Obsah p ednášky. biomasa ferm. médium

Autor prezentace: Ing. Jaroslav Pavlík

Obsah pĜednášky statická filtrace – základní pojmy dynamická filtrace – základní pojmy filtrace bunČk diafiltrace roztoku vysokomolekulárního produktu centrifugace

Down-stream procesy v biochemické výrobČ

pĜednáška obsahuje pĜHGHYãtPWHFKQRORJLHSRXåtYDQp ve firmČ Contipro Ing. Jaroslav Pavlík CPN spol. CPN, l s r.o. oddČlení poloprovozu

2

biomasa [ ferm. médium

Inaktivace bunČk QHåiGRXFtQiUĤVWELRPDV\PLPRIHUPHQWRU SURGXNWY\UREHQêSĜLVWDQGDUGQtFKSRGPtQNiFK VQD]ãtþištČQt

produkt extracelulární dalšímu zpracování podléhá fermentaþní médium

]PČQDI\]LNiOQČFKHPLFNêFKSDUDPHWUĤ

3

4

biomasa [ ferm. médium

biomasa [ ferm. médium produkt extracelulární dalšímu zpracování podléhá fermentaþní médium

produkt intracelulární dalšímu zpracování podléhá biomasa

stĜLåQp napČtí

nezbytná dezintegrace bunČk … specializovaná pĜednáška 6

5


DFF

Filtrace

filtrace za konstantního tlaku

2 základní typy uspoĜádání: nátok

tl k tlak

statická filtrace = filtrace typu „dead-end“ DFF (direct flow filtration)

prĤtok filtrátu

filtrace s konstantním prĤtokem

dynamická filtrace TFF (tangential flow filtration) filtrát

7

tlak

prĤtok filtrátu

8


DFF

TFF

doporuþXMHVHWHKG\NG\åSRåDGRYDQiVORåND]ĤVWiYi YHILOWUiWX ILOW ILOWUDFHEXQČk E Čk RGVWUDĖRYiQtSHYQêFKQHþLVWRW sterLOL]DþQt W LOL þ t ILOWUDFH ILOW

prĤtok permeátu

permeát

'p na membránČ

nátok

retentát

permeát át

9

10

Filtrace bunČk

TFF SRXåLWt ]DNRQFHQWURYiYiQtSHYQêFKþiVWLF GLDILOWUDFH ]DKXãĢRYiQtþLVWpKRUR]WRNX

hloubková filtrace (membrána dodaná od výrobce) filtry ve formČ desek a modulĤ

filtraþní média: perlit, celulózová vlákna, diatomická hlinka, syntetické polymery…

11

12

Filtrace bunČk

Filtrace bunČk hloubková filtrace þástice se zachycují pĜi prĤchodu pĜes 3D strukturu

hloubková filtrace (s naplavenou filtraþní membránou) PRåQRVWQDSODYHQtÄSUHFRDWLQJX³YUHF\NOX smísení filtrovaného média s filtraþním materiálem

nejdĜív hrubá filtrace (10 – 20 Pm) v dalších krocích jemnČjší (1 Pm) SUHFRDWLQJGLDWRPLWSHUOLWFHOXOy]D« 14

13


Filtrace bunČk

Filtrace bunČk hloubková filtrace (s naplavenou filtraþní membránou) PRåQRVWQDSODYHQtÄSUHFRDWLQJX³YUHF\NOX smísení filtrovaného média s filtraþním materiálem

SUHFRDWLQJGLDWRPLWSHUOLWFHOXOy]D«

hloubková filtrace (s naplavenou filtraþní membránou) filtrace filtrovaného média s filtraþním materiálem vhodné v pĜípadČ lepivého produktu

filtraþní materiál stejný jako u precoatingu 15

16


Filtrace bunČk

Filtrace bunČk

hloubková filtrace (s naplavenou filtraþní membránou) filtrace filtrovaného média s filtraþním materiálem

