4第四章 细胞破碎、过滤离心与膜分离设备

1、1加压过滤设备加压过滤设备-板框式过滤机板框式过滤机 板框式过滤机有间歇式和自动式两种操作方式。间歇板框式过滤机有间歇式和自动式两种操作方式。间歇式过滤机是一种传统的过滤设备，在发酵工业中广泛应用式过滤机是一种传统的过滤设备，在发酵工业中广泛应用于培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、酵母菌和细菌等多于培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、酵母菌和细菌等多种发酵液的固种发酵液的固液分离。以下介绍间歇式板框式过滤机的液分离。以下介绍间歇式板框式过滤机的结构和原理。结构和原理。 2 板框式过滤机是由许多块滤板和滤框交替排列而板框式过滤机是由许多块滤板和滤框交替排列而成。一端固定另一端可以让板框移动。板和框之间

2、隔成。一端固定另一端可以让板框移动。板和框之间隔有滤布，用压紧装置自活动端方向压紧或拉开。滤板有滤布，用压紧装置自活动端方向压紧或拉开。滤板和滤框多做成正方形，数目从和滤框多做成正方形，数目从10-6010-60不等，每机的滤不等，每机的滤板和滤框数目，由生产能力和悬浮液的情况而定。板和滤框数目，由生产能力和悬浮液的情况而定。 加压过滤设备加压过滤设备-板框式过滤机板框式过滤机板框式过滤机的操作和结构3结构：结构：滤板、滤框、夹紧机构、机架等组成。滤板、滤框、夹紧机构、机架等组成。滤板：凹凸不平的表面，凸部用来支撑滤布，凹槽是滤滤板：凹凸不平的表面，凸部用来支撑滤布，凹槽是滤液的流道。液的流道

3、。滤板右上角的圆孔，是滤浆通道；左上角的圆滤板右上角的圆孔，是滤浆通道；左上角的圆孔，是洗水通道。孔，是洗水通道。洗涤板洗涤板：左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通，左上角的洗水通道与两侧表面的凹槽相通， 使洗水流进凹槽；使洗水流进凹槽；非洗涤板：非洗涤板：洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。洗水通道与两侧表面的凹槽不相通。4 板框过滤机的操作是间歇式的，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、板框过滤机的操作是间歇式的，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理五个阶段整理五个阶段。过滤过程过滤过程 1) 1)、装合：、装合： 将板与框按将板与框按 1-2-3-2-1-2-31-2-3-2-1-2

4、-3的顺序，滤板的两侧表面放上滤布，然后用手的顺序，滤板的两侧表面放上滤布，然后用手动的或机动的压紧装置固定，使板与框紧密接触。动的或机动的压紧装置固定，使板与框紧密接触。 2)2)、过滤：、过滤： 用泵把滤浆送进右上角的滤浆通道，由通道流进每个滤框里。滤液穿过滤用泵把滤浆送进右上角的滤浆通道，由通道流进每个滤框里。滤液穿过滤布沿滤板的凹槽流至每个滤板下角的阀门排出。固体颗粒积存在滤框内形成滤布沿滤板的凹槽流至每个滤板下角的阀门排出。固体颗粒积存在滤框内形成滤饼，直到框内充满滤饼为止。饼，直到框内充满滤饼为止。53)3)、洗涤：、洗涤： 将洗水送入洗水通道，经洗涤板左上角的洗水进口，进入板的两

5、侧表面将洗水送入洗水通道，经洗涤板左上角的洗水进口，进入板的两侧表面的凹槽中。然后，洗水横穿滤布和滤饼，最后由非洗涤板下角的滤液出口排的凹槽中。然后，洗水横穿滤布和滤饼，最后由非洗涤板下角的滤液出口排出。在此阶段中，洗涤板下角的滤液出口阀门关闭。出。在此阶段中，洗涤板下角的滤液出口阀门关闭。4)4)、卸渣、整理、卸渣、整理 打开板框，卸出滤饼，洗涤滤布及板、框。打开板框，卸出滤饼，洗涤滤布及板、框。 在洗液粘度与滤液粘度相近的情况下，且在压差相同时，洗涤速率在洗液粘度与滤液粘度相近的情况下，且在压差相同时，洗涤速率约为过滤终了速率的约为过滤终了速率的1/41/4。为什么？6结构简单，价格低廉，

