過濾、離心與膜分離設(shè)備

1、過濾、離心與膜分離設(shè)備,過濾速率的強(qiáng)化 發(fā)酵液的預(yù)處理 過濾介質(zhì)選擇 過濾設(shè)備 板框式及板式壓濾機(jī) 真空過濾機(jī),離心分離設(shè)備 分離原理與分離因數(shù) 常用離心機(jī)結(jié)構(gòu)及選型 膜分離設(shè)備 膜分離方法 膜分離設(shè)備,濾餅過濾其基本原理是在外力（重力、壓力、離心力）作用下，使懸浮液中的液體通過多孔性介質(zhì)，而固體顆粒被截留，從而使液、固兩相得以分離，如圖所示。,過濾推動(dòng)力,在過濾過程中，濾液通過過濾介質(zhì)和濾餅層流動(dòng)時(shí)需克服流動(dòng)阻力，因此，過濾過程必須施加外力。外力可以是重力、壓力差，也可以是離心力，其中以壓力差和離心力為推動(dòng)力的過濾過程在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛。,濾餅的壓縮性和助濾劑 （1）壓縮性 若形成的濾

2、餅剛性不足，則其內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)將隨著濾餅的增厚或壓差的增大而變形，空隙率減小，稱這種濾餅為可壓縮濾餅，反之，若濾餅內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)不變形，則稱為不可壓縮濾餅。,（2）助濾劑,若濾漿中所含固體顆粒很小，或者所形成的濾餅孔道很小，又若濾餅可壓縮，隨著過濾進(jìn)行，濾餅受壓變形，都使過濾阻力很大而導(dǎo)致過濾困難。可采用助濾劑以改善濾餅的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其剛性。,助濾劑通常是一些不可壓縮的粉狀或纖維狀固體，能形成結(jié)構(gòu)疏松的固體層。,常用的助濾劑有：硅藻土、纖維粉末、活性炭、石棉等。,過濾速率的強(qiáng)化,過濾、離心與膜分離設(shè)備,發(fā)酵液的預(yù)處理,目的：增大懸浮液中固體粒子的尺寸，除去高價(jià)無(wú)機(jī)離子和雜蛋白質(zhì)，降低液體黏度，實(shí)現(xiàn)有

3、效分離。 方法： 1.加熱 2.凝聚和絮凝 3.加入鹽類 4.調(diào)節(jié)pH 5.加入助濾劑,過濾速率的強(qiáng)化,過濾、離心與膜分離設(shè)備,過濾介質(zhì)選擇,過濾介質(zhì)主要的特性：所能截留的固體粒子的大小和對(duì)濾液的透過性。 常用過濾介質(zhì)： 1.織物介質(zhì)(濾布)：由棉、毛、麻等織成的天然纖維濾布和合成纖維濾布； 2.粒狀介質(zhì)：硅藻土、珍珠巖石、細(xì)砂、活性碳、白土； 3.多孔固體介質(zhì)：多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等。,過濾過程所用的多孔性介質(zhì)稱為過濾介質(zhì)，過濾介質(zhì)應(yīng)具有下列特性：多孔性、孔徑大小適宜、耐腐蝕、耐熱并具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。,過濾速率的強(qiáng)化,過濾操作條件優(yōu)化,優(yōu)化操作條件的目的主要是提高過慮速率。,過濾方

4、程 dv 1 pF d r0R,1、改善懸浮液的物理性質(zhì),2、優(yōu)化操作條件 恒壓過濾：若過濾過程中保持過濾推動(dòng)力（壓差）不變，則稱為恒壓過濾。 恒速過濾：若過濾時(shí)保持過濾速度不變，則過濾過程為恒速過濾。,過濾、離心與膜分離設(shè)備,過濾設(shè)備,板框式壓濾機(jī),板框壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)圖,過濾、離心與膜分離設(shè)備,過濾設(shè)備,板框式壓濾機(jī),濾板和濾框,過濾、離心與膜分離設(shè)備,過濾設(shè)備,板框式壓濾機(jī)操作過程,過濾階段,洗滌階段,過濾、離心與膜分離設(shè)備,過濾設(shè)備,常用板框式壓濾機(jī)類型,通常有BMS、BAS、BMY、BAY類型。,BMS 40/635-25,過濾、離心與膜分離設(shè)備,過濾設(shè)備,板式壓濾機(jī),凹腔板式壓濾機(jī),過濾

5、設(shè)備,自動(dòng)板框壓濾機(jī),過濾、離心與膜分離設(shè)備,過濾設(shè)備,自動(dòng)板框壓濾機(jī),過濾、離心與膜分離設(shè)備,IFP自動(dòng)板框壓濾機(jī)工作原理圖,降框、卸餅及洗刷濾布,過濾設(shè)備,真空過濾機(jī),過濾、離心與膜分離設(shè)備,動(dòng)畫演示,過濾設(shè)備,真空過濾機(jī),過濾、離心與膜分離設(shè)備,轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī),過濾設(shè)備,真空過濾機(jī),過濾、離心與膜分離設(shè)備,轉(zhuǎn)筒結(jié)構(gòu)及工作原理 動(dòng)畫演示,水平回轉(zhuǎn)翻盤式真空過濾器,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,真空過濾機(jī),動(dòng)畫演示,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,小型過濾實(shí)驗(yàn)裝置及過濾的放大,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,小型過濾實(shí)驗(yàn)裝置及過濾的放大,離心分離設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,離心分離

