細(xì)胞破碎與分離設(shè)備

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第六章細(xì)胞破碎與料液分離設(shè)備 細(xì)胞破碎就是采用一定的方法，在一定程度上破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，使細(xì)胞內(nèi)容物包括目的產(chǎn)物成分釋放出來(lái)的技術(shù)，是分離純化細(xì)胞內(nèi)合成的非分泌型生化物質(zhì)（產(chǎn)品）的基礎(chǔ)。細(xì)胞破碎定義 為了研究細(xì)胞的破碎，提高其破碎率，有必要了解各種生物細(xì)胞壁的組成和結(jié)構(gòu)。生物類(lèi)型G+細(xì)菌G-細(xì)菌酵母菌霉菌植物細(xì)胞主要組成肽聚糖（40-90%）多糖胞壁酸蛋白質(zhì)脂多糖（1-4%）肽聚糖（5-10%）脂蛋白脂多糖（11-22%）磷脂蛋白質(zhì)葡聚糖（30-40%）甘露聚糖（30%）蛋白質(zhì)（6-8%）脂類(lèi)（8.5-13.5%）多聚糖（幾丁質(zhì)）（80-90%）脂類(lèi)蛋白質(zhì)初生壁次生壁細(xì)胞壁的組成和結(jié)構(gòu) 細(xì)菌破碎的主要阻力來(lái)自于肽聚糖的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)越致密，破碎的難度越大，革蘭氏陰性細(xì)菌網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不及革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌的堅(jiān)固；酵母葡聚糖的細(xì)纖維構(gòu)成了細(xì)胞壁的剛性骨架，甘露聚糖形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，細(xì)胞壁破碎的阻力也主要決定于壁結(jié)構(gòu)交聯(lián)的緊密程度和它的厚度；霉菌細(xì)胞壁中含有幾丁質(zhì)或纖維素的纖維狀結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度比細(xì)菌和酵母菌的細(xì)胞壁有所提高；植物細(xì)胞次生壁的形成提高了細(xì)胞壁的堅(jiān)硬性，使植物細(xì)胞具有很高的機(jī)械強(qiáng)度。 常用破碎方法分類(lèi)作用機(jī)理適應(yīng)性機(jī)械法珠磨法固體剪切作用可達(dá)較高破碎率，可較大規(guī)模操作，大分子目的產(chǎn)物易失活，漿液分離困難高壓勻漿法液體剪切作用可達(dá)較高破碎率，可大規(guī)模操作，不適合絲狀菌和革蘭氏陽(yáng)性菌超聲破碎法液體剪切作用對(duì)酵母菌效果較差，破碎過(guò)程升溫劇烈，不適合大規(guī)模操作X-press法固體剪切作用破碎率高，活性保留率高，對(duì)冷凍敏感目的產(chǎn)物不適合非機(jī)械法酶溶法酶分解作用具有高度專(zhuān)一性，條件溫和，漿液易分離，溶酶價(jià)格高，通用性差化學(xué)滲透法改變細(xì)胞膜的滲透性具一定選擇性，漿液易分離，但釋放率較低，通用性差滲透壓法滲透壓劇烈改變破碎率較低，常與其他方法結(jié)合使用凍結(jié)融化法反復(fù)凍結(jié)-融化破碎率較低，不適合對(duì)冷凍敏感目的產(chǎn)物干燥法改變細(xì)胞膜滲透性條件變化劇烈，易引起大分子物質(zhì)失活 機(jī)械法 進(jìn)入珠磨機(jī)的細(xì)胞懸浮液與極細(xì)的玻璃小珠、石英砂、氧化鋁等研磨劑（直徑小于1mm）一起快速攪拌或研磨，研磨劑、珠子與細(xì)胞之間的互相剪切、碰撞，使細(xì)胞破碎，釋放出內(nèi)含物。