第七章 過濾、離心與膜分離設備

1、 1第七章第七章 過濾、離心與過濾、離心與膜分離設備膜分離設備 生物工程設備 2（1 1）上游工程：）上游工程：菌種的構建和產(chǎn)物的生成菌種的構建和產(chǎn)物的生成( (發(fā)酵發(fā)酵) )（2 2）下游工程：）下游工程：產(chǎn)物的提取和精制產(chǎn)物的提取和精制( (過濾過濾、分離分離、蒸發(fā)蒸發(fā)和和結(jié)晶結(jié)晶等等) )。（3 3）發(fā)酵產(chǎn)物的存在形式）發(fā)酵產(chǎn)物的存在形式: : 胞外產(chǎn)物：透出菌體細胞之外存在于懸浮液中；胞外產(chǎn)物：透出菌體細胞之外存在于懸浮液中； 胞內(nèi)產(chǎn)物：存在于細胞之內(nèi)；胞內(nèi)產(chǎn)物：存在于細胞之內(nèi)； 細胞本身；細胞本身；（4 4）液固分離方法：）液固分離方法：為了提取和精制發(fā)酵產(chǎn)物，往住必須首先將懸為了提

2、取和精制發(fā)酵產(chǎn)物，往住必須首先將懸浮液進行液固分離。浮液進行液固分離。 方法主要是過濾方法主要是過濾( (最常用最常用) )和離心分離。和離心分離。 膜分離是目前新興的過濾方法，在此也予以介紹。膜分離是目前新興的過濾方法，在此也予以介紹。過濾、離心與膜分離設備過濾、離心與膜分離設備 3 離心分離是基于分離體系中固液和液液離心分離是基于分離體系中固液和液液兩相密度存兩相密度存在差異在差異，在離心場中使不同密度的兩相相分離的過程。，在離心場中使不同密度的兩相相分離的過程。靜置混合液時，密度較大的固體顆粒或重液在重力的作靜置混合液時，密度較大的固體顆?；蛑匾涸谥亓Φ淖饔孟轮饾u下沉，這一過程稱為沉降。

3、用下逐漸下沉，這一過程稱為沉降。 過濾是傳統(tǒng)的化工單元操作，其原理是使物料通過過濾是傳統(tǒng)的化工單元操作，其原理是使物料通過固態(tài)過濾介質(zhì)固態(tài)過濾介質(zhì)時，固態(tài)懸浮物與溶液分離。如液相中谷時，固態(tài)懸浮物與溶液分離。如液相中谷氨酸鈉、檸檬酸晶體的分離。氨酸鈉、檸檬酸晶體的分離。 過濾的形式：常壓、加壓、真空及離心過濾。過濾的形式：常壓、加壓、真空及離心過濾。過濾、離心與膜分離設備過濾、離心與膜分離設備 4 膜分離是利用膜的選擇性，以膜的兩側(cè)存在一定膜分離是利用膜的選擇性，以膜的兩側(cè)存在一定的能量差為推動力，膜分離常用的膜有微濾膜、超濾的能量差為推動力，膜分離常用的膜有微濾膜、超濾膜、電滲析膜和反滲透膜

4、等。膜、電滲析膜和反滲透膜等。過濾介質(zhì)：一種能讓液體通過，將固體粒子截留的介質(zhì)。過濾介質(zhì)：一種能讓液體通過，將固體粒子截留的介質(zhì)。濾渣：濾漿中的固體粒子。濾渣：濾漿中的固體粒子。濾餅：當懸浮液通過過濾介質(zhì)時，固體顆粒被介質(zhì)阻攔而濾餅：當懸浮液通過過濾介質(zhì)時，固體顆粒被介質(zhì)阻攔而形成濾餅，當濾餅積至一定厚度時就起到過濾作用。形成濾餅，當濾餅積至一定厚度時就起到過濾作用。 濾液：濾過的液體濾液：濾過的液體過濾、離心與膜分離設備過濾、離心與膜分離設備主要內(nèi)容第一節(jié) 過濾速度的強化第二節(jié) 過濾設備第三節(jié) 離心分離設備第四節(jié) 膜分離設備 6 提高過濾速度，一方面可通過改變懸浮液的物理性質(zhì)（預提高過濾速度

