過濾離心分離設備.課件

1、第七章 過濾、離心分離設備第1頁，共57頁。計 劃授課時間2學時單元目標與要求 掌握過濾的基本理論各幾種形式的過濾設備的結構原理及操作方法授課內容 過濾速度的強化，過濾設備，離心分離設備，膜分離設備。重點和難點 過濾速度的強化方法，板框過濾機、碟片式離心過濾機的特點、原理、結構與計算。第2頁，共57頁。一、幾個基本概念過濾介質：一種能讓液體通過，將固體粒子截留的介質。濾渣：濾漿中的固體粒子濾餅：被截留在過濾介質上的濾渣濾液：濾過的液體第3頁，共57頁。恒壓過濾：將過濾操作的推動力維持在某一不變的壓力下進行。恒速過濾：操作中以恒定的流量向過濾機供料以維持過濾速率不變。第4頁，共57頁。二、生物物

2、料過濾特點餅有高度可壓縮性，過濾困難 膠體粒子能吸水，形成不流動的液體層，過濾阻力增大。第5頁，共57頁。 三、過濾介質第6頁，共57頁。（一）過濾介質的特性 1、過濾介質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)上應用最廣的過濾介質。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) 松散粉粒過濾介質構成沙濾床的硅藻土用法：1.作為深層過濾介質過濾懸浮液。2.在撓性或剛性支持性介

3、質表面上欲先形成硅藻土薄層，以保護支持性介質的毛細孔在過濾時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化1降低濾餅比阻力A毛細孔彎曲因子, n單位面濾餅層上毛細孔數(shù), d毛細孔直徑增大毛細孔直徑d ，濾餅阻力r0下降。 采用方法： 添加電解質、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PH：蛋白質等電點，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 設備方面 用連續(xù)能除渣的設備4熱處理 熱處理能使蛋白質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 關于提高過濾壓力差P是否是強化過濾的好途徑? 第13頁，共57頁。第二節(jié) 過濾設備 設備分類： 常壓、加壓、真空等過濾設備第14頁，共57頁。1、麥汁平底篩過濾槽 結構上半部與糊化鍋相似，平底。濾液排出管過濾篩板耕槽機噴淋

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：裝于中央垂直轉軸上，有耕刀。耕槽機作用：進料時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：不用加過濾介質，運轉費用低，濾液澄清度好，但生產效率低操作過程：第17頁，共57頁。2、快速過濾槽結構 圓柱形或長方形錐底結構, 槽身下部裝有5-7層過濾管。特點 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。結構濾框：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、板框式壓濾機工作原理設備動畫3分離過濾3-4板框過濾機.swf設備動畫3分離過濾板框壓濾機.swf第22頁，共57頁。4、垂直式葉片硅藻土過濾機結構不銹鋼圓柱體外殼，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)，兩側有細密的金屬絲網(wǎng)（400-500目）或濾布，每只濾葉下有接管接于濾液總管上。設備動畫3分離過濾3-10加壓葉濾機.swf第23頁，共57頁。第24頁，共57頁。 操作過程 過濾時器蓋緊閉，從混合槽中將啤酒與硅藻土混合液泵入過濾器，以制備硅藻土預涂層。

7、混合液中的硅藻土粒子被截留在濾葉表面的細金屬絲網(wǎng)上，而啤酒進入濾框內腔進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、真空過濾機設備主體特點：將過濾、洗餅、吹干、卸餅分別在轉鼓的一周轉動中完成。連續(xù)且濾餅阻力小。為恒壓恒速過濾過程。操作過程設備改進 設備動畫3分離過濾3-11轉筒真空過濾機.swf第26頁，共57頁。改進后的RCP設備操作過程 在過濾區(qū)形成的濾餅，依次經過吸脫、洗餅、脫水、空氣反吹剝離后行進的濾布載著濾餅在通過濾餅脫離滾筒時，因方向轉折，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，重新進入過濾區(qū)