在珠液分離器的協(xié)助下，珠子被滯留在破碎室內(nèi)，漿液流出從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作。破碎中產(chǎn)生的熱量一般采用夾套冷卻的方式帶走。1.珠磨法（Beadmill）原理： 實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的細(xì)胞破碎設(shè)備有Mickle高速組織搗碎機(jī)、Braun勻漿器；中試規(guī)模的細(xì)胞破碎可采用膠體磨處理；在工業(yè)規(guī)模中，可采用高速珠磨機(jī)（瑞士WAB公司和德國(guó)西門(mén)子機(jī)械公司制造）。珠磨法的破碎率一般控制在80%以下。珠磨法適用于細(xì)胞懸浮液和植物細(xì)胞的大規(guī)模處理。 膠體磨德國(guó)進(jìn)口珠磨機(jī) 2.高壓勻漿法（High-pressurehomogenization）利用高壓使細(xì)胞懸浮液通過(guò)針形閥，由于突然減壓和高速?zèng)_擊撞擊環(huán)使細(xì)胞破碎，細(xì)胞懸浮液自高壓室針形閥噴出時(shí)，每秒速度高達(dá)幾百米，高速?lài)姵龅臐{液又射到靜止的撞擊環(huán)上，被迫改變方向從出口管流出。細(xì)胞在這一系列高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中經(jīng)歷了剪切、碰撞及由高壓到常壓的變化，從而造成細(xì)胞破碎。原理：——大規(guī)模細(xì)胞破碎的常用方法，在微生物細(xì)胞和植物細(xì)胞的大規(guī)模處理中常采用 高壓勻漿器的排出閥 易造成堵塞的團(tuán)狀或絲狀真菌較小的革蘭氏陽(yáng)性菌含有包含體的基因工程菌不宜采用高壓勻漿法的細(xì)胞類(lèi)型。影響勻漿破碎的主要因素：壓力、溫度、通過(guò)勻漿器閥的次數(shù) 大、中、小型高壓勻漿器 利用發(fā)射15-25kHz的超聲波探頭處理細(xì)胞懸浮液。一般認(rèn)為超聲波破碎的機(jī)理是：在超聲波作用下液體發(fā)生空化作用，空穴的形成、增大和閉合產(chǎn)生極大的沖擊波和剪切力，使細(xì)胞破碎。3.超聲破碎法（Ultrasonication） 影響超聲波的細(xì)胞破碎效率因素：頻率、液體溫度和粘度、處理時(shí)間等。超聲波破碎法是很強(qiáng)烈的破碎方法，適用于多數(shù)微生物的破碎。一般桿菌比球菌易破碎，G-細(xì)菌比G+細(xì)菌易破碎，對(duì)酵母菌的效果較差。該法在實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模細(xì)胞破碎中常用。 非機(jī)械法 1.酶溶法（EnzymaticLysis）（1）外加酶法常用的溶酶溶菌酶β-1，3-葡聚糖酶β-1，6-葡聚糖酶蛋白酶甘露糖酶糖苷酶肽鍵內(nèi)切酶殼多糖酶等 利用溶解細(xì)胞壁的酶處理菌體細(xì)胞，使細(xì)胞壁受到部分或完全破壞后，再利用滲透壓沖擊等方法破壞細(xì)胞膜，進(jìn)一步增大胞內(nèi)產(chǎn)物的通透性。利用溶酶系統(tǒng)處理細(xì)胞時(shí)必須根據(jù)細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成選擇適當(dāng)?shù)拿福⒋_定相應(yīng)的次序。 酶溶法的優(yōu)點(diǎn)：選擇性釋放產(chǎn)物，條件溫和，核酸泄出量少，細(xì)胞外形完整。酶溶法的缺點(diǎn)：溶酶價(jià)格高，溶酶法通用性差，產(chǎn)物抑制的存在。 