17

hloubková filtrace (s naplavenou filtraþní membránou) filtrace filtrovaného média s filtraþním materiálem

po filtraci následuje zpČtná regenerace filtraþního elementu 18

Filtrace bunČk

Filtrace bunČk výhody hloubkové filtrace: PpGLDVYHONêPPQRåVWYtPELRPDV\ Y\VRNRYLVNy]Qt PpGLD

výhody náplavové filtrace: levnČjší oproti modulĤm ménČ pracné oproti deskovému filtru

nevýhody: vysoké náklady (moduly) pracné (deskové filtry)

nevýhody: prašné relativnČVORåLWp]DĜt]HQtQiGUåHþerpadla…) ]DQiSODYRYRXILOWUDFtWpPČĜYåG\QiVOHGXMHSRMLVWQi filtrace 19

20

Filtrace bunČk

Filtrace bunČk membránové filtry nejþastČji ve formČ filtraþních svíþek GHNODURYDQiDEVROXWQt]iGUåþástic porozity 0,2 Pm – 1,2 Pm materiál: PES, PVDF, PP, PTFE, estery celulózy

membránové filtry nejþastČji ve formČ filtraþních svíþek GHNODURYDQiDEVROXWQt]iGUåþástic porozity 0,2 Pm – 1,2 Pm materiál: PES, PVDF, PP, PTFE, estery celulózy

pojistná ji t á filt filtrace ILOWUDFHPpGLDVPDOêPPQRåVWYtPSHYQpIi]H

plnČ l Č validovatelné lid t l é Ĝešení Ĝ š í

22

21


Cross-flow procesy

TFF velké þástice jsou zakoncentrovávány v retentátu, zatímco malé procházejí skrz membránu

proces

tl k tlak

porozita it

pĜíklad ĜtNO G pouåLWt åLWt ]DFK\FHQp VORåN\

mikrofiltrace

< 2 bar

> 0,1 0 1 Pm

mikroorganismy viry mikroorganismy,

ultrafiltrace

1 – 10 bar

0,01 – 0,1 P Pm

rozpustné makromolekuly

nanofiltrace

5 – 50 bar

0,001 – 0,01 Pm

vícemocné soli

reverzní osmóza

10 – 150 bar

0,0001 – 0,001 Pm

jednomocné soli

permeát

nátok

retentát

permeát 23

24


Diafiltrace

Diafiltrace

Qt]NRPROHNXOiUQtVORåN\SURFKi]HMtVNU]PHPEUiQX Y\VRNRPROHNXOiUQtSURGXNWMH]DGUåRYiQYUHWHQWiWX

Qt]NRPROHNXOiUQtVORåN\SURFKi]HMtVNU]PHPEUiQX Y\VRNRPROHNXOiUQtSURGXNWMH]DGUåRYiQYUHWHQWiWX UR]S

retentát

8)PRGXO

retentát

8)PRGXO SHUPHiW

SHUPHiW 25

26

Volba membrány

Diafiltrace produkt neobsahuje témČĜåiGQpQt]NRPROHNXOiUQt neþistoty M nutné je W p optimali]RYDt WL OL WG dobu E GL diafiltrace ILOW &)8 (CFU, niNOady… iNO G UR]S

UHWHQWiW

UF modul SHUPHiW

materiál membrány: keramické Al2O3, TiO2 kompozitní membrány polymerní polysulfon, polyethersulfon regenerovaná celulóza fluoropolymery kompozitní membrány

