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第六章食品分离机械与设备郭红英湖南农业大学食品科技学院概述•（一）食品加工中典型的两大类混合物均相物系(homogeneoussystem):均相混合物。物系内部各处均匀且无相界面。如溶液和混合气体都是均相物系。非均相物系(non-homogeneoussystem):非均相混合物。物系内部有隔开不同相的界面存在，且界面两侧的物料性质有显著差异。如：悬浮液、乳浊液、泡沫液属于液态非均相物系，含尘气体、含雾气体属于气态非均相物系。概述分散相：分散物质。在非均相物系中，处于分散状态的物质。连续相：分散介质。包围着分散物质而处于连续状态的流体。非均相物系由分散相和连续相组成要实现分离，必须使分散相和连续相之间发生相对运动。非均相物系的分离原理：非均相物系分离的理论基础：根据两相物理性质(如密度等)的不同而进行的分离由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较大，因此常采用机械方法进行分离。按两相运动方式的不同，机械分离大致分为沉降和过滤两种操作。通常先造成一个两相物系，再用机械分离的方法分离，如蒸馏，萃取等。非均相物系的分离方法：均相物系的分离：第一节过滤机械过滤操作的基本概念过滤介质:过滤采用的多孔物质；滤浆:所处理的悬浮液；滤液:通过多孔通道的液体；滤饼或滤渣:被截留的固体物质。以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的单元操作。1过滤(filtration)滤浆(slurry)：原悬浮液。滤饼(filtercake)：截留的固体物质。过滤介质(filteringmedium)：多孔物质。滤液(filterate)：通过多孔通道的液体。过滤操作示意图(滤饼过滤)滤饼过滤过程：刚开始：有细小颗粒通过孔道，滤液混浊。开始后：迅速发生“架桥现象”，颗粒被拦截，滤液澄清。所以，在滤饼过滤时真正起过滤作用的是滤饼本身，而非过滤介质。2过滤方式过滤的操作基本方式有两种：滤饼过滤和深层过滤。2.1滤饼过滤(cakefiltration)：饼层过滤架桥现象注意：所选过滤介质的孔道尺寸一定要使“架桥现象”能够发生。饼层过滤适于处理固体含量较高的悬浮液。特点：颗粒(粒子)沉积于介质内部。深层过滤过滤对象：悬浮液中的固体颗粒小而少。过滤介质：堆积较厚的粒状床层。过滤原理：颗粒尺寸介质通道尺寸，颗粒通过细长而弯曲的孔道，靠静电和分子的作用力附着在介质孔道上。应用：适于处理生产能力大而悬浮液中颗粒小而且含量少的场合，如水处理和酒的过滤。2.2深层过滤(deepbedfiltration)：深床过滤3板框压滤设备3.1结构由端板、滤板、滤框、滤布、支承横梁、螺旋压紧装置组成。许多交替排列的滤板和滤框构成主要工作部件，板和框架都被支承在一对横梁上。利用滤板作为支承过滤介质，滤浆在加压下强制进入滤板之间的空间内，并形成滤饼。板框压滤机简图1-固定端板2-滤布3-板框支座4-可动端板5-支承横梁·过滤板∶滤框洗涤板3板框压滤设备3板框压滤设备滤框与滤板用过滤布隔开且交替排列，板和框的角端开有小孔，构成滤浆和洗涤水流通的孔道。空框与滤布围成容纳滤浆及滤饼的空间滤板的作用是支撑滤布并提供滤液流出的通道（凸凹纹路）盲板滤板洗涤板非洗涤板3板框压滤设备3.2工作原理滤浆由滤框上方通孔进入滤框空间，固粒被滤布截留，在框内形成滤饼，滤液则穿过滤饼和滤布流向两侧的滤板，然后沿滤板的沟槽向下流动，由滤板下方的通孔排出。排出口处装有旋塞，可观察流出料液的澄清情况。3板框压滤设备明流式暗流式3板框压滤设备结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。对物料的适应能力较强，由于操作压力较高（最大可达1MPa以上，一般在0.3～0.5MPa），对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能适用。