过滤与离心分离设备

关于过滤与离心分离设备第一节概述一、目的固相与液相分离在生物技术产业中，微生物发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液等都是多组分混合物，而且是由固相与液相组成的悬浮液的固液分离是生物产品提取过程中首先遇到的问题

第2页,共54页，2024年2月25日，星期天二、方法沉降重力沉降离心沉降常压过滤减压（真空）过滤加压过滤离心过滤过滤悬浮液滤饼过滤介质滤液第3页,共54页，2024年2月25日，星期天选择固体颗粒的大小、含量，可压缩性液体的粘度，与固体粒子的密度差操作规模，设备和使用费用料液对设备的腐蚀性，尽量不要带入新的杂质第4页,共54页，2024年2月25日，星期天三、过滤介质要求过滤性能（截留能力、渗透性）经济、耐用、性质稳定种类编织物：滤布、滤网多孔固体：多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料颗粒状：硅藻土、珍珠岩石、细砂、活性碳膜：反渗透膜、超滤膜、微过滤膜等第5页,共54页，2024年2月25日，星期天四、强化过滤速率的措施提高推动力:

在一定过滤压力差范围内，增大压力差有利于过滤，但当压力差大到一定程度后，继续增大将使过滤速度降低改变悬浮液的物理性质:

降低滤液粘度、减少滤饼阻力、减少固形物含量加热凝聚和絮凝加入盐类调节pH加入助滤剂（用法、用量）第6页,共54页，2024年2月25日，星期天第二节过滤分离设备推动力较小，工业生产中很少使用在啤酒生产过程中的麦芽糖化醪液过滤仍多用常压平底筛板过滤机一、常压过滤机

第7页,共54页，2024年2月25日，星期天二、加压过滤机

1、板框过滤机应用较广的过滤设备，在发酵工业中用于霉菌、放线菌和细菌等多种发酵液的固液分离第8页,共54页，2024年2月25日，星期天组成部件：滤布、滤板、滤框、机架和压紧装置滤板和滤框间隔排列，板、框之间覆以滤布后压紧第9页,共54页，2024年2月25日，星期天滤板：支撑滤布，提供滤液流出的通道正方形，角端开有小孔，两面制成沟槽，与滤液出口和洗水孔道连通滤框：提供滤浆进入的空间，容纳滤饼第10页,共54页，2024年2月25日，星期天过滤、洗涤、卸渣、清洗滤布操作过程：过滤阶段洗涤阶段第11页,共54页，2024年2月25日，星期天特点：式中：VF—发酵液体积，m3E—湿滤渣体积与发酵液体积之比VP—单台板框过滤机的滤箱容积，m3K—滤箱的充满系数结构简单，造价低，过滤面积大，过滤推动力大，动力消耗小设备笨重，间歇操作，需人工卸除滤饼和换洗滤布，劳动强度大，明流滤液卫生条件差台数：第12页,共54页，2024年2月25日，星期天类型：BMS、BAS、BMY、BAY滤液引出方式：明流M、暗流A压紧方式：手动S、液压YBMS

40/635-25板框压滤机明流手动压紧过滤面积滤框规格框厚度第13页,共54页，2024年2月25日，星期天结构滤布:首尾封闭为一体过滤：过滤、洗饼操作与普通板框过滤机相同IFP自动板框压滤机工作原理图(2)降框、卸饼及洗刷滤布卸除滤饼：机械拉开框、降框、卸饼滤布洗涤：传动装置带动环形滤布旋转、洗涤第14页,共54页，2024年2月25日，星期天特点板框的拆装、滤饼的脱落卸出和滤布的清洗等操作都自动进行，降低了劳动强度缩短了辅助操作时间，10分钟即可结构复杂，价格昂贵第15页,共54页，2024年2月25日，星期天全部由滤板并列组合而成凹面形圆盘滤板，合并后形成凹腔，装滤饼板的两侧放置过滤介质3、凹腔板式压滤机第16页,共54页，2024年2月25日，星期天4、叶片式硅藻土过滤机①垂直叶片式硅藻土过滤机构造：顶部为快开式顶盖，底部有一条水平的滤液汇集总管，两者之间垂直排列了许多扁平的滤叶每张滤叶的下部有一根滤液导出管，将其内腔与滤液汇集总管连接第17页,共54页，2024年2月25日，星期天滤叶的骨架是管子弯制成的长方形框中央平面上夹着一层大孔格粗金属丝网，在其两面紧覆以细金属丝网第18页,共54页，2024年2月25日，星期天工作过程：（啤酒过滤）过滤时顶盖紧闭，将啤酒与硅藻土的混合液泵送入过滤器，以制备硅藻土预涂层混合液中的硅藻土颗粒被截留在滤叶表面的细金属网上面，啤酒则穿过金属网，流进滤叶内腔，然后在汇集总管流出浊液返流，直到流出的啤酒澄清，表明预涂层制备完毕，接着可以过滤啤酒过滤结束后，压出器内啤酒，然后反向压入清水，使滤饼脱落，自底部卸出第19页,共54页，2024年2月25日，星期天②水平叶片式硅藻土过滤机构造：在垂直空心轴上装有许多水平排列的滤叶滤叶的上侧是一层细金属丝网，中央夹着一层大孔格粗金属丝网，滤叶下侧则是金属薄板第20页,共54页，2024年2月25日，星期天滤叶内腔与空心轴内腔相通，滤液从滤叶内腔汇集空心轴，然后从底部排出工作过程：与垂直叶片式过滤机相同在过滤结束后，开动空心转轴，在惯性离心力作用下，更容易卸除滤饼第21页,共54页，2024年2月25日，星期天三、真空过滤机1、小型过滤实验装置第22页,共54页，2024年2月25日，星期天2、转筒真空过滤机流程：第23页,共54页，2024年2月25日，星期天构造：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，筋板分隔成若干个空间，分配头内沿径向隔离成3个室第24页,共54页，2024年2月25日，星期天工作过程：当圆筒缓慢旋转时，筒内每一空间相继与分配头中的1，2，3室相通顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸饼等项操作整个圆筒分为过滤区、洗涤及脱水区、卸渣及再生区3个区域第25页,共54页，2024年2月25日，星期天过滤区：空间与真空管连通（吸滤）洗涤及脱水区：空间也与真空管连通，吸入洗涤水，吸干滤饼卸渣及再生区：与压缩空气管路连通，压缩空气由筒内向外，穿过滤布而将滤饼吹松，随后由刮刀刮除吹净残渣，滤布再生第26页,共54页，2024年2月25日，星期天

