1、固液分離技術(shù)第一章第一章 固液分離技術(shù) 第一章 固液分離技術(shù)第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 第二節(jié) 固液分離 第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 一、預(yù)處理的原理及方法 1降低液體粘度 由流體力學(xué)基本知識(shí)可知，濾液通過(guò)濾餅的速率與液體的粘度成反比，可見(jiàn)降低液體粘度可有效提高過(guò)濾速率。降低液體粘度常用的方法有加水稀釋法和加熱法。 加水稀釋法可有效降低液體粘度，但會(huì)增加懸浮液的體積，使后處理任務(wù)加大，并且只有當(dāng)稀釋后過(guò)濾速率提高的百分比大于加水比時(shí)，從經(jīng)濟(jì)上才能認(rèn)為有效。 第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 升高溫度可有效降低液體粘度，從而提高過(guò)濾速率，常用于粘度隨溫度變化較大的流體。另外，應(yīng)用加熱法的同時(shí)，可控制適

2、當(dāng)溫度和受熱時(shí)間，使蛋白質(zhì)凝聚形成較大顆粒，進(jìn)一步改善發(fā)酵液的過(guò)濾特性。如鏈霉素發(fā)酵液，調(diào)酸至pH3.0后，加熱至70，維持半小時(shí)，液相粘度下降至1/6，過(guò)濾速率可增大10100倍。使用加熱法時(shí)必須注意：加熱的溫度必須控制在不影響目的產(chǎn)物活性的范圍內(nèi)；對(duì)于發(fā)酵液，溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能造成細(xì)胞溶解，胞內(nèi)物質(zhì)外溢，而增加發(fā)酵液的復(fù)雜性，影響其后的產(chǎn)物分離與純化。 第十一章 供應(yīng)鏈管理【知識(shí)目標(biāo)】 理解供應(yīng)鏈管理的概念，以及供應(yīng)鏈管理與物流管理的區(qū)別,掌握供應(yīng)鏈管理的基本內(nèi)容與原則?！灸芰δ繕?biāo)】 能夠站在單個(gè)企業(yè)的角度模擬供應(yīng)鏈，通過(guò)供應(yīng)鏈管理提出優(yōu)化方案，加深對(duì)合作伙伴關(guān)系的認(rèn)識(shí)和理解?！舅刭|(zhì)

3、目標(biāo)】 要認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代物流企業(yè)的開(kāi)放性，企業(yè)你中有我，我中有你，任何企業(yè)都不能獨(dú)立運(yùn)作，只有合作才能實(shí)現(xiàn)共贏。【引入案例】 沃爾瑪?shù)墓?yīng)鏈物流戰(zhàn)略 在1979年，凱瑪特是零售業(yè)的巨頭之一，擁有1891家商店，平均每家商店的收入為725萬(wàn)美元。當(dāng)時(shí)的沃爾瑪只是美國(guó)南方的一個(gè)小零售商，只有229家商店，每家商店的收入也只是凱瑪特的一半。在十余年時(shí)間里，沃爾瑪改變了自己。1992年，沃爾瑪?shù)拿科椒接⒊叩匿N售額最高，并且在所有零售商中，其庫(kù)存周轉(zhuǎn)次數(shù)和運(yùn)營(yíng)利潤(rùn)都是最高的。如今，沃爾瑪是世界上最大、利潤(rùn)最高的零售商。沃爾瑪是如何成功的呢？其起點(diǎn)在于堅(jiān)持不懈地致力于滿足顧客的需要。它的目標(biāo)是保證顧客無(wú)論何時(shí)

4、何地都能買到所需的商品，以及優(yōu)化成本結(jié)構(gòu)，提供具有競(jìng)爭(zhēng)力的定價(jià)。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的關(guān)鍵在于使庫(kù)存的連續(xù)補(bǔ)充成為其核心戰(zhàn)略。通過(guò)直接轉(zhuǎn)運(yùn)技術(shù)，商品被源源不斷地送達(dá)沃爾瑪?shù)膫}(cāng)庫(kù)，在那里商品不作停留就被分送到各商店。這個(gè)戰(zhàn)略大大降低了沃爾瑪?shù)匿N售成本，并使其向顧客提供天天低價(jià)成為可能。沃爾瑪?shù)奈锪鲬?zhàn)略是什么？以后如何轉(zhuǎn)向或改變經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略？第一節(jié) 供應(yīng)鏈概述任何一個(gè)企業(yè)都不能孤立地生存，它需要市場(chǎng)、企業(yè)以及人的支持。這些市場(chǎng)、企業(yè)和人聯(lián)系在一起，上下環(huán)節(jié)之間表現(xiàn)為供給與需求的關(guān)系，從而形成了一條長(zhǎng)長(zhǎng)的供應(yīng)鏈。事實(shí)上，供應(yīng)鏈?zhǔn)窃缫芽陀^存在的的事物。一、供應(yīng)鏈的概念供應(yīng)鏈?zhǔn)侵府a(chǎn)品生產(chǎn)和流通過(guò)程中所涉及的原材料供

