食品加工機(jī)械與設(shè)備目錄第五章分離機(jī)械與設(shè)備第一節(jié)離心分離原理及設(shè)備分類(lèi)第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)第三節(jié)旋液離心分離機(jī)械與設(shè)備第四節(jié)過(guò)濾機(jī)械與設(shè)備第五節(jié)膜分離設(shè)備第六節(jié)超臨界萃取設(shè)備第七節(jié)分子蒸餾設(shè)備一、帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理1.離心分離的原理

在食品工業(yè)的生產(chǎn)中,經(jīng)常需要將固—固、固—液、液—液、固—液—液的混合物料中的組分加以分離,其中,固—液、液—液、固—液—液混合物料的分離操作,可稱(chēng)之為非均相系分離操作。通常分散介質(zhì)為液體的系統(tǒng),可根據(jù)分散質(zhì)的形態(tài)為固體、液體或氣體而分別稱(chēng)為懸浮液、乳濁液和泡沫液,其中,前兩者在食品工業(yè)中占有特別重要的地位,而分散介質(zhì)為氣體的系統(tǒng),稱(chēng)之為氣溶膠。懸浮液和乳濁液的分離,可采用離心方法。

離心分離設(shè)備是利用分離筒的高速旋轉(zhuǎn),使物料中具有不同比重的分散介質(zhì)、分散相或其他雜質(zhì)在離心力場(chǎng)中獲得不同的離心力,達(dá)到分離的目的。我們以牛乳的重力沉降來(lái)加以說(shuō)明:

牛乳一般主要由以下幾個(gè)部分組成:水分87.0%,乳固體13.0%,其中非脂乳固體9.0%(蛋白質(zhì)3.3%、乳糖5.0%、灰分0.7%),脂肪4.0%;此外根據(jù)乳牛的生理狀態(tài)和采乳方式,還含有一些少量的腺體細(xì)胞和雜質(zhì)等。第一節(jié)離心分離原理及設(shè)備分類(lèi)一、帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

第一節(jié)離心分離原理及設(shè)備分類(lèi)一、帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理1.離心分離的原理

重力沉降(圖5-1)及離心沉降(圖5-2)都是利用物料內(nèi)清液和雜質(zhì)的比重差來(lái)實(shí)現(xiàn)分離的,不同的是所用的分離力的形式不同,前者是重力,后者是離心力。

以離心沉降的情況來(lái)說(shuō),因?yàn)橛兄亓Φ臄?shù)百倍到數(shù)萬(wàn)倍的離心力的作用,其分離速度遠(yuǎn)比重力沉降大,分離的效果也高得多。

分離因數(shù)是用來(lái)表示離心機(jī)分離性能的主要指標(biāo),其定義是物料所受的離心力與重力之比值,也等于離心加速度與重力加速度之比值:α=Rω2/g式中α——分離因數(shù);

ω——轉(zhuǎn)鼓回轉(zhuǎn)角速度;

R——轉(zhuǎn)鼓半徑(cm);

g——重力加速度(cm/s2)。

由上式可以知道,增大轉(zhuǎn)鼓半徑、增加轉(zhuǎn)速,有利于提高分離因數(shù),尤其是增大轉(zhuǎn)速,但從設(shè)備強(qiáng)度因素方面考慮,兩者的增加都有限度。第一節(jié)離心分離原理及設(shè)備分類(lèi)一、帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理1.離心分離的原理第一節(jié)離心分離原理及設(shè)備分類(lèi)圖5-1

重力沉降圖5-2離心沉降一、帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理1.離心分離的原理

由于離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速很高,每分鐘可達(dá)到上千轉(zhuǎn)到幾萬(wàn)轉(zhuǎn),因而分離因數(shù)可高達(dá)3000以上,對(duì)于在重力場(chǎng)中極為穩(wěn)定的食品懸浮液和乳濁液的分離尤其適用。

要根據(jù)不同的分離物料性質(zhì)和不同的分離要求來(lái)選取分離因數(shù)的大小。

對(duì)懸浮液、乳濁液(及氣溶膠)等非均相系的分離操作,在食品工業(yè)上具有如下的目的。(1)生產(chǎn)的產(chǎn)品從淀粉乳漿中制取淀粉;從牛乳中制取奶油和脫脂奶;將晶體與母液分離,制取純凈晶體食品等;(2)提高制品純度

如牛奶凈化除去微粒固體等;(3)回收有價(jià)值的物質(zhì)

如從含微粒固體的氣溶膠中分離出奶粉;(4)安全生產(chǎn)

分離生產(chǎn)中產(chǎn)生的酸霧、煙等有害物質(zhì),保證人身和設(shè)備的安全;(5)分離濃縮

如反滲透法利用于牛乳、乳漿、飲料、咖啡、動(dòng)物血液、啤酒、蛋白質(zhì)的濃縮。

第一節(jié)離心分離原理及設(shè)備分類(lèi)一、帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理2.離心機(jī)分類(lèi)(1)按離心機(jī)的離心分離因數(shù)大小來(lái)分類(lèi)1)常速離心機(jī):α<3000,主要用于分離顆粒不大的懸浮液和物料的脫水。

2)高速離心機(jī):3000<α<50000,主要用于分離乳狀和細(xì)粒懸浮液。3)超高速離心機(jī):α>50000,主要用于分離相不易分離的超微細(xì)粒的懸浮系統(tǒng)和高分子的膠體懸浮液。(2)按操作原理的不同分類(lèi)1)過(guò)濾式離心機(jī):這是鼓壁上有孔,借離心力實(shí)現(xiàn)過(guò)濾分離的離心機(jī)。有三足式離心機(jī)、上懸式離心機(jī)、臥式刮刀離心機(jī)、活塞推料離心機(jī)等。轉(zhuǎn)速一般在1000~1500r/min,分離因數(shù)不大,只適用于易過(guò)濾的晶體懸浮液和較大顆粒懸浮液的分離以及物料的脫水。2)沉降式離心機(jī):這是一種鼓壁上無(wú)孔,借離心力實(shí)現(xiàn)沉降分離的離心機(jī)。有螺旋卸料沉降式離心機(jī)等,用以分離不易過(guò)濾的懸浮液。3)分離式離心機(jī):這是一種鼓壁上無(wú)孔,具有極大的轉(zhuǎn)速,一般在4000r/min以上,分離因數(shù)在3000以上的離心機(jī),主要用于乳濁液的分離和懸浮液的增濃或澄清。第一節(jié)離心分離原理及設(shè)備分類(lèi)一、帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理2.離心機(jī)分類(lèi)(3)按操作方式的不同分類(lèi)1)間歇式離心機(jī):是指轉(zhuǎn)鼓對(duì)所承載的被分離而截留的物料有一定質(zhì)量限度的離心機(jī)。在卸料時(shí),必須停車(chē)或減速,然后采用人工或機(jī)械方法卸出物料,如三足式、上懸式離心機(jī)。其特點(diǎn)是可根據(jù)需要延長(zhǎng)或縮短過(guò)濾時(shí)間,滿(mǎn)足物料終濕度的要求,主要用于固—液懸浮混合液的分離。2)連續(xù)式離心機(jī):整個(gè)設(shè)備的操作均在連續(xù)化狀態(tài)下,物料的輸入和不同相物質(zhì)的分離與輸出均為連續(xù)完成,如螺旋卸料沉降式離心機(jī)、活塞推料離心機(jī)、奶油分離機(jī)等,可用于固—液懸浮液和液—液乳濁液的分離。第一節(jié)離心分離原理及設(shè)備分類(lèi)一、帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理2.離心機(jī)分類(lèi)(4)按卸料方式分類(lèi)1)人工卸料離心機(jī)。2)重力卸料離心機(jī)。3)刮刀卸料離心機(jī)。4)活塞推料離心機(jī)。5)螺旋卸料離心機(jī)。6)離心卸料離心機(jī)。7)振動(dòng)卸料離心機(jī)。8)進(jìn)動(dòng)卸料離心機(jī)。(5)按轉(zhuǎn)鼓主軸位置分類(lèi)1)臥式離心機(jī)。2)立式離心機(jī)。第一節(jié)離心分離原理及設(shè)備分類(lèi)一、臥式螺旋離心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1.臥式螺旋離心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

臥式螺旋離心機(jī)主要由三個(gè)部分組成:轉(zhuǎn)筒部分、螺旋推料器和驅(qū)動(dòng)裝置。它們之間通過(guò)一個(gè)行星齒輪箱調(diào)整螺旋轉(zhuǎn)速差,此外還包括支撐這些裝置的主要軸承系統(tǒng)。第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)一、臥式螺旋離心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2.臥式螺旋離心機(jī)的工作原理

臥式螺旋離心機(jī)的工作原理如圖5-3所示。整個(gè)設(shè)備可視作為由固定部分和運(yùn)轉(zhuǎn)部分兩大部分組成,機(jī)座8、機(jī)殼3、進(jìn)料管7與安裝在機(jī)座上的左右軸承和轉(zhuǎn)鼓上的溢流孔、排渣孔起到限定、支撐、進(jìn)出料的作用,而通過(guò)三角帶輪1、螺旋輸送器5、轉(zhuǎn)鼓4、行星差速器2的運(yùn)轉(zhuǎn)起到物料分離的作用。整個(gè)動(dòng)力裝置由電動(dòng)機(jī)提供,在機(jī)殼3內(nèi)有兩個(gè)同心裝在左右軸承上的回轉(zhuǎn)部件,外邊的是無(wú)孔的不銹鋼轉(zhuǎn)鼓4,里面是帶有螺旋葉片的螺旋輸送器5。電動(dòng)機(jī)通過(guò)V帶輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn),行星差速器的輸出軸帶動(dòng)螺旋輸送器與轉(zhuǎn)鼓作同向轉(zhuǎn)動(dòng),但轉(zhuǎn)速不同,其轉(zhuǎn)差率一般為轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的0.2%~3%。懸浮液從右端的中心加料管連續(xù)送入機(jī)內(nèi),經(jīng)過(guò)螺旋輸送器內(nèi)筒加料隔倉(cāng)的進(jìn)料孔進(jìn)到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)與螺旋葉片輸送器的分隔區(qū)間。由于螺旋葉片的旋轉(zhuǎn),物料受到離心力的作用,因此,在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的內(nèi)壁面上形成一個(gè)液環(huán),根據(jù)斯托克斯定律,密度較大的固體顆粒物料將沉降到轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)壁表面而形成沉渣,由于差速器的調(diào)節(jié),螺旋葉片與轉(zhuǎn)鼓存在著一個(gè)同向的差速相對(duì)運(yùn)動(dòng),沉渣被螺旋葉片送到轉(zhuǎn)鼓右邊小端的干燥區(qū),從排渣孔甩出。而在轉(zhuǎn)鼓左側(cè)的大端蓋上,開(kāi)設(shè)有若干溢流孔,澄清液(分離液)從此處流出,經(jīng)機(jī)殼的排液室排出。調(diào)節(jié)溢流檔板溢流口位置、機(jī)器的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器的轉(zhuǎn)速差和進(jìn)料速度,就可以改變沉淀的含濕量和澄清液的固形物含量。

