METODY PRZECHOWYWANIA I UTRWALANIA BIOPRODUKTÓW METODY ODWADNIANIA

Transkrypt

1 METODY PRZECHOWYWANIA I UTRWALANIA BIOPRODUKTÓW Opracował: dr S. Wierzba Katedra Biotechnologii i Biologii Molekularnej Uniwersytetu Opolskiego

2 Usunięcie wilgoci z materiału bez zmian jej postaci fizycznej: mechaniczne metody odwadniania filtracja separacja odwodnienie kontaktowo-sorpcyjne Usunięcie wilgoci z materiału ze zmianą jej postaci odwodnienie termiczne ciepło dostarczane z zewnątrz źródłem ciepła jest sam materiał

3 Filtracja - podział filtrów w zależności od: wytworzonej różnicy ciśnień próżniowe ciśnieniowe charakteru pracy aparatu okresowe ciągłe Wydajność filtracji można zwiększyć poprzez: zwiększenie powierzchni i szybkości filtracji określenie optymalnych warunków procesu poprzez: zwiększenie stężenia fazy stałej w rozdzielanej zawiesinie zwiększenie rozmiarów cząstek fazy stałej, poprzez zagęszczenie zawiesiny w filtrach pośrednich (zagęszczacze) dodatek koagulantów i flokulantów

4

5

6 Procesy membranowe: mikrofiltracja ( 10-0,02 mikrometrów) rozdział mikroorganizmów ultrafiltracja (0,02 0,001 mikrometrów) rozdział związków wielko- małocząsteczkowych odwrócona osmoza ( 0,001 0,0001 mikrometrów) zatrzymywanie jonów Zastosowanie : oczyszczanie substancji aktywnych biologicznie i ścieków wydzielanie białka i laktozy z produktów mleczarskich w produkcji czystych chemicznie substancji otrzymywaniu słodkiej wody

7 Odwirowanie Ze względu na charakter pracy: proces okresowy proces ciągły Podział wirówek: sedymentacyjne (ścianki pełne) separacja pod wpływem siły odśrodkowej filtracyjne - (ścianki przepuszczalne) filtracja pod wpływem siły odśrodkowej Efektywność wirowania charakteryzuje tzw. współczynnik rozdziału (K) stosunek przyśpieszenia odśrodkowego do ziemskiego K<3500 wirówki zwykłe: sedymentacyjne filtracyjne K>3500 ultrawirówki: sedymentacyjne (rozdzielanie emulsji, zawiesin drobnoziarnistych)

8

9

10 Koagulacja układów koloidalnych może zachodzić pod wpływem: starzenia się zawiesiny mechanicznego wzburzenia układu oddziaływania światła zmiany stężenia fazy rozproszonej elektrolitów najważniejsze znaczenie!!!! Sposoby koagulacji jako metody usprawnienia filtracji: koagulacja kwasowa koagulacja cieplna oddziaływanie elektrolitów dodawanie wypełniaczy (wysokorozdrobniona faza stała) wytwarzanie środków strącających bezpośrednio w płynach hodowlanych

11 Koagulacja oddziaływanie na cząsteczki koloidalne 2 sił: siły przyciągania międzycząsteczkowego sił elektrostatycznych odpychania - utrudniających zlepianie cząsteczek Energii odpychania odpowiada dodatkowe ciśnienie odpychania powstające w cienkiej warstwie dyfuzyjnej między cząsteczkami. Rola elektrolitów polega na osłabieniu ciśnienia odpychania i zmianie grubości warstwy cieczy oddzielającej koloidalne cząsteczki Próg koagulacji stężenie krytyczne elektrolitu przy którym zanika potencjalna bariera energetyczna (zwiększa się odległość między cząsteczkami) i następuje proces koagulacji (zależność od przenikalność dielektrycznej roztworu, temperatury, wartościowości koagulującego jonu). Koagulant (elektrolit): nie powinien być toksyczny dla wytrącanych mikroorganizmów nie powinien obniżać technologicznych właściwości preparatów powinien powodować maksymalne zatężenie biomasy powinien zapewnić maksymalne wytrącenie mikroorganizmów powinien być dostępny i tani Efektywność koagulacji wzrasta poprzez wprowadzenie do cieczy mineralnych dodatków o dużym rozdrobnieniu (montmorylonit, kreda sorpcyjne wzajemne oddziaływanie minerałów i cząsteczek koloidów)