誘發(fā)微生物產(chǎn)生過(guò)剩的溶胞酶或激發(fā)自身溶胞酶的活力，以達(dá)到細(xì)胞自溶的目的。影響自溶過(guò)程的主要因素有溫度、時(shí)間、pH值、激活劑和細(xì)胞代謝途徑等。缺點(diǎn)：對(duì)不穩(wěn)定的微生物，易引起所需蛋白質(zhì)的變性，自溶后細(xì)胞懸浮液粘度增大，過(guò)濾速度下降。（2）自溶法（Autolysis） 某些化學(xué)試劑，如有機(jī)溶劑、變性劑、表面活性劑、抗生素、金屬螯合劑等，可以改變細(xì)胞壁或膜的通透性（滲透性），從而使胞內(nèi)物質(zhì)有選擇地滲透出來(lái)。2.化學(xué)滲透法（Chemicalpermeation） TritonX-100牛黃膽酸鈉十二烷基磺酸鈉（1）表面活性劑表面活性劑可促使細(xì)胞某些組分溶解，其增溶作用有助于細(xì)胞的破碎。 主要是處理G-細(xì)菌，對(duì)細(xì)胞外層膜有破壞作用。EDTA將Ca2+或Mg2+螯合，大量的脂多糖分子將脫落，使細(xì)胞壁外層膜出現(xiàn)洞穴。這些區(qū)域由內(nèi)層膜的磷脂來(lái)填補(bǔ)，從而導(dǎo)致內(nèi)層膜通透性的增強(qiáng)。（2）EDTA螯合劑 能分解細(xì)胞壁中的類(lèi)脂，使胞壁膜溶脹，細(xì)胞破裂，胞內(nèi)物質(zhì)被釋放出來(lái)。乙醇、異丙醇、甲苯、苯、氯仿、二甲苯及高級(jí)醇等。（3）有機(jī)溶劑與水中氫鍵作用，削弱溶質(zhì)分子間的疏水作用，從而使疏水性化合物溶于水溶液。鹽酸胍和脲是常用的變性劑。 通用性差；時(shí)間長(zhǎng)，效率低；有些化學(xué)試劑有毒?；瘜W(xué)滲透法優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：對(duì)產(chǎn)物釋放有一定的選擇性，可使一些較小分子量的溶質(zhì)如多肽和小分子的酶蛋白透過(guò)，而核酸等大分子量的物質(zhì)仍滯留在胞內(nèi)；細(xì)胞外形完整，碎片少，漿液粘度低，易于固液分離和進(jìn)一步提取。 將濃縮的菌體懸浮液冷卻至-25℃形成冰晶體，利用500MPa以上的高壓沖擊，使冷凍細(xì)胞從高壓閥小孔中擠出。細(xì)胞破碎是由于冰晶體的磨損，使包埋在冰中的微生物變形而引起的。此法主要用于實(shí)驗(yàn)室，適應(yīng)范圍廣、破碎率高、細(xì)胞碎片粉碎程度低及活性保留率高等優(yōu)點(diǎn)，但不適應(yīng)于對(duì)冷凍敏感的生化物質(zhì)。其他方法1.X-press法 將細(xì)胞放在高滲透壓的介質(zhì)中（如一定濃度的甘油或蔗糖溶液），達(dá)平衡后，轉(zhuǎn)入到滲透壓低的緩沖液或純水中，由于滲透壓的突然變化，水迅速進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，引起細(xì)胞溶脹，甚至破裂。僅適用于細(xì)胞壁較脆弱的細(xì)胞或細(xì)胞壁預(yù)先用酶處理或在培養(yǎng)過(guò)程中加入某些抑制劑（如抗生素等），使細(xì)胞壁有缺陷，強(qiáng)度減弱。2.滲透壓法（Osmoticpressure） 將細(xì)胞放在低溫下突然冷凍而在室溫下緩慢融化，反復(fù)多次而達(dá)到破壁作用。一方面使細(xì)胞膜的疏水鍵結(jié)構(gòu)破裂，另一方面胞內(nèi)水結(jié)晶，使細(xì)胞內(nèi)外溶液濃度變化，引起細(xì)胞膨脹而破裂。適用于細(xì)胞壁較脆弱的菌體，破碎率較低，需反復(fù)多次。3.反復(fù)凍結(jié)-融化法 此法使細(xì)胞結(jié)合水分喪失，從而改變細(xì)胞的滲透性。氣流干燥主要適用于酵母菌，一般在25-30℃的氣流中吹干；真空干燥多用于細(xì)菌。4.