食品工程原理 第三章 非均相混合物的分離

1、第三章第三章 3.1 3.1 篩分篩分 3.2 3.2 重力沉降重力沉降 3.3 3.3 過濾過濾 3.4 3.4 離心分離離心分離 3.1.1 3.1.1 粉碎粉碎 1 1粉碎方法及粉碎力粉碎方法及粉碎力 （1）粉碎機(jī)械的作用 固體物料在機(jī)械力的作用下，克服內(nèi)部的凝聚力，分 裂為尺寸更小的顆粒，這一過程稱為粉碎操作。粉碎操作 在食品加工中占有非常重要的地位，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè) 方面： 滿足某些產(chǎn)品消費(fèi)的需要。如小麥磨成面粉、稻谷 碾成白米后才能食用。 增加固體的表面積，以利于干燥、溶解等進(jìn)一步加 工。如蔬菜、水果等干燥前大多切成小塊。 組分的物料粉碎后混合，以利于提高混合的均勻度， 滿足工藝

2、要求。如工程化、功能性食品的生產(chǎn)以及配合塑 料的制造，原料粉碎是不可缺少的工藝。 （2）粒度 顆粒的大小稱為粒度，是表示固體粉碎程度的代表性 尺寸。粉碎后的顆粒，不僅形狀不一致，大小也不一致。 球形顆粒的粒度以其直徑表示。對(duì)于粒度不一致的非球形 顆粒群體，只能用平均粒度來(lái)表示。平均粒度的計(jì)算方法 因粒度及粒度分布的測(cè)定方法不同而不同。 （3）粉碎力和粉碎方法 物料粉碎時(shí)受到的機(jī)械作用力通常有擠壓力、沖擊力 和剪切力。根據(jù)施力種類與方式的不同，物料粉碎的基本 方法包括壓碎、劈裂、折斷、磨削和沖擊破碎等形式。 各種粉碎機(jī)械所產(chǎn)生的粉碎力不是某一種單純的力， 而是幾種力的組合。但對(duì)某一特定的設(shè)備，則

3、可以是某一 種力為主要的粉碎力。一般情況下，擠壓力常用于堅(jiān)硬物 料的粗粉碎，如堅(jiān)果的破殼。沖擊力則作為常用的粉碎力 用于食品原料的粉碎。剪切力則被廣泛用于韌性物料的粉 碎，如食品加工。 2 2粉碎設(shè)備粉碎設(shè)備 （1）干法粉碎機(jī)械 錘式粉碎機(jī)械適用于中等硬度和脆性物料的中碎和 細(xì)碎，一般原料粒徑不能大于10mm，產(chǎn)品粒度可通過更換 篩板來(lái)調(diào)節(jié)，通常不得細(xì)于200目，否則由于成品太細(xì)易堵 塞篩孔。 輥式粉碎機(jī)械是食品工業(yè)中使用最廣泛的粉碎設(shè)備， 它能適應(yīng)食品加工和其他工業(yè)對(duì)物料粉碎操作的不同要求。 輥式磨粉機(jī)廣泛用于小麥制粉工業(yè)，也用于釀酒廠的原料 破碎等工序。精磨機(jī)用于巧克力的研磨。 氣流式粉碎

4、機(jī)械在精細(xì)化工行業(yè)應(yīng)用較廣，適用于 藥物和保健品的超微粉碎。它用于低熔點(diǎn)和熱敏性物料的 粉碎工藝，也用于粉碎和干燥，粉碎和混合等聯(lián)合操作中。 振動(dòng)式粉碎機(jī)械只要用于微粉碎和超微粉碎，它既 可用于干法處理，也可用于濕法處理。 （2）濕法粉碎機(jī)械 高壓均質(zhì)機(jī)設(shè)備應(yīng)用廣泛，可以處理流動(dòng)液態(tài)物料， 并且在高黏度和低黏度產(chǎn)品之間轉(zhuǎn)換時(shí)，無(wú)需更換工作部 件。應(yīng)用于奶、稀奶油、酸奶及其它乳制品、冰激凌、果 汁、番茄制品、豆?jié){、調(diào)味品、布丁等食品加工中。 膠體磨設(shè)備應(yīng)用于果醬、花生蛋白、巧克力、牛奶、 豆?jié){、調(diào)味醬料加工。 （3）果蔬破碎機(jī)械 果蔬打漿機(jī)械用于果醬諸如蘋果醬、番茄醬的生產(chǎn) 流水線中。 果蔬榨汁

5、機(jī)械利用壓力把固態(tài)物料中所含的液體壓 榨出來(lái)的固液分離機(jī)械。 果蔬切割機(jī)械是使物料和切刀產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到 將物料切斷、切碎的目的。 （4）肉類絞切和粉碎機(jī)械 （5）超微粉碎機(jī)械 3.1.2 3.1.2 篩分篩分 1 1篩分操作原理篩分操作原理 用篩面將顆粒大小不同的物料分成若干級(jí)別的操作稱 為篩分。用于篩分物料的機(jī)械稱為篩分機(jī)械。篩分機(jī)械種 類很多，按其運(yùn)動(dòng)方式，分為搖動(dòng)篩、振動(dòng)篩和回轉(zhuǎn)篩等 幾種。 （1）篩分效率 篩分效率是評(píng)價(jià)篩分操作質(zhì)量好壞的指標(biāo)。它是指篩 分時(shí)實(shí)際篩下的篩下級(jí)別物料質(zhì)量與原物料含同一級(jí)別物 料質(zhì)量之比。 (3-1) 式中 b篩分前物料中可篩過物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； c篩后篩上

6、物料中可篩過物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 實(shí)際計(jì)算時(shí)，只要在篩分物料和篩上物料中分別取樣， 精確測(cè)定其篩下級(jí)別的含量，即可算出篩分效率。 100% 1 bc bc 影響篩分效率的因素有： 篩面上物料層厚度篩面上物料層厚度。料層越薄，篩下顆粒通過此層的時(shí)間越短， 每一顆粒接觸到篩孔的機(jī)會(huì)越多，篩分效率就越高。 篩下顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)、顆粒級(jí)別和形狀。篩下顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)、顆粒級(jí)別和形狀。篩下顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越 高，物料被篩落的速度越快，料層減薄得越快，篩分效率就越高。篩 下顆粒中粒度小于篩孔直徑34的易篩粒越多難篩粒越少，篩分效 率就越高。球形顆粒比扁平、不規(guī)則的顆粒容易篩落。若顆粒過于細(xì) 微，由于凝聚力、附著力作用，篩

7、分效率很低。 物料含水量物料含水量。物料不夠干時(shí)，粉狀顆粒受凝聚力、附著力作用， 易結(jié)成團(tuán)堵塞篩孔，篩分效率大降。但當(dāng)含水量超過一定值時(shí)，使干 粉料變?yōu)闈衲酀{而達(dá)到濕篩條件時(shí)，篩分效率便超過干篩。 此外，篩孔形狀、篩面種類、篩分機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方式、加料量的多 少及均勻程度也直接影響篩分效率。 （2）篩面和篩制 用于篩分操作的篩面，按其構(gòu)造不同分為三種，即柵 篩、板篩和編織篩。 柵篩柵篩。柵篩由許多鋼質(zhì)棒組成，中間穿以若干根帶 螺栓的鋼條，在柵棒之間套上一定尺寸的支隔橫管，以保 持柵棒間的間隙大小。柵篩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通常用于物料的去 雜粗篩。 板篩板篩。板篩是由薄鋼板沖孔制成的，薄鋼板的厚度 常為0.5

