CN107201303A - 生物提取过滤设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了生物提取过滤设备，涉及膜分离技术，用于解决现有膜分离技术，对发酵后的酵母悬浮液采用陶瓷分离膜，长期使用会产生絮凝物，絮凝物粘附膜孔，凝胶层容易引起膜孔的堵塞，膜的稳定通量下降。它包括产品罐，焊接于产品罐外壁的夹套，所述产品罐内部上方设有抽吸结构，所述产品罐顶部设有用于驱动抽吸结构的驱动电机，所述产品罐内部下方设有过滤分离膜。生物反应器能有效缩短反应时间，提高反应产物的得率，采用抽吸结构减缓了膜通量的下降。

Description

生物提取过滤设备

技术领域

本发明涉及膜分离技术，具体来说，是生物提取过滤设备。

背景技术

生物发酵制造生产工艺过程中，作为成品的发酵液中存在着很多有机抗体、大分子蛋白、杂质多糖、胶质等杂质，这些杂质对成品质量和生产控制将造成影响，特别对后期结晶工序影响结晶效果和产品品质，因此工业生产中必须分离去除这类杂质。

传统发酵液的浓缩采用真空夹套浓缩、薄膜浓缩等热浓缩方式，但这些方法并不能将无机盐和有机抗体有效去除，残留物质对后序结晶和最终成品品质以及收率产生极大的影响；并且存在结晶次数多，用水量大，能耗大，劳动强度大，废水排放量及浓度高等缺陷，严重影响生产成本和效率。

现有的膜分离技术应用实践经验，成功的将超滤膜纯化技术应用到发酵液精制过程中，为工业生产解决除杂纯化难题；随着膜，尤其是陶瓷膜在发酵工业应用研究的深入，陶瓷分离膜具有的化学稳定性好(耐酸碱)、机械强度好、耐高温、耐有机溶剂和微生物的锓蚀、分离效率高等特点，在发酵液中的除菌体、澄清过程，与发酵罐相结合提高反应活力等展示出良好的应用前景。

专利文献201210202943.3公开了一种利用陶瓷膜生物反应器生产丙烯酰胺的新工艺，所述工艺包括：(1)将腈水合酶菌体发酵液投入陶瓷膜过滤器进行菌体分离和洗涤；(2)将陶瓷微滤膜过滤器的渗透液排出，经过浓缩和洗涤后含腈水合酶的菌体溶液作为生物酶催化剂加入到丙烯腈水合反应釜中催化丙烯腈的水合反应；反应过程中产物丙烯酰胺经陶瓷超滤膜分离并移出，作为生物催化剂的腈水合酶菌体回到反应釜中再次使用。

采用这种工艺，陶瓷膜既能高精度地去除产品丙烯酰胺中的杂质并及时移走丙烯酰胺产物，又能达到有效分离菌体和发酵液残基的目的，极大地提高了发酵液菌体的回收率，提高了后续工艺的目的产品的选择性和纯度。

专利文献201520597423.6公开了一种丁二酸发酵液分离纯化装置，包括通过管道依次相连的原料罐、陶瓷膜装置、超滤膜装置、双极膜电渗析装置、反渗透浓缩装置、产品罐；所述的超滤膜装置连接陶瓷膜装置的透析液出口，所述的双极膜电渗析装置连接超滤膜装置的透析液出口，所述的产品罐连接反渗透浓缩装置浓缩液出口。

本发明所述的丁二酸发酵液分离纯化装置用于丁二酸发酵液的分离纯化具：设备紧凑、系统简化、管道缩减和占地面积少；操作性好，能避免人为因素造成的失误；绿色环保、减少能耗、运行成本低等优点。

但是现有膜分离技术，对发酵后的酵母悬浮液采用陶瓷分离膜，长期使用会产生絮凝物，絮凝物粘附膜孔，凝胶层容易引起膜孔的堵塞，膜的稳定通量下降。

发明内容

本发明目的是旨在提供了一种改善膜的渗透性能的生物提取过滤设备。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

生物提取过滤设备，包括产品罐，焊接于产品罐外壁的夹套，所述产品罐内部上方设有抽吸结构，所述产品罐顶部设有用于驱动抽吸结构的驱动电机，所述产品罐内部下方设有过滤分离膜，所述抽吸结构包括中空的升降杆、中空的驱动齿轮、中空的第一连杆、中空的第二连杆和抽吸头，所述升降杆上端连接产品罐顶部，其下端通过驱动齿轮连接第一连杆，所述第一连杆内套有第二连杆，所述第二连杆下端连接抽吸头，所述升降杆、第一连杆和第二连杆形成抽吸通道。

