第七章 过滤、离心分离设备

第七章过滤、离心分离设备授课时间2学时单元目标与要求掌握过滤的基本理论各几种形式的过滤设备的结构原理及操作方法授课内容过滤速度的强化，过滤设备，离心分离设备，膜分离设备。重点和难点过滤速度的强化方法，板框过滤机、碟片式离心过滤机的特点、原理、结构与计算。一、几个基本概念•过滤介质：一种能让液体通过，将固体粒子截留的介质。•滤渣：滤浆中的固体粒子•滤饼：被截留在过滤介质上的滤渣•滤液：滤过的液体•恒压过滤：将过滤操作的推动力维持在某一不变的压力下进行。•恒速过滤：操作中以恒定的流量向过滤机供料以维持过滤速率不变。二、生物物料过滤特点•饼有高度可压缩性，过滤困难•胶体粒子能吸水，形成不流动的液体层，过滤阻力增大。三、过滤介质（一）过滤介质的特性1、过滤介质所能截留的固体粒子的大小纤维10um硅藻土1um超滤膜0.5um2、过滤介质的渗透性渗透性越大，阻力越小3、其他耐酸碱性、耐热性(二)天然纤维滤布和合成纤维滤布棉花纤维或合成纤维织成的滤布是工业上应用最广的过滤介质。影响因素：纤维特性，耐热性，耐磨性，耐酸性等等。(三)松散粉粒过滤介质构成沙滤床的硅藻土用法：1.作为深层过滤介质过滤悬浮液。2.在挠性或刚性支持性介质表面上欲先形成硅藻土薄层，以保护支持性介质的毛细孔在过滤时不被微小的颗粒所堵塞。3.使形成的滤饼具有多孔隙，并降低滤饼的可压缩性，提高过滤速度和延长过滤操作的周期。四、过滤速率的强化过滤速率dV/dτ=ΔP/[u（r0l+R）]滤饼比阻力的异常性与过滤速度的强化1．降低滤饼比阻力r0r0=128a/(nлd4)增大毛细孔直径d，滤饼阻力r0下降。采用方法：添加电解质、絮凝剂、凝固剂：d增大加助滤剂：小粒子附于其上成大粒子，d增大加热：胶体粒子变性凝固，d增大调PH：蛋白质等电点，溶解度变小或凝固，d增大2．降低滤液粘度μ升温使粘度u下降加酶热敏性物料用加酶法3．降低悬浮液中悬浮固体的浓度x0工艺方面主要从培养基方面考虑设备方面用连续能除渣的设备4．热处理热处理能使蛋白质等胶体粒子变性凝固，d增大,使过滤速度大为提高。5.提高过滤压力差ΔPΔP增加，dV/dτ增大允许压差操作≦0.3Mpa开始压力小，逐步提高压力。问题关于提高过滤压力差ΔP是否是强化过滤的的好途径?第二节过滤设备设备分类：常压、加压、真空等过滤设备1、麦汁平底筛过滤槽结构上半部与糊化锅相似，平底。滤液排出管过滤筛板耕槽机喷淋水装置主要部件过滤筛板：由若干块排列组成离底8-12cm，水平，开长条形孔，开孔率6%。耕槽机：装于中央垂直转轴上，有耕刀。耕槽机作用：进料时搅拌后期疏松麦糟层排糟要求：麦槽层厚度为0.3-0.4m过滤面积：100kg干麦芽需过滤面积0.5m2左右。特点：不用加过滤介质，运转费用低，滤液澄清度好，但生产效率低操作过程：2、快速过滤槽结构圆柱形或长方形锥底结构,槽身下部装有5-7层过滤管。特点过滤面积和压差增大了,过滤速度快。3、板框式压滤机设备动画\3分离过滤\3-4板框过滤机.swf设备动画\3分离过滤\板框压滤机.swf结构滤框：正方形滤板：支撑滤布并提供滤液流出的通道通常使用压力：3-5*105Pa。改进后的RCP设备操作过程在过滤区形成的滤饼，依次经过吸脱、洗饼、脱水、空气反吹剥离后行进的滤布载着滤饼在通过滤饼脱离滚筒时，因方向转折，滤饼被剥离。除去滤饼后再从正反两面用刷子及高压喷嘴洗涤再生，重新进入过滤区，特点：比GP机速度高50-100%4、垂直式叶片硅藻土过滤机结构不锈钢圆柱体外壳，顶部为快开式顶盖，底部有一根水平滤液总管滤叶：骨架为方形框，框中间平面上夹持一层粗的大孔格金属丝网，两侧有细密的金属丝网（400-500目），每只滤叶下有接管接于滤液总管上。设备动画\3分离过滤\3-10加压叶滤机.swf流动方向4321图8-4垂直式硅藻土过滤机操作过程过滤时器盖紧闭，从混合槽中将啤酒与硅藻土混合液泵入过滤器，以制备硅藻土预涂层。混合液中的硅藻土粒子被截留在滤叶表面的细金属丝网上，而啤酒进入滤框内腔进而从水平滤液总管流出。浊液返流，直至流出澄清的啤酒，至此预涂层完成。然后将待过滤啤酒过滤。5、真空过滤机设备主体特点：将过滤、洗饼、吹干、卸饼分别在转鼓的一周转动中完成。连续且滤饼阻力小。为恒压恒速过滤过程。