8、1.5 mm，孔的形狀有圓形、長(zhǎng)圓形和方形等幾種。 篩孔最好是上小下大。呈錐形，這樣可以減少堵塞。篩孔 多采用交錯(cuò)排列，以提高篩分效率。板篩的優(yōu)點(diǎn)是孔眼固 定不變，分級(jí)準(zhǔn)確，同時(shí)堅(jiān)固、剛硬，使用期限長(zhǎng)。 編織篩編織篩。編織篩又稱篩網(wǎng)，它是由篩絲編織而成的。 制作篩絲的材料要耐腐蝕，有較好的強(qiáng)度和柔軟性常用 的由低碳鍍鋅鋼絲編織而成，篩網(wǎng)通常為方孔或矩形孔， 最小孔徑可達(dá)300目以上(目是英制中表示孔密度的規(guī)格， 300目就是每英寸長(zhǎng)度有300孔)。一般120目以下的金屬絲 編織的篩網(wǎng)可以用平紋織法，超過120目就必須用斜紋織法， 編織篩網(wǎng)不僅用于粉粒料篩分，也常用于過濾作業(yè)。編織 篩的優(yōu)點(diǎn)是輕

9、便價(jià)廉，篩面利用系數(shù)大，同時(shí)由于篩絲的 交疊，表面凹凸不平，有利于物料的離析，顆粒通過能力 強(qiáng)。主要缺點(diǎn)是剛度、強(qiáng)度差，易于變形破裂，只適用于 負(fù)荷不大的場(chǎng)合。使用編織篩時(shí)，周圍還需有張緊結(jié)構(gòu)。 篩網(wǎng)規(guī)格的表示方法有兩種：一種以每英寸長(zhǎng)度內(nèi)的 篩孔數(shù)表示，稱為網(wǎng)目數(shù)，簡(jiǎn)稱網(wǎng)目，以M表示；另一種以 每厘米長(zhǎng)度內(nèi)的篩孔數(shù)表示，稱為篩網(wǎng)的號(hào)數(shù)，簡(jiǎn)稱篩號(hào)， 以N表示。兩者之間有如下近似關(guān)系： (3-2) 2.54 M N 2 2篩分設(shè)備篩分設(shè)備 (1)搖動(dòng)篩 工作原理工作原理。搖動(dòng)篩是在重力、慣性力以及物料與篩 面之間的摩擦力的作用下，物料與篩面之間產(chǎn)生不對(duì)稱的 相對(duì)運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行連續(xù)篩分。按篩面的運(yùn)動(dòng)規(guī)

10、律不同，搖動(dòng) 篩可分為直線搖動(dòng)篩、平面搖晃篩和差動(dòng)篩。 搖動(dòng)篩的特點(diǎn)搖動(dòng)篩的特點(diǎn)。由于篩面是平面的，因而全部篩面 都在工作，工作效率較高，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和安裝比 較容易，更換篩面方便，適于多種物料的分級(jí)。其缺點(diǎn)是 動(dòng)力平衡較差、運(yùn)行時(shí)連桿機(jī)構(gòu)易損壞、噪聲較大等。 （2）振動(dòng)篩 振動(dòng)篩是由篩機(jī)產(chǎn)生高頻振動(dòng)而實(shí)現(xiàn)篩分操作的。由 于振動(dòng)篩篩面具有強(qiáng)烈的高頻振動(dòng)，篩孔幾乎完全不會(huì)被 物料堵塞，故篩分效率高，生產(chǎn)能力大，篩面利用率高。 振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單，占地面積小，重量輕，動(dòng)力消耗低， 價(jià)格低，應(yīng)用范圍較廣，特別適用于細(xì)粒物料和漿料的篩 分操作。應(yīng)用較多的是慣性振動(dòng)篩、偏心振動(dòng)篩和電磁振 動(dòng)篩。下面

11、介紹慣性振動(dòng)篩。 振動(dòng)篩的構(gòu)造和工作原理振動(dòng)篩的構(gòu)造和工作原理 篩框安裝在彈簧上，帶有圓盤的主軸由安裝在篩框上 的一對(duì)軸承座支承，圓盤共有兩只，其上裝有偏心輪，構(gòu) 成篩機(jī)的振動(dòng)器。當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，使 整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)隨篩框一起振動(dòng)，從而使物料在篩面上產(chǎn)生 劇烈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)篩分目的。 振動(dòng)篩的使用振動(dòng)篩的使用 a剛安裝的新篩和長(zhǎng)期擱置未用的振動(dòng)篩在使用前必 須檢驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的絕緣是否良好。 b篩網(wǎng)一定要在篩框上均勻地張緊，使篩網(wǎng)能和篩框 以相同的頻率和振幅振動(dòng)而不發(fā)生抖動(dòng)和篩網(wǎng)的局部下垂， 這樣可保證良好的篩分效果，同時(shí)又可延長(zhǎng)篩網(wǎng)的使用壽命。 c要隨時(shí)清除篩網(wǎng)上的雜物，下班前要將篩

12、網(wǎng)清理干 凈。經(jīng)常檢查篩網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)篩網(wǎng)變形及破損應(yīng)及時(shí)修整、更換。 d注意進(jìn)口處物料的分布，盡量減小物料對(duì)篩網(wǎng)的沖 擊延長(zhǎng)篩網(wǎng)使用壽命。 (3) 回轉(zhuǎn)篩 回轉(zhuǎn)篩是一種篩面作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的篩分機(jī)械。 3.2 3.2 重力沉降重力沉降 3.2.1 3.2.1 重力沉降理論重力沉降理論 1 1重力沉降原理重力沉降原理 顆粒沉降運(yùn)動(dòng)中的受力分析： （1）重力和離心力 當(dāng)固體處于流體中時(shí)，只要兩者的密度有差異，則在 重力場(chǎng)中顆粒將在重力方向與流體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)；在離心力 場(chǎng)中與流體在離心力方向上作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。直徑為d 的球形 顆粒受到的重力為： ，其中 為顆粒密度。 直徑為d 的球形顆粒受到的離心力為： ， 其方向

13、是從圓心指向外。 3 6 s dg s 2 33 66 t srs u dad r （2）浮力 顆粒處于流體中，無(wú)論運(yùn)動(dòng)與否，都會(huì)受到浮力。 流體處于重力場(chǎng)中，顆粒受到的浮力等于： ，其中 為流體介質(zhì)的密度。 流體在離心力場(chǎng)中時(shí)，顆粒也要受到一個(gè)類似于重力場(chǎng)中 浮力的力： 。 3 6 dg 2 3 6 t u d r （3）阻力 顆粒作沉降運(yùn)動(dòng)時(shí)受到兩種阻力，即表皮阻力和形體 阻力。當(dāng)顆粒運(yùn)動(dòng)速度很小時(shí)，流體對(duì)球的運(yùn)動(dòng)阻力主要 是黏性摩擦或表皮阻力。若速度增加，便有旋渦出現(xiàn)，即 發(fā)生邊界層分離，表皮阻力讓位于形體阻力。 阻力大小的計(jì)算仿照管路阻力的計(jì)算，即認(rèn)為阻力與 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的平方成正比。