第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)一、臥式螺旋離心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2.臥式螺旋離心機(jī)的工作原理

第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)一、臥式螺旋離心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理3.臥式螺旋離心機(jī)的主要部件

在圖5-4臥式螺旋離心機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖中可以看到該機(jī)的主要部件有下面幾個(gè)部分:(1)轉(zhuǎn)鼓

轉(zhuǎn)鼓是螺旋離心機(jī)的關(guān)鍵部件,由轉(zhuǎn)鼓體、大端軸頸和小端軸頸用止口配合螺釘連接而成。轉(zhuǎn)鼓筒體的材料可選用碳鋼、不銹鋼,也有使用玻璃鋼。在轉(zhuǎn)鼓大端軸頸的凸緣上開(kāi)有分離液出口,被分離的清液由該出口溢流出轉(zhuǎn)鼓,溢流口的直徑設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié),以提高離心機(jī)對(duì)被分離物料的適應(yīng)性;轉(zhuǎn)鼓的小端是出渣口,出渣口的耐磨性是其選型時(shí)主要考慮的問(wèn)題,一般使用高強(qiáng)度的不銹鋼材料,或表面高溫碳化淬火,并設(shè)計(jì)有可拆換的耐磨襯套。(2)螺旋

螺旋是螺旋離心機(jī)的主要結(jié)構(gòu),與轉(zhuǎn)鼓同心,主要由螺旋筒體和左右軸頸組成。左右軸頸安裝在軸承上,起到固定和傳動(dòng)作用。螺旋筒體為一螺旋結(jié)構(gòu),在設(shè)備中主要起到輸送料液,提供離心作用力形成液環(huán)和分離液渣的作用,并利用螺旋與轉(zhuǎn)鼓之間的轉(zhuǎn)速差,將沉降在轉(zhuǎn)鼓壁上的沉渣輸送到轉(zhuǎn)鼓小端的出渣口排出。第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)一、臥式螺旋離心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理3.臥式螺旋離心機(jī)的主要部件(3)差速器

差速器是螺旋離心機(jī)的重要部件,轉(zhuǎn)鼓與螺旋的差速運(yùn)動(dòng)即由此產(chǎn)生,目前主要有擺線(xiàn)行星減速器和漸開(kāi)線(xiàn)齒輪行星減速器兩種形式,這類(lèi)減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、耐久可靠性高、傳動(dòng)效率高的特點(diǎn)。第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)一、臥式螺旋離心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)二、臥式螺旋離心機(jī)的使用1.螺旋離心機(jī)的主要應(yīng)用

臥式螺旋離心機(jī)主要應(yīng)用于化工、輕工、食品和環(huán)保行業(yè),適用于對(duì)懸浮液的液體澄清、固體脫水及粒度分級(jí)和廢水處理等,并進(jìn)行有效的沉渣輸送。具有可連續(xù)分離操作,對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng),效果好,單位產(chǎn)品能耗低的優(yōu)點(diǎn)。在選用時(shí)要從下面幾個(gè)方面考慮:

1)對(duì)于易分離物料的固相脫水,可以得到含液量較低的固體,對(duì)那些用過(guò)濾機(jī)和過(guò)濾離心機(jī)不能進(jìn)行分離或分離效果極差的物料,可通過(guò)選用適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的螺旋離心機(jī)來(lái)完成分離過(guò)程。2)對(duì)于細(xì)粒級(jí)難分離的懸浮液的分離,可采用高分離因數(shù),大長(zhǎng)徑比的螺旋離心機(jī)來(lái)完成。3)對(duì)于固相濃度大的液—液—固三相懸浮液和固相介于兩種液相之間的三相混合物可采用特殊結(jié)構(gòu)的螺旋離心機(jī)來(lái)完成。4)對(duì)固相顆粒粒度分級(jí),可選用適當(dāng)?shù)姆蛛x因數(shù)和合理的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

國(guó)產(chǎn)臥式螺旋離心機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)可參見(jiàn)表5-1。第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)二、臥式螺旋離心機(jī)的使用1.螺旋離心機(jī)的主要應(yīng)用第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)表5-1臥式螺旋離心機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)二、臥式螺旋離心機(jī)的使用2.螺旋離心機(jī)的缺點(diǎn)

螺旋離心機(jī)沉渣含液量高,雖然能對(duì)沉渣進(jìn)行洗滌,但洗滌效果不好,此外,螺旋離心機(jī)轉(zhuǎn)速高,轉(zhuǎn)動(dòng)件加工精度高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)高。第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)三、碟式離心機(jī)分離設(shè)備結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.工作原理

分離機(jī)高速旋轉(zhuǎn),在其轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形成一個(gè)強(qiáng)大的離心力場(chǎng),當(dāng)待分離的料液進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓后,就受到這個(gè)強(qiáng)大的離心力場(chǎng)的作用。由于不同物料的密度存在著差異,密度較大的重組分受到了較大的離心力的作用,這樣,它就沿著錐形碟片下表面滑移出沉降區(qū),進(jìn)入混流過(guò)渡區(qū),再經(jīng)此區(qū)內(nèi)洗滌水的洗滌,匯聚噴嘴,最后通過(guò)噴嘴排出機(jī)外;而輕組分因受到的離心力較小,由于浮力的作用而移向碟片錐頂小端,最后匯聚向心泵室,由向心泵排出機(jī)外,從而完成整個(gè)分離過(guò)程。圖5-5為澄清型碟式分離機(jī)原理圖。第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)三、碟式離心機(jī)分離設(shè)備結(jié)構(gòu)與應(yīng)用2.碟式離心機(jī)的主要結(jié)構(gòu)

碟式離心機(jī)主要由轉(zhuǎn)鼓、機(jī)殼、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和機(jī)座組成。圖5-6所示為碟式離心機(jī)外形圖。

轉(zhuǎn)鼓是碟式離心機(jī)的主要工作部件,是使物料達(dá)到處理要求的主要場(chǎng)所,轉(zhuǎn)鼓主要由轉(zhuǎn)鼓體、分配器、碟片、轉(zhuǎn)鼓蓋、鎖環(huán)等組成,為保證食品生產(chǎn)的要求,該部位部件均采用不銹鋼制作。轉(zhuǎn)鼓的直徑為350~550mm,鼓內(nèi)有十至上百片數(shù)量不等的、厚度為0.3~0.4mm的不銹鋼板制成的碟片,碟片呈倒錐形,錐頂角為60°~100°,碟片間距范圍在0.3~10mm,通常為0.8~1.5mm,其間距由碟片上焊的筋條厚度決定。

碟式離心機(jī)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)使離心機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn),是離心機(jī)設(shè)計(jì)中的核心技術(shù)之一,應(yīng)保證離心機(jī)可靠地運(yùn)行,具有較高的分離效率、高質(zhì)量的分離效果。離心機(jī)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)應(yīng)具有如下的基本要求:①工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)振動(dòng)小,運(yùn)行穩(wěn)定可靠;②轉(zhuǎn)速精度高;③升降速快;④噪聲低;⑤體積小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。碟式離心機(jī)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)從人力驅(qū)動(dòng)開(kāi)始,經(jīng)歷了油透平驅(qū)動(dòng)、空氣透平驅(qū)動(dòng),發(fā)展到至今采用了高速電動(dòng)機(jī)——增速機(jī)構(gòu)和電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的過(guò)程。第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)三、碟式離心機(jī)分離設(shè)備結(jié)構(gòu)與應(yīng)用2.碟式離心機(jī)的主要結(jié)構(gòu)第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)圖5-6碟式離心機(jī)外形圖a)立軸式b)帶式c)懸掛式三、碟式離心機(jī)分離設(shè)備結(jié)構(gòu)與應(yīng)用3.碟式離心機(jī)的操作

碟式離心機(jī)是高速旋轉(zhuǎn)的分離機(jī),回轉(zhuǎn)離心力極大,操作中,要注意安全。開(kāi)機(jī)前,分離機(jī)必須按規(guī)定進(jìn)行細(xì)致的清洗和正確的裝配,以達(dá)到動(dòng)平衡狀態(tài),并且在每次開(kāi)機(jī)前認(rèn)真檢查轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活,各機(jī)件是否鎖緊,剎車(chē)是否處在松開(kāi)狀態(tài),察看機(jī)座的油箱油面是否處于玻璃刻度位上,要防止虛油面的產(chǎn)生,若停機(jī)12h以上,開(kāi)機(jī)前應(yīng)將排油螺栓旋松幾圈,排出可能沉降的水分。

工作時(shí),轉(zhuǎn)鼓以4000~7000r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),料液由轉(zhuǎn)鼓上部中央的進(jìn)料口進(jìn)料,經(jīng)位于中央轉(zhuǎn)軸旁邊的通道加入,到達(dá)鼓底后,由最下面碟片的開(kāi)孔處折向上方,分配至各碟片間的空間進(jìn)行分離,由于輕、重液存在密度差,在慣性離心力的使用下,重物料向外側(cè)位移,輕液被迫向內(nèi)側(cè)移動(dòng),由于碟片的間隙較少,兩種物料迅速到達(dá)上下碟片的壁面,在碟片間的狹小空間內(nèi)以反向移動(dòng),重液沿上碟片的下壁面向外并向下,輕液沿下碟片的上壁面向內(nèi)向上。各碟片間流出的輕液匯集在加料管周?chē)沫h(huán)隙空間,由此經(jīng)轉(zhuǎn)鼓上部加料管外側(cè)的出料口排出;重的料液則集中在轉(zhuǎn)鼓壁上,經(jīng)不同的方式排出機(jī)外,如人工排渣、噴嘴排渣和環(huán)閥排渣等。第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)三、碟式離心機(jī)分離設(shè)備結(jié)構(gòu)與應(yīng)用4.碟式離心機(jī)基本技術(shù)參數(shù)