操作过程设备改进设备动画\3分离过滤\3-11转筒真空过滤机.swf第三节、离心分离设备离心分离是在液相非均匀体系中，利用离心力来达到液液分离，液固分离的方法，通称为离心分离。分为离心沉降和离心过滤。离心机是在高速旋转的转鼓中，藉惯性离心力的作用，过滤、澄清悬浮液，或将两种轻重不同、互不溶解的液体分离的设备。一.分类按作用原理分类过滤式:（分离机）：转鼓壁上有孔并装滤布（三足式）沉降式:（澄清机）：转鼓壁上无孔无滤布，碟片式、管式按离心分离因素分类常速离心机，分离因素f小于3000中速离心机，分离因素f3000-50000高速离心机，分离因素f大于50000超高速离心机，分离因素f大于20万；二.离心力与转鼓直径和转速的关系重量为M（kg）的物体旋转时，当其圆周速度为μ（m/s），旋转半径为R（m），则产生的离心力为式中g——重力加速度，m/s；n——转数，r/min；D——旋转直径，m。如果以旋转角速度ω（弧度/秒）表示，并取旋转加速度与重力加速度之比称为“离心分离因数”，以表示。则222900RuRnfggR2222()6090RnMMuMRnFgRgR2RfM增加，F增加；R增加，F增加；n增加，F增加显著三.离心澄清机和离心分离机1.定义离心澄清机定义：藉离心沉降速度的不同将悬浮液中的液、固相分开的离心机称作离心澄清机。离心分离机定义：藉离心沉降速度的不同将轻重不同或互不溶解的两种液体分开的离心机称作离心分离机。三足式离心澄清机设备动画\3分离过滤\三足式离心机.swf碟片式离心机1.结构转鼓：悬在转鼓轴的顶端。转鼓芯：在转鼓内部，由50-80只形状与尺寸相同的碟片按一定间距叠装而成。离心澄清机的结构2.原理离心分离机机的转鼓内有数十只(50-80)形状和尺寸相同的碟片,碟片按一定间距(0.5-1.2mm)叠置起来组成碟片组，每只碟片在离开轴线一定距离的圆周上开有几个对称分布的圆孔许多这样的碟片叠置起来时，对应的圆孔就形成垂直的通道。两种不同重度液体的混合液进入离心分离机后，通过碟片上圆孔形成的垂直通道进入碟片间的隙道，并被带着高速旋转，由于两种不同重度液体的离心沉降速度的不同，重液的离心沉降速度大，就离开轴线向外运动，轻液的离心沉降速度小，则向轴线流动。这样，两种不同重度液体就在碟片间的隙道流动的过程中被分开。2、工作原理：当悬浮液在动压头的作用下，经中心管流入高速旋转的碟片之间的间隙时，便产生了惯性离心力，其中密度较大的固体颗粒在离心力的作用下向上层碟片的下表面运动，而后沿碟片下表面向转子周围下滑，液体则沿转子中心上升，从套管中排出，达到分离的目的。同样对于乳浊液的分离，轻液沿中心向上流动，重液沿周围向下流动而得到分离。自动排出沉渣的离心澄清机分批自动排出沉渣的离心澄清机第四节膜分离一.定义对溶液中粒径很小的粒子进行过滤分离的操作浓差极化现象当待分离液从膜面一侧流过时，靠近膜面的液体处于层流状态，水及小分子溶质透过膜，大分子溶质则被膜阻留。被阻留分子从膜面返回液体主流的速度，受分子通过层流区的扩散速度所控制，当这一速度低于被阻留分子在膜面聚集的速度，就逐渐在膜面上，行成一高浓度的被阻留的溶质分子层。随着浓差极化愈来愈严重，膜的滤出速度也愈来愈低膜分离的特点膜分离过程不发生相变化，能耗低。膜分离过程在常温下进行。不仅适用于有机物，无机物和病毒、细菌分离，还适用于一些共沸物或近沸物的分离。二.膜分离过程的类型按膜内平均孔径、推动力和传递机制进行分类过程孔径推动力机制微滤0.02-10um压力差筛分超滤0.001-0.02um压力差筛分反渗透无孔压力差溶液-扩散气体透过无孔压力差溶液-扩散透析1-3nm浓度差筛分+扩散电渗析相对分子质量电位差离子迁移小于200渗透蒸发无孔分压差溶液-扩散按膜分离推动力的不同分类以静压力差为推动力的过程；以蒸气分压差为推动力的过程；以浓度差为推动力的过程；以电位差为推动力的过程.设备动画\3分离过滤\膜分离过程示意图.swf三.膜分离过程离。四.膜分离设备•板式膜过滤器•管式膜过滤器•中空纤维式膜分离器•螺旋卷式膜分离器思考题1、如何强化过滤速度?2、叙述麦汁过滤槽、板框压滤机的结构和过滤原理3、在饲料工厂从发酵醪中分离酵母应该选用什么离心机?叙述该机分离酵母的原理4、在工厂中要将奶油(酯)从新鲜牛奶中分离出来应该选用什么离心机?叙述该机分离奶油的原理。5、用膜分离(超滤和反渗透)技术分离生化产品有什么特点?