THU HỒI SẢN PHẨM TRONG CÁC QUÁ TRÌNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Chia sẻ: Pham Khanh Dung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:105

Thêm vào BST

Báo xấu

233
lượt xem 43
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong rất nhiều trường hợp, bước đầu tiên trong quá trình thu hồi sản phẩm là phân tách lỏng – rắn, một phương pháp phân tách cơ học để phân tách 1 hệ dị thể. Phương pháp phân tách dựa vào sự khác nhau về tính chất vật lý của pha rắn và pha lỏng như kích thước, hình dạng và tỉ trọng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: THU HỒI SẢN PHẨM TRONG CÁC QUÁ TRÌNH ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC

THU HỒI SẢN PHẨM TRONG CÁC QUÁ TRÌNH ỨNG DỤNG CÁC QUÁ TRÌNH NG CÔNG NGHỆ SINH HỌC CÔNG TS. VŨ HỒNG THẮNG Bộ môn CN Lên men, Trường ĐHBK Hà Nội CN Lên men Tr Hà
4. Phân tách lỏng-rắn 4. Ph Phương pháp lọc thông thường Ph Phương pháp lắng gạn và ly tâm
Phân Phân tách lỏng – rắn Trong Trong rất nhiều trường hợp, bước đầu tiên trong quá trình thu hồi sản phẩm là phân tách lỏng – rắn, một phương pháp phân tách cơ học để phân tách 1 hệ dị thể. Ph Phương pháp phân tách dựa vào sự khác nhau về tính chất vật lý của pha rắn và pha lỏng như kích thước, hình dạng và tỉ trọng. Hai nguyên lý sau đây thường được áp dụng: ng. ng: - Giữ lại pha rắn bằng rây, sàng hoặc vật liệu lọc; - Sử dụng sự khác nhau về tốc độ lắng của hạt rắn khi di chuyển trong pha lỏng. Quá trình này có thể được thực hiện nhờ trọng lực (lắng) hay tác động 1 ngoại lực (ly tâm). tâm).
Phân Phân tách lỏng – rắn bằng phương pháp lọc - Lọc là kỹ thuật phân tách lỏng – rắn ra thành 2 pha riêng biệt: pha rắn – bã (cake) và pha lỏng – dịch lọc (filtrate) - Khi lọc dịch lên men thì sinh khối tế bào vi sinh vật cũng chính là 1 Khi lớp trợ lọc.
Các Các loại vật liệu lọc Vật liệu lọc Ví dụ Tấm kim loại Kim loại nung có lỗ; sợi kim loại dệt Vải dệt Vải bông, vải tổng hợp Tấm không dệt Giấy (cellulose), sợi thủy tinh Sứ Silica, oxyt nhôm ... Tấm tổng hợp Màng tổng hợp
Nguyên Nguyên lý cơ bản của quá trình lọc Định luật Darcy: Δp = η (rc + rm )Φ V'' (1) Trong đó: Δp là chênh lệc áp suất (Nm-2); η là độ nhớt động học; rc , rm là trở lực lọc của bã và vật liệu lọc (m-1); Φ V là lưu lượng (ms-1) và được biểu diễn như sau: '' dV 1 (2) ΦV = '' dt A với A là diện tích bề mặt lọc (m2) và V là thể tích dịch lọc (m3)
Nguyên Nguyên lý cơ bản của quá trình lọc Trở lực lọc tỉ lệ với lượng bã tạo thành nên có thể biểu diễn: rc = αw (3 ) với w là lượng bã trên 1 đơn vị diện tích (kgm-2) và α là trở lực lọc riêng (mkg-1). Thay vào (1) và (2) ta có: ΔpA dV = (4) dt αηw + ηrm Phương trình (4) biểu diễn lượng bã tạo thành trên 1 đơn vị diện tích bề mặt lọc theo thời gian. Khi biết nồng độ chất rắn C trong dịch cần lọc thì ta có thể biểu diễn: wA = CV, do đó (4) có thể biểu diễn như sau: dt αηCV ηrm =2 + (5) A Δp AΔp dV
Nguyên Nguyên lý cơ bản của quá trình lọc Giải phương trình (5) ta được: ηrm αηC t= V2 + V AΔp 2 A Δp 2 t = aV + b hay V αηC a= với , 2 A 2 Δp ηrm b= AΔp