14、對(duì)于直徑為d的球形顆 粒： ，其中 為阻力系數(shù)， 為流體介質(zhì)的密度， 為粒子與介質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。 22 0 24 ud 0 u 2 2重力沉降速度重力沉降速度 （1）重力沉降速度 重力場(chǎng)中，顆粒在流體中受到重力、浮力和阻力，這 些力會(huì)使顆粒產(chǎn)生一個(gè)加速度，根據(jù)牛頓第二定律：重力- 浮力-阻力=顆粒質(zhì)量加速度。當(dāng)顆粒在流體中做勻速運(yùn) 動(dòng)時(shí)， (3-3) 22 33 0 0 6624 s ud dgdg 事實(shí)上，顆粒從靜止開始作沉降運(yùn)動(dòng)時(shí)，分為加速和 勻速兩個(gè)階段。速度越大，阻力越大，加速度越?。患铀?度為零時(shí)顆粒便作勻速運(yùn)動(dòng)，其速度稱為沉降速度。一般 而言，對(duì)小顆粒，加速階段時(shí)間很短，通常忽略

15、，可以認(rèn) 為沉降過程是勻速的。令顆粒所受合力為零，便可解出沉 降速度 （3-4） 0 4 3 s dg u 上述計(jì)算沉降速度的方法，是在下列條件下建立的： 顆粒為球形； 顆粒沉降時(shí)彼此相距較遠(yuǎn)，互不干擾； 容器壁對(duì)沉降的阻滯作用可以忽略； 顆粒直徑不能小到受流體分子運(yùn)動(dòng)的影響。 （2）阻力系數(shù) 使用式（3-4）計(jì)算沉降速度首先要知道阻力系數(shù)，通 過因次分析法可知它是顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)雷諾數(shù)的函 數(shù)： ，而 。計(jì)算 時(shí)d 應(yīng)為足以表征顆 粒大小的長(zhǎng)度，對(duì)球形顆粒而言，就是它的直徑。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出的阻力系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)的關(guān)系如圖 3-1所示，其變化規(guī)律可以分成四段，用不同的公式表示。 第一段的表

16、達(dá)式是準(zhǔn)確的，其它幾段是近似的。 0 (Re )f 0 0 Re du 0 Re 層流區(qū)層流區(qū)。 (3-5) 沉降操作中所涉及的顆粒一般都很小， 通常在0.3以內(nèi)， 故式（3-5）很常用。 過渡區(qū)（過渡區(qū)（AllenAllen區(qū)）區(qū)）。 (3-6) 2 00 0 24 Re1, Re18 s dg u 0 Re 3 0 0.6 0 18.5 1Re10 , Re 0.6 0 0 Re 0.269 s gd u 湍流區(qū)（牛頓區(qū)）。湍流區(qū)（牛頓區(qū)）。 (3-7) 區(qū)區(qū)。 后， 驟然下降， 在 范圍內(nèi)可近似取 。 35 0 10Re2 10 ,0.44 0 1.74 s gd u 0.1 5 0 R

17、e2 10 5 0 Re(310) 10 0.1 圖3-1 球形顆粒沉降阻力系數(shù)圖 （4）公式（3-4）使用方法 如果根據(jù)已知條件能夠確定沉降處在哪個(gè)區(qū)，則可 直接用該區(qū)的公式進(jìn)行計(jì)算。 如果不能確定流動(dòng)處在哪個(gè)區(qū)，則應(yīng)采用試差法： 即先假定流動(dòng)處于層流區(qū)，用式（3-5）求出沉降速度 ， 然后再計(jì)算雷諾數(shù) ；如果 1，便改用相應(yīng)的公式計(jì) 算 ，新算出的 也要檢驗(yàn)，直到確認(rèn)所用的公式正確為 止。 0 Re 0 u 0 Re 0 u 0 u 通過實(shí)驗(yàn)整理數(shù)據(jù)得到 (3-8) 其中， 稱為阿基米德準(zhǔn)數(shù)， 。計(jì)算 時(shí)先根據(jù)已知條件計(jì)算 ，然后由式（3-8）計(jì)算 ，最 后根據(jù) 反算出沉降速度 。 上述公

18、式，若將重力加速度改為離心加速度，則都 可用于離心力場(chǎng)中沉降速度的計(jì)算。 0 Re 180.6 Ar Ar 3 2 s dg Ar Ar Ar 0 Re 0 u 0 Re 3.2.2 3.2.2 顆粒與流體的分離顆粒與流體的分離 1 1顆粒在氣體中的沉降過程、沉降設(shè)備及其計(jì)算顆粒在氣體中的沉降過程、沉降設(shè)備及其計(jì)算 圖3-2 降塵室 （1）工作原理 如圖3-2所示，氣體入降塵室后，因流通截面擴(kuò)大而速 度減慢。氣流中的塵粒一方面隨氣流沿水平方向運(yùn)動(dòng)，其 速度與氣流速度 相同；另一方面在重力作用下以沉降速 度 垂直向下運(yùn)動(dòng)。只要?dú)怏w在降塵室內(nèi)所經(jīng)歷時(shí)間大于 塵粒從室頂沉降到室底所用時(shí)間，塵粒便可分

19、離出來(lái)。 0 u u （2）能被除去的最小顆粒直徑 顯然，粒子直徑越大，越容易被除去。下面討論如何 確定能被除去的最小顆粒直徑。前已述及，某一粒徑的粒 子能100%被除去的條件是其從室頂沉降到室底所需要時(shí)間 小于氣流在室內(nèi)的停留時(shí)間，前者可用該粒子所在降塵室 的室高除以沉降速度而得；而后者由室長(zhǎng)除以氣流速度而 得： （3-9） 式中 以氣體體積流量表示的處理量，m3/s； 降塵室的底面積，。 0 A s V 0 00 , s VHLHuHBu u uuLLBA 即 該式給出了顆粒能被除去的條件，即其沉降速度要大 于處理量與底面積之比。顯然，該式取等號(hào)時(shí)對(duì)應(yīng)著能被 除去的最小顆粒（因?yàn)橛懻摰氖亲?/p>

20、小顆粒直徑，所以可以 認(rèn)為沉降運(yùn)動(dòng)處于層流區(qū)）。 ， （3-10） 顯然，能被（100%）除去的最小顆粒尺寸不僅與顆粒 和氣體的性質(zhì)有關(guān)，還與處理量和降塵室底面積有關(guān)。 2 min 0 0 18 s s gdV u A min 0 18 s s V d gA （3）最大處理量 含塵氣體的最大處理量是指某一粒徑及大于該粒徑的 顆粒能被100%除去時(shí)的最大氣體量。 由式（3-9）可知， 所以含塵氣體的最大處理量為 （3-11） 可見，最大的氣體處理量不僅與粒徑相對(duì)應(yīng)，還與降 塵室底面積有關(guān)，底面積越大處理量越大，但處理量與高 度無(wú)關(guān)。為此，降塵室都做成扁平形；為提高氣體處理量， 室內(nèi)以水平隔板將降

