Autor prezentace: Ing. Jaroslav Pavlík Inaktivace bun k Down-stream procesy v biochemické výrob Ing. Jaroslav Pavlík CPN, spol. s r.o. odd lení poloprovozu Obsah p ednášky statická filtrace základní pojmy dynamická filtrace základní pojmy filtrace bun k diafiltrace roztoku vysokomolekulárního produktu centrifugace p ednáška obsahuje p ve firm Contipro biomasa ferm. médium 2 išt produkt extracelulární dalšímu zpracování podléhá fermenta ní médium 3 4
biomasa ferm. médium biomasa ferm. médium produkt extracelulární dalšímu zpracování podléhá fermenta ní médium produkt intracelulární dalšímu zpracování podléhá biomasa st nap tí nezbytná dezintegrace bun k specializovaná p ednáška 5 6 Autor prezentace: Ing. Jaroslav Pavlík Filtrace 2 základní typy uspo ádání: statická filtrace = filtrace typu dead-end DFF (direct flow filtration) dynamická filtrace TFF (tangential flow filtration) 7 DFF nátok filtrát filtrace za konstantního tlaku tlak pr tok filtrátu filtrace s konstantním pr tokem tlak pr tok filtrátu 8
Autor prezentace: Ing. Jaroslav Pavlík DFF doporu k k ster TFF 9 TFF nátok pr tok u p na membrán 10 hloubková filtrace (membrána dodaná od výrobce) filtry ve form desek a modul filtra ní média: perlit, celulózová vlákna, diatomická hlinka, syntetické polymery 11 12
hloubková filtrace ástice se zachycují p i pr chodu p es 3D strukturu hloubková filtrace (s naplavenou filtra ní membránou) smísení filtrovaného média s filtra ním materiálem nejd ív hrubá filtrace (10 20 m) v dalších krocích jemn jší (1 m) 13 14 Autor prezentace: Ing. Jaroslav Pavlík hloubková filtrace (s naplavenou filtra ní membránou) smísení filtrovaného média s filtra ním materiálem 15 hloubková filtrace (s naplavenou filtra ní membránou) filtrace filtrovaného média s filtra ním materiálem vhodné v p ípad lepivého produktu filtra ní materiál stejný jako u precoatingu 16
Autor prezentace: Ing. Jaroslav Pavlík hloubková filtrace (s naplavenou filtra ní membránou) filtrace filtrovaného média s filtra ním materiálem 17 hloubková filtrace (s naplavenou filtra ní membránou) filtrace filtrovaného média s filtra ním materiálem po filtraci následuje zp tná regenerace filtra ního elementu 18 výhody hloubkové filtrace: výhody náplavové filtrace: levn jší oproti modul m mén pracné oproti deskovému filtru nevýhody: vysoké náklady (moduly) pracné (deskové filtry) nevýhody: prašné relativn erpadla ) filtrace 19 20
membránové filtry nej ast ji ve form filtra ních sví ek ástic porozity 0,2 m 1,2 m materiál: PES, PVDF, PP, PTFE, estery celulózy pojistná filtrace membránové filtry nej ast ji ve form filtra ních sví ek ástic porozity 0,2 m 1,2 m materiál: PES, PVDF, PP, PTFE, estery celulózy pln validovatelné l ešeníš í 21 22 Autor prezentace: Ing. Jaroslav Pavlík TFF velké ástice jsou zakoncentrovávány v u, zatímco malé procházejí skrz membránu nátok 23 Cross-flow procesy proces tlak porozita p íklad pou mikrofiltrace < 2 bar >01 0,1 m mikroorganismy, viry ultrafiltrace 1 10 bar 0,01 0,1 m rozpustné makromolekuly nanofiltrace 5 50 bar 0,001 0,01 m vícemocné soli reverzní osmóza 10 150 bar 0,0001 0,001 m jednomocné soli 24
Autor prezentace: Ing. Jaroslav Pavlík Diafiltrace Diafiltrace 25 Diafiltrace Volba membrány 26 produkt neobsahuje tém ne istoty je nutné optimali t dobu diafiltrace (CFU, n ady UF modul 27 materiál membrány: keramické Al 2 O 3, TiO 2 kompozitní membrány polymerní polysulfon, polyethersulfon regenerovaná celulóza fluoropolymery kompozitní membrány 28
Keramické membrány Polymerní membrány výhody: teplotní odolnost chemická stabilita mechanická odolnost výhody: izovací náklady 29 30 Autor prezentace: Ing. Jaroslav Pavlík MWCO d Uspo ádání UF membrán 3 základní typy vhodné pro diafiltraci i spiráln vinuté moduly 32
