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1、第九章 过滤、离心、膜分离设备,教学目的与要求：了解发酵液处理的方法，掌握常用过滤、离心设备。 重点与难点：过滤速度强化的方法，常用过滤、离心设备。,讲授内容：,第一节 过滤速度的强化 第二节 过滤设备 第三节 离心分离设备 第四节 膜分离设备,思考题,1.名词解释：过滤介质的渗透性、离心分离因数 2.过滤介质的技术特性？ 3.悬浮液中颗粒能够分离并沉降在转鼓的条件？ 4.离心机的分类？ 5.如何优化过滤速度？,发酵液一般是悬浮液、需要将液体中的固形物滤去。操作属于化工单元操作的液固分离。,液固分离有两种操作方式,沉降 过滤,沉降: 重力沉降、离心沉降。 过滤: 常压、加压、真空、离心过滤。,
2、第一节 过滤速度的强化 一、过滤介质 过滤介质的性能 1.过滤介质所能截留固体粒子的大小 常用孔径大小表示，测量方法有显微镜下直接测量法和“鼓泡点”实验法。 2.过滤介质的渗透性 指一定压力差下，单位时间单位过滤面积上通过滤液的体积量。,常用过滤介质 1.织物介质：常用棉纤维、尼纶和涤纶滤布。 2.粒状介质： 硅藻土、珍珠岩粉、细砂、活性 炭、白土等。 最常用是硅藻土。 优点:化学性能稳定；形状不规则空隙大且多孔；无毒、不可压缩。 用法三种：,深层过滤介质 1m 预涂层 助滤剂 降低滤饼可压缩性,3.多孔固体介质:多孔陶瓷、玻璃、塑料等加工成板状或管状，用于微粒含量小的悬浮液过滤。,二、过滤操
3、作优化 过滤速度和悬浮液的物理性质和操作条件有关. 根据过滤微分方程：,q 单位过滤面积上的得到的滤液体积m3/m2 ； 过滤时间，s dq/d过滤速度，m/s； p过滤压力差，Pa； 滤液黏度 ，Pa.s； R滤布阻力，1/m； ro滤饼体积比阻，1/m2,ro =128/(n d4 ) d 毛细孔直径 毛细孔弯曲因子 n单位面积滤饼的 毛细孔数,xo单位体积滤液中滤出的滤饼体积，m3/m3,xo 单位体积滤液中滤出的滤饼体积，m3/m3 ； xo =Ve/V=Al/V=l/q l滤饼厚度m Ve、V滤饼、滤液体积m3 A过滤面积m2,过滤速度与过滤面积、过滤压力差成正比，与滤液黏度成反比，
4、若忽略滤布阻力和滤饼比阻、滤饼厚度成反比。,优化过滤操作条件 1.改变悬浮液的物理性质 对发酵液进行预处理，目的是增大悬浮液中固体粒子的尺寸，除去高价的无机离子和杂蛋白，降低发酵液的黏度，实现有效分离。 注意：选择的预处理方法不得对发酵液中的产品造成影响。不能影响产品的质量。,方法： 加热 加电解质、絮凝剂和凝固剂 无机盐 调节pH 加入助滤剂 需考虑：粒度、品种型号、用量、 助滤剂本身不能影响产品质量。,2.优化操作条件 提高过滤压差可提高过滤速度、对于不可压缩滤饼ro是常数，可在允许的条件下采用较高的压差；一般发酵液的滤饼为高度可压缩滤饼，滤饼比阻和过滤压差成指数关系： ro = r01
5、ps 或ro = r02 + ps,式中：,s、s压缩性指数;一般在0.10.95 s，s=0 不可压缩，s，s=1 完全可压缩； r01 、 r02 、 为系数 通过实验确定,间歇恒压过滤操作，开始滤速最大，然后降低，确定最佳过滤时间，即最大平均速度。,ta 辅助操作时间 tp 最佳操作时间 平均生产能力: W=V/(ta + tp) 根据过滤基本方程,恒压差积分得：,求出V 的解,代入W=V/（ ta + tp ） 求出平均生产能力W 令dW/dtp =0 可求出达到最大平均生产能力的时间,滤液量:,第二节 过滤设备 按过滤推动力可分为,常压过滤设备 加压过滤设备 真空过滤设备,一、板框式
6、和板式过滤机 二、真空过滤机,一、板框式和板式过滤机 板框过滤机：常用板框过滤机有BMS、BAS、BMY和BAY系列 B代表板框、 M代表明流、A代表暗流、S代表手动压紧、Y代表液压压紧 操作压力0.30.5M Pa 最大1MPa 处理量：1525L/(m2.h) 板式过滤机 常用为凹膛板式过滤机、又称箱式过滤机 自动板框压滤机,板框式压滤机,板框压滤机的工艺计算： 1.物料恒算： 已知 须处理滤液量为m kg，固相浓度为x（W%） 湿滤渣量为m1kg，湿度为x1（W%）固相浓度1- x1 滤液量为Vm3 滤液密度用表示kg/m3 对总物料恒算: m=m1+V. 滤液恒算： m(1- x)-
7、m1x1=V. 滤渣恒算： m.x=m1 (1- x1) 可得到滤液量V、滤渣量m1 、滤渣中的液体含量m1x1.可选择压滤机,2.压滤机选择和台数 一台板框压滤机滤箱体积：Vp=N.A.B.H Vp 滤箱体积m3 N 滤框数 A.B.H分别为滤框的有效高度、宽度、厚度m 若发酵液体积为VF m3 滤渣体积VE与发酵液体积VF之比为E E=VE/ VF 滤箱充填系数K 则压滤机台数,3.过滤面积 对恒压差、恒速过滤， 过滤面积为:,忽略滤布阻力：,对加压变速过滤比较复杂 忽略滤布阻力可用一个恒压差方程来代替,4.压滤机的生产能力： 间歇操作的平均生产能力 W=V/(a +p) W 压滤机的平均