21、塵室分割成若干層，稱為多層降塵室。 隔板的間距應(yīng)考慮出塵的方便。 00s VA u 00s vA u （4）說明 氣體在降塵室內(nèi)流通截面上的均勻分布非常重要， 分布不均必然有部分氣體在室內(nèi)停留時(shí)間過短，其中所含 顆粒來(lái)不及沉降而被帶出室外。為使氣體均勻分布，降塵 室進(jìn)出口通常都做成錐形； 為防止操作過程中已被除下的塵粒又被氣流重新卷 起，降塵室的操作氣速往往很低；另外，為保證分離效率， 室底面積也必須較大。因此，降塵室是一種龐大而低效的 設(shè)備，通常只能捕獲大于50m的粗顆粒。要將更細(xì)小的顆 粒分離出來(lái)，就必須采用更高效的除塵設(shè)備。 2 2懸浮液中顆粒的沉降過程、沉降設(shè)備及其計(jì)算懸浮液中顆粒的沉

22、降過程、沉降設(shè)備及其計(jì)算 （1）沉降過程與沉降設(shè)備 將顆粒從懸浮液中分離出來(lái)的重力沉降設(shè)備稱為沉降 器。如圖3-3所示為連續(xù)沉降槽。它是底部略成錐狀的大直 徑淺槽，料漿經(jīng)中央進(jìn)料口送到液面以下0.31.0m處，在 盡可能減小擾動(dòng)的條件下，迅速分散到整個(gè)橫截面上，液 體向上流動(dòng)，清液經(jīng)由槽頂端四周的溢流堰連續(xù)流出，稱 為溢流；固體顆粒下沉至底部，槽底有徐徐旋轉(zhuǎn)的耙將沉 渣緩慢地聚攏到底部中央的排渣口連續(xù)排出。排出的稠漿 稱為底流。 （2）最大生產(chǎn)能力 要保證顆粒從懸浮液中分離出來(lái)，必須使顆粒的沉降 時(shí)間小于澄清液在沉降槽內(nèi)的停留時(shí)間，與降塵室的最大 處理量計(jì)算原理相同，即沉降槽的最大生產(chǎn)能力可由

23、下式 計(jì)算 V= A （3-12） 式中 V以單位時(shí)間內(nèi)所得澄清液體積計(jì)算的最大生產(chǎn)能 力，m3/s； 顆粒沉降速度，m/s； A沉降槽的底面積，。 0 u 0 u 圖 3-3 連續(xù)沉降槽 3.3 3.3 過濾過濾 3.3.1 3.3.1 過濾的基本理論過濾的基本理論 1 1過濾的基本概念過濾的基本概念 （1）過濾是利用可以讓液體通過而不能讓固體通過的 多孔介質(zhì)，將懸浮液中的固、液兩相進(jìn)行分離的操作。 （2）過濾方式 濾渣過濾濾渣過濾 如圖3-4a所示，過濾時(shí)懸浮液置于過濾介質(zhì)的一側(cè)。 過濾介質(zhì)常用多孔織物，其網(wǎng)孔尺寸未必一定小于被截留 的顆粒直徑。在過濾操作開始階段，會(huì)有部分顆粒進(jìn)入過 濾介

24、質(zhì)網(wǎng)孔中發(fā)生架橋現(xiàn)象（圖3-4b），也有少量顆粒穿 過介質(zhì)而混入濾液中。隨著濾渣的逐步堆積，在介質(zhì)上形 成一個(gè)濾渣層，稱為濾渣。不斷增厚的濾渣才是真正有效 的過濾介質(zhì)，而穿過濾渣的液體則變?yōu)榍鍍舻臑V液。通常， 在操作開始階段所得到濾液是渾濁的，須經(jīng)過濾渣形成之 后返回重濾。 深層過濾深層過濾 顆粒尺寸比介質(zhì)孔道小的多，孔道彎曲細(xì)長(zhǎng)，顆粒進(jìn) 入孔道后容易被截留。同時(shí)由于流體流過時(shí)所引起的擠壓 和沖撞作用。顆粒緊附在孔道的壁面上。介質(zhì)表面無(wú)濾渣 形成，過濾是在介質(zhì)內(nèi)部進(jìn)行的。 （3）過濾介質(zhì) 織物介質(zhì)織物介質(zhì)。即棉、毛、麻或各種合成材料制成的織 物，也稱為濾布。 粒狀介質(zhì)粒狀介質(zhì)。細(xì)紗、木炭、碎石

25、等。 多孔固體介質(zhì)（一般要能夠再生的才行）多孔固體介質(zhì)（一般要能夠再生的才行）。多孔陶 瓷、多孔塑料、多孔玻璃等。 圖3-4 濾渣過濾 圖3-5 深層過濾 （4）助濾劑 若懸浮液中顆粒過于細(xì)小將會(huì)使通道堵塞，或顆粒受 壓后變形較大，濾渣的孔隙率大為減小，造成過濾困難， 往往加助濾劑以增加過濾速率。 助濾劑的添加方法有兩種： 直接以一定比例加到濾漿中一起過濾。若過濾的目 的是回收固體物，此法便不適用。 將助濾劑預(yù)先涂在濾布上，然后再進(jìn)行過濾，此法 稱為預(yù)涂。 助濾劑是一種堅(jiān)硬而形狀不規(guī)則的小顆粒，能形成結(jié) 構(gòu)疏松而且?guī)缀跏遣豢蓧嚎s的濾渣。常用作助濾劑的物質(zhì) 有：硅藻土、珍珠巖、炭粉、石棉粉等。

26、（5）過濾速度的定義 過濾速度指單位時(shí)間內(nèi)通過單位過濾面積的濾液體積， 即 (3-13) 式中 u瞬時(shí)過濾速度，m3/（sm2 ），m/s； V濾液體積，m3； A過濾面積，m2； 過濾時(shí)間，s。 dV u Ad 說明： 隨著過濾過程的進(jìn)行，濾渣逐漸加厚?？梢韵氲?， 如果過濾壓力不變，即恒壓過濾時(shí)，過濾速度將逐漸減小。 因此上述定義為瞬時(shí)過濾速度。 過濾過程中，若要維持過濾速度不變，即維持恒速 過濾，則必須逐漸增加過濾壓力或壓差 總之，過濾是一個(gè)不穩(wěn)定的過程。 上面給出的只是過濾速度的定義式，為計(jì)算過濾速度， 首先應(yīng)該掌握過濾過程的推動(dòng)力和阻力。 （6）過濾速度 過程的推動(dòng)力過程的推動(dòng)力。過濾

27、過程中，在上游和下游之間需 維持一定的推動(dòng)力，比如一定的壓差，過濾過程才能進(jìn)行。 推動(dòng)力用來(lái)克服濾液通過濾渣層和過濾介質(zhì)層的微小孔道 時(shí)的阻力，通常過濾推動(dòng)力越大，過濾速度越快。 濾液通過濾渣層時(shí)的阻力濾液通過濾渣層時(shí)的阻力。濾液在濾渣層中流過時(shí)， 由于通道的直徑很小，阻力很大，因而流體的流速很小， 可視為層流，壓力降與流速的關(guān)系服從Poiseuille定律： (3-14) 2 1 1 32 e dp u l 1 u u 0 4 (1) e d S 0 lK L 式中 u1濾液在濾渣中的真實(shí)流速，m/s； de濾渣層通道的當(dāng)量直徑,m； p1濾液通過濾渣層時(shí)的壓力降，Pa ； 濾液黏度，Pas

28、； l通道的平均長(zhǎng)度,m； u瞬時(shí)過濾速度，m/s； 濾渣層的空隙率， =濾渣層空隙體積/濾渣 層總 體積； S0顆粒比表面積，S0=顆粒表面積/顆粒體積，1/m； K0比例常數(shù)； L濾餅厚度，m。 根據(jù)上述公式，可出導(dǎo)出過濾速度的表達(dá)式 其中， ，稱為濾渣的比阻，其值完全取決于 濾渣的性質(zhì)。 說明：過濾速度等于濾渣層推動(dòng)力/濾渣層阻力，其中 濾渣層阻力由兩方面因素決定，一是濾渣層的性質(zhì)及其厚 度，二是濾液的黏度。 23 111 12 2 0 00 32 21 e dpppV uu AdK Lr L K SL 推動(dòng)力 阻力 3 2 2 00 1 21 r K S 濾液通過過濾介質(zhì)時(shí)的阻力濾液通

29、過過濾介質(zhì)時(shí)的阻力 對(duì)介質(zhì)的阻力作如下近似處理：認(rèn)為它的阻力相當(dāng)于 厚度為L(zhǎng)e的一層濾渣層的阻力，于是介質(zhì)阻力可以表達(dá)為： rLe。 濾渣層與介質(zhì)層為兩個(gè)串聯(lián)的阻力層，通過兩者的過 濾速度應(yīng)該相等，即 (3-15) 其中,R=rL，Re=rLe。 12 ee ppdVpp AdrLrLerLrLRR 過濾速度的微分表達(dá)形式過濾速度的微分表達(dá)形式 濾渣層的體積為AL，它應(yīng)該與獲得的濾液量成正比， 設(shè)比例系數(shù)為c，于是AL=cV。由c=AL/V，可知的物理意義 是獲得單位體積的濾液量能得到的濾渣的體積。 由前面的討論可知： 。其 中Ve為濾出體積為ALe或厚度為L(zhǎng)e的濾渣層所獲得的濾液體 積。但這

30、部分濾液并不存在，而只是一個(gè)虛擬量，其值取 決于過濾介質(zhì)和濾渣的性質(zhì)。于是 （3-16） / eee RrLrcVARrLrcVA， 2 e dVAp drc VV 又設(shè)，獲得的濾渣層的質(zhì)量與獲得的濾液體積成正比， 即W=cV。其中c為獲得單位體積的濾液能得到的濾渣質(zhì)量。 由 可知，R與單位面積上的濾渣體積成正比， 我們也有理由認(rèn)為它與單位面積上的濾渣質(zhì)量成正比，只是 比例系數(shù)需要改變，即 RrLr 濾餅體積 濾餅面積 / / / ee Rrr WAr c VARr WAr c VA 濾餅質(zhì)量 ； 濾餅面積 于是我們可以得到與式（3-16）形式相同的微分方程 ( 3 - 1 7 ) 由獲得這一

31、方程的過程可知： 式（3-16）和式（3-17）均為過濾速度的微分表達(dá)式。 2 e dVAp dr c VV rcr c (7)恒壓過濾方程式 前已述及，過濾操作可以在恒壓變速或恒速變壓的條 件下進(jìn)行，但實(shí)際生產(chǎn)中還是恒壓過濾占主要地位。下面 的討論都限于恒壓過濾。 對(duì)式（3-16）或（3-17）分離變量，積分（以下以式 3-16為例），式中的取決于流體的性質(zhì)，濾渣比阻r取決 于濾渣的性質(zhì)，c取決于濾漿的濃度和顆粒的性質(zhì)，積分時(shí) 可將這三個(gè)與時(shí)間無(wú)關(guān)的量提到積分號(hào)外，而Ve可以作為 常數(shù)放在微分號(hào)內(nèi)，即 積分，可得 （3-18） 式中 V濾液體積，m3 ； Ve過濾介質(zhì)的當(dāng)量濾液體積，m3 ；

32、 A過濾面積，m2； 過濾時(shí)間，s； K過濾常數(shù)， ，m2/s 。 2 0 () () e e V V ee V pA VV d VVd rc 22 2 e VVVKA 22 pp K rcr c 式（3-18）還可以寫成如下形式： （3-19） 式中 q單位過濾面積得到的濾液體積，q=V/A， 同理， qe=Ve/A ,m3/ m2。 式（3-18）、式（3-19）為恒壓過濾方程式的兩種表達(dá)形 式。 2 2 e qqqK 說明：恒壓過濾方程式給出了過濾時(shí)間與獲得的濾液量 之間的關(guān)系。這一關(guān)系為拋物線，如圖3-6所示。值得注意 的是，圖中標(biāo)出了兩個(gè)坐標(biāo)系，積分時(shí)橫坐標(biāo)采用了0， 縱坐標(biāo)采用了V

33、eV+Ve，但實(shí)際得到的濾液量仍是V。圖中 的e為得到Ve這一虛擬濾液量所需要的時(shí)間，因而也是一 個(gè)虛擬時(shí)間。 圖3-6 恒壓過濾時(shí)過濾時(shí)間與獲得的濾液量之間的關(guān)系 +e V+VeV +ee Ve 0 VV+Ve 由比阻r的定義可以看出，其值與濾渣的空隙率及 比例系數(shù)K0有關(guān)。如果濾渣不可壓縮，則這兩個(gè)量與壓力 無(wú)關(guān)，比阻亦與壓力無(wú)關(guān)，于是過濾常數(shù)K便與壓力無(wú)關(guān)。 如果濾渣可壓縮，則 與壓力有關(guān)，則在某一 壓力下測(cè)定的r、K、qe不能用于其它壓力下的過濾計(jì)算。 0 , e KrK q 平均比阻與壓力之間有如下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系： ，其中s稱為壓縮性指數(shù)，其值取決于濾 渣的壓縮性，若不可壓縮，則s=0，

34、或 為不隨壓力而 變的常數(shù)。將這關(guān)系代入過濾常數(shù)的定義式可得： 另外，介質(zhì)的阻力 ， 所以 。 00 ss rr prrp或 0 r 0 r 11 00 22 ss pp K crc r 00 ss e eee cV RrLr pr p cq A 常數(shù) s e qp (8)過濾常數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定 過濾計(jì)算必須在過濾常數(shù)具備的條件下才能進(jìn)行。過 濾常數(shù)K、qe（或Ve）的影響因素很多，包括：操作壓力、 濾渣及顆粒的性質(zhì)、濾漿的濃度、濾液的性質(zhì)、過濾介質(zhì) 的性質(zhì)等，因此從理論上直接計(jì)算過濾常數(shù)比較困難，應(yīng) 該用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定。 方法一方法一：將式319進(jìn)行微分可得： ， 整理得 將該式等號(hào)左邊的微分用

35、增量代替： （3-20） 2 e qqdqKd 22 e qd q dqKK 22 e q q qKK 式（3-20）為一直線方程，它表明：對(duì)于恒壓下過濾 待測(cè)定的懸浮液，在實(shí)驗(yàn)中測(cè)出連續(xù)時(shí)間及以單位面積計(jì) 的濾液累積量q，并算出一系列與q的對(duì)應(yīng)值，在直角 坐標(biāo)系中以/q為縱坐標(biāo)，以q為橫坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)繪，可 得一條直線。這條直線的斜率為2/K，截距為2qe/K 方法二方法二：將式3-19兩邊同除以可得： (3-21) 實(shí)驗(yàn)測(cè)定變量與方法一相同，即測(cè)出連續(xù)時(shí)間及以單位面 積計(jì)的濾液累積量q，以/q為縱坐標(biāo)，以q為橫坐標(biāo)，在直 角坐標(biāo)系中可得一條直線，該直線的斜率為1/K ，截距為 2qe/K 。

36、21 e q q qKK 討論討論：a. 前已述及，過濾常數(shù)與諸多因素有關(guān)，只 有當(dāng)實(shí)際生產(chǎn)條件與實(shí)驗(yàn)條件完全相同時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)定的過 濾常數(shù)才可用于生產(chǎn)設(shè)備的計(jì)算。這里最需要注意的就是 操作壓力，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的過濾壓力可能有一些變化，實(shí)驗(yàn) 應(yīng)該在不同的壓力測(cè)定過濾常數(shù)。 b在一定的壓力下測(cè)定過濾常數(shù)K，并直接測(cè)出濾液的 黏度和懸浮液的c或c后，還可根據(jù)K的定義式反算出該壓 力下的比阻。多次進(jìn)行這樣的過程，可以得到一系列（r,p） 數(shù)據(jù)，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中作圖，由 關(guān)系可知，應(yīng)該 得到一條直線，該直線的斜率為壓縮性指數(shù)s，截距為單位 壓力下的比阻r0。壓縮性指數(shù)和比阻才是過濾理論研究的 對(duì)象。 0 s

37、 rr p 2.2.過濾過程的計(jì)算過濾過程的計(jì)算 (1)間歇過濾機(jī)的計(jì)算 操作周期與生產(chǎn)能力操作周期與生產(chǎn)能力。間歇過濾機(jī)的特點(diǎn)是在整個(gè)過 濾機(jī)上依次進(jìn)行一個(gè)過濾循環(huán)中的過濾、洗滌、卸渣、清理、 裝合等操作。在每一操作循環(huán)中，全部過濾面積只有部分時(shí) 間在進(jìn)行過濾，但是過濾之外的其它各步操作所占用的時(shí)間 也必須計(jì)入生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)。一個(gè)操作周期內(nèi)的總時(shí)間為 (3-22) 式中 c1個(gè)操作周期內(nèi)的總時(shí)間,s； F1個(gè)操作周期內(nèi)的過濾時(shí)間,s； W1個(gè)操作周期內(nèi)的洗滌時(shí)間,s； R1個(gè)操作周期內(nèi)的卸渣、清理、裝合所用的時(shí)間，s。 CFWR 間歇過濾機(jī)的生產(chǎn)能力計(jì)算和設(shè)備尺寸計(jì)算都應(yīng)根據(jù) c而不是F來(lái)定。間

38、歇過濾機(jī)的生產(chǎn)能力定義為一個(gè)操作 周期中單位時(shí)間內(nèi)獲得的濾液體積或?yàn)V渣體積來(lái)表示： (3-23) (3-24) FF CFWR VV Q FF CFWR cVcV Q 洗滌速率和洗滌時(shí)間洗滌速率和洗滌時(shí)間。洗滌的目的是回收滯留在顆 ?？p隙間的濾液，或凈化構(gòu)成濾渣的顆粒。當(dāng)濾渣需要洗 滌時(shí)，洗滌液的用量應(yīng)該由具體情況來(lái)定，一般認(rèn)為洗滌 液用量與前面獲得的濾液量成正比。即 。 洗滌速率定義為單位時(shí)間的洗滌液用量。在洗滌過程 中，濾渣厚度不再增加，故洗滌速率恒定不變。將單位時(shí) 間內(nèi)獲得的濾液量稱為過濾速率。我們研究洗滌速度時(shí)作 如下假定：洗滌液黏度與濾液相同；洗滌壓力與過濾壓力 相同。 WF VJV

39、 a葉濾機(jī)的洗滌速率和洗滌時(shí)間。此類設(shè)備采用置換 洗滌法，洗滌液流經(jīng)濾渣的通道與過濾終了時(shí)濾液的通道 完全相同，洗滌液通過的濾渣面積也與過濾面積相同，所 以終了過濾速率與洗滌速率相等。由式（3-16）可得 （3-25） 用洗滌液總用量除以洗滌速率，就可得到洗滌時(shí)間： （3-26） 22 ()2() Wee dVdVA pA K ddrc VVVV 終了終了終了 22 ()2() / wewew ww W rc VV VVV VdV V dA pA K 終了終了 b.板框壓濾機(jī)的洗滌速度和洗滌時(shí)間。板框壓濾機(jī)過 濾終了時(shí)，濾液通過濾渣層的厚度為框厚的一半，過濾面 積則為全部濾框面積之和的兩倍。但

40、由于其采用橫穿洗滌， 洗滌液必須穿過兩倍于過濾終了時(shí)濾液的路徑，所 以 ；而洗滌面積為過濾面積的1/2，即 ，由c 的定義可知cw=c 2 w LL /2 W AA 將洗滌過程看成是濾渣不再增厚度的過濾過程，則單位時(shí) 間內(nèi)通過濾渣層的洗滌液量 （3-27） 上式說明，采用橫穿洗滌的板框式壓濾機(jī)其洗滌速率為最 終過濾速率的1/4。 洗滌時(shí)間 (3-28) 222 (/2)1 ()()4 2() w Wweee ApA KdVAp drc VVrc VVVV 終了終了終了 2 8() / ew ww W VV VdV V dA K 終了 最佳操作周期最佳操作周期 在一個(gè)操作循環(huán)中，過濾裝置卸渣、清

