1、第七章 過濾、離心分離設(shè)備第1頁，共57頁。計(jì) 劃授課時(shí)間2學(xué)時(shí)單元目標(biāo)與要求 掌握過濾的基本理論各幾種形式的過濾設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理及操作方法授課內(nèi)容 過濾速度的強(qiáng)化，過濾設(shè)備，離心分離設(shè)備，膜分離設(shè)備。重點(diǎn)和難點(diǎn) 過濾速度的強(qiáng)化方法，板框過濾機(jī)、碟片式離心過濾機(jī)的特點(diǎn)、原理、結(jié)構(gòu)與計(jì)算。第2頁，共57頁。一、幾個(gè)基本概念過濾介質(zhì)：一種能讓液體通過，將固體粒子截留的介質(zhì)。濾渣：濾漿中的固體粒子濾餅：被截留在過濾介質(zhì)上的濾渣濾液：濾過的液體第3頁，共57頁。恒壓過濾：將過濾操作的推動(dòng)力維持在某一不變的壓力下進(jìn)行。恒速過濾：操作中以恒定的流量向過濾機(jī)供料以維持過濾速率不變。第4頁，共57頁。二、生物物

2、料過濾特點(diǎn)餅有高度可壓縮性，過濾困難 膠體粒子能吸水，形成不流動(dòng)的液體層，過濾阻力增大。第5頁，共57頁。 三、過濾介質(zhì)第6頁，共57頁。（一）過濾介質(zhì)的特性 1、過濾介質(zhì)所能截留的固體粒子的大小 纖維 10um 硅藻土 1um 超濾膜 0.5um 2、過濾介質(zhì)的滲透性 滲透性越大，阻力越小 3、其他 耐酸堿性、耐熱性第7頁，共57頁。(二 )天然纖維濾布和合成纖維濾布 棉花纖維或合成纖維織成的濾布是工業(yè)上應(yīng)用最廣的過濾介質(zhì)。影響因素：纖維特性，耐熱性，耐磨性，耐酸性等等。第8頁，共57頁。(三) 松散粉粒過濾介質(zhì)構(gòu)成沙濾床的硅藻土用法：1.作為深層過濾介質(zhì)過濾懸浮液。2.在撓性或剛性支持性介

3、質(zhì)表面上欲先形成硅藻土薄層，以保護(hù)支持性介質(zhì)的毛細(xì)孔在過濾時(shí)不被微小的顆粒所堵塞。3.使形成的濾餅具有多孔隙，并降低濾餅的可 壓縮性，提高過濾速度和延長過濾操作的周期。第9頁，共57頁。 四、過濾速率的強(qiáng)化 過濾速率 u粘度,r0濾餅比阻力, l 濾餅層厚度, R濾布阻力 第10頁，共57頁。濾餅比阻力的異常性與過濾速度的強(qiáng)化1降低濾餅比阻力A毛細(xì)孔彎曲因子, n單位面濾餅層上毛細(xì)孔數(shù), d毛細(xì)孔直徑增大毛細(xì)孔直徑d ，濾餅阻力r0下降。 采用方法： 添加電解質(zhì)、絮凝劑、凝固劑：d增大 加助濾劑：小粒子附于其上成大粒子，d增大 加熱：膠體粒子變性凝固，d增大 調(diào)PH：蛋白質(zhì)等電點(diǎn)，溶解度變小或

4、凝固，d增大第11頁，共57頁。 2降低濾液粘度 升溫 使粘度下降 加酶 熱敏性物料用加酶法3降低懸浮液中懸浮固體的濃度x0 工藝方面 主要從培養(yǎng)基方面考慮 設(shè)備方面 用連續(xù)能除渣的設(shè)備4熱處理 熱處理能使蛋白質(zhì)等膠體粒子變性凝固， d增大,使過濾速度大為提高。第12頁，共57頁。5. 提高過濾壓力差P P增加， 增大允許壓差操作0.3Mpa開始壓力小，逐步提高壓力。 問題 關(guān)于提高過濾壓力差P是否是強(qiáng)化過濾的好途徑? 第13頁，共57頁。第二節(jié) 過濾設(shè)備 設(shè)備分類： 常壓、加壓、真空等過濾設(shè)備第14頁，共57頁。1、麥汁平底篩過濾槽 結(jié)構(gòu)上半部與糊化鍋相似，平底。濾液排出管過濾篩板耕槽機(jī)噴淋