5、，一方面可通過改變懸浮液的物理性質(zhì)（預處理），另一方面，選擇適當?shù)倪^濾介質(zhì)和操作條件。處理），另一方面，選擇適當?shù)倪^濾介質(zhì)和操作條件。1 過濾速度的強化1.1 1.1 發(fā)酵液的預處理發(fā)酵液的預處理目的：增大懸浮液中固體粒子的尺寸，除去無機離子和雜蛋目的：增大懸浮液中固體粒子的尺寸，除去無機離子和雜蛋白質(zhì)，降低液體粘度，便于有效分離。白質(zhì)，降低液體粘度，便于有效分離。（一）加熱（一）加熱 ： 使蛋白質(zhì)變性凝固；降低粘度使蛋白質(zhì)變性凝固；降低粘度。 7（二）凝聚和絮凝：（二）凝聚和絮凝： 凝聚凝聚是將一種無機電解質(zhì)（凝聚劑）加入到懸浮液中，將膠是將一種無機電解質(zhì)（凝聚劑）加入到懸浮液中，將膠體粒子

6、表面上的體粒子表面上的電荷中和電荷中和，減少存在于膠體粒子間的靜電斥力，減少存在于膠體粒子間的靜電斥力，使范德華力占優(yōu)勢，這樣膠體就會凝聚成較大、較密實的粒子。使范德華力占優(yōu)勢，這樣膠體就會凝聚成較大、較密實的粒子。 常用的凝聚劑有：硫酸鋁、氯化鋁、聚合氯化鋁、三氯化鐵、常用的凝聚劑有：硫酸鋁、氯化鋁、聚合氯化鋁、三氯化鐵、硫酸亞鐵等。硫酸亞鐵等。 絮凝絮凝是將一種高分子電解質(zhì)（絮聚劑）加入到懸浮液中，借高是將一種高分子電解質(zhì)（絮聚劑）加入到懸浮液中，借高分子電解質(zhì)的長鏈作用，與離子產(chǎn)生靜電作用，分子電解質(zhì)的長鏈作用，與離子產(chǎn)生靜電作用，捕獲粒子，中和捕獲粒子，中和電荷，粘結(jié)顆粒，電荷，粘結(jié)顆

7、粒，以及在固相粒子間搭橋，使顆粒不斷凝結(jié)為較以及在固相粒子間搭橋，使顆粒不斷凝結(jié)為較大的絮塊。大的絮塊。 絮凝劑：長鏈線狀高分子聚合物，如聚丙烯酰胺類、聚合鋁鹽、絮凝劑：長鏈線狀高分子聚合物，如聚丙烯酰胺類、聚合鋁鹽、聚合鐵鹽、多糖類聚合鐵鹽、多糖類(海藻酸鈉、明膠、骨膠和殼聚糖等海藻酸鈉、明膠、骨膠和殼聚糖等)。1 過濾速度的強化 81 過濾速度的強化 9（四）調(diào)節(jié)（四）調(diào)節(jié)pHpH： 調(diào)節(jié)發(fā)酵液調(diào)節(jié)發(fā)酵液pHpH至蛋白質(zhì)等電點，除去蛋白質(zhì)。大幅改變至蛋白質(zhì)等電點，除去蛋白質(zhì)。大幅改變pHpH，還能使蛋白質(zhì)變性凝固。，還能使蛋白質(zhì)變性凝固。（五）加入助濾劑：（五）加入助濾劑： 助濾劑吸附了細

8、小的膠體粒子，使其均勻分布于濾餅層助濾劑吸附了細小的膠體粒子，使其均勻分布于濾餅層中，相應地改變?yōu)V餅結(jié)構，降低濾餅的可壓縮性，減少過濾中，相應地改變?yōu)V餅結(jié)構，降低濾餅的可壓縮性，減少過濾阻力。阻力。 助濾劑：硅藻土、活性炭、石英砂、白土等。助濾劑：硅藻土、活性炭、石英砂、白土等。（三）加入鹽類：（三）加入鹽類： 除去高價無機離子。如利用草酸鈉除去鈣離子；利用三除去高價無機離子。如利用草酸鈉除去鈣離子；利用三聚磷酸鈉除去鎂離子聚磷酸鈉除去鎂離子; ;利用黃血鹽除去鐵離子等。利用黃血鹽除去鐵離子等。1 過濾速度的強化 10 過濾介質(zhì)除過濾作用外，還是濾餅的支撐物，應具有足夠過濾介質(zhì)除過濾作用外，還