41、理、裝合這些工 序所占的輔助時(shí)間往往是固定的。可變的就是過濾時(shí)間和洗 滌時(shí)間。若采用較短的過濾時(shí)間，由于濾渣較薄而具有較大 的過濾速度，但非過濾操作時(shí)間在整個(gè)周期中所占的比例較 大，使生產(chǎn)能力較低；相反，若采用較長(zhǎng)的過濾時(shí)間，非過 濾時(shí)間在整個(gè)操作周期中所占比例較小，但因形成的濾渣較 厚，過濾后期速度很慢，使過濾的平均速度減小，生產(chǎn)能力 也不會(huì)太高。綜上所述，在一操作周期中過濾時(shí)間應(yīng)該有一 個(gè)使生產(chǎn)能力達(dá)到最大的最佳值。可以證明，當(dāng)過濾與洗滌 時(shí)間之和等于輔助時(shí)間時(shí)，達(dá)到一定生產(chǎn)能力所需要的總時(shí) 間最短，即生產(chǎn)能力最大。板框過濾機(jī)的框厚度應(yīng)據(jù)此最佳 過濾時(shí)間內(nèi)生成的濾渣厚度來(lái)決定。 (2)連續(xù)

42、過濾機(jī)的計(jì)算 操作周期與過濾時(shí)間：操作周期與過濾時(shí)間： 轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)的特點(diǎn)是過濾、洗滌、卸渣等操作是在過 濾機(jī)分區(qū)域同時(shí)進(jìn)行的。任何時(shí)間內(nèi)都在進(jìn)行過濾，但過 濾面積中只有屬于過濾區(qū)的那部分才有濾液通過。連續(xù)過 濾機(jī)的操作周期就是轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)一周所經(jīng)歷的時(shí)間。設(shè)轉(zhuǎn)筒 的轉(zhuǎn)速為每秒鐘n次，則每個(gè)操作周期的時(shí)間： (3-29)1/ C n 轉(zhuǎn)筒表面浸入濾漿中分?jǐn)?shù)為： 。于是一 個(gè)操作周期中的全部過濾面積所經(jīng)歷的過濾時(shí)間為該分?jǐn)?shù) 乘以操作周期長(zhǎng)度： (3-30) 如此，將一個(gè)操作周期中所有時(shí)間但部分面積在過濾 轉(zhuǎn)換為所有面積但部分時(shí)間在過濾。這樣，轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)的 計(jì)算方法便與間歇過濾機(jī)取得一致。 /360 浸

43、入角度 / FC n 生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力 轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)是在恒壓下操作的。設(shè)轉(zhuǎn)筒面積為A，一個(gè) 操作周期中（即旋轉(zhuǎn)一周）單位過濾面積的所得濾液量為q， 則轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)的生產(chǎn)能力為： 而可由恒壓過濾方程求得： 3600/3600 hc VqAnqA 2 2/ eF qqqKKn 解上式可得： 于是 （3-31） 當(dāng)濾布的阻力可以忽略時(shí),Ve=0 ，式（3-31）可以變?yōu)椋?（3-32） 式（3-31）和（3-32）可用于轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算。 2 ee qqKq n 22 36003600 hee QnqAnVKAV n 3600 h QA K n 說明：旋轉(zhuǎn)過濾機(jī)的生產(chǎn)能力首先取決于轉(zhuǎn)筒的面積；

44、對(duì)于特定的過濾機(jī)，提高轉(zhuǎn)速和浸入角度均可提高其生產(chǎn) 能力。但浸入角度過大會(huì)引起其它操作的面積減小，甚至 難以操作；若轉(zhuǎn)速過大，則每一周期中的過濾時(shí)間很短， 使濾渣太薄，難于卸渣，且功率消耗也很大。合適的轉(zhuǎn)速 需要通過實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。 例題3-1 在試驗(yàn)裝置中過濾鈦白（TiO2）的水懸浮液， 過濾 壓 力 為3 k g f /cm 2 （表壓），求得過濾常數(shù)如 下： 。又測(cè)出濾渣體積與濾液體積 之比 ?，F(xiàn)要用工業(yè)壓濾機(jī)過濾同樣的料液，過 濾壓力及所用濾布亦與實(shí)驗(yàn)時(shí)相同。壓濾機(jī)型號(hào)為 BMY33/810-45。機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)TH39-62規(guī)定：B代表板框 式，M代表明流，Y代表采用液壓壓緊裝置。這一型

45、號(hào)設(shè)備 濾框空處長(zhǎng)與寬均為810mm，厚度為45mm，共有26個(gè)框，過 濾面積為33，框內(nèi)總?cè)萘繛?.760m3。試計(jì)算： （1）過濾進(jìn)行到框內(nèi)全部充滿濾渣所需要過濾時(shí)間； （2）過濾后用相當(dāng)于濾液量1/10的清水進(jìn)行橫穿洗滌， 求洗滌時(shí)間； （3）洗滌后卸渣、清理、裝合等共需要40分鐘，求該壓 濾機(jī)的生產(chǎn)能力（以每小時(shí)平均可得多少TiO2濾渣計(jì)）。 5232 5 10 m /s,0.01m /m e Kq 33 0.08m /mc 解（1）一個(gè)操作周期可得濾液體積 虛擬濾液體積： 由過濾方程式： 可求得過濾時(shí)間為 3 0.76 9.5m 0.08 F V cc 濾餅體積框內(nèi)總?cè)萘?3 0.0

46、1 330.33m ee Vq A 22 2 FFeF VV VKA 22 252 29.52 9.5 0.33 1772.6 5 1033 FFe F VV V s KA （2）最終過濾速率由過濾方程式微分求得： 洗滌速率為最終過濾速率的1/4， 洗滌水量為： 洗滌時(shí)間 225 33 335 10 2.77 10/ 2()2 9.50.33 Fe dVA K ms dVV 終了 5 0.10.95 WF VVm 3 44 0.95 1372 /2.77 10 W W V s dV d 終了 （3）操作周期為 生產(chǎn)能力 ； 1772.640 60 13725544.6 CFWR s 3 360

47、0/6.2/ FC QVm濾液 小時(shí) 3 6.2 0.080.496/QQ cm 濾餅 小時(shí) 3.3.2 3.3.2 過濾設(shè)備過濾設(shè)備 1 1重力過濾設(shè)備重力過濾設(shè)備 （1）工作原理 濾液直接通過靜止的床層，液體在重力的作用下通過 濾渣，而懸浮液中的固體顆粒被截留在濾渣上，從而實(shí)現(xiàn) 固液的分離。 （2）主要優(yōu)缺點(diǎn) 無(wú)需外力完全依靠液體的自身重力，從而節(jié)約能源和 設(shè)備。但是過濾速度慢，過濾時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)法進(jìn)行大批量生 產(chǎn)。 2 2真空過濾機(jī)真空過濾機(jī) 常見的真空過濾機(jī)是轉(zhuǎn)筒式真空過濾機(jī) （1）結(jié)構(gòu)與工作原理 設(shè)備的主體是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的水平圓筒，其表面有一層金 屬網(wǎng)作為支承，網(wǎng)的外圍覆蓋濾布，筒的下部浸入

