生物工程下游工艺之过滤(2)

                                                                                                   时间: 2024-03-03 12:41:54   作者: 卧螺离心机

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生物工程下游工艺之过滤(2)

  上一篇,我们大概说了一些相对常规的颗粒过滤器,虽然常规,但是在生物领域和其它很多地方也多有应用,如果不够系统,那么肯定会有走弯路的状况,所以,无论如何,为人为己,都应该充实自己,这样才可以做到君子坦荡荡。我们书接上回,继续说说生物过程中别的过滤工艺。

  实际上,离心过滤(Centrifugal filters)也属于颗粒过滤的范畴,这里和后面一样,单列出来,以利于分类学习罢了。在生物提取纯化路线中,提到比较多的一个手段,其中一个就是离心过滤,很多人就简称为离心。离心过滤大致上可以分为两大类,分别是过滤(filtrating)和沉降(sedimenting),有必要注意一下的是,所有过滤离心机均由圆柱形或圆锥形的旋转篮组成,分离的固体从旋转篮的开口端连续或间歇地排出。

  俗称三足式离心机,这应该是工业里见的比较多的离心机类型,主要是简单和便宜。它的工作原理是将进入到篮内的料液也一同加速,里面的固体因为离心力被径向拉离,并被篮子的内壁收集;而透过的液体穿过篮壁,沿着外壳收集并排出。这种常规的离心机,有个缺点,就是卸料的时候,必须将离心机完全停止,生产的全部过程不连贯。所以,为了优化这种工艺,就衍生出了下面几种离心机:

  上图依次是袋式离心机(Bag centrifuge)、翻袋离心机(Inverting filter centrifuge)和刮刀卸料离心机(Scraper discharge centrifuge 更多的写法是 Peeler centrifuge)。袋式离心机通俗的也叫吊袋(拉袋)式离心机,它能轻松实现将袋子和滤饼一起吊离出来;翻袋离心机通过推动内部的滤袋,将滤袋内外反转,实现了将滤饼与滤布分离,进而达到排出滤饼和清洗等一系列自动操作;刮刀卸料离心机分为立式和卧式两种,上图为立式,安装在机器顶部的刮刀,将滤饼刮下来,进而实现阶段性连续出渣的目的。根据出渣的方式,这里,刮刀卸料离心机又多了几种型式:

  气动卸料离心机(Pneumatic discharge centrifuge)和常规刮刀卸料离心机不同的地方在于,它使用了真空管,将滤渣从篮子中吸走,然后由气动输送系统输送到下一个工序。常规的刮刀卸料离心机,国内企业的产品的名字,搞了一堆堆,倒是在真正的干货上,这种高端一点的,倒是见的很少。

  卧式刮刀卸料离心机(horizontal peeler centrifuge)很典型的配置特点是,其安装在机器顶部的刮刀,将滤饼刮下来,同时,在中部配置的螺旋输送机,将滤渣从机器顶端排出。这种机器还可以设计成更多的气密要求,进而实现通过引入压缩空气和惰性气体等,实现更多的过滤需求。有些卧式刮刀离心机还通过巧妙的设计,在转鼓外设置了虹吸区,这样一来,虹吸产生的负压无形中又增加了过滤的推动力,所以,有些人又将这种机器叫做虹吸刮刀卸料离心机(siphon peeler centrifuge)。

  筛网涡旋离心机(Screen scroll centrifuge)通常用于连续过程,典型的筛网涡旋离心机,很明显,其内部配置了筛网和两个不同直径的转鼓。它的工作原理通过筛篮的倾斜度和刮刀蜗杆的稍有不同的速度,将进料从小圆锥篮端输送到大篮。这种机器用在选煤、选矿上比较多,但是食品领域也有应用,老沙弥倒没见过,所以下了个视频学习了下,万一用得着,不至于抓瞎。这种机器也有立式和卧式,这里就不另外放图了,放个卧式的原理图吧。

  推料离心机(Pusher centrifuge)单看外形和一些卧式刮刀卸料离心机有些相似的地方,但是其内部有很明显的不同:其内部有2个篮筐。在工作过程中,第一级篮筐会向前推动,将第二级篮筐上的滤渣向前推出离心机,进而实现连续运行的目的。这种机器应用在晶体较好的地方,可以大幅度提高工作效率,所以,回过来看,如果你没做好结晶系统的设计,那么你只能被迫选择那些初级的离心机类型。

  沉降离心机(Sedimenting centrifuge)的外观与过滤离心机形似,并且有许多相似的核心部件; 但是和上面的过滤类型离心机相比,它们不包含任何形式的过滤介质。沉降离心机通过旋转,产生离心力,大颗粒比小颗粒沉降的速度更快,进而实现两相的分离。很常见的沉降离心机有:

  卧螺离心机(Decanter centrifuge)国内也叫螺旋卸料沉降离心机,估计是从Scroll-discharge sedimenting centrifuge这一个名字上翻译过来的。它也是利用沉降的速度差异,来实现液固分离的。卧螺离心机还能够适用于三相分离,比如将不同密度且不能混合的两种液体(例如油和水)从固相中分离出来。卧螺离心机连续、卫生、处理量大,但能不能合理选用,这才是体现水平的地方。

  碟片离心机(Disc stack centrifuge)转鼓内部有很多的碟片,非常快速地旋转的碟片,对内部的料液施加甚至超过10000G的加速度,继而实现轻重相间的物料分离。这种机型在生物领域应用也很多,比如在酵母、海藻、蛋白质分离等等。常规的碟式分离机,其内部固体被截留,一段时间后,需要对其进行清理。为此,一些碟式分离机因应需要在底端设置了喷嘴,实现了连续排渣的功能,这两种分离机又因其功能不同,有不同的名字:固体截留和喷嘴离心机,但,都同属碟式离心机。它也和卧螺离心机一样,可以对两相或者三相的料液进行分离。

  1、在生物工程下游工艺里面,离心工艺可以胜任的其中一个原因是碟式分离机的典型应用,它能处理类似从0.1–100 μm的固液分离;

  2、其它应用类型的离心工艺设备,更多的在近似下游工艺末端使用,比如结晶产品的分离和废水的处理等等;

  3、设备工艺原理相同,并不意味着品质相同。国内有些离心产品还存在空白,有些产品已经成型很久,但应用性能可能还有很大的不同,需要仔细斟酌。

  老沙弥尽可能每次都能给大家伙儿一起来分享点东西,这次对应分享的是《卧螺离心机手册》,是英文版,希望对国内设计和制造卧螺离心机的人有些帮助。老规矩,为避免文章假分享,想获取的,将文章分享朋友圈并获赞5个以上,就可以获得上述书籍。