Autor prezentace: Ing. Jaroslav Pavlík Uspo ádání UF membrán 3 základní typy vhodné pro diafiltraci i spiráln vinuté moduly výhody: nízké po izovací náklady jednoduchá vým na modulu jednoduchá konstrukce housingu modulu Uspo ádání UF membrán 33 Uspo ádání UF membrán 3 základní typy vhodné pro diafiltraci i deskové membrány (flat sheet) Uspo ádání UF membrán 34 3 základní typy vhodné pro diafiltraci i deskové membrány (flat sheet) výhody: zpracovávání velmi viskózních roztok lepší istitelnost od pevných ástic 3 základní typy vhodné pro diafiltraci i ultrafiltra ní kazety nevýhody: velmi pracná vým na membrán 35 36
Uspo ádání UF membrán Další vlastnosti membrán 3 základní typy vhodné pro diafiltraci i ultrafiltra ní kazety výhody: jednoduchá vým na modulu nízké ztráty produktu vyšší teplotní a chemická odolnost 37 další vlastnosti, ti které ovlivní volbu vhodné membrány: selektivita membrány membránová adsorpce d ípad zpracovávání látek s vysokým pom rem cena/gram (enzymy, syntetické peptidy) provedení membrány tlouš ka distan ní m e (spacer) viskozita, memb. plocha, cross-flow pr myslový x sanitární design 38 Autor prezentace: Ing. Jaroslav Pavlík D n un n n ) u ) ) ) 39 Hnací síla hnací síla ultrafiltrace: TMP (trans-membrane pressure) rozp. UF modul tát 40
Autor prezentace: Ing. Jaroslav Pavlík Hnací síla hnací síla ultrafiltrace: TMP (trans-membrane pressure) rozp. Hnací síla UF modul tát 41 Hnací síla hnací síla ultrafiltrace: TMP (trans-membrane pressure) Hnací síla 42 hnací síla ultrafiltrace: TMP (trans-membrane pressure) ím vyšší TMP, tím v tší vzniká gelová vrstva 43 44
Cross-flow Cross-flow vhodná hodnota cross-flow zamezí tvorb gelové vrstvy vhodná hodnota cross-flow zamezí tvorb gelové vrstvy nátok nátok 45 s rostoucím cross-flow roste tlaková ztráta na modulu nesmí být p ekro en maximální rozdíl tlak na membrán udávaný výrobcem 46 Autor prezentace: Ing. Jaroslav Pavlík Cross-flow vhodná hodnota cross-flow zamezí tvorb gelové vrstvy nátok erpadlo velká energetická náro nost 47 Další parametry ovliv ující UF vlastnosti ti filtrovaného materiálu: viskozita výkon membrány klesá s rostoucí viskozitou roste s rostoucí koncentrací produktu klesá s teplotou iontová síla v pr b hu diafiltrace klesá m ovlivnit tvar molekul, a tím jejich chování 48
Autor prezentace: Ing. Jaroslav Pavlík Zahušt ní p tšinou vhodné produkt zahustit na vyšší koncentraci rozp. Zahušt ní UF modul 49 Zahušt ní p tšinou vhodné produkt zahustit na vyšší koncentraci UF modul Další zpracování 50 p tšinou vhodné produkt zahustit na vyšší koncentraci rozprašovací (sprejová) sušárna viz další p ednáška UF modul 51 52
Další zpracování Zpracování biomasy nové rozpušt ní a p usušení v jiném druhu sušárny produkt je intracelulární je nutné odd lit bu ky z média bu ky nesmí uvíznout v hloubkovém filtru nebo být smíchány s filtra ním médiem 53 54 Autor prezentace: Ing. Jaroslav Pavlík Zpracování biomasy cross-flow mikrofiltrace analogie se zahuš ováním pomocí UF ná kultura 55 Zpracování biomasy filtra ní centrifugace ferm.médium médium zbavené biomasy 56
Autor prezentace: Ing. Jaroslav Pavlík Zpracování biomasy v p ípad viskózního i lepivého produktu se plachetka velmi rychle zalepí ferm.médium médium zbavené biomasy Dezintegrace biomasy 57 Zpracování biomasy sedimenta ní centrifugace s kontinuálním odtahem média pomocí tzv. Pitotovy trubice ferm.médium médium zbavené biomasy Další zpracování 58 sediment se p evede do jiné nádoby, kde se biomasa dezintegruje p ednáška zítra dezintegrovaná biomasa se: zfiltruje 59 zdiafiltruje usuší 60
Další zpracování Další zpracování dezintegrovaná biomasa se: promyje rozpustí a zfiltruje usuší dezintegrovaná biomasa se: odst edí ponechá se sediment sediment se promyje a usuší 61 62 Autor prezentace: Ing. Jaroslav Pavlík Sušení druhá ást p ednášky 63 D kuji za pozornost