5、應(yīng)商、制造商、批發(fā)商、零售商以及最終消費(fèi)者組成的供需網(wǎng)絡(luò)，即由原材料獲取、物料加工和制造直至將成品送到用戶手中，這一完整過(guò)程所涉及的企業(yè)和企業(yè)部門組成的網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)概念強(qiáng)調(diào)了供應(yīng)鏈的戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，從形式上看，客戶是在購(gòu)買商品，但實(shí)質(zhì)上客戶是在購(gòu)買能帶來(lái)效益的價(jià)值。各種物料在供應(yīng)鏈上移動(dòng)，是一個(gè)不斷采用新技術(shù)投入勞動(dòng)，增加其技術(shù)含量或附加價(jià)值的過(guò)程，因此，供應(yīng)鏈不僅是一條聯(lián)接供應(yīng)商到用戶的物料鏈、信息鏈、資金鏈，而且是一條價(jià)值增值鏈。物料在供應(yīng)鏈上因加工、包裝、運(yùn)輸?shù)汝P(guān)系而增加其價(jià)值，給相關(guān)企業(yè)都帶來(lái)收益。例如，一件產(chǎn)品，其原材料由供應(yīng)商提供，運(yùn)輸?shù)缴a(chǎn)部門，在產(chǎn)品制成后，又被運(yùn)送到配送中心，最終

6、被賣給消費(fèi)者。實(shí)際生活中的供應(yīng)鏈往往涉及多種產(chǎn)品、多級(jí)生產(chǎn)和配送，并且不斷處于變化中。供應(yīng)鏈具有如下的特征：復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性、面向用戶需求和交叉性。二、供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)模型根據(jù)供應(yīng)鏈的定義，供應(yīng)鏈的結(jié)構(gòu)可以用下圖來(lái)表示，如圖11-1所示：圖11-1 供應(yīng)鏈的網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)模型從圖5-1可以看出，供應(yīng)鏈由所有加盟的節(jié)點(diǎn)企業(yè)組成，其中一般有一個(gè)核心企業(yè)（可以是產(chǎn)品制造企業(yè)，也可以是大型零售企業(yè)，如美國(guó)的沃爾瑪)。節(jié)點(diǎn)企業(yè)在需求信息的驅(qū)動(dòng)下和信息共享的基礎(chǔ)上，通過(guò)供應(yīng)鏈的職能分工與合作(生產(chǎn)、分銷、零售等)，以資金流、物流或/和服務(wù)流為媒介實(shí)現(xiàn)整個(gè)供應(yīng)鏈的不斷增值。三、供應(yīng)鏈的類型根據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)，我們可以將供

7、應(yīng)鏈分為以下幾種類型。1穩(wěn)定的供應(yīng)鏈和動(dòng)態(tài)的供應(yīng)鏈 根據(jù)供應(yīng)鏈存在的穩(wěn)定性劃分，可以將供應(yīng)鏈分為穩(wěn)定的和動(dòng)態(tài)的供應(yīng)鏈?；谙鄬?duì)穩(wěn)定、單一的市場(chǎng)需求而組成的供應(yīng)鏈穩(wěn)定性較強(qiáng)，而基于相對(duì)頻繁變化、復(fù)雜的需求而組成的供應(yīng)鏈動(dòng)態(tài)性較高。在實(shí)際管理運(yùn)作中，需要根據(jù)不斷變化的需求，相應(yīng)地改變供應(yīng)鏈的組成。2平衡的供應(yīng)鏈和傾斜的供應(yīng)鏈 根據(jù)供應(yīng)鏈容量與用戶需求的關(guān)系可以劃分為平衡的供應(yīng)鏈和傾斜的供應(yīng)鏈。一個(gè)供應(yīng)鏈具有一定的、相對(duì)穩(wěn)定的設(shè)備容量和生產(chǎn)能力（所有節(jié)點(diǎn)企業(yè)能力的綜合，包括供應(yīng)商、制造商、運(yùn)輸商、分銷商、零售商等），但用戶需求處于不斷變化的過(guò)程中，當(dāng)供應(yīng)鏈的容量能滿足用戶需求時(shí)，供應(yīng)鏈處于平衡狀態(tài)，

8、而當(dāng)市場(chǎng)變化加劇，造成供應(yīng)鏈成本增加、庫(kù)存增加、浪費(fèi)增加等現(xiàn)象時(shí)，企業(yè)不是在最優(yōu)狀態(tài)下運(yùn)作，供應(yīng)鏈則處于傾斜狀態(tài)。用戶需求供應(yīng)鏈的容量用戶需求供應(yīng)鏈的容量圖11-2 平衡的供應(yīng)鏈和傾斜的供應(yīng)鏈 平衡的供應(yīng)鏈可以實(shí)現(xiàn)各主要職能（采購(gòu)/低采購(gòu)成本、生產(chǎn)/規(guī)模效益、分銷/低運(yùn)輸成本、市場(chǎng)/產(chǎn)品多樣化和財(cái)務(wù)/資金運(yùn)轉(zhuǎn)快）之間的均衡。3盟主型供應(yīng)鏈和非盟主型供應(yīng)鏈 根據(jù)供應(yīng)鏈的主導(dǎo)主體控制能力可以將供應(yīng)鏈分為盟主型供應(yīng)鏈和非盟主型供應(yīng)鏈。所謂盟主型供應(yīng)鏈，即某一成員在供應(yīng)鏈中占有主導(dǎo)地位，對(duì)其他成員具有很強(qiáng)的輻射能力和吸引能力，通常稱該企業(yè)為核心企業(yè)或主導(dǎo)企業(yè)。 盟主型供應(yīng)鏈相對(duì)于非盟主型供應(yīng)鏈，是比較