9、是濾餅的支撐物，應具有足夠的機械強度和盡可能小的流動阻力。的機械強度和盡可能小的流動阻力。 （1）過濾介質(zhì)所能截留的固體粒子的大?。┻^濾介質(zhì)所能截留的固體粒子的大小 纖維纖維 10um 硅藻土硅藻土 1um 超濾膜超濾膜 0.5um （2）過濾介質(zhì)的滲透性）過濾介質(zhì)的滲透性 滲透性越大，阻力越小滲透性越大，阻力越小 （3）其他）其他 耐酸堿性、耐熱性耐酸堿性、耐熱性1 1、合理選擇過濾介質(zhì)取決于：、合理選擇過濾介質(zhì)取決于：1 過濾速度的強化 112、工業(yè)上常用的過濾介質(zhì)、工業(yè)上常用的過濾介質(zhì)（1 1）織物介質(zhì)（濾布）織物介質(zhì)（濾布）影響因素：纖維特性，編織的紋法和線型，耐熱性，耐磨性，影響因素

10、：纖維特性，編織的紋法和線型，耐熱性，耐磨性，耐酸性等等。耐酸性等等。（2 2）粒狀介質(zhì)）粒狀介質(zhì)硅藻土、珍珠巖石、細砂、活性碳、白土，硅藻土、珍珠巖石、細砂、活性碳、白土，發(fā)酵工業(yè)中最常發(fā)酵工業(yè)中最常用的散粒過濾介質(zhì)是硅藻土用的散粒過濾介質(zhì)是硅藻土：1.作為深層過濾介質(zhì)過濾懸浮液。作為深層過濾介質(zhì)過濾懸浮液。2.作為預涂層。在支撐介質(zhì)表面上預先形成硅藻土薄層，以作為預涂層。在支撐介質(zhì)表面上預先形成硅藻土薄層，以保護支持性介質(zhì)的毛細孔在過濾時不被微小的顆粒所堵塞。保護支持性介質(zhì)的毛細孔在過濾時不被微小的顆粒所堵塞。3.作為助濾劑。使形成的濾餅具有多孔隙，并降低濾餅的可作為助濾劑。使形成的濾餅具

11、有多孔隙，并降低濾餅的可壓縮性，提高過濾速度和延長過濾操作的周期。壓縮性，提高過濾速度和延長過濾操作的周期。1 過濾速度的強化 12（3）多孔固體介質(zhì) 如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等。常用于過濾含有少量 微粒的懸浮液。過濾介質(zhì)種類繁多，過濾機型式多種多樣，濾漿的性質(zhì)及分離條件、目的各不相同，使得過濾介質(zhì)的選擇并非輕而易舉。正確選擇過濾介質(zhì)，一是靠經(jīng)驗，二是靠實驗。1 過濾速度的強化多孔陶瓷多孔玻璃 1301 ( 8 - 1 )d Vp Fd trlR(1)懸浮液物理性質(zhì)的改變，如降低粘度、減少濾餅比阻和濾懸浮液物理性質(zhì)的改變，如降低粘度、減少濾餅比阻和濾餅層厚度（加入助濾劑和絮凝劑）。餅層厚

12、度（加入助濾劑和絮凝劑）。(2)改變過濾壓力差。在一定壓力差范圍內(nèi)，增大壓差對過濾改變過濾壓力差。在一定壓力差范圍內(nèi)，增大壓差對過濾有利，但當壓差大于某一值后，繼續(xù)增大將使過濾速度減慢。有利，但當壓差大于某一值后，繼續(xù)增大將使過濾速度減慢。1 過濾速度的強化式中t 過濾時間，sV濾液體積，mp過濾壓力差，Pa濾液粘度，Pasr0濾餅的質(zhì)量比阻，1/ m濾餅層的厚度，mR濾布阻力，1/mF過濾面積，m 14加壓過濾機、真空過濾機在生物發(fā)酵工業(yè)中具有廣泛的用途。而加壓過濾機、真空過濾機在生物發(fā)酵工業(yè)中具有廣泛的用途。而常壓過濾機由于過濾的推動力太小，現(xiàn)代工業(yè)上較少采用。常壓過濾機由于過濾的推動力太

13、小，現(xiàn)代工業(yè)上較少采用。2 過濾設備 152 過濾設備 16板和框2 過濾設備 172 過濾設備 182 過濾設備 192 過濾設備 20第二節(jié)第二節(jié) 過濾設備過濾設備降框、卸餅及洗刷濾布IFPIFP自動板框壓濾機工作原理圖自動板框壓濾機工作原理圖 212 過濾設備 222 2、結(jié)構：、結(jié)構： 過濾機的主要部分是一水平放置的回轉(zhuǎn)圓過濾機的主要部分是一水平放置的回轉(zhuǎn)圓筒（轉(zhuǎn)鼓）。筒的表面有孔眼，并包有金屬筒（轉(zhuǎn)鼓）。筒的表面有孔眼，并包有金屬網(wǎng)和濾布。網(wǎng)和濾布。 轉(zhuǎn)筒內(nèi)部用隔板分成互不相通的轉(zhuǎn)筒內(nèi)部用隔板分成互不相通的1818個扇形個扇形格，這些扇形格經(jīng)過空心主軸的通道和分配格，這些扇形格經(jīng)過空

