食品分離技術(shù)裝備

1、 第一節(jié) 離心分離技術(shù)裝備一、離心分離原理與應(yīng)用1 原理與應(yīng)用1） 概念 非均相系分離操作非均相系分離操作：將液固，液液，液液固相 的混合物加以分離的操作。 非均相混合物非均相混合物：具有分界面的兩相所組成。 第四章 食品分離技術(shù)裝備 分離機(jī)械：分離機(jī)械：用以分離非均相混合物的機(jī)械。 離心過濾：離心過濾：鼓內(nèi)型,有孔+濾布，顆粒截留，流體甩出。 離心沉降離心沉降：壁上無孔，分離的是懸浮液；密度大的沉降于鼓內(nèi)壁，密度小的集中中央不斷引出。 離心分離：離心分離：壁上無孔，分離的是乳濁液；兩種液體按輕重分層（重在外，輕在內(nèi)）。離心過濾原理示意圖離心沉降離心沉降 分離因數(shù)公式：重力加速度：回轉(zhuǎn)角速度轉(zhuǎn)

2、鼓半徑可達(dá)幾百到幾萬）（gRKcgRKc:2分離因數(shù)用來表示離心機(jī)分離性能，是物料所受的離心分離因數(shù)用來表示離心機(jī)分離性能，是物料所受的離心力與重力之比值，也等于離心加速力與重力之比值，也等于離心加速度度與重力加速與重力加速度度之比之比值值 2 2） 目的目的 a. 作為生產(chǎn)的主要階段：淀粉業(yè)中制淀粉， 牛奶中制奶油或脫脂奶。 b. 提高制品的純度 c. 回收有價(jià)值的物質(zhì) d. 為了安全生產(chǎn)，分離清除有害物質(zhì)。2 分類1）按分離因數(shù)大小 c.超高速離心機(jī)：Kc50000，超微 細(xì)粒的懸浮液。a.常速離心機(jī)：Kc3000,顆粒不大的懸浮液。 b.高速離心機(jī)：50000Kc3000,乳狀和細(xì)顆粒狀

3、懸浮液 2）按操作原理： 3） 按操作方式 間歇、連續(xù) 4） 按其他方式 略3000min,/4000,.,.min/15001000,.Kcrncbrna分離式介于兩者之間沉降式過濾式二、二、 螺旋分離與設(shè)備分類螺旋分離與設(shè)備分類1 分類原理與主要部件分類原理與主要部件1 1） 原理原理 轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器作同向旋轉(zhuǎn)，但轉(zhuǎn)速不同，物料進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓后在離心力的作用下形成一環(huán)狀液池，重相固體顆粒沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面成渣，被螺旋送出，澄清液則被從左方排出，完成分離。 螺旋分離設(shè)備原理圖螺旋分離設(shè)備原理圖2) 主要部件 a 轉(zhuǎn)鼓 關(guān)鍵部件之一 這些參數(shù)直接影響螺旋離心機(jī)的懸濁液生產(chǎn)能力和輸渣能力b 螺旋c 差

4、速器 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓與螺旋的相對運(yùn)動：出渣口直徑：轉(zhuǎn)鼓的溢流口直徑：轉(zhuǎn)鼓半錐角）：轉(zhuǎn)鼓長度（轉(zhuǎn)鼓的最大內(nèi)壁直徑主要尺寸：脫水區(qū)沉降區(qū)長度dDLLLD0:汽車后橋和差速器汽車后橋和差速器特點(diǎn)特點(diǎn)1 可連續(xù)操作 效果好 2 對物料的適應(yīng)性強(qiáng)5 應(yīng)用范圍廣4 分離因數(shù)高 單機(jī)生產(chǎn)能力3 封閉操作 加濕加壓下操作 7 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 6 造價(jià)高 （二）特點(diǎn)與應(yīng)用（二）特點(diǎn)與應(yīng)用應(yīng)用 a 對易分離物料的固相脫水，可以得到含液量較低的固體b 細(xì)粒級難分懸濁液的分離采用高分離 因數(shù)大長徑比的螺旋離心機(jī)來完成c 對于液液固三相混合物的分離d 對固相顆粒粒度分級三、三、 碟片分離分類與設(shè)備碟片分離分類與設(shè)備1 原理與結(jié)構(gòu)原

