食品分离机械与设备分析PPT学习教案

1、会计学1食品分离机械与设备分析食品分离机械与设备分析p分散相： 分散物质。在非均相物系中，处于分散状态的物质。p连续相： 分散介质。包围着分散物质而处于连续状态的流体。非均相物系由分散相和连续相组成第2页/共85页 要实现分离，必须使分散相和连续相之间发生相对运动。p非均相物系的分离原理： p非均相物系分离的理论基础：根据两相物理性质(如密度等)的不同而进行的分离第3页/共85页 由于非均相物的两相间的密度等物理特性差异较大，因此常采用机械方法进行分离。按两相运动方式的不同，机械分离大致分为沉降和过滤两种操作。 通常先造成一个两相物系，再用机械分离的方法分离，如蒸馏，萃取等。p非均相物系的分离

2、方法：p均相物系的分离：第4页/共85页过滤介质: 过滤采用的多孔物质；滤浆: 所处理的悬浮液；滤液: 通过多孔通道的液体；滤饼或滤渣: 被截留的固体物质。 以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的单元操作。1 过滤(filtration)第5页/共85页滤浆(slurry)：原悬浮液。滤饼(filter cake)：截留的固体物质。过滤介质(filtering medium)：多孔物质。滤液(filterate)：通过多孔通道的液体。过滤操作示意图(滤饼过滤)第6页/共85页滤饼过滤过程： 刚开始：有细小颗粒通过孔道，

3、滤液混浊。 开始后：迅速发生“架桥现象”，颗粒被拦截，滤液澄清。 所以，在滤饼过滤时真正起过滤作用的是滤饼本身，而非过滤介质。2 过滤方式过滤的操作基本方式有两种：滤饼过滤和深层过滤。 2.1 滤饼过滤(cake filtration)：饼层过滤第7页/共85页架桥现象注意：所选过滤介质的孔道尺寸一定要使“架桥现象”能够发生。饼层过滤适于处理固体含量较高的悬浮液。第8页/共85页特点：颗粒(粒子)沉积于介质内部。深层过滤过滤对象：悬浮液中的固体颗粒小而少。过滤介质：堆积较厚的粒状床层。过滤原理：颗粒尺寸 介质通道尺寸，颗粒通过细长而弯曲的孔道，靠静电和分子的作用力附着在介质孔道上。应用：适于处

4、理生产能力大而悬浮液中颗粒小而且含量少的场合，如水处理和酒的过滤。2.2 深层过滤(deep bed filtration)：深床过滤第9页/共85页3 板框压滤设备3.1 结构 由端板、滤板、滤框、滤布、支承横梁、螺旋压紧装置组成。许多交替排列的滤板和滤框构成主要工作部件，板和框架都被支承在一对横梁上。 利用滤板作为支承过滤介质，滤浆在加压下强制进入滤板之间的空间内，并形成滤饼。第10页/共85页板框压滤机简图1-固定端板 2-滤布 3-板框支座 4-可动端板 5-支承横梁过滤板 滤框 洗涤板3 板框压滤设备第11页/共85页3 板框压滤设备 滤框与滤板用过滤布隔开且交替排列，板和框的角端开

5、有小 孔，构成滤浆和洗涤水流通的孔道。 空框与滤布围成容纳滤浆及滤饼的空间 滤板的作用是支撑滤布并提供滤液流出的通道（凸凹纹路） 盲板第12页/共85页滤板洗涤板非洗涤板3 板框压滤设备第13页/共85页3.2 工作原理 滤浆由滤框上方通孔进入滤框空间，固粒被滤布截留，在框内形成滤饼，滤液则穿过滤饼和滤布流向两侧的滤板，然后沿滤板的沟槽向下流动，由滤板下方的通孔排出。排出口处装有旋塞，可观察流出料液的澄清情况。3 板框压滤设备明流式暗流式第14页/共85页第15页/共85页3 板框压滤设备第16页/共85页结构简单，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。对物

6、料的适应能力较强，由于操作压力较高（最大可达1MPa以上，一般在0.30.5 MPa），对颗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。3.3 板框压滤机的特点：3 板框压滤设备低浓度悬浮液、胶体悬浮液、黏度大或接近饱和状态的悬浮液第17页/共85页4.1 结构4 加压叶滤机 滤叶是两面紧覆着细金属丝网的滤框。它由里层的支撑网、边框和覆在外层的细金属丝网或编织滤布组成。第18页/共85页4 加压叶滤机4.2 工作原理 在密闭的耐压机壳内，装有一组并联滤叶