间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，劳动强度大，所以它只适用于小规模生产。近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减轻。3.3板框压滤机的特点：3板框压滤设备低浓度悬浮液、胶体悬浮液、黏度大或接近饱和状态的悬浮液4.1结构4加压叶滤机滤叶是两面紧覆着细金属丝网的滤框。它由里层的支撑网、边框和覆在外层的细金属丝网或编织滤布组成。4加压叶滤机4.2工作原理在密闭的耐压机壳内，装有一组并联滤叶。悬浮液在压力作用下送入机壳内，滤渣截留在滤叶表面，滤液透过滤叶后经管道排出。过滤前，先循环过滤预涂，使滤叶表面形成一层预涂层，待滤液清亮后，即可进行正常过滤。先将2.5～3.0kg的助滤剂活性炭粉末或硅藻土加入150～200kg澄清良好的液体中，通过流体泵输入过滤机中，随着过滤的进行，助滤剂活性炭粉末或硅藻土将在滤叶上涂布形成滤饼层，至预涂液达到澄清要求后，结束预涂，泵入添加助滤剂的待滤液，进行正常的过滤操作。应用4加压叶滤机密封加压、多滤叶、微孔精密过滤体的过滤，过滤效率高，可获得很高的滤速和理想的澄清度，甚至很混浊的液体也能过滤，设备简单，且在操作良好的情况下，还具有除菌的效果。4.3特点4加压叶滤机5.1结构转筒，扇形格(18格)；滤室；分配头；动盘(18个孔，分别与扇形格的18个通道相连)；定盘(三个凹槽：滤液真空凹槽、洗水真空凹槽、压缩空气凹槽，分别将动盘的18个孔道分成三个通道)；金属网；滤布；滤浆槽。转筒真空过滤机结构示意图动盘定盘转筒金属网滤布滤饼搅拌器洗涤喷头料浆槽刮刀5转筒真空过滤机（rotary-drumvacuumfilter）110987654321817161514131112动盘转筒及分配头的结构定盘18格分成6个工作区1区(1~7格)：过滤区；2区(8~10格)：滤液吸干区；3区(12~13格)：洗涤区；4区(14格)：洗后吸干区；5区(16格)：吹松卸渣区；6区(17格)：滤布再生区。过滤区(1~2区)，f槽;洗涤区(3~4区)，g槽;干燥卸渣区(5~6区)，h槽;f槽h槽g槽它有一水平转鼓，鼓壁开孔，鼓面上铺以支承板和滤布，构成过滤面。过滤面下的空间分成若干隔开的扇形滤室。各滤室有导管与分配阀相通。转鼓每旋转一周，各滤室通过分配阀接通真空系统和压缩空气系统，顺序完成过滤、洗渣、吸干、卸渣和过滤介质（滤布）再生等操作。在转鼓的整个过滤面上，过滤区约占圆周的1/3,洗渣和吸干区占1/2,卸渣区占1/6,各区之间有过渡段。过滤时转鼓下部沉浸在悬浮液中缓慢旋转。沉没在悬浮液内的滤室与真空系统连通，滤液被吸出过滤机，固体颗粒则被吸附在过滤面上形成滤渣。滤室随转鼓旋转离开悬浮液后，继续吸去滤渣中饱含的液体。当需要除去滤渣中残留的滤液时，可在滤室旋转到转鼓上部时喷洒洗涤水。这时滤室与另一真空系统接通，洗涤水透过滤渣层置换颗粒之间残存的滤液。滤液被吸入滤室，并单独排出，然后卸除已经吸干的滤渣。这时滤室与压缩空气系统连通，反吹滤布松动滤渣，再由刮刀刮下滤渣。压缩空气（或蒸汽）继续反吹滤布，可疏通孔隙，使之再生。5.2工作过程5转筒真空过滤机（rotary-drumvacuumfilter）采用绕带转鼓真空过滤机可使滤布得到充分洗涤。如果悬浮液中的颗粒较重，沉降速度很快，则宜采用悬浮液在转鼓上方加料的结构或内滤面转鼓真空过滤机。如果悬浮液中的固体颗粒很细或形成可压缩性滤渣，则应在转鼓过滤面上预先吸附一层固体助滤剂，或在悬浮液中混入一定量的固体助滤剂，使滤渣较为疏松，可提高过滤速度。转鼓真空过滤机的过滤面积最大达200米2﹐转鼓转速的快慢可调节滤渣的厚度。转鼓转速多数为每转0.1至10分钟。操作真空的绝对压力为(0.25～0.8)×105帕。过滤的悬浮液温度应低于滤液在操作真空度下的汽化温度。这种过滤机处理能力大﹐操作方便﹐滤渣可以洗涤﹐通常用以过滤固体颗粒浓度较高的悬浮液。有预敷助滤层的转鼓真空过滤机﹐也能对稀薄悬浮液进行澄清过滤。