6、設(shè)備,沉降式離心分離設(shè)備,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,離心分離原理與分離因數(shù),常用的離心機(jī)有管式離心機(jī)和碟式離心機(jī)。,管式離心機(jī),r2,r1,r,懸浮液中微粒在軸向的運(yùn)動(dòng)速度：,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,離心分離原理與分離因數(shù),碟式離心機(jī)的分離原理分離因數(shù),物料在離心機(jī)中所受離心力為：,離心分離因數(shù)：,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,離心分離原理與分離因數(shù),碟式離心機(jī)的分離原理分離因數(shù),工業(yè)上根據(jù)離心分離因數(shù)大小將離心機(jī)分為三類： 普通離心機(jī)，f3000，一般為6001200，可用于分離0.01 1.0mm固體顆粒； 高速離心機(jī)，f300050000，可用于乳濁液的分離； 超速

7、離心機(jī)，f50000，適用于分散度較高的乳濁液的分離。,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,常用離心機(jī)結(jié)構(gòu)及選型,管式離心機(jī)的結(jié)構(gòu)及操作,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,常用離心機(jī)結(jié)構(gòu)及選型,碟式離心機(jī)的結(jié)構(gòu)及操作,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,常用離心機(jī)結(jié)構(gòu)及選型,螺旋卸料離心機(jī)的結(jié)構(gòu)及操作,動(dòng)畫演示,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,離心分離設(shè)備的放大,以等效時(shí)間放大 等效時(shí)間：依據(jù)離心力和離心時(shí)間的乘積來(lái)估計(jì)離心分離的難易程度。,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,膜分離設(shè)備,膜分離方法 常見的膜分離過程有滲透、透析、電滲析、反滲透、微過濾、超濾、氣體透過等。,滲透,過濾設(shè)備,過濾、離

8、心與膜分離設(shè)備,膜分離方法,過濾設(shè)備,膜分離特點(diǎn),1 .膜分離過程不發(fā)生相變化，能耗低。 2 .膜分離過程在常溫下進(jìn)行。 3 .不僅適用于有機(jī)物，無(wú)機(jī)物和病毒、細(xì)菌分離，還適用于一些共沸物近沸物的分離。,半透膜,半透膜,半透膜,(a) 滲透,(b) 平衡點(diǎn)和滲透壓,(c) 反滲透,滲 透 壓,壓力,反滲透原理,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,開始時(shí)兩邊液面相同,由于濃度差存在，半透膜又不允許溶質(zhì)通過，所以水透過膜，使?jié)庖阂贿呉好嫔?，產(chǎn)生滲透壓,在濃液邊加壓，當(dāng)壓力超過滲透壓時(shí)，則水透過半透膜，即反滲透，實(shí)現(xiàn)分離過程。,滲透和反滲透原理示意圖,超濾工作原理,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,

9、超濾是通過膜表面的微孔結(jié)構(gòu)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行選擇性分離。當(dāng)液體混合物在一定壓力下流經(jīng)膜表面時(shí)，小分子溶質(zhì)透過膜（稱為超濾液），而大分子物質(zhì)則被截留，使原液中大分子濃度逐漸提高（稱為濃縮液），從而實(shí)現(xiàn)大、小分子的分離、濃縮的目的。,超濾技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，成本低廉，不需增加任何化學(xué)試劑，尤其是超濾技術(shù)的實(shí)驗(yàn)條件溫和，與蒸發(fā)、冰凍干燥相比沒有相的變化，而且不引起溫度、pH的變化，因而可以防止生物大分子的變性、失活和自溶。 在生物大分子的制備技術(shù)中，超濾主要用于生物大分子的脫鹽、脫水和濃縮等。 超濾法也有一定的局限性，它不能直接得到干粉制劑。對(duì)于蛋白質(zhì)溶液，一般只能得到1050的濃度。,超 濾,過濾設(shè)備,

10、過濾、離心與膜分離設(shè)備,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,膜,工業(yè)應(yīng)用膜應(yīng)具有的條件： 1. 較大的透過性； 2. 較高的選擇性； 3. 機(jī)械強(qiáng)度好、耐熱、化學(xué)性能穩(wěn)定；4. 不被細(xì)菌污染,幾種常用膜的適用范圍,幾種常用膜,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,膜分離過程,濃差極化：當(dāng)待分離液從膜面一側(cè)流過時(shí)，靠近膜面的液體處于層流狀態(tài)，水及小分子溶質(zhì)透過膜，大分子溶質(zhì)則被膜阻留。被阻留分子從膜面返回液體主流的速度，受分子通過層流區(qū)的擴(kuò)散速度所控制，當(dāng)這一速度低于被阻留分子在膜面聚集的速度，就逐漸在膜面上，行成一高濃度的被阻留的溶質(zhì)分子層。隨著濃差極化愈來(lái)愈嚴(yán)重，膜的濾出速度也愈來(lái)愈低。,過濾設(shè)備

