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第五章第五章 食品分离机械与设备食品分离机械与设备2021/9/231 食食品品分分离离：是食品生产过程中，根据混合物组成物质的不同物物理理、化化学学等属性，如颗颗粒粒大大小小、相相、密密度度、溶溶解解性性、沸沸点点等不同，而将物质分开的一种操作过程。食品加工过程涉及的分离操作包括离心分离、压榨、过滤、提取及膜分离心分离、压榨、过滤、提取及膜分离离等。各种分离设备的分离原理分离原理不同，分离效率和机械化、自动化程度，分离效率和机械化、自动化程度有差异。第一节第一节 概述概述2021/9/232一、典型的食品分离混合物一、典型的食品分离混合物一、典型的食品分离混合物一、典型的食品分离混合物（一）根据连续相的形态分类（一）根据连续相的形态分类（一）根据连续相的形态分类（一）根据连续相的形态分类1 1、连续相为液体、连续相为液体（1 1）分散相为固体，）分散相为固体，即固-液系统悬浮液，如果汁、酵母液等；（2 2）分散相为液体，）分散相为液体，即液-液系统混合物，如全脂牛奶等乳浊液或悬浮液等。（3 3）分散相为气相，）分散相为气相，即液-气系统，泡沫液。2 2、连续相为气体，即气溶胶、连续相为气体，即气溶胶（1 1）分散相为固体，）分散相为固体，即固-气系统混合物，如烟、尘等；（2 2）分散相为液体，）分散相为液体，即液-气系统混合物，如雾等。第一节第一节 概述概述2021/9/233一、典型的食品分离混合物一、典型的食品分离混合物一、典型的食品分离混合物一、典型的食品分离混合物（二）根据相界分类（二）根据相界分类（二）根据相界分类（二）根据相界分类 混合物包括均相和非均相均相和非均相两大类。1 1、均相混合物、均相混合物 均相混合物则没有明显的界面。2 2、非均相混合物、非均相混合物 非均相混合物是由具有分界界面的两相所组成。第一节第一节 概述概述2021/9/234二、食品分离方法二、食品分离方法二、食品分离方法二、食品分离方法 非均相物系有明显的界面，采用机械方法分离。机械方法分离。均相混合物则没有明显的界面，须造成一个两相物系，且根据物系中不同组分间某种物性的差异，使其中某个组分或某些组分从一相向另一相转移而分离。常用扩散方法分离。扩散方法分离。根据物系不同，食品分离方法分为扩散式分离和机械式分离。扩散式分离和机械式分离。第一节第一节 概述概述2021/9/235二、食品分离方法二、食品分离方法二、食品分离方法二、食品分离方法1 1、机械分离、机械分离 分离非均相的混合物如过滤、沉降、离心分离等。2 2、扩散分离、扩散分离 分离均相混合物。包括平衡分离和速率分离。平衡分离和速率分离。平平衡衡分分离离如精馏、吸收、萃取、结晶、吸附等，借助分离剂使均相混合物系统变成两相系统，再利用混合物中各组分在处于相平衡的两相中的不等同分配而实现分离。速速率率分分离离如微滤、超滤、反渗透、电渗析等，在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，利用各组分扩散速率的差异实现分离。第一节第一节 概述概述2021/9/236扩散分离扩散分离 分离因子分离因子 分离原理分离原理 举例举例 蒸发、蒸馏等 挥发性挥发度 牛奶、白酒结晶 挥发性 凝固点 食盐 吸收、萃取等 溶解度选择性 油脂 沉淀 重力 重力 果汁澄清 离子交换 过滤介质吸附油脂生产 机械分离机械分离 分离因子分离因子 分离原理分离原理 举例举例 沉降 重力 密度差 水处理 离心 离心力 密度差 油精制、牛乳脱脂 旋风分离 惯性流动力 密度差 喷雾干燥 过滤 过滤介质 粒子大小 除菌、果汁澄清、颗粒分离 压榨机械力压力下液体流动油脂生产 第一节第一节 概述概述2021/9/237第二节第二节 过滤机械过滤机械一、过滤概述一、过滤概述一、过滤概述一、过滤概述1 1、概念、概念 利用多孔介质多孔介质将悬浮液中的固体微粒截留固体微粒截留而使液体自由通过液体自由通过，以使固液固液分离的操作。食品工业在生产饮料、果汁、糖浆、酒类等类产品时，常用过滤方式除去其中的固形物微粒，以提高产品的澄清度，防止制品日后随保存时间延长发生沉淀。过滤是分离悬浮液最普通、最有效的单元操作之一，也可用于气-固体系的分离。与沉降相比，过滤分离更迅速；与蒸发干燥等非机械分离相比，则能耗低得多。2021/9/238第二节第二节 过滤机械过滤机械一、过滤概述一、过滤概述一、过滤概述一、过滤概述2 2、过滤操作、过滤操作 在过滤的操作过程中，一般将被过滤处理的悬浮液称为滤浆。滤浆。滤浆中被截留下来的固体微粒称为滤渣滤渣，而积聚在过滤介质上的滤渣层则被称为滤饼。滤饼。透过滤饼和过滤介质的液体称为滤滤液液。2021/9/239第二节第二节 过滤机械过滤机械一、过滤概述一、过滤概述一、过滤概述一、过滤概述3 3、过滤分离过程、过滤分离过程 一般包括过滤、洗涤、干燥、卸料过滤、洗涤、干燥、卸料四个阶段。过滤：悬浮液在推动力作用下，克服过滤介质的阻力进行固-液分离；固体颗粒被截留，逐渐形成滤饼，且不断增厚，因此过滤阻力也随之不断增加，致使过滤速度逐渐降低。当过滤速度降低到一定程度后，必须转入下道工序。洗涤：停止过滤后，滤饼的毛细孔中包含有许多滤液，必须用清水或其他液体洗涤，以得到纯净的固粒产品或得到尽量多的滤液。干燥：用压缩空气排挤或真空抽吸把滤饼毛细管中存留的洗涤液排走，得到含湿量较低的滤饼。卸料：把滤饼从过滤介质上卸下，并将过滤介质洗净，以备重新进行过滤。2021/9/2310第二节第二节 过滤机械过滤机械一、过滤概述一、过滤概述一、过滤概述一、过滤概述4 4、过滤介质、过滤介质 用于促使滤饼的形成，并为滤饼的支撑物。（1）过滤介质的基本要求 具有多孔性多孔性，滤液通过时阻力小，孔道大小应该能截留悬浮粒子孔道大小应该能截留悬浮粒子；具有足够的机械强度；具有适当的表面特性，能加快卸除滤饼速度；具有无毒、耐腐蚀和不易滋生微生物、易于清洗消毒等特点。（2 2）常用过滤介质 粒状介质：焦炭、石砾、细砂、木炭、碎石等。常用于过滤固相含量极少的悬浮液，如水的过滤和糖的脱色等。2021/9/2311第二节第二节 过滤机械过滤机械一、过滤概述一、过滤概述一、过滤概述一、过滤概述4 4、过滤介质、过滤介质 滤布介质：包括耐腐蚀的不锈钢丝、铜丝或镍丝等金属滤布，也可用棉、毛、麻等天然纤维或人造纤维或合成材料的非金属滤布。常用于淀粉糖浆、酱油、糖液的过滤，是食品工业中用得最广的过滤介质。多孔固体介质（一般能够再生）：包括多孔陶瓷、多孔塑料、多孔玻璃等，做成板状或管状，耐腐蚀性好、孔隙小、强度高。常用于过滤含有少量微粒的悬浮液，例如白酒、糖液。半透膜：是一种只给某种分子或离子扩散进出的薄膜，对不同粒子的通过具有选择性，如细胞膜、膀胱膜、羊皮纸以及高分子材料半透膜等。反渗透制备纯净水。2021/9/2312第二节第二节 过滤机械过滤机械一、过滤概述一、过滤概述一、过滤概述一、过滤概述5 5、过滤推动力和阻力、过滤推动力和阻力 （1）推动力 指滤饼和过滤介质组成的过滤层两侧的压力差p，常以作用在悬浮液上的压力表示。来源于重力重力（悬浮液本身的液柱压力，一般不超过50kPa）；加压加压（在悬浮液表面加压，一般可达0.5MPa）；真空真空（在过滤介质下方抽真空，通常不超过86kPa真空度）；离心力离心力（利用惯性离心作用）。（2）阻力 过滤开始：过滤介质的阻力；过程中：过滤介质的阻力+滤饼的阻力。2021/9/2313第二节第二节 过滤机械过滤机械一、过滤概述一、过滤概述一、过滤概述一、过滤概述6 6、过滤机分类、过滤机分类 （1）按过滤推动力分 重力（常压）过滤机；加压过滤机；真空过滤机；（2）按过滤介质性质分 粒状介质过滤机；滤布介质过滤机；多孔陶瓷介质过滤机；透膜介质过滤机。（3）按操作方法分 间歇式过滤机-四个操作工序在不同时间内的同一部位上依次进行，结构简单，但生产能力较低、劳动强度较大；连续式过滤机-四个操作工序在同一时间内的不同部位上进行，生产能力较高、劳动强度较小，但结构复杂。2021/9/2314第二节第二节 过滤机械过滤机械二、板框过滤机二、板框过滤机二、板框过滤机二、板框过滤机 应用最广泛的一种间歇式过滤机。由滤板（带凹凸纹路）和滤框交替排列于机架来支撑过滤介质（滤布），滤浆在加压推动力下进入板框，穿过滤布形成滤液，留下成为滤饼。2021/9/2315第二节第二节 过滤机械过滤机械二、板框过滤机二、板框过滤机二、板框过滤机二、板框过滤机1 1、滤板和滤框、滤板和滤框 包括过滤板、过滤框和洗涤板。滤板上凹凸纹路提供滤液流出通道，滤框支撑滤布。1.料液通道；料液通道；2.滤液出口；滤液出口；3.滤液或洗液出口；滤液或洗液出口；4.洗液通道洗液通道2021/9/2316一点：过滤板；二点：过滤框；三点：洗涤板一点：过滤板；二点：过滤框；三点：洗涤板 板板框框的的组合合方方式式服服从从1 12 23 32 21 12 23 3之之规律律，形形成成供供滤液液、洗洗涤水水或或滤浆流流动的通道。的通道。滤浆从从板板框框角角上上的的小小孔孔进入入板板框框内内空空间，滤液液穿穿过滤布布，进入入滤（洗洗涤）板板上上，滤饼则留留在在框框内内。板板上上有有沟沟槽槽，滤液液沿沿沟沟槽槽流流到到左左下下角角，从从供供滤液液排排出出的的小小孔中排出。孔中排出。2021/9/2317第二节第二节 过滤机械过滤机械二、板框过滤机二、板框过滤机二、板框过滤机二、板框过滤机2 2、工作原理、工作原理 分为过滤过滤和洗涤洗涤两个流程。（1）过滤 滤浆由滤框上方通孔进入滤框空间，固体颗粒被滤布截留，在框内形成滤饼，滤液则穿过滤饼和滤布而流向两侧的滤板，然后沿滤板的沟槽向下流动，经滤板下方的旋塞排出。2021/9/2318第二节第二节 过滤机械过滤机械二、板框过滤机二、板框过滤机二、板框过滤机二、板框过滤机2 2、工作原理、工作原理 待框内充满滤饼，即停止过滤，进行洗涤。（2）洗涤 先关闭洗涤板下方的旋塞，洗液从洗板左上角的通道（位于框内）进入，依次穿过滤布、滤饼、滤布，到达非洗涤板，从其下角的旋塞排出。2021/9/2319第二节第二节 过滤机械过滤机械二、板框过滤机二、板框过滤机二、板框过滤机二、板框过滤机3 3、板框尺寸及设备特点、板框尺寸及设备特点 压滤机的板框尺寸范围为100mm100 mm-1550 mm1800 mm,滤框的厚度为30mm-200mm，操作压力范围在0.1MPa-1MPa之间，通常采用0.7MPa。压滤机的过滤速率和滤饼的湿含量，由物料的性质、滤框的有效厚度和操作压力所决定。设备特点：过滤面积大、占地小、构造简单、制造方便、过滤推动力大、对物料适应性好，但装拆劳动强度大、间歇操作、滤布消耗量大。2021/9/2320第二节第二节 过滤机械过滤机械三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机 一种连续操作过滤机设备。1 1、结构、结构 主体是一转动水平圆筒，表面有一层金属网，网上覆盖滤布，筒的下部浸入滤浆中。圆筒沿径向分隔成若干扇形格，每格都有单独的孔道通至分配头上。2021/9/2321第二节第二节 过滤机械过滤机械三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机 （1）转鼓 转鼓是可转动的水平圆筒水平圆筒,直径0.3-4.5 m，长3-6m。圆筒外表面由多孔板或特殊的排水构件组成，上面覆滤布覆滤布。圆筒内部被分隔成若干个扇形格室，扇形格室，每个格室有吸管与空心轴内的孔道相通，而空心轴内的孔道则沿轴向通往位于轴端并随轴旋转的转动盘上。2021/9/2322第二节第二节 过滤机械过滤机械三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机 （2）分配头 转动盘与固定盘紧密配合，构成一个特殊的旋转阀，称为分配头。固定盘分成若干个弧形空隙，分别与减压管、洗液贮槽及压缩空气管路相通。转动盘转动盘 固定盘固定盘2021/9/23232021/9/2324第二节第二节 过滤机械过滤机械三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机2 2、工作原理、工作原理 圆筒转动时，凭借分配头的作用使这些孔道依次分别与真空管及压缩空气管相通，因此回转一周每个扇格表面可顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸饼等工作。2021/9/23252021/9/2326第二节第二节 过滤机械过滤机械三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机3 3、工作过程、工作过程 过滤 当转动盘上的某几个小孔与固定盘上的凹槽2相对时，这几个小孔对应的连通管及相应的转筒表面与滤液真空管相连，滤液便可经连通管和转动盘上的小孔被吸入真空系统；同时滤饼沉积于滤布的外表面上。吸干 扇形格刚离开液面，滤液被真空抽吸。洗涤 转动盘转到与凹槽3相对时，转筒上方喷洒的洗水洗涤，洗液被真空抽吸。2021/9/2327第二节第二节 过滤机械过滤机械三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机 洗后吸干 洗涤液真空吸干。吹松卸料 当这些小孔凹槽4相对时，这几个小孔对应的连通管及相应的转筒表面与压缩空气吹气相连，压缩空气经连通管从内向外吹向滤饼。随着转筒的转动，这些小孔对应表面上的滤饼又与刮刀相遇，被刮下。滤布再生 压缩空气吹走残留的滤饼。每当小孔与固定盘两凹槽之间的空白位置（与外界不相通的部分）相遇时，则转筒表面与之相对应的段停止工作，以便从一个操作区转向另一操作区，不致使两区相互串通。2021/9/23282021/9/2329第二节第二节 过滤机械过滤机械三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机三、真空转鼓过滤机4 4、设备特点、设备特点 优点：机械化程度高；滤布损耗小；操作自动，对处理量大而容易过滤的料浆特别适宜。缺点：用真空吸液，过滤推动力不大，悬浮液中温度不能高；设备加工制造复杂；真空度受到热液体或挥发性液体的蒸气压的限制；转筒体积庞大而过滤面积相形之下嫌小。2021/9/2330第三节第三节 压榨设备压榨设备一、压榨原理一、压榨原理一、压榨原理一、压榨原理1 1、定义、定义 是通过机械压缩力将液相从液固两相混合物中分离出来的一种单元操作。在压榨过程中，将物料置于两个表面（平面、圆柱面或螺旋面）之间，使物料占用空间缩小的工作面相对运动，对物料施加压力使液体释出，释出的液体再通过物料内部空隙流向自由表面。压榨的目的与过滤相同，都是为了将固液相混合物分离。但压榨分离用于不易用泵输送的物料或滤饼中液体需去除得更彻底、甚至机械脱水干燥（较热处理法更经济），过滤分离用于固液混合物流动性好、易于泵送的混合物。压榨用于从可可豆、花生、棕榈仁、大豆、菜子等种子或果仁中榨取油脂，甘蔗中榨取糖汁，苹果和柑橘等榨取果汁。2021/9/2331第三节第三节 压榨设备压榨设备一、压榨原理一、压榨原理一、压榨原理一、压榨原理 2 2、压榨设备分类、压榨设备分类 压榨过程包括加料、压榨、卸渣等工序。按操作方式分为间歇式和连续式压榨机。（1）间歇式压榨机 加料、卸料等均是间歇进行的，主要为液压压榨机，有箱式、板式、缸式、筐式和笼式等。具有结构简单、安装费用低、操作压力易控制、能满足压榨过程中压力由小到大逐渐增加的工艺要求等优点，适用于小规模生产或传统产品的生产过程。（2）连续式压榨机 连续完成加料、压榨、卸渣工序，主要有螺旋式、辊式和带式，连 续压榨机可适用于不同生产规模的需要。2021/9/2332第三节第三节 压榨设备压榨设备二、液压压榨机二、液压压榨机二、液压压榨机二、液压压榨机 液压压榨机是通过液压移动使物料空间缩小，物料受压均匀、汁液易于流出、装卸料操作方便。1 1、板式压榨机、板式压榨机 四根直立钢柱做成坚固的压榨支架，上有顶板、下有底板，中间夹有10-16块压榨板。当液压活塞加压向上移动时压榨板间的物料受到压缩，压榨初期的压力较低，通常仅约几个兆帕。当被榨取物料的体积逐渐缩小时，压力增加很快，可达到初期压力的5-10倍。压榨后的残渣形成了组织紧密而又坚实的榨饼。压榨板可以改为压榨箱、压榨框、压榨笼以及压榨缸或压榨杯等。2021/9/2333第三节第三节 压榨设备压榨设备二、液压压榨机二、液压压榨机二、液压压榨机二、液压压榨机 2 2、布赫（、布赫（bucherbucher）压榨机）压榨机 又称卧篮式压榨机，最初是瑞士布赫公司用来生产苹果汁的专用设备。最大加工能力8-10t/h苹果原料，出汁率82-84%，设备功率24.7kW，活塞行程1480mm。目前，布赫榨汁机已发展成为可适合多品种果蔬榨汁的通用型筐式榨汁机，可用于仁果类(苹果、梨)、核果类(樱桃、桃杏李)、浆果类(葡萄、草莓)、某些热带水果(菠萝、芒果)和蔬菜类(胡萝卜、芹菜、白菜)的榨汁。2021/9/2334第三节第三节 压榨设备压榨设备二、液压压榨机二、液压压榨机二、液压压榨机二、液压压榨机 2 2、布赫（、布赫（bucherbucher）压榨机）压榨机 （1）结构 关键部件是多达220根的尼龙滤绳组合体尼龙滤绳组合体。滤绳由强度很高且柔性很强的多股尼龙线复捻而成，沿其长度方向有许多贯通的沟槽，其表面缠有滤网。还包括：动静压盘、导柱、压榨筒、移动油缸等。2021/9/2335第三节第三节 压榨设备压榨设备二、液压压榨机二、液压压榨机二、液压压榨机二、液压压榨机 2 2、布赫（、布赫（bucherbucher）压榨机）压榨机 （2）工作过程（1）装 料（2）压 挤（3）复 位 松 渣（4）排 渣2021/9/2336第三节第三节 压榨设备压榨设备二、液压压榨机二、液压压榨机二、液压压榨机二、液压压榨机 2 2、布赫（、布赫（bucherbucher）压榨机）压榨机 （2）工作原理 挤压时汁液经滤绳过滤后进入绳体沟槽，沿绳索流至贮汁槽，然后挤压面复位，绳索重新逐渐伸直。由于绳索的运动使浆渣松动，破碎，然后再次挤压。如此周期动作，直到按预定程序结束榨汁过程。榨汁结束后，压榨室外筒与挤压面同时移动，使浆渣松动并将其排出。2021/9/2337第三节第三节 压榨设备压榨设备二、液压压榨机二、液压压榨机二、液压压榨机二、液压压榨机 2 2、布赫（、布赫（bucherbucher）压榨机）压榨机 （3）工作过程 装料：通过一次性或多次性装料可以优化装料过程；压榨：可根据原料情况调整压榨的各种参数；二次压榨：在压榨后的果渣中加水，进行浸提后再次压榨，用以提高出汁率；排渣：通过选择一次性或多次性排渣程序可以提高整体榨汁能力；清洗：在经过多次榨汁循环后可采用就地清洗(CIP)方式对榨汁机清洗，以保持系统卫生，避免微生物的污染。2021/9/2338第三节第三节 压榨设备压榨设备三、螺旋压榨机三、螺旋压榨机三、螺旋压榨机三、螺旋压榨机 螺旋压榨机是使用比较广泛的一种连续式压榨机，用于榨油、水果榨汁及鱼肉磨碎物的压榨脱水上。1 1、结构、结构 主要由压榨螺杆、圆筒筛、离合器、压力调整机构、传动装置、汁液收集斗和机架组成。2021/9/2339第三节第三节 压榨设备压榨设备三、螺旋压榨机三、螺旋压榨机三、螺旋压榨机三、螺旋压榨机 （1）圆筒筛 一般由不锈钢板钻孔后卷成，为了便于清洗及维修，通常做成上、下两半，用螺钉连接安装在机壳上。圆筛孔径一般为0.30.8mm，开孔率既要考虑榨汁的要求，又要考虑筛体强度。螺杆挤压产生的压力可达1.2MPa以上，筛筒的强度应能承受这个压力。2021/9/2340第三节第三节 压榨设备压榨设备三、螺旋压榨机三、螺旋压榨机三、螺旋压榨机三、螺旋压榨机 （1）圆筒筛 一般由不锈钢板钻孔后卷成，为了便于清洗及维修，通常做成上、下两半，用螺钉连接安装在机壳上。圆筛孔径一般为0.30.8mm，开孔率既要考虑榨汁的要求，又要考虑筛体强度。螺杆挤压产生的压力可达1.2MPa以上，筛筒的强度应能承受这个压力。2021/9/2341第三节第三节 压榨设备压榨设备三、螺旋压榨机三、螺旋压榨机三、螺旋压榨机三、螺旋压榨机 （2）压榨螺杆 由两端的轴承支承在机架上，通过传动系统在圆筒筛内作旋转运动。为了使物料受到压榨，螺杆的结构在长度方向(从进料口向出料口方向)随着螺杆内径增大而螺距减小螺距减小，使得螺旋槽容积逐渐缩小。螺距小则物料受到的轴向分力增加，径向分力减小，有利于物料的推进。螺旋槽缩小程度用压缩比压缩比来表示。压缩比是指进料端第一个螺旋槽的容积与最后一个螺旋槽容积之比。如国产GT6GS螺旋连续榨汁机的压缩比为1：20。2021/9/2342第三节第三节 压榨设备压榨设备三、螺旋压榨机三、螺旋压榨机三、螺旋压榨机三、螺旋压榨机2 2、工作原理、工作原理 工作时，物料由料斗进入螺杆，在螺杆的挤压（压力达1.2MPa）下榨出汁液，汁液自圆筒筛的筛孔中流入收集器，而渣则通过螺杆锥形部分与筛筒之间形成的环状空隙排出。环状空隙的大小可以通过调整装置调节。间隙大，则出汁率低；间隙小，则出汁率高，但汁液变浊。2021/9/2343第三节第三节 压榨设备压榨设备三、螺旋压榨机三、螺旋压榨机三、螺旋压榨机三、螺旋压榨机3 3、特点、特点 优点：螺旋压榨机具有结构简单、外形小、榨汁效率高、操作方便等。缺点：榨出的汁液含果肉较多，要求汁液澄清度较高时不宜选用。2021/9/2344第四节第四节 离心机械离心机械一、离心分离机械应用一、离心分离机械应用一、离心分离机械应用一、离心分离机械应用 离心分离机械用于不同状态分散体系分离，如原料乳净化、奶油分离、淀粉脱水、食用油净化、豆制品浆渣分离、葡萄糖脱水等操作。离心分离机械种类较多，分别适用不同物料体系和满足不同分离需要。2021/9/2345第四节第四节 离心机械离心机械二、离心分离机械原理二、离心分离机械原理二、离心分离机械原理二、离心分离机械原理 离心分离设备是利用分离筒的高速旋转，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。重力沉降和离心分离都是利用物料的比重差来实现分离的，但分离力不同，前者是重力，后者是离力。重力沉降重力沉降离心分离离心分离2021/9/2346第四节第四节 离心机械离心机械二、离心分离机械原理二、离心分离机械原理二、离心分离机械原理二、离心分离机械原理 分离因数是用来表示离心机分离性能的主要指标，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。增大转鼓半径、回转角速度，有利于提高分离因数，尤其是增大转速，但从设备强度因素方面考虑，两者的增加都有限度。