干燥法氣流干燥真空干燥噴霧干燥冷凍干燥 破碎率的測(cè)定與破碎技術(shù)的研究方向1.破碎率的測(cè)定直接測(cè)定法（革蘭氏染色法）目的產(chǎn)物測(cè)定法導(dǎo)電率測(cè)定法 2.破碎技術(shù)的研究方向多種破碎方法相結(jié)合與上游過(guò)程相結(jié)合與下游工程相結(jié)合 定義：在一定的壓力差下，利用多孔性介質(zhì)截留固液懸浮液中的固體粒子，進(jìn)行固液分離的方法稱(chēng)為過(guò)濾。一、過(guò)濾固液分離設(shè)備 過(guò)濾介質(zhì)無(wú)定形顆粒：無(wú)煙煤、砂、顆?；钚蕴?、鐵礦砂等成形顆粒：燒結(jié)金屬、燒結(jié)塑料以及用合成樹(shù)脂粘結(jié)的硅砂、塑料顆粒等，做成圓筒形或板狀。非金屬織補(bǔ)棉：化學(xué)纖維、玻璃纖維織品、長(zhǎng)纖維濾布、短纖維濾布。金屬織布：不銹鋼絲或鐵絲等的織布。無(wú)紡品：紙、氈、石棉板、合成纖維無(wú)紡布等。 過(guò)濾設(shè)備的分類(lèi)根據(jù)推動(dòng)力的不同可分為四類(lèi)重力過(guò)濾自然過(guò)濾加壓過(guò)濾板框過(guò)濾真空過(guò)濾真空過(guò)濾器離心過(guò)濾離心過(guò)濾器 過(guò)濾設(shè)備板框過(guò)濾機(jī)板框壓濾機(jī)由壓濾機(jī)濾板、液壓系統(tǒng)、壓濾機(jī)框、濾板傳輸系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等五大部分組成。板框壓濾機(jī)工作運(yùn)行的原理：先由液壓施力壓緊板框組，料液由中間進(jìn)入，分布到各濾布之間，通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)而實(shí)現(xiàn)固、液分離的脫液方法。 廣泛應(yīng)用于培養(yǎng)基制備的過(guò)濾及霉菌、放線(xiàn)菌、酵母菌和細(xì)菌（需預(yù)處理）等多種發(fā)酵液的固液分離。適合于固體含量1-10%的懸浮液的分離。 濾板與濾框的工作情況 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配緊湊、過(guò)濾面積大、允許采用較大的操作壓力，輔助設(shè)備少，動(dòng)力消耗小，過(guò)濾和洗滌質(zhì)量好，對(duì)固形物含量要求低，材料選擇范圍廣。缺點(diǎn)：設(shè)備笨重、占地面積多、輔助時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低。 板框過(guò)濾機(jī) 在濾板的外緣有一個(gè)鈕的稱(chēng)為過(guò)濾板，三個(gè)鈕的稱(chēng)為洗滌板，在濾框的外緣鑄有兩個(gè)鈕。從圖8-2可以看出，1是過(guò)濾板，2是濾框，3是洗滌板。板和框是按照鈕的記號(hào)1-2-3-2-1····的順序排列的。濾板和濾框的構(gòu)造如圖所示。濾板表面上有棱狀溝槽，其邊緣略微突起。在板、框和濾布的兩個(gè)角都有小孔，它們組合并壓緊后即構(gòu)成了供濾液和洗滌水流通的孔道?？虻膬蓚?cè)覆以濾布，空框和濾布圍成了容納濾漿和濾餅的空間。濾板的作用有二：一是支撐濾布；二是濾液流出的通道。 操作前，應(yīng)將板、框和濾布按前述順序排列，并轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)頭，將板、框和濾布?jí)壕o。操作時(shí)，懸浮液在壓力下經(jīng)懸浮液通道和濾框的暗孔進(jìn)入框內(nèi)。濾液分別穿過(guò)兩側(cè)濾布，沿板上溝槽流下，匯集于下端，經(jīng)濾液出口閥流出。