特点：连续过滤，生产能力大自动化程度高，劳动强度小过滤推动力小，滤饼湿度大，投资大适合于固体含量较大（＞10%）的悬浮液的分离用于霉菌、放线菌的发酵液过滤第27页,共54页，2024年2月25日，星期天3、滤布循环行进式（RCF）转鼓真空过滤机行进的滤布载着吹松的滤饼通过滤饼剥离滚筒，因行进方向的转折，使滤饼脱离滤布在普通转鼓式真空过滤机的转鼓表面安装了一条由转鼓驱动的首尾闭合的滤布带

滤布在行进过程中从正反两方面受到洗刷而再生第28页,共54页，2024年2月25日，星期天四、过滤机选用的基本原则1．根据物料的过滤性能，初步确定选择哪种推动力的设备对所需过滤的物料进行过滤性能测试，包括含固率、密度、固体颗粒的平均粒径和粒度分布、颗粒的沉降速度、滤饼的平均比阻力系数和滤饼的含湿率、滤饼的可压缩性系数滤饼平均比阻力系数小的选用真空过滤设备滤饼平均比阻力系数大的使用加压过滤设备第29页,共54页，2024年2月25日，星期天2．根据处理物料的化学性质，检查所选择的过滤机类型是否正确对于易挥发、易燃物料一般不使用真空过滤设备有毒或有放射性的物料，应当选择可以进行密闭操作的过滤设备3．根据工艺过程的特点和生产规模对选择的过滤设备进行筛选生产规模大，应选择连续式、劳动强度小的设备对生产规模小的或本身是间歇操作的，选用间歇操作的过滤机可以节省设备费用和操作费用第30页,共54页，2024年2月25日，星期天4．根据对滤饼的纯度或母液回收率等要求来确定过滤机类型为提高滤饼洗涤效率，一般可以使用过滤面是水平的设备5．根据对滤饼含湿率的要求，决定是否选用带有机械挤压过程的设备如果滤饼具有较高的可压缩性，又要求生产较低含湿率的滤饼时，可以使用带有机械挤压过程的过滤设备第31页,共54页，2024年2月25日，星期天6．根据所选择的设备，物料的基本特性数据进行设备生产能力和最佳操作条件的计算，以确定设备的大小，投资费用，操作费用若有几种设备可供选择，应根据物料的过滤特性和模型实验结果，进行技术综合评价，确定一种工艺上合理、投资和操作费用最经济的设备第32页,共54页，2024年2月25日，星期天第三节离心分离设备一、离心分离原理与分离因数原理：利用高速旋转产生的强大离心力作为推动力，实现分离作用：离心分离可以实现液－固离心沉降、离心过滤和液－液离心分离

第33页,共54页，2024年2月25日，星期天分离因数：旋转产生的离心力与重力之比物料在离心机中所受离心力：式中：D—转鼓直径，mn—转鼓转速，r/min离心分离因数：第34页,共54页，2024年2月25日，星期天f大小反映离心机的分离能力，它表示在离心力场中，微粒可以获得比在重力场中大f倍的作用力f值越大，离心力越大，愈有利于分离。增加转鼓的直径及转速均可以增大分离因数转鼓材料因自重和内含物（料液）的离心力而产生的应力σ与D2及n2成正比增加转鼓直径D虽然增大了f值，但其应力σ也随着D的增加而快速增加由于受到转鼓材料强度的限制，要提高分离因数，只有增加转鼓转速，同时还要降低转鼓直径

第35页,共54页，2024年2月25日，星期天二、特点与加压过滤比较，离心分离效率高，操作时卫生条件好适用于大规模的分离过程设备投资费用高，能耗较多

第36页,共54页，2024年2月25日，星期天三、类型1、按分离因数f分类普通离心机：f<3000，一般为600～1200可用于分离0.01～1.0mm固体颗粒高速离心机：f=3000～50000可用于乳浊液的分离超高速离心机：f>50000，适用于分散度较高的乳浊液的分离第37页,共54页，2024年2月25日，星期天2、按工作性质分类过滤式离心机：利用离心力推动过滤（有孔转鼓）沉降式离心机：利用固液两相的密度差，固体离心沉降而分离（无孔转鼓）分离式离心机：利用不同液体的密度差异，离心分离互不相溶的液体

3、按操作方式分类间歇式：过滤式、圆柱形转鼓的沉降式离心机连续式：分离式、圆锥形转鼓的沉降式离心机第38页,共54页，2024年2月25日，星期天1、管式离心机四、常用的离心机类型：GF型用于乳浊液进行的液-液分离GQ型用于悬浮液进行液-固分离结构：由转鼓、分离盘、机壳、机架、传动装置等组成转筒直径为45～150mm，转速15000～50000r/min第39页,共54页，2024年2月25日，星期天操作过程：待处理的料液由进料管经底部中心轴进入鼓底，靠圆形挡板分散到四周，受到高速离心力作用而旋转向上轻液位于转筒的中央，呈螺旋形运转，向上移动重液相靠近筒壁，至分离盘时，轻、重液相则沿相应孔道进入集液槽后排出固体在离心力场的作用下沉积于鼓壁上，达到一定数量后，停机人工除渣第40页,共54页，2024年2月25日，星期天特点：设备简单，操作稳定分离纯度高，可用于液-液分离和微粒较小的悬浮液分离常用于微生物菌体和蛋白质的分离生产能力较低第41页,共54页，2024年2月25日，星期天2、碟片式离心机构造：密闭转鼓内设有数十个至上百个锥角为60°～120°的锥形碟片特点：具有许多重叠的碟片，缩短了颗粒的沉降距离，提高了分离效率第42页,共54页，2024年2月25日，星期天密度小的清液沿碟片的上表面的碟片向轴心方向移动，在轻液出口处排出工作过程：发酵醪由转鼓中心进入高速旋转的转鼓内，因固-液密度不同，在碟片空隙内受到离心力的作用下，将发酵醪分成固液两相密度大的浓缩物或菌体，则沿着上一碟片的底表面下滑到碟片外边缘，经转鼓壁上的喷嘴喷出第43页,共54页，2024年2月25日，星期天3、螺旋卸料离心机结构：沉降式螺旋卸料离心机的转动部分是由转鼓和螺旋两个部件组成的。料液由中心管加入，进料位置约在螺旋的中部，其前面部分为沉降区，后面部分为甩干区工作过程：在离心力作用下，固形物被沉降在转鼓壁上，液体由右侧溢流孔排出，固体则由螺旋从大端推向小端，同时被甩干，从排渣口排出第44页,共54页，2024年2月25日，星期天4、三足式离心机

结构：转鼓由主轴连接传动装置，它们通过滚动轴承装于轴承座上，轴承座与外壳均固定在底盘上，并用三根摆杆悬挂于三根支足的球面座上转鼓滤饼滤布滤网工作原理图第45页,共54页，2024年2月25日，星期天三足式离心机的悬挂点比机体重心高，保证了机器的稳定性，压缩弹簧可以减轻垂直方向的振动主轴较短，结构紧凑，机身高度小，便于从上方加料和卸料，转鼓内壁放置滤布电动机装在底盘上，当机身摆动时，电动机也随之摇动三个支足安装在同一底板上以便于整体安装在传动皮带轮上还装有离心式离合器和刹车装置第46页,共54页，2024年2月25日，星期天用途：可用于分离中等粒度（0.1～１）和较细粒度（0.01～0.1）的悬浮液，以及分离结晶状物料可获得含水量较低的滤饼，适用于过滤周期长，处理量不大的场合滤饼可以很好地洗涤，人工卸料的离心机其滤渣颗粒不会被破坏特点：工作平稳，没有陡震，占地面积比过滤设备小，操作筒单，适应性强，在工业上广泛应用第47页,共54页，2024年2月25日，星期天5、卧式刮刀卸料离心机

转鼓是水平安装的，转鼓的一侧与传动轴连接另一侧为中空，装有卸料斗、刮刀、耙齿等第48页,共54页，2024年2月25日，星期天6、卧式活塞推料离心机加料、分离和洗涤都是连续的。与分配盘装一起的推料盘与转鼓中心轴的推杆连接，推杆的另一端与液缸的活塞连接，借液压不断往复运