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1、食 品 加 工 机 械 与 设 备目录第五章 分离机械与设备第一节 离心分离原理及设备分类第二节 卧式螺旋离心机第三节 旋液离心分离机械与设备第四节 过滤机械与设备第五节 膜分离设备第六节 超临界萃取设备第七节 分子蒸馏设备一、带式输送机的结构和工作原理1.离心分离的原理 在食品工业的生产中,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。通常分散介质为液体的系统,可根据分散质的形态为固体、液体或气体而分别称为悬浮液、乳浊液和泡沫液,其中,前两者在食品工业中占有特别重要的地位,而分散介质为气体的系统,称之为气溶
2、胶。悬浮液和乳浊液的分离,可采用离心方法。 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、分散相或其他杂质在离心力场中获得不同的离心力,达到分离的目的。我们以牛乳的重力沉降来加以说明: 牛乳一般主要由以下几个部分组成:水分87.0%,乳固体13.0%,其中非脂乳固体9.0%(蛋白质3.3%、乳糖5.0%、灰分0.7%),脂肪4.0%;此外根据乳牛的生理状态和采乳方式,还含有一些少量的腺体细胞和杂质等。 第一节 离心分离原理及设备分类一、带式输送机的结构和工作原理 第一节 离心分离原理及设备分类一、带式输送机的结构和工作原理1.离心分离的原理 重力沉降(图5-1)及离心沉降
3、(图5-2)都是利用物料内清液和杂质的比重差来实现分离的,不同的是所用的分离力的形式不同,前者是重力,后者是离心力。 以离心沉降的情况来说,因为有重力的数百倍到数万倍的离心力的作用,其分离速度远比重力沉降大,分离的效果也高得多。 分离因数是用来表示离心机分离性能的主要指标,其定义是物料所受的离心力与重力之比值,也等于离心加速度与重力加速度之比值:=R2/g式中分离因数; 转鼓回转角速度; R转鼓半径(cm); g重力加速度(cm/s2)。 由上式可以知道,增大转鼓半径、增加转速,有利于提高分离因数,尤其是增大转速,但从设备强度因素方面考虑,两者的增加都有限度。 第一节 离心分离原理及设备分类一
4、、带式输送机的结构和工作原理1.离心分离的原理 第一节 离心分离原理及设备分类图5-1重力沉降图5-2离心沉降一、带式输送机的结构和工作原理1.离心分离的原理 由于离心机转鼓转速很高,每分钟可达到上千转到几万转,因而分离因数可高达3000以上,对于在重力场中极为稳定的食品悬浮液和乳浊液的分离尤其适用。 要根据不同的分离物料性质和不同的分离要求来选取分离因数的大小。 对悬浮液、乳浊液(及气溶胶)等非均相系的分离操作,在食品工业上具有如下的目的。(1) 生产的产品从淀粉乳浆中制取淀粉;从牛乳中制取奶油和脱脂奶;将晶体与母液分离,制取纯净晶体食品等;(2) 提高制品纯度 如牛奶净化除去微粒固体等;(
5、3) 回收有价值的物质 如从含微粒固体的气溶胶中分离出奶粉;(4) 安全生产 分离生产中产生的酸雾、烟等有害物质,保证人身和设备的安全;(5) 分离浓缩 如反渗透法利用于牛乳、乳浆、饮料、咖啡、动物血液、啤酒、蛋白质的浓缩。 第一节 离心分离原理及设备分类一、带式输送机的结构和工作原理2.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: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:300050000,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
6、离的离心机。有三足式离心机、上悬式离心机、卧式刮刀离心机、活塞推料离心机等。转速一般在10001500r/min,分离因数不大,只适用于易过滤的晶体悬浮液和较大颗粒悬浮液的分离以及物料的脱水。 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。有螺旋卸料沉降式离心机等,用以分离不易过滤的悬浮液。 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,主要用于乳浊液的分离和悬浮液的增浓或澄清。 第一节 离心分离原理及设备分类一、带式输送机的结构和工作原理2.离心机分类(3) 按操作方式的不同分类 1) 间歇式离心