5、水裝置第15頁，共57頁。主要部件過濾篩板：由若干塊排列組成離底8-12cm，水平，開長條形孔，開孔率6%。耕槽機(jī)：裝于中央垂直轉(zhuǎn)軸上，有耕刀。耕槽機(jī)作用：進(jìn)料時(shí)攪拌后期疏松麥糟層排糟第16頁，共57頁。要求：麥槽層厚度為0.3-0.4m過濾面積：100kg干麥芽需過濾面積0.5m2左右。特點(diǎn)：不用加過濾介質(zhì)，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，濾液澄清度好，但生產(chǎn)效率低操作過程：第17頁，共57頁。2、快速過濾槽結(jié)構(gòu) 圓柱形或長方形錐底結(jié)構(gòu), 槽身下部裝有5-7層過濾管。特點(diǎn) 過濾面積和壓差增大了, 過濾速度快。第18頁，共57頁。3、板框式壓濾第19頁，共57頁。結(jié)構(gòu)濾框：正方形濾板：支撐濾布并提供濾液流出的通道

6、通常使用壓力： 3-5*105Pa。第20頁，共57頁。第21頁，共57頁。3、板框式壓濾機(jī)工作原理設(shè)備動(dòng)畫3分離過濾3-4板框過濾機(jī).swf設(shè)備動(dòng)畫3分離過濾板框壓濾機(jī).swf第22頁，共57頁。4、垂直式葉片硅藻土過濾機(jī)結(jié)構(gòu)不銹鋼圓柱體外殼，頂部為快開式頂蓋，底部有一根水平濾液總管濾葉：骨架為方形框，框中間平面上夾持一層粗的大孔格金屬絲網(wǎng)，兩側(cè)有細(xì)密的金屬絲網(wǎng)（400-500目）或?yàn)V布，每只濾葉下有接管接于濾液總管上。設(shè)備動(dòng)畫3分離過濾3-10加壓葉濾機(jī).swf第23頁，共57頁。第24頁，共57頁。 操作過程 過濾時(shí)器蓋緊閉，從混合槽中將啤酒與硅藻土混合液泵入過濾器，以制備硅藻土預(yù)涂層。

7、混合液中的硅藻土粒子被截留在濾葉表面的細(xì)金屬絲網(wǎng)上，而啤酒進(jìn)入濾框內(nèi)腔進(jìn)而從水平濾液總管流出。濁液返流，直至流出澄清的啤酒，至此預(yù)涂層完成。然后將待過濾啤酒過濾。第25頁，共57頁。5、真空過濾機(jī)設(shè)備主體特點(diǎn)：將過濾、洗餅、吹干、卸餅分別在轉(zhuǎn)鼓的一周轉(zhuǎn)動(dòng)中完成。連續(xù)且濾餅阻力小。為恒壓恒速過濾過程。操作過程設(shè)備改進(jìn) 設(shè)備動(dòng)畫3分離過濾3-11轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī).swf第26頁，共57頁。改進(jìn)后的RCP設(shè)備操作過程 在過濾區(qū)形成的濾餅，依次經(jīng)過吸脫、洗餅、脫水、空氣反吹剝離后行進(jìn)的濾布載著濾餅在通過濾餅脫離滾筒時(shí)，因方向轉(zhuǎn)折，濾餅被剝離。除去濾餅后再從正反兩面用刷子及高壓噴嘴洗滌再生，重新進(jìn)入過濾區(qū)