5、理與結(jié)構(gòu) 1）分離結(jié)構(gòu) 由于慣性離心力的作用和輕 重液間的密度差，輕液向內(nèi)向上，重液向下向外而分離。 2）結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)鼓 機(jī)殼 傳動系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 2 分類和特點(diǎn)分類和特點(diǎn) 1）人工排渣型 適用：固相含量少 固相體積濃度低于1% 粘度低于0.1um的懸濁液。 2）噴嘴排渣型 3）環(huán)閥排渣型四、離心機(jī)的造型與計(jì)算四、離心機(jī)的造型與計(jì)算1 選選 型型 應(yīng)從分離物料的性質(zhì)及分離工藝的要求，經(jīng)濟(jì)效果等方面進(jìn)行結(jié)合考慮。 如：處理乳濁液：分離機(jī) 處理懸濁液：過濾離心機(jī) 處理懸濁液且粘度較大：沉降離心機(jī)2 有關(guān)計(jì)算有關(guān)計(jì)算1）離心機(jī)作用下的沉降速度確定定限度直徑，但增加轉(zhuǎn)速有一是提高轉(zhuǎn)速，減小轉(zhuǎn)鼓要提高分離效

6、率，通常又：慣性離心力和分離因數(shù)切切1800)30(,)(.22222DngRnKcgRKcgRumgFcKcNRumFca：阻阻力力系系數(shù)數(shù)：分分散散介介質(zhì)質(zhì)密密度度：顆顆粒粒密密度度：顆顆粒粒直直徑徑的的沉沉降降速速度度懸懸浮浮液液和和乳乳濁濁液液中中顆顆粒粒即即：做做等等速速沉沉降降三三者者達(dá)達(dá)到到平平衡衡時(shí)時(shí)，顆顆粒粒當(dāng)當(dāng)阻阻力力：浮浮力力：重重力力離離心心慣慣性性力力顆顆粒粒沉沉降降方方向向上上所所受受的的來來確確定定可可以以模模仿仿重重力力沉沉降降速速度度離離心心沉沉降降速速度度的的確確定定，切切切切切切切切 sp02sp02121202p20222p1s2p2d:u) s/m(R

7、u3)(d4uFFFcFc,F,F2ud42uAFRud6FRud6RumFc.b2）生產(chǎn)能力：碟碟片片仰仰角角徑徑：碟碟片片的的最最大大、最最小小半半，分分離離機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速：碟碟片片數(shù)數(shù)）：分分離離機(jī)機(jī)效效率率（經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)公公式式： 1210122212vrr:nz7 . 05 . 0)74)(h/L(10tan)rr ()rr (zn5 . 2q第二節(jié)第二節(jié) 旋液分離技術(shù)裝備旋液分離技術(shù)裝備一、一、 分離原理與應(yīng)用分離原理與應(yīng)用（一）工作原理（一）工作原理 利用離心沉降原理從懸浮液中分離固體顆粒的設(shè)備 懸浮液切向進(jìn)入圓角，形成旋液（二）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（二）結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 直徑小而圓錐部分長 固液間的密度

8、差小 小直徑有利于增加慣性離心力 增加沉降速度 增大液流的行程 延長懸浮液在分離器內(nèi)的停留時(shí)間時(shí)間（三）應(yīng)用（三）應(yīng)用 用于懸浮液的增稠 用于分級 用于不互溶的液體的分離 氣液分離等 二、旋流分離器的性能二、旋流分離器的性能 1 操作性能操作性能 2 流量比流量比Rf供供設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)或或調(diào)調(diào)整整時(shí)時(shí)用用時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)?shù)牡谋缺戎抵禐闉榈椎琢髁髁髁髁苛颗c與溢溢流流流流量量溢溢流流管管直直徑徑底底流流直直徑徑的的比比值值與與進(jìn)進(jìn)料料流流量量旋旋液液的的底底流流流流量量afeu4eueufvvcfR,R)95. 08 . 03 . 0DD( , 11DD1Ra)Ra(Ra1RaRfD,DRqq,:R 3 分級

9、效率和分割直徑分級效率和分割直徑d50 分級效率：小于臨界直徑dc 的顆粒的部分回收率：進(jìn)料流量口的距離：溢流管下端口至底流流器內(nèi)直徑：溢流管下端口處的旋修正的部分回收率為率為設(shè)：實(shí)際測得部分回收vcvcfmcfffccfqhDqhDRmddERREEEE15.0250)(58.1exp(94.1693.0exp11,)104(43. 05 . 05 . 15050vcqDdd的指標(biāo)是判斷旋流器性能優(yōu)劣分割直徑第三節(jié)第三節(jié) 過濾分離技術(shù)裝備過濾分離技術(shù)裝備一、一、 過濾分離原理與應(yīng)用過濾分離原理與應(yīng)用（一）（一） 過濾分離的原理與過程過濾分離的原理與過程 1. 過濾分離原理 懸浮液：懸浮固體顆

10、粒的液體體系 乳濁液：含液體微粒的液體體系（有些含有少量的固體顆粒） 利用一種能將懸浮液中固體顆粒截留而液體能自由通過的多孔介質(zhì)，在一定的壓力差的推動下，達(dá)到分離固液兩相的目的 2.過濾分離的工作過程 過濾 壓力推動 固體顆粒被截留濾餅變厚過濾阻力增大 洗滌 停止過濾清洗 干燥 壓縮空氣 派出洗滌液 得到含濕量減少的濾餅 卸料 出去濾餅 清洗介質(zhì)以備重新過濾固液分離 活得純凈的固粒產(chǎn)品 得到盡可能多的濾液真空（二）應(yīng)用（二）應(yīng)用 含大量不溶性固體的懸浮液的過濾（1%-2%） 飴糖液中脫去糖渣 從液中除去少量不溶性固體的過濾 啤酒 果汁 牛奶的過濾 從大量有價(jià)值的液體中除去少量極細(xì)小的（1um）

11、質(zhì)點(diǎn)的過濾 汽水 果汁中除去少量的微生物（三）（三） 過濾介質(zhì)與助濾劑過濾介質(zhì)與助濾劑 1 過濾介質(zhì)（1）基本要求 ： 具有多孔性 濾液通過阻力小 足夠的機(jī)械強(qiáng)度 具有適當(dāng)?shù)谋砻嫣匦?易脫濾餅 無毒 耐腐蝕 不易滋生微生物 易于清洗（2）分類 粒狀介質(zhì) 如：焦炭 細(xì)沙 酸性白土 用于過濾固相含量極少的懸浮液和水的過濾。 織狀介質(zhì) （應(yīng)用最廣）如淀粉糖漿糖液過濾。 多孔固體介質(zhì) 如多孔陶瓷 用于少量微粒的懸浮液過濾，白酒糖液的過濾。陶瓷膜濾濾 布布2 助濾劑 為加快過濾速度，在過濾前預(yù)覆在濾布上或添加于濾漿中的物質(zhì)。 常用的助濾劑 硅藻土（多孔，無定形細(xì)小顆粒，惰性好且具有不可壓縮性，可構(gòu)成滲透

12、性很高的助濾劑濾餅層） 活性炭 石棉 鋸屑等（四）（四） 過濾操作中的推動力和阻力過濾操作中的推動力和阻力1 推動力 懸浮液本身的液柱壓力差，一般不超過50kPa，稱重力過濾。 在懸浮液表面加壓，一般0.5MPa，稱加壓過濾。 在過濾介質(zhì)下方抽真空，一般不超過86kPa，稱真空過濾。 利用慣性離心力，稱離心過濾。2 阻力 剛開始時(shí)，只有介質(zhì)的阻力 中間 介質(zhì)阻力加濾餅阻力（有可能成為主要阻力）（五）分類（五）分類 a 按推動力 重力過濾機(jī) 加壓過濾機(jī) 真空過濾機(jī) b 按過濾介質(zhì)性質(zhì) 粒狀介質(zhì)過濾機(jī) 濾布過濾機(jī) 多孔過濾機(jī) 半透膜過濾機(jī) c 按操作方法 間歇過濾機(jī) 連續(xù)過濾機(jī)（六）板框壓濾機(jī)的工

13、作原理（六）板框壓濾機(jī)的工作原理1結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 有許多塊濾板和濾框交替排列而成，板和框都用支耳架在一對橫架上可用壓緊裝置壓緊或拉開 框：兩側(cè)覆以濾布，空框與濾布圍成了容納濾漿與濾餅的空間 濾板：支承濾布并提供濾液流出的通道2工作原理工作原理 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，在板內(nèi)形成濾餅，濾液則穿過濾餅和濾布流向兩側(cè)的濾板，后沿濾板之間的溝槽向下流動，由下方通孔排出。 3特點(diǎn)和應(yīng)用特點(diǎn)和應(yīng)用 結(jié)構(gòu)簡單，過濾面積大，動力消耗小，過濾 推動力大（最大可達(dá)1MPa，一般為0.30.5 MPa），勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，濾餅洗滌慢。 應(yīng)用廣泛，如：飴糖，啤酒等懸濁液的過濾 硅藻土過濾機(jī)

14、：現(xiàn)代啤酒廠最廣泛應(yīng)用的板框式過濾機(jī)（七）自動板框壓濾機(jī)（七）自動板框壓濾機(jī) 采用在邊耳上開孔的板框，濾布上不開孔，因而能使用首尾封閉的整條長濾布，拉開板框時(shí)，牽引整條濾布循環(huán)行進(jìn)；同時(shí)卸除濾餅。 UF型全自動板框壓濾機(jī) 過濾循環(huán)操作 進(jìn)料過濾：用泵將懸濁液從濾板上部的加壓口壓入濾室內(nèi)，在濾室內(nèi)的兩片濾布上進(jìn)行過濾。 壓榨脫水：過濾完畢后，向橡膠壓榨隔膜內(nèi)側(cè)注入2MPa壓力的水，以使濾餅壓榨脫水。 卸出濾餅：完成后，將隔膜中的水排出，即可卸出濾餅。板框壓濾機(jī)內(nèi)液體流動路徑全自動板框壓濾機(jī)全自動板框壓濾機(jī)第五節(jié)第五節(jié) 膜分離的方法及原理膜分離的方法及原理新鮮狀態(tài)腌漬后狀態(tài)（一）反滲透（一）反滲透

15、（Reverse Osmosis，RO）的基本原理）的基本原理v1原理原理v 利用反滲透膜選擇性，即只能透過溶劑（通常是水）的特性，對溶液施加壓力以克服溶液的滲透壓，使溶劑通過反滲透膜而從容也中分離出來的過程。v 滲透：當(dāng)純水與溶液用一張能透過水的半透膜隔開，純水將自發(fā)的向溶液一側(cè)滲透。水分子的這種流動推動力，即膜兩側(cè)的化學(xué)勢的差異，這種現(xiàn)象就是滲透。v 反滲透：當(dāng)溶液側(cè)與純水側(cè)的壓差大于滲透壓時(shí)，則溶液中出現(xiàn)的水透過半透膜流向純水側(cè)的過程。反滲透原理圖反滲透原理圖2特點(diǎn)特點(diǎn) 能截留絕大部分和溶劑分子大小同一數(shù)量級的溶質(zhì)，而獲得相當(dāng)純凈的溶劑（如水）。3. 應(yīng)用應(yīng)用 海水淡化 硬水軟化 維生素

16、 抗生素 激素等的濃縮。細(xì)菌 病毒的分離 ，果汁 牛奶 咖啡等的濃縮。反滲透用于純水加工反滲透用于純水加工先進(jìn)的海水淡化設(shè)備先進(jìn)的海水淡化設(shè)備(二二) 超過濾膜的透過機(jī)理超過濾膜的透過機(jī)理（ultrafiltration,UF）1原理原理 被分離的溶液借助外界壓力作用下，以一定流速沿著具有一定孔徑的超過濾膜棉上流動，讓溶液中的無機(jī)離子、低相對分子量物質(zhì)透過膜表面，讓其它高分子，大分子物質(zhì)，如：膠體、蛋白質(zhì)以及細(xì)菌、微生物等截留下來，從而實(shí)現(xiàn)分離與濃縮的目的。2特點(diǎn)特點(diǎn) 介于反滲透和微孔過濾之間 小孔徑范圍：與反滲透膜相重疊 大孔徑范圍：與微孔過濾相重疊 孔徑：51000nm超濾示意圖超濾示意圖

