离心与膜分离设备

2020/1/23四、过滤机的生产能力及计算五、离心与膜分离设备过滤、离心与膜分离设备2020/1/233、转筒真空过滤机2020/1/231）转筒真空过滤机的结构转筒真空过滤机是工业上应用最广的一种连续操作的过滤设备。设备的主体是一个能转动的水平圆筒，圆筒表面有一层金属网，网上覆盖滤布，筒的下部浸入滤浆中，圆筒沿径向分割成若干扇形格，每个都有单独的孔道通至分配头上。圆筒转动时，凭借分配头的作用使这些孔道依次分别与真空管及压缩空气管相通，因而在回转一周的过程中每个扇形格表面即可顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸饼等项操作2020/1/232020/1/232）分配头的结构及工作原理分配头由紧密贴合着的转动盘与固定盘构成，转动盘随筒体一起旋转，固定盘内侧面各凹槽分别与各种不同作用的管道相通。当扇形格1开始进入滤浆内时，转动盘上相应的小孔道与固定盘上的与真空管道连通的凹槽f相对，从而，吸走滤液。图上扇形格1至7所处的位置称为过滤区。扇形格转出滤浆槽后，仍与凹槽f相通，继续吸干残留在滤饼中的滤液。扇形格8至10所处的位置称为吸干区。2020/1/23扇形格转至12的位置时，洗涤水喷洒于滤饼上，此时扇形格与固定盘上的凹槽g相通，经另一真空管道吸走洗水。扇形格12、13所处的位置称为洗涤区。扇形格11对应于固定盘上凹槽f与g之间,不与任何管道相连通，该位置称为不工作区。当扇形格有一区转入另一区时，因有不工作区的存在，使操作区不致相互串通。扇形格14的位置称为吸干区，15为不工作区。扇形格16、17与固定盘凹槽h相通，在与压缩空气管道相连，压缩空气从内向外穿过滤布而将滤饼吹松，随后由刮刀将滤饼卸除。扇形格16、17的位置称为吹松区及卸2020/1/23料区，18为不工作区。如此连续运转，整个转筒表面上便构成了连续的过滤操作。转筒的过滤面积一般为5～40m2，浸没部分占总面积的30%～40%。转速可在一定范围内调整，通常为0.1～3r/min。滤饼厚度一般保持在40mm以内，转筒过滤机所得滤饼中的液体含量很少低于10%，常可达30%左右。转筒真空过滤机的优点是能连续自动操作，省人力，生产能力大，适用于处理易含过滤颗粒的浓悬浮液。缺点是附属设备较多，投资费用高，过滤面积不大。过滤推动力有限，不易过滤高温的悬浮液。2020/1/231234567891011121813141516172020/1/232020/1/232020/1/232020/1/232020/1/232020/1/23四、过滤机的生产能力1、板框过滤机过滤面积及生产能力计算恒压差过滤面积：pxprRVRVA2)2(210022aVW压滤机生产能力：sPaPapsm,,3V：滤液黏度：过滤压力差：过滤时间，：滤液体积，2,3/1/10mAmrmlmR：过滤面积：滤饼的体积比阻，：滤饼厚度，：滤布阻力，W：压滤机的平均生产能力，m3/sτa：辅助操作时间，sV：每批可获得的滤液量，m32020/1/23例选用IFP型自动压滤机对黑曲霉糖化酶发酵液进行恒压差过滤，已知操作压力2×105Pa，实验测得此过滤条件下，r0=0.015×1012ΔP0.67，滤布比阻为6.3×10111/m,，在30℃温度下发酵液黏度为1.59×10-3PaS，每批处理发酵液的量为25m3，可得滤液22.80m3，今要求在70min内完成一个操作周期（包括辅助操作时间15min）。计算上述条件下的过滤面积、滤饼厚度，并选择压滤机规格。pxprRVRVA2)2(210022(1)求过滤面积根据：先求出r0=0.015×1012×(2×105)0.67＝5.38×10141/mχ0=0.096应由实验测出τ=70-15＝3300S将各项代入后求得：A＝198m22020/1/23过滤速度smVWf/0054.0607080.223（3）根据以上计算结果选出合符要求的压滤机型。