14、心主軸的通道和分配頭的固定盤上的小室相通。頭的固定盤上的小室相通。 分配頭的作用是使轉(zhuǎn)筒內(nèi)各個扇形格同真分配頭的作用是使轉(zhuǎn)筒內(nèi)各個扇形格同真空系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)順次接通?？障到y(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)順次接通。1 1、特點：將過濾、洗餅、吹干、卸餅分別在轉(zhuǎn)鼓的一周轉(zhuǎn)動、特點：將過濾、洗餅、吹干、卸餅分別在轉(zhuǎn)鼓的一周轉(zhuǎn)動中完成。連續(xù)且濾餅阻力小。為恒壓恒速過濾過程。中完成。連續(xù)且濾餅阻力小。為恒壓恒速過濾過程。2 過濾設備 232 過濾設備 24（1 1）過濾區(qū)）過濾區(qū) 浸在懸浮液內(nèi)的各扇形格同真空管路接通，浸在懸浮液內(nèi)的各扇形格同真空管路接通，格內(nèi)為真空。濾液透過濾布，被壓入扇形格內(nèi)，格內(nèi)為真空。濾液透

15、過濾布，被壓入扇形格內(nèi)，經(jīng)分配頭被吸出。而固體顆粒在濾布上則形成經(jīng)分配頭被吸出。而固體顆粒在濾布上則形成一層逐漸增厚的濾渣。一層逐漸增厚的濾渣。（2 2）洗滌吸干區(qū)域）洗滌吸干區(qū)域 當扇形格離開懸浮液進入此區(qū)時，格內(nèi)仍當扇形格離開懸浮液進入此區(qū)時，格內(nèi)仍與真空管路相通。濾餅在此格內(nèi)將被洗滌并吸與真空管路相通。濾餅在此格內(nèi)將被洗滌并吸干，以進一步降低濾餅中溶質(zhì)的含量。干，以進一步降低濾餅中溶質(zhì)的含量。3 3、運轉(zhuǎn)過程：、運轉(zhuǎn)過程： 在轉(zhuǎn)筒的回轉(zhuǎn)過程中，借分配頭的作用，每個過濾室相繼與在轉(zhuǎn)筒的回轉(zhuǎn)過程中，借分配頭的作用，每個過濾室相繼與分配頭的幾個室相接通，使過濾面形成以下幾個工作區(qū)。分配頭的幾個

16、室相接通，使過濾面形成以下幾個工作區(qū)。2 過濾設備 25（3 3）卸渣區(qū)）卸渣區(qū) 這個區(qū)與分配頭的這個區(qū)與分配頭的室相接通，在室相接通，在室通室通入壓縮空氣，壓縮空氣由筒內(nèi)向外，穿過濾布入壓縮空氣，壓縮空氣由筒內(nèi)向外，穿過濾布而將濾餅吹松，隨后由刮刀將濾餅清除。而將濾餅吹松，隨后由刮刀將濾餅清除。（4 4）濾布復原區(qū)）濾布復原區(qū) 濾渣被刮落后，為了除去堵塞在濾布孔隙濾渣被刮落后，為了除去堵塞在濾布孔隙中的細微顆粒，壓縮空氣通過分配頭的中的細微顆粒，壓縮空氣通過分配頭的室進室進入復原區(qū)的濾室，吹落這些顆粒使濾布復原，入復原區(qū)的濾室，吹落這些顆粒使濾布復原，重新開始下一循環(huán)的操作。重新開始下一循環(huán)

17、的操作。2 過濾設備 262 過濾設備 272 過濾設備 28動盤固定在轉(zhuǎn)鼓軸頸上動盤固定在轉(zhuǎn)鼓軸頸上與轉(zhuǎn)鼓同步旋轉(zhuǎn)。動盤端面有一圈孔。每個與轉(zhuǎn)鼓同步旋轉(zhuǎn)。動盤端面有一圈孔。每個孔與轉(zhuǎn)鼓上對應的一個濾室相連。閥座不轉(zhuǎn)動孔與轉(zhuǎn)鼓上對應的一個濾室相連。閥座不轉(zhuǎn)動其內(nèi)側(cè)端面上開有三其內(nèi)側(cè)端面上開有三條弧形槽（濾液真空凹槽、洗水真空凹槽、壓縮空氣凹槽條弧形槽（濾液真空凹槽、洗水真空凹槽、壓縮空氣凹槽 ），分別），分別與外側(cè)的接管連通。閥座與動盤貼合，各弧形槽順序與動盤上的孔相與外側(cè)的接管連通。閥座與動盤貼合，各弧形槽順序與動盤上的孔相通，旋轉(zhuǎn)的濾室即可與固定的真空或壓縮空氣系統(tǒng)順序聯(lián)接，使過濾通，旋轉(zhuǎn)