Lọc trống quay chân không Thường được sử dụng để xử lý dịch lên men dùng nấm men và nấm mốc. Tr Trống quay có 1 phần đi qua dịch huyền phù, phần bã rắn bị giữ lại trên vải lọc còn phần dịch lọc trong được hút chân không vào phía trong đến bộ phận thu gom. gom. Bã Bã sẽ bị khô và được tách ra bằng bộ phận cạo bã với kiểu trục quay hoặc sợi cho bã khô và kiểu dao cạo cho bã dính. dính.
Má Máy lọc trống hút chân không
Các Các kiểu lấy bã
Máy lọc khung bản Feed
Máy lọc ép khung bản Máy
Các Các yếu tố ảnh hưởng đến trở lực lọc riêng Lo Loại tế bào sử dụng trong lên men; Kích Kích thước tế bào; pH pH dịch lên men; Th Thời gian lên men; Nhi Nhiệt độ dịch lên men. Trong thực tế, trở lực lọc được xác định bằng thực nghi nghiệm như là kết quả tác động của tất cả các yếu tố trên
Xử lý dịch lên men Nếu trở lực lọc riêng của lớp bã quá cao (α> 1014 mkg-1) thì dịch lên men phải được xử lý sơ bộ bằng cách bổ sung chất trợ lọc (0.5 – 5%, w/w) hoặc chất kết lắng (0.1 – 2%, w/w) vào. Chất trợ lọc, ví dụ như diatomit, perlite hay than hoạt tính có tác dụng hình thành 1 lớp bã ít bị nén chặt và chất lỏng dễ thấm qua trong quá trình lọc. Chất kết lắng là những chất điện ly (sulfat nhôm, polyacrylic hay polyamine) là những chất có điện tích dương nên tế bào, thường có điện tích âm hoặc trung tính sẽ dễ dàng bị kết lắng khi bổ sung chất kết lắng. Sau khi kết thúc quá trình lọc, bã lọc có thể được tái sử dụng bằng cách loại bỏ tạp chất, rửa và làm khô.
Mở rộng quy mô (scale up) thiết bị lọc khung bản Hai yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến quá trình mở rộng quy mô thiết bị là trở lực lớp bã và thể tích lớp bã. Xác định hệ số a, b trong phương trình lọc. Tính toán hiệu suất quá trình lọc ở quy mô lớn dựa vào phương trình lọc. Coi như các yếu tố khác không đổi, diện tích bề mặt lọc có thể mở rộng gấp 15 – 1000 lần. Thể tích bã lọc cũng có thể được sử dụng làm tiêu chí scale up (để tính thể tích và số lượng khung bản hoặc số lần lọc).
Phân Phân tách lỏng – rắn bằng phương pháp lắng gạn và ly tâm Khi chất rắn di chuyển trong môi trường lỏng dưới tác động của trọng lực thì sau 1 khoảng thời gian nhất định chúng sẽ đạt được 1 tốc độ không đổi lắng. Ứng dụng của lắng trong thu hồi sản phẩm của CNSH là hạn chế do thời gian tiến hành rất lâu và thiết bị lắng đòi hỏi kích thước rất lớn. Nếu thay thế trọng lực bằng lực ly tâm thì thời gian xử lý dịch rút ngắn rất nhiều cũng như thiết bị có kích thước nhỏ hơn nhiều thiết bị lắng.
Các Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng Fd Cá Các lực tác động lên hạt rắn (giả thiết là hình cầu) gồm: Trọng lực: F = π d 3 ρ g (1) Fb g p s 6 π Fb = d p ρ L g 3 Lực đẩy: (2) 6 Fd = 3πd pηv g Lực kéo: (3) Trong đó: dp là đường kính hạt (m); ρs là khối lượng riêng chất rắn (kg/m3); g là hằng số trọng trường (m/s2); ρL là khối lượng riêng chất Fg lỏng (kg/m3); η là độ nhớt động học (N/m2); vg là tốc độ lắng (m/s). Ta có: Fg = Fd + Fb (4) Thay 1, 2, 3 vào 4 ta có: 2 dp (ρ s − ρ L )g vg = 18η
Các Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng