离心分离机械设备.ppt

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1、第七章第七章 过滤、离心分离设备过滤、离心分离设备2021/9/231计计 划划授课时间授课时间2 2学时学时单元目标与要求单元目标与要求掌掌握握过过滤滤的的基基本本理理论论各各几几种种形形式式的的过过滤滤设设备备的的结结构构原原理理及及操操作作方法方法授课内容授课内容 过滤速度的强化，过滤设备，离心分离设备，膜分离设备。过滤速度的强化，过滤设备，离心分离设备，膜分离设备。重点和难点重点和难点过过滤滤速速度度的的强强化化方方法法，板板框框过过滤滤机机、碟碟片片式式离离心心过过滤滤机机的的特特点点、原理、结构与计算。原理、结构与计算。2021/9/232一、几个基本概念一、几个基本概念过过滤滤介

2、介质质：一一种种能能让让液液体体通通过过，将将固固体体粒粒子子截留的介质。截留的介质。滤渣：滤浆中的固体粒子滤渣：滤浆中的固体粒子滤饼：被截留在过滤介质上的滤渣滤饼：被截留在过滤介质上的滤渣滤液：滤过的液体滤液：滤过的液体2021/9/233恒恒压压过过滤滤：将将过过滤滤操操作作的的推推动动力力维维持持在在某某一一不变的压力下进行。不变的压力下进行。恒恒速速过过滤滤：操操作作中中以以恒恒定定的的流流量量向向过过滤滤机机供供料以维持过滤速率不变。料以维持过滤速率不变。2021/9/234二、生物物料过滤特点二、生物物料过滤特点饼有高度可压缩性，过滤困难饼有高度可压缩性，过滤困难 胶胶体体粒粒子子

3、能能吸吸水水，形形成成不不流流动动的的液液体体层，过滤阻力增大。层，过滤阻力增大。2021/9/235三、过滤介质三、过滤介质2021/9/236（一）过滤介质的特性（一）过滤介质的特性1、过滤介质所能截留的固体粒子的大小过滤介质所能截留的固体粒子的大小纤维纤维10um硅藻土硅藻土1um超滤膜超滤膜0.5um2、过滤介质的渗透性过滤介质的渗透性渗透性越大，阻力越小渗透性越大，阻力越小3、其他其他耐酸碱性、耐热性耐酸碱性、耐热性2021/9/237(二二)天然纤维滤布和合成纤维滤布天然纤维滤布和合成纤维滤布 棉花纤维或合成纤维织成的滤布是工业上应用棉花纤维或合成纤维织成的滤布是工业上应用最广的过

4、滤介质。最广的过滤介质。影响因素：纤维特性，耐热性，耐磨性，耐酸性影响因素：纤维特性，耐热性，耐磨性，耐酸性等等。等等。2021/9/238(三三)松散粉粒过滤介质松散粉粒过滤介质构成沙滤床的硅藻土构成沙滤床的硅藻土用法：用法：1.1.作为深层过滤介质过滤悬浮液。作为深层过滤介质过滤悬浮液。2.2.在挠性或刚性支持性介质表面上欲先形成硅藻土在挠性或刚性支持性介质表面上欲先形成硅藻土薄层，以保护支持性介质的毛细孔在过滤时不被薄层，以保护支持性介质的毛细孔在过滤时不被微小的颗粒所堵塞。微小的颗粒所堵塞。3.3.使形成的滤饼具有多孔隙，并降低滤饼的可使形成的滤饼具有多孔隙，并降低滤饼的可 压缩压缩性

5、，提高过滤速度和延长过滤操作的周期。性，提高过滤速度和延长过滤操作的周期。2021/9/239 四、过滤速率的强化四、过滤速率的强化过滤速率过滤速率dV/d=P/u（r0l+R）2021/9/2310滤饼比阻力的异常性与过滤速度的强化滤饼比阻力的异常性与过滤速度的强化1 1降低滤饼比阻力降低滤饼比阻力r r0 0 r0=128a/(nd4)增大毛细孔直径增大毛细孔直径d，滤饼阻力，滤饼阻力r r0 0下降下降。采用方法采用方法：添加电解质、絮凝剂、凝固剂：添加电解质、絮凝剂、凝固剂：d增大增大 加助滤剂：小粒子附于其上成大粒子，加助滤剂：小粒子附于其上成大粒子，d增大增大 加热：胶体粒子变性凝

6、固，加热：胶体粒子变性凝固，d增大增大 调调PHPH：蛋白质等电点，溶解度变小或凝固，：蛋白质等电点，溶解度变小或凝固，d增大增大2021/9/2311 2 2降低滤液粘度降低滤液粘度 升温升温 使粘度使粘度u u下降下降 加酶加酶 热敏性物料用加酶法热敏性物料用加酶法3 3降低悬浮液中悬浮固体的浓度降低悬浮液中悬浮固体的浓度x x0 0 工艺方面工艺方面 主要从培养基方面考虑主要从培养基方面考虑 设备方面设备方面 用连续能除渣的设备用连续能除渣的设备4 4热处理热处理 热处理能使蛋白质等胶体粒子变性凝固，热处理能使蛋白质等胶体粒子变性凝固，d增大增大,使过滤速度大为提高。使过滤速度大为提高。

7、2021/9/23125.5.提高过滤压力差提高过滤压力差PP P增加，增加，dV/d增大增大n允许压差操作允许压差操作0.3Mpa0.3Mpan开始压力小，逐步提高压力开始压力小，逐步提高压力。问题问题n关关于于提提高高过过滤滤压压力力差差PP是是否否是是强强化化过过滤滤的的好途径的的好途径?2021/9/2313第二节第二节 过滤设备过滤设备设备分类：设备分类：常压、加压、真空等常压、加压、真空等过滤设备过滤设备2021/9/23141、麦汁平底筛过滤槽、麦汁平底筛过滤槽 结构结构上上半部与糊化锅相似，半部与糊化锅相似，平底。平底。滤液排出管滤液排出管过滤筛板过滤筛板耕槽机耕槽机喷淋水装置

8、喷淋水装置2021/9/2315n主要部件主要部件n过滤筛板过滤筛板：由若干块排列组成离底由若干块排列组成离底8-8-12cm12cm，水平，开长条形孔，开孔率，水平，开长条形孔，开孔率6%6%。n耕槽机耕槽机：装于中央垂直转轴上，有耕装于中央垂直转轴上，有耕刀刀。n耕槽机作用：耕槽机作用：n进料时搅拌进料时搅拌n后期疏松麦糟层后期疏松麦糟层n排糟排糟2021/9/2316n要求：要求：麦槽层厚度为麦槽层厚度为0.3-0.4m0.3-0.4mn过过滤滤面面积积：100kg100kg干干麦麦芽芽需需过过滤滤面面积积0.5m0.5m2 2左左右。右。n特特点点：不不用用加加过过滤滤介介质质，运运转

9、转费费用用低低，滤滤液液澄清度好，但生产效率低澄清度好，但生产效率低n操作过程：操作过程：2021/9/23172、快速过滤槽快速过滤槽结构结构 圆柱形或长方形圆柱形或长方形锥底结构锥底结构,槽身下槽身下部装有部装有5-75-7层过滤管。层过滤管。特点特点 过滤面积和压差过滤面积和压差增大了增大了,过滤速度过滤速度快。快。2021/9/23183、板框式压滤机、板框式压滤机n设备动画设备动画3分离过滤分离过滤3-4板框过滤板框过滤机机.swfn设备动画设备动画3分离过滤分离过滤板框压滤机板框压滤机.swf2021/9/23192021/9/2320结构结构n滤框：正方形滤框：正方形n滤滤板板：

10、支支撑撑滤滤布布并并提提供滤液供滤液流出的通道流出的通道n通常使用压力：通常使用压力：3-5*10 3-5*105 5PaPa。2021/9/23212021/9/2322改进后的改进后的RCPRCP设备操作过程设备操作过程 在过滤区形成的滤饼，依次经过吸在过滤区形成的滤饼，依次经过吸脱、洗饼、脱水、空气反吹剥离后行进的滤脱、洗饼、脱水、空气反吹剥离后行进的滤布载着滤饼在通过滤饼脱离滚筒时，因方向布载着滤饼在通过滤饼脱离滚筒时，因方向转折，滤饼被剥离。除去滤饼后再从正反两转折，滤饼被剥离。除去滤饼后再从正反两面用刷子及高压喷嘴洗涤再生，重新进入过面用刷子及高压喷嘴洗涤再生，重新进入过滤区，滤区

11、，特点：特点：比比GPGP机速度高机速度高50-100%50-100%2021/9/23234 4、垂直式叶片硅藻土过滤机、垂直式叶片硅藻土过滤机n结构结构n不锈钢圆柱体外壳，顶部不锈钢圆柱体外壳，顶部为快开式顶盖，底部有一为快开式顶盖，底部有一根水平滤液总管根水平滤液总管n滤叶：滤叶：骨架为方形框，框骨架为方形框，框中间平面上夹中间平面上夹持持一层粗的一层粗的大孔格金属丝网，两侧有大孔格金属丝网，两侧有细密的金属丝网（细密的金属丝网（400-400-500500目），每只滤叶下有目），每只滤叶下有接管接于滤液总管上。接管接于滤液总管上。n设备动画设备动画33分离过滤分离过滤3-103-10加

12、压叶滤机加压叶滤机.swf.swf2021/9/2324 操作过程操作过程 过滤时器盖紧闭，从混合槽中将啤酒与过滤时器盖紧闭，从混合槽中将啤酒与硅藻土混合液泵入过滤器，以制备硅藻土预硅藻土混合液泵入过滤器，以制备硅藻土预涂层。混合液中的硅藻土粒子被截留在滤叶涂层。混合液中的硅藻土粒子被截留在滤叶表面的细金属丝网上，而啤酒进入滤框内腔表面的细金属丝网上，而啤酒进入滤框内腔进而从水平滤液总管流出。浊液返流，直至进而从水平滤液总管流出。浊液返流，直至流出澄清的啤酒，至此预涂层完成。然后将流出澄清的啤酒，至此预涂层完成。然后将待过滤啤酒过滤。待过滤啤酒过滤。2021/9/23255 5、真空过滤机、真

13、空过滤机设备主体设备主体特点：特点：将过滤、洗饼、吹干、卸饼分别在转鼓将过滤、洗饼、吹干、卸饼分别在转鼓的一周转动中完成。连续且滤饼阻力小。为恒的一周转动中完成。连续且滤饼阻力小。为恒压恒速过滤过程。压恒速过滤过程。操作过程操作过程设备改进设备改进 设备动画设备动画33分离过滤分离过滤3-113-11转筒真空过滤机转筒真空过滤机.swf.swf2021/9/2326第三节、离心分离设备第三节、离心分离设备n离心离心分离是在液相非均匀体系中，利用离心力分离是在液相非均匀体系中，利用离心力来达到液液分离，液固分离的方法，通称为离来达到液液分离，液固分离的方法，通称为离心分离。分为离心沉降和离心过滤

14、。心分离。分为离心沉降和离心过滤。n离心机是在高速旋转的转鼓中，藉惯性离心力离心机是在高速旋转的转鼓中，藉惯性离心力的作用，过滤、澄清悬浮液，或将两种轻重不的作用，过滤、澄清悬浮液，或将两种轻重不同、互不溶解的液体分离的设备。同、互不溶解的液体分离的设备。2021/9/2327一一.分类分类n按作用原理分类按作用原理分类 过滤式过滤式:（分离机）：转鼓壁上有孔并装滤布（三足式）（分离机）：转鼓壁上有孔并装滤布（三足式）沉沉降降式式:（澄澄清清机机）：转转鼓鼓壁壁上上无无孔孔无无滤滤布布，碟碟片片式式、管管式式 n按离心分离因素分类按离心分离因素分类常速离心机，分离因素常速离心机，分离因素f小于

15、小于3000中速离心机，分离因素中速离心机，分离因素f3000-50000高速离心机，分离因素高速离心机，分离因素f大于大于50000超高速离心机，分离因素超高速离心机，分离因素f大于大于20万万；2021/9/2328二二.离心力与转鼓直径和转速的关系离心力与转鼓直径和转速的关系n重量为重量为M（kg）的物体旋转时，当其圆周速度为）的物体旋转时，当其圆周速度为（m/s），旋转半径为），旋转半径为R（m），则产生的离心力为），则产生的离心力为nn式中式中g重力加速度，重力加速度，m/s；n转数，转数，r/min；D旋转直径，旋转直径，m。如如果果以以旋旋转转角角速速度度（弧弧度度/秒秒）表表示

16、示，并并取取旋旋转转加加速速度度与与重重力力加加速速度度之比称为之比称为“离心分离因数离心分离因数”，以，以表示。则表示。则M增加，增加，F增加；增加；R增加，增加，F增加；增加；n增加，增加，F增加显著增加显著2021/9/2329三三.离心澄清机和离心分离机离心澄清机和离心分离机1.1.定义定义n离心澄清机定义：离心澄清机定义：藉离心沉降速度的不藉离心沉降速度的不同将悬浮液中的液、固相分开的离心机同将悬浮液中的液、固相分开的离心机称作离心澄清机。称作离心澄清机。n离心分离机定义：离心分离机定义：藉离心沉降速度的不藉离心沉降速度的不同将轻重不同或互不溶解的两种液体分同将轻重不同或互不溶解的两

17、种液体分开的离心机称作离心分离机。开的离心机称作离心分离机。2021/9/2330三足式离心澄清机离心澄清机n设备动画3分离过滤三足式离心机.swf2021/9/2331碟片式离心机碟片式离心机2021/9/23321.1.结构结构 n转转鼓鼓：悬悬在在转转鼓鼓轴的顶端。轴的顶端。n转转鼓鼓芯芯：在在转转鼓鼓内内部部，由由50-8050-80只只形形状状与与尺尺寸寸相相同同的的碟碟片片按按一一定定间距叠装而成。间距叠装而成。离心澄清机的结构离心澄清机的结构 2021/9/23332.原理原理n离心分离机机的转鼓内有数十只离心分离机机的转鼓内有数十只(50-80)(50-80)形状和尺寸相同的碟

18、片形状和尺寸相同的碟片,碟片按一定间距碟片按一定间距(0.5-1.2mm)(0.5-1.2mm)叠置起来组成碟片组，每只碟片在离叠置起来组成碟片组，每只碟片在离开轴线一定距离的圆周上开有几个对称分布的圆孔许多这样的碟开轴线一定距离的圆周上开有几个对称分布的圆孔许多这样的碟片叠置起来时，对应的圆孔就形成垂直的通道。两种不同重度液片叠置起来时，对应的圆孔就形成垂直的通道。两种不同重度液体的混合液进入离心分离机后，通过碟片上圆孔形成的垂直通道体的混合液进入离心分离机后，通过碟片上圆孔形成的垂直通道进入碟片间的隙道，并被带着高速旋转，由于两种不同重度液体进入碟片间的隙道，并被带着高速旋转，由于两种不同

19、重度液体的离心沉降速度的不同，重液的离心沉降速度大，就离开轴线向的离心沉降速度的不同，重液的离心沉降速度大，就离开轴线向外运动，轻液的离心沉降速度小，则向轴线流动。这样，两种不外运动，轻液的离心沉降速度小，则向轴线流动。这样，两种不同重度液体就在碟片间的隙道流动的过程中被分开。同重度液体就在碟片间的隙道流动的过程中被分开。2021/9/23342 2、工作原理：、工作原理：当悬浮液在动压头的当悬浮液在动压头的作用下，经中心管流入高速旋转的碟作用下，经中心管流入高速旋转的碟片之间的间隙时，便产生了惯性离心片之间的间隙时，便产生了惯性离心力，其中密度较大的固体颗粒在离心力，其中密度较大的固体颗粒在

20、离心力的作用下向上层碟片的下表面运动，力的作用下向上层碟片的下表面运动，而后沿碟片下表面向转子周围下滑，而后沿碟片下表面向转子周围下滑，液体则沿转子中心上升，从套管中排液体则沿转子中心上升，从套管中排出，达到分离的目的。同样对于乳浊出，达到分离的目的。同样对于乳浊液的分离，轻液沿中心向上流动，重液的分离，轻液沿中心向上流动，重液沿周围向下流动而得到分离。液沿周围向下流动而得到分离。2021/9/2335自动排出沉渣的离心澄清机自动排出沉渣的离心澄清机2021/9/2336分批自动排出沉渣的离心澄清机分批自动排出沉渣的离心澄清机2021/9/2337第四节第四节 膜分离膜分离一.定义定义对溶液中

21、粒径很小的粒子进行过滤分离的操作对溶液中粒径很小的粒子进行过滤分离的操作2021/9/2338n浓差极化现象浓差极化现象n当待分离液从膜面一侧流过时，靠近膜面的液当待分离液从膜面一侧流过时，靠近膜面的液体处于层流状态，水及小分子溶质透过膜，大体处于层流状态，水及小分子溶质透过膜，大分子溶质则被膜阻留。被阻留分子从膜面返回分子溶质则被膜阻留。被阻留分子从膜面返回液体主流的速度，受分子通过层流区的扩散速液体主流的速度，受分子通过层流区的扩散速度所控制，当这一速度低于被阻留分子在膜面度所控制，当这一速度低于被阻留分子在膜面聚集的速度，就逐渐在膜面上，行成一高浓度聚集的速度，就逐渐在膜面上，行成一高浓

22、度的被阻留的溶质分子层。随着浓差极化愈来愈的被阻留的溶质分子层。随着浓差极化愈来愈严重，膜的滤出速度也愈来愈低严重，膜的滤出速度也愈来愈低 2021/9/2339膜分离的特点膜分离的特点膜分离过程不发生相变化，能耗低。膜分离过程不发生相变化，能耗低。膜分离过程在常温下进行。膜分离过程在常温下进行。不仅适用于有机物，无机物和病毒、细菌不仅适用于有机物，无机物和病毒、细菌分离，还适用于一些共沸物或近沸物的分分离，还适用于一些共沸物或近沸物的分离。离。2021/9/2340 二二.膜分离过程的类型膜分离过程的类型 按膜内平均孔径、推动力和传递机制进行分类按膜内平均孔径、推动力和传递机制进行分类n过程

23、过程孔径孔径推动力推动力机制机制n微滤微滤0.02-10um压力差压力差筛分筛分n超滤超滤0.001-0.02um压力差压力差筛分筛分n反渗透反渗透无孔无孔压力差压力差溶液溶液-扩散扩散n气体透过气体透过无孔无孔压力差压力差溶液溶液-扩散扩散n透析透析1-3nm浓度差浓度差筛分筛分+扩散扩散n电渗析电渗析相对分子质量相对分子质量电位差电位差离子迁移离子迁移小于小于200n渗透蒸发渗透蒸发无孔无孔分压差分压差溶液溶液-扩散扩散2021/9/2341按膜分离推动力的不同分类按膜分离推动力的不同分类n以静压力差为推动力的过程；以静压力差为推动力的过程；n以蒸气分压差为推动力的过程；以蒸气分压差为推动

24、力的过程；n以浓度差为推动力的过程；以浓度差为推动力的过程；n以电位差为推动力的过程以电位差为推动力的过程.2021/9/2342n设备动画3分离过滤膜分离过程示意图.swf2021/9/2343三三.膜分离过程膜分离过程 离。离。2021/9/2344四四.膜分离设备膜分离设备板式膜过滤器板式膜过滤器管式膜过滤器管式膜过滤器中空纤维式膜分离器中空纤维式膜分离器螺旋卷式膜分离器螺旋卷式膜分离器2021/9/23452021/9/23462021/9/23472021/9/23482021/9/23492021/9/23502021/9/2351思考题思考题1 1、如何强化过滤速度、如何强化过滤速度?2 2、叙述叙述麦汁过滤槽、板框压滤机的结构和过滤原理麦汁过滤槽、板框压滤机的结构和过滤原理3 3、在在饲饲料料工工厂厂从从发发酵酵醪醪中中分分离离酵酵母母应应该该选选用用什什么么离离心机心机?叙述该机分离酵母的原理叙述该机分离酵母的原理4、在在工工厂厂中中要要将将奶奶油油(酯酯)从从新新鲜鲜牛牛奶奶中中分分离离出出来来应应该选用什么离心机该选用什么离心机?叙述该机分离奶油的原理。叙述该机分离奶油的原理。5 5、用用膜膜分分离离(超超滤滤和和反反渗渗透透)技技术术分分离离生生化化产产品品有有什什么特点么特点?2021/9/2352