如本例可选IPF1250×1500型压滤机，因根据型号可算出框厚为30mm，即2总过滤面积框总体积滤框每侧有效过滤面积为274.12m框数总过滤面积57×2×1.74＝198.4m2mAVxh011.00滤饼面积滤饼体积为达到这一生产能力所需滤框的厚度：mmhH5.278.02118.02（2）求滤饼厚度可选57块滤框其总过滤面积为：2020/1/232、转筒真空过滤机生产能力当滤布阻力可以忽略不计时60200axrpAV其中：DLAD-转筒直径L-转筒的长度转速ω愈高，浸没度愈大，生产能力愈大。转筒转一周所得滤液量为：每小时滤液量为：00120xrpaAVhω：为转筒转速r/min,α：转筒浸没角浸没度或浸没分数＝浸没角/360°2020/1/23例：某工业发酵液用用一直径为1.75m，长0.98m转筒真空过滤机于60kPa真空度（450mmHg）下进行过滤操作，操作温度30℃，发酵液黏度为1.56×10-3Pa·s,实验测得滤饼比阻与压力差关系为r0=0.12×1010ΔP0.7，，转筒转速为0.5r/min，浸没角125°，滤布阻力可忽略，试求：1)过滤机的生产能力。2)转筒表面最终滤饼厚度。3.00x2020/1/23解：1）生产能力2）滤饼厚度239.514.398.075.1mLDAPap599904503.133转筒过滤面积：压力差：滤饼比阻：2127.0100/11065.2599901012.0mr00120xrpaAVh25.3则：(m3/h)每小时滤饼体积：975.030.025.30xVVe转筒每转一周得滤饼体积：0325.05.060975.060ecVV滤饼厚度006.039.50325.0AVnc(m)(m3/h)(m3/h)2020/1/23（一）、离心分离原理与分离因素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(依靠惯性离心力的作用而实现的沉降过程叫作离心沉降)和离心过滤。离心力场中流体粒子沉降速度：rdvs22)(18五、离心分离设备2020/1/23离心分离因素（离心力强度）：离心加速度与重力加速度的比值。grf2离心分离因素是反映离心机分离能力的重要指标，f愈大，离心力愈大，其分离能力愈强。并且可知，离心机的转鼓直径愈大，则分离因数大，但r的增大对转鼓的强度有影响。工业上根据离心分离因数大小将离心机分为三类：1.f3000为常速离心机，用于分离固体0.01-1.0mm颗粒2.3000f5000为高速离心机,3.f5000为超速离心机2020/1/23（二）、离心沉降设备1、管式离心机2020/1/23分离原理：分为液－液分离的连续操作管式离心机和液－固分离的间歇操作离心分离机。管式离心机分离机构是一长的转筒，转筒内设有长条挡板。压力将悬浮液或乳浊液由转筒底进入转筒，在长条形挡板带动下与转筒一起旋转，悬浮液中固体粒子因受到离心力大而沉积在转筒内壁，液相则由上端排出口排出。对于液－液分离，因液体中不同组分受到离心力大小不同在离心力场中分层，重液层紧贴转筒内壁，轻液则分布在近轴心，因重轻液在转筒径向分布区域不同可通过不同的溢流口排出。2020/1/233、碟片式离心机碟片式离心机的结构:离心澄清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。悬浮液进入离心澄清机后，从碟片组外缘进入各相邻碟片间的薄层隙道，这时悬浮液也被带着高速旋转，由于固体和液体的离心沉降速度的不同，在碟片间的隙道中被分开，固体的离心沉降速度大，就离开轴线向外运动，液体的离心沉降速度小，则向轴线流动。这样，固体和液体就在碟片间的隙道流动的过程中被分开。2020/1/23碟片离心机固液相分离原理颗粒以一定速度达到上碟片的底表面，此时，颗粒将不再具有平行于隙道向着轴线的速度v,在离心力作用下，沿着底表面向外滑去，至碟片的周边处，被摔入碟片组与鼓壁形成的环形空间中。