7、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。在卸料时,必须停车或减速,然后采用人工或机械方法卸出物料,如三足式、上悬式离心机。其特点是可根据需要延长或缩短过滤时间,满足物料终湿度的要求,主要用于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,物料的输入和不同相物质的分离与输出均为连续完成,如螺旋卸料沉降式离心机、活塞推料离心机、奶油分离机等,可用于固液悬浮液和液液乳浊液的分离。 第一节 离心分离原理及设备分类一、带式输送机的结构和工作原理2.离心机分类(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。
8、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。 第一节 离心分离原理及设备分类一、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 卧式螺旋离心机主要由三个部分组成:转筒部分、螺旋推料器和驱动装置。它们之间通过一个行星齿轮箱调整螺旋转速差,此外还包括支撑这些装置的主要轴承系统。 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2.卧式螺旋离心机的工作原理 卧式螺旋离心机的工作原理如图5-3所示。整个设备可视作为由固定部分和运转部分两
9、大部分组成,机座8、机壳3、进料管7与安装在机座上的左右轴承和转鼓上的溢流孔、排渣孔起到限定、支撑、进出料的作用,而通过三角带轮1、螺旋输送器5、转鼓4、行星差速器2的运转起到物料分离的作用。整个动力装置由电动机提供,在机壳3内有两个同心装在左右轴承上的回转部件,外边的是无孔的不锈钢转鼓4,里面是带有螺旋叶片的螺旋输送器5。电动机通过V带轮带动转鼓旋转,行星差速器的输出轴带动螺旋输送器与转鼓作同向转动,但转速不同,其转差率一般为转鼓转速的0.2%3%。悬浮液从右端的中心加料管连续送入机内,经过螺旋输送器内筒加料隔仓的进料孔进到转鼓内与螺旋叶片输送器的分隔区间。由于螺旋叶片的旋转,物料受到离心力
10、的作用,因此,在转鼓内的内壁面上形成一个液环,根据斯托克斯定律,密度较大的固体颗粒物料将沉降到转鼓的内壁表面而形成沉渣,由于差速器的调节,螺旋叶片与转鼓存在着一个同向的差速相对运动,沉渣被螺旋叶片送到转鼓右边小端的干燥区,从排渣孔甩出。而在转鼓左侧的大端盖上,开设有若干溢流孔,澄清液(分离液)从此处流出,经机壳的排液室排出。调节溢流档板溢流口位置、机器的转速、转鼓与螺旋输送器的转速差和进料速度,就可以改变沉淀的含湿量和澄清液的固形物含量。 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2.卧式螺旋离心机的工作原理 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3.卧
11、式螺旋离心机的主要部件 在图5-4卧式螺旋离心机结构示意图中可以看到该机的主要部件有下面几个部分:(1) 转鼓 转鼓是螺旋离心机的关键部件,由转鼓体、大端轴颈和小端轴颈用止口配合螺钉连接而成。转鼓筒体的材料可选用碳钢、不锈钢,也有使用玻璃钢。在转鼓大端轴颈的凸缘上开有分离液出口,被分离的清液由该出口溢流出转鼓,溢流口的直径设计可调节,以提高离心机对被分离物料的适应性;转鼓的小端是出渣口,出渣口的耐磨性是其选型时主要考虑的问题,一般使用高强度的不锈钢材料,或表面高温碳化淬火,并设计有可拆换的耐磨衬套。(2) 螺旋 螺旋是螺旋离心机的主要结构,与转鼓同心,主要由螺旋筒体和左右轴颈组成。左右轴颈安装
12、在轴承上,起到固定和传动作用。螺旋筒体为一螺旋结构,在设备中主要起到输送料液,提供离心作用力形成液环和分离液渣的作用,并利用螺旋与转鼓之间的转速差,将沉降在转鼓壁上的沉渣输送到转鼓小端的出渣口排出。 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3.卧式螺旋离心机的主要部件(3) 差速器 差速器是螺旋离心机的重要部件,转鼓与螺旋的差速运动即由此产生,目前主要有摆线行星减速器和渐开线齿轮行星减速器两种形式,这类减速器具有结构紧凑、重量轻、耐久可靠性高、传动效率高的特点。 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 第二节 卧式螺旋离心机二、卧式螺旋离心机的使用1.