采用上述技术方案的发明，将分离膜与发酵罐串联，这种相结合的循环式，更能分离发酵液中的菌液，菌体，实现清液的提取工作，因为，发酵液的菌体与细菌相似，是一单细胞生物，可压缩性指数大于1，较难过滤分离。需要说明的是，分离膜宜采用陶瓷膜过滤膜，通过陶瓷膜过滤来去除代谢废物，以维持较高的细胞浓度和活力；抽吸结构能防止絮凝物堵塞膜孔，减缓了膜通量的下降，但是，也需要注意配合抽吸时间、间隔和抽吸压力对抽吸效果的影响。采用本产品罐，能保证发酵全过程无菌、无污染，避免和防止了空气中微生物的污染，大大延长了产品的保质期和产品的纯正。

需要注意的是，产品罐制造完毕后，以0.30Mpa水压试验合格后再焊夹套，夹套内以0.30Mpa(表压)进行水压试验；抽吸结构安装后，须运转灵活，然后进行试运转(空载)不得有不正常噪音和较大震动等不良现象，试运转时间不小于24小时。

进一步限定，所述升降杆下端设有滑动圆盘，所述产品罐内壁设有第一滑槽，所述滑动圆盘外壁设有用于在第一滑槽上下滑动的第一凸起，所述产品罐顶部内侧壁设有平行于升降杆的导向杆，所述导向杆内设有拉杆，所述拉杆上端连接导向杆，其下端连接滑动圆盘。

进一步限定，所述滑动圆盘底部设有能容纳抽吸头的防护罩。

进一步限定，所述抽吸头包括安装底板、安装面板和抽吸端子，所述安装底板面层贴合安装面板，且通过卡扣连接，所述安装面板上均平分布有抽吸端子，所述抽吸端子的孔径为40～70nm。

进一步限定，所述产品罐两侧对称设有安装支架，所述安装支架底部设有缓冲垫。

通过带有缓冲垫的安装支架，使得产品罐架空。

进一步限定，所述夹套底部设有冷凝水进水管，所述夹套上方设有冷凝水出水管，所述夹套内设有冷凝水管。

进一步限定，所述产品罐顶部设有进料口，所述产品罐底部设有出料口。

进一步限定，所述产品罐侧壁设有溶氧接口。

进一步限定，所述驱动电机采用立式电机，所述立式电机设置于产品罐顶部。

进一步限定，所述分离膜孔径为30～60nm。

用30～60nm小孔径的膜进行目标产物的分离以及浓缩。另外，需要指出的是，30nm的分离膜的除菌效果好，但30nm的分离膜渗透通量较小，使得设备投资和运行成本较高，一般针对不同的发酵菌的除菌要求，会采用不同的分离膜孔，例如，针对，酵母菌，一般采用50nm小孔径的膜。格外需要说明的是，抽吸端子的孔径为40～70nm，设计的时候，需要保证抽吸端子的孔径大于膜的孔径，否则，膜孔上的絮凝物不能从抽吸端子进入抽吸通道。

本发明相比现有技术，生物反应器能有效缩短反应时间，提高反应产物的得率，采用抽吸技术减缓了膜通量的下降。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明生物提取过滤设备示意图；

图2为图1为中A的局部放大图；

主要元件符号说明如下：

产品罐1，夹套2，驱动电机3，分离膜4，升降杆5，驱动齿轮6，第一连杆7，第二连杆8，抽吸头9，滑动圆盘10，第一滑槽11，第一凸起12，导向杆13，拉杆14，防护罩15，安装底板16，安装面板17，抽吸端子18，卡扣19，安装支架20，缓冲垫21，冷凝水进水管22，冷凝水出水管23，冷凝水管24，进料口25，出料口26，溶氧接口27。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

实施例一，

如图1，图2所示，生物提取过滤设备，包括产品罐1，焊接于产品罐1外壁的夹套2，产品罐1内部上方设有抽吸结构，产品罐1顶部设有用于驱动抽吸结构的驱动电机3，产品罐1内部下方设有过滤分离膜4，抽吸结构包括中空的升降杆5、中空的驱动齿轮6、中空的第一连杆7、中空的第二连杆8和抽吸头9，升降杆5上端连接产品罐1顶部，其下端通过驱动齿轮6连接第一连杆7，第一连杆7内套有第二连杆8，第二连杆8下端连接抽吸头9，升降杆5、第一连杆7和第二连杆8形成抽吸通道。

升降杆5下端设有滑动圆盘10，产品罐1内壁设有第一滑槽11，滑动圆盘10外壁设有用于在第一滑槽11上下滑动的第一凸起12，产品罐1顶部内侧壁设有平行于升降杆5的导向杆13，导向杆13内设有拉杆14，拉杆14上端连接导向杆13，其下端连接滑动圆盘10。