表5-2中列出了碟式人工排渣分離機(jī)的主要技術(shù)參數(shù),其他形式的碟式分離機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)請(qǐng)查閱有關(guān)手冊(cè)。第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)表5-2碟式人工排渣分離機(jī)技術(shù)參數(shù)三、碟式離心機(jī)分離設(shè)備結(jié)構(gòu)與應(yīng)用4.碟式離心機(jī)基本技術(shù)參數(shù)第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)表5-2碟式人工排渣分離機(jī)技術(shù)參數(shù)（續(xù)）四、三足式離心機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.三足式離心機(jī)的工作原理

三足式離心機(jī)是一種過(guò)濾式離心機(jī),鼓壁上開(kāi)孔,覆以濾布,將待處理漿料注入其中隨鼓壁一同旋轉(zhuǎn),液體受離心力后穿過(guò)濾布及壁上的小孔排出,而直徑大于濾布孔隙的固體顆粒則被截留在濾布上形成濾層。第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)四、三足式離心機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)與應(yīng)用2.三足式離心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、操作和優(yōu)缺點(diǎn)

圖5-7為人工卸料三足離心機(jī)示意圖,主要由轉(zhuǎn)鼓、機(jī)殼、支柱、制動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)組成,是間歇操作的轉(zhuǎn)鼓式離心機(jī)中最簡(jiǎn)單的一種。轉(zhuǎn)鼓又稱(chēng)濾筐,直立,開(kāi)口向上,從底部被帶動(dòng),轉(zhuǎn)鼓和機(jī)殼上端向內(nèi)收斂。由不銹鋼制成的鼓壁上開(kāi)有呈正方形(或其他形式)排列的濾孔。由于該設(shè)備的外殼、轉(zhuǎn)鼓和傳動(dòng)裝置都懸在三個(gè)支柱上,所以稱(chēng)作三足式離心機(jī)。轉(zhuǎn)鼓和機(jī)殼通過(guò)牽引桿掛在3個(gè)支柱上,轉(zhuǎn)鼓的振動(dòng)力由彈簧承受,而轉(zhuǎn)鼓則通過(guò)旁立的電動(dòng)機(jī)由V帶帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓下部的帶輪而旋轉(zhuǎn)。被分離料液在機(jī)殼內(nèi)收集后經(jīng)下部的出料口排出。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小,且操作平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)。由于三足式離心機(jī)是通過(guò)控制分離時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品對(duì)濕度變化的要求,比較適用于過(guò)濾周期長(zhǎng),處理量不大且濾渣含水量較低的生產(chǎn)過(guò)程,對(duì)于粒狀的、結(jié)晶狀的、纖維狀的物料脫水效果較好,對(duì)于部分難濾性物料,可以通過(guò)加入適量的助濾劑如硅藻土等來(lái)提高分離效果。主要缺點(diǎn)是:轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的固體物料有一定的承載限量,需要定期停機(jī)除渣,而且上部卸出濾渣需要繁重的體力勞動(dòng),因此,另設(shè)計(jì)有三足式自動(dòng)卸料離心過(guò)濾機(jī)。第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)四、三足式離心機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)與應(yīng)用2.三足式離心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、操作和優(yōu)缺點(diǎn)第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)四、三足式離心機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)與應(yīng)用3.三足式液壓自動(dòng)卸料離心過(guò)濾機(jī)

三足式液壓自動(dòng)卸料離心機(jī)過(guò)濾機(jī)如圖5-8所示。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看,三足式下部卸料離心機(jī)比普通三足式離心機(jī)多了一個(gè)自動(dòng)刮料功能,這套刮刀裝置的升降由一套電氣系統(tǒng)控制的液壓系統(tǒng)來(lái)完成,其主要運(yùn)行程序如下:①起車(chē)至最高轉(zhuǎn)速;②開(kāi)啟放料閥向轉(zhuǎn)鼓內(nèi)加入物料進(jìn)行脫液;③放料閥關(guān)閉,洗滌閥開(kāi)啟對(duì)物料進(jìn)行洗滌;④降至刮料轉(zhuǎn)速;⑤刮刀刮下的干物料由轉(zhuǎn)鼓下部的排料口排出進(jìn)入下道工序。

下卸離心機(jī)在刮料的時(shí)候,為了減輕主軸的扭矩和物料對(duì)刮刀片的壓力,以免造成刮刀桿的震顫和對(duì)濾布的損傷,一般要將轉(zhuǎn)速降至18r/min左右,并可在設(shè)備中加裝料位探測(cè)器和測(cè)振監(jiān)控裝置以達(dá)到連續(xù)式自動(dòng)操作。

此設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn):減少了操作人員的工作強(qiáng)度,但由于在工作過(guò)程中存在著加速和減速的過(guò)程,有效生產(chǎn)能力下降。

三足式離心機(jī)常見(jiàn)型號(hào)與規(guī)格參數(shù)見(jiàn)表5-3。第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)四、三足式離心機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)與應(yīng)用3.三足式液壓自動(dòng)卸料離心過(guò)濾機(jī)第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)四、三足式離心機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)與應(yīng)用3.三足式液壓自動(dòng)卸料離心過(guò)濾機(jī)第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)表5-3三足式離心機(jī)的技術(shù)參數(shù)四、三足式離心機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)與應(yīng)用3.三足式液壓自動(dòng)卸料離心過(guò)濾機(jī)第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)表5-3三足式離心機(jī)的技術(shù)參數(shù)（續(xù)）1.旋液離心分離機(jī)械與設(shè)備的原理和結(jié)構(gòu)

旋液分離器結(jié)構(gòu)如圖5-9所示,它是一種離心沉降式分離器,這種設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,操作維修方便,整套設(shè)備可實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作和過(guò)程控制,造價(jià)低廉,使用壽命可長(zhǎng)達(dá)10年。率先由美國(guó)某公司在淀粉分離中應(yīng)用,其結(jié)構(gòu)由圓柱體部分和圓錐體部分組成,圓柱體部分在切線(xiàn)方向設(shè)置有噴嘴,在圓柱管上部中央設(shè)有尾水管,尾水管向下延伸到圓柱與圓錐交界面下,圓錐管下部為底流嘴。第三節(jié)旋液離心分離機(jī)械與設(shè)備圖5-9旋液分離器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1—尾水管2—噴嘴3—圓柱體4—圓錐體5—底流嘴1.旋液離心分離機(jī)械與設(shè)備的原理和結(jié)構(gòu)

旋液分離器對(duì)不同物料的分離是利用懸浮液等在管內(nèi)作高速旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力使具有不同密度的介質(zhì)成分進(jìn)行分離的分離方法,原理如圖5-10所示。當(dāng)待分離物料通過(guò)輸送泵從噴嘴切向噴入旋液分離器的圓柱體后,在噴嘴速度及壓力的作用下,在管內(nèi)沿旋液管軸線(xiàn)作螺線(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),外層為下降旋流,內(nèi)層則為上升旋流。由于固體物料具有更大的密度,受慣性離心力作用在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中逐步貼向旋液器內(nèi)壁,并與內(nèi)壁發(fā)生摩擦逐漸降低旋轉(zhuǎn)速度,在重力的作用下向下旋轉(zhuǎn)形成下降旋流進(jìn)入圓錐管,在底流堆積并不斷地排出,其他密度較小的,在旋液器中央旋轉(zhuǎn)的去除固體物料的液體則形成螺旋上升的清流,并隨著進(jìn)料而被擠入尾水管,排到管外。這種下降由底部排出的增濃液稱(chēng)為底流,上升從頂部中心管排出的清液被稱(chēng)為溢流。在旋液分離器的內(nèi)層旋流中心會(huì)有一個(gè)處于負(fù)壓的氣柱,氣柱中的氣體來(lái)源于料漿釋放,或由溢流管口吸入。

旋液分離器按照分離介質(zhì)不同可分為:固—液分離(除砂器)、固體篩選、液—液分離(油水分離)、氣—液分離、氣—固分離(旋風(fēng)除塵器)、氣—液—固三相分離等;按旋液分離器的結(jié)構(gòu)形式一般可分為靜態(tài)旋液分離器和動(dòng)態(tài)旋液分離器兩種。第三節(jié)旋液離心分離機(jī)械與設(shè)備1.旋液離心分離機(jī)械與設(shè)備的原理和結(jié)構(gòu)第三節(jié)旋液離心分離機(jī)械與設(shè)備圖5-10旋液分離器(內(nèi)流型)原理圖2.旋液離心分離機(jī)械與設(shè)備的特點(diǎn)與應(yīng)用

旋液分離器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是直徑小而圓錐部分長(zhǎng),所以又被稱(chēng)之為旋液分離管。因?yàn)楣桃洪g的密度差比固體間的密度差小,在一定的切線(xiàn)進(jìn)口速度下,旋液分離器的直徑與其分離效率有直接關(guān)系,小直徑的圓筒有利于增大慣性向心力,直徑越小,收集效率越高,但生產(chǎn)率越低。旋液分離器的結(jié)構(gòu)尺寸與被分離顆粒的大小有關(guān),顆粒大,旋液分離器的結(jié)構(gòu)尺寸也愈大,工業(yè)用旋液分離器的直徑(圓柱部分)小至10mm大到1m以上,用于精分離和洗滌用的旋液分離器的直徑一般在20~30mm之間;旋液分離器的錐角也直接影響分離效果,錐角小,分離效果好,但其高度增加,會(huì)給加工帶來(lái)困難,錐形段傾斜角一般為10°~20°。旋液分離器的高與直徑有一定的比例關(guān)系。在旋液分離器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,應(yīng)根據(jù)不同的用途來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇,并綜合考慮單級(jí)操作或串聯(lián)操作,詳見(jiàn)表5-4旋液分離器適宜的結(jié)構(gòu)尺寸比例。第三節(jié)旋液離心分離機(jī)械與設(shè)備表5-4旋液分離器適宜的結(jié)構(gòu)尺寸比較2.旋液離心分離機(jī)械與設(shè)備的特點(diǎn)與應(yīng)用

