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1、第五章 过滤、离心与膜分离设备,下游加工过程,第一节 过滤速度的强化,一、发酵液的预处理 二、过滤介质的选择及操作条件的优化,一、发酵液的预处理 目的： 增大悬浮液中固体粒子的尺寸 除去高价无机离子和杂蛋白质 降低液体粘度,预处理方法： 加热 凝聚和絮凝 加入盐类 调节pH 加入助滤剂,二、过滤介质的选择及操作条件的优化 (一) 过滤介质的选择 过滤介质的种类： 织物介质：滤布 粒状介质：硅藻土、珍珠岩粉、细砂、活性碳和白土等 多孔固体介质,硅藻土过滤介质通常有三种用法： 作为深层过滤介质 作为预涂层 作为助滤剂 硅藻土过滤机是将作为预涂层和助滤剂两种方法结合起来的操作。,(二)过滤操作条件的
2、优化 改善悬浮液的物理性质 优化操作条件,第二节 过滤设备,一、 过滤设备类型 按过滤推动力，过滤可分为： 常压过滤 加压过滤 真空过滤,1.常压过滤 靠悬浮液的液位差来进行过滤的，推动力的大小由液位高决定。 这种方法推动力不大，过滤缓慢，生产能力低。但由于设备简单，滤液质量稳定，所以对于生产能力不大厂的或固体含量小而易过滤的悬浮液仍然采用。 常压过滤设备 例如：糖化醪过滤槽,2.加压过滤 它是利用压缩空气或往复泵、离心泵等输送悬浮液所形成的压力作为过滤的推动力，一般可为(2949)104Pa。在待过滤悬浮液中，固形物含量为50%左右，而要求滤液较清亮的情况下都可采用这种方法过滤。 由于加压过
3、滤的推动力大，所以过滤速度快，适用于滤液黏度大、颗粒度细、可压缩性的各类物料，如发酵液的除菌便可用此法。 板框过滤机、气压式过滤机和加压叶片过滤机等都属于这一种。板框过滤机用的历史较长，直到现在不少发酵工厂仍普遍使用。,3.真空过滤 在过滤介质的滤液一侧建立适当的真空，以增大推动力，压力差通常不超过8.34104Pa，使滤液通过过滤介质，真空叶片过滤机等，可用于某些发酵液如柠檬酸发酵液的除菌处理。,（二）加压过滤设备 板框式压滤机 板式压滤机 自动板框压滤机,1 板框式压滤机,由若干滤板和滤框间隔排列而组成，板和框之间夹有滤布，当板框压紧后即形成若干滤室。 料液由离心泵或齿轮泵打入由板和框组成
4、的通道并分别进入各滤室，滤液经滤布由滤板下方流出，滤渣即停留在滤室中，最后形成滤饼。,板和框,框和滤布,板框压滤机在滤液引出方式上有明流和暗流。明流：滤液从每一滤板下方直接引出。适用于一般场合，如发酵液的过滤。 暗流：滤液集中在尾板的出口流出。适用于滤液需保持无菌等要求的场合。 常用的板框压滤机有BMS,BAS,BMY和BAY等形式，B板框压滤机，M明流，A暗流，S手动压紧，Y液压压紧；代号下面的数字表示过滤面积、内框尺寸及框的厚度。如BMY60/810-25表示明流液压压紧的板框压滤机，过滤面积60m2,内框尺寸810810mm,内框尺寸25mm。,板框压滤机的最大操作压力大气压，通常使用压
5、力大气压。在发酵液过滤时每小时每m过滤面积可处理发酵液1525升。 滤布有平纹、斜纹及缎纹等，平纹的阻力最大，缎纹最小，滤液澄清度以平纹最清，缎纹最差。,板框压滤机 优点： 板框压滤机的过滤面积大； 过滤推动力(压力差)能较大幅度地进行调整，并能耐受较高的压力差； 结构简单，价格低， 动力消耗少等优点。 缺点 不能连续操作，设备笨重，劳动强度大， 卫生条件差， 非生产的辅助时间长，阻碍了过滤效率的提高。,2 板式压滤机,3 自动板框压滤机 板框压紧、卸饼、清洗等操作自动完成。过滤时，悬浮液从板框上部两个角孔形成的通道并行压入滤框，滤液穿过滤框两侧的滤布，沿滤板表面的沟槽流入下部角孔形成的通道，
