【正文】 (in: m/s)， ?p = 壓力差 (in: Pa)， l = 床層厚度 (in: m)， K = Darcy’s 滲透系數(shù) ， 與流體和床層的性質(zhì)有關 。 過濾理論基礎 Kozeny’s 方程 對于發(fā)酵液的過濾 ,要用 Kozeny’s方程 K’’ = Kozeny’s 常數(shù) ， 一般 K’’ = 5（ 在大量均勻的球形顆粒中 ） ，其他顆粒 K’’ = ， 顆粒 ?， K’’?； S = 單位體積顆粒中顆粒的表面積； ? = 發(fā)酵液黏度 (in: Pa s)； ? = 床層的空隙率 ，即空隙體積與總體積的比值 。 方程適應條件： A、 薄層區(qū)域表面的流速 ， B、 非常高的孔隙率 ，C、 非常廣的顆粒尺寸的分布 ， D、 纖維狀的 、 可壓縮的和吸濕性的填充物 。 意義：過濾的基礎方程 ， 揭示了過濾流速與各因素的關系 過濾速度 濾餅阻力與濾餅干重之間的關系 α 為濾餅的平均比阻，不可壓縮性濾餅的 α為常數(shù)，可壓縮性濾餅的 α為壓差的函數(shù)，經(jīng)驗表達式為： 過濾基礎理論 比阻 (平均質(zhì)量比阻 m/kg)定義式 ?s：干濾餅的密度 (in kg/m3)。 意義： A、 反映過濾的難易程度 ，越大 ， 越困難； B、 與顆粒大小 、 孔隙率等的關系 。 n濾餅可壓縮度 ， 當濾餅不可壓縮時 ， n = 0；對于高度可壓縮濾餅 ， 則 n ? 1。 ? = 濕濾餅的質(zhì)量：干濾餅的質(zhì)量 。 意義： S = 單位體積顆粒中顆粒的表面積 過濾基礎理論 意義： A、 對于可壓縮料液 ，高壓不一定增加流量 。 B、 比阻與壓力的關系 隨著過濾操作的進行，濾餅量不斷增加，與濾液體積 Q之間關系如下： β=濕濾餅 /干濾餅； cs=干濾餅 /液料 β cs=濕濾餅 /液料； 1 β cs= 濾液 /液料；Q濾液體積 Q/（ 1 β cs） = 液料體積 ρLQ/ （ 1 β cs） = 液料質(zhì)量 過濾基礎理論 Ruth’s 方程 在過濾操作中 ， 被截留的固相顆粒在介質(zhì)形成濾餅 。 過濾的阻力來自過濾介質(zhì)和濾餅 。 過濾流量可 表達為 Q：濾液體積 (in m3)， A：過濾面積 (in m2)， ? ＝ 濕濾餅 :干濾餅 ， cs：料液中干固相成分的濃度 (in: kg/kg)， ?Ｌ ：濾液密度 ， Q0： 相當于過濾介質(zhì)阻力時的虛擬濾液體積(in m3)， 一定過濾介質(zhì)的 Q0為常數(shù) 。 意義：過濾的流量方程 過濾基礎理論 恒壓過濾方程 (最常用模式 ) 恒壓條件下對 Ruth’s方程積分 t0： 為透過虛擬體積所要的虛擬時間 。 在一般條件下 Q0可忽略 ，上式為 意義：中試后放大的理論依據(jù) 恒速過濾 恒速條件下對 Ruth’s方程積分 過濾設備從傳統(tǒng)的板框式過濾機到旋轉(zhuǎn)式真空過濾設備，種類很多。 過濾設備 常用新型過濾器 轉(zhuǎn)鼓真空過濾器 操作： 應用：大規(guī)模生物分離的主要過濾設備 ， 用于較難分離的低黏度發(fā)酵液 優(yōu)點：Ａ 、 大規(guī)模 ， Ｂ 、自動化 、 操作簡單 ， Ｃ 、濾布裝卸容易 、 易保養(yǎng)維護 。 缺點：Ａ 、 占地大 ， 單位體積利用率低 ， Ｂ 、 周期性中斷進料 、 濾布利用率低 ， Ｃ 、 壓力低 ，僅應用于低黏度發(fā)酵 。 常用新型過濾器 圓盤真空過濾器 操作 應用：同上 。 優(yōu)點：Ａ 、 超大規(guī)模 (400 m2)， 極易實行大型化分離 ， Ｂ 、 占地小 ，單位體積利用率高 ， Ｃ 、 自動化 、操作簡單 。 