8、，特點：比GP機速度高50-100%第27頁，共57頁。第三節(jié)、離心分離設備離心分離是在液相非均勻體系中，利用離心力來達到液液分離，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。離心機是在高速旋轉的轉鼓中，藉慣性離心力的作用，過濾、澄清懸浮液，或將兩種輕重不同、互不溶解的液體分離的設備。第28頁，共57頁。一.分類按作用原理分類 過濾式:（分離機）：轉鼓壁上有孔并裝濾布（三足式） 沉降式:（澄清機）：轉鼓壁上無孔無濾布，碟片式、管式 按離心分離因素分類 常速離心機，分離因素f小于3000 中速離心機，分離因素f 3000-50000 高速離心機，分離因素f大于50000 超高速離心機

9、，分離因素f大于20萬； 第29頁，共57頁。二.離心力與轉鼓直徑和轉速的關系重量為M（kg）的物體旋轉時，當其圓周速度為 （ m/s ），旋轉半徑為R（ m ），則產生的離心力為 式中 g 重力加速度，m/s；n轉數(shù)，r/min； D旋轉直徑，m。如果以旋轉角速度（弧度/秒）表示，并取旋轉加速度 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.離心澄清機和離心分離機1.定義離心澄清機定義：藉離心沉降速度的不同將懸浮液中的液、固相分開的離心機稱作離心澄清機。離心分離機定義：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稱作離心分離機。第31頁，共57頁。三足式離心澄清機設備動畫3分離過濾三足式離心機.swf第32頁，共57頁。碟片式離心機第33頁，共57頁。1.結構 轉鼓：懸在轉鼓軸的頂端。轉鼓芯：在轉鼓內部，由50-80只形狀與尺寸相同的碟片按一定間距疊裝而成。離心澄清機的結構 第34頁，共57頁。2.原理離心分離機機的轉鼓內有數(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對稱分布的圓孔許多這樣的碟片疊置起來時，對應的圓孔就形成垂直的通道。兩種不同重度液體的混合液進入離心分離機后，通過碟片

11、上圓孔形成的垂直通道進入碟片間的隙道，并被帶著高速旋轉，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，就離開軸線向外運動，輕液的離心沉降速度小，則向軸線流動。這樣，兩種不同重度液體就在碟片間的隙道流動的過程中被分開。 第35頁，共57頁。2、工作原理：當懸浮液在動壓頭的作用下，經中心管流入高速旋轉的碟片之間的間隙時，便產生了慣性離心力，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動，而后沿碟片下表面向轉子周圍下滑，液體則沿轉子中心上升，從套管中排出，達到分離的目的。同樣對于乳濁液的分離，輕液沿中心向上流動，重液沿周圍向下流動而得到分離。 第36頁，共57頁。 機

12、型 基本型： 人工排渣 自動間歇排渣型：定期排渣 連續(xù)排渣型：連續(xù)排渣第37頁，共57頁。自動排出沉渣的離心澄清機第38頁，共57頁。分批自動排出沉渣的離心澄清機第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提取谷氨酸Na2CO3中和谷氨酸鈉味精液進料: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)酵液經過濾器過濾后，進入一級離心機分離出清液送去提

13、取谷氨酸，重液從下面排出經泵抽出送二級離心機；在二級離心機再次離心，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；從三級離心機出來的是濃的液體，清液送二級過濾機處理。過濾器一級一級三級二級第40頁，共57頁。三級流程進料: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行過濾分離的操作第42頁，共57頁。濃差極化現(xiàn)象當待分離液從膜面一側流過時，靠近膜面的液體處于層流狀態(tài)，水及小分子溶質透過膜，大分子溶質則被膜阻留。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)的擴散速度所控制，當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分子層。隨著濃差極化愈來愈嚴重，膜的濾出速度也愈來愈低 第43頁，共57頁。膜分離的特點膜分離過程不發(fā)生相變化，能耗低。膜分離過程在常溫下進行。不僅適用于有機物，無機物和病毒、細菌分離，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 按膜內平均孔徑、推動力和傳遞機制進行分類過程 孔徑 推動力 機制微濾 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-擴散氣體透過 無孔 壓力差 溶液-擴散透析 1-3nm 濃度差 篩分+擴散電滲析 相對分子質量 電位差 離子遷移 小于200 滲透蒸發(fā) 無孔 分壓差 溶液-擴散第45頁，共57頁。 按膜分離推動力的不同分類以靜壓力差為推動力的過程；以蒸氣分壓差為推動力的過程；以濃度差為推動力的過程；以電位差為推動力的過程.第46頁，共57頁。設備動畫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