离心机转速高，分离因数可高达3000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。2021/9/2347第四节第四节 离心机械离心机械三、离心分离机应用与分类三、离心分离机应用与分类三、离心分离机应用与分类三、离心分离机应用与分类1 1、应用、应用 离心分离机械用于不同状态分散体系分离，如原料乳净化、奶油分离、淀粉脱水、食用油净化、豆制品浆渣分离、葡萄糖脱水等操作。离心分离机械种类较多，分别适用不同物料体系和满足不同分离需要。2 2、分类、分类 （1）按分离因素分类2021/9/2348第四节第四节 离心机械离心机械三、离心分离机应用与分类三、离心分离机应用与分类三、离心分离机应用与分类三、离心分离机应用与分类2 2、分类、分类 （2）按分离原理分类 过滤式-是鼓壁上有孔，借离心力实现过滤分离的离心机。这类离心机分离因数不大，转速一般在10001500r/min。沉降式-转鼓壁不开孔、借离心力实现沉降分离的离心机。分离式-鼓壁亦无开孔，但其转速很大，一般在4000r/min以上，分离因数在3000以上。2021/9/23492021/9/2350第四节第四节 离心机械离心机械三、离心分离机应用与分类三、离心分离机应用与分类三、离心分离机应用与分类三、离心分离机应用与分类2 2、分类、分类 （3）按操作方式分类 间歇式-转鼓对所承载的被分离而截留的物料有一定质量限度的离心机。在卸料时，必须停车或减速，然后采用人工或机械方法卸出物料，如三足式。可根据需要延长或缩短过滤时间，满足物料终湿度的要求，主要用于固-液悬浮混合液的分离。连续式-操作在连续化状态下进行的离心机，其物料的输入和不同相物质的分离与输出均为连续完成。如螺旋卸料沉降式离心机、活塞推料离心机和奶油分离机等。可用于固液悬浮液和液液乳浊液的分离。2021/9/2351第四节第四节 离心机械离心机械四、卧式螺旋离心机四、卧式螺旋离心机四、卧式螺旋离心机四、卧式螺旋离心机 1、基本结构 由三个部分组成 转筒部分、螺旋推料器、驱动装置。是连续卸料离心机。2、工作原理 圆锥转鼓和螺旋推料器以同方向差速转动，悬浮液由进料管输入螺旋推料器内腔，并通过内腔喷铺在转鼓内衬筛板上，在离心力作用下，悬浮液的液相通过筛孔和转鼓孔后收集在机壳内排除。滤饼在筛网滞留，在差速器的作用下，滤饼逐渐移动直至推出转鼓。2021/9/2352第四节第四节 离心机械离心机械五、三足式离心机五、三足式离心机五、三足式离心机五、三足式离心机人工卸料三足离心机人工卸料三足离心机1-出液管；出液管；2-支柱；支柱；3-底盘；底盘；4-轴承座；轴承座；5-摆杆；摆杆；6-弹簧；弹簧；7-转鼓；转鼓；8-外壳；外壳；9-主轴；主轴；10-轴承；轴承；11-压紧螺栓；压紧螺栓；12-三角带；三角带；13-电机；电机；14-离心离合器；离心离合器；15-机座机座2021/9/2353第四节第四节 离心机械离心机械五、三足式离心机五、三足式离心机五、三足式离心机五、三足式离心机 1 1、结构、结构 由转鼓、机壳、支柱、制动器、电动机组成，是间歇操作的转鼓式离心机中最简单的一种。转鼓又称滤筐，直立，开口向上，从底部被带动，转鼓和机壳上端向内收敛。由不锈钢制成的鼓壁上开有呈正方形（或其它形式）排列的滤孔。由于该设备的外壳、转鼓和传动装置都悬在三个支柱上，所以称作三足式离心机。2021/9/2354第四节第四节 离心机械离心机械五、三足式离心机五、三足式离心机五、三足式离心机五、三足式离心机2 2、工作原理、工作原理 三足式离心机是一种过滤式离心机，鼓壁上开孔，覆以滤布，将待处理浆料注入其中随鼓壁一同旋转，液体受离心力后穿过滤布及壁上的小孔排出，而直径大于滤布孔隙的固体颗粒则被截留在滤布上形成滤层。3 3、特点、特点 优点：对物料的适应性强，能按需要随时调整过滤、洗涤的操作条件，可进行充分的洗涤并得到较干的滤渣，固体颗粒几乎不受损坏，且运转平稳、结构简单造价低廉。缺点：间歇操作，辅助作业时间较长，生产能力低，劳动强度大。2021/9/2355第四节第四节 离心机械离心机械六、碟式离心分离机六、碟式离心分离机六、碟式离心分离机六、碟式离心分离机 密闭鼓内叠加一定间隙的锥形碟片，在高速旋转过程中对物料进行分离的设备。离心机高速旋转形成一个强大的离心力。1 1、固液分离、固液分离 料液在强大的离心力场的作用下，由于物料的密度差的存在，重组分受到了较大的离心力沿着锥形碟片下表面滑移出沉降区，进入混流过渡区并汇聚喷嘴排出机外；而轻组分因受到的离心力较小，汇聚向心泵室后排出机外，完成整个过程。