过滤离心分离设备.课件

1、第七章 过滤、离心分离设备第1页，共57页。计 划授课时间2学时单元目标与要求 掌握过滤的基本理论各几种形式的过滤设备的结构原理及操作方法授课内容 过滤速度的强化，过滤设备，离心分离设备，膜分离设备。重点和难点 过滤速度的强化方法，板框过滤机、碟片式离心过滤机的特点、原理、结构与计算。第2页，共57页。一、几个基本概念过滤介质：一种能让液体通过，将固体粒子截留的介质。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液：滤过的液体第3页，共57页。恒压过滤：将过滤操作的推动力维持在某一不变的压力下进行。恒速过滤：操作中以恒定的流量向过滤机供料以维持过滤速率不变。第4页，共57页。二、生物物

2、料过滤特点饼有高度可压缩性，过滤困难 胶体粒子能吸水，形成不流动的液体层，过滤阻力增大。第5页，共57页。 三、过滤介质第6页，共57页。（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 纤维 10um 硅藻土 1um 超滤膜 0.5um 2、过滤介质的渗透性 渗透性越大，阻力越小 3、其他 耐酸碱性、耐热性第7页，共57页。(二 )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最广的过滤介质。影响因素：纤维特性，耐热性，耐磨性，耐酸性等等。第8页，共57页。(三) 松散粉粒过滤介质构成沙滤床的硅藻土用法：1.作为深层过滤介质过滤悬浮液。2.在挠性或刚性支持性介

3、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微小的颗粒所堵塞。3.使形成的滤饼具有多孔隙，并降低滤饼的可 压缩性，提高过滤速度和延长过滤操作的周期。第9页，共57页。 四、过滤速率的强化 过滤速率 u粘度,r0滤饼比阻力, l 滤饼层厚度, R滤布阻力 第10页，共57页。滤饼比阻力的异常性与过滤速度的强化1降低滤饼比阻力A毛细孔弯曲因子, n单位面滤饼层上毛细孔数, d毛细孔直径增大毛细孔直径d ，滤饼阻力r0下降。 采用方法： 添加电解质、絮凝剂、凝固剂：d增大 加助滤剂：小粒子附于其上成大粒子，d增大 加热：胶体粒子变性凝固，d增大 调PH：蛋白质等电点，溶解度变小或

4、凝固，d增大第11页，共57页。 2降低滤液粘度 升温 使粘度下降 加酶 热敏性物料用加酶法3降低悬浮液中悬浮固体的浓度x0 工艺方面 主要从培养基方面考虑 设备方面 用连续能除渣的设备4热处理 热处理能使蛋白质等胶体粒子变性凝固， d增大,使过滤速度大为提高。第12页，共57页。5. 提高过滤压力差P P增加， 增大允许压差操作0.3Mpa开始压力小，逐步提高压力。 问题 关于提高过滤压力差P是否是强化过滤的好途径? 第13页，共57页。第二节 过滤设备 设备分类： 常压、加压、真空等过滤设备第14页，共57页。1、麦汁平底筛过滤槽 结构上半部与糊化锅相似，平底。滤液排出管过滤筛板耕槽机喷淋

5、水装置第15页，共57页。主要部件过滤筛板：由若干块排列组成离底8-12cm，水平，开长条形孔，开孔率6%。耕槽机：装于中央垂直转轴上，有耕刀。耕槽机作用：进料时搅拌后期疏松麦糟层排糟第16页，共57页。要求：麦槽层厚度为0.3-0.4m过滤面积：100kg干麦芽需过滤面积0.5m2左右。特点：不用加过滤介质，运转费用低，滤液澄清度好，但生产效率低操作过程：第17页，共57页。2、快速过滤槽结构 圆柱形或长方形锥底结构, 槽身下部装有5-7层过滤管。特点 过滤面积和压差增大了, 过滤速度快。第18页，共57页。3、板框式压滤第19页，共57页。结构滤框：正方形滤板：支撑滤布并提供滤液流出的通道

6、通常使用压力： 3-5*105Pa。第20页，共57页。第21页，共57页。3、板框式压滤机工作原理设备动画3分离过滤3-4板框过滤机.swf设备动画3分离过滤板框压滤机.swf第22页，共57页。4、垂直式叶片硅藻土过滤机结构不锈钢圆柱体外壳，顶部为快开式顶盖，底部有一根水平滤液总管滤叶：骨架为方形框，框中间平面上夹持一层粗的大孔格金属丝网，两侧有细密的金属丝网（400-500目）或滤布，每只滤叶下有接管接于滤液总管上。设备动画3分离过滤3-10加压叶滤机.swf第23页，共57页。第24页，共57页。 操作过程 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，以制备硅藻土预涂层。

7、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。然后将待过滤啤酒过滤。第25页，共57页。5、真空过滤机设备主体特点：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。为恒压恒速过滤过程。操作过程设备改进 设备动画3分离过滤3-11转筒真空过滤机.swf第26页，共57页。改进后的RCP设备操作过程 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面用刷子及高压喷嘴洗涤再生，重新进入过滤区