12 Odparowanie zatężanie roztworów: antybiotyków, aminokwasów, enzymów, witamin Proces odparowania prowadzi się pod: próżnią: proces można prowadzić w znacznie niższych temperaturach (zatężanie materiałów termolabilnych) duża różnica temperatur między czynnikiem grzejnym, a roztworem przyśpiesza proces możliwość wtórnego wykorzystania czynnika grzejnego drogie instalacje przemysłowe zwiększonym ciśnieniem podwyższenie temperatury wrzenia roztworu tylko dla substancji odpornych na wysoką temperaturę czynnik grzejny o wysokiej temperaturze możliwość wtórnego wykorzystania czynnika grzejnego ciśnieniem atmosferycznym najprostsza i najtańsza metoda brak możliwości wtórnego wykorzystania czynnika grzejnego

13 Podział instalacji wyparnych w zależności od: charakteru pracy: ciągłe okresowe liczby działów jednodziałowe wielodziałowe czynnika grzejnego para wodna amoniak freon sposobu odparowania gruba warstwa cienka warstwa konstrukcji komór wymienniki rurkowe wymienniki płytowe W przemyśle stosuje się głównie aparaty wyparne o działaniu: ciągłym wielodziałowe współprądowe przeciwprądowe z zasilaniem równoległym

14

15

16

17 Suszenie rozpryskowe ciecz zdyspergowana za pomocą rozpylacza jest suszona w strumieniu czynnika suszącego Stosowanie czynników suszących o wysokiej temperaturze nie powoduje pogorszenia jakości materiałów termolabilnych przy wysokim stopniu dyspersji materiału rozpylonego suszenie przebiega natychmiastowo Zalety metody: wysoka jakość suchego produktu duża intensywność wymiany ciepła między zdyspergowanym materiałem, a czynnikiem suszącym możliwość automatyzacji procesu ciągłość procesu suszenia Wady metody: mała intensywność odparowania wilgoci w jednostce objętości komory duże rozmiary urządzenia

18 Czynniki wpływające na intensywność procesu: temperatura czynnika suszącego rozmiar kropel uzależniony od lepkości cieczy prędkość strumienia czynnika suszącego Względny współczynnik suszenia, zależy od: właściwości materiału odwrotnie proporcjonalny do wilgotności początkowej materiału

19

20

21 Instalacje suszarnicze w większości współprądowy przepływ strumienia (intensywne, ekonomiczne, suszenie produktów termolabilnych)

22

23 Suszenie w złożu fluidalnym stan zawieszenia cząstek stałych w gazach Zalety metody: wysoka intensywność procesu wymiany izotermiczność układu intensywne mieszanie fazy stałej (zapobiega przegrzaniu) prosta konstrukcja aparatów, możliwość regulacji parametrów możliwość bezpośredniej granulacji produktu podczas suszenia (produkty przemian mikrobiologicznych) możliwość stosowania aparatów wielosekcyjnych (regulacja temperatury w poszczególnych sekcjach) możliwość regulacji końcowej wilgotności materiału podczas suszenia materiałów kserolabilnych Wady metody: ograniczona prędkość czynnika fluidyzującego (do wartości prędkości unoszenia materiału) niebezpieczeństwo przegrzania materiału w warstwie przysitowej niebezpieczeństwo mechanicznego uszkodzenia komórek (sklejenie, ścieranie)

24 Podział urządzeń: ciągłe uzyskany produkt zwykle nie ma jednakowej wilgotności okresowe jednakowa wilgotność produktu, regulacja czasu trwania procesu (produkty termolabilne) jednostopniowe prosta budowa, łatwiejsza automatyzacja wielostopniowe większe możliwości regulacji

25 Suszenie w złożu zwartym materiał w obrębie złoża jest unieruchomiony, suszenie następuje poprzez omywanie złoża strumieniem nagrzanego powietrza Suszarki komorowe suszenie materiałów sypkich (drożdże piekarskie) Zalety: duża intensywność i równomierność wysuszenia materiału możliwość regulacji czasu suszenia Wady: duża złożoność konstrukcji urządzenia