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1、第五章食品分离机械与设备本章内容本章内容q第一节：过滤机械q第二节：离心机械q第三节：旋流分离机械q第四节：膜分离设备q第五节：超临界流体萃取设备q第六节：分子蒸馏设备4/20/20221第五章分离机械与设备定义：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。食品加工中根据连续相的不同，可分为液体为连续相和气体为连续相两类。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分等。要运用一定的物理或化学方法，采用适当的分离机
2、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。4/20/20222第五章分离机械与设备从分离的原理上，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：利用离心力分离的分离设备；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；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。4/20/20223第一节过滤机械过滤的应用范围
3、很广，在食品上的应用有如下几个方面： a一般固液系统的分离：如蔗糖生产中的糖汁和糖渣的分离采用真空转鼓过滤机或板框压滤机。板框压滤机则可用于啤酒厂过滤麦芽和发酵后回收酵母等。b作为澄清设备使用：陶质管滤机和流线式过滤机已广泛应用于澄清液体食品，如啤酒、葡萄酒、醋、果汁、酵母浸出液及油、盐水、糖浆，以除去其中极细微粒或者成胶状或泥状的固体。c除去微生物：管滤机常用于葡萄酒、啤洒、果汁和酵母浸出液的过滤以降低微生物的数目，故可用于代替或补充以降低微生物数目为目的的热处理操作。但是过滤技术的缺点是过滤介质易堵，连续性差。常用助滤剂涂在滤布上或按一定比例均匀混合于悬浮液之中，一起进入过滤机过滤，以形成
4、渗透性好、耐压缩的滤饼，保证滤液通畅流通。4/20/20224第一节过滤机械一、过滤分离原理与过程1、过滤分离原理、过滤分离原理过滤操作的基本原理是利用一种能将悬浮液中的固体微粒截留而使液体物料自由通过的多孔介质，从而达到将悬浮液中固液分离的目的。在过滤的操作过程中，一般将被过滤处理的悬浮液称为滤浆，滤浆中被截留下来的固体微粒称为滤渣，而积聚在过滤介质上的滤渣层则被称为滤饼，透过滤饼和过滤介质的液体称为滤液。4/20/20225第一节过滤机械2、过滤操作过程、过滤操作过程一般包括过滤、洗涤、干燥、卸料四个阶段。（1）过滤阶段过滤有两种方式，恒速和恒压过滤。（2）滤饼洗涤其的在于回收有价值的滤液
5、或纯的滤饼。（3）滤饼干燥通过机械挤压、压缩空气挤压或通入热空气，以尽量排除滤饼中残留的洗液。（4）滤饼卸除将滤饼从滤布上卸下。4/20/20226第一节过滤机械3、过滤介质、过滤介质作用：用于促使滤饼的形成，并为滤饼的支撑物。要求：具有多孔性，孔道大小应该能截留悬浮粒子。具有足够的机械强度。具有适当的表面特性，能加快卸除滤饼速度。食品加工中所用的过滤介质除满足上述要求外，还应具有无毒、耐腐蚀和不易滋生微生物、易于清洗消毒等特点。4/20/20227第一节过滤机械常用的过滤介质种类繁多，按其形状大致分为：(a)粒状介质：如焦炭、石砾、细砂、锯屑、活性碳、玻璃碴、酸性白土等。此类介质用于过滤固相
6、含量极少的悬浮液，例如水的过滤和糖的脱色等。(b)织物状介质：是工业上广泛应用的一类，它包括耐腐蚀的不锈钢丝、铜丝或镍丝等织成的各种形式的金属滤布。也可用天然或人造纤维如：棉、毛、合成纤维等编织成各种形式的非金属滤布。(c)多孔固体介质：如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料、不锈钢粉末。多做成板状或管状，耐腐蚀性好，孔隙小，强度高，常用于过滤含少量微粒的悬浮液，例如白酒、糖液。4/20/20228第一节过滤机械二、过滤机的分类二、过滤机的分类推动力：指滤饼和过滤介质组成的过滤层两侧压力差，常以作用在悬浮液上的压力表示。按过滤推动力可分为：按过滤推动力可分为： 重力重力(常压常压)过滤机过滤机 加压过