6、滤饼则在滤框内形成。洗饼完毕，油压机将板框拉开，使滤框下降。开动滤饼推板，框内滤饼以水平方向推出落下。传动装置带动环形滤布绕一系列转轴旋转，达到洗滤布的目的。滤框复位，重新压紧，完成一个操作周期。,1 转筒真空过滤机的结构与操作 2 工作过程 3 特点,（三）真空过滤机,工作原理 真空过滤设备采用大气与真空之间的压强差作为过滤操作的推动力。 真空鼓式过滤设备是一种可以连续操作的过滤设备，它具有一水平旋转的滤鼓，鼓的外表面镶有若干块矩形筛板，在筛上再依次铺设金属丝网和滤布，在筛板内的转鼓空间，被径向筋片分隔成若干过滤室，每一过滤室都以其单独孔道连通至转鼓轴颈的端面。分配头被径向的隔离块分成三个室
7、，它们分别与真空和压缩空气管路相连通。,1 转筒真空过滤机的结构与操作,2 工作过程,过滤区：转鼓中下面的一些过滤室与料液相接触。过滤室与真空系统相通，于是料液中的固体粒子被吸附在滤布的表面而形成滤渣层，滤液被吸入鼓内经导管和分配头排至滤液贮罐中。 洗涤及脱水区：当转鼓从料液槽中转出后，洗涤水喷嘴将洗涤水喷向鼓上的滤渣层进行洗涤。同时处在真空情况下，于是洗涤水和滤渣的残余水分不断地被抽入鼓内，并通过分配头将其引入另一贮罐中。 卸渣及再生区：此区内通入压缩空气或蒸汽使滤渣松散与滤布脱离，随后由刮刀将刮下。 目前使用的为GP型,3 特点,优点：连续化操作，机械化程度高，劳动强度低，处理量大，滤渣洗
8、涤良好。 缺点：辅助设备较多， 滤渣含水量较高， 不能过滤较细和较粘的物料,第三节 离心分离设备,一、分离原理 二、离心机的构造 三、离心分离设备的分类 四、常用离心机,一、分离原理,利用转鼓高速转动所产生的离心力来实现悬浮液、乳浊液分离或浓缩的分离机械。,二、离心机的构造,由一个由电动机带动作快速旋转的转鼓，鼓壁可分为有孔或无孔。 离心过滤有孔的鼓壁一般覆上滤布，当鼓高速旋转时，鼓内液体靠离心力的作用，由滤孔钻出，固体颗粒则留在滤布上。相应的设备称为过滤式离心分离设备。 离心沉降若鼓壁无孔，物料受离心力的作用，按比重的大小分层沉淀，比重较大的颗粒物料直接附在鼓壁上，比重较小的液体则靠近鼓的中
9、央，相应的设备称为沉降式离心分离设备。,三、离心分离设备的分类,1 按转速分类 （）常速离心机转速8000rpm以内 （）高速离心机转速1000025000rpm以内 （）超高速离心机转速2500080000rpm以内 按操作方法分类 （）间歇式离心机加料、分离、洗涤、卸渣等操作均系间歇进行。如三足式离心机，上悬式离心机。 （）连续式离心机加料、分离、洗涤、甩干、卸渣、过滤介质再生等操作是自动间歇进行地或自动连续地进行。如螺旋卸料离心机，刮刀卸料离心机等。,离心分离因数是反映离心机分离能力的重要指标。 离心分离因数是离心力与重力之比，或重力加速度与重力加速度的比值。 f=Fp/m=rn2/90