8、，特點(diǎn)：比GP機(jī)速度高50-100%第27頁，共57頁。第三節(jié)、離心分離設(shè)備離心分離是在液相非均勻體系中，利用離心力來達(dá)到液液分離，液固分離的方法，通稱為離心分離。分為離心沉降和離心過濾。離心機(jī)是在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓中，藉慣性離心力的作用，過濾、澄清懸浮液，或?qū)煞N輕重不同、互不溶解的液體分離的設(shè)備。第28頁，共57頁。一.分類按作用原理分類 過濾式:（分離機(jī)）：轉(zhuǎn)鼓壁上有孔并裝濾布（三足式） 沉降式:（澄清機(jī)）：轉(zhuǎn)鼓壁上無孔無濾布，碟片式、管式 按離心分離因素分類 常速離心機(jī)，分離因素f小于3000 中速離心機(jī)，分離因素f 3000-50000 高速離心機(jī)，分離因素f大于50000 超高速離心機(jī)

9、，分離因素f大于20萬； 第29頁，共57頁。二.離心力與轉(zhuǎn)鼓直徑和轉(zhuǎn)速的關(guān)系重量為M（kg）的物體旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)其圓周速度為 （ m/s ），旋轉(zhuǎn)半徑為R（ m ），則產(chǎn)生的離心力為 式中 g 重力加速度，m/s；n轉(zhuǎn)數(shù)，r/min； D旋轉(zhuǎn)直徑，m。如果以旋轉(zhuǎn)角速度（弧度/秒）表示，并取旋轉(zhuǎn)加速度 與重力加速度之比稱為“離心分離因數(shù)”，以 表示。則 M增加，F(xiàn)增加； R增加，F(xiàn)增加； n增加，F(xiàn)增加顯著第30頁，共57頁。 三.離心澄清機(jī)和離心分離機(jī)1.定義離心澄清機(jī)定義：藉離心沉降速度的不同將懸浮液中的液、固相分開的離心機(jī)稱作離心澄清機(jī)。離心分離機(jī)定義：藉離心沉降速度的不同將輕重不同或互不溶

10、解的兩種液體分開的離心機(jī)稱作離心分離機(jī)。第31頁，共57頁。三足式離心澄清機(jī)設(shè)備動(dòng)畫3分離過濾三足式離心機(jī).swf第32頁，共57頁。碟片式離心機(jī)第33頁，共57頁。1.結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)鼓：懸在轉(zhuǎn)鼓軸的頂端。轉(zhuǎn)鼓芯：在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部，由50-80只形狀與尺寸相同的碟片按一定間距疊裝而成。離心澄清機(jī)的結(jié)構(gòu) 第34頁，共57頁。2.原理離心分離機(jī)機(jī)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有數(shù)十只(50-80)形狀和尺寸相同的碟片,碟片按一定間距(0.5-1.2mm)疊置起來組成碟片組，每只碟片在離開軸線一定距離的圓周上開有幾個(gè)對稱分布的圓孔許多這樣的碟片疊置起來時(shí)，對應(yīng)的圓孔就形成垂直的通道。兩種不同重度液體的混合液進(jìn)入離心分離機(jī)后，通過碟片

11、上圓孔形成的垂直通道進(jìn)入碟片間的隙道，并被帶著高速旋轉(zhuǎn)，由于兩種不同重度液體的離心沉降速度的不同，重液的離心沉降速度大，就離開軸線向外運(yùn)動(dòng)，輕液的離心沉降速度小，則向軸線流動(dòng)。這樣，兩種不同重度液體就在碟片間的隙道流動(dòng)的過程中被分開。 第35頁，共57頁。2、工作原理：當(dāng)懸浮液在動(dòng)壓頭的作用下，經(jīng)中心管流入高速旋轉(zhuǎn)的碟片之間的間隙時(shí)，便產(chǎn)生了慣性離心力，其中密度較大的固體顆粒在離心力的作用下向上層碟片的下表面運(yùn)動(dòng)，而后沿碟片下表面向轉(zhuǎn)子周圍下滑，液體則沿轉(zhuǎn)子中心上升，從套管中排出，達(dá)到分離的目的。同樣對于乳濁液的分離，輕液沿中心向上流動(dòng)，重液沿周圍向下流動(dòng)而得到分離。 第36頁，共57頁。 機(jī)