滑动圆盘10底部设有能容纳抽吸头9的防护罩15。

实施例二，

如图1，图2所示，生物提取过滤设备，包括产品罐1，焊接于产品罐1外壁的夹套2，产品罐1内部上方设有抽吸结构，产品罐1顶部设有用于驱动抽吸结构的驱动电机3，产品罐1内部下方设有过滤分离膜4，抽吸结构包括中空的升降杆5、中空的驱动齿轮6、中空的第一连杆7、中空的第二连杆8和抽吸头9，升降杆5上端连接产品罐1顶部，其下端通过驱动齿轮6连接第一连杆7，第一连杆7内套有第二连杆8，第二连杆8下端连接抽吸头9，升降杆5、第一连杆7和第二连杆8形成抽吸通道。

升降杆5下端设有滑动圆盘10，产品罐1内壁设有第一滑槽11，滑动圆盘10外壁设有用于在第一滑槽11上下滑动的第一凸起12，产品罐1顶部内侧壁设有平行于升降杆5的导向杆13，导向杆13内设有拉杆14，拉杆14上端连接导向杆13，其下端连接滑动圆盘10。

滑动圆盘10底部设有能容纳抽吸头9的防护罩15。

抽吸头9包括安装底板16、安装面板17和抽吸端子18，安装底板16面层贴合安装面板17，且通过卡扣19连接，安装面板17上均平分布有抽吸端子18，抽吸端子18的孔径为50nm。

产品罐1两侧对称设有安装支架20，安装支架20底部设有缓冲垫21。

夹套2底部设有冷凝水进水管22，夹套2上方设有冷凝水出水管23，夹套2内设有冷凝水管24。

产品罐1顶部设有进料口25，产品罐1底部设有出料口26。

产品罐1侧壁设有溶氧接口27。

驱动电机3采用立式电机，立式电机设置于产品罐1顶部。

分离膜4孔径为40nm。

实施例一和实施例二的区别在于，相对实施例一来说，采用实施例二，用30～60nm小孔径的膜进行目标产物的分离以及浓缩，其中，30nm的分离膜的除菌效果好，但30nm的分离膜渗透通量较小，使得设备投资和运行成本较高，一般针对不同的发酵菌的除菌要求，会采用不同的分离膜孔，例如，针对，酵母菌，一般采用50nm小孔径的膜。

本技术方案具体使用的时候，首先，产品罐中加入培养基酵母，进行发酵，然后，一方面，利用搅拌轴，进行离心分离，另一方面，利用过滤结构，进行膜过滤，最后，浓缩，其中，传统工艺中增设抽吸结构，利用抽吸结构，防止絮凝物堵塞膜孔，减缓了膜通量的下降。

含有酵母菌的发酵液的菌体情况

以上对本发明提供的生物提取过滤设备进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.生物提取过滤设备，包括产品罐，焊接于产品罐外壁的夹套，其特征在于：所述产品罐内部上方设有抽吸结构，所述产品罐顶部设有用于驱动抽吸结构的驱动电机，所述产品罐内部下方设有过滤分离膜，所述抽吸结构包括中空的升降杆、中空的驱动齿轮、中空的第一连杆、中空的第二连杆和抽吸头，所述升降杆上端连接产品罐顶部，其下端通过驱动齿轮连接第一连杆，所述第一连杆内套有第二连杆，所述第二连杆下端连接抽吸头，所述升降杆、第一连杆和第二连杆形成抽吸通道。

2.根据权利要求1所述的生物提取过滤设备，其特征在于：所述升降杆下端设有滑动圆盘，所述产品罐内壁设有第一滑槽，所述滑动圆盘外壁设有用于在第一滑槽上下滑动的第一凸起，所述产品罐顶部内侧壁设有平行于升降杆的导向杆，所述导向杆内设有拉杆，所述拉杆上端连接导向杆，其下端连接滑动圆盘。

3.根据权利要求2所述的生物提取过滤设备，其特征在于：所述滑动圆盘底部设有能容纳抽吸头的防护罩。

4.根据权利要求1或2或3所述的生物提取过滤设备，其特征在于：所述抽吸头包括安装底板、安装面板和抽吸端子，所述安装底板面层贴合安装面板，且通过卡扣连接，所述安装面板上均平分布有抽吸端子，所述抽吸端子的孔径为40～70nm。

5.根据权利要求4所述的生物提取过滤设备，其特征在于：所述产品罐两侧对称设有安装支架，所述安装支架底部设有缓冲垫。

6.根据权利要求5所述的生物提取过滤设备，其特征在于：所述夹套底部设有冷凝水进水管，所述夹套上方设有冷凝水出水管，所述夹套内设有冷凝水管。

7.根据权利要求6所述的生物提取过滤设备，其特征在于：所述产品罐顶部设有进料口，所述产品罐底部设有出料口。

8.根据权利要求7所述的生物提取过滤设备，其特征在于：所述产品罐侧壁设有溶氧接口。

9.根据权利要求8所述的生物提取过滤设备，其特征在于：所述驱动电机采用立式电机，所述立式电机设置于产品罐顶部。

10.根据权利要求9所述的生物提取过滤设备，其特征在于：所述分离膜孔径为30～60nm。