8、生产能力m3/s V 每批的滤液量m3 a 辅助操作时间 s p 过滤时间 s,二、真空过滤机 过滤推动力是大气压和真空度的压力差。过滤最大压差80kPa，一般为2767kPa 。 用的较多的是转筒真空过滤机。 型号有GP、GP-x型 GP为刮刀卸料、GP-x为绳索卸料。 过滤面积有1、5、10、20、40等m2，最大50m2。滚筒直径0.34.5m、长度0.36m。滤饼厚度小于40mm。,转筒过滤机的流程 转筒真空过滤机的结构和操作 转筒过滤机可分为过滤区、洗涤及脱水区、卸渣和再生区。 转筒真空过滤机的生产能力,转筒过滤机的流程,转筒真空过滤机的结构,1.转鼓 2.过滤室 3.分配阀 4.料
9、液槽 5.摇摆搅拌器 6.洗涤液喷嘴 7.刮刀,转筒真空过滤机的结构和操作,转筒过滤机的生产能力： 忽略滤布阻力：,A转筒过滤面积m2 P 过滤压差Pa 转筒的浸没角 滤液黏度Pa.s ro滤饼的体积比阻1/m2 xo单位体积滤液中滤出滤饼体积m3/m3 滚筒转速r/min,例：某工业发酵液 =0.00156Pa.s ，温度30 ，用直径1.75m长0. 98m转筒过滤机，于压力60kPa真空度下过滤，实际测得滤饼与过滤压力关系为 ro=0.121010 P 0.7，xo=0.30，滚筒转速0.5r/min， 浸没角为125滤布阻力忽略，计算.生产能力 .滚筒表面滤饼层厚度。 解：过滤面积 A
10、=3.141.750.98=5.39 m3 ro=0.12101060000 0.7 =2.651012(1/m3) 每小时的生产能力：,滤饼层厚度 每小时的滤饼量,答：生产能力3.25m3/h,滤饼层厚度6mm.,转盘式真空过滤机,水平回转翻盘式真空过滤器,第三节 离心分离设备 离心分离设备有两类： 过滤离心分离设备 沉降式离心分离设备,一、离心分离原理和离心分离因数 常用分离机有：管式离心机 碟式离心机 习惯上将悬浮液 液-固分离：离心澄清机; 离心沉降 轻重不同的液-液分离：离心分离机. 离心分离。,离心沉降 特点:：1）转鼓无孔 2）固相密度液相密度 3）适合含固量低，粒径小的悬浮液
11、4）悬浮液 沉渣 澄清液,离心分离 特点：1）转鼓无孔；2）转速更高 3）适合乳浊液；4）乳浊液:,轻液 重液 少量沉渣,碟式离心机的分离原理 碟式离心机是在圆柱型的转鼓内加入许多重叠的碟片缩短颗粒沉降的距离，可以提高分离效率。,澄清机,分离机,悬浮液中颗粒能够分离并沉降在转鼓的条件： 料液在转鼓内的停留时间应大于或等于颗粒离心沉降所需要的时间。,离心分离因数 离心分离因数是颗粒在转鼓内受到的离心力和重力的比值；或受到的离心加速度和重力加速度的比值。,V圆周线速度m/s V=2rn/60 r转鼓直径m n转速r/min,根据分离因数的大小可分为三类 1.普通离心机，f3000，转鼓直径大转速低
12、。适合分离0.010.1mm固体颗粒。 2.高速离心机，f 300050000用于分离悬浮液或乳浊液 3.超速离心机，f50000，分散度较高的乳浊液,二、常用离心机及选型 1.管式离心机结构及操作 管式离心机转鼓细长、转速高。 分为两种类型GF型和GQ型， GF型用于乳浊液的液-液分离操作； 连续操作。 GQ型用于悬浮液的液-固澄清操作， 间歇操作，需人工除渣。,1.折转器 2.固定机壳 3.十字形挡板 4.转鼓 5.轻液室 6. 排液罩 7.驱动轴 8.环状隔盘 9.重液室,管式离心机的生产能力：,D1 进料管管径m D转鼓直径m h 转鼓高度m ds 颗粒直径m s 颗粒密度kg/m3
13、液体密度kg/ m3 n离心机的转速 r/m A 转鼓流通截面积m2,三足式离心机 间歇式离心机,2.蝶式离心机的结构和操作 蝶式离心机转鼓内装有数十片锥角为60120锥型碟片，间隙0.52.5mm 有简单型和自动排渣型 简单型：用于固体粒子含量1%悬浮液 转鼓内最大沉渣量6080kg 间歇操作 自动排渣型：在转鼓直径最大处对称开有824 个孔径0.752mm的排渣孔，开孔数和固体含量有关。也可用活门。分离因数为600011000，能分离的最小颗粒直径0.5微米。用于颗粒直径在320微米的悬浮液分离。 连续操作,分离用分离机,分离用碟片,n 碟片转速r/min Z 碟片数目 r1 、 r2 碟片内、外圆半径，m 碟片半锥角， s 被分离颗粒的密度，kg/m3 ds 被分离颗粒的直径，m 料液密度， kg/ m3 料液黏度，Pa.s,蝶式离心机的生产能力：,无论哪一种离心机生产能力计算时，均未考虑发酵液的颗粒浓度和澄清液的澄清度的要求，计算生产能