旋液分離器的結(jié)構(gòu)尺寸,如圓筒部直徑Dc、進(jìn)口管直徑Di、溢流管直徑De、旋液分離器長(zhǎng)度L、圓筒部長(zhǎng)度Lc、溢流管在器內(nèi)的長(zhǎng)度Le、錐角θ等及其相關(guān)比例,如Di/Dc、De/Dc、L/Dc、le/Dc等對(duì)旋流器的性能有很大影響。

在旋液分離器的設(shè)計(jì)和選擇中,一般是根據(jù)物料性質(zhì)(固、液相密度,固相粒度,液相粘度)、處理或分級(jí)要求以及給定的壓力降,先初步確定結(jié)構(gòu)的尺寸比例,再確定Dc。

此外,在操作中帶壓漿料在進(jìn)入旋液分離器后,會(huì)產(chǎn)生較大的壓力降,為保證分離工作正常工作進(jìn)行,旋液分離器的壓力應(yīng)略高于整個(gè)系統(tǒng)的壓損(一般不大于0.3MPa)。在不同的加工環(huán)節(jié),對(duì)工作壓力的要求是不一樣的,對(duì)用于除泥砂、粗分環(huán)節(jié)的旋液分離器,其工作壓力通常為0.6MPa左右,用于淀粉洗滌或者回收蛋白質(zhì)的旋液分離器,其工作壓力還要高一些。適用于處理密度差在0.1g/cm3的混合介質(zhì),即0.9~1.1g/cm3的物料。

在旋液分離器的應(yīng)用中,固體物質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)與操作效果也有密切的關(guān)系。比如,在淀粉乳的分離過(guò)程中,進(jìn)入旋液分離器的淀粉乳的密度對(duì)分離效果有較大的影響,淀粉乳的密度過(guò)小(淀粉含量少),形成的淀粉沉積層在錐管下部不能封住底流口,影響分離質(zhì)量;淀粉乳的密度過(guò)大,分離的淀粉沉積層過(guò)厚,來(lái)不及從底流口排出,表層部分會(huì)被旋流著的成分重新攪起,從溢流口中排出,也會(huì)影響分離效果。第三節(jié)旋液離心分離機(jī)械與設(shè)備一、過(guò)濾機(jī)械與設(shè)備的原理和特點(diǎn)1.過(guò)濾阻力和推動(dòng)力

過(guò)濾的過(guò)程實(shí)際上是過(guò)濾的推動(dòng)力克服過(guò)濾阻力的過(guò)程。在過(guò)濾的起始,過(guò)濾阻力只來(lái)自于過(guò)濾介質(zhì)和支承物,隨著過(guò)濾的進(jìn)行,濾渣被截留形成濾渣層(濾餅),此時(shí),過(guò)濾阻力則由過(guò)濾介質(zhì)阻力和濾餅阻力組成,圖5-11所示為過(guò)濾操作示意圖。過(guò)濾的推動(dòng)力則是由濾餅和過(guò)濾介質(zhì)所形成的過(guò)濾層兩側(cè)的壓力差。

工業(yè)過(guò)濾壓力差的來(lái)源有四種:1)本身的液柱壓力差,一般不超過(guò)5×104N/m2。2)在懸浮液表面加壓,一般不超過(guò)5×105N/m2。3)在過(guò)濾介質(zhì)下方抽真空,通常不超過(guò)8.5×104N/m2。4)利用離心力。

因而,根據(jù)上述過(guò)濾推動(dòng)力的不同,過(guò)濾操作可分別稱(chēng)為重力過(guò)濾、加壓過(guò)濾、真空過(guò)濾和離心過(guò)濾。第四節(jié)過(guò)濾機(jī)器與設(shè)備一、過(guò)濾機(jī)械與設(shè)備的原理和特點(diǎn)1.過(guò)濾阻力和推動(dòng)力第四節(jié)過(guò)濾機(jī)器與設(shè)備一、過(guò)濾機(jī)械與設(shè)備的原理和特點(diǎn)2.過(guò)濾操作的程序和分類(lèi)

過(guò)濾操作的程序一般分為過(guò)濾、濾餅洗滌、濾餅干燥、濾餅卸除四個(gè)階段。(1)過(guò)濾

過(guò)濾有兩種方式,即恒速過(guò)濾和恒壓過(guò)濾,在一般情況下,過(guò)濾的初期采用恒速過(guò)濾,隨著過(guò)濾阻力的增加,壓力升至一定值后,則轉(zhuǎn)而采用恒壓過(guò)濾,當(dāng)阻力增大致使過(guò)濾速度變得很低,且壓力超過(guò)設(shè)備承受能力時(shí),則需要將濾餅移走,重新開(kāi)始過(guò)濾。(2)濾餅洗滌

濾餅洗滌目的在于回收有價(jià)值的濾液或純的濾餅。洗滌所得到的溶液,稱(chēng)為洗出液。洗滌時(shí),將清水或其他洗液同樣在推動(dòng)力作用下流過(guò)毛細(xì)孔道,其過(guò)程主要分為兩個(gè)階段:開(kāi)始是置換洗滌,濾餅中的殘留液被洗液所取代;然后是擴(kuò)散洗滌,粘附在微粒表面上的薄層濾液通過(guò)擴(kuò)散作用轉(zhuǎn)入洗液而被夾帶出。一般遵循提高洗出液濃度,濾餅大致洗凈的原則,可采用多次逆流法洗滌。第四節(jié)過(guò)濾機(jī)器與設(shè)備一、過(guò)濾機(jī)械與設(shè)備的原理和特點(diǎn)2.過(guò)濾操作的程序和分類(lèi)(3)濾餅干燥

在洗滌結(jié)束后進(jìn)行,主要是通過(guò)機(jī)械擠壓、壓縮空氣擠壓或通入熱空氣,以盡量排除濾餅中殘留的洗液。(4)濾餅卸除

將濾餅從濾布上卸下,可采用倒吹壓縮空氣、刮刀或其他方法。

大多數(shù)間歇式過(guò)濾機(jī)都是在加壓下操作,而幾乎所有的連續(xù)過(guò)濾機(jī)都是真空過(guò)濾機(jī)。第四節(jié)過(guò)濾機(jī)器與設(shè)備二、過(guò)濾機(jī)械與設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.板框壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理(1)板框壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)

壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖5-12所示,由端板、濾板、濾框、濾布、支撐橫梁、螺旋壓緊裝置組成。由許多交替排列的濾板和濾框構(gòu)成主要工作部件,板和框架都被支承在一對(duì)橫梁上。濾板的作用是支撐濾布,表面制成各種凹凸紋路或浮點(diǎn),形成濾液流道。濾板又可分成洗滌板和非洗滌板,為了辨別,常在板、框外側(cè)鑄有小鈕或其他標(biāo)志。濾框的數(shù)目可由10到60個(gè),過(guò)濾機(jī)的安裝由濾布將濾框與濾板隔開(kāi),交替排列。并可經(jīng)手動(dòng)、電動(dòng)或液壓機(jī)構(gòu)等將其壓緊,使濾布緊貼于濾板上,而兩相鄰濾布之間的框內(nèi)則形成了供濾漿進(jìn)入的空間。第四節(jié)過(guò)濾機(jī)器與設(shè)備二、過(guò)濾機(jī)械與設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.板框壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理(1)板框壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)第四節(jié)過(guò)濾機(jī)器與設(shè)備圖5-12板框壓濾機(jī)簡(jiǎn)圖1—固定端板2—濾布3—板框支座4—可動(dòng)端板5—支承橫梁·—過(guò)濾板∶—濾框?—洗滌板二、過(guò)濾機(jī)械與設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.板框壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理(2)板框壓濾機(jī)的工作原理及過(guò)程

濾板和濾框的右上角均有小孔,壓濾機(jī)組裝后,這些小孔就形成濾漿進(jìn)料的通道。濾漿由濾框上方通孔進(jìn)入濾框空間,固體顆粒被濾布截留,在框內(nèi)逐漸形成濾餅,濾液則穿過(guò)濾餅和濾布流向兩側(cè)的濾板,然后沿濾板的溝槽向下流動(dòng),由濾板下方的通孔排出。濾液排出的方式有兩種,一種是在濾板下方裝有旋塞,料液分別排出,可觀(guān)察各板框過(guò)濾單元濾液流出的澄清情況,如果其中一塊濾板上的濾布破裂,則流出的濾液會(huì)出現(xiàn)混濁,可將此過(guò)濾單元排出液旋塞關(guān)閉,待操作結(jié)束后予以更換,這種濾液排出結(jié)構(gòu)的模式稱(chēng)為明流式;如果壓濾機(jī)濾液由板框通孔組成的濾液通道集中流出,則此濾液排出結(jié)構(gòu)的模式稱(chēng)為暗流式,有助于減少濾液與空氣的接觸。其工作過(guò)程如圖5-13所示。第四節(jié)過(guò)濾機(jī)器與設(shè)備二、過(guò)濾機(jī)械與設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.板框壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理(2)板框壓濾機(jī)的工作原理及過(guò)程第四節(jié)過(guò)濾機(jī)器與設(shè)備圖5-13板框壓濾機(jī)工作過(guò)程圖a)過(guò)濾b)洗滌c)吹干d)擠榨1—框邊2—橡膠隔膜3—?dú)馐?—濾室二、過(guò)濾機(jī)械與設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.板框壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理(2)板框壓濾機(jī)的工作原理及過(guò)程

