分离机械与设备

第四章分离机械与设备本章主要问题1.过滤操作基本原理2.过滤分离工作过程3.旋液器工作原理定义：食品生产的分离操作是将不同物理、化学等属性的物质，根据其颗粒大小、相、密度、溶解性、沸点等表现出的不同特点而将物质分开的一种操作过程。混合物包括均相和非均相两大类，非均相混合物是由具有分界界面的两相所组成，而均相混合物则没有明显的界面。发酵的产品经常要经过分离或净化才能进入下一程序；淀粉、结晶或杂质等固形物料从原料液中的分离；纯净水的制备；蛋白质的提纯以及提取天然有效成份等。要运用一定的物理或化学方法，采用适当的分离机械与设备来加以操作，并在此过程中消耗一定的物料和能量。不同物性物质的分离方法不同，分离一般采用过滤、蒸馏、重结晶、萃取、离心及吸附等方法。食品生产中的分离主要包括以下几类。（1）固-固分离固-固分离是根据不同固体颗粒的大小和密度等性质来分离，如筛分，又可纳入分级的范畴；（2）固-液分离固-液分离常利用过滤机等机械（3）固-气分离固-气分离常利用旋风分离器等将乳粉颗粒从热风中的分离；（4）液-液分离液-液的分离可利用离心机等机械从分离的原理上，可将食品的分离设备分为两大类。1．利用机械力和分离介质来进行分离的操作，包括：①利用离心力分离的分离设备；②利用离心力和流体力学性质中的惯性力来进行物料分离的旋液分离器；③利用机械力，在物料传递过程中通过过滤介质进行分离、以及用在20世纪60年代后发展起来的膜分离技术。2．超临界流体萃取技术，该技术利用某些溶剂在临界值上所具有的特性来提取混合物中可溶性组分的一门新的分离技术。其他还有一些利用物理、化学或表面性质的方法使分散相与分散介质发生物性变化。第一节离心分离原理及设备分类（一）离心分离的原理在食品的生产中，经常需要将固—固、固—液、液—液、固—液—液的混合物料中的组分加以分离，其中，固—液、液—液、固—液—液混合物料的分离操作，可称之为非均相系分离操作。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。离心过滤：在有孔的鼓内壁面覆以滤布，则流体甩出而颗粒被截留在鼓内的过程。离心沉降：对于鼓壁上无孔，且分离的是悬浮液，则密度较大的颗粒沉于鼓壁，而密度较小的流体集中于中央并不断引出的过程。离心分离：对于鼓壁上无孔且分离的是乳浊液，则两种液体按轻重分层，重者在外，轻者在内，各自从适当位置引出的过程。离心机分离性能的指标用分离因素（Kc）表示。Kc=物料所受的离心力：重力

=离心加速度：重力加速度（二）离心机分类1．按离心机的离心分离因数大小来分类（1）常速离心机α<3000，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3000<α<50000，主要用于分离乳状和细粒悬浮液。（3）超高速离心机α>50000，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。2．按操作原理的不同分类（1）过滤式离心机这是鼓壁上有孔，借离心力实现过滤分离的离心机。（2）沉降式离心机这是一种鼓壁上无孔，借离心力实现沉降分离的离心机。（3）分离式离心机这是一种鼓壁上无孔，具有极大的转速，一般在4000r/min以上，分离因数在3000以上的离心机。3．按操作方式的不同分类（1）间歇式离心机是指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。可根据需要延长或缩短过滤时间，主要用以固—液悬浮混合液的分离。（2）连续式离心机整个设备的操作均在连续化状态下，用于固—液悬浮液和液—液乳浊液的分离。4．按卸料方式分类（1）人工卸料离心机（2）重力卸料离心机（3）刮刀卸料离心机（4）活塞推料离心机（5）螺旋卸料离心机（6）离心卸料离心机（7）振动卸料离心机（8）进动卸料离心机5．按转鼓主轴位置分类（1）卧式离心机（2）立式离心机离心机的应用砂糖糖蜜分离奶制品工业牛奶分离制盐工业的晶盐脱卤淀粉工业中淀粉与蛋白质的分离第二节卧式螺旋离心机一、卧式螺旋离心机的基本结构和工作原理1．卧式螺旋离心机的基本结构由三个部分组成：转筒部分、螺旋推料器和驱动装置。第二节卧式螺旋离心机2．卧式螺旋离心机的工作原理工作原理如图所示。整个设备由固定部分和运转部分两大部分组成。二、卧刊式螺旋龟离心机辅的使用主要有脱渗水用卧式步螺旋离心锡机和澄清膀用卧式螺滋旋离心机虏，前者较绝后者转速浴低，螺径且大，螺距死大。1．螺旋离丽心机的主吗要应用应用化辞工、轻挨工、食夏品和环迫保行业脉，适用臭对悬浮鸦液的液体体澄清罢、固体领脱水及字粒度分果级和废淘水处理塑等，并捐进行有钻效的沉肚渣输送隙。具有叮可连续颈分离操播作，对澡物料的招适应性逃强。在饲选用时六考虑的魄几个方屯面。（1）对于易度分离物料粉的固相脱桨水，可以枪得到含液影量较低的州固体。（2）对于细详粒级难分冬离的悬浮六液,采用高分挪离因数，脂大长径比舒的螺旋离逢心机来完矮成。（3）对于热固相浓器度大的西液—液—固三相悬起浮液可采敞用特殊结肆构的螺旋仗离心机来缩慧完成。（4）对固拔相颗粒而粒度分仁级，适凡当的分停离因数坟和合理骄的结构痛来实现绣。三、碟式援离心机分尖离设备结洪构与应用以叠加在腐一起的锥苗形碟片在颂高速旋转寨过程中对驻物料进行布分离的设沃备，主要婚用于液—液乳浊液分离和固—液悬浮昨液的分离，也应用于乳甲品加工、皮淀粉提取压等生产领巩域。（一）慌碟式离欣心机的珍工作原铺理与结血构1．工作原蚕理分离机灿高速旋惭转形成上一个强住大的离翁心力场额，料液升在强大段的离心橡力场的面作用下熄，由于雁物料的易密度差栽的存在匹，重组龟分受到徒了较大形的离心肥力沿着路锥形碟太片下表睛面滑移绸出沉降浊区，进度入混流螺过渡区察并汇聚太喷嘴排纵出机外责；而轻帮组分因帝受到的怜离心力齐较小，闻汇聚向泡心泵室适后排出泥机外，娇完成整遥个过程仅。2．碟式销离心机获的主要肾结构转鼓、西机壳、茶传动系护统、控娃制系统近和机座圾组成。转鼓是碟朴式机的主快要部件，尤由转鼓体虎、分配器触、碟片、区转鼓盖、释锁环等组袖成。碟片笨呈倒锥形势，锥顶角600～1000，间距慈在0.3～10m尊m。蝶式离心绝机外形图2．碟式草离心机嚷的主要泛结构碟式离心算机的驱动李结构使离暗心机转子狐高速旋转卫，是离心秤机设计中牧的核心技梨术之一，叉应保证离迫心机可靠淡地运行，滚具有较高绸的分离效川率、高质否量的分离独效果。离心机佳的驱动坑结构应冠具有如抵下的基桑本要求写：①工忽作转速挡范围内婚振动小欺，运行庭稳定可蜂靠；②圾转速精汽度高；恩③升降顾速快；枪④噪音收低；⑤崭体积小系，结构川简单。碟式离心齿机的驱动融结构从人名力驱动开火始，经历恩了油透平壮驱动、空测气透平驱薪动，发展负到至今采备用了高速塌电机——增速机构把和电机直浮接驱动的高过程。3．碟式悟离心机掀的操作碟式离喊心机是秤高速旋壮转的分克离机，熊回转离郊心力极撤大，操盗作中，均要注意府安全。开机前，教分离机必筝须按规定著进行细致遍的清洗和他正确的装祝配，以达搞到动平衡专状态，并霞且在每次尾开机前认肿真检查转侮鼓的转动奖是否灵活傻，各机件触是否锁紧转，刹车是勿否处在松腰开状态，向察看机座最的油箱油绞面是否处镇于玻璃刻坛度位上，嚼要防止虚哗油面的产绍生。若停机12h以上，皮开机前亿应将排副油螺栓熄旋松几殿圈，排钓出可能贝沉降的融水分。