11、,過濾、離心與膜分離設(shè)備,膜分離設(shè)備,板式膜過濾器,進(jìn)水,透過水,濃縮液,耐壓容器,透水板,半透膜,板框式膜組件工作過程示意圖,特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積比管式的小。,缺點(diǎn)：裝卸復(fù)雜，單位體積膜表面積小。,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,膜分離設(shè)備,管式膜過濾器,管式反滲透膜組件,管式膜組件又分為內(nèi)壓式和外壓式,內(nèi)壓式管式膜組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖,特點(diǎn): 水力條件好，安裝、清洗、維修比較方便。 能耐高壓，可以處理高粘度的原水。 缺點(diǎn)是膜的有效面積小，裝置體積大，而且兩端要較多的聯(lián)結(jié)裝置。,淡水,淡水,膜表皮層,玻璃纖維管,進(jìn)水,束式外壓式膜組件,1檔圈；2集水密封環(huán)；3聚氯乙烯燒結(jié)板；4錐形多孔橡膠

12、塞；5密封管接頭；6進(jìn)水口；7殼體；8橡膠膽；9出水口；10膜元件；11網(wǎng)套；12O形密封圈；13檔圈槽；14淡水出口,中空纖維式膜分離器,中空纖維膜組件是由中空纖維膜制成的。 中空纖維外徑50200m，內(nèi)徑2542m。 將數(shù)萬(wàn)至數(shù)十萬(wàn)根中空纖維制成膜束，膜束外側(cè)覆以保護(hù)性格網(wǎng)，內(nèi)部中間放置供分配原水用的多孔管，膜束兩端用環(huán)氧樹脂加固。 將其一端切斷，使纖維膜呈開口狀，并在這一側(cè)放置多孔支撐板。將整個(gè)膜束裝在耐壓筒內(nèi)。,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,膜分離設(shè)備,中空纖維式膜分離器,動(dòng)畫演示,中空纖維反滲透組件簡(jiǎn)圖,進(jìn)水,濃水,透過水,多孔進(jìn)水管,濃水出口,淡水出口,密封,中空纖維膜 外徑5

13、0200 內(nèi)徑2542,密封,耐壓容器,中空纖維超濾膜設(shè)備,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,膜分離設(shè)備,螺旋卷式膜分離器,密封,密封,密封,螺旋卷式膜組件一個(gè)膜葉結(jié)構(gòu)示意圖,多孔透水材料,膜，上下兩層,膜葉,透水網(wǎng)狀材料,透過水,濃水,進(jìn)水,螺旋卷式膜組件組合示意圖,膜組件的組裝示意圖,進(jìn)水口,耐壓容器,連接器,膜組件,密封圈,端蓋,透過液,濃縮液,工業(yè)應(yīng)用的反滲透裝置,工業(yè)應(yīng)用的反滲透裝置的膜組件之間的連接,螺旋卷式反滲透裝置的特點(diǎn)：,結(jié)構(gòu)緊湊，單位容積的膜面積大。 處理能力高，占地面積小，操作方便。 缺點(diǎn)是不能處理含有懸浮物的液體，原水流程短，壓力損失大，濃水難于循環(huán)以及密封長(zhǎng)度大，清洗

14、、維修不方便，易堵塞。,過濾設(shè)備,過濾、離心與膜分離設(shè)備,各種膜裝置性能的比較,電滲析（electrodialysis，簡(jiǎn)稱ED ）,電滲析的基本原理 電滲析是在直流電場(chǎng)的作用下，以電位差為推動(dòng)力，利用陰、陽(yáng)離子交換膜對(duì)溶液中陰、陽(yáng)離子的選擇透過性(即陽(yáng)膜只允許陽(yáng)離子通過，陰膜只允許陰離子通過），而使溶液中的溶質(zhì)與水分離的一種物理化學(xué)過程。從而實(shí)現(xiàn)溶液的濃縮、淡化、精制和提純的一種膜過程。,電滲析過程原理圖,電滲析器,電滲析器由膜堆、極區(qū)和夾緊裝置三部分組成。膜堆位于電滲析器的中部，由陽(yáng)膜、濃（或淡）水室隔板、陰膜、淡（濃）水室隔板交替排列成濃水室和淡水室。極區(qū)位于膜堆兩側(cè)，包括電極、極水框和保護(hù)室，其作用是供給電滲析器直流電，將原液導(dǎo)入膜堆的配液孔，將淡液和濃液排出電滲析器，并通入和排出極水。壓緊裝置由蓋板和螺桿組成，其作用是將極區(qū)和