2021/9/2356第四节第四节 离心机械离心机械六、碟式离心分离机六、碟式离心分离机六、碟式离心分离机六、碟式离心分离机2 2、液液固分离、液液固分离 碟片上有孔（轻重液界面）。碟片间的重液向外周流动，轻液向中心流动。产生两股方向相反的流动，轻液沿下碟片的外表面向着转轴方向流动，重液沿上碟片的内表面向周边方向流动。在中心套管附近，轻液在分离碟片下的间隙穿出，而后沿中心套管与分离碟片之间所形成的通道中流出。在碟片间流动的重液被抛向鼓壁，而后向上升起并进入分离碟片与锥形盖之间的空隙而排出，固相从排渣口排出。2021/9/2357第五节第五节 膜分离设备膜分离设备膜分离是利用天然或人工合成的高分子半透膜为分离介质，以膜两侧压力差或电位差为动力，使流体中的某些分子或离子透过半透膜或被半透膜截留下来，以获得或去除流体中某些成分的分离单元操作。膜分离通常在常温下进行，因此特别适用于热敏性物料的分离。膜分离技术的核心是膜，膜的选择性是分离的关键。膜分离技术所包含的方法有多种，较常使用的有：（1）超滤（ultrafiltration），简称UF法；（2）反渗透（reverse-osmosis），简称RO法；（3）电渗析（electrodialysis），简称ED法；（4）微孔过滤（microfiltration），简称MF法。2021/9/2358第五节第五节 膜分离设备膜分离设备一、膜分离设备的推动力和应用一、膜分离设备的推动力和应用一、膜分离设备的推动力和应用一、膜分离设备的推动力和应用1 1、膜分离的推动力、膜分离的推动力 反渗透和超滤是以压力差、电渗析以电力为推动力的膜分离。反渗透就是在压力存在下使水不断通过膜上的毛细孔渗出，溶质则被膜截留。2021/9/2359第五节第五节 膜分离设备膜分离设备一、膜分离设备的推动力和应用一、膜分离设备的推动力和应用一、膜分离设备的推动力和应用一、膜分离设备的推动力和应用1 1、膜分离的推动力、膜分离的推动力膜过程膜过程推动力推动力传质机理传质机理透过物及其透过物及其尺寸尺寸截留物截留物膜类型膜类型电渗析电渗析电位差电位差离子选择性离子选择性透过透过溶解性无机溶解性无机物物非电解质非电解质大分子大分子离子交离子交换膜换膜反渗透反渗透压力差压力差2-2-10MPa10MPa溶剂的扩散溶剂的扩散 水或溶剂水或溶剂溶质、盐、溶质、盐、SSSS非对称非对称膜膜超过滤超过滤压力差压力差0.1-0.1-10.MPa10.MPa筛滤及表面筛滤及表面作用作用水、盐及低水、盐及低分子有机物分子有机物胶体大分胶体大分子、不容子、不容有机物有机物非对称非对称膜膜渗析渗析浓度差浓度差溶质的扩散溶质的扩散低分子物质、低分子物质、离子离子溶剂溶剂非对称非对称膜膜2021/9/2360第五节第五节 膜分离设备膜分离设备一、膜分离设备的推动力和应用一、膜分离设备的推动力和应用一、膜分离设备的推动力和应用一、膜分离设备的推动力和应用2 2、膜分离的应用、膜分离的应用 膜分离技术已经被广泛地应用于海水、苦咸水淡化，超纯水制备，食品废水处理以及食品工业中的牛奶、乳清蛋白、茶叶的浓缩和其他食品的精制、提纯与浓缩。2021/9/2361第五节第五节 膜分离设备膜分离设备二、膜分离设备的原理二、膜分离设备的原理二、膜分离设备的原理二、膜分离设备的原理1、毛细管流动模型 溶质的脱出主要靠流过微孔结构的过滤或筛滤作用，半透膜阻止了大分子的通过，流动过程为毛细管的层流流动。2、溶解扩散模型 扩散物质的分子先溶解于膜的结构材料中，而后再经载体的扩散而传递。2021/9/2362第五节第五节 膜分离设备膜分离设备三、膜组件结构三、膜组件结构三、膜组件结构三、膜组件结构1 1、平板膜、平板膜 由于隔板存在，使原液流通截面积较大，使用时不易堵塞，因而对原液预处理要求较低，压力损失小，原液流速高、且湍流流动（隔板的波纹状结构）。平板膜分离装置结构原理图平板膜分离装置结构原理图隔板隔板膜膜支撑板支撑板2021/9/2363第五节第五节 膜分离设备膜分离设备三、膜组件结构三、膜组件结构三、膜组件结构三、膜组件结构2 2、管式膜、管式膜 把膜和支撑体均制成管状。优点：流动状态好，流速易控制，可防止或减小浓差极化，安装、拆卸方便，不易堵塞。缺点：单位体积内有效莫面积较少，管口密封困难。管式膜结构管式膜结构2021/9/2364第五节第五节 膜分离设备膜分离设备三、膜组件结构三、膜组件结构三、膜组件结构三、膜组件结构3 3、卷式膜、卷式膜 把膜和支撑体均制成管状。