然后將濾框和濾布洗凈，重新裝合，準(zhǔn)備下一次過(guò)濾操作。但是，多數(shù)情況濾餅裝滿(mǎn)后還需洗滌，有時(shí)還需壓縮空氣吹干。所以，板框式過(guò)濾機(jī)的一個(gè)工作周期包括裝合，過(guò)濾，洗滌（吹干），去餅，洗凈等過(guò)程。過(guò)濾和洗滌過(guò)程的情況見(jiàn)圖。 真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī) （1）過(guò)濾區(qū)Ⅰ當(dāng)浸在懸浮液內(nèi)的各扇形格同真空管路接通時(shí)，格內(nèi)為真空。在轉(zhuǎn)筒外壓力差的作用下，濾液透過(guò)濾布，被壓入扇形格內(nèi)，經(jīng)分配頭被吸出。而固體顆粒在濾布上則形成一層逐漸增厚的濾渣。（2）洗滌吸干區(qū)域Ⅱ當(dāng)扇形格離開(kāi)懸浮液進(jìn)入此區(qū)時(shí)，格內(nèi)仍與真空管路相通。濾餅在此格內(nèi)將被洗滌并吸干，以進(jìn)一步降低濾餅中溶質(zhì)的含量。有些特殊設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)上還設(shè)有繩索（或布）壓緊濾餅或用滾筒壓緊裝置，用以壓榨濾餅、降低液體含量并使濾餅厚薄均勻防止龜裂。 （3）卸渣區(qū)Ⅲ這個(gè)區(qū)與分配頭的Ⅲ室相接通，在Ⅲ室通入壓縮空氣，壓縮空氣促使濾餅與濾布分離，然后將濾餅清除。（4）濾布復(fù)原區(qū)Ⅳ濾渣被刮落后，為了除去堵塞在濾布孔隙中的細(xì)微顆粒，壓縮空氣通過(guò)分配頭的Ⅳ室進(jìn)入復(fù)原區(qū)的濾室，吹落這些顆粒使濾布復(fù)原，重新開(kāi)始下一循環(huán)的操作。因?yàn)檗D(zhuǎn)鼓不斷旋轉(zhuǎn)，每個(gè)濾室相繼通過(guò)各區(qū)即構(gòu)成了連續(xù)操作的工作循環(huán)。而且在各操作區(qū)域之間，都有不大的休止區(qū)域。 優(yōu)點(diǎn)：真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)具有自動(dòng)化程度高、操作連續(xù)、處理量大。特別適合固體含量大（>10％）的懸浮液的分離，在發(fā)酵工業(yè)中廣泛用于霉菌、放線(xiàn)菌和酵母發(fā)酵液或細(xì)胞懸浮液的過(guò)濾分離。缺點(diǎn)：由于受真空度的限制，不適于菌體較小和粘度較大的細(xì)菌發(fā)酵液的過(guò)濾，且過(guò)濾所得固相的干度不如加壓過(guò)濾。 真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī) 二、離心定義：基于固體顆粒和周?chē)后w密度存在差異，在離心場(chǎng)中使不同密度的固體顆粒加速沉降的分離過(guò)程。 離心分離方法1.差速離心—工業(yè)上最常用的離心分離方法定義：在密度均一的介質(zhì)中由低速到高速逐級(jí)離心，用于分離不同大小的細(xì)胞和細(xì)胞器。對(duì)象：混合樣品中各沉降系數(shù)差別較大的組分。 速度逐漸提高，樣品按大小先后沉淀 原理：用一定的介質(zhì)在離心管內(nèi)形成一連續(xù)或不連續(xù)的密度梯度，將細(xì)胞混懸液或勻漿置于介質(zhì)的頂部，通過(guò)重力或離心力場(chǎng)的作用使細(xì)胞分層、分離。分類(lèi)：1）移動(dòng)區(qū)帶離心2）等密度離心常用密度梯度物質(zhì)：蔗糖、甘油、CsCl、NaBr2.密度梯度離心—多用于生化研究 1）移動(dòng)區(qū)帶離心用于分離密度相近而大小不等的細(xì)胞或細(xì)胞器。