18、的濾室即可與固定的真空或壓縮空氣系統(tǒng)順序聯(lián)接，使過濾操作循環(huán)進行。操作循環(huán)進行。 2 過濾設備 292 過濾設備 302 過濾設備 31 離心分離原理與分離因數(shù)離心分離原理與分離因數(shù)常用的離心機有常用的離心機有管式離心機管式離心機和和碟式離心機碟式離心機。 管式離心機管式離心機r2r1rglrgddlrssss22122221218)(18)(2V懸浮液中微粒在軸向的運動速度：3 離心分離設備重力沉降速度離心機特性 32 離心分離原理與分離因數(shù)離心分離原理與分離因數(shù)grnmFrnvgrmvF90060222PT2TP物料在離心機中所受（相對）離心力為：離心分離因數(shù)：grvrnmgFf2T2P9

19、00 離心分離因數(shù)：是離心機最重要的技術特性之一，是粒子在離心力場中離心分離因數(shù)：是離心機最重要的技術特性之一，是粒子在離心力場中所受到的離心力與重力之比。顯然，離心分離因數(shù)愈高，離心沉降的速度所受到的離心力與重力之比。顯然，離心分離因數(shù)愈高，離心沉降的速度愈大，所能分離的粒子也愈小。是選擇離心機的依據(jù)。愈大，所能分離的粒子也愈小。是選擇離心機的依據(jù)。3 離心分離設備 33 離心分離原理與分離因數(shù)離心分離原理與分離因數(shù) 碟式離心機的分離原理分離因數(shù)碟式離心機的分離原理分離因數(shù)工業(yè)上根據(jù)離心分離因數(shù)大小將離心機分為三類：普通離心機，f3000，一般為6001200，可用于分離0.01 1.0mm

20、固體顆粒；高速離心機，f300050000，可用于乳濁液的分離；超速離心機，f50000，適用于分散度較高的乳濁液的分離。3 離心分離設備 34管式離心機具有一個細長而高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓，管式離心機具有一個細長而高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓，加長轉(zhuǎn)鼓的目的在于增加物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留加長轉(zhuǎn)鼓的目的在于增加物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的停留時間。轉(zhuǎn)鼓的直徑小而成倍提高其轉(zhuǎn)速，離心時間。轉(zhuǎn)鼓的直徑小而成倍提高其轉(zhuǎn)速，離心分離因數(shù)提高到分離因數(shù)提高到50000左右而不致使轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁產(chǎn)左右而不致使轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁產(chǎn)生過高的應力。生過高的應力。（ 1、特點、特點3 離心分離設備 35 2、結(jié)構、結(jié)構3 離心分離設備 36 3、操作過程、操作過程輕重

21、液因受到的慣性離心力的大小不同而分層。重液貼輕重液因受到的慣性離心力的大小不同而分層。重液貼近轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁，輕液則緊挨著重液。由于待分離液在壓近轉(zhuǎn)筒的內(nèi)壁，輕液則緊挨著重液。由于待分離液在壓力下連續(xù)進入，管內(nèi)分層的液體得以連續(xù)向上流動。輕力下連續(xù)進入，管內(nèi)分層的液體得以連續(xù)向上流動。輕液自近軸心的流出孔排出，而重液則自遠軸心的流出孔液自近軸心的流出孔排出，而重液則自遠軸心的流出孔排出。排出。待分離的料液從轉(zhuǎn)筒底部以待分離的料液從轉(zhuǎn)筒底部以0.25-0.30106Pa的壓力通入，的壓力通入，葉片與轉(zhuǎn)筒同步旋轉(zhuǎn)，使料液迅速達到與轉(zhuǎn)筒相同的角葉片與轉(zhuǎn)筒同步旋轉(zhuǎn)，使料液迅速達到與轉(zhuǎn)筒相同的角速度。速度。