9、典型的一種供應(yīng)鏈類型。從供應(yīng)鏈的主導(dǎo)主體分析，可以將供應(yīng)鏈劃分為制造企業(yè)主導(dǎo)供應(yīng)鏈、商業(yè)企業(yè)主導(dǎo)供應(yīng)鏈和第三方物流企業(yè)主導(dǎo)供應(yīng)鏈等形式。第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 2調(diào)整pH pH直接影響發(fā)酵液中某些物質(zhì)的電離度和電荷性質(zhì)，適當(dāng)調(diào)節(jié)pH可改善其過(guò)濾特性。對(duì)于氨基酸、蛋白質(zhì)等兩性物質(zhì)作為雜質(zhì)存在于液體中時(shí)，常采用調(diào)pH至等電點(diǎn)使兩性物質(zhì)沉淀。另外，在膜分離中，發(fā)酵液中的大分子物質(zhì)易與膜發(fā)生吸附，常通過(guò)調(diào)整pH，改變易吸附分子的電荷性質(zhì)，以減少吸附造成的堵塞和污染。此外，細(xì)胞、細(xì)胞碎片及某些膠體物質(zhì)等在某個(gè)pH下也可能趨于絮凝而成為較大顆粒，有利于固液分離。 第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 3凝聚和絮

10、凝 凝聚和絮凝的主要作用為增大混合液中懸浮粒子的體積，提高固液分離速度，同時(shí)可除去一些雜質(zhì)。 （1）凝聚作用 凝聚作用是指在某些電解質(zhì)作用下，使膠體粒子聚集的過(guò)程。這些電質(zhì)稱為凝聚劑。膠體粒子能保持分散狀態(tài)的原因是其帶有相同電荷和擴(kuò)散雙電層的結(jié)構(gòu)。當(dāng)分子熱運(yùn)動(dòng)使粒子間距離縮小到使它們的擴(kuò)散層部分重疊時(shí)，即產(chǎn)生電排斥作用，使兩個(gè)粒子分開(kāi)，從而阻止了粒子的聚集。雙電層電位越大，電排斥作用就越強(qiáng)，膠粒的分散程度也越大，發(fā)酵液越難過(guò)濾。 第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 膠粒能穩(wěn)定存在的另一個(gè)原因是其表面的水化作用，使粒子周圍形成水化層，阻礙了膠粒間的直接聚集。凝聚劑的加入可使膠粒之間雙電層電位下降或者使膠

11、體表面水化層破壞或變薄，導(dǎo)致膠體顆粒間的排斥作用降低，吸引作用加強(qiáng)，破壞膠體系統(tǒng)的分散狀態(tài)，導(dǎo)致顆粒凝聚。影響凝聚作用的主要因素是無(wú)機(jī)鹽的種類、化合價(jià)及無(wú)機(jī)鹽用量等。第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 常用的凝聚劑有AlCl36H2O、Al2(SO4)318H2O、K2SO4Al2(SO4)324H2O、FeSO47H2O、FeCl36H2O、ZnSO4和MgCO3等。電解質(zhì)凝聚能力可用凝聚值來(lái)表示，使膠粒發(fā)生凝聚作用的最小電解質(zhì)濃度（mmol/L）稱為凝聚值。根據(jù)Schuze-Hardy法則，陽(yáng)離子的價(jià)數(shù)越高，該值就越小，即凝聚能力越強(qiáng)。陽(yáng)離子對(duì)帶負(fù)電荷的發(fā)酵液膠體粒子凝聚能力的次序?yàn)椋篈l3+Fe

12、3+H+Ca2+Mg2+K+Na+Li+。第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) （2）絮凝作用 絮凝作用是利用帶有許多活性官能團(tuán)的高分子線狀化合物吸附多個(gè)微粒的能力，通過(guò)架橋作用將許多微粒聚集在一起，形成粗大的松散絮團(tuán)的過(guò)程。所利用的高分子化合物稱為絮凝劑。絮凝劑一般具有長(zhǎng)鏈狀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)絮凝作用關(guān)鍵在于其鏈節(jié)上的多個(gè)活性官能團(tuán)，包括帶電荷的陰離子（如COOH）或陽(yáng)離子（如NH2）基團(tuán)以及不帶電荷的非離子型基團(tuán)。它們通過(guò)靜電引力、范德華力或氫鍵作用，強(qiáng)烈地吸附在膠粒表面。第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù)根據(jù)絮凝劑所帶電性的不同，分陰離子型、陽(yáng)離子型和非離子型三類。對(duì)于帶有負(fù)電性的微粒，加入陽(yáng)離子型絮凝劑，具有降

13、低離子排斥電位和產(chǎn)生吸附架橋作用的雙重機(jī)制；而非離子型和陽(yáng)離子型絮凝劑，主要通過(guò)分子間引力和氫鍵等作用產(chǎn)生吸附架橋。影響絮凝作用的主要因素有： 高分子絮凝劑的性質(zhì)和結(jié)構(gòu) 線性結(jié)構(gòu)的有機(jī)高分子絮凝劑，其絮凝作用大，而成環(huán)狀或支鏈結(jié)構(gòu)的有機(jī)高分子絮凝劑的效果較差。絮凝劑的分子量越大、線性分子鏈越長(zhǎng)，絮凝效果越好；但分子量增大，絮凝劑在水中的溶解度降低，因此要選擇適宜分子量的絮凝劑。 第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 絮凝操作溫度 當(dāng)溫度升高時(shí)，絮凝速度加快，形成的絮凝顆粒細(xì)小。因此絮凝操作溫度要合適，一般為2030。 pH 溶液pH的變化會(huì)影響離子型絮凝劑功能團(tuán)的電離度，因此陽(yáng)離子型絮凝劑適合在酸性或中