转筒旋转时，藉分配头的作用，能使转筒旋转一周的过程中，每个小过滤室可依次进行过滤、洗涤、吸干、吹松卸渣等项操作。整个转筒圆周在任何瞬间都划分为:5.2工作过程—简化理解过滤区;洗涤区;干燥卸渣区。5转筒真空过滤机（rotary-drumvacuumfilter）转鼓真空过滤机分配阀的动盘固定在转鼓轴颈上，与转鼓同步旋转。动盘端面有一圈孔。每个孔与转鼓上对应的一个滤室相连。阀座不转动，其内侧端面上开有几条弧形槽，分别与外侧的接管连通。阀座与动盘贴合，各弧形槽与动盘上的孔相通，旋转的滤室即可与固定的真空或压缩空气系统联接，使过滤操作循环进行。自动连续操作；适用于处理量大，固体颗粒含量较多的滤浆；真空下操作，其过滤推动力较低(最高只有1atm)，对于滤饼阻力较大的物料适应能力较差。5.3特点5转筒真空过滤机（rotary-drumvacuumfilter）6水平带式真空过滤机由橡胶排水带、滤布带和吸气盒等组成。排水带由主动辊带动，同时带动了由它支承着的滤布一起移动，排水带下方与一组吸气盒相接，分别导出滤液和洗涤液。滤浆加到滤布带上，依次进行过滤、洗涤和脱水，最后由刮刀卸下滤饼。缺点：排水带的磨损较严重。6水平带式真空过滤机6水平带式真空过滤机6水平带式真空过滤机第二节离心机械离心分离设备是利用转鼓的高速旋转，使物料中具有不同比重的分散介质、分散相或其它杂质在离心力场中获得不同的离心力，达到分离的目的。1离心分离的原理与分类1.1离心分离的原理以离心沉降的情况来说，因为有重力的数百倍到数万倍的离心力的作用，其分离速度远比重力沉降大，分离的效果也高得多。分离因数是用来表示离心机分离性能的主要指标，其定义是物料所受的离心力与重力之比值，也等于离心加速度与重力加速度之比值：离心机转速很高，分离因数可高达50000以上，对于在重力场中极为稳定的悬浮液和乳浊液的分离尤其适用，分离因数的选取取决于被分离的物料性质和要求。对悬浮液、乳浊液（及气溶胶）分离操作的目的如下：（1）产品的生产从淀粉乳浆中制取淀粉；制取奶油和脱脂奶；将晶体与母液分离，制取纯净晶体食品等；（2）提高制品纯度如牛奶净化除去微粒固体等；（3）回收有价值的物质如从含微粒固体的气溶胶中分离出奶粉；（4）安全生产分离生产中产生的酸雾、烟等有害物质，保证人身和设备的安全；（5）分离浓缩如反渗透法利用于牛乳、乳浆、饮料、咖啡、啤酒、蛋白质等的浓缩。1.2离心分离的应用离心过滤：开孔的转鼓，内壁面覆有滤布；转速1000～1500rpm，Kc小；易过滤的晶体悬浮液和较大颗粒悬浮液的分离及物料脱水。离心沉降：无孔的转鼓，分离对象是不易过滤的悬浮液。离心分离：无孔的转鼓；转速极大，4000rpm以上；多用于乳浊液的分离和悬浮液的增浓或澄清。1.3分类—按操作原理分第二节离心机械1.3分类—按Kc大小分（1）常速离心机Kc3000，主要用于分离颗粒不大的悬浮液和物料的脱水。（2）高速离心机3000Kc50000，主要用于分离乳状和细粒悬浮液。（3）超高速离心机Kc50000，主要用于分离相不易分离的超微细粒的悬浮系统和高分子的胶体悬浮液。结构：2.1悬筐式离心机(suspended-basketcentrifuge)转鼓滤饼滤布滤网离心过滤机工作原理图转鼓(上有小孔，亦称悬框)；滤网滤布机架原理：由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、滤网及滤筐而流出。2离心过滤机（centrifugalfilter）离心力自动卸料离心机，又称为锥篮离心机结构：如图工作过程：料浆滤液滤渣转鼓滤饼滤布滤网洗涤料浆进入锥形滤筐底部，靠离心力甩向滤筐；液相通过滤布，固相被截留。滤渣克服摩擦阻力，沿滤筐向上移动，经过洗涤段和干燥段。最后从顶端排出。2.2离心力自动卸渣离心机（conicalbasketcentrifuge）特点：离心力,F重力,mg摩擦力,f支承力,N结构简单，造价低廉，功率消耗小。对悬浮液的浓度和固体颗粒大小的波动敏感。生产能力较大，分离因数约为2000，可分离固