7、。悬浮液在压力作用下送入机壳内，滤渣截留在滤叶表面，滤液透过滤叶后经管道排出。第19页/共85页 过滤前，先循环过滤预涂，使滤叶表面形成一层预涂层，待滤液清亮后，即可进行正常过滤。 先将2.53.0kg的助滤剂活性炭粉末或硅藻土加入150200kg澄清良好的液体中，通过流体泵输入过滤机中，随着过滤的进行，助滤剂活性炭粉末或硅藻土将在滤叶上涂布形成滤饼层，至预涂液达到澄清要求后，结束预涂，泵入添加助滤剂的待滤液，进行正常的过滤操作。应用4 加压叶滤机第20页/共85页 密封加压、多滤叶、微孔精密过滤体的过滤，过滤效率高，可获得很高的滤速和理想的澄清度，甚至很混浊的液体也能过滤，设备简单，且在操作

8、良好的情况下，还具有除菌的效果。4.3 特点4 加压叶滤机第21页/共85页5.1 结构p转筒，扇形格(18格)； 滤室；分配头；动盘(18个孔，分别与扇形格的18个通道相连)；定盘(三个凹槽：滤液真空凹槽、洗水真空凹槽、压缩空气凹槽，分别将动盘的18个孔道分成三个通道)；p金属网；p滤布；p滤浆槽。转筒真空过滤机结构示意图动盘定盘转筒金属网滤布滤饼搅拌器洗涤喷头料浆槽刮刀第22页/共85页110987654321817161514131112动盘转筒及分配头的结构定盘18格分成6个工作区1区(17格)：过滤区；2区(810格)：滤液吸干区；3区(1213格)：洗涤区；4区(14格)：洗后吸干

9、区；5区(16格)：吹松卸渣区；6区(17格)：滤布再生区。l过滤区(12区)，f 槽; l洗涤区(34区)，g槽 ;l干燥卸渣区(56区)，h 槽;f 槽h 槽g 槽第23页/共85页5.2 工作过程5 转筒真空过滤机（rotary-drum vacuum filter）第24页/共85页 采用绕带转鼓真空过滤机可使滤布得到充分洗涤。如果悬浮液中的颗粒较重，沉降速度很快，则宜采用悬浮液在转鼓上方加料的结构或内滤面转鼓真空过滤机。如果悬浮液中的固体颗粒很细或形成可压缩性滤渣，则应在转鼓过滤面上预先吸附一层固体助滤剂，或在悬浮液中混入一定量的固体助滤剂，使滤渣较为疏松，可提高过滤速度。 转鼓真空

10、过滤机的过滤面积最大达200米2转鼓转速的快慢可调节滤渣的厚度。转鼓转速多数为每转 0.1至10分钟。操作真空的绝对压力为(0.250.8)105帕。过滤的悬浮液温度应低于滤液在操作真空度下的汽化温度。这种过滤机处理能力大操作方便滤渣可以洗涤通常用以过滤固体颗粒浓度较高的悬浮液。有预敷助滤层的转鼓真空过滤机也能对稀薄悬浮液进行澄清过滤。 第25页/共85页 转筒旋转时，藉分配头的作用，能使转筒旋转一周的过程中，每个小过滤室可依次进行过滤、洗涤、吸干、吹松卸渣等项操作。整个转筒圆周在任何瞬间都划分为:5.2 工作过程简化理解过滤区;洗涤区;干燥卸渣区。5 转筒真空过滤机（rotary-drum

11、vacuum filter）第26页/共85页转鼓真空过滤机第27页/共85页 分配阀的动盘固定在转鼓轴颈上，与转鼓同步旋转。动盘端面有一圈孔。每个孔与转鼓上对应的一个滤室相连。阀座不转动，其内侧端面上开有几条弧形槽，分别与外侧的接管连通。阀座与动盘贴合，各弧形槽与动盘上的孔相通，旋转的滤室即可与固定的真空或压缩空气系统联接，使过滤操作循环进行。第28页/共85页第29页/共85页自动连续操作；适用于处理量大，固体颗粒含量较多的滤浆；真空下操作，其过滤推动力较低(最高只有1atm)，对于滤饼阻力较大的物料适应能力较差。5.3 特点5 转筒真空过滤机（rotary-drum vacuum fil

12、ter）第30页/共85页6 水平带式真空过滤机 由橡胶排水带、滤布带和吸气盒等组成。排水带由主动辊带动，同时带动了由它支承着的滤布一起移动，排水带下方与一组吸气盒相接，分别导出滤液和洗涤液。滤浆加到滤布带上，依次进行过滤、洗涤和脱水，最后由刮刀卸下滤饼。 缺点：排水带的磨损较严重 。第31页/共85页第32页/共85页6 水平带式真空过滤机 第33页/共85页6 水平带式真空过滤机 第34页/共85页6 水平带式真空过滤机 第35页/共85页第二节 离心机械 离心分离设备是利用转鼓的高速旋转，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。1 离