缺點：Ａ 、 壓力低 ，僅應用于低黏度發(fā)酵液 ， B、 設備投資高 。 常用新型過濾器 帶式真空過濾器 常用新型過濾器 應用：大規(guī)模分離的主要過濾設備 ， 可分離較難分離的低黏度的發(fā)酵液 ， 對濾餅洗滌要求高 。 優(yōu)點：Ａ )、 發(fā)酵液處理量大 ， 濾餅厚達 200mm， Ｂ )、 濾餅洗滌容易 ， 效果好 ， 無須攪拌 ， Ｃ )、 自動化 、 操作簡單 ， 清洗保養(yǎng)容易 。 缺點：Ａ )、 占地大 ， 有效過濾面積低 ， Ｂ )、 壓力低 ， 僅應用于低黏度發(fā)酵液 ， Ｃ )、 設備投資高 。 常用新型過濾器 壓力系列： 帶式 、 板框 、 加壓 、 氣壓罐式壓濾機 常用新型過濾器 應用：用于很難處理的 、 高黏度 、 高細顆粒含量的發(fā)酵液的固液分離 。 優(yōu)點：Ａ 、 操作壓高０ .１ Mpa以上 ， １０ ％ 的 顆粒含量 ， 高含量的細顆粒 ， Ｂ 、 濾餅含水量低 ， 濾液澄清 ， Ｃ 、 自動化 、 操作簡單 ， 清洗保養(yǎng)容易 。 缺點：Ａ 、 占地大 ， 有效過濾面積低 ， Ｂ 、 設備投資高 ， 能耗高 。 如何選擇過濾器？ 濾液的澄清度 顆粒大小的分布 發(fā)酵液的黏度 固體顆粒的濃度 濾餅的干燥度 濾餅的洗滌 生產(chǎn)能力 Filting medium Type of Filter Other requirements 中試實驗設計的路線 確定生產(chǎn)能力 （ 例： 150T/d） 確定中試實驗的規(guī)模 （ 一般按生產(chǎn)能力縮小 100倍 ， 即 150/100 = ） 測定重要參數(shù) ， 如 ?， Q0等 優(yōu)化實驗條件 確定不同的實驗條件：預處理 、 助濾劑 、 壓力等 濾餅的厚度與時間關系 濾餅的孔隙率與壓力關系 不同壓力下濾液的體積與時間的關系 濾餅的洗滌 、 脫水 、 排脫等 濾液的澄清度 ， 以及上述方程要求的數(shù)據(jù)利用方程等 計算： A、 過濾面積 A， 確定型號 (以恒壓為例 ) 放大 100倍 生產(chǎn)能力 (= 100A) Conclusions ：結(jié)論 Centrifugation amp。 filtration are the keys to removing insolubles. 離心和過濾是去除不溶物的主要方法 The first step in most industrial bioseparations is the removal of insolubles from the fermentation bear. 生物分離工業(yè)首先要去除不溶物 When these insolubles are dilate amp。 rigid , they can be easily separated by filtration . 大的 、 硬的不溶物可用過濾方法去除 For many beers , filter aids or other pretreatments facilitate filtration. For other cases , filter aids amp。 other pretreatments are ineffective. 對于大部分發(fā)酵液 ， 助濾劑或者其它預處理方法有利于過濾 ， 但也有沒有效果的 。 When the solid particles are too small amp。 hence hard to filter , they sometimes can be separated by centrifugation. 另外一些小的 、 難過濾的固體顆?？捎秒x心分離