优点：流动状态好，流速易控制，可防止或减小浓差极化，安装、拆卸方便，不易堵塞。缺点：单位体积内有效莫面积较少，管口密封困难。卷式膜结构卷式膜结构2021/9/2365第五节第五节 膜分离设备膜分离设备三、膜组件结构三、膜组件结构三、膜组件结构三、膜组件结构 4 4、中空纤维膜、中空纤维膜 把膜和支撑体均制成管状。优点：流动状态好，流速易控制，可防止或减小浓差极化，安装、拆卸方便，不易堵塞。缺点：单位体积内有效莫面积较少，管口密封困难。中空纤维膜结构中空纤维膜结构2021/9/2366第五节第五节 膜分离设备膜分离设备四、四、四、四、电渗析（electrodialysis，简称ED）1 1、电渗析的基本原理电渗析的基本原理电渗析的基本原理电渗析的基本原理 电渗析是在直流电场直流电场的作用下，以电位差电位差为推动力，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透选择透过性过性(即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过），即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过），而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯的一种膜过程。+阳极阳极阴极阴极Cl-Na阳膜阳极室阳极室Cl-Cl-Cl-NaNaCl-NaNaCl-Cl-NaNa浓缩室淡化室淡化室浓缩室阴极室阴极室阴膜阳膜阴膜2021/9/23672 2 2 2、离子交换膜、离子交换膜、离子交换膜、离子交换膜u离离子子交交换换膜膜具具有有与与离离子子交交换换树树脂脂相相同同的的组组成成，含含有有活活性性基基团团和和能能使使离离子子透透过过的的细细孔孔。常用的离子交换膜按其选择透过性可分为阳膜、阴膜、复合膜等数种。常用的离子交换膜按其选择透过性可分为阳膜、阴膜、复合膜等数种。u阳阳膜膜(cation(cation exchange exchange membrane)membrane)含含有有阳阳离离子子交交换换基基团团，在在水水中中交交换换基基团团发发生生离离解解，使膜上带有负电，能排斥水中的阴离子，吸引水中的阳离子并使其通过。使膜上带有负电，能排斥水中的阴离子，吸引水中的阳离子并使其通过。u阴阴膜膜(anion(anion exchange exchange membrane)membrane)含含有有阴阴离离子子交交换换基基团团，在在水水中中离离解解出出阴阴离离子子，使使膜膜上上带正电，吸引阴离子并使其通过。带正电，吸引阴离子并使其通过。u复合膜复合膜由一面阳膜和一面阴膜其间夹一层极薄的网布做成，具有方向性的电阻。复合膜复合膜由一面阳膜和一面阴膜其间夹一层极薄的网布做成，具有方向性的电阻。u当当阳阳膜膜面面朝朝向向阴阴极极，阴阴膜膜面面朝朝向向阳阳极极时时，正正、负负离离子子都都不不能能透透过过膜膜，显显示示出出很很高高的的电电阻。当膜的朝向与上述相反时，膜电阻降低，膜两侧相应的离子进入膜中。阻。当膜的朝向与上述相反时，膜电阻降低，膜两侧相应的离子进入膜中。第五节第五节 膜分离设备膜分离设备2021/9/2368 离子交换膜是一种由高分子材料制成的具有离子交换基团的薄膜，其所以具有选择透过性主要是由于膜上孔隙和膜上离子基团的作用。膜上孔隙的作用是，在膜的高分子键之间有一足够大的孔隙，以容纳离子的进出和通过。是离子通过膜的大门和通道。膜上离子基团的作用是，在膜的高分子链上，连接着一些可以发生解离作用的活性基团。在水溶液中，膜上的活性基因会发生解离作用，解离所产生的离子(或称反离子）进入溶液。于是，在膜上就留下了带有一定电荷的固定基团。存在于膜微孔中的带一定电荷的固定基团，好比在一条狭长的通道中设立的一个个关卡或“警卫”，以鉴别和选择通过的离子。v 离子交换膜为什么具有选择透过性呢？离子交换膜为什么具有选择透过性呢？离子交换膜为什么具有选择透过性呢？离子交换膜为什么具有选择透过性呢？注意：离子交换膜的作用并不是起离子交换的作用，而是起注意：离子交换膜的作用并不是起离子交换的作用，而是起离子选择透过性作用。离子选择透过性作用。2021/9/2369离子交换膜功能示意图离子交换膜功能示意图2021/9/2370 3 3、电渗析的结构、电渗析的结构 电渗析器由膜堆、极区和夹紧装置三部分组成。电渗析器由膜堆、极区和夹紧装置三部分组成。膜膜堆堆位位于于电电渗渗析析器