13、心分离的原理与分类1.1 离心分离的原理第36页/共85页 以离心沉降的情况来说，因为有重力的数百倍到数万倍的离心力的作用，其分离速度远比重力沉降大，分离的效果也高得多。 分离因数是用来表示离心机分离性能的主要指标，其定义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：第37页/共85页 离心机转速很高，分离因数可高达50000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，分离因数的选取取决于被分离的物料性质和要求。 对悬浮液、乳浊液（及气溶胶）分离操作的目的如下：（1）产品的生产 从淀粉乳浆中制取淀粉；制取奶油和脱脂奶；将晶体与母液分离，制取纯净晶体食品等；

14、（2）提高制品纯度 如牛奶净化除去微粒固体等；（3）回收有价值的物质 如从含微粒固体的气溶胶中分离出奶粉；（4）安全生产 分离生产中产生的酸雾、烟等有害物质，保证人身和设备的安全；（5）分离浓缩 如反渗透法利用于牛乳、乳浆、饮料、咖啡、啤酒、蛋白质等的浓缩。1.2 离心分离的应用第38页/共85页离心过滤：开孔的转鼓，内壁面覆有滤布；转速10001500rpm， Kc小；易过滤的晶体悬浮液和较大颗粒悬浮液的分离及 物料脱水。离心沉降：无孔的转鼓，分离对象是不易过滤的悬浮液。离心分离：无孔的转鼓；转速极大，4000rpm以上；多用于乳浊液 的分离和悬浮液的增浓或澄清。1.3 分类按操作原理分第3

15、9页/共85页第二节 离心机械1.3 分类按Kc大小分（1）常速离心机 Kc 3 000，主要用于分离颗粒不大的悬浮液和物料的脱水。（2）高速离心机 3 000 Kc 50 000，主要用于分离相不易分离的超微细粒的悬浮系 统和高分子的胶体悬浮液。第40页/共85页结构：2.1 悬筐式离心机(suspended-basket centrifuge) 转鼓滤饼滤布滤网离心过滤机工作原理图转鼓(上有小孔，亦称悬框)；滤网滤布机架原理： 由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、滤网及滤筐而流出。第41页/共85页离心力自动卸料离心机，又称为锥篮离心机 p结构：如图p工作过程：料浆滤液滤渣转鼓滤饼

16、滤布滤网洗涤料浆进入锥形滤筐底部，靠离心力甩向滤筐；液相通过滤布，固相被截留。滤渣克服摩擦阻力，沿滤筐向上移动，经过洗涤段和干燥段。最后从顶端排出。第42页/共85页p特点：离心力,F重力,mg摩擦力,f支承力,Nxy结构简单，造价低廉，功率消耗小。对悬浮液的浓度和固体颗粒大小的波动敏感。生产能力较大，分离因数约为2000，可分离固体颗粒浓度较浓、粒度为0.041mm的悬浮液。在各种结晶产品的分离中广泛应用。为什么会自动卸料？第43页/共85页设备名称设备名称主要结构主要结构工作过程工作过程特点、特点、适用性适用性板框压滤板框压滤机机滤板、滤框、滤板、滤框、夹紧机构、夹紧机构、机架机架装合、过

17、滤、装合、过滤、洗涤、卸渣、洗涤、卸渣、整理整理加压过滤，推动力较大加压过滤，推动力较大结构简单，造价低；结构简单，造价低；过滤面积大，能耗少；过滤面积大，能耗少；因为间歇操作，推动力较因为间歇操作，推动力较大；大；洗涤时间长，生产效率低。洗涤时间长，生产效率低。应用范围广。应用范围广。对原料的适对原料的适应性强应性强转鼓真空转鼓真空过滤机过滤机转筒转筒(滤网、滤网、滤布滤布)、分配、分配头、滤浆槽头、滤浆槽过滤、洗涤、过滤、洗涤、吹干、卸渣吹干、卸渣真空过滤，推动力较小；真空过滤，推动力较小；连续化生产，自动化程度连续化生产，自动化程度高，推动力小，滤饼湿度高，推动力小，滤饼湿度大，设备投资

18、高大，设备投资高适于粒度中适于粒度中等，粘度不等，粘度不太大的物料太大的物料离心过滤离心过滤机机转鼓转鼓(滤网、滤网、滤布滤布)、机架、机架过滤、洗涤、过滤、洗涤、卸渣等卸渣等离心过滤，推动力最大；离心过滤，推动力最大；滤液湿度小。滤液湿度小。应用广泛，应用广泛，适应性强。适应性强。仪设备成本仪设备成本高，过滤面高，过滤面积小。积小。第44页/共85页 利用离心力的作用，使悬浮液中固体颗粒增稠或使粒径不同及密度不同的颗粒进行分级。结构和工作原理：与旋风分离器相似。第45页/共85页第46页/共85页 使用维护方便；物料在机器内停留时间短、生产率高；能在密闭的条件下加工，产品质量高。环境卫生和劳