17、超過濾膜設(shè)備超過濾膜設(shè)備3應(yīng)用應(yīng)用 濃縮：乳液、動物膠、全蛋食品及膠體的濃縮作業(yè)。 成分調(diào)整：牛奶、植物蛋白質(zhì)、動物血液、淀粉、酵母、蛋白質(zhì)、葡萄糖、氨基酸 澄清：果汁、葡萄糖、醋等的生產(chǎn) 污染控制：對油脂、乳劑、漂白污水、色料廢液、純化后的廢液等進(jìn)行有效的過濾，降低污染程度。（三）電滲析的原理與應(yīng)用（三）電滲析的原理與應(yīng)用1工作原理工作原理 在直流電場的作用下，溶液中的離子有選擇的透過離子交換膜所進(jìn)行的定向遷移而形成的分離過程。電滲析原理電滲析原理 遷移到陽離子交換膜-通過 陽離子 向陰極 遷移到陰離子交換膜-阻遏電場 分離 遷移到陽離子交換膜-阻遏 陰離子 向陽極 遷移到陰離子交換膜-通過

18、陽膜：凡是在膜高分子鏈上連接的是酸性活性基團(tuán)（如：-SO3H）的膜。陰膜：凡是在膜高分子鏈上連接的是堿性活性基團(tuán)（如：-N(CH3)3OH）的膜。2水處理常用的陰陽膜 R SO3 H+ R N+(CH3)2 OH- 固定基團(tuán) 解離基團(tuán) 固定基團(tuán) 解離基團(tuán) 活性基團(tuán) 活性基團(tuán) 磺酸型陽膜 季胺型陰膜 咸水淡化咸水淡化 牛奶脫鹽牛奶脫鹽 從海帶浸泡液中回收甘露醇從海帶浸泡液中回收甘露醇 氨基酸的分離與精制氨基酸的分離與精制3應(yīng)用應(yīng)用電滲析除鹽原理圖電滲析除鹽原理圖三、三、 膜分離裝置及膜組件膜分離裝置及膜組件（一）工業(yè)用膜組件（一）工業(yè)用膜組件1平板式組件 特點(diǎn)：制造組裝簡單 膜的更換、清洗、維護(hù)

19、容易 適應(yīng)性較強(qiáng) 預(yù)處理要求低2管式組件 結(jié)構(gòu) 管狀膜 支撐體結(jié)構(gòu) 分類 單管 列管 （串聯(lián)和并聯(lián)） 反滲透：中空纖維的工作多在外壁 超濾:壓力較低 內(nèi)壓、外壓都有 特點(diǎn) 流道較寬 不易堵塞 膜表面可用化學(xué)法和物理機(jī)械法清洗 膜的裝填密度低 操作費(fèi)用高 3中空纖維式組件 沒有支撐材料，靠自身的強(qiáng)度承受工作壓力 特點(diǎn)：裝填密度大 1600030000m2/m3 壓力損失大 膜面污染去除困難 只能用化學(xué)法 損壞后無法更換 分類：軸流式軸流式 料液流動的方向與中空纖維方向平行 放射流式放射流式 中空纖維的排列與軸流式一樣，但從中心向外呈放射型流動 纖維卷角式 卷式組件中空纖維過濾示意圖中空纖維過濾示

20、意圖中空纖維膜中空纖維膜（二）膜反應(yīng)器（二）膜反應(yīng)器 膜分離技術(shù)可以把酶反應(yīng)生產(chǎn)的低分子物質(zhì)同酶分離，使酶反復(fù)利用。 形式 攪拌式平板膜反應(yīng)器 管式膜反應(yīng)器 中空纖維膜反應(yīng)器 復(fù)合膜反應(yīng)器生物膜反應(yīng)器示意圖生物膜反應(yīng)器示意圖流動床生物膜反應(yīng)器流動床生物膜反應(yīng)器四膜分離工藝及應(yīng)用四膜分離工藝及應(yīng)用（一）（一）前處理工藝前處理工藝（二）（二）膜分離工藝流程膜分離工藝流程（三）（三）后處理工藝后處理工藝優(yōu)質(zhì)直飲水工藝流程圖優(yōu)質(zhì)直飲水工藝流程圖1進(jìn)料液的溫度調(diào)整 25oC左右3. 微生物的清除微生物的清除 NaClO: 15ml/L6可溶性無機(jī)物的去除可溶性無機(jī)物的去除 對膜而言，對膜而言，F(xiàn)e的允許濃度只有的允許濃度只有0.050.1mg/L.常用加入亞硫酸鈉的方法去除：常用加入亞硫酸鈉的方法去除：家亞硫酸鈉家亞硫酸鈉-去溶解氧去溶解氧-防止鐵被氧化，或先將防止鐵被氧化，或先將Fe氧化氧化-形成形成Fe(OH)3沉淀，再除去。沉淀，再除去。2. pH值值 膜：