71121

Экстракция и адсорбция. Флотация. Вакуум-выпарка

Лекция

Производство и промышленные технологии

Жидкость каждый раз отделяется на решётке а к сырью подаются новые порции растворителя и газ. Культуральную жидкость с аминокислотой пропускают через колонну. В вертикальной конструкции культуральная жидкость подаётся на разных уровнях.

Русский

2014-11-02

696 KB

1 чел.

Лекция 13

-Экстракция и адсорбция

- Флотация

- Вакуум-выпарка

Экстракция и аДсорбция

    Экстракция и растворение применяются для извлечения из микробной биомассы водорастворимых продуктов биосинтеза. Примером служит экстрагирование водорастворимых белковых ферментов на поверхности культуры микроскопических грибов после твёрдофазного поверхностного культивирования. Эта культура содержит от 67 до 78 % нерастворимых веществ. Внеклеточные ферменты извлекаются очень легко. Успех извлечения внутриклеточных ферментов зависит от степени проницаемости клеточных стенок.

    В процессе экстракции одновременно с продуктами в экстрагент переходят и другие растворимые вещества – аминокислоты. Соли, низкомолекулярные углеводороды. Обычно при экстракции сухие вещества исходной культуры переходят в раствор на 22-23 %, а ферменты – почти полностью. Экстракция часто осуществляется водопроводной водой при комнатной температуре 25-27ºC. Для этого применяются массообменные аппараты разных систем.

    Массообменные процессы называют также диффузионными. Скорость и полнота диффузионных процессов из твёрдой фазы в жидкую определяются внутренними и внешними факторами:

–  природа вещества и его взаимодействие с биомассой, развитость границы раздела фаз;

–  взаимодействие продукта с растворителем, зависящее от температуры.

    Рассмотрим несколько конструкций.

Диффузионная установка непрерывного действия представляет собой систему стальных колонн, соединённых последовательно переходными трубками. Под действием виброимпульсов измельчённая культура из бункера через дозатор поступает в первую колонну и заполняет пространство между ситами. Грибную культуру замачивают ферментной вытяжкой. В верхнюю

1

часть последней колонны насосом нагнетается нагретая вода, которая,  двигаясь навстречу грибной культуре, насыщается ферментом.

    Культура гриба движется последовательно через все колонны, а экстракт проходит противотоком через сита. Готовый экстракт направляют в фильтр в нижней части первой колонны, а затем – в отстойник.

    Часть очищенного экстракта направляется на дальнейшую переработку, а часть – на смачивание свежей культуры.

    Шнековый экстрактор перемещает твёрдую фазу вначале вниз, а затем – в подъёмную колонну. Противотоком подаётся вода.

    Колонные экстракторы непрерывного действия перемещают твёрдую фазу (солодовые ростки, высушенный мицелий гриба) через многочисленные зоны перемешивания и растворения к нижней разгрузочной камере и на транспортёр.

     Колонные экстракторы в гидролизных производствах для извлечения сахаров из гидролизованной древесины снабжаются устройствами автоматической транспортировки плавучего сырья из одной разделительной камеры в другую снизу вверх по вертикали. Жидкость каждый раз отделяется на решётке, а к сырью подаются новые порции растворителя и газ.

    Для очистки дрожжей от парафинов нефти применяют роторный экстрактор на 115 т/сут. Он имеет набор ячеек, которые вращаются по часовой стрелке. В основании ячеек – сита. Свежий экстрагент подаётся в ячейку, расположенную перед зоной выгрузки. Отобранный здесь экстрагент направляют в предыдущую ячейку и т.д. Осуществляется противоток.

    Для обработки волокнистых, пористых, легкодеформируемых осадков применяются экстракторы, в которых при передаче из одного сектора экстракции в другой масса отжимается. Конструкция сложная, но она себя оправдывает. С этой целью применяется также тонкослойная сепарация и центробежное поле.