當(dāng)濾框內(nèi)充滿(mǎn)濾餅時(shí),由于過(guò)濾阻力增大,過(guò)濾速率將大大降低,設(shè)備的工作壓力超過(guò)允許范圍,此時(shí)應(yīng)當(dāng)停止輸入漿料,并進(jìn)行濾餅洗滌。在洗滌板的左上角的小孔有一與之相通的暗孔,為洗滌液流入洗滌板的通道。在過(guò)濾的操作階段,洗滌板仍起到過(guò)濾板的作用,但在進(jìn)行洗滌操作時(shí),洗滌板下端出口被關(guān)閉,洗滌液穿過(guò)濾布和濾框的全部向過(guò)濾板流動(dòng),并從過(guò)濾板下部排出。洗滌完成后,除去濾餅,進(jìn)行清理,仍重新按照濾板—濾框—洗滌板—濾框—濾板的順序交替組裝,進(jìn)入下一循環(huán)操作(圖5-14)。第四節(jié)過(guò)濾機(jī)器與設(shè)備二、過(guò)濾機(jī)械與設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.板框壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理(2)板框壓濾機(jī)的工作原理及過(guò)程第四節(jié)過(guò)濾機(jī)器與設(shè)備二、過(guò)濾機(jī)械與設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用2.板框壓濾機(jī)的特點(diǎn)與應(yīng)用

板框壓濾機(jī)是食品工業(yè)中使用最廣泛的分離設(shè)備之一,適應(yīng)于各種復(fù)雜物料的過(guò)濾分離,對(duì)于粘度大、顆粒度細(xì)、可壓縮性顯著的各種物料過(guò)濾分離均可使用,主要用于下述的工藝過(guò)程:1)液體的澄清。2)分離難過(guò)濾的低濃度懸浮液或膠體懸浮液。3)分離液相粘度大或接近飽和狀態(tài)的懸浮液。

但是,由于板框壓濾機(jī)在停止進(jìn)料后,過(guò)濾動(dòng)力也隨之消失,所以最后部分進(jìn)料的濾液無(wú)法濾出,從而增加了濾餅的含濕量,并降低了濾液得率。為提高濾液得率或?yàn)V餅的純凈度,要求進(jìn)行濾餅洗滌及濾餅的干燥工序,從而增加了設(shè)備投資和操作工藝上的復(fù)雜性,使過(guò)濾效率下降。第四節(jié)過(guò)濾機(jī)器與設(shè)備三、硅藻土壓力過(guò)濾機(jī)

除上述離心、板框過(guò)濾機(jī)外,食品工業(yè)中常用的過(guò)濾機(jī)械還有硅藻土過(guò)濾機(jī)、加壓濾葉型過(guò)濾機(jī)等;常用的真空過(guò)濾機(jī)包括水平圓盤(pán)過(guò)濾機(jī)、真空葉濾機(jī)和真空鼓式過(guò)濾機(jī)等。

硅藻土過(guò)濾機(jī)是以硅藻土為助濾劑的壓力式過(guò)濾機(jī),先將2.5~3.0kg的硅藻土加入150~200kg澄清良好的液體中,通過(guò)流體泵輸入硅藻土過(guò)濾機(jī)中,隨著過(guò)濾的進(jìn)行,助濾劑硅藻土將在濾盤(pán)上涂布形成濾餅層,至預(yù)涂液達(dá)到澄清要求后,結(jié)束預(yù)涂,泵入添加硅藻土的待濾液,進(jìn)行正常的過(guò)濾操作。該設(shè)備有很多優(yōu)點(diǎn),如性能穩(wěn)定,適應(yīng)性強(qiáng),能用于很多液體的過(guò)濾,過(guò)濾效率高,可獲得很高的濾速和理想的澄清度,甚至很混濁的液體也能過(guò)濾,設(shè)備簡(jiǎn)單,且在操作良好的情況下,還具有除菌的效果。它除了可以過(guò)濾糖液外,還可過(guò)濾啤酒、白酒、醬油、醋等。第四節(jié)過(guò)濾機(jī)器與設(shè)備三、硅藻土壓力過(guò)濾機(jī)

硅藻土過(guò)濾機(jī)的結(jié)構(gòu)形式有很多種,但其工作原理相同,圖5-15所示為移動(dòng)式硅藻土過(guò)濾機(jī)。該過(guò)濾機(jī)主要由殼體、濾盤(pán)、機(jī)座、壓緊裝置、排氣閥、壓力表等組成。

機(jī)座包括前支座9、后支座2、拉緊螺桿3等。前后支座被4根拉緊螺桿3連成一個(gè)整體。在前后支座上,安裝了4個(gè)膠輪,以便機(jī)器的移動(dòng)。機(jī)座上安置有殼體6,濾盤(pán)8,壓緊板4等。殼體分為多節(jié),以便于裝配,節(jié)間用橡膠密封圈密封,并由各節(jié)上的導(dǎo)向套支撐在兩根導(dǎo)向桿7上。第四節(jié)過(guò)濾機(jī)器與設(shè)備圖5-15移動(dòng)式硅藻土過(guò)濾機(jī)1—手輪2—后支座3—拉緊螺桿4—壓緊板5—排氣閥6—?dú)んw7—導(dǎo)向桿8—濾盤(pán)9—前支座10—玻璃筒三、硅藻土壓力過(guò)濾機(jī)

濾盤(pán)8是主要過(guò)濾部件,數(shù)量較多,可達(dá)幾十個(gè),由所需的生產(chǎn)能力而定,主要由波形板、濾網(wǎng)、壓邊圈、濾布所組成。波形板如圖5-16所示,材質(zhì)為不銹鋼,圓形,上面壓制有許多呈同心圓分布的凹凸槽,一則增加波形板的強(qiáng)度,二則凹槽也是液體的通道。將兩塊波形板對(duì)合在一起,兩側(cè)覆蓋比較粗大的金屬絲濾網(wǎng),用以支撐濾布。再用內(nèi)凹的不銹鋼壓邊圈將波形板、濾網(wǎng)箍緊,焊接起來(lái),使之成為一剛性體,濾網(wǎng)上面再覆蓋濾布,用橡膠圈使之緊貼。而濾盤(pán)之間用間隔密封圈間隔分開(kāi),再用卡箍和壓緊件將其固定在殼體中心的空心軸上。空心軸的外圓周上有四條均勻的長(zhǎng)槽,槽中根據(jù)濾盤(pán)的數(shù)量和其相對(duì)應(yīng)的位置鉆有通孔,而空心軸的另一端連接著過(guò)濾機(jī)的出口,在工作時(shí),料液就是由進(jìn)口進(jìn)入過(guò)濾機(jī),充滿(mǎn)在殼體內(nèi),在壓力的推動(dòng)下,濾漿穿過(guò)濾布、濾網(wǎng)進(jìn)入波形板的內(nèi)凹槽中,隨后進(jìn)入空心軸的長(zhǎng)槽中,通過(guò)槽中的孔洞進(jìn)入空心軸內(nèi)部,再由出口排出,而雜質(zhì)則由濾布所截留,由此濾漿得到澄清分離。適用于以回收濾液為主的過(guò)濾操作。第四節(jié)過(guò)濾機(jī)器與設(shè)備三、硅藻土壓力過(guò)濾機(jī)第四節(jié)過(guò)濾機(jī)器與設(shè)備圖5-16波形板一、膜分離設(shè)備的原理和特點(diǎn)1.膜分離的原理

反滲透和超濾是以壓力差為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)。索利拉金提出的“毛細(xì)流動(dòng)——選擇吸附機(jī)制”理論認(rèn)為,水溶液與具有微孔的薄膜互相接觸,由于膜的化學(xué)性質(zhì)使它對(duì)水溶液中的溶質(zhì)具有排斥使用,其結(jié)果靠近膜表面的濃度梯度急劇下降,在溶液——膜的界面上形成一層被吸附的純水層。反滲透就是在壓力存在下使水不斷通過(guò)膜上的毛細(xì)孔滲出,溶質(zhì)則被膜截留。而“篩分”理論是把膜表面看成具有無(wú)數(shù)微孔,利用這些不同孔徑的孔眼像篩子一樣截留住分子直徑相應(yīng)大于它們的溶質(zhì)和顆粒,從而達(dá)到了分離的目的。

通常對(duì)超濾機(jī)理的闡述有下述兩種模型:(1)毛細(xì)流動(dòng)模型

在此模型中,溶質(zhì)的脫除主要靠流過(guò)微孔結(jié)構(gòu)的過(guò)濾或篩濾作用,半透膜阻止了大分子的通過(guò),按這一模型建立的流動(dòng)是毛細(xì)孔中的層流流動(dòng);第五節(jié)膜分離設(shè)備一、膜分離設(shè)備的原理和特點(diǎn)1.膜分離的原理(2)溶解擴(kuò)散模型

在此模型中,假定擴(kuò)散質(zhì)的分子,先溶解于膜的結(jié)構(gòu)材料中,而后再經(jīng)載體的擴(kuò)散而傳遞。因?yàn)榉肿臃N類(lèi)不同,溶解度和擴(kuò)散度也就不同。

實(shí)際上,在超濾和反滲透的過(guò)程中,這兩種方式在膜滲傳遞中都可能存在,只是取向和取向的程度不同,反滲透以溶解擴(kuò)散機(jī)理占優(yōu)勢(shì),而超濾則以毛細(xì)流動(dòng)機(jī)理占優(yōu)勢(shì)。反滲透就是在壓力存在下使純水不斷通過(guò)膜上的毛細(xì)孔滲出,溶質(zhì)則被膜截留;而超濾就是在壓力作用下使溶劑和水分子穿過(guò)半透膜,其他稍大的顆粒被截留。圖5-17所示為膜過(guò)濾原理示意圖。

一般反滲透法主要是截留無(wú)機(jī)鹽那樣的小分子,亦即基本上只讓溶劑水通過(guò),而超濾則是從小分子溶質(zhì)(無(wú)機(jī)離子、低相對(duì)分子質(zhì)量物質(zhì))或溶劑分子中將比較大的溶質(zhì)分子篩分出來(lái),所以?xún)烧卟](méi)有什么本質(zhì)上的差別,只不過(guò)是由于前者的溶質(zhì)是小分子而滲透壓比較高,所以為了使溶劑通過(guò),必須施加高壓。與此相反,對(duì)于高分子溶質(zhì)的情況來(lái)說(shuō),即使是高濃度的溶液,因?yàn)闈B透壓比較低,仍可以在不高的壓力下進(jìn)行過(guò)濾。所以,兩者不僅所用膜的性能上有差異,在裝置和操作上也有所不同。第五節(jié)膜分離設(shè)備一、膜分離設(shè)備的原理和特點(diǎn)1.膜分離的原理(2)溶解擴(kuò)散模型第五節(jié)膜分離設(shè)備一、膜分離設(shè)備的原理和特點(diǎn)2.膜分離的應(yīng)用范圍