7、滤机加压过滤机 真空过滤机真空过滤机按过滤介质的性质分：粒状介质过滤机按过滤介质的性质分：粒状介质过滤机 滤布介质过滤机滤布介质过滤机 多孔陶瓷介质过滤机多孔陶瓷介质过滤机 半透膜介质过滤机半透膜介质过滤机按操作方法可分为：按操作方法可分为： 间歇式过滤机间歇式过滤机 连续式过滤机连续式过滤机4/20/20229第一节过滤机械三、板框式压滤设备三、板框式压滤设备板框压滤机是间歇式过滤机中应用最广泛的一种。板框压滤机是间歇式过滤机中应用最广泛的一种。它是将待过滤的料液通过输料泵在一定的压力下，从后顶板的进料孔进入到各个滤室，通过滤布，固体物被截留在滤室中，并逐步形成滤饼；液体则通过板框上的出水孔
8、排出机外。4/20/202210第一节过滤机械1结构与工作原理由端板、滤板、滤框、滤布、支撑横梁、螺旋压紧装置组成。许多交替排列的滤板和滤框构成主要工作部件，板和框架都被支承在一对横梁上。板框压滤机简图1-固定端板2-滤布3-板框支座4-可动端板5-支承横梁；过滤板滤框洗涤板4/20/202211第一节过滤机械滤板和滤框多为正方形。滤板和滤框多为正方形。 滤板作用是支撑滤布并提供滤液流出的通道。滤板作用是支撑滤布并提供滤液流出的通道。 板面制成各种凸凹纹路。板面制成各种凸凹纹路。 板、框的角部开设的小孔构成供滤浆或洗水流通的孔板、框的角部开设的小孔构成供滤浆或洗水流通的孔道。道。4/20/20
9、2212过滤：过滤：滤浆由滤浆通路经滤框上方进入滤框空间，固粒被滤布截留，在滤浆由滤浆通路经滤框上方进入滤框空间，固粒被滤布截留，在框内形成滤饼，滤液穿过滤饼和滤布流向两侧的滤板，再经滤板的沟槽框内形成滤饼，滤液穿过滤饼和滤布流向两侧的滤板，再经滤板的沟槽流至下方通孔排出。（此时洗涤板起过滤板作用）流至下方通孔排出。（此时洗涤板起过滤板作用）洗涤洗涤：洗涤板下端出口关闭，洗涤液穿过滤布和滤框的全部向过滤板流：洗涤板下端出口关闭，洗涤液穿过滤布和滤框的全部向过滤板流动，从过滤板下部排出。结束后除去滤饼，进行清理，重新组装。动，从过滤板下部排出。结束后除去滤饼，进行清理，重新组装。（二）原理（二）
10、原理4/20/202213第一节过滤机械（三）特点与应用（三）特点与应用优点：结构简单；造价低；过滤面积大；推动力大。缺点：装卸板框劳动强度大；滤布磨损严重。应用：低浓度悬浮液、胶体悬浮液、分离液相黏度大或接近饱和状态的悬浮液。4/20/202214第一节过滤机械四、加压叶滤机叶滤机是在密闭耐压机壳内配置一组并联滤叶而成。悬浮液在压力下送进机壳内，滤渣截留在滤叶表面，滤液透过滤叶后经管道集中排出。重要过滤元件：滤叶（固定或旋转；重要过滤元件：滤叶（固定或旋转； 垂直或水平）垂直或水平）分类：垂直滤槽，垂直滤叶型分类：垂直滤槽，垂直滤叶型 垂直滤槽，水平滤叶型垂直滤槽，水平滤叶型 水平滤槽，垂直
11、滤叶型水平滤槽，垂直滤叶型 水平滤槽，水平滤叶型水平滤槽，水平滤叶型4/20/202215第一节过滤机械垂直槽垂直滤叶型垂直槽垂直滤叶型4/20/202216第一节过滤机械水平滤叶型水平滤叶型结构：由数十片固定在空心轴的水平圆形滤叶组成。滤叶上表面为细金属网（硅藻土支持介质），中间粗金属网，下表面为无孔金属板；中空部分与空心轴内孔相通，构成滤液通道。原理：过滤推动力为压力；滤饼卸料依靠离心力（空心轴和滤叶由电机带动旋转）4/20/202217第一节过滤机械五、真空过滤机五、真空过滤机一种连续式真空过滤设备；过滤、一次脱水、洗涤、卸料、滤布再生等操作工序同时在转鼓的不同部位进行。（一）结构鼓外表
