CN205412692U - 一种小型实验室膜过滤装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种小型实验室膜过滤装置，第一储液罐的出液端通过第一循环泵连接微滤膜组件的进口端，微滤膜组件的第一出口端通过第一球阀连接第一储液罐的进液端；微滤膜组件的第二出口端通过第二球阀连接第二储液罐的第一进液端，第二储液罐的出液端通过第三球阀和第二循环泵连接超滤膜组件的进口端，超滤膜组件的第一出口端通过第五球阀连接第三储液罐，超滤膜组件的第二出口端通过第四球阀连接第二储液罐的第二进液端。采用微滤和超滤相结合，适用于发酵液固液分离和蛋白质溶液浓缩等溶液处理。

Description

一种小型实验室膜过滤装置

技术领域

本实用新型涉及一种膜过滤装置，特别涉及一种实验室用小型膜过滤装置。该装置主要应用于实验室小型发酵罐的发酵液预处理，也可用于食品、制药、化工等领域的溶液处理。

背景技术

膜过滤是一种与膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，膜表面密布的许多细小的微孔只允许溶剂及小分子溶质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的分离和浓缩。根据孔径大小膜过滤可分为微滤、超滤、纳滤和反渗透4种，过滤的粒径分别为0.025~10μm、5~100nm、1~10nm和0.2~1.0nm之间。膜过滤广泛应用于医药、食品、工业等领域的水处理过程，以其低成本和高效性获得了迅猛发展。

膜过滤装置从应用上可分为工厂使用的生产型和高校科研院所使用的科研型两类，前者设备庞大，价格较高，适用于规模化生产。后者设备小巧，价格便宜，主要用于科研和教学。

目前市场上所提供的实验室用小型膜过滤装置普遍存在过滤方式单一，拆卸清洗操作复杂，易污染损坏和处理量过小等缺点。为此，有必要研制一种小型实验室膜过滤装置供高校教学观摩学习，同时也可用于科研服务，比如用于菌体、大分子蛋白质和小分子活性物质的分级分离。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服作为现有技术的膜过滤装置的缺点，而提供一种小型实验室膜过滤装置，采用微滤和超滤相结合，适用于发酵液固液分离和蛋白质溶液浓缩等溶液处理。

本实用新型采用了以下技术方案：

一种小型实验室膜过滤装置，包括第一储液罐、第二储液罐和第三储液罐，其特征在于还包括带有第一压力表的微滤膜组件和带有第二压力表的超滤膜组件；第一储液罐的出液端通过第一循环泵连接微滤膜组件的进口端，微滤膜组件的第一出口端通过第一球阀连接第一储液罐的进液端；微滤膜组件的第二出口端通过第二球阀连接第二储液罐的第一进液端，第二储液罐的出液端通过第三球阀和第二循环泵连接超滤膜组件的进口端，超滤膜组件的第一出口端通过第五球阀连接第三储液罐，超滤膜组件的第二出口端通过第四球阀连接第二储液罐的第二进液端。

第一储液罐、第二储液罐和第三储液罐的上盖分别设有与空气连通的透气装置。

本实用新型的积极效果在于：

一、本装置集成了微滤和超滤两个过程，发酵液无需加热，无需调pH，也无需添加絮凝剂等，能够方便快捷地实现发酵液的固液分离以及蛋白质大分子和小分子活性物质分离过程，特别适用于对热和酸碱敏感的产物分离。

二、过滤方式采用错流过滤，属于非死端过滤，可有效缓解膜面污染，单批过滤量大，样品处理量约为20L/h。

三、管路采用软管连接，可拆卸，灵活性高，可操作性强，便于实验的调整及优化。

四、微滤和超滤之间设有阀门，可手动切换膜组件单独使用微滤或超滤，死体积1L以内，可提高滤液的质量，减少产物的损耗。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本实用新型。

如图1，本实用新型的实施例包括第一储液罐1、第二储液罐7和第三储液罐14，本实用新型的实施例还包括带有第一压力表4的微滤膜组件3和带有第二压力表11的超滤膜组件10。

第一储液罐1的出液端通过第一循环泵2连接微滤膜组件3的进口端，微滤膜组件3的第一出口端通过第一球阀5连接第一储液罐1的进液端。微滤膜组件3的第二出口端通过第二球阀6连接第二储液罐7的第一进液端，第二储液罐7的出液端通过第三球阀8和第二循环泵9连接超滤膜组件10的进口端，超滤膜组件10的第一出口端通过第五球阀13连接第三储液罐14，超滤膜组件10的第二出口端通过第四球阀12连接第二储液罐7的第二进液端。

微滤膜组件3和超滤膜组件10各具有两个出口，分别为滤液出口和浓缩液出口，微滤液可收集作为超滤步骤的原料液，浓缩液则通过管路连接储液罐形成循环。

操作过程中根据需要将球阀阀门开启或闭合，即可进行微滤和超滤。经过处理，发酵液被分为菌体浓缩液、蛋白质浓缩液、小分子物质清液三部分。

实验完毕后，通过循环泵将各个装置中的余液抽出，进行膜的清洗工作，此时储液罐可当做清洗罐使用，也可根据需要按照反清洗管路的连接要求连接即可进行反清洗。

第一储液罐1、第二储液罐7和第三储液罐14并非密闭，上盖分别设有与空气连通的透气装置，防止产生负压和真空。

循环泵采用食品级304不锈钢单级离心泵，耐酸碱耐腐蚀；微滤膜组件特征为，陶瓷膜，其截留分子量为8000-500000kD，孔径为0.05-10μm，壳体可拆卸，也可根据实验具体要求选用其他的微滤膜；超滤膜组件特征为，PAN、PVDF、PC、PES、PP或PE复合膜中的一种，其截留分子量为300-5000kD，孔径在5-100nm，根据实验要求选择膜种类和型号，壳体可拆卸；采用球阀控制液流方向和过滤压力，灵活快捷。