6、占地面积小，过滤面积大。结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。对物料的适应能力较强，由于操作压力较高（对物料的适应能力较强，由于操作压力较高（310kg/cm2 ），对颗），对颗粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能适用。粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能适用。间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，劳动强度间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，劳动强度大，所以它只适用于小规模生产。大，所以它只适用于小规模生产。近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减轻。近年出现了各种自动操

7、作的板框压滤机，使劳动强度得到减轻。板框压滤机的特点：板框压滤机的特点：7自动板框式压滤机自动板框式压滤机 特点：板框压紧、过滤、洗涤、卸饼和清洗特点：板框压紧、过滤、洗涤、卸饼和清洗等操作可在等操作可在1010minmin内自动完成。板、框各有内自动完成。板、框各有4 4个角孔，滤布是首尾封闭的整体，过滤、个角孔，滤布是首尾封闭的整体，过滤、洗涤。洗涤。 卸渣：拉开框，降框。卸渣：拉开框，降框。 滤布洗涤：传动装置带动环形滤布围轴旋转滤布洗涤：传动装置带动环形滤布围轴旋转。8 板框式过滤机的优点：板框式过滤机的优点： 单位过滤面积占地少；单位过滤面积占地少； 对物料的适应性强；对物料的适应性

8、强； 过滤面积的选择范围宽；过滤压过滤面积的选择范围宽；过滤压力高，滤饼的含水率低；力高，滤饼的含水率低； 结构简单，操作容易，故障少，结构简单，操作容易，故障少，保养方便，机器寿命长；保养方便，机器寿命长； 因为是滤饼过滤，所以可得到因为是滤饼过滤，所以可得到澄清的滤液，固相回收率高；澄清的滤液，固相回收率高； 过滤操作稳定。过滤操作稳定。板框式过滤机比较适合于固体含量在板框式过滤机比较适合于固体含量在1%1%10%10%的悬浮液的悬浮液的分离。最大的操作压力可达的分离。最大的操作压力可达1.5Mpa,1.5Mpa,通常使用压力为通常使用压力为（3 35 5）10105 5PaPa。发酵液过

9、滤时，处理量为。发酵液过滤时，处理量为151525L/25L/（m m2 2hh）。）。 板框式过滤机的特点和适用范围9真空过滤设备真空过滤设备 真空过滤设备一般以真空度作为过滤推动力。常用的设真空过滤设备一般以真空度作为过滤推动力。常用的设备有：备有：转鼓真空过滤机转鼓真空过滤机、水平回转圆盘真空过滤机水平回转圆盘真空过滤机、垂直回垂直回转圆盘真空过滤机转圆盘真空过滤机和和水平带式真空过滤机水平带式真空过滤机等。生物工业中用等。生物工业中用的最多的是转鼓式真空过滤机。的最多的是转鼓式真空过滤机。10真空过滤设备真空过滤设备1 1转鼓式真空过滤机的结构与操作转鼓式真空过滤机的结构与操作 转鼓式

10、真空过滤机是连续操作过滤机中应用最广泛的一转鼓式真空过滤机是连续操作过滤机中应用最广泛的一种。转筒每转一周就完成一个包括过滤、洗涤、吸干、卸渣种。转筒每转一周就完成一个包括过滤、洗涤、吸干、卸渣和清洗滤布等几个阶段的操作。和清洗滤布等几个阶段的操作。 11转筒式真空过滤机转筒式真空过滤机 连续式操作，主体是一个由筛板组成能转动的水连续式操作，主体是一个由筛板组成能转动的水平圆筒，表面有一层金属丝网，网上覆盖滤布，筋平圆筒，表面有一层金属丝网，网上覆盖滤布，筋板分隔成若干个空间，分配头内沿径向隔离成板分隔成若干个空间，分配头内沿径向隔离成3 3个室。个室。12结构：结构：p转筒，扇形格转筒，扇形

11、格(18格格)； 滤室；滤室；分配头；分配头；动盘动盘(18个孔，分别与扇形个孔，分别与扇形格的格的18个通道相连个通道相连)；定盘定盘(三个凹槽：滤液真空三个凹槽：滤液真空凹槽、洗水真空凹槽、压缩凹槽、洗水真空凹槽、压缩空气凹槽，分别将动盘的空气凹槽，分别将动盘的18个孔道分成三个通道个孔道分成三个通道)；p金属网；金属网；p滤布；滤布；p滤浆槽滤浆槽。转筒真空过滤机结构示意图转筒真空过滤机结构示意图动盘动盘定盘定盘转筒转筒金属网金属网滤布滤布滤饼滤饼搅拌器搅拌器洗涤喷头洗涤喷头料浆槽料浆槽刮刀刮刀转筒真空过滤机转筒真空过滤机rotary-drum vacuum filterrotary-d