第三节旋热液离心分蚀离机械与罚设备旋液离心坟分离器又礼称旋液分宅离管、水颜力旋流器飞。广泛应邀用于食品颈、医药、顾化工行业印等领域，抹如在淀粉林的分离和让提纯工艺箱中被普遍额使用。它伯不仅可用遇于悬浮液稍的分离、翁增浓，而版且可用于涛产品的分羊级，此外喜，还可用跃于不互溶安液体的分旁离、气液眠分离以及乔传热、传养质和雾化耳的操作中包。1．旋液离输心分离机歪械与设备业的原理和祸结构其结构浪如图所睛示，也添是一种津离心沉觉降式分蓄离器，铜其结构江紧凑，珠操作维痕修方便针，可实蜂现连续僚操作，侧造价低配廉，使竿用寿命碌长。原理：在互不相堂溶且具有全密度差的尘液体混合啄物以一定雁的方式及纪速度从入始口进入旋男液分离器粱后，在离烂心力场的雪作用下，匙密度大的袖相被甩向际四周，并碗顺着壁面群向下运动骗，作为底殊流排出；鞋密度小的绕相向中间糕迁移，并纵向上运动例，最后作牧为溢流排缝出，达到液-液分离的壮目的。按照分离介质不同可分肺为：固—液分离（除胜砂器）、固体筛选、液—液分离（河油水分禽离）、气—液分离、气—固分离（敞旋风除证尘器）耍、气—液—固三相分愉离按结构形式一般可铅分为：腹静态旋厘液分离宏器和动扰态旋液摩分离器容两种。2．旋液跃离心分凤离机械庭与设备颠的特点涝与应用结构特点咬是直径小炸而圆锥部舱分长，所吗以又被称客之为旋液踩分离管。在操作慨中带压熊浆料在押进入旋结液分离拖器后，哑会产生伏较大的痛压降，支旋液分应离器的糠压力应漏略高于拒整个系沸统的压赤损（不冒大于0.3M歼Pa）。不同厅的加工环受节对压力廊的要求不宪一同，对喝用于除泥等砂、粗分锤环节的旋哄液分离器扛，0.6M芒Pa左右，隙用于淀拐粉洗涤昨或者回过收蛋白暂质的旋辣液分离宰器，其租工作压咏力还要昼高一些疫。第四节绿膜分离设忆备膜分离杀是近20年来在破迅速崛野起的高骑新技术捕，利用红天然或遭人工合议成的高芦分子半牵透膜分海离的方购法，利盗用膜两钥侧的压映力差或耻电位差进为动力谨，使流吨体中的仍某些分匙子或离消子透过闯半透膜多或被半兰透膜截俊留下来独，以获筝得或去屠除流体笔中某些岗成分的逢一种分区离技术吸。如果通过蔽半透膜的构不只是溶下剂，而是扎有条件选拘择性地让屋某些溶质子组分通过辟，因而溶第液中不同党溶质组分恒得到分离堪，该过程臣称为膜分离。膜分离泊技术的父核心是柳膜，膜承的选择徐性是分你离的关图键，膜哈分离技棉术所包倦含的方犯法有多厦种，较兆常使用帆的有：（1）超滤（ultr蔬afil冶trat邮ion），简益称UF法；（2）反渗获透（reve灰rse-盆osmo笛sis），简称RO法；（3）电渗析西（ele副ctr璃odi贤aly棒sis），简荡称ED法；（4）微孔心过滤（mic止rof政ilt妻rat气ion），简引称MF法。一、膜泊分离设民备的原预理和特滋点1．膜分纤离的原朝理反渗透感和超滤腿是以压婶力差为煮推动力冬的膜分疮离技术滨。水溶躲液与具术有微孔擦的薄膜伍互相接焰触，由名于膜的顽化学性驰质使它澡对水溶愉液中的赵溶质具妄有排斥塔作用，播结果，或靠近膜罢表面的先浓度梯黑度急剧早下降，昂在溶液-膜的界面话上形成一即层被吸附野的纯水层躺。反渗透驶就是在压阳力存在下妄使水不断勒通过膜上籍的毛细孔诸渗出，溶欠质则被膜术截留。“筛分”理论是把膜仿表面看理成具有钓无数微慕孔，利川用这些岩不同孔利径的孔魔眼像筛哀子一样肿截留住友分子直礼径相应偏大于它蝴们的溶填质和颗塌粒，从识而达到徒了分离街的目的卖。通常对金超滤机改理的阐境述有下扫述两种头模型：（1）毛细骄流动模鼻型溶质麦的脱除塔靠流过元过滤或谁筛滤作踢用，半感透膜阻器止了大美分子的芳通过，灰按这一重模型建肚立的流识动是毛挺细孔中息的层流仿流动；（2）溶解洞扩散模茅型假定炒扩散质届的分子角，先溶庸解于膜英的结构望材料中抬，后经勤载体的闷扩散而共传递。糟因为分钻子不同腰，溶解近度和扩澡散度也卡就不同慎。2．膜分离吴的应用范钱围根据膜言分离技凭术过程然推动力寒的不同惊，大体园上可分摩为两类茧：以压切力为推烫动力的粘超滤和无反渗透启，以电停力为推择动力的似电渗析疾，电渗既析使用岗的是被筑称为离断子交换竟膜的特豪殊半透危膜。膜分离技弦术目前已爸经被广泛半地应用于貌海水、苦妄咸水淡化盏，超纯水熟制备，废写水处理过件程以及食拐品工业中伟的牛奶、己乳清蛋白直、茶叶的宅浓缩和其漏他食品的曲精制、提场纯与浓缩沃。此外，牙在染料工愤业、化学腾工程和生蛾物工程、总航天技术改上亦被得摇到广泛的级应用。比揭如反渗透乎和超滤在悔医疗行业享方面用于脱血过滤、甜人工血液孤的制造、尤人参蜂王趟浆处理、咸中草药制寒剂的精制碍、病菌、男酶、病毒房诚、核酸、锦蛋白质等得生理活性原物质的浓爬缩、分离伞、精制以攀及激素的去精制等。3．膜性促能膜是反渗墙透和超滤芒的主要材欢料，也是额电渗析的臣主要材料役，是膜分围离技术的钩中心，膜顾分离技术处的提高，债关键取决番于膜性能菠的改进。（1）膜分离详技术对膜击性能的要舌求膜性能厚主要是指穷膜的物理该和化学性庆能以及膜匆的分离透洗过性。（2）膜材料您膜的材料托及其材质痛在很大程鬼度上决定容了膜的功剧能。膜材蚕料的发展见经历了3个阶段。第1阶段是醋梅酸纤维素秩膜，也称CA膜，价数格便宜简，性能鱼也好，PH值3.5～9.5，且使用誓的温度较酷低，抗污供染性差，揪在强酸和则弱碱作用娘下会水解爹；第2代膜材料泼是高性能写的合成材锐料，如聚向砜、聚丙僻烯腈以及缺改性纤维傲等，可经豪受强酸强博碱，在高谢压下抵抗犯破坏能力胁强，耐氧急化、耐腐陈蚀、抗污金染性好，奸是目前应粮用最为广滩泛的膜材侍料；第3代膜材料棍以无机膜头为代表，挥如多孔性麦陶瓷、多垦孔性玻璃贴以及多孔呀性金属等念，耐温达400℃。4．膜分混离设备化的原理（1）超滤菠设备的闯工作原报理在超滤中恒，如果考颗粒小到允亚微细粒歼的程度，霞半透膜孔史的大小也叔要趋近于突能阻止溶较液中大分笛子的通过愧，这种利坐用半透膜啊的微孔过捎滤以截留正溶液中大君溶质分子陵的操作称帆为超滤，而这稳样的半县透膜则羞被称之萝为超滤膜，超滤的泉驱动力是卫压差，我通常高达1.0M息Pa，在溶液帽侧加压，昼使溶剂和辅小分子透拨过膜而得贵到分离。（2）反渗埋透的工较作原理（a）图所凭示为在恋半透膜脾两侧的日溶剂和滚由溶质香与溶剂啦组成的授溶液。庄在没有烈外力的湾作用下杆，左侧膨溶剂分让子会自凳动穿过厘半透膜竹流向右纤侧溶液网。因溶说剂的流阴动，在逆高浓度泰溶液区烛域形成孔一个渗拣透压头捆，达到购渗透的与平衡。纷如果在猾溶液的印一侧（颂膜的右抛侧）加芬上一个剥大于渗目透压的催压力，副则高浓滋度溶液绘区域的考溶剂（红水）会思穿过半驴透膜流扯向低浓陵度溶液屯（或溶达剂）的应一侧，辅这种现丹象称之守为反渗钥透。反渗透昆的动力电也是压咐力。（3）电渗析零的工作原距理如图所根示，进买入第1、3、5、7室的水中压离子，在则直流电场股作用下作掩定向移动甩，阳离子期向阴极移宗动，透过显阳膜进入暑极水室以榆及2、4、6室，阴顺离子则捧向阳极掌移动，搭透过阴叛膜进入2、4、6、8室。二、膜痕分离设栋备的结章构与应霉用（一）超骂滤与反渗钻透设备的硬结构与应址用利用超渐滤进行脏食品的夜浓缩和涂提纯可畜充分保此留食品拾原有风辆味和香清味成分翼，因为妇没有物绵料相态糖的变化校，对料维液的物很化结构饰没有破暗坏。（1）纯水和素超纯水的谦制备工业拳用水的初纷级纯化，和污水和苦柴咸、海水困淡化的处伴理。（2