22、3 離心分離設備 37管式離心機分兩種，一種是管式離心機分兩種，一種是GFGF型，用于處理乳濁液而進行液一液型，用于處理乳濁液而進行液一液分離操作，分離操作，輕重液流動到轉(zhuǎn)鼓上部各自的排液口排出，微量固體輕重液流動到轉(zhuǎn)鼓上部各自的排液口排出，微量固體沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上，待停機后人工卸出。沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上，待停機后人工卸出。另一種是另一種是GQGQ型，用于處理懸浮液而進行液一固分離的澄清操作。型，用于處理懸浮液而進行液一固分離的澄清操作。密度較大的固體微粒逐漸沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁形成沉渣層，待停機后密度較大的固體微粒逐漸沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁形成沉渣層，待停機后人工卸出，澄清后的液相流動到轉(zhuǎn)鼓上部的排液口排出。人工

23、卸出，澄清后的液相流動到轉(zhuǎn)鼓上部的排液口排出。3 離心分離設備 383 離心分離設備 39碟片式離心機是在碟片式離心機是在1877年由瑞典的德拉閥斯所發(fā)明。它年由瑞典的德拉閥斯所發(fā)明。它是在管式離心機的基礎上發(fā)展起來的。在轉(zhuǎn)鼓中加入許是在管式離心機的基礎上發(fā)展起來的。在轉(zhuǎn)鼓中加入許多重迭的碟片，增大了沉淀面積，使顆粒的沉降距離縮多重迭的碟片，增大了沉淀面積，使顆粒的沉降距離縮短，分離效率大為提高。短，分離效率大為提高。 1、特點：、特點：3 離心分離設備 40 2、結(jié)構：、結(jié)構： 3 離心分離設備 41.碟片的結(jié)構是：碟片的結(jié)構是：1.1.碟片用薄的碟片用薄的不銹鋼沖成；不銹鋼沖成；2.2.碟

24、片呈圓臺碟片呈圓臺形；形；3.3.在碟片上開在碟片上開有對稱的孔。有對稱的孔。3 離心分離設備 42 物料進入離心分離機后，通過碟片上圓孔形成的垂直通道進入碟片間的隙道，物料進入離心分離機后，通過碟片上圓孔形成的垂直通道進入碟片間的隙道，并被帶著高速旋轉(zhuǎn)。懸浮液中的固體顆粒因其有較大的質(zhì)量，向上層碟片的下表面并被帶著高速旋轉(zhuǎn)。懸浮液中的固體顆粒因其有較大的質(zhì)量，向上層碟片的下表面運動，而后沿碟片下表面向鼓壁方面下滑，澄清的液體則被迫反方向移動而轉(zhuǎn)鼓中運動，而后沿碟片下表面向鼓壁方面下滑，澄清的液體則被迫反方向移動而轉(zhuǎn)鼓中心進液管周圍的排液口排出。心進液管周圍的排液口排出。 同樣對于乳濁液的分離

25、，輕液沿中心向上流動，重液沿周圍向下流動而得到分同樣對于乳濁液的分離，輕液沿中心向上流動，重液沿周圍向下流動而得到分離。離。 3、操作過程、操作過程3 離心分離設備 4310 機蓋機蓋 11 沉渣器沉渣器12 電機電機 13 制動制動14 齒輪齒輪15 操作水系統(tǒng)操作水系統(tǒng)16 空心缽軸空心缽軸.現(xiàn)代化的密閉式分離機現(xiàn)代化的密閉式分離機3 離心分離設備 443 離心分離設備 45（三）螺旋式離心機（三）螺旋式離心機工作原理：工作原理： 轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有可旋轉(zhuǎn)的螺旋輸送器，其轉(zhuǎn)數(shù)比轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)數(shù)稍轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有可旋轉(zhuǎn)的螺旋輸送器，其轉(zhuǎn)數(shù)比轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)數(shù)稍低。懸浮液通過螺旋輸送器的空心軸進入機內(nèi)中部。沉積在低。懸浮液通

26、過螺旋輸送器的空心軸進入機內(nèi)中部。沉積在轉(zhuǎn)鼓壁面的渣，被螺旋輸送器沿斜面向上推到排出口而被排轉(zhuǎn)鼓壁面的渣，被螺旋輸送器沿斜面向上推到排出口而被排出。澄清液從轉(zhuǎn)鼓另一端溢流出去。出。澄清液從轉(zhuǎn)鼓另一端溢流出去。用途：用途： 用于分離固體顆粒含量較多的懸浮液，其生產(chǎn)能力較大。用于分離固體顆粒含量較多的懸浮液，其生產(chǎn)能力較大。也可以在高溫、高壓下操作，例如催化劑回收。也可以在高溫、高壓下操作，例如催化劑回收。3 離心分離設備 463 離心分離設備 473 離心分離設備 483 離心分離設備 49 1748年法國學者年法國學者Abbe Nollet首次發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)水可以透過豬膀首次發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)水可以透過豬膀