12、rum vacuum filter13第三节第三节 离心分离设备离心分离设备 实现离心分离操作的机械称为离心机或离心分离设备。实现离心分离操作的机械称为离心机或离心分离设备。它是通过高速回转部件产生的离心力实现悬浮液、乳浊液它是通过高速回转部件产生的离心力实现悬浮液、乳浊液的分离和固相浓缩、液相澄清的分离机械。的分离和固相浓缩、液相澄清的分离机械。 按离心分离过程的进行方式分为：间歇式和连续式。按离心分离过程的进行方式分为：间歇式和连续式。 按操作性质分为：过滤式和沉降式离心机。按操作性质分为：过滤式和沉降式离心机。 按结构分为上悬式、三足式、碟片式和管式离心机。按结构分为上悬式、三足式、碟片

13、式和管式离心机。 14离心分离设备离心分离设备 离心设备重要的技术性能指标是分离因数。也就是粒子离心设备重要的技术性能指标是分离因数。也就是粒子在离心力场中所受到的离心力和重力之比，即：在离心力场中所受到的离心力和重力之比，即： 式中式中 Fr Fr 离心分离因数；离心分离因数； 回转件角速度，回转件角速度，/min/min； R R 转鼓半径，转鼓半径， m m； g g 重力加速度，重力加速度，m/sm/s； n n 转鼓转速，转鼓转速，r/minr/min。 15离心分离原理与分离因数离心分离原理与分离因数 离心机的种类很多，也有许多分类方式。按分离因数离心机的种类很多，也有许多分类方式

14、。按分离因数分为：分为： 普通分离机，分离因数普通分离机，分离因数Fr Fr 3500 3500； 高速分离机，分离因数高速分离机，分离因数 3500 3500 Fr Fr5000050000； 超高速分离机，分离因数超高速分离机，分离因数FrFr5000050000。 16三足式过滤离心机三足式过滤离心机三足式过滤离心机是最早出现的一种过滤式离心机，直三足式过滤离心机是最早出现的一种过滤式离心机，直到目前仍广泛应用于生物工业，现介绍如下：到目前仍广泛应用于生物工业，现介绍如下：（1 1）结构和工作原理）结构和工作原理 最简单的三足式过滤离心机，仅由一个底部封闭的圆筒最简单的三足式过滤离心机，

15、仅由一个底部封闭的圆筒形转鼓、垂直的主轴及驱动装置等组成。操作时，料液从机形转鼓、垂直的主轴及驱动装置等组成。操作时，料液从机器顶部加入，经布料器在转鼓内均匀分布，滤液受离心力作器顶部加入，经布料器在转鼓内均匀分布，滤液受离心力作用穿过过滤介质，从鼓壁外收集，而固体颗粒则截留在过滤用穿过过滤介质，从鼓壁外收集，而固体颗粒则截留在过滤介质上，逐渐形成一定厚度的滤饼层。介质上，逐渐形成一定厚度的滤饼层。17 三足式过滤离心机三足式过滤离心机SXY-1000型三足式过滤离心机1-油马达；2-主轴；3-转鼓底；4-刮刀装置；5-旋转油缸；6-拦液板；7-升降油缸；8-转鼓壁；9-壳体；10-弹性悬挂支

16、撑装置；11-底盘 18 管式离心机管式离心机 管式离心机具有一个细长而高速旋管式离心机具有一个细长而高速旋转的转鼓。加长转鼓长度的目的转的转鼓。加长转鼓长度的目的: :增加物料在转鼓内的停留时间。增加物料在转鼓内的停留时间。 19转鼓的组成：顶盖、带空心轴的底盖和管状转筒。转鼓的组成：顶盖、带空心轴的底盖和管状转筒。操作：料液从底部进入，经折转器分布，十字形挡板操作：料液从底部进入，经折转器分布，十字形挡板使料液均匀分布于四周，在离心力场作用下，悬浮液沿使料液均匀分布于四周，在离心力场作用下，悬浮液沿轴向向上流动的过程中，被分层成轻重两液相，从上方轴向向上流动的过程中，被分层成轻重两液相，从