此法所采用的介質(zhì)密度較低，介質(zhì)的最大密度應(yīng)小于被分離生物顆粒的最小密度。 2）等密度離心細(xì)胞或細(xì)胞器在連續(xù)梯度的介質(zhì)中經(jīng)足夠大離心力和夠長(zhǎng)時(shí)間則沉降或漂浮到與自身密度相等的介質(zhì)處，并停留在該層達(dá)到平衡，從而將不同密度的細(xì)胞或細(xì)胞器分離。 A移動(dòng)區(qū)帶離心B等密度離心 離心機(jī)分類(lèi)制備性離心機(jī)分析性離心機(jī)：超速離心機(jī)普通離心機(jī)高速冷凍離心機(jī)超速離心機(jī)實(shí)驗(yàn)型離心機(jī)工業(yè)型離心機(jī) 碟片式離心機(jī)是傳統(tǒng)離心機(jī)，為目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的離心機(jī)。分離因數(shù)可達(dá)1000-20000，最大處理量達(dá)到300m3/h，常用于大規(guī)模的分離過(guò)程。適用范圍細(xì)菌、酵母菌、放線(xiàn)菌、細(xì)胞碎片 管式離心機(jī)管式離心機(jī)是一種分離效率很高的離心分離設(shè)備，其轉(zhuǎn)鼓細(xì)長(zhǎng)，可在15000-50000的高轉(zhuǎn)速下工作，分離因數(shù)可達(dá)104-6×105。它設(shè)備簡(jiǎn)單、操作穩(wěn)定。適用范圍細(xì)胞、細(xì)胞碎片、細(xì)胞器、病毒、蛋白質(zhì)、核酸等。特別適合一般分離機(jī)難以分離的固形物含量<1%發(fā)酵液的分離。 影響固液分離的因素微生物種類(lèi)真菌的菌體大，固液分離容易，可采用真空轉(zhuǎn)鼓式過(guò)濾或板框過(guò)濾；細(xì)菌和細(xì)胞碎片小，固液分離較難，固液分離前要進(jìn)行預(yù)處理。發(fā)酵液黏度固液分離速度與黏度成反比。其它因素培養(yǎng)基組成、發(fā)酵周期、發(fā)酵液的pH值、溫度和加熱時(shí)間等 利用反滲透膜選擇性的只能通過(guò)溶劑（通常是水）而截留離子物質(zhì)性質(zhì)，以膜兩側(cè)靜壓差為推動(dòng)力，克服滲透壓，使溶劑通過(guò)反滲透膜實(shí)現(xiàn)對(duì)液體混合物進(jìn)行分離的過(guò)程。操作壓差一般為1.5～10.5MPa，截留組分為小分子物質(zhì)。反滲透 反滲透法分離的溶劑分子往往很小，不能忽略滲透壓的作用，為反滲透；滲透和反滲透 反滲透法對(duì)分子量>300的電解質(zhì)、非電解質(zhì)都可有效的除去，其中分子量在100～300之間的去除率為90％以上。反滲透工業(yè)應(yīng)用包括：海水和苦咸水脫鹽制飲用水；制備醫(yī)藥、化學(xué)工業(yè)中所需的超純水；用于處理重金屬?gòu)U水用于濃縮過(guò)程，不會(huì)破壞生物活性，不會(huì)改變風(fēng)味、香味。包括：食品工業(yè)中果汁、糖、咖啡的濃縮；電鍍和印染工業(yè)中廢水的濃縮；奶品工業(yè)中牛奶的濃縮。反滲透法 反滲透的分離機(jī)理反滲透中溶劑和溶質(zhì)是如何透過(guò)膜的，在膜中的遷移方式如何？溶解擴(kuò)散模型優(yōu)先吸附模型溶解擴(kuò)散模型適用于均勻的膜，能適合無(wú)機(jī)鹽的反滲透過(guò)程，對(duì)有機(jī)物優(yōu)先吸附－毛細(xì)孔流動(dòng)模型比較優(yōu)越。 膜過(guò)濾裝置目前生產(chǎn)的膜過(guò)濾裝置都由膜件(Module)構(gòu)成，膜組件：有膜、固定膜的支撐體、間隔物以及容納這些部件的容器構(gòu)成的一個(gè)單元。一個(gè)良好的模件應(yīng)具備下列條件：1.膜面切線(xiàn)方向速度快，有高剪切率，以減少濃差極化2.