以下是本实用新型的两个具体应用实施例。

实施例1

取谷氨酸发酵液10L，加入第一储液罐1，打开第一球阀5和第二球阀6，并打开第一循环泵2。发酵液经过微滤膜组件3回流进入第一储液罐1，形成内循环。

将第一球阀5部分关闭，直到第一压力表4指针达到0.08MPa，微滤液经第二球阀6流入第二储液罐7，待微滤液体积达到2L以上，依次打开第三球阀8、第四球阀12、第五球阀13和第二循环泵9，微滤液经过超滤膜组件10流入第二储液罐7，形成内循环。

将第四球阀12部分关闭，直到第二压力表11指针达到0.14MPa，超滤液经第五球阀13流入第三储液罐14。

当第一储液罐1中料液不足1L时补加1L蒸馏水，将微滤膜组件3中残留的料液置换出来，同样的方法适用于第二储液罐7和超滤膜组件10。

过滤结束后，第一储液罐1、第二储液罐7和第三储液罐14分别得到菌体浓缩液1.2L、蛋白质浓缩液0.7L、超滤液8.9L，管道和膜组件中残留料液1.2L。

分光光度计测定滤液中菌体浓度（OD600），计算菌体去除率；生物传感器测定滤液中谷氨酸的含量，计算谷氨酸回收率。微滤后菌体去除率为97.35%，超滤后菌体去除率达到100%，超滤液中谷氨酸浓度为原发酵液的96.64%，谷氨酸回收率为86.01%。

菌体去除率=（OD_600原液-OD_600滤液）/OD_600原液×100%。

其中，OD_600原液为原发酵液稀释20倍在可见光波长600nm处的吸光值，OD_600滤液为滤液稀释20倍在可见光波长600nm处的吸光值。

谷氨酸回收率=(C_滤液×V_滤液)/(C_原液×V_原液)×100%。

其中，C_滤液为滤液中谷氨酸的浓度，单位g/L；V_滤液为滤液的体积，单位L；/(C_原液为原发酵液中谷氨酸的浓度，单位g/L；V_原液为原发酵液的体积，单位L。

实施例2

取肌苷发酵液10L，加入第一储液罐1，打开第一球阀5和第二球阀6，并打开第一循环泵2。发酵液经过微滤膜组件3回流进入第一储液罐1，形成内循环。

将第一球阀5部分关闭，直到第一压力表4指针达到0.09MPa，微滤液经第二球阀6流入第二储液罐7，待微滤液体积达到2L以上，依次打开第三球阀8、第四球阀12、第五球阀13和第二循环泵9，微滤液经过超滤膜组件10流入第二储液罐7，形成内循环。

将第四球阀12部分关闭，直到第二压力表11指针达到0.20MPa，超滤液经第五球阀13流入第三储液罐14。

当第一储液罐1中料液不足1L时补加1L蒸馏水，将微滤膜组件3中残留的料液置换出来，同样的方法适用于第二储液罐7和超滤膜组件10。

过滤结束后，第一储液罐1、第二储液罐7和第三储液罐14分别得到菌体浓缩液1.3L、蛋白质浓缩液0.9L、超滤液8.6L，管道和膜组件中残留料液1.2L。

分光光度计测定滤液中菌体含量（OD600），计算菌体去除率；高效液相色谱法测定滤液中肌苷的含量，计算肌苷回收率。微滤后菌体去除率为96.67%，超滤后菌体去除率达到100%，超滤液中肌苷浓度为原发酵液的90.63%，肌苷回收率为77.93%。

Claims (2)

1.一种小型实验室膜过滤装置，包括第一储液罐（1）、第二储液罐（7）和第三储液罐（14），其特征在于还包括带有第一压力表（4）的微滤膜组件（3）和带有第二压力表（11）的超滤膜组件（10）；第一储液罐（1）的出液端通过第一循环泵（2）连接微滤膜组件（3）的进口端，微滤膜组件（3）的第一出口端通过第一球阀（5）连接第一储液罐（1）的进液端；微滤膜组件（3）的第二出口端通过第二球阀（6）连接第二储液罐（7）的第一进液端，第二储液罐（7）的出液端通过第三球阀（8）和第二循环泵（9）连接超滤膜组件（10）的进口端，超滤膜组件（10）的第一出口端通过第五球阀（13）连接第三储液罐（14），超滤膜组件（10）的第二出口端通过第四球阀（12）连接第二储液罐（7）的第二进液端。

2.如权利要求1所述的小型实验室膜过滤装置，其特征在于：第一储液罐（1）、第二储液罐（7）和第三储液罐（14）的上盖分别设有与空气连通的透气装置。