根據(jù)膜分離技術(shù)過(guò)程推動(dòng)力的不同,大體上可分為兩類(lèi):一類(lèi)是以壓力為推動(dòng)力的超濾和反滲透,另一類(lèi)是以電力為推動(dòng)力的電滲析,電滲析所使用的是一種被稱(chēng)之為離子交換膜的特殊半透膜。

膜分離技術(shù)目前已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于海水、苦咸水淡化,超純水制備,廢水處理過(guò)程以及食品工業(yè)中的牛奶、乳清蛋白、茶葉的濃縮和其他食品的精制、提純與濃縮。此外,在染料工業(yè)、化學(xué)工程和生物工程、航天技術(shù)上亦被得到廣泛的應(yīng)用。比如反滲透和超濾在醫(yī)療行業(yè)方面用于血過(guò)濾、人工血液的制造、人參蜂王漿處理、中草藥制劑的精制、病菌、酶、病毒、核酸、蛋白質(zhì)等生理活性物質(zhì)的濃縮、分離、精制以及激素的精制等。第五節(jié)膜分離設(shè)備一、膜分離設(shè)備的原理和特點(diǎn)3.膜性能

膜是反滲透和超濾的主要工作材料,也是電滲析的主要工作材料,是膜分離技術(shù)的中心,膜分離技術(shù)的進(jìn)一步提高,關(guān)鍵取決于膜性能的改進(jìn)。(1)膜分離技術(shù)對(duì)膜性能的要求

膜性能主要是指膜的物理和化學(xué)性能以及膜的分離透過(guò)性。隨著膜分離技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,對(duì)膜性能的要求越來(lái)越高,不但要有良好的分離性能,而且要有良好的耐溫性、耐壓性、耐酸堿腐蝕性以及抗氧化、抗微生物、抗化學(xué)污染等,還要求有較高的機(jī)械強(qiáng)度。第五節(jié)膜分離設(shè)備一、膜分離設(shè)備的原理和特點(diǎn)3.膜性能(2)膜材料

一般而言,膜的材料及其材質(zhì)在很大程度上決定了膜的功能。從材質(zhì)上看,膜材料的發(fā)展基本上經(jīng)歷了三個(gè)階段。第一階段是醋酸纖維素膜,也稱(chēng)CA膜,也是最初工業(yè)化的膜,它的價(jià)格便宜,成膜的性能也好,但在工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用較差,pH值范圍在3.5~9.5之間,且使用的溫度較低,小于40°C,抗污染性差,易受微生物和酶的作用,在強(qiáng)酸和弱堿作用下會(huì)水解,而且在正常使用時(shí),會(huì)因蠕變使透水速度降低;第二代膜材料是高性能的合成材料,如聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚酯以及改性纖維等,可經(jīng)受強(qiáng)酸強(qiáng)堿,在高壓下抵抗破壞能力強(qiáng),在各種溶劑及較高溫度下均能正常操作,耐氧化、耐腐蝕、抗污染性好,是目前膜分離技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的膜材料;第三代膜材料以無(wú)機(jī)膜為代表,如多孔性陶瓷、多孔性玻璃以及多孔性金屬等,如鋯—氧化鋁膜,耐溫達(dá)400°C,濾膜厚0.1μm,為多孔凝膠附著在100~1000μm厚的多孔托板上。此外,有機(jī)氟材料功能膜的研究也取得了極大的進(jìn)展,氟塑料其耐溶劑、耐腐蝕、耐高溫、不粘結(jié)等優(yōu)點(diǎn),往往是其他材料膜難以代替的。第五節(jié)膜分離設(shè)備一、膜分離設(shè)備的原理和特點(diǎn)4.膜分離設(shè)備的原理(1)超濾設(shè)備的工作原理

過(guò)濾是使液體通過(guò)多孔過(guò)濾介質(zhì)以分離其中所含的固體顆粒的一種操作,過(guò)濾介質(zhì)截阻顆粒而讓液體通過(guò),隨著被截阻顆粒變小,就要求過(guò)濾介質(zhì)的通道也要變小。在超濾操作中,如果顆粒小到亞微細(xì)粒的程度,半透膜孔的大小也要趨近于能阻止溶液中大分子的通過(guò),這種利用半透膜的微孔過(guò)濾以截留溶液中大溶質(zhì)分子的操作稱(chēng)為超濾,而這樣的半透膜則被稱(chēng)之為超濾膜,孔徑1.0~20nm(或更大)。超濾的驅(qū)動(dòng)力是壓差,通常高達(dá)1.0MPa,在溶液側(cè)加壓,使溶劑和小分子透過(guò)膜而得到分離。在超濾中,其分離的物理因素較物化因素更為重要,其設(shè)備工作原理如圖5-18所示。運(yùn)用液壓迫使溶液透過(guò)膜,并按溶質(zhì)分子大小、形狀等差異,把大溶質(zhì)分子阻留在膜的一側(cè),成為濃縮液;而小分子的溶質(zhì)則隨溶劑透過(guò)膜到另一側(cè),或?yàn)橥高^(guò)液流過(guò)。第五節(jié)膜分離設(shè)備一、膜分離設(shè)備的原理和特點(diǎn)4.膜分離設(shè)備的原理(1)超濾設(shè)備的工作原理第五節(jié)膜分離設(shè)備圖5-18超濾原理示意圖1—進(jìn)料2—濃縮液3—清液4—超濾膜一、膜分離設(shè)備的原理和特點(diǎn)4.膜分離設(shè)備的原理(2)反滲透設(shè)備的工作原理

反滲透的原理如圖5-19所示。圖5-19a所示為在半透膜兩側(cè)的溶劑和由溶質(zhì)與溶劑組成的溶液。在沒(méi)有外力的作用下,左側(cè)溶劑分子會(huì)自動(dòng)穿過(guò)半透膜流向右側(cè)溶液,即溶劑分子從溶液的低濃度區(qū)域流向溶液的高濃度區(qū)域。由于溶劑的流動(dòng),在高濃度溶液區(qū)域會(huì)形成一個(gè)滲透壓頭,從而達(dá)到滲透的平衡,此滲透壓頭則稱(chēng)之為溶液的滲透壓。如果在溶液的一側(cè)(膜的右側(cè))加上一個(gè)大于滲透壓的壓力,則高濃度溶液區(qū)域的溶劑(水)會(huì)穿過(guò)半透膜流向低濃度溶液(或溶劑)的一側(cè),這種現(xiàn)象稱(chēng)之為反滲透。因此,反滲透操作的動(dòng)力也是壓力,由于克服的是滲透壓且穿過(guò)半透膜的溶劑(主要是水)分子量小,滲透模式以選擇吸附為主。半透膜的孔徑小,因而,其工作壓力一般大于超濾,約為4~8MPa,因膜的材質(zhì)不同,也有的可高達(dá)70MPa。第五節(jié)膜分離設(shè)備一、膜分離設(shè)備的原理和特點(diǎn)4.膜分離設(shè)備的原理(2)反滲透設(shè)備的工作原理第五節(jié)膜分離設(shè)備圖5-19反滲透原理a)滲透b)反滲透一、膜分離設(shè)備的原理和特點(diǎn)4.膜分離設(shè)備的原理(3)電滲析設(shè)備的工作原理

電滲析脫鹽示意圖如圖5-20所示,進(jìn)入第1、3、5、7室的水中離子,在直流電場(chǎng)作用下作定向移動(dòng),陽(yáng)離子向陰極移動(dòng),透過(guò)陽(yáng)膜進(jìn)入極水室以及2、4、6室,陰離子則向陽(yáng)極移動(dòng),透過(guò)陰膜進(jìn)入2、4、6、8室。因此,從第1、3、5、7室流出來(lái)的水中,陰陽(yáng)離子的數(shù)目會(huì)減少成為含鹽量降低的淡水,而進(jìn)入2、4、6、8室內(nèi)的陰陽(yáng)離子在直流電作用下定向移動(dòng)時(shí),分別受到陽(yáng)、陰膜的阻擋,均留在室內(nèi)不能出去,1、3、5、7室中的陰陽(yáng)離子卻不斷進(jìn)入,因此,從第2、4、6、8室流出來(lái)的水中,陰、陽(yáng)離子的數(shù)量均比原來(lái)水中的要多,從而成為濃水。濃淡室水分別匯集,最后得到分開(kāi)的濃水和淡水。第五節(jié)膜分離設(shè)備一、膜分離設(shè)備的原理和特點(diǎn)4.膜分離設(shè)備的原理(3)電滲析設(shè)備的工作原理第五節(jié)膜分離設(shè)備圖5-20電滲析脫鹽示意圖二、膜分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.超濾與反滲透設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用(1)超濾與反滲透設(shè)備的結(jié)構(gòu)1)超濾與反滲透膜的構(gòu)型:超濾膜在工業(yè)應(yīng)用上的構(gòu)型主要有平板狀、管狀、螺旋板狀和空心纖維狀等,除較早期使用為板狀和管狀外,目前工業(yè)生產(chǎn)中以空心纖維膜(中空纖維膜)為主,如圖5-21所示。