    Конструкции совершенствуются в направлении равномерного распределения фаз, устранения застойных зон.

Адсорберы

    Адсорбцию применяют для получения кристаллических аминокислот и иммобилизованных ферментов. Для выделения и иммобилизации ферментов используют органические сорбенты – крахмал, целлюлозу, ионообменные смолы – или неорганические (цеолиты, гидроксид алюминия, силикагели). Для получения аминокислот применяют органические иониты.

                                                       2

     Сорбенты применяют в виде гранул. Аппараты периодического или непрерывного действия заполняют неподвижным или подвижным слоем сорбента. Применяют вертикальные адсорберы. Культуральную жидкость с аминокислотой пропускают через колонну. После насыщения сорбента его промывают водой и получают раствор а.к.

ФЛОТАТОРЫ

    Флотация при концентрировании дрожжей позволяет по сравнению с методом сепарирования существенно (в 4-6 раз) снизить энергетические затраты, обеспечить непрерывность и высокий технологический эффект.

    Флотаторы различаются способом насыщения жидкости воздухом и конструкцией.

    Насыщение возможно путём создания избыточного давления 0,01-0,1 мм либо диспергированием. Но при втором методе размеры пузырьков слишком большие и производительность ниже, в жидкости остаётся ещё много дрожжей.

    Наиболее эффективной является  электрофлотация под действием пузырьков газа, выделяющихся при электролизе. Но этот метод – взрывоопасный, требует регулярной зачистки электродов.

  По конструкции флотаторы бывают горизонтальные конические, вертикальные цилиндрические, одноступенчатые с внутренним стаканом, двухступенчатые. Иногда устанавливаются каскадом (при очистке сточных вод, когда не требуется экономия производственной площади).

  Поток перерабатываемой культуральной жидкости по мере обе6днения клетками дрожжей в горизонтальных конструкциях перетекает последовательно через секции, расположенные горизонтально по кругу, через нижние зазоры между стенками и днищем. Пена стекает в один центральный стакан.

  В вертикальной конструкции культуральная жидкость подаётся на разных уровнях. Пена создаётся пневматическим устройством, образуется хороршо диспергированная смесь, поступающая на направляющие пластины. При этом пена поднимается по ним вверх, а жидкость шнеком – вниз. В центральный стакан, где собирается пена, вбрызгивают воду или культуральную жидкость, ставят пеногасители.

3

а)

б)

 

Рис. Принципиальное устройство флотаторов: а) горизонтальный флотатор в поперечном разрезе; б) пневматический флотатор для очистки воды

Флотаторы рассчитывают на основании кинетики процесса флотации

                                            KS = 2,3 lg (Xo/Xτ)/aTф,

где Xo -    концентрация дрожжей в исходной суспензии, г/л;

       Xτ – в осветлённой суспензии;

       a – среднее значение удельной поверхности пузырьков, м2/м3;

      Тф – длительность флотации, час.

  

                                           ВЫПАРНЫЕ УСТАНОВКИ  

    Выпарные аппараты периодического и непрерывного действия классифицируют по нескольким признакам:

– вид теплоносителя;

– метод обогрева;

– расположение и вид поверхности теплообмена (компоновка и конструкция поверхности нагрева);

– положение рабочих сред;

– режим кратности циркуляции.

    Для обогрева применяются газ, жидкий теплоноситель, кремнийорганические жидкости, даутерм, пар за счёт барботажа или погружного горения и, наконец, применяется электрообогрев.

                                                        4

    В микробиологических производствах применяют обычно обогрев паром. Достоинства метода:

–  большая теплота конденсации водяного пара;

–  большой коэффициент теплоотдачи;

–  лёгкость регулирования.