12、型 基本型： 人工排渣 自動(dòng)間歇排渣型：定期排渣 連續(xù)排渣型：連續(xù)排渣第37頁，共57頁。自動(dòng)排出沉渣的離心澄清機(jī)第38頁，共57頁。分批自動(dòng)排出沉渣的離心澄清機(jī)第39頁，共57頁。舉例 谷氨酸發(fā)酵液菌體分離 發(fā)酵液分離菌體等電點(diǎn)提取谷氨酸Na2CO3中和谷氨酸鈉味精液進(jìn)料:發(fā)酵液含菌5%,含酸a發(fā)酵液酸a15000L/h 5500L/h 20500L/h 1500L/h 酸82%a菌25%17500L/h，去提取1500L/h 酸35%a菌50%1500L/h 酸6%a菌50%洗滌水4000L/h4000L/h，酸6%7000L/h操作過程發(fā)酵液經(jīng)過濾器過濾后，進(jìn)入一級離心機(jī)分離出清液送去提

13、取谷氨酸，重液從下面排出經(jīng)泵抽出送二級離心機(jī)；在二級離心機(jī)再次離心，清液送至過濾前的工序再處理，重液出來后泵至三級離心機(jī)；從三級離心機(jī)出來的是濃的液體，清液送二級過濾機(jī)處理。過濾器一級一級三級二級第40頁，共57頁。三級流程進(jìn)料:發(fā)酵液含菌5%,含酸a一級離心:含菌25%,含酸82%a 二級離心:含菌50%,含酸35.3%a 三級離心:含菌50%,含酸6.7% a 第41頁，共57頁。第四節(jié) 膜分離 一.定義 對溶液中粒徑很小的粒子進(jìn)行過濾分離的操作第42頁，共57頁。濃差極化現(xiàn)象當(dāng)待分離液從膜面一側(cè)流過時(shí)，靠近膜面的液體處于層流狀態(tài)，水及小分子溶質(zhì)透過膜，大分子溶質(zhì)則被膜阻留。被阻留分子從膜

14、面返回液體主流的速度，受分子通過層流區(qū)的擴(kuò)散速度所控制，當(dāng)這一速度低于被阻留分子在膜面聚集的速度，就逐漸在膜面上，行成一高濃度的被阻留的溶質(zhì)分子層。隨著濃差極化愈來愈嚴(yán)重，膜的濾出速度也愈來愈低 第43頁，共57頁。膜分離的特點(diǎn)膜分離過程不發(fā)生相變化，能耗低。膜分離過程在常溫下進(jìn)行。不僅適用于有機(jī)物，無機(jī)物和病毒、細(xì)菌分離，還適用于一些共沸物或近沸物的分離。第44頁，共57頁。 二.膜分離過程的類型 按膜內(nèi)平均孔徑、推動(dòng)力和傳遞機(jī)制進(jìn)行分類過程 孔徑 推動(dòng)力 機(jī)制微濾 0.02-10um 壓力差 篩分超濾 0.001-0.02 um 壓力差 篩分反滲透 無孔 壓力差 溶液-擴(kuò)散氣體透過 無孔 壓力差 溶液-擴(kuò)散透析 1-3nm 濃度差 篩分+擴(kuò)散電滲析 相對分子質(zhì)量 電位差 離子遷移 小于200 滲透蒸發(fā) 無孔 分壓差 溶液-擴(kuò)散第45頁，共57頁。 按膜分離推動(dòng)力的不同分類以靜壓力差為推動(dòng)力的過程；以蒸氣分壓差為推動(dòng)力的過程；以濃度差為推動(dòng)力的過程；以電位差為推動(dòng)力的過程.第46頁，共57頁。設(shè)備動(dòng)畫3分離過濾膜分離過程示意圖.swf第47頁，共57頁。三.膜分離過程 離。 第48頁，共57頁。四.膜分離設(shè)備板式膜過濾器管式膜過濾器中空纖維式膜分離器螺旋卷式膜分離器第49頁，共57頁。第50頁，共57頁。第51頁