8、，特点：比GP机速度高50-100%第27页，共57页。第三节、离心分离设备离心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，通称为离心分离。分为离心沉降和离心过滤。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，或将两种轻重不同、互不溶解的液体分离的设备。第28页，共57页。一.分类按作用原理分类 过滤式:（分离机）：转鼓壁上有孔并装滤布（三足式） 沉降式:（澄清机）：转鼓壁上无孔无滤布，碟片式、管式 按离心分离因素分类 常速离心机，分离因素f小于3000 中速离心机，分离因素f 3000-50000 高速离心机，分离因素f大于50000 超高速离心机

9、，分离因素f大于20万； 第29页，共57页。二.离心力与转鼓直径和转速的关系重量为M（kg）的物体旋转时，当其圆周速度为 （ m/s ），旋转半径为R（ m ），则产生的离心力为 式中 g 重力加速度，m/s；n转数，r/min； D旋转直径，m。如果以旋转角速度（弧度/秒）表示，并取旋转加速度 与重力加速度之比称为“离心分离因数”，以 表示。则 M增加，F增加； R增加，F增加； n增加，F增加显著第30页，共57页。 三.离心澄清机和离心分离机1.定义离心澄清机定义：藉离心沉降速度的不同将悬浮液中的液、固相分开的离心机称作离心澄清机。离心分离机定义：藉离心沉降速度的不同将轻重不同或互不溶

10、解的两种液体分开的离心机称作离心分离机。第31页，共57页。三足式离心澄清机设备动画3分离过滤三足式离心机.swf第32页，共57页。碟片式离心机第33页，共57页。1.结构 转鼓：悬在转鼓轴的顶端。转鼓芯：在转鼓内部，由50-80只形状与尺寸相同的碟片按一定间距叠装而成。离心澄清机的结构 第34页，共57页。2.原理离心分离机机的转鼓内有数十只(50-80)形状和尺寸相同的碟片,碟片按一定间距(0.5-1.2mm)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

11、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，两种不同重度液体就在碟片间的隙道流动的过程中被分开。 第35页，共57页。2、工作原理：当悬浮液在动压头的作用下，经中心管流入高速旋转的碟片之间的间隙时，便产生了惯性离心力，其中密度较大的固体颗粒在离心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，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。 第36页，共57页。 机

12、型 基本型： 人工排渣 自动间歇排渣型：定期排渣 连续排渣型：连续排渣第37页，共57页。自动排出沉渣的离心澄清机第38页，共57页。分批自动排出沉渣的离心澄清机第39页，共57页。举例 谷氨酸发酵液菌体分离 发酵液分离菌体等电点提取谷氨酸Na2CO3中和谷氨酸钠味精液进料:发酵液含菌5%,含酸a发酵液酸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%洗涤水4000L/h4000L/h，酸6%7000L/h操作过程发酵液经过滤器过滤后，进入一级离心机分离出清液送去提

13、取谷氨酸，重液从下面排出经泵抽出送二级离心机；在二级离心机再次离心，清液送至过滤前的工序再处理，重液出来后泵至三级离心机；从三级离心机出来的是浓的液体，清液送二级过滤机处理。过滤器一级一级三级二级第40页，共57页。三级流程进料:发酵液含菌5%,含酸a一级离心:含菌25%,含酸82%a 二级离心:含菌50%,含酸35.3%a 三级离心:含菌50%,含酸6.7% a 第41页，共57页。第四节 膜分离 一.定义 对溶液中粒径很小的粒子进行过滤分离的操作第42页，共57页。浓差极化现象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，大分子溶质则被膜阻留。被阻留分子从膜

14、面返回液体主流的速度，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聚集的速度，就逐渐在膜面上，行成一高浓度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 第43页，共57页。膜分离的特点膜分离过程不发生相变化，能耗低。膜分离过程在常温下进行。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离。第44页，共57页。 二.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过程 孔径 推动力 机制微滤 0.02-10um 压力差 筛分超滤 0.001-0.02 um 压力差 筛分反渗透 无孔 压力差 溶液-扩散气体透过 无孔 压力差 溶液-扩散透析 1-3nm 浓度差 筛分+扩散电渗析 相对分子质量 电位差 离子迁移 小于200 渗透蒸发 无孔 分压差 溶液-扩散第45页，共57页。 按膜分离推动力的不同分类以静压力差为推动力的过程；以蒸气分压差为推动力的过程；以浓度差为推动力的过程；以电位差为推动力的过程.第46页，共57页。设备动画3分离过滤膜分离过程示意图.swf第47页，共57页。三.膜分离过程 离。 第48页，共57页。四.膜分离设备板式膜过滤器管式膜过滤器中空纤维式膜分离器螺旋卷式膜分离器第49页，共57页。第50页，共57页。第51页