81. Аппаратурное оформление фракционирования кж
При производстве микробных препаратов, целевых продуктов, выделяемых из кж или клеточной массы, первым этапом обработки кж является сепарация. В бт помышленности используют следующие методы разделения биомассы продуцентов и кж.
Флотация. Флотаторы различных конструкций работают по принципу декантации, откачивания или механического снятия слоя пены с концентрированной биомассой клеток. Повышение эффективности флотации достигается путем искусственного вспенивания кж ( барботаж, введение ПАВ – пенообразователей).
Фильтрация. В бт производствах для фракционирования кж применяют фильтр-прессы (ф/п), вакуум-фильтры, ленточные фильтры, мембранную технику. При использовании фильтров непрерывного действия их оснащают механическими или пневматическими устройствами для снятия осадка. Схема работы фильтров: суспензия подается на пористую перегородку, жидкая фаза проходит через перегородку, а твердая задерживается и образует слой осадка.
Наиболее перспективными явл. барабанные ф/п, в меньшей – ленточные. Барабанные исп. для отделения биомассы мко от кж. На них осуществляется фильтрование суспензий различной структуры (волокнистой, коллойдной, аморфной). Уд. производительность зависит от св-в суспензии, фильтруемого материала, обработки суспензии до фильтрования. Основным узлом барабанного фильтра явл. барабан, разделенный на несколько секций. За 1 оборот барабана каждая секция проходит 4 зоны. Под барабаном расположен поддон с вращающейся мешалкой. Кж подается в поддон. Фильтрование осуществляется в 4 зонах по ходу вращения барабана. В 1 зоне t=130-1400С, вакуум. Осадок оседает на фильтровальной ткани. Во 2 – происходит подсушивание осадка воздухом, кот. проходит через фильтр, забирая с собой влагу(t =54-550С). В 3 – промывка осадка за счет орошения водой (t=90-1000С). В 4 – разрыхление осадка воздухом (t=850С). Мембранную технику относят нетрадиционным способам обработки р-ров. Наибольшее применение получили гиперфильтрация и электродиализ. Гиперфильтрация – физ. способ разделения р-ра ч/з полупроницаемую мембрану. Размеры пор мембран 1 -8000нм. В зависимости от размера пор гиперфильтрацию разделяют на :
- обратный осмос (1-10нм)
- ультрафильтрация (10-100нм)
- микро - (100-1000нм)
- фильтрация (1000-8000нм).
Движущей силой процесса гиперфильтрации явл. давление. За счет давления, создаваемого на р-р, растворитель и компоненты, размеры молекул кот. меньше пор мембраны, проходят через нее. Компоненты с размерами молекул больше пор, задерживаются мембраной и происходит их концентрирование. При помощи микро - и ультрафильтрации разделяют суспензии и коллоидные р-ры. Мембраны задерживают ВМС и пропускают в фильтрат в-ва, образующие истинный р-р. При обратном осмосе задерживаются практически все компоненты, через мембрану проходят вода и некоторые одновалентные ионы. Происходит сгущение р-ра.
Электродиализ – процесс направленного переноса ионов через селективную мембрану под действием эл. поля. Сущность: ионитовые мембраны при контакте с р-ром электролита под действием эл. поля пропускает ионы одного заряда и служит барьером для ионов противоположного заряда. Электродиализ сочетает в себе понятия диализа, осмоса, электроосмоса и электролиза.
Диализ – перенос раствор. в-в за счет разности концентраций.
Осмос – перенос растворителя через мембрану в область с большим осмотическим давлением.
Электроосмос – перенос молекул растворителя мигрирующими ионами.
Электролиз – изменение хим. состава р-ра под действием эл. поля.
Механизм переноса ионов при электролизе: под действием эл. поля катиониты и аниониты через катионитовые и анионитовые мембраны переходят в рабочий р-р. При этом обрабатываемое сырье деминерализуется. В рабочем р-ре повышается конц. мин. солей. полученный концентрированный р-р смешивают с водой и получают рабочий р-р. Нужный процент деминерализации зависит от продолжительности их обработки. Достигнув необх. степени деминерализации сырье отправляют на переработку.
Мембраны, применяемые для электродиализа, д. б. нетоксичными, эластичными, мех. прочными, хим. и термостойкими, обладать хорошей проницаемостью (высокой по отношению к ионам солей, низкой к растворителю), высокой селективностью, набухаемостью, водопроницаемостью.
В пищ. пром. электродиализ применяют при производстве напитков для обессоливания сырья, удаления радиоактивных элементов. В мол. пром. его исп. для деминерализации мол. сыворотки.
Центробежное разделение на центрифугах и сепараторах. Используют фильтрующие и осадительные центрифуги, тарельчатые сепараторы, сверхцентрифуги (бактофуги).
Центрифугирование применяют для разделения эмульсий или суспензий. При выборе центрифуг учитывают их технические хар-ки, физ. св-ва обрабатываемого материала (вязкость жидкой фазы, дисперсность тв. фазы, концентрация). Также учитывают фактор разделения, кот. показывает во сколько раз ускорение центробежного поля центрифуги больше ускорения силы тяжести. Движущей силой центрифугирования явл. центробежная сила. Осадительные делятся на:
- осветляющие (очистка мало концентрированных суспензий с высокодисперсной тв. фазой)
- универсальные (разделение суспензий с малой и средней концентрацией тв. фазой)
- обезвоживающие (разделение высококонцентрированных грубых суспензий)
Сепараторы применяют для разделения эмульсий и суспензий в тонком слое под действием центробежной силы.