48、濾漿中。 圓筒沿徑向被分割成若干扇形格，每格都有管與位于筒中 心的分配頭相連。憑借分配頭的作用，這些孔道依次分別 與真空管和壓縮空氣管相連通，從而使相應(yīng)的轉(zhuǎn)筒表面部 位分別處于被抽吸或吹送的狀態(tài)。這樣，在圓筒旋轉(zhuǎn)一周 的過程中，每個(gè)扇形表面可依次順序進(jìn)行過濾、洗滌、吸 干、吹松、卸渣等操作。 分配頭由緊密貼合的轉(zhuǎn)動(dòng)盤與固定盤構(gòu)成，轉(zhuǎn)動(dòng)盤上 的每一孔通過前述的連通管各與轉(zhuǎn)筒表面的一段相通。固 定盤上有三個(gè)凹槽，分別與真空系統(tǒng)和吹氣管相連。 當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)盤上的某幾個(gè)小孔與固定盤上的凹槽2相對(duì)時(shí)， 這幾個(gè)小孔對(duì)應(yīng)的連通管及相應(yīng)的轉(zhuǎn)筒表面與濾液真空管 相連，濾液便可經(jīng)連通管和轉(zhuǎn)動(dòng)盤上的小孔被吸入真空系 統(tǒng)；

49、同時(shí)濾渣沉積于濾布的外表面上，此為過濾。 轉(zhuǎn)動(dòng)盤轉(zhuǎn)到使這幾個(gè)小孔與凹槽3相對(duì)時(shí)，這幾個(gè)小 孔對(duì)應(yīng)的連通管及相應(yīng)的轉(zhuǎn)筒表面與洗水真空管相連，轉(zhuǎn) 筒上方噴灑的洗水被從外表面吸入連通管中，經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)盤上 的小孔被送入真空系統(tǒng)，此為洗滌、吸干。 當(dāng)這些小孔與凹槽4相對(duì)時(shí)，這幾個(gè)小孔對(duì)應(yīng)的連通 管及相應(yīng)的轉(zhuǎn)筒表面與壓縮空氣吹氣相連，壓縮空氣經(jīng)連 通管從內(nèi)向外吹向?yàn)V渣，此為吹松。 隨著轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，這些小孔對(duì)應(yīng)表面上的濾渣又與 刮刀相遇，被刮下，此為卸渣。 繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，這些小孔對(duì)應(yīng)的表面又重新浸入濾漿中， 這些小孔又與固定盤上的凹槽2相對(duì)，又重新開始一個(gè)操作 循環(huán)。 每當(dāng)小孔與固定盤兩凹槽之間的空白位置（與外界

50、不相通的部分）相遇時(shí)，則轉(zhuǎn)筒表面與之相對(duì)應(yīng)的段停止 工作，以便從一個(gè)操作區(qū)轉(zhuǎn)向另一操作區(qū)，不致使兩區(qū)相 互串通。 （2）主要優(yōu)缺點(diǎn) 轉(zhuǎn)筒過濾機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化操作，對(duì)處理量大而 容易過濾的料漿特別適宜。其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)筒體積龐大而過濾 面積相形之下顯??；用真空吸液，過濾推動(dòng)力不大，懸浮 液溫度不能高。 2 2加壓過濾器加壓過濾器 常見的加壓過濾器是板框式過濾器。 （1）結(jié)構(gòu)與工作原理 由多塊帶凸凹紋路的濾板和濾框交替排列于機(jī)架而構(gòu) 成。板和框一般制成方形，其角端均開有圓孔，這樣板、 框裝合，壓緊后即構(gòu)成供濾漿、濾液或洗滌液流動(dòng)的通道。 框的兩側(cè)覆以濾布，空框與濾布圍成了容納濾漿和濾渣的 空間。 圖

51、3-7 板 框 板和框的結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。懸浮液從框右上角的通道 1（位于框內(nèi)）進(jìn)入濾框，固體顆粒被截留在框內(nèi)形成濾渣， 濾液穿過濾渣和濾布到達(dá)兩側(cè)的板，經(jīng)板面從板的左下角 旋塞排出。待框內(nèi)充滿濾渣，即停止過濾。如果濾渣需要 洗滌，先關(guān)閉洗滌板下方的旋塞，洗液從洗板左上角的通 道2（位于框內(nèi)）進(jìn)入，依次穿過濾布、濾渣、濾布，到達(dá) 非洗滌板，從其下角的旋塞排出。 圖3-8 壓濾機(jī)流程 如果將非洗滌板編號(hào)為1、框?yàn)?、洗滌板為3，則板框 的組合方式服從1-2-3-2-1-2-3之規(guī)律。組裝之后的過濾和 洗滌原理如圖3-8所示。 濾液的排出方式有明流和暗流之分，若濾液經(jīng)由每塊 板底部旋塞直接排出，

52、則稱為明流（顯然，以上討論以明 流為例）；若濾液不宜暴露于空氣中，則需要將各板流出 的濾液匯集于總管后送走，稱為暗流。 說明： 板框壓濾機(jī)的操作是間歇的，每個(gè)操作循環(huán)由裝合、 過濾、洗滌、卸渣、整理五個(gè)階段組成。 上面介紹的洗滌方法稱為橫穿洗滌法，其洗滌面積 為過濾面積的1/2，洗滌液穿過的濾渣厚度為過濾終了時(shí)濾 液穿過厚度的2倍。若采用置換洗滌法，則洗滌液的行程和 洗滌面積與濾液完全相同。 （2）主要優(yōu)缺點(diǎn) 板框壓濾機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，過濾面積大而占地小，過濾壓 力高，便于用耐腐蝕材料制造，操作靈活，過濾面積可根 據(jù)產(chǎn)生任務(wù)調(diào)節(jié)。主要缺點(diǎn)是間歇操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，產(chǎn) 生效率低。 3.4 3.4 離心分

53、離離心分離 3.4.1 3.4.1 離心分離原理離心分離原理 重力沉降是依靠非均相物系中顆粒自身的重力實(shí)現(xiàn)顆 粒與流體分離的目的，由于顆粒的沉降速度較慢，因此重 力沉降的分離效率很低，如果用離心力場(chǎng)的離心力代替重 力場(chǎng)中的重力，則可使分離效率大大提高。離心分離就是 利用離心力的作用使非均相物系分離的操作。 3.4.2 3.4.2 離心機(jī)的分類及應(yīng)用離心機(jī)的分類及應(yīng)用 離心機(jī)是利用慣性離心力進(jìn)行固液、液液或氣 固離心分離的機(jī)械。離心機(jī)的主要部件是安裝在豎直或水 平軸上的快速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓。當(dāng)鼓壁上無(wú)孔且分離的料液是 懸浮液時(shí)，則密度較大的顆粒沉于鼓壁，而密度較小的流 體集中于中央并不斷引出，此稱為離心沉降。若在有孔的 鼓內(nèi)壁面覆蓋濾布，則流體甩出而顆粒被截留在鼓內(nèi)，此 稱為離心過濾。離心沉降和離心過濾統(tǒng)稱為離心分離。現(xiàn) 將常用的離心機(jī)介紹如下： 1 1沉降式離心機(jī)沉降式離心機(jī) 其鼓壁上無(wú)孔，它是借離心力作用使料液按密度大小 進(jìn)行分層，達(dá)到分離目的。在食品加工中，主要是用于回 收動(dòng)植物蛋白、分離可可、