中空纖維超濾膜筒由惰性的復(fù)合材料制成,代表物為聚砜。中空纖維膜是一種在平板膜基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種自身支撐膜,是一個(gè)厚壁的空心圓柱,纖維外徑50~200μm,內(nèi)徑25~42μm,沒(méi)有支撐材料,靠本身的強(qiáng)度承受工作壓力,中空纖維組件的安裝,是把幾十萬(wàn)至幾千萬(wàn)根以上中空纖維呈U形或平行集束裝填入耐壓容器內(nèi),纖維集束的開(kāi)口端被環(huán)氧樹(shù)脂密封在兩端的端板中,料液由膜筒的一端進(jìn)入,超濾清液穿過(guò)半透膜被集中引出,濃縮液則由膜筒的另一端排出。2)超濾設(shè)備結(jié)構(gòu):超濾設(shè)備結(jié)構(gòu)主要由泵、前處理裝置和中空纖維膜筒及管路件構(gòu)成,由泵提供過(guò)濾動(dòng)力,經(jīng)前處理裝置處理(一般是砂濾器、活性炭過(guò)濾器和砂芯過(guò)濾器),降低料液對(duì)中空纖維膜的污染,料液經(jīng)半透膜處理后,經(jīng)管路閥件集中排出,圖5-22所示為超濾設(shè)備簡(jiǎn)圖,它是一級(jí)多段連續(xù)式膜分離工藝設(shè)備配置和流程的錐形排列簡(jiǎn)圖。第五節(jié)膜分離設(shè)備二、膜分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.超濾與反滲透設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用(1)超濾與反滲透設(shè)備的結(jié)構(gòu)第五節(jié)膜分離設(shè)備二、膜分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.超濾與反滲透設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用(1)超濾與反滲透設(shè)備的結(jié)構(gòu)第五節(jié)膜分離設(shè)備圖5-22超濾設(shè)備簡(jiǎn)圖二、膜分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.超濾與反滲透設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用(2)超濾設(shè)備的應(yīng)用

利用超濾進(jìn)行食品的濃縮和提純可充分保留食品原有風(fēng)味和香味成分,與蒸發(fā)濃縮相比,沒(méi)有物料相態(tài)的變化,對(duì)料液的物化結(jié)構(gòu)沒(méi)有破壞。

超濾技術(shù)可單獨(dú)或與其他處理方法相結(jié)合應(yīng)用于多個(gè)以分離為目的的工業(yè)領(lǐng)域:1)純水和超純水的制備:主要用于工業(yè)用水的初級(jí)純化,純凈水制備中超濾用作反滲透的前處理,用作純凈水的終端處理,污水和苦咸、海水淡化的處理。2)生物制藥:酶、病毒、毒素、噬菌體及各種蛋白質(zhì)稀溶液的濃縮、脫鹽和提純;醫(yī)用水處理;血液及生物制品的濃縮精制,如對(duì)糖化酶、蛋白酶濃縮,截留率達(dá)到99%以上,改進(jìn)了傳統(tǒng)鹽析工藝;用于尿激酶的制備,較傳統(tǒng)工藝降低成本50%,并明顯提高質(zhì)量。3)食品工業(yè):飲料、飲用水的除菌凈化,礦泉水的澄清制備,豆制品及乳品加工,食品加工工藝水的制備以及食物有價(jià)值物質(zhì)的回收。超濾用于脫脂乳的濃縮,可制取含蛋白質(zhì)達(dá)50%~80%的脫脂濃乳,是在乳清中濃縮和回收蛋白質(zhì)的有效方法;應(yīng)用于低度酒、果酒及飲料的澄清,具有處理方法簡(jiǎn)單,操作費(fèi)用低,提高酒質(zhì)或飲料的穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn);尚可應(yīng)用于油脂工業(yè)的廢水凈化。

此外,超濾技術(shù)在化學(xué)工業(yè)和石油開(kāi)采以及工業(yè)廢水處理與有價(jià)值物質(zhì)的回收等方面得到了廣泛的應(yīng)用。第五節(jié)膜分離設(shè)備二、膜分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

第五節(jié)膜分離設(shè)備二、膜分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用2.電滲析設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用(1)電滲析設(shè)備的結(jié)構(gòu)第五節(jié)膜分離設(shè)備二、膜分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用2.電滲析設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用(2)電滲析設(shè)備的應(yīng)用

電滲析法可應(yīng)用于下列場(chǎng)合中:1)海水的濃縮、淡化。2)加工廠(chǎng)廢水、廢液的脫鹽,再利用及有價(jià)值物的回收。3)有機(jī)物和無(wú)機(jī)鹽類(lèi)的分離。4)有機(jī)酸的精制、濃縮及回收。5)脫鹽飲料水的制備。6)牛乳、乳清、糖蜜的脫鹽。7)低鹽醬油的制造。8)果汁類(lèi)中檸檬酸、酒石酸的去除。第五節(jié)膜分離設(shè)備一、超臨界萃取設(shè)備的原理和特點(diǎn)1.超臨界流體

物質(zhì)是以氣相、液相和固相三種形式存在,并在不同的壓力和溫度下可以進(jìn)行相的轉(zhuǎn)換。在溫度高于某一數(shù)值時(shí),任何大的壓力均不能使該純物質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)化為液相,此時(shí)的溫度即被稱(chēng)之為臨界溫度Tc;而在臨界溫度下,氣體能被液化的最低壓力稱(chēng)為臨界壓力Pc。當(dāng)物質(zhì)所處的溫度高于臨界溫度,壓力大于臨界壓力時(shí),該物質(zhì)處于超臨界狀態(tài)。在壓溫圖中,CO2的相圖如圖5-24所示。高于臨界溫度和臨界壓力的區(qū)域就稱(chēng)為超臨界區(qū),如果流體被加熱或被壓縮至其臨界溫度(Tc)和臨界壓力(Pc)以上狀態(tài)時(shí),向該狀態(tài)氣體加壓,氣體不會(huì)液化,只是密度增大,具有類(lèi)似液體性質(zhì),同時(shí)還保留有氣體性能,這種狀態(tài)的流體稱(chēng)為超臨界流體。第六節(jié)超臨界萃取設(shè)備一、超臨界萃取設(shè)備的原理和特點(diǎn)2.超臨界萃取原理

從表5-5中可以知道氣體、液體和超臨界流體的性質(zhì),在臨界點(diǎn)附近,壓力和溫度的微小變化都會(huì)引起氣體密度的很大變化,超臨界流體的密度相當(dāng)于氣體的數(shù)百倍,而其流動(dòng)性和粘度仍接近于氣體,擴(kuò)散系數(shù)雖約為氣體的1%,但卻是液體擴(kuò)散系統(tǒng)的數(shù)百倍,因而,在萃取過(guò)程中,具有類(lèi)似氣體的高的擴(kuò)散性,又有類(lèi)似于液體的溶解能力。在臨界區(qū)域附近,操作壓力和溫度的微小變化,都會(huì)引起流體密度的大幅度變化,因而也將影響其溶解能力,超臨界流體萃取技術(shù)正是利用這個(gè)特性來(lái)溶解提取和分離物質(zhì)。

歸納可知,超臨界流體不同于一般的氣體,也有別于一般液體,它本身具有如下特性:1)擴(kuò)散系數(shù)比氣體小,但比液體高一個(gè)數(shù)量級(jí)。2)粘度接近氣體。3)密度類(lèi)似液體,壓力的細(xì)微變化可導(dǎo)致其密度的顯著變動(dòng)。第六節(jié)超臨界萃取設(shè)備表5-5氣體、液體和超臨界流體的性質(zhì)一、超臨界萃取設(shè)備的原理和特點(diǎn)2.超臨界萃取原理

在食品工業(yè)中,萃取目的物溶劑的選擇,首先必須要求符合食品衛(wèi)生法的要求,而且,大多數(shù)食品具有復(fù)雜的化學(xué)成分、熱敏性以及易氧化特性。因此,在保證特定產(chǎn)品質(zhì)量要求的前提下,溶劑的選擇盡量要求臨界溫度和臨界壓力較低,以減少壓縮費(fèi)用,化學(xué)性質(zhì)要求穩(wěn)定,不與產(chǎn)品起反應(yīng),安全價(jià)廉,對(duì)人體無(wú)害,來(lái)源豐富;同時(shí)還要求溶劑具有低的沸點(diǎn),以利與溶質(zhì)分離?？勺鳛槌R界流體萃取劑的物質(zhì)很多,如二氧化碳、一氧化二氮、水、乙烷、庚烷、氨、六氟化硫等。溶劑的臨界特性可見(jiàn)表5-6各種溶劑的臨界特性。目前廣泛選用CO2作為超臨界萃取溶劑,雖然對(duì)于某些低揮發(fā)性物質(zhì)的萃取,它比不上常規(guī)的有機(jī)溶劑,但在食品工業(yè)中卻具有無(wú)毒無(wú)害、不易燃易爆、低粘度、低表面張力、低沸點(diǎn)、合理臨界特性等優(yōu)點(diǎn),在食品工業(yè)中被廣泛使用,具有如下特點(diǎn):1)CO2在常溫(31.1°C)時(shí)可以達(dá)到超臨界狀態(tài),可以實(shí)現(xiàn)低溫生產(chǎn)。2)臨界壓力為7.39MPa,易于達(dá)到。3)CO2是惰性氣體,不會(huì)使食品變質(zhì),不具有引燃性、爆炸性和化學(xué)反應(yīng)性。4)無(wú)毒、無(wú)色、無(wú)味,不污染制品,也沒(méi)有任何排放問(wèn)題。5)超臨界CO2流體具有高擴(kuò)散性、低粘性的特點(diǎn),傳質(zhì)快、萃取速度高,可從固體和高粘度物質(zhì)中高效萃取。6)對(duì)特定成份具有萃取選擇性。第六節(jié)超臨界萃取設(shè)備一、超臨界萃取設(shè)備的原理和特點(diǎn)2.超臨界萃取原理

1)CO2在常溫(31.1°C)時(shí)可以達(dá)到超臨界狀態(tài),可以實(shí)現(xiàn)低溫生產(chǎn)。2)臨界壓力為7.39MPa,易于達(dá)到。3)CO2是惰性氣體,不會(huì)使食品變質(zhì),不具有引燃性、爆炸性和化學(xué)反應(yīng)性。4)無(wú)毒、無(wú)色、無(wú)味,不污染制品,也沒(méi)有任何排放問(wèn)題。5)超臨界CO2流體具有高擴(kuò)散性、低粘性的特點(diǎn),傳質(zhì)快、萃取速度高,可從固體和高粘度物質(zhì)中高效萃取。6)對(duì)特定成份具有萃取選擇性。第六節(jié)超臨界萃取設(shè)備表5-6各種溶劑的臨界特性一、超臨界萃取設(shè)備的原理和特點(diǎn)2.超臨界萃取原理