N 27

28

Polymerní membrány

Keramické membrány

výhody: QLåãtSRĜizovací náklady ãLURNiãNiODSURGXNWĤ

výhody: teplotní odolnost chemická stabilita mechanická odolnost GHOãtåLYRWQRVW

30

29


UspoĜádání UF membrán

MWCO dĤOHåLWêSDUDPHWUPROHFXODU ZHLJKW FXWRII OiWN\RWpWR0:]ĤVWiYiYUHWHQWiWX YROtVHPLQLPiOQČ[PHQãt0:&2 KRGQRWDXGDQiYêUREFHPMHMHQRULHQWDþQt VWDQRYHQDQDUHIHUHQþQtSRO\PHU3(* VNXWHþQp0:&2RYOLYĖXMt WYDUPROHNXO\VWXSHĖK\GUDWDFHSRODULWDQiERM MHGQRWND'D JPRO UR]VDKQDEt]HQtFK0:&2'D ± N'D

3 základní ákl d í ttypy vhodné h d é pro diafiltraci di filt i spirálnČ vinuté moduly

32




3 základní ákl d í ttypy vhodné h d é pro diafiltraci di filt i spirálnČ vinuté moduly výhody: nízké poĜizovací náklady jednoduchá výmČna modulu jednoduchá konstrukce housingu modulu QLåãtWODNRYi]WUiWDQDPRGXOX

3 základní ákl d í ttypy vhodné h d é pro diafiltraci di filt i deskové membrány (flat sheet)

33

34



3 základní ákl d í ttypy vhodné h d é pro diafiltraci di filt i ultrafiltraþní kazety

3 základní ákl d í ttypy vhodné h d é pro diafiltraci di filt i deskové membrány (flat sheet) výhody: Qt]Ni]iGUå zpracovávání velmi viskózních roztokĤ lepší þistitelnost od pevných þástic nevýhody: velmi pracná výmČna membrán

35

36

Další vlastnosti membrán


další d lší vlastnosti, l t ti kt které é ovlivní li í volbu lb vhodné h d é membrány: bá selektivita membrány

3 základní ákl d í ttypy vhodné h d é pro diafiltraci di filt i ultrafiltraþní kazety výhody: jednoduchá výmČna modulu nízké ztráty produktu Qt]Ni]iGUå vyšší teplotní a chemická odolnost

membránová adsorpce dĤOHåLWiYSĜípadČ zpracovávání látek s vysokým pomČrem cena/gram (enzymy, syntetické peptidy) provedení membrány tl šĢk distanþní tloušĢka di t þ í mĜtåe Ĝtå (spacer) ) viskozita, memb. plocha, cross-flow… prĤmyslový x sanitární design 38

37


Hnací síla

DĤOHåLWpSDUDPHWU\8) SURRSWLPiOntIunNþQRVWXOWUDILOWUXMHQH]E\WnpYKRGnČ WL iO t I Nþ W OW ILOW M E W p K G Č ]YROLWW\WRSDUDPHWU\

h hnací í síla íl ultrafiltrace: lt filt TMP (trans-membrane (t b pressure)) rozp.

retentát t tát

KQDFtVtODSURFHVXWODNRYpSRPČU\QDPHPEUiQČ) XUþuMHSUĤWRNSHUPHiWXYêNRQPHPEUiQ\) þ M ĤW N iW êN Ei NĜtåRYêWRNFURVVIORZ) NĜtå êW N IO ) ]DEUDĖXMHU\FKOpPX]DQiãHQtPHPEUiQ\

UF modul permeát

39

40


Hnací síla

Hnací síla

h hnací í síla íl ultrafiltrace: lt filt TMP (trans-membrane (t b pressure)) rozp.

h hnací í síla íl ultrafiltrace: lt filt TMP (trans-membrane (t b pressure)) 3)HHG 35HWHQWDWH 703 33HUPHDWH

retentát t tát

UF modul permeát

41

42

Hnací síla

Hnací síla h hnací í síla íl ultrafiltrace: lt filt TMP (trans-membrane (t b pressure)) QiWRN