17、上方环状溢流口排出。环状溢流口排出。 转速：转速：1500015000rpmrpm，f f5000050000左右左右 悬浮液中的颗粒在离心机中能够被分离并沉降至转鼓悬浮液中的颗粒在离心机中能够被分离并沉降至转鼓壁上的条件：料液在转鼓内的停留时间壁上的条件：料液在转鼓内的停留时间t t1 1应大于等于颗应大于等于颗粒离心沉降所需的时间粒离心沉降所需的时间t t2 2 。 管式离心机管式离心机 20碟片式离心机碟片式离心机 碟片式离心机的结构特点是转鼓内装有一叠锥形碟片，碟片数一般为碟片式离心机的结构特点是转鼓内装有一叠锥形碟片，碟片数一般为5050180180片，视机型而定。碟片的锥顶角一般为

18、片，视机型而定。碟片的锥顶角一般为6060100100度，碟片与碟度，碟片与碟片间距离靠附于碟片背面、具有一定厚度的狭条调节和控制，一般为片间距离靠附于碟片背面、具有一定厚度的狭条调节和控制，一般为0.50.51.5mm,1.5mm,由于数量众多的碟片以及很小的碟片间距，增大了沉淀面由于数量众多的碟片以及很小的碟片间距，增大了沉淀面积，缩短了沉降距离，因而碟片式离心机具有较高的分离效率。积，缩短了沉降距离，因而碟片式离心机具有较高的分离效率。 21碟片式离心机碟片式离心机22u 碟片离心分离机是一种碟片离心分离机是一种喷嘴连续出料的分离机喷嘴连续出料的分离机，由于分离因数大，对，由于分离因数大

19、，对于含固体较少而不易分于含固体较少而不易分离的悬浮液和各种乳浊离的悬浮液和各种乳浊液有良好的分离效果。液有良好的分离效果。u 用于淀粉的精制系统，用于淀粉的精制系统，分离淀粉乳中的蛋白、分离淀粉乳中的蛋白、可溶性物质。可溶性物质。 23板框式膜分离器板框式膜分离器 这种膜分离器的结构类似板框式过滤机，它由导流板、膜和支撑板交这种膜分离器的结构类似板框式过滤机，它由导流板、膜和支撑板交替重叠组成。所用的膜为平板式，厚度为替重叠组成。所用的膜为平板式，厚度为5050500m500m，将其固定在支撑材，将其固定在支撑材料上，支持物呈多孔结构，对流体阻力很小，对欲分离的混合物呈惰性，料上，支持物呈多

20、孔结构，对流体阻力很小，对欲分离的混合物呈惰性，支持物还具有一定的柔软性和刚性。支持物还具有一定的柔软性和刚性。 板框式是最早使用的一种膜组件。其设计类似于常规的板框过滤装置板框式是最早使用的一种膜组件。其设计类似于常规的板框过滤装置, 膜被放置在可垫有滤纸的多孔的支撑板上膜被放置在可垫有滤纸的多孔的支撑板上,两块多孔的支撑板叠压在一起形两块多孔的支撑板叠压在一起形成的料液流道空间成的料液流道空间,组成一个膜单元组成一个膜单元,单元与单元之间可并联或串联连接。单元与单元之间可并联或串联连接。不同的板框式设计的主要差别在于料液流道的结构上。不同的板框式设计的主要差别在于料液流道的结构上。 24板

21、框式膜分离器板框式膜分离器板框式膜分离器25板框式膜分离器板框式膜分离器26 操作时料液从下部进入，由导流板导流流过膜面，透过操作时料液从下部进入，由导流板导流流过膜面，透过液透过膜，经支撑板面上的多流孔流入支撑板的内腔，再从液透过膜，经支撑板面上的多流孔流入支撑板的内腔，再从支撑板外侧的出口流出；料液沿导流板上的流道与孔道一层支撑板外侧的出口流出；料液沿导流板上的流道与孔道一层一层往上流，从膜过滤器上部的出口流出，即得浓缩液。一层往上流，从膜过滤器上部的出口流出，即得浓缩液。 板框式膜分离器的优点是组装方便，膜的清洗更换比较板框式膜分离器的优点是组装方便，膜的清洗更换比较容易；料液流通截面较大，不易堵塞；同一设备可视生产需容易；料液流通截面较大，不易堵塞；同一设备可视生产需要组装不同数量的膜。缺点是需密封的边界线长；为保证膜要组装不同数量的膜。缺点是需密封的边界线长；为保证膜两侧的密封，对板框及其起密封作用的部件加工精度要求高；两侧的密封，对板框及其起密封作用的部件加工精度要求高；每块板上料液的流程短，通过板面一次的透过液相对量少。每块板上料液的流程短，通过板面一次的透过液相对量少。 板框式