这时，它一方面具有水平向外的离心沉降速度，同时具有接近于垂直向上的流动速度，其合速度使粒子离开轴线方向，向斜上方动，沉积在鼓鄙壁上2020/1/23六、膜分离设备（一）、膜分离方法1)、渗透：渗透是一个扩散过程，在渗透中只有溶剂透过膜，溶质及固体粒子被阻挡。可用于溶质的浓缩。3)透析：它是利用多孔膜两侧溶液的浓度差使溶质从浓度高的一侧通过膜孔扩散到浓度低的一侧从而得到分离的过程。目前主要用于制作人工肾，以除去血液中蛋白代谢产物、尿素和其它有毒物质。2)、反渗透：反渗透是利用反渗透膜选择性地只能透过溶剂(通常是水)的性质，对溶液施加压力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而从溶液中分离出来的过程。反渗透可用于从水溶液中将水分离出来，海水和苦咸水的淡化是其最主要的应用，但目前也在向其它应用领域扩展。2020/1/234)超滤：应用孔径为10Å到200Å(1Å＝10-10m)的超过滤膜来过滤含有大分子或微细粒子的溶液，使大分子或微细粒子从溶液中分离的过程称之为超滤。与反渗透类似，超滤的推动力也是压差，在溶液侧加压，使溶剂透过膜。5)微滤：微滤与超滤的基本原理相同，它是利用孔径大于0.02μm直到l0μm的多孔膜来过滤含有微粒或菌体的溶液，将其从溶液中除去，微滤应用领域极其广阔，目前的销售额在各类膜中占据首位。5)电渗析：它是基于离子交换膜能选择性地使阴离子或阳离子通过的性质，在直流电场的作用下使阴阳离子分别透过相应的膜以达到从溶液中分离电解质的目的，目前主要用于水溶液中除去电解质(如盐水的淡化等)、电解质与非电解质的分离和膜电解等。2020/1/236)气体膜分离：气体膜分离是利用气体组分在膜内溶解和扩散性能的不同，即渗透速率的不同来实现分离的技术，目前高分子气体分离膜已用于氢的分离，空气中氧与氮的分离等，具有很大的发展前景。7)渗透汽化：渗透汽化也称渗透蒸发，它是利用膜对液体混合物中组分的溶解和扩散性能的不同来实现其分离的新型膜分离过程，用渗透汽化法分离工业酒精制取无水酒精已经实现工业化，并在其它共沸体系的分离中也展示了良好的发展前景。（二）膜分离的特点1．膜分离过程不发生相变化，能耗低。2．膜分离过程在常温下进行。3．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。2020/1/23（三）、膜分离设备膜分离设备应具备的条件：1、膜面切向速度快，以减少浓差极化。2、单位体积中所含膜面积比较大3、容易拆洗和更换。4、保留体积小，无死角5、具有可靠的膜支撑装置。2020/1/231)板框式膜组件这类膜器件的结构与常用的板框压滤机类似，由支承板、膜、导流板、交替重叠组成。其中支承板是不锈钢多孔筛板，它的两侧表面有窄缝。其内腔有供透过液通过的通道，支承板的表面与膜相贴，对膜起支撑作用。导流板表面设有不同形状的流道，以增加液流的湍流程度和降低浓度的极化。过滤原液流入导流板通过导流板的螺旋通道时，透过液通过膜进入支承板小孔，通过支承板内的通道汇集排出，流出导流板的浓缩液则从另一孔道排出。2020/1/23它的结构原理与管式换热器类似，管内与管外分别走料液与透过液。管式膜的排列形式有列管、排管或盘管等。管式膜分为外压和内压两种。外压即为膜在支撑管的外侧，因外压管需有耐高压的外壳，应用较少；膜在管内侧的则为内压管式膜。2)、管式膜2020/1/234)中空纤维膜组件中空纤维膜组件的结构与管式膜类似，即将管式膜由中空纤维膜代替。图10—5是中空纤维膜制成的膜组件示意图，它由很多根纤维(几十万至数百万根)组成，料液进人进料管后均匀地流入各纤维管内，透过液从中空纤维间隙流出后，沿纤维束与外壳间的环隙从透过液总出口排出，浓缩液沿纤维管内流入右端浓缩液出口流出。这类膜组件的特点是设备紧凑，单位设备体积内的膜面积大(高达16000～3000