Поверхность теплообменника может быть расположена вертикально, горизонтально или наклонно. Она может быть изготовлена в виде змеевика, пучка труб или паровой рубашки. Греющий пар в выпарные аппараты для кипения раствора в большом объёме можно подавать в трубки. Для кипения раствора в трубках пар подаётся в межтрубное пространство. Кипящая жидкость в выпарном аппарате может двигаться свободно, естественно либо принудительно. Кроме того, возможен вариант плёночного движения. Кипящий раствор циркулирует однократно либо много кратно.

Трубчатые выпарные аппараты имеют соосную либо выносную греющую камеру.

Аппарат с сосной камерой непрерывного действия  снабжён сепаратором, брызгоотделителем и циркуляционной трубой. Культуральная жидкость подаётся в трубное пространство, там нагревается и кипит. В генераторе от неё отделяется вторичный пар. По циркуляционной трубе жидкость опускается, смешивается со свежей порцией и снова переходит в трубное пространство. Циркуляция происходит за счёт разности плотностей парожидкостной смеси в трубках греющей камеры и среды в циркуляционной трубе.

Упаренный концентрат непрерывно выводится.

Аппараты можно объединять в двухкорпусную установку (фирма Wiegand, Германия). Однокорпусные и двухкорпусные аппараты с принудительной циркуляцией применяют в дрожжевом производстве. В производстве лизина используются двухкорпусные и трёхкорпусные вакуум-выпарные установки.

Культуральная жидкость вскипает в трубах греющей камеры и поступает в сепаратор. Вторичный пар через сепаратор и ловушку поступает в ме6жтрубное пространство греющей камеры следующего корпуса, а упариваемая жидкость (суспензия) – вначале подаётся в сепаратор следующего корпуса, а затем внизу в греющую камеру этого корпуса.

5

Конденсат вторичного пара второго корпуса поступает в греющую камеру третьего корпуса. И так далее. При переходе от корпуса к корпусу те5мпература кипения жидкости понижается за чсёт создания более высокого разрежения.

     

В трёхкорпусной установке:

1-й корпус

2-й корпус

3-й корпус

Т, К

368-370

348-353

333-335

Разрежение, кПа

9,81-19,62

39-49

78,5

На производствах кормовых дрожжей из н-парафинов нефти эксплуатируется четырёхкорпусная выпарная установка.

Плёночные выпарные установки. Эти аппараты применяют для выпаривания жидкостей с термолабильными продуктами биосинтеза, не содержащих компонентов, которые бы налипали на горячую поверхность.

Время пребывания в таком аппарате очень краткое, инактивирование продуктов минимальное.

Нагретый в греющей камере вверху аппарата раствор стекает по трубкам вниз; жидкость тонкой плёнкой покрывает поверхность, а пар в центре поднимается вверх.

Если греющая камера расположена внизу, создаётся восходящая плёнка.

Плёночные аппараты имеют высокий коэффициент тепплопе6редачи, Недостатком являются большие габариты и необходимость чистки труб.

Плёночные аппараты в производстве дрожжей и лизина компонуют в трёхкорпусные установки. Каждый последующий корпус обогревается паром от предыдущего. Давление от ступени к ступени понижается, так что температура кипения на предыдущей стадии соответствует температуре обогрева следующей.

Производительность трехкорпусной установки по кормовому лизину составляет 15 т/час при упаривании культуральной жидкости от 10-12 до 45-50 % с.в.

Роторные плёночные выпарные аппараты. Применяются для упаривания сред, содержащих очень те6рмолабильные вещества.

Аппарат в качестве главного рабочего элемента содержит вращающийся вертикально ротор с лопатками, которые отбрасывают подаваемую сверху жидкость на стенки корпуса. Там жидкость образует тонкую плёнку, из которой происходит испарение. Корпус прогревается, упаренная жидкость отводится снизу.

                                                       6

Такие установки применяют для получения концентрированных культуральных жидкостей лизина, в производстве антибиотиков и для получения хлебопекарных и пивных дрожжей.

Дзержинский завод химического машиностроения выпускает пять типоразмеров в двух вариантах – с сепараторами и без. Установки роторного типа выпускаются также в Нидерландах, Швейцарии и ФРГ.