膜的裝載密度，即單位體積中所含膜面積比較大；3.拆洗和膜的更換比較方便，4.保留體積小，且無(wú)死角。5.具有可靠的膜支撐裝置 膜過(guò)濾裝置的型式及其適用范圍常見(jiàn)的膜過(guò)濾裝置有四種類(lèi)型：①管式②中空纖維式③平板式④卷式（螺旋式） 1)平板式膜組件這類(lèi)膜器件的結(jié)構(gòu)與常用的板框壓濾機(jī)類(lèi)似，由膜、支承板、隔板交替重疊組成。濾膜復(fù)合在剛性多孔支撐板上，料液從膜面流過(guò)時(shí)，透過(guò)液從支撐板的下部孔道中匯集排出。為減小濃差極化，濾板的表面為凸凹形，以形成湍動(dòng)。濃縮液從另一孔道流出收集。優(yōu)點(diǎn):組裝方便，膜的清洗更換容易，料液流通截面較大，不易堵塞，同一設(shè)備可視生產(chǎn)需要組裝不同數(shù)量的膜。缺點(diǎn):需密封的邊界線(xiàn)長(zhǎng) 截留液透過(guò)液料液膜支撐板隔板平板式膜組件 平板式構(gòu)造 板式膜實(shí)驗(yàn)室設(shè)備圖(millipore公司)： 板式反滲透(納濾)膜裝置(生產(chǎn)型) 板式膜超濾工業(yè)設(shè)備圖: 2)卷式膜組件將膜、支撐材料、膜間隔材料依次疊好，圍繞一中心管卷緊即成一個(gè)膜組。料液在膜表面通過(guò)間隔材料沿軸向流動(dòng)，透過(guò)液沿螺旋形流向中心管。優(yōu)點(diǎn):目前卷式膜組件應(yīng)用比較廣泛、與板框式相比，卷式組件的設(shè)備比較緊湊、單位體積內(nèi)的膜面積大，湍流狀況好，適用于反滲透；缺點(diǎn):清洗不方便，尤其是易堵塞，因而限制了其發(fā)展。 2)卷式膜組件 透析液濃縮液料液膜組件與外殼之間的密封多孔收集管膜的保護(hù)層隔離網(wǎng)透析液的收集系統(tǒng)膜螺旋卷式膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 卷式納濾膜濃縮設(shè)備(生產(chǎn)型) 卷式膜反滲透工業(yè)設(shè)備圖: 3)管式膜組件管式膜組件由管式膜制成，管內(nèi)與管外分別走料液與透過(guò)液，管式膜的排列形式有列管、排管或盤(pán)管等。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，清洗方便，耐高壓，適宜于處理高黏度及固體含量較高的料液。缺點(diǎn):管式膜組件的缺點(diǎn)是單位體積膜組件的膜面積少,一般僅為33～330，保留體積大，壓力降大，除特殊場(chǎng)合外，一般不被使用。 內(nèi)壓管式：多孔管膜料液外壓管式：料液內(nèi)壓式：膜涂在管內(nèi)，料液由管內(nèi)走；外壓式：膜涂在管外，料液由管外間隙走。管式膜組件 組件的進(jìn)出料示意圖多通道組件組件外殼滲透液原料液滲透液滲余液滲透液墊圈 管式膜結(jié)構(gòu)圖管式 管式膜工業(yè)設(shè)備圖: 4)中空纖維膜組件有數(shù)百上萬(wàn)根中空纖維膜固定在圓形容器內(nèi)構(gòu)成，內(nèi)徑為40-80um膜稱(chēng)中空纖維膜，0.25-2.5mm膜稱(chēng)毛細(xì)管膜。前者耐壓，常用于反滲透。后者用于微、超濾料液流向：采用內(nèi)壓式時(shí)為防止堵塞，需對(duì)料液預(yù)處理去固形微粒，采用外壓式時(shí)，凝膠層控制較困難。優(yōu)點(diǎn):設(shè)備緊湊，單位設(shè)備體積內(nèi)的膜面積大(高達(dá)16000～30000)缺點(diǎn):中空纖維內(nèi)徑小，阻力大，易堵塞，膜污染難除去，因此對(duì)料液處理要求高。 中空纖維構(gòu)造中空纖維式膜組件 中空纖維膜管中空纖維超濾膜無(wú)菌水裝置(生產(chǎn)型)