27、胱進入酒精中，但未引起重視；胱進入酒精中，但未引起重視； 1854年，年，Graha發(fā)現(xiàn)透析現(xiàn)象以后，人們開始重視膜的研發(fā)現(xiàn)透析現(xiàn)象以后，人們開始重視膜的研 究；究； 1864年，年，Traube制造出第一張人造膜亞鐵氰化銅膜；制造出第一張人造膜亞鐵氰化銅膜； 1960年制備了第一張可成功用于海水脫鹽的醋酸纖維素反年制備了第一張可成功用于海水脫鹽的醋酸纖維素反 滲透膜；滲透膜； 1963年第一個膜滲析器的誕生開創(chuàng)了膜分離技術的新紀年第一個膜滲析器的誕生開創(chuàng)了膜分離技術的新紀 元；元； 最近最近20-30年來得到了迅猛的發(fā)展，在各個工業(yè)領域及科研年來得到了迅猛的發(fā)展，在各個工業(yè)領域及科研 中得到

28、大規(guī)模應用，出現(xiàn)了各種有價值的微濾、超濾、納中得到大規(guī)模應用，出現(xiàn)了各種有價值的微濾、超濾、納 濾和反滲透等分離膜。濾和反滲透等分離膜。4 膜分離設備 50適用范圍廣；適用范圍廣； 膜分離過程通常在常溫下進行，適于熱敏性生物工程產(chǎn)膜分離過程通常在常溫下進行，適于熱敏性生物工程產(chǎn) 品的純化；品的純化； 不涉及相變，處理效率高，節(jié)能；不涉及相變，處理效率高，節(jié)能； 典型的物理分離過程，不外加化學試劑和添加劑，透過典型的物理分離過程，不外加化學試劑和添加劑，透過 液可循環(huán)使用，產(chǎn)品不受污染；液可循環(huán)使用，產(chǎn)品不受污染； 有相當好的選擇性，可在分離、濃縮的同時達到部分純有相當好的選擇性，可在分離、濃縮

29、的同時達到部分純 化；化； 膜分離技術分離裝置簡單，占地面積小，系統(tǒng)集成容易；膜分離技術分離裝置簡單，占地面積小，系統(tǒng)集成容易； 膜分離過程系統(tǒng)簡單、操作容易，且易控制，便于維修，膜分離過程系統(tǒng)簡單、操作容易，且易控制，便于維修， 有利于生產(chǎn)自動化的推廣與普及。有利于生產(chǎn)自動化的推廣與普及。膜分離技術的優(yōu)點：膜分離技術的優(yōu)點：4 膜分離設備 51 膜分離是以選擇透過性膜為分離介質(zhì)，在膜兩側(cè)的推膜分離是以選擇透過性膜為分離介質(zhì)，在膜兩側(cè)的推動力（如壓力差、濃度差、電位差、溫度差等）作用下，動力（如壓力差、濃度差、電位差、溫度差等）作用下，使原料中的某種組分選擇性地透過膜，從而達到分離、純使原料中

30、的某種組分選擇性地透過膜，從而達到分離、純化或濃縮溶液的目的?；驖饪s溶液的目的。 實質(zhì)是小分子物質(zhì)透過膜，而大分子物質(zhì)或固體粒子實質(zhì)是小分子物質(zhì)透過膜，而大分子物質(zhì)或固體粒子被阻擋。被阻擋。 膜分離法可以用于液體或者氣體混合物的分離。膜分離法可以用于液體或者氣體混合物的分離。4 膜分離設備 52常用膜分離法包括：常用膜分離法包括： 滲透、透析（滲透、透析（DS）、微濾（）、微濾（MF）、超濾（）、超濾（UF）、反滲透（）、反滲透（RO）與與氣氣體透過體透過都是以都是以壓力差壓力差為推動力的膜分離過程；為推動力的膜分離過程；電滲析、隔膜電解電滲析、隔膜電解以以電位差電位差為推動力的分離技術。為

31、推動力的分離技術。4 膜分離設備 53 膜分離設備膜分離設備 膜分離方法膜分離方法 常見的膜分離過程有滲透、透析、電滲析、反滲透、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。微過濾、超濾、氣體透過等。膜進料濃縮液稀釋液濃縮液滲透膜進料純化液雜質(zhì)滲析液進料透析4 膜分離設備 54 膜分離方法膜分離方法膜鹽水進料濃縮液水反滲透膜進料水微過濾膜進料濃縮液水超濾膜進料貧氣富氣氣體透過4 膜分離設備 55n超濾超濾：在一定的壓力作用在一定的壓力作用下，含有大分子和較小分子的混合液流經(jīng)分離膜時，下，含有大分子和較小分子的混合液流經(jīng)分離膜時，溶溶劑和小分子劑和小分子（如無機鹽）透

