为过滤区、洗涤及脱水区、卸渣及再生区水区、卸渣及再生区水区、卸渣及再生区水区、卸渣及再生区3 3 3 3个区域 过滤区：空间与真空管连通〔吸滤〕过滤区：空间与真空管连通〔吸滤〕过滤区：空间与真空管连通〔吸滤〕过滤区：空间与真空管连通〔吸滤〕 洗涤及脱水区：空间也与真空管连通，吸入洗涤水，洗涤及脱水区：空间也与真空管连通，吸入洗涤水，洗涤及脱水区：空间也与真空管连通，吸入洗涤水，洗涤及脱水区：空间也与真空管连通，吸入洗涤水，吸干滤饼。
吸干滤饼吸干滤饼吸干滤饼 卸渣及再生区：与紧缩空气管路连通，紧缩空气由筒内向外，穿过滤布而将滤饼吹松，随后由刮刀刮除吹净残渣，滤布再生 消费才干大，劳动强度小，推进力小〔压差〕，滤饼湿度大，投资大 三、离心分别设备三、离心分别设备〔一〕离心分别原理与分别因数〔一〕离心分别原理与分别因数1、管式离心机中微粒的运动方程、管式离心机中微粒的运动方程2、碟式离心机的分别原理与分别因数、碟式离心机的分别原理与分别因数f 具有许多重叠的碟片，缩短了颗粒的具有许多重叠的碟片，缩短了颗粒的沉降间隔，提高了分别效率沉降间隔，提高了分别效率 f是反映离心机分别才干的重要目的，它表示在离心力场中，微粒可以获得比在重力场中大f倍的作用力 由f可将离心机分为三类： (1)普通离心机 f<3000 (2)高速离心机 f=3000～5000 (3)超速离心机 f>5000(二)常用离心机构造及选型1、管式离心机的构造及操作 加长转鼓长度的目的:添加物料在转鼓内的停留时间 转鼓的三部分组成：顶盖、带空心轴的底盖和管状转筒转鼓的三部分组成：顶盖、带空心轴的底盖和管状转筒。
转鼓的三部分组成：顶盖、带空心轴的底盖和管状转筒转鼓的三部分组成：顶盖、带空心轴的底盖和管状转筒操作：料液从底部进入，经折转器分布，十字形挡板操作：料液从底部进入，经折转器分布，十字形挡板操作：料液从底部进入，经折转器分布，十字形挡板操作：料液从底部进入，经折转器分布，十字形挡板使料液均匀分布于周围，在离心力场作用下，悬浮液沿使料液均匀分布于周围，在离心力场作用下，悬浮液沿使料液均匀分布于周围，在离心力场作用下，悬浮液沿使料液均匀分布于周围，在离心力场作用下，悬浮液沿轴向向上流动的过程中，被分层成轻重两液相，从上方轴向向上流动的过程中，被分层成轻重两液相，从上方轴向向上流动的过程中，被分层成轻重两液相，从上方轴向向上流动的过程中，被分层成轻重两液相，从上方环状溢流口排出环状溢流口排出环状溢流口排出环状溢流口排出 转速：转速：转速：转速：15000rpm15000rpm15000rpm15000rpm，，，，f f f f＝＝＝＝50000500005000050000左右左右左右左右2 2 2 2、管式离心机消费才干计算、管式离心机消费才干计算、管式离心机消费才干计算、管式离心机消费才干计算 悬浮液中的颗粒在离心机中可以被分别并沉降至转鼓悬浮液中的颗粒在离心机中可以被分别并沉降至转鼓悬浮液中的颗粒在离心机中可以被分别并沉降至转鼓悬浮液中的颗粒在离心机中可以被分别并沉降至转鼓壁上的条件：料液在转鼓内的停留时间壁上的条件：料液在转鼓内的停留时间壁上的条件：料液在转鼓内的停留时间壁上的条件：料液在转鼓内的停留时间t1t1t1t1应大于等于颗应大于等于颗应大于等于颗应大于等于颗粒离心沉降所需的时间粒离心沉降所需的时间粒离心沉降所需的时间粒离心沉降所需的时间t2 t2 t2 t2 。
3 3 3 3、碟片式离心机的构造及操作、碟片式离心机的构造及操作、碟片式离心机的构造及操作、碟片式离心机的构造及操作 密闭转鼓内设有数十个至上百个锥角为密闭转鼓内设有数十个至上百个锥角为密闭转鼓内设有数十个至上百个锥角为密闭转鼓内设有数十个至上百个锥角为60606060～～～～120120120120的锥的锥的锥的锥形碟片 简单的碟式离心机没有自动排渣安装简单的碟式离心机没有自动排渣安装简单的碟式离心机没有自动排渣安装简单的碟式离心机没有自动排渣安装 自动除渣碟式离心机在四壁上开设假设干喷嘴〔或自动除渣碟式离心机在四壁上开设假设干喷嘴〔或自动除渣碟式离心机在四壁上开设假设干喷嘴〔或自动除渣碟式离心机在四壁上开设假设干喷嘴〔或活活活活门〕 4 4 4 4、碟式离心机消费才干计算、碟式离心机消费才干计算、碟式离心机消费才干计算、碟式离心机消费才干计算 颗粒在碟式离心机中被分别颗粒在碟式离心机中被分别颗粒在碟式离心机中被分别颗粒在碟式离心机中被分别的条件是颗粒在运动中到达上的条件是颗粒在运动中到达上的条件是颗粒在运动中到达上的条件是颗粒在运动中到达上一层碟片的内腹面。
一层碟片的内腹面一层碟片的内腹面一层碟片的内腹面 。