14、性的pH環(huán)境中使用，陰離子型絮凝劑適合在中性或堿性的環(huán)境中使用。 攪拌速度和時(shí)間 適當(dāng)?shù)臄嚢杷俣群蜁r(shí)間對(duì)絮凝是有利的，一般情況下，攪拌速度為(4080)r/min，不要超過(guò)100r/min；攪拌時(shí)間以(24)min為宜，不超過(guò)5min。 第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 絮凝劑的加入量 絮凝劑的最適添加量往往要通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法確定，雖然較多的絮凝劑有助于增加橋架的數(shù)量，但過(guò)多的添加反而會(huì)引起吸附飽和，絮凝劑爭(zhēng)奪膠粒而使絮凝團(tuán)的粒徑變小，絮凝效果下降。 凝聚和絮凝這兩種作用是人們?cè)谘芯孔饔脵C(jī)理時(shí)，為了方便描述而分別提出并進(jìn)行討論，但在實(shí)際應(yīng)用中，絮凝劑與無(wú)機(jī)電解質(zhì)凝聚劑經(jīng)常搭配在一起使用，加入無(wú)機(jī)電解質(zhì)使

15、懸浮粒子間的排斥能力降低而凝聚成微粒，然后加入絮凝劑，兩者相輔相成，二者結(jié)合的方法稱為混凝。混凝可有效提高凝聚和絮凝效果。 第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 工業(yè)上使用的絮凝劑按組成不同又可分為無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑和生物絮凝劑。 有機(jī)高分子絮凝劑 如人工合成的絮凝劑：二甲基二烯丙基氯化銨與丙烯酰胺的共聚物或均聚物、聚二烯基咪唑啉、聚丙烯酸類衍生物、聚苯乙烯類衍生物、聚丙烯胺類衍生物等。其中聚丙烯酰胺具有一定毒性，不能用于藥品、食品生產(chǎn)；而聚丙烯酸類衍生物陰離子型絮凝劑，無(wú)毒，可用于食品和醫(yī)藥工業(yè)。天然有機(jī)高分子絮凝劑：聚糖類膠粘物、海藻酸鈉、明膠、骨膠、殼多糖等。 無(wú)機(jī)高分子聚合物 如聚合鋁鹽、聚

16、合鐵鹽等。第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 生物絮凝劑 生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生的具有絮凝能力的生物大分子，主要有蛋白質(zhì)、粘多糖、纖維素和核酸等。具有高效、無(wú)毒、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，克服了無(wú)機(jī)絮凝劑和人工合成有機(jī)高分子絮凝劑本身固有的缺陷，其發(fā)展?jié)摿υ絹?lái)越受到重視。 4加入助濾劑 加入助濾劑可以改變?yōu)V餅的結(jié)構(gòu)，降低濾餅的可壓縮性，從而降低過(guò)濾阻力。常用的助濾劑有硅藻土、纖維素、石棉粉、珍珠巖、白土、炭粒、淀粉等。最常用的是硅藻土。 第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 助濾劑的使用方法有兩種：一種是將助濾劑在支持介質(zhì)（濾布）的表面上預(yù)涂助濾劑薄層12 mm，以保護(hù)支持介質(zhì)的毛細(xì)孔道在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不被懸浮液中的

17、固體粒子所堵塞，從而提高或穩(wěn)定過(guò)濾速度。另一種方法是將助濾劑分散在待過(guò)濾的懸浮液中，使形成的濾餅具有多孔性，降低濾餅的可壓縮性，以提高過(guò)濾速度和延長(zhǎng)過(guò)濾操作周期。前者會(huì)使濾速降低，但濾液透明度明顯增加；后一種方法主要是助濾劑的加入量，一般助濾劑的用量若等于懸浮液中固體含量時(shí)，過(guò)濾速度最快，另外在使用時(shí)需要一個(gè)帶攪拌器的混合槽，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍乐狗謱映恋?。生產(chǎn)上也可兩種方法同時(shí)兼用。選擇和使用助濾劑時(shí)要考慮以下幾個(gè)方面：第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 根據(jù)目的產(chǎn)物的性質(zhì)選擇助濾劑品種 當(dāng)目的產(chǎn)物存在于液相時(shí)要注意目的產(chǎn)物是否會(huì)被助濾劑吸附，是否可通過(guò)改變pH來(lái)減少吸附；當(dāng)目的產(chǎn)物存在于固相時(shí)，一

18、般使用淀粉、纖維素等不影響產(chǎn)品質(zhì)量的助濾劑。 根據(jù)過(guò)濾介質(zhì)和過(guò)濾情況選擇助濾劑品種 當(dāng)使用粗目濾網(wǎng)時(shí)易泄漏，采用石棉粉、纖維素、淀粉等作助濾劑可有效地防止泄漏。當(dāng)使用細(xì)目濾布時(shí)，宜采用細(xì)硅藻土，若采用粗粒硅藻土，則料液中的細(xì)微顆粒仍將透過(guò)助濾層而到達(dá)濾布表面，從而使過(guò)濾阻力增大。當(dāng)使用燒結(jié)或粘結(jié)材料制成的過(guò)濾介質(zhì)時(shí)，宜使用纖維素助濾劑，這樣可使濾餅易于剝離，并可防止堵塞毛細(xì)孔。第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 粒度選擇 助濾劑的粒度及粒度分布對(duì)過(guò)濾速率和濾液澄清度影響很大。當(dāng)粒度一定時(shí)，過(guò)濾速率與澄清度成反比，過(guò)濾速率大，澄清度差；過(guò)濾速率小，則澄清度好。助濾劑的粒度必須與懸浮液中固體粒子的尺寸相適