超臨界狀態(tài)下,CO2對(duì)不同溶質(zhì)的溶解能力差別很大,這與溶質(zhì)的極性、沸點(diǎn)和分子量密切相關(guān),一般來(lái)說(shuō)有以下規(guī)律:1)親脂、低沸點(diǎn)成分可在低壓萃取(104kPa),如揮發(fā)油、烴、酯等。2)化合物的極性集團(tuán)越多,就越難萃取。3)化合物的分子量愈高,愈難萃取。

此外,通過(guò)攜帶劑的使用,如甲醇、丙酮、乙醇、乙酸、乙酯等,CO2超臨界萃取的應(yīng)用范圍得到了拓展?？偠灾?超臨界萃取就是利用超臨界流體具有十分獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),它的密度接近于液體,粘度接近于氣體的特點(diǎn),作為性能良好的溶劑,擴(kuò)散系數(shù)大,介電常數(shù)大,使其具有較好的分離效果。超臨界萃取設(shè)備的工作原理即是在高壓和合適溫度下,在萃取罐中使溶劑(超臨界流體)與被萃取物接觸,溶質(zhì)擴(kuò)散到溶劑中,再在分離器中改變操作條件,使溶解物質(zhì)析出以達(dá)到分離的目的。第六節(jié)超臨界萃取設(shè)備一、超臨界萃取設(shè)備的原理和特點(diǎn)3.超臨界萃取的特點(diǎn)

與普通的液體萃取相比較,超臨界流體萃取在萃取速度和分離范圍兩個(gè)方面更為理想,由于超臨界萃取是通過(guò)對(duì)溫度和壓力的調(diào)節(jié)來(lái)控制溶質(zhì)的蒸汽壓和親和性而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離,因而,就可以從天然物質(zhì)中有選擇性地分離出用其他方法難以提取的有效成份或脫除有害成份,其萃取力和選擇性具有通過(guò)壓力、溫度、流速等較精密控制的可能,是從動(dòng)植物原料中萃取有效成分或除去有害成分的分離加工的有效手段,CO2超臨界流體萃取具有如下特點(diǎn):1)在較低的溫度和無(wú)氧環(huán)境中操作,能夠分離、精制各種熱敏物料和易氧化的物質(zhì)。2)通過(guò)溫度和壓力的控制,能完全去除萃取流體,產(chǎn)品無(wú)溶劑污染。3)由于超臨界流體的特性,能從固體或粘稠的原料中快速萃取有效成分。4)通過(guò)溶劑選擇和工況控制,被分離出的萃取物純度高、品質(zhì)好。5)溶劑通過(guò)回收可重復(fù)利用。6)能耗低。第六節(jié)超臨界萃取設(shè)備二、超臨界萃取設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.超臨界萃取設(shè)備的結(jié)構(gòu)

超臨界萃取設(shè)備主要有以下四個(gè)基本部分組成:①溶劑壓縮機(jī)或高壓泵的加壓系統(tǒng);②萃取器或壓力容器;③溫度—壓力控制系統(tǒng);④分離器與吸附器。此外,還有一些閥門(mén)、流量計(jì)、熱量回收器等輔助設(shè)備。圖5-25所示為超臨界流體萃取系統(tǒng)。第六節(jié)超臨界萃取設(shè)備二、超臨界萃取設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.超臨界萃取設(shè)備的結(jié)構(gòu)

其基本流程是:將萃取原料裝入作為萃取器的料筒,密閉,與加壓的超臨界流體(或與夾帶劑的混合物)進(jìn)入萃取器混合后,通過(guò)對(duì)溫度和壓力的工況控制,高密度的超臨界流體選擇性地萃取物料中所需分離的成分,然后使含有提取物的超臨界流體從萃取器中進(jìn)入分離器,通過(guò)調(diào)節(jié)溫度與壓力,降低流體密度,萃取物的溶解度下降,與超臨界流體在分離器中分離,超臨界流體再經(jīng)降溫和壓縮后,送回萃取器中循環(huán)使用。對(duì)于原料為固體的萃取過(guò)程,按照溶劑和溶質(zhì)分離方法的不同,可分為:壓力變化法、溫度變化法和吸附法三種。壓力變化法是通過(guò)恒溫減壓,降低溶劑密度進(jìn)行分離;溫度變化法是通過(guò)恒壓升降溫(一般是升溫)操作分離溶質(zhì);而吸附法則是在分離器內(nèi)裝填能吸附萃取物的吸附劑。針對(duì)被萃取物料固相或液相的特性,超臨界流體萃取的過(guò)程有所不同。相對(duì)于固相物料的萃取,液相物料的萃取又具有如下的特點(diǎn):①固相物料的萃取是間歇性操作,而液相物料的萃取可以做到連續(xù)操作,這主要是由于液相萃取時(shí),萃取原料和產(chǎn)品均為液態(tài),不像固相物料萃取時(shí)存在固體物料加料和排渣的問(wèn)題,因而萃取過(guò)程可連續(xù)操作,一方面提高了裝置的處理量,另一方面相應(yīng)減少了過(guò)程中的能耗和氣耗,從而降低生產(chǎn)成本;②液相物料的萃取可以實(shí)現(xiàn)萃取過(guò)程中的萃取——精餾一體化,從而可以連續(xù)獲得高純度和高附加值的產(chǎn)品。液相混合物萃取分離,基本上都可以采用連續(xù)逆流式超臨界萃取裝置進(jìn)行加工,將超臨界萃取與精餾操作相結(jié)合,可有效發(fā)揮二者提取分離和提純分離的作用,提高產(chǎn)品純度,降低生產(chǎn)成本。第六節(jié)超臨界萃取設(shè)備二、超臨界萃取設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.超臨界萃取設(shè)備的結(jié)構(gòu)

目前的超臨界萃取裝置,根據(jù)其萃取釜容積可分為三類(lèi):(1)實(shí)驗(yàn)室萃取設(shè)備

萃取釜容積一般在500mL以下,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,也無(wú)CO2循環(huán)設(shè)備,但耐高壓,可達(dá)70MPa,適合實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用于研究工作。甚至有萃取器容積僅2mL左右的萃取儀,直接與分析儀器聯(lián)用,主要用于制備分析樣品的超臨界萃取器。(2)中試設(shè)備

萃取釜容積一般在1~20L,配套性好,CO2可循環(huán)使用,適合于工藝研究和小批量的樣品生產(chǎn)。第六節(jié)超臨界萃取設(shè)備二、超臨界萃取設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用1.超臨界萃取設(shè)備的結(jié)構(gòu)(3)工業(yè)化生產(chǎn)裝置

萃取釜容積在50L至數(shù)立方米之間。

在超臨界流體萃取設(shè)備中,萃取釜的快開(kāi)裝置、密封結(jié)構(gòu)和密封材料、CO2加壓裝置均是設(shè)備的關(guān)鍵。

由于超臨界CO2流體具有極強(qiáng)的滲透性和溶解能力,因此,應(yīng)用于設(shè)備上的密封材料應(yīng)考慮此特殊性,國(guó)內(nèi)的橡膠密封圈尚難以達(dá)到多次使用的要求,其性能有待進(jìn)一步的提高。

此外,超臨界流體萃取裝置是在高壓下進(jìn)行操作的,CO2的加壓裝置則是整個(gè)設(shè)備的核心部件。目前主要使用CO2壓縮機(jī)和CO2高壓泵,后者適用于各型設(shè)備,尤其是大型設(shè)備,是將CO2先液化后再進(jìn)行輸送,國(guó)內(nèi)大多采用此種方法。目前使用的CO2高壓泵主要是柱塞泵,價(jià)格較低,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,維修容易,性能穩(wěn)定,但在CO2超臨界流體萃取裝置中,要求無(wú)潤(rùn)滑油,泵頭密封材料極易磨損,造成高壓泄漏。也有使用隔膜泵加壓,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)可靠,系統(tǒng)也不受污染,但仍以進(jìn)口隔膜泵為主。第六節(jié)超臨界萃取設(shè)備二、超臨界萃取設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用2.超臨界萃取在食品工業(yè)中的應(yīng)用

由于超臨界萃取技術(shù)作為一種新型的分離技術(shù)有著其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì),因而,在食品加工領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,也是食品工業(yè)獲得高品質(zhì)的最有效的手段之一,主要被應(yīng)用于食品工業(yè)中的有效成分的提取、有害成分的脫除和食品原料的處理等方面,應(yīng)用較為成熟的技術(shù)主要有:茶葉、咖啡豆的脫咖啡因,啤酒花制造啤酒花浸膏,動(dòng)植物油的萃取分離,香料成分的萃取與分離以及動(dòng)植物及雞蛋、奶油中的脂肪酸、色素提取和去除膽固醇等。第六節(jié)超臨界萃取設(shè)備二、超臨界萃取設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用2.超臨界萃取在食品工業(yè)中的應(yīng)用(1)脫咖啡因

迄今為止,超臨界萃取最成功的工業(yè)化應(yīng)用是脫咖啡因和啤酒花萃取。CO2超臨界流體對(duì)咖啡因的選擇性高,同時(shí)還具有溶解度大等特點(diǎn)。其生產(chǎn)過(guò)程大致為:咖啡豆清洗,去除灰塵與雜質(zhì);加蒸汽和水預(yù)泡,使咖啡豆中的水分含量達(dá)到30%~50%;然后將咖啡豆裝入萃取器中,在操作溫度為70~90°C,壓力為16~20MPa,密度為0.4~0.65g/cm3的條件下進(jìn)行CO2的超臨界流體萃取。萃取結(jié)束后,帶有咖啡因的CO2被送往清洗罐,使咖啡因轉(zhuǎn)入水相,然后水相中的咖啡因用蒸餾法加以回收,CO2則循環(huán)使用,或者將帶有咖啡因的CO2送入裝有活性炭的分離器(吸附法),使咖啡因被活性炭吸附,也可將咖啡豆與活性炭一起裝入萃取器,在75°C、18MPa工藝條件下使咖啡豆中咖啡因轉(zhuǎn)移至活性炭中,用篩分分離咖啡豆和活性炭,然后水相中或活性炭中咖啡因用蒸餾法或脫附法加以回收。圖5-26所示為用超臨界CO2法從咖啡中脫出咖啡因。第六節(jié)超臨界萃取設(shè)備二