19、动条件较好；便于连续作业和生产过程的自动控制。其缺点是管子内壁易磨损。第47页/共85页l悬浮液从圆筒上部的切向进口进入器内，旋转向下流动。工作过程：l液流中的颗粒受离心力作用，沉降到器壁，并随液流下降到锥形底的出口，成为较稠的悬浮液而排出，称为底流。l澄清的液体或含有较小较轻颗粒的液体，则形成向上的内旋流，经上部中心管从顶部溢流管排出，称为溢流。第48页/共85页 液体的粘度约为气体的50倍，液体的(p-)比气体的小，悬浮液的进口速度也比含尘气体的小，所以同样大小和密度的颗粒，沉降速度远小于含尘气体在旋风分离器中的沉降速度。 要达到同样的临界粒径要求，则旋液分离器的直径要比旋风分离器小很多。

20、 特点旋液分离器的圆筒直径一般为75300mm。悬浮液进口速度一般为515m/s。压力损失约为50200kPa。分离的颗粒直径约为1040m。主要技术参数第49页/共85页旋风分离器是利用离心力作用净制气体的设备。 其结构简单，制造方便；分离效率高；可用于高温含尘气体的分离；特点：结构：外圆筒；内圆筒；锥形筒。第50页/共85页含尘气体从圆筒上部长方形切线进口进入。入口气速约为1520m/s。含尘气体沿圆筒内壁作旋转流动。颗粒的离心力较大，被甩向外层，气流在内层。气固得以分离。在圆锥部分，旋转半径缩小而切向速度增大，气流与颗粒作下螺旋运动。在圆锥的底部附近，气流转为上升旋转运动，最后由上部出口

21、管排出；固相沿内壁落入灰斗。外圆筒内圆筒锥形筒切向入口关风器(防止空气进入)含尘气体固相净化气体外螺旋内螺旋第51页/共85页第52页/共85页借助于膜而实现各种分离的过程称之为膜分离。 第53页/共85页1748年Abble Nelkt发现水能自然地扩散到装有酒精溶液的猪膀胱内，首次揭示了膜分离现象。 第54页/共85页2、“膜”的定义： 如果在一个流体相内或两个流体相之间有一薄层凝聚相物质把流体分隔开来成为两部分，则这一薄层物质就是膜。这里所谓的凝聚相物质可以是固态的，也可以是液态或气态的。膜本身可以是均匀的一相，也可以是由两相以上的凝聚态物质所构成的复合体。 第55页/共85页第56页/

22、共85页第57页/共85页第58页/共85页1)、反渗透 反渗透是利用反渗透膜选择性地只能透过溶剂(通常是水)的性质，对溶液施加压力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而从溶液中分离出来的过程。反渗透可用于从水溶液中将水分离出来，海水和苦咸水的淡化是其最主要的应用，但目前也在向其它应用领域扩展。 第59页/共85页第60页/共85页第61页/共85页 应用孔径为10到200的超过滤膜来过滤含有大分子或微细粒子的溶液，使大分子或微细粒子从溶液中分离的过程称之为超滤。与反渗透类似，超滤的推动力也是压差，在溶液侧加压，使溶剂透过膜。 超滤膜一般由高分子材料和无机材料制备，膜的结构均为非对称的。超滤

23、用于从水溶液中分离高分子化合物和微细粒子，采用具有适当孔径的超滤膜，可以用超滤进行不同分子量和形状的大分子物质的分离。 第62页/共85页第63页/共85页第64页/共85页第65页/共85页第66页/共85页第67页/共85页第68页/共85页第69页/共85页第70页/共85页第71页/共85页第72页/共85页第73页/共85页高效分离技术分子蒸馏技术膜分离技术超临界流体萃取技术工业色谱技术 高效分离技术的研究和利用主要有两个目的，一是从物料中提取用一般技术难以得到的生物活性物质，而且工艺条件温和使生物活性物质不被破坏；二是节省能源，减少排放物，有利于生态环境。 第74页/共85页2. 分子蒸馏技术 分子蒸馏（Molecular Distillation, MD），是一种利用不同物质分子的平均自由程的差别，在高真空度下进行分离精制的连续蒸馏过程。自由程：一个分子与其他分子相邻两次碰撞 之间所走过的路程。 平均自由程(m)：某时间间隔内的自由程平均值。 定义第75页/共85页原理 由于轻分子只走很短的距离即被冷凝，所以分子蒸馏亦叫短程蒸馏（Short-Path Distillation）