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?发酵液过滤方案是怎么做的?

发布日期:2021-06-23 浏览次数:70

膜是一种具有特殊选择性分离功能的无机或高分子材料,它能把流体分隔成不相通的两个部分,使其中的一种或几种物质能透过,而将其它物质分离出来。膜分离技术以其高效、节能、环保和分子级过滤等特性,己广泛地应用于医药、水处理、化工、电子、食品加工等领域,成为本世纪分离科学中最重要技术之一。被公认为21世纪最重大产业技术之一的膜技术,是一种新兴的绿色工业科技。


无机陶瓷膜分离技术是基于多孔陶瓷介质的筛分效应而进行的物质分离技术,采用与传统“死端过滤”“滤饼过滤”等过滤方式截然不同的动态“错流过滤”方式:

即在压力驱动下,原料液在膜管内侧膜层表面以一定的流速高速流动,小分子物质(液体)沿与之垂直方向透过微孔膜,大分子物质(或固体颗粒)被膜截留,使流体达到分离浓缩和纯化的目的。


建立于无机材料科学基础上的无机陶瓷膜具有聚合物分离膜所无法比拟的一些优点:耐高温,可实现在线消毒;化学稳定性好,能抗微生物降解。对于有机溶剂、腐蚀气体和微生物侵蚀表现良好的稳定性。机械强度高,耐高压,有良好的耐磨耐冲刷性能;孔径分布窄,分离性能好,渗透量大,可反复清洗再生,使用寿命长。

【陶瓷膜电镜微观图】


一、发酵液过滤陶瓷膜分离系统优势

1、分离精度高,透过液澄清透明,大大减轻后续处理难度无机陶瓷膜是在大孔径的支撑体表面涂覆上4-6微米厚的致密的微孔膜层复合而成,独特的膜层配方配以复杂严格的高温烧结工艺,使得膜层的孔径分布很窄,绝对精度很高。采用膜系统大大简化了提取工艺,减小了废水排放量,提升了产品质量。


2、孔径多样化,适应不同种类物料的处理要求各种规格的膜过滤孔径,涵盖了从Inm-1。24 m的超滤、微滤膜甚至纳滤膜,同时大小不同形状各一的膜通道设计也为客户在针对不同物料、不同处理目的时提供了多种选择,保证了工艺的灵活性;可以针对高含固量、高粘度的药液进行高倍数浓缩,从而大大减轻后续提取得运行负荷。


3、可大幅度提高产品收率膜过滤过程是动态的错流过滤过程,因此不可能像板框过滤、离心过滤过程样滤渣固含量很高,但是通过“借流过滤+透析”的方式可以最大限度的收集滤渣中的有效成分,提高产品的收率,针对不同的产品以及加水透析工艺,产品的收率可控制在95%~98%。


5、独特先进的制膜配方,膜元件耐酸碱极佳,膜使用寿命长自主知识产权的膜制备工艺技术、高质量的原材料、每年投入到新产品研发的大量人力物力以及严格的质量管理体系,陶瓷膜产品的质量上得到了有力的保证。

经破坏性试验表明,陶瓷膜元件使用寿命在正常使用环境下可达4年以上。


膜孔径呈不对称分布,衰减慢,可维持高通量过滤由于膜支撑体材质为99%Al2O3,在18σ0℃高温下烧结时收缩性小,支撑体孔径相对于AlO3TO2zrO2混合材料烧结而成的支撑体孔径更大更均匀,膜元件孔径的不对称性更大,因此错流过滤时膜的污染更低,更容易清洗。


6、废水排放量大大减小,废水C0D中显著降低,减轻环保压力优化的膜系统设计,最大可能的减小了传统工艺中废水排放量大的缺点常温密闭操作,保证了产品活性所处理物料在管道和膜腔内循环过程中完成物料的分离过程,不直接与大气接触,不会发生泄漏


7、膜元件强度高,耐磨性好髙温烧结而成无杋材料对于髙速流动的物料耐磨性极佳,膜层不变形,不存在压密现象,避免了高分子有机超滤微滤膜耐磨性差、膜层易损坏等缺点


8、PLG上位机全自动化控制,操作简单,极大的降低了劳动强度,易于膜的清洗和维护


9、膜材料及辅助设备材料均为无污染材料,满足卫生级需求;

10、膜设备制作紧凑美观,布局合理,占地面积小。



二、专业名词和术语


陶瓷膜元件:指装在不锈钢组件中的白色陶瓷膜管,起分离功能的核心分离介质;


膜组件:用以集中安装陶瓷膜元件的不锈钢压力容器,每套组件内装有多只膜元件,靠密封圈实现膜与组件间的密封;


花盘:不锈钢材组件上下有多个孔的园盘,靠螺栓与下花盘紧固;


集液腔:两组并联组件间的连接腔体;


错流过滤:英文 CROSS FLOW FILTRATION滤过清液流动的方向与进料液流动方向垂直;


膜面流速:指物料在陶瓷膜元件通道内膜层表面流动的速度;


截留分子量:衡量陶瓷膜孔径大小的参数之一,定性的表征膜层对物料中不同分子量组分的截留情况,用道尔顿表示,英文为 Dalton,Mocular Weight Cut-Off MWCO

微滤:膜层的孔径在1。2~0。1微米的膜过滤过程;

超滤:膜层的孔径在0。05~0。01微米的膜过滤过程;

渗透液:指透过膜层的澄清的液体;

浓缩液:

被膜层截留后反复在膜系统中循环过滤后残留的物质,主要是不溶性的菌体,多糖,蛋白,杂质等;


跨膜压差:衡量膜过滤所需驱动压力的大小TMP=(P1+P2) /2-P3

P1为物料进口压力

P2为物料循环压力

P3为渗透侧出口压力


膜的水通量:衡量膜的过滤速度高低的一个主要参数,以纯净水为测试溶液用Q25表示,即在温度为25℃,单位膜面积每小时流过透过的体积升数,单位为升/平方米。小时Q2s=V×K/(TMP XS)l/m2。h V为测定水流量,单位:/h K为温度校正系数,温度校正系数见表1S为膜过滤面积,单位:m2


浓缩倍数:指进:料液通过膜过滤过程后体积减小的倍数时/V2-V1/(V1-V3)V1总进料体积V2浓缩液体积V3渗透液体积循环泵:提供物料在通道内侧膜层表面高速流动的流速和压力,通过调节循环泵变频器的频率可以调节膜循环系统的压力从而调节系统的渗透量大小;

供料泵:向膜系统内补充因浓缩液和渗透液排放减少的料液,同时通过调节供料出口与膜主机补料口之间的阀门可以调节膜循环系统的压力从而调节系统的渗透量大小。

Q1=Q2+Q3Q1供料泵输出流量Q2渗透量Q3 浓缩液排放量


三、设计依据

1、料液名称及性质:枯草芽孢杆菌或苏云金芽孢杆菌发酵液(营养基玉米淀粉、葡萄糖、豆粕等)。其直径约为0。8---1。2um,具有热敏性(80℃以下安全)

2、处理量和处理目的处理量:15m/d 处理时间:膜过滤时间8小时浓缩倍数:6倍处理目的:去除发酵液中的水份

3、原料液物性指标过滤液温度:常温固含物:4~5%过滤液PH值:79悬浮物含量:70%含盐量:小于0。5%粘度:250厘泊(变化值)

4、设计加工参照标准按照国家或主管部部颁标准和承制工厂通行的标准进行设计、加工、制造、装配、安装、检查等。

相关国家标准或规范如下:

JB/ZQ4000。3-86焊接件通用技术条件JB2932-86水处理设备制造技术条件GB50236-98现场设备工业管道焊接施工及验收规范GB5083-85生产设备安全卫生设计总则GB50093-2002自动化仪表工程施工及验收规范GB14048。5-93机电式控制电路电器GB。J17-88钢结构设计规范

5、无机陶瓷膜元件与组件外形尺寸参数陶瓷膜a)陶瓷膜元件(打勾所指)

形状:多通道圆柱形,圆形通道

材质:99%AI2O3

长度:1016mm

外径: Φ30mm

通道:19通道- Φ4.0mm


过滤孔径:50nm

有效膜面积:0.24㎡



四、工艺流程


待处理的发酵液用振荡筛处理,将发酵液中的较大颗粒状、纤维状等杂质去除后再进入原料罐。原料罐中的料液通过供料泵打入陶瓷膜系统中,浓缩至6倍时停机,排空原料罐及设备内的料液,进入洗膜程序

陶瓷膜膜过滤系统的浓液侧管路装有自动调节阀,用于控制浓缩液的流量及设浓液备运行压力。在此系统中,通过控制浓缩液流量来确保膜表面的流速保持在 4~5m/s,从而可以防止膜的污染、保持膜通量的稳定,供料泵的供料量控制、循环泵启停控工艺示意图制均采用变频调速器来实现。上述所有流量、压力的控制均进入PLC实现自动控制。

在生产过程中,一些纤维、鞣质、淀粉、胶体等会积累在膜的表面形成污染层,并有少量进入其多孔陶瓷支撑体内,从而减使膜的过滤通量减小;为了恢复陶瓷膜的过滤性能,系统必须进行CIP清洗。本系统配备了三个清洗罐,分别为酸罐、碱罐和热水罐,用以配制清洗液和进行膜清洗操作。



五、膜清洗和再生膜元件使用一段时间后,料液中的各种组分均有可能在膜的内部和表面形成堵塞,提取液中对膜的污染源主要是胶体、蛋白、纤维等。这些吸附在膜层表面和膜内部的污染物如不及时去除,将大大的影响膜的过滤性能,主要表现为过滤通量大大衰减。因此必须周期性的对膜进行清洗再生以恢复膜元件的过滤性能。


滤膜是否能够耐受污染并且能否便捷经济的再生恢复是判定膜过滤过程可靠性和经济性的一项至关重要的指标!


膜清洗方法通常可分为物理方法和化学方法,物理方法是指采用高流速水冲洗,海绵球机械清洗等去除污染物,化学方法是采用对膜材料本身没有破坏、对污染物有溶解作用或置换作用的化学试剂对膜进行清洗。

无机膜以其优异的化学稳定性和高的机械强度可采用更广泛的清洗方法进行清洗,理论上可以不用考虑清洗剂对膜材质本身的影响而采用任何化学试剂对膜进行清洗,但是鉴于清洗费用以及陶瓷材料在高温下的耐酸碱性,一般仅需要浓度为1~2%普通酸碱清洗剂即可使膜的性能恢复,相对于有机高分子膜而言无机膜性能的清洗可恢复性、清洗费用等具有很大优势。


发酵液体系中对膜形成的污染源:多糖、胶体、细胞碎片、淀粉、油脂、无机盐垢等