19、應(yīng)，如顆粒較小的懸浮液應(yīng)采用較細(xì)的助濾劑。商品硅藻土助濾劑有多種規(guī)格，粒度分布不同，因此使用前應(yīng)針對(duì)不同料液的特性和過(guò)濾要求，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，確定其最佳型號(hào)。 用量的確定 助濾劑的用量必須適宜。用量過(guò)少，起不到有效的助濾作用；用量過(guò)大，不僅浪費(fèi)，而且會(huì)因助濾劑成為主要的濾餅阻力而使過(guò)濾速率下降。第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 當(dāng)采用預(yù)涂助濾劑的方法時(shí)，間歇操作助濾劑的最小厚度為2mm；連續(xù)操作則要根據(jù)所需過(guò)濾速率來(lái)確定。當(dāng)助濾劑直接加入發(fā)酵液時(shí)，一般采用的助濾劑用量等于懸浮液中固形物含量，其過(guò)濾速率最快，如用硅藻土作助濾劑時(shí)，通常細(xì)粒用量為500gm3；中等粒度用量為700gm3；粗粒用量為(70010

20、00)gm3。 5加入反應(yīng)劑 有時(shí)加入某些不影響目的產(chǎn)物的反應(yīng)劑，可消除發(fā)酵液中某些雜質(zhì)對(duì)過(guò)濾的影響，從而提高過(guò)濾速率。第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 加入反應(yīng)劑和某些可溶性鹽類發(fā)生反應(yīng)生成不溶性沉淀，如CaSO4 、AlPO4等。生成的沉淀能防止菌絲體粘結(jié)，使菌絲具有塊狀結(jié)構(gòu)，沉淀本身可作為助濾劑，并且能使膠狀物和懸浮物凝固，從而改善過(guò)濾性能。如在新生霉素發(fā)酵液中加入氯化鈣和磷酸鈉，生成磷酸鈣沉淀可充當(dāng)助濾劑，另一方面可使某些蛋白質(zhì)凝固。又如環(huán)絲氨酸發(fā)酵液用氧化鈣和磷酸處理，生成磷酸鈣沉淀，能使懸浮物凝固，多余的磷酸根離子還能除去鈣、鎂離子，并且在發(fā)酵液中不會(huì)引入其它陽(yáng)離子，以免影響環(huán)絲氨酸的離

21、子交換吸附。 第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 二、發(fā)酵液的相對(duì)純化 1.無(wú)機(jī)離子的去除 發(fā)酵液中主要的無(wú)機(jī)離子有Ca2+ 、Mg2+ 、Fe2+等。Ca2+的去除主要采用草酸，但由于草酸的溶解度小，不適合用量較大的場(chǎng)合。當(dāng)發(fā)酵液中Ca2+離子濃度較高時(shí)，可采用可溶性鹽，如草酸鈉等。反應(yīng)生成草酸鈣還能促使蛋白質(zhì)凝固，改善發(fā)酵液過(guò)濾性能。Mg2+離子的去除一般采用加入三聚磷酸鈉，它和Mg2+形成可溶性絡(luò)合物后，即可消除對(duì)離子交換的影響。Mg2+ + Na5P3O10=MgNa3P3O10 +2Na+第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 用磷酸鹽處理，也能大大降低Ca2+ 、Mg2+離子的濃度，此法可用于環(huán)絲氨酸

22、的生產(chǎn)。對(duì)于發(fā)酵液中的鐵離子，可加入黃血鹽，使其形成普魯士藍(lán)沉淀而除去。反應(yīng)如下：3K4Fe(CN)6+4Fe3+=Fe4Fe(CN)63+12K+ 2雜蛋白的去除 利用各種沉淀方法，可以去除液相中各種蛋白質(zhì)。常用的有等電點(diǎn)沉淀法、變性沉淀法、鹽析法、有機(jī)溶劑沉淀法、反應(yīng)沉淀法等。這些沉淀方法既可以作為除雜質(zhì)的方法，也可以作為提取目標(biāo)產(chǎn)物的技術(shù)手段。有關(guān)沉淀法除蛋白質(zhì)詳見(jiàn)第五章沉淀技術(shù)。 第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 3多糖的去除 酶解法可將混合液中的不溶性多糖物質(zhì)酶解，使其轉(zhuǎn)化為溶解度較大的單糖，從而改變流體的流動(dòng)特性，提高過(guò)濾速率。例如萬(wàn)古霉素用淀粉作培養(yǎng)基，發(fā)酵完成后，發(fā)酵液中多余的淀粉使

23、混合液粘度較大，當(dāng)加入0.025的淀粉酶后，攪拌30min，再加2.5助濾劑（硅藻土），可使過(guò)濾速率提高5倍。 第一節(jié) 發(fā)酵液的預(yù)處理技術(shù) 4有色物質(zhì)的去除 發(fā)酵液中有色物質(zhì)可能是由于微生物生長(zhǎng)代謝過(guò)程分泌的，也可能是培養(yǎng)基（如糖蜜、玉米漿等）帶來(lái)的，色素物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的多樣性增加了脫色的難度。色素物質(zhì)的去除，一般以使用離子交換樹(shù)脂、離子交換纖維、活性炭等材料的吸附法來(lái)脫色最為普遍。例如活性炭可用于檸檬酸發(fā)酵液的脫色，鹽型強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂可用于解朊酶和果膠酶溶液的脫色，磷酸型陰離子交換樹(shù)脂被用于谷氨酸發(fā)酵液的脫色等。一般發(fā)酵液的脫色往往是在過(guò)濾除去菌體后進(jìn)行。第二節(jié) 固液分離 生化產(chǎn)品的固液