32、過膜，而（如無機鹽）透過膜，而大分子大分子（分子量大于（分子量大于1000）被膜截留下來從）被膜截留下來從而將溶液加以分離或濃縮的單元操作。而將溶液加以分離或濃縮的單元操作。超濾膜的孔徑在超濾膜的孔徑在0.0010.02m之間。超濾法適用于分離或濃之間。超濾法適用于分離或濃縮直徑縮直徑150nm的生物大分子的生物大分子(蛋白質(zhì)、病毒等蛋白質(zhì)、病毒等)；微濾膜孔徑為微濾膜孔徑為0.025-4m。微濾法適用于細胞、細菌和微粒。微濾法適用于細胞、細菌和微粒子的分離，目標物質(zhì)的大小范圍為子的分離，目標物質(zhì)的大小范圍為0.01m10m。 超濾超濾和和微濾微濾都是以壓力差為推動力的膜分離過程。都是以壓力差

33、為推動力的膜分離過程。4 膜分離設備 56超濾原理示意圖：超濾原理示意圖：4 膜分離設備 57 58n電滲析：電滲析：是利用離子交換膜和直流電場的作用，從水溶液和其他不帶電組分中分離是利用離子交換膜和直流電場的作用，從水溶液和其他不帶電組分中分離帶電離子組分的一種電化學分離過程。帶電離子組分的一種電化學分離過程。 原理：原理：離子交換膜（膜表面和孔內(nèi)共價鍵含有離子交換基團）離子交換膜（膜表面和孔內(nèi)共價鍵含有離子交換基團） 陽離子交換膜：酸性陽離子（如：磺酸基陽離子交換膜：酸性陽離子（如：磺酸基SO3-） 陰離子交換膜：堿性陰離子（如：季銨基陰離子交換膜：堿性陰離子（如：季銨基N+R3） 在電場

34、作用下，陽離子交換膜選擇性透過陽離子；陰離在電場作用下，陽離子交換膜選擇性透過陽離子；陰離子交換膜選擇性透過陰離子子交換膜選擇性透過陰離子應用：應用：在工業(yè)上多用于海水和苦水的淡化以及廢水處理；在工業(yè)上多用于海水和苦水的淡化以及廢水處理； 作為生物分離技術，電滲析可用于氨基酸和有機酸等生物作為生物分離技術，電滲析可用于氨基酸和有機酸等生物 小分子的分離純化小分子的分離純化 。4 膜分離設備 591C1C1C1C1C1CNaNaNaNaNaNa12345 陽膜 陰膜陽膜陰膜陰極陽極濃縮室淡化室 濃縮室圖1339 電滲析過程原理示意圖4 膜分離設備 60- - -+ +海水海水淡水淡水海水淡化海水

35、淡化電滲析原理電滲析原理濃海水濃海水濃海水濃海水4 膜分離設備 61 膜分離技術的核心是分離膜。膜分離技術的核心是分離膜。膜的類型：膜的類型：來源：天然膜，合成膜（無機材料膜，有機高分子膜）來源：天然膜，合成膜（無機材料膜，有機高分子膜）膜的結(jié)構：致密膜，多孔膜膜的結(jié)構：致密膜，多孔膜膜斷面的物理形態(tài)：對稱膜，不對稱膜，復合膜膜斷面的物理形態(tài)：對稱膜，不對稱膜，復合膜膜的功能：離子交換膜、滲析膜、微孔過濾膜、超過濾膜的功能：離子交換膜、滲析膜、微孔過濾膜、超過濾 膜、反滲透膜、氣體滲透膜等膜、反滲透膜、氣體滲透膜等膜的形狀：平板膜，管式膜，中空纖維膜膜的形狀：平板膜，管式膜，中空纖維膜4 膜分

36、離設備 62主要是主要是纖維素的衍生物纖維素的衍生物 ，有醋酸纖維、硝酸纖維和再生纖維，有醋酸纖維、硝酸纖維和再生纖維素等，使用時最高溫度和素等，使用時最高溫度和pH范圍有限。范圍有限。如醋酸纖維膜的截鹽能力強，常用作反滲透膜，使用溫度低于如醋酸纖維膜的截鹽能力強，常用作反滲透膜，使用溫度低于40，pH36 。 天然高分子材料：天然高分子材料：市售膜的大部分為合成高分子膜，主要有聚砜、聚丙烯腈、聚市售膜的大部分為合成高分子膜，主要有聚砜、聚丙烯