Центробежные выпарные аппараты. Эти установки выпускает фирма «Альфа-Лаваль» (Швеция); они пре6дназначены для производства аминокислот, антибиотиков, ферментов и витаминов. Аппараты компактны, нагрев происходит очень быстро.

На полом цилиндре аппарата смонтированы полые конусы, расширенные книзу. Снизу поступает пар и отводится конденсат. Концентрат подаётся сверху и равномерно распределяется распределительными трубками.

Весь комплект конусов быстро вращается от установленного внизу двигателя.

Подводимая для упаривания жидкость тонкой плёнкой растекается на нижней поверхности конусов, стекая в круговые желоба по их периметрам. Сгущённый раствор откачивается насосом. В полом валу, через который подаётся пар, смонтирован регулятор давления.

Из закрытого вращающегося рабочего пространства вверх через суженные концы конуса выходит вторичный пар. Он отсасывается вакуум-насосом и подаётся в поверхностный конденсатор. Сгущённая жидкость охлаждается и выводится из установки.

 

 

                                                7


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71401. Системы координат, применяемые в наземной фотограмметрии. Элементы ориентирования снимка 108.5 KB
  В качестве системы координат снимка в наземной фотограмметрии так же как и в аэрофотограмметрии применяется система координат задаваемая координатными метками o’xyz рис.1 Ось х этой системы для фотокамер проходит через координатные метки 12. Началом системы координат является точка...
71402. Методы анализа спроса на научно-техническую продукцию 15.7 KB
  Анализ спроса может быть предварительным текущим и последующим. Методы получения информации: анкетирование покупателей ведение журналов учета на новую продукцию Методы анализа чувствительности спроса Чувствительность спроса изменение спроса в зависимости...
71403. Наземная фотограмметрия. Назначение наземной фотограмметрии 10.22 MB
  В топографии наземная фотограмметрия применяется для создания топографических карт и планов для горных районов в крупных масштабах: 1:500 – 1:5000. Основная причина использования наземной фотограмметрии в горных районах является то обстоятельство, что при выполнении аэросъемки...
71404. ЯЗЫК ХУДОЖЕСТВЕННЫЙ ЛИТЕРАТУРЫ 32.83 KB
  Когда размышляешь о языке художественной литературы то по-видимому уместнее говорить не о культуре речи а о таланте мастерстве писателя в использовании всех богатств и возможностей национального языка. Мир художественной литературы это перевоссозданный мир изображаемая действительность...
71405. ТЕЛЕФОННЫЙ ЭТИКЕТ 30 KB
  Основные из них: скорость передачи информации; немедленное установление связи с абонентом находящимся на любом расстоянии; обмен информацией в форме диалога; экономия средств на организацию контактов других видов иногда достаточно одного телефонного разговора чтобы...
71406. СОЦИАЛЬНО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СПОРА 35.81 KB
  Будучи разновидностью речевой коммуникации спор особенно такой его вид как полемика представляет собой процесс обладающий множеством граней сторон часть из которых образует социально-психологический компонент спора. Доводы должны соответствовать обстановке и существу спора.
71407. ЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СПОРА 30.01 KB
  И этот опыт свидетельствует что редкий акт общения между людьми обходится без вопросов и ответов на них тем более такой как спор. Познавательная эпистемическая функция вопросно-ответного комплекса заключается в фиксации в мысли и выражении в языке знаний человека о внешнем мире и себе самом.
71408. СПОР, ДИСКУССИЯ, ПОЛЕМИКА. СТРАТЕГИЯ И ТАКТИКА СПОРА 36.65 KB
  Спор - это коммуникативный процесс в рамках которого происходит сопоставление различных точек зрения позиций участников спора при этом каждый из них стремится аргументированно утвердить свое понимание обсуждаемых вопросов и опровергнуть доводы противника.