13、螺旋离心机的主要应用 卧式螺旋离心机主要应用于化工、轻工、食品和环保行业,适用于对悬浮液的液体澄清、固体脱水及粒度分级和废水处理等,并进行有效的沉渣输送。具有可连续分离操作,对物料的适应性强,效果好,单位产品能耗低的优点。在选用时要从下面几个方面考虑: 1) 对于易分离物料的固相脱水,可以得到含液量较低的固体,对那些用过滤机和过滤离心机不能进行分离或分离效果极差的物料,可通过选用适当的工艺参数和结构参数的螺旋离心机来完成分离过程。 2) 对于细粒级难分离的悬浮液的分离,可采用高分离因数,大长径比的螺旋离心机来完成。 3) 对于固相浓度大的液液固三相悬浮液和固相介于两种液相之间的三相混合物可采用
14、特殊结构的螺旋离心机来完成。 4) 对固相颗粒粒度分级,可选用适当的分离因数和合理的结构来实现。 国产卧式螺旋离心机的主要技术参数可参见表5-1。 第二节 卧式螺旋离心机二、卧式螺旋离心机的使用1.螺旋离心机的主要应用 第二节 卧式螺旋离心机表5-1卧式螺旋离心机的主要技术参数二、卧式螺旋离心机的使用2.螺旋离心机的缺点 螺旋离心机沉渣含液量高,虽然能对沉渣进行洗涤,但洗涤效果不好,此外,螺旋离心机转速高,转动件加工精度高,结构复杂,造价高。 第二节 卧式螺旋离心机三、碟式离心机分离设备结构与应用1.工作原理 分离机高速旋转,在其转鼓内形成一个强大的离心力场,当待分离的料液进入转鼓后,就受到这
15、个强大的离心力场的作用。由于不同物料的密度存在着差异,密度较大的重组分受到了较大的离心力的作用,这样,它就沿着锥形碟片下表面滑移出沉降区,进入混流过渡区,再经此区内洗涤水的洗涤,汇聚喷嘴,最后通过喷嘴排出机外;而轻组分因受到的离心力较小,由于浮力的作用而移向碟片锥顶小端,最后汇聚向心泵室,由向心泵排出机外,从而完成整个分离过程。图5-5为澄清型碟式分离机原理图。 第二节 卧式螺旋离心机三、碟式离心机分离设备结构与应用2.碟式离心机的主要结构 碟式离心机主要由转鼓、机壳、传动系统、控制系统和机座组成。图5-6所示为碟式离心机外形图。 转鼓是碟式离心机的主要工作部件,是使物料达到处理要求的主要场所
16、,转鼓主要由转鼓体、分配器、碟片、转鼓盖、锁环等组成,为保证食品生产的要求,该部位部件均采用不锈钢制作。转鼓的直径为350550mm,鼓内有十至上百片数量不等的、厚度为0.30.4mm的不锈钢板制成的碟片,碟片呈倒锥形,锥顶角为60100,碟片间距范围在0.310mm,通常为0.81.5mm,其间距由碟片上焊的筋条厚度决定。 碟式离心机的驱动结构使离心机转子高速旋转,是离心机设计中的核心技术之一,应保证离心机可靠地运行,具有较高的分离效率、高质量的分离效果。离心机的驱动结构应具有如下的基本要求:工作转速范围内振动小,运行稳定可靠;转速精度高;升降速快;噪声低;体积小,结构简单。碟式离心机的驱动结构从人力驱动开始,经历了油透平驱动、空气透平驱动,发展到至今采用了高速电动机增速机构和电动机直接驱动的过程。 第二节 卧式螺旋离心机三、碟式离心机分离设备结构与应用2.碟式离心机的主要结构 第二节 卧式螺旋离心机图5-6碟式离心机外形图a) 立轴式b) 带式c) 悬挂式三、碟式离心机分离设备结构与应用3.碟式离心机的操作 碟式离心机是高速旋转的分离机,回转离心力极大,操作中,要注意安全。开机前,