24、分離方法與化工單元操作中的非均相物系分離方法基本相同，但由于發(fā)酵液或細(xì)胞培養(yǎng)液種類多、粘度大和成分復(fù)雜，其固液分離又很困難。特別是當(dāng)固體微粒主要是細(xì)胞、細(xì)胞碎片及沉淀蛋白類物質(zhì)時(shí)，由于這些物質(zhì)具有可壓縮性，給固液分離增加了困難。固液分離的好壞，將影響料液的進(jìn)一步處理。 生化產(chǎn)品通常利用機(jī)械方法進(jìn)行固液分離。按其所涉及的流動(dòng)方式和作用力的不同，可分為過(guò)濾、沉降和離心分離。過(guò)濾是以某種多孔性物質(zhì)作為介質(zhì)，在外力的作用下，懸浮液中的流體通過(guò)介質(zhì)孔道，而固體顆粒被截留下來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)固液分離的過(guò)程。第二節(jié) 固液分離 沉降是依靠外力的作用，利用分散物質(zhì)（固相）與分散介質(zhì)（液相）的密度差異，使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)

25、，而實(shí)現(xiàn)固液分離的過(guò)程。離心分離是利用裝置所提供的慣性離心力的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)固液分離的過(guò)程。 不同性狀的發(fā)酵液應(yīng)選擇不同的固液分離方法和設(shè)備，如霉菌和放線菌為絲狀菌，體形較大，其發(fā)酵液大多采用過(guò)濾方法處理；而細(xì)菌和酵母菌為單細(xì)胞，體形較小，外形尺寸大多在110m范圍，其發(fā)酵液一般采用高速離心機(jī)分離。但若對(duì)其發(fā)酵液采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行預(yù)處理，則細(xì)菌和酵母菌發(fā)酵液也可采用過(guò)濾方法進(jìn)行固液分離。如生產(chǎn)菌菌體較小的氨基酸發(fā)酵液，采用絮凝和添加助濾劑等方法進(jìn)行預(yù)處理后可用板框過(guò)濾機(jī)或帶式過(guò)濾機(jī)進(jìn)行菌體分離。第二節(jié) 固液分離 一、發(fā)酵液的過(guò)濾 實(shí)現(xiàn)過(guò)濾操作的外力是過(guò)濾介質(zhì)兩側(cè)的壓力差，壓差可以通過(guò)重力、加壓、抽

26、真空來(lái)獲得。依據(jù)過(guò)濾介質(zhì)所起主要作用不同可分為：餅層過(guò)濾或深床過(guò)濾。依據(jù)提供外力的方式不同又可分為常壓過(guò)濾、真空抽濾。依據(jù)過(guò)濾時(shí)外加壓力和流速的不同，可分為：恒壓過(guò)濾，用壓縮空氣或真空作為推動(dòng)力；恒速過(guò)濾，通常用定容泵來(lái)輸送料液；變速-變壓過(guò)濾操作方式，用離心泵來(lái)實(shí)現(xiàn)。在生化產(chǎn)品的生產(chǎn)中，真空抽濾應(yīng)用較多。 第二節(jié) 固液分離 在深床過(guò)濾中，過(guò)濾介質(zhì)起主要過(guò)濾作用。所用介質(zhì)為硅藻土、砂、顆粒活性炭、玻璃珠、塑料顆粒、燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)金屬等，填充于過(guò)濾器內(nèi)構(gòu)成過(guò)濾層。當(dāng)懸浮液通過(guò)過(guò)濾層時(shí)，固體顆粒被阻攔或吸附在濾層顆粒上，使濾液得以澄清。這種方法適合于固體含量少于0.001g/mL，顆粒直徑在(51

27、00)m的懸浮液的過(guò)濾分離，如河水、麥芽汁、酒類和飲料的過(guò)濾澄清。第二節(jié) 固液分離 在餅層過(guò)濾中，沉積于過(guò)濾介質(zhì)上的餅層起主要過(guò)濾作用。過(guò)濾介質(zhì)為濾布，包括天然或合成纖維織布、金屬織布、石棉板、玻璃纖維紙等。當(dāng)懸浮液通過(guò)濾布時(shí)，固體顆粒被濾布所阻攔而逐漸形成濾餅，濾餅至一定厚度時(shí)即起過(guò)濾作用，此時(shí)濾布主要起支撐作用。這種方法常用于分離固體含量大于0.001g/mL的懸浮液。一個(gè)完整的餅層過(guò)濾過(guò)程主要包括三個(gè)步驟：濾餅的形成；濾餅的洗滌；濾餅的清除。濾餅的形成是從被處理的料液接觸過(guò)濾介質(zhì)時(shí)開(kāi)始的，隨著過(guò)濾時(shí)間的增長(zhǎng)，餅層厚度逐漸增大；濾餅的洗滌是回收餅層中的有用物質(zhì)或者是除去餅層中的雜質(zhì)，洗滌液

28、的體積與流速?zèng)Q定著回收率的高低及洗滌時(shí)間的長(zhǎng)短；濾餅的清除主要是在過(guò)濾一定時(shí)間后，過(guò)濾阻力增大，濾速明顯減小時(shí)，將餅層從過(guò)濾介質(zhì)上除去，以便使過(guò)濾能夠在較高過(guò)濾速度下進(jìn)行。 第二節(jié) 固液分離 1.發(fā)酵液的過(guò)濾特性和濾餅的比阻 微生物發(fā)酵液多屬于非牛頓型流體，濾渣為可壓縮性的。衡量過(guò)濾特性的主要指標(biāo)是濾餅的質(zhì)量比阻rB，它表示的是單位濾餅厚度的阻力系數(shù)，與濾餅的結(jié)構(gòu)特性有關(guān)。對(duì)于不可壓縮濾餅，比阻值是常數(shù)。對(duì)于可壓縮濾餅，比阻是操作壓力的函數(shù)，可用下式表示 （1-1） 式中 r不可壓縮濾餅的比阻，對(duì)一定的料液其值為常數(shù)； m壓縮指數(shù)，一般取0.50.8，對(duì)于不可壓縮性濾餅為0； P壓力差，Pa。

29、第二節(jié) 固液分離 發(fā)酵液濾餅的比阻與一般可壓縮濾餅相比，有其特殊性。一般可壓縮濾餅的比阻是操作壓力的函數(shù)，在不變的壓差之下，濾餅比阻是一定值，即在不變壓力差下過(guò)濾時(shí)，過(guò)濾速度的逐漸下降是由于濾餅厚度的逐漸增加所致，而作為單位濾餅厚度的過(guò)濾阻力即濾餅的比阻是不變的。 但對(duì)于發(fā)酵液濾餅，即使在恒定的操作壓差下，當(dāng)濾餅中所含固形物濃度達(dá)到某一界限值時(shí)，濾餅的比阻就不是一定值，而會(huì)突然升高。因此過(guò)濾速度不但隨濾餅厚度的增加而下降，還會(huì)因?yàn)V餅比阻的突然升高而額外下降。奧爾洛夫斯基很早以前曾提出過(guò)假設(shè)，認(rèn)為這是由于有機(jī)物質(zhì)的膠體粒子借靜電吸引而結(jié)合的水分子所致。對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理，也可以降低結(jié)合水的百分率

30、，提高自由水的百分率，使發(fā)酵液濾餅更接近一般可壓縮濾餅的性質(zhì)。第二節(jié) 固液分離 對(duì)于可壓縮濾餅，如果過(guò)濾介質(zhì)的阻力相對(duì)較小，可以忽略不計(jì)，則恒壓下的過(guò)濾方程式為 （1-2）式中 q到瞬間時(shí)，通過(guò)單位過(guò)濾面積的濾液量，m3/m2； P過(guò)濾壓力差，Pa； rB濾餅的質(zhì)量比阻，m/kg； XB通過(guò)單位體積濾液所形成的濾渣質(zhì)量，kg/m3； 過(guò)濾時(shí)間，s； 濾液粘度，Pas。 第二節(jié) 固液分離 質(zhì)量比阻可根據(jù)式（5-2），利用圖解法求得，以/ q為縱坐標(biāo)，以q為橫坐標(biāo)所得的直線斜率為M，則rB可按下式進(jìn)行計(jì)算： （1-3） 根據(jù)濾餅的質(zhì)量比阻，可以衡量各種不同發(fā)酵液過(guò)濾的難易程度。 第二節(jié) 固液分離

31、2影響過(guò)濾性能的因素 影響過(guò)濾性能的因素很多，主要有： （1）混合物中懸浮微粒的性質(zhì)和大小 一般情況下，懸浮微粒越大，粒子越堅(jiān)硬，大小越均勻，固液分離越容易，過(guò)濾速度越大。如發(fā)酵液中的細(xì)菌菌體較小，分離較困難，過(guò)濾速度就會(huì)相對(duì)減?。欢z體粒子通常懸浮于流體中，必須運(yùn)用凝聚與絮凝技術(shù)，增大懸浮粒子的體積，以利于固液分離，從而獲得澄清的濾液。 第二節(jié) 固液分離 （2）混合液的粘度 流體的流動(dòng)特性對(duì)固液分離影響很大，其中流體的粘度越大，固液分離越困難，過(guò)濾速度就會(huì)降低。通常混合液的粘度與其組成和濃度密切相關(guān)，組成越復(fù)雜，濃度越高，其粘度越大。在微生物發(fā)酵制藥生產(chǎn)中，菌體種類和濃度不同，其粘度差別很大

32、。另外，培養(yǎng)基中若用淀粉作碳源，黃豆餅作氮源，其發(fā)酵液的粘度也較大。若發(fā)酵終點(diǎn)控制不當(dāng)，菌體發(fā)生自溶，也會(huì)使發(fā)酵液變粘。 第二節(jié) 固液分離 （3）操作條件 固液分離操作中溫度、pH、操作壓力、濾餅厚度等的控制也會(huì)影響固液分離速率。溫度升高，流體粘度降低；調(diào)整pH，也可改變流體粘度，從而使固液分離效率得到提高。提高操作壓力一般可提高過(guò)濾速度，但如果濾餅的可壓縮性較大時(shí)，提高壓力往往會(huì)使濾餅進(jìn)一步壓縮，過(guò)濾阻力增大，反而使濾速下降。降低濾餅層的厚度會(huì)減小過(guò)濾阻力，提高濾速。 第二節(jié) 固液分離 （4）助濾劑的使用 當(dāng)固體顆粒易受壓變形時(shí)，采用一般過(guò)濾分離很困難，常采用加助濾劑的方式，以順利完成過(guò)濾分

33、離操作。助濾劑是一種不可壓縮的多孔微粒，它能使濾餅疏松，濾速增大。助濾劑使用可使懸浮液中大量的細(xì)微膠體粒子被吸附到助濾劑的表面上，從而使濾餅的可壓縮性下降，過(guò)濾阻力降低。助濾劑的選擇以不吸附或少吸附目標(biāo)產(chǎn)品為準(zhǔn)。 （5）固液分離設(shè)備和技術(shù) 采用不同的固液分離技術(shù)，如過(guò)濾、沉降和離心分離，其分離效果不同；同一種分離技術(shù)，選用的設(shè)備結(jié)構(gòu)、型號(hào)不同，其分離效果也不同。在選擇固液分離設(shè)備時(shí)，要根據(jù)被分離混合物的性質(zhì)、分離要求、操作條件等因素綜合考慮。 第二節(jié) 固液分離 3改善過(guò)濾性能的方法 在生產(chǎn)中常會(huì)遇到難以過(guò)濾的發(fā)酵液，因此需要通過(guò)改善過(guò)濾性能，降低濾餅比阻的方法來(lái)提高過(guò)濾速率，工藝上一般采用降低