12、面为多孔筛板，鼓外覆盖滤布；圆筒内部被分隔成若干个扇形小室，小室内有单独孔道与空心轴内的孔道相通；空心轴内的孔道则沿轴向通往转鼓轴颈端面的转动盘（随轴旋转）上。转鼓内腔借控制阀分别与真空管路、洗液贮槽及压缩空气管路相通。4/20/202218第一节过滤机械（二）原理工作时，转鼓表面形成过滤区、第一脱水区、洗涤区、第二脱水区、卸料区及滤布再生区，转鼓每转一周，完成一个操作循环。试描述每个区的用途？4/20/202219第一节过滤机械区域I为过滤区。扇形格浸于滤浆中，格室内为真空状态。滤液经过滤布进入格室内，然后经分配头的固定盘弧形槽4排向滤液槽;区域II第一脱水去区。扇形格刚离开液面，格室内仍为
13、真空，使滤饼中残留的滤液被吸尽，与过滤区滤液一并排向滤液槽。区域III为洗涤区。洗涤水由喷水管洒于滤饼上，扇形格内为低真空状态，将洗出液吸人，经过固定盘的槽5通向洗液槽。区域IV为第二脱水去。洗涤后的滤饼在此区域内借扇形格室内的减压进行残留洗液的吸干，并与洗涤区的洗出液一并排人洗液槽。区域V为卸料区。此区域内格室与压缩空气相通，将被吸干后的滤饼吹松，同时被伸向过滤表面的刮刀所剥落。区域VI为滤布再生区，在此区域内用压缩空气吹走残留的滤饼。4/20/202220第二节离心机械一、离心分离原理与分类（一）原理离心机是利用惯性离心力进行固液、液液、固液液相离心分离的机械。离心分离设备是利用分离筒的高
14、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。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：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。4/20/202221第二节离心机械（二）离心机分类 (1)按分离因数的大小可分为常速离心机、高速 离心机及超高速离心机。常速离心机：Kc3000，主要用于分离颗粒不大的悬浮液和物料的脱水。高速离心机：3000 Kc 50000，主要用于分离乳浊液和细粒悬浮液。超高速离心机： Kc 50000，主要用于分离极
15、不易分离的超微细粒悬浮液和高分子胶体悬浮液。4/20/202222（）按操作原理的不同可分为过滤离心机、沉降离心机及分离离心机。过滤离心机：转鼓壁上有孔，鼓内壁附以滤布。借离心力实现过滤分离，分离因数不大，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。沉降离心机：鼓壁上无孔，借离心力实现沉降分离。分离离心机：鼓壁上无孔，分离因数在4000以上，主要用于乳浊液的分离和悬浮液的增浓或澄清。（）按操作方式的不同可分为间歇式离心机和连续式离心机。4/20/202223第二节离心机械二、卧式离心机（一）卧式螺旋卸料离心机1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。2工作原理
16、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。4/20/202224第二节离心机械卧式螺旋卸料过滤离心机4/20/202225第二节离心机械卧式螺旋卸料沉降离心机图6-12卧式螺旋卸料沉降离心机1.差速器2.主轴承3.油封14.左右铜轴瓦5.油封26.外壳7.螺旋8.转鼓9.油封310.转承11.油封412.进料管4/20/202226第二节离心机械（二）卧式螺旋离心机的使用（二）卧式螺旋离心机的使用主要有脱水用卧式螺旋离心机和澄清用卧式螺旋离心机，前者较后者转速低，螺径大，螺距大。1螺旋离心机的主要应用应用化工、轻工、食品和环保行业，适用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。2、在选用时考虑的几个方面（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。（2）对于细粒级难分离的悬浮液，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可采用特殊结构的螺旋离心机来完成。（4）对固相颗粒粒度分级，适当的分离因数和合理的结构来实现。4/20/202227第二节离心机械