UHWHQWiW

7ODN

þí vyšší þím šší TMP, TMP tím tí vČtší Čtší vzniká iká gelová l á vrstva t QiWRN

UHWHQWiW

7ODN 3UĤPČUQêWODN

3UĤPČUQêWODN

*HORYi YUVWYD PHPEU HPEUi iQD

PHPEUiQD

,QWHQ]LWDWRNXSHUPHiWXSURGXNW

,QWHQ]LWD WRNX SHUPHiWX YRGD ,QWHQ]LWDWRNXSHUPHiWXYRGD 43

44

Cross-flow

Cross-flow vhodná h d áh hodnota d t cross-flow fl zamezíí tvorbČ t bČ gelové l é vrstvy t

nátok

vhodná h d áh hodnota d t cross-flow fl zamezíí tvorbČ t bČ gelové l é vrstvy t

nátok

retentát

retentát

permeát

permeát

s rostoucím cross-flow roste tlaková ztráta na modulu nesmí být pĜekroþen maximální rozdíl tlakĤ na membránČ udávaný výrobcem 46

45


Další parametry ovlivĖující UF

Cross-flow vhodná h d áh hodnota d t cross-flow fl zamezíí tvorbČ t bČ gelové l é vrstvy t

nátok

retentát

permeát

Y\ããtFURVVIORZ]QDPHQiY\ããtSRåDGDYN\QDþerpadlo velká energetická nároþnost 47

vlastnosti l t ti filt filtrovaného éh materiálu: t iál viskozita výkon membrány klesá s rostoucí viskozitou roste s rostoucí koncentrací produktu klesá s teplotou iontová síla v prĤbČhu diafiltrace klesá mĤåHYêUD]QČ ovlivnit tvar molekul, a tím jejich chování h á í

48


ZahuštČní

ZahuštČní

pĜHGVSUHMRYêPVXãHQtPVUiåHQtPMHYČtšinou vhodné produkt zahustit na vyšší koncentraci rozp.

pĜHGVSUHMRYêPVXãHQtPVUiåHQtPMHYČtšinou vhodné produkt zahustit na vyšší koncentraci

retentát

retentát

UF modul

UF modul permeát

permeát 49

50

Další zpracování

ZahuštČní pĜHGVSUHMRYêPVXãHQtPVUiåHQtPMHYČtšinou vhodné produkt zahustit na vyšší koncentraci

rozprašovací (sprejová) sušárna … viz další pĜednáška VUDåHQtRUJDQLFNêPUR]SRXãWČGOHP HWKDQROLVRSURSDQRO

retentát

UF modul permeát 51

52

Zpracování biomasy


produkt je intracelulární

nové rozpuštČní a pĜHVUiåHQt usušení v jiném druhu sušárny

je nutné oddČlit buĖky z média buĖky nesmí uvíznout v hloubkovém filtru nebo být smíchány í há s filtraþním filt þ í médiem édi

54

53



Zpracování biomasy cross-flow mikrofiltrace analogie se zahušĢováním pomocí UF PXVtWRXPRåQLW]SUDFRYiYDQêSURGXNWDEXQČþná kultura

filtraþní centrifugace f ferm.médium édi

retentát

médium zbavené biomasy

0)PRGXO SHUPHiW IHUPPpGLXP

55

56




v pĜípadČ viskózního þi lepivého produktu se plachetka velmi rychle zalepí f ferm.médium édi

sedimentaþní centrifugace s kontinuálním odtahem média pomocí tzv. Pitotovy t bi trubice ferm.médium

médium zbavené biomasy y

médium zbavené biomasy 57

58


Dezintegrace biomasy sediment se pĜevede do jiné nádoby, kde se biomasa dezintegruje pĜednáška Ĝ d ášk zítra… ít

59

dezintegrovaná biomasa se: zfiltruje

zdiafiltruje Y\VUiåtSURP\MH usuší

60



dezintegrovaná biomasa se: odstĜedí ponechá se sediment sediment se promyje a usuší

dezintegrovaná biomasa se: promyje rozpustí a zfiltruje Y\VUiåt usuší

62

61


Sušení druhá þást pĜednášky…

DČkuji za pozornost

63

Obsah p ednášky. biomasa ferm. médium

Recommend Documents