34、混合液粘度的方法、增大被分離顆粒的粒度或者在混合液中加入助濾劑的方法、提高離心機(jī)的轉(zhuǎn)速或提高操作壓力、增大真空度、降低濾餅層的厚度，或除去濾餅等方法以改善過(guò)濾性能。 4過(guò)濾設(shè)備 工業(yè)上較為常用的過(guò)濾設(shè)備有板框過(guò)濾機(jī)、真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)。 第二節(jié) 固液分離 板框過(guò)濾機(jī)主要用于培養(yǎng)基制備的過(guò)濾及霉菌、放線菌、酵母菌和細(xì)菌等多種發(fā)酵液的固液分離，比較適合固體含量1%10%的懸浮液的分離。板框過(guò)濾機(jī)過(guò)濾面積大，過(guò)濾推動(dòng)力能大幅度調(diào)整，能耐受較高的壓力差，固相含水分低，能適應(yīng)不同過(guò)濾特性的發(fā)酵液的過(guò)濾。自動(dòng)板框過(guò)濾機(jī)，由于使板框的拆裝、濾餅卸出和濾布的清洗等操作都能自動(dòng)進(jìn)行，正逐漸替代傳統(tǒng)手工操作板框過(guò)濾機(jī)

35、。 真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)特別適合于固體含量較大（10%）的懸浮液的分離，由于受推動(dòng)力(真空度)的限制，真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)一般不適合于菌體較小和粘度較大的細(xì)菌發(fā)酵液的過(guò)濾，而且采用真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)過(guò)濾所得固相的干度不如加壓過(guò)濾。目前，在標(biāo)準(zhǔn)型轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)的基礎(chǔ)上，又開(kāi)發(fā)出一些新設(shè)備，如無(wú)格式轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)、濾布循環(huán)行進(jìn)式（RCF）轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)等。新機(jī)型的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、單位面積過(guò)濾能力大、洗滌能力強(qiáng)、效率高。 第二節(jié) 固液分離 二、離心分離 離心分離是基于固體顆粒和周圍液體密度存在差異，在離心場(chǎng)中使不同密度的固體顆粒加速沉降的分離過(guò)程。離心分離在生物產(chǎn)品分離中應(yīng)用十分廣泛，與其它固液分離方法相比，離心分

36、離具有分離速率快、分離效率高、液相澄清度好等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是設(shè)備投資高、能耗大，此外連續(xù)排料時(shí)固相干度不如過(guò)濾設(shè)備。按作用原理不同，離心分離可分為離心沉降和離心過(guò)濾兩種方式。 第二節(jié) 固液分離 1離心沉降 離心沉降在實(shí)現(xiàn)固液分離時(shí)，不需要過(guò)濾介質(zhì)，離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓上不開(kāi)設(shè)小孔，在離心力的作用下，物料按密度的大小不同分層沉降而得以分離，可用于液-固、液-液、液-液-固物料的分離。工業(yè)上較為常用離心沉降設(shè)備有管式離心機(jī)和傾析式離心機(jī)。 管式離心機(jī)的分離因數(shù)高達(dá)104-（6105），除可用于微生物細(xì)胞的分離外，還可用于細(xì)胞碎片、細(xì)胞器、病毒、蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的分離。但由于管式離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓直徑較小，容

37、量有限，因而生產(chǎn)能力較小。管式離心機(jī)可用于固-液、液-液分離，用于液-液分離時(shí)為連續(xù)操作，用于固液分離時(shí)則為間歇操作。一般適合于分離固形物含量1%發(fā)酵液的分離。 第二節(jié) 固液分離 傾析式離心機(jī)的分離因數(shù)較低，大多在15003000，一般適合于處理含固形物較多的懸浮液的分離。不適合于細(xì)菌、酵母菌等微小微生物的懸浮液的分離。液相的澄清度也相對(duì)較差。2.離心過(guò)濾 離心過(guò)濾在實(shí)現(xiàn)固液分離時(shí)，需要過(guò)濾介質(zhì)，離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓上開(kāi)有小孔，在離心力的作用下，液體穿過(guò)過(guò)濾介質(zhì)經(jīng)轉(zhuǎn)鼓上的小孔流出，固體則吸附在濾布上形成濾餅層，從而實(shí)現(xiàn)固液的分離。以后液體要依次流經(jīng)餅層、濾布再經(jīng)小孔排出，濾餅層隨過(guò)濾時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸加

38、厚，至一定厚度后停止過(guò)濾，進(jìn)行卸料處理后再轉(zhuǎn)入過(guò)濾操作。工業(yè)上較為常見(jiàn)的離心過(guò)濾設(shè)備是碟片式離心機(jī)。 第二節(jié) 固液分離 碟片式離心機(jī)的分離因數(shù)為100020000，適應(yīng)于含細(xì)菌、酵母菌、放線菌等多種微生物細(xì)胞的懸浮液及細(xì)胞碎片懸浮液的分離。它的生產(chǎn)能力較大，最大允許處理量達(dá)300m3/h，一般用于大規(guī)模的分離過(guò)程。 三、其它固液分離方法 1.切向流過(guò)濾 在一般過(guò)濾中，濾液的流動(dòng)方向與濾餅基本垂直，稱為封頭過(guò)濾（Dead-End Filtration）。當(dāng)采用這種方式來(lái)分離細(xì)菌、細(xì)胞碎片、蛋白質(zhì)等懸殊浮液時(shí)，由于其固體顆粒細(xì)微，可壓縮性大，所形成的濾餅阻力大，隨著過(guò)濾的進(jìn)行，過(guò)濾速度迅速下降。 第二節(jié) 固液分