10、0 或 f=vT2/gr 且 vT=2rn/60 式中 f离心分离因数； vT圆周线速度，m/s; r转鼓半径，m； n转鼓转速，rmin; g重力加速度，ms2。,工业上根据离心分离因数（f）大小将离心机分为三类： 普通离心机，f3000, 转鼓直径大，转速低，可用于分离0.01-1.0mm固体颗粒。 高速空心机，f3000- 50000。转鼓直径小，可用于乳浊液的分离。 超速离心机，f50000，转速高，适用于分散度较高的乳浊液的分离。,四常用离心机,（一）管式离心机 （二）碟式离心机,操作方式： GF型：用于处理乳浊液而进行液-液分离操作（连续）。 GQ型：用于处理悬浊液而进行液-固分离
11、操作（间歇）。,（一）管式离心机,结构： 离心机的转鼓由三部分组成： 由顶盖、带空心轴的底盖和管状转筒。 机壳2内装有管状转鼓4，转鼓悬挂于离心机上端的挠性驱动轴7上，下部由底盖形成中空轴并置于机壳底部的导向轴衬内。,工作原理： 待处理的物料以一定压力由进料管经底部空心轴进入鼓底，靠圆形折转挡板1分布于鼓四周。鼓内设有十字形挡板3，液体在鼓内由挡板被加速到转鼓速度，在离心力场作用下，乳浊液（或悬浮液）沿轴向上流动的过程被分成轻液相和重液相，通过上方溢环状流口排出。,特点： 转鼓直径小，转速高，一般15000r/min，分离因数大，可达50000，因此分离强度高，可用于液液分离和微粒较小的悬浮液
12、的澄清。,（二）碟式离心机,结构：具有一密闭的转鼓，鼓中放置有数十个至上百个锥顶角为60120度的锥形碟片，碟片与碟片间的距离用附于碟片背面的具有一定厚度的狭条来控制，碟片的距离为0.52.5mm。 工作原理：当转鼓连同碟片以高速旋转时，碟片间的悬浮液中的固体颗粒因其有较大的质量，优先沉降于碟片的内腹面，并连续向鼓壁方面沉降，澄清的液体则被迫反方向移动而在转颈部进液管周围的排液口排出。,第四节 膜分离设备,膜分离技术的特点： 适用范围广； 膜分离过程为物理过程，不需加入化学药剂； 膜分离技术分离装置简单，占地面积小，系统集成容易 ； 膜分离过程系统简单、操作容易，且易控制，便于维修，有利于生产
13、自动化的推广与普及。,一、膜分离方法,渗透 透析 电渗析 反渗透 超滤 微滤,二、 膜分离设备,膜分离设备应具备的条件： 1 膜面切向速度快，以减少浓差极化； 2 单位体积所含膜面积较大； 3 容易拆洗和更新膜； 4 保留体积小，无死角； 5 具有可靠的膜支撑装置。 分为：板式、管式、中空纤维式和螺旋圈式。,（一）板式膜过滤器,滤膜复合在刚性多孔支撑板上，支撑板材料为不锈钢多孔筛板、微孔玻璃纤维压板或带沟槽的膜压酚醛板。 料液从膜面流过时，水及小分子溶质透过膜，透过液从支撑板的下部孔道中汇集排出。为减小浓差极化，滤板的表面为凸凹形，以形成浓液流的湍动。浓缩液从另一孔道流出收集。,（二）管式膜过滤器 管的流通方式有单管和管束，液流的流动方式有管内流和管外流。 支撑体,微孔管,钻孔管,微孔环氧玻璃钢管,玻璃纤维环氧树脂增强管,增强塑料管,不锈钢管,铜管,特点： 结构简单，适应性强，清洗方便，耐高压，无死角，适宜于处理高黏度及固体含量较高的料液。 保留体积大，压力降大，单位体积所含的过滤面积小。,（三）中空纤维式膜分离器 用环氧树脂将中空纤维的两端胶合在一起，形式管板，装入一管壳中。 料液流向：内压式，料液从空心纤维管内流过，透过液经纤维管膜流出管外。 外压式，料液从一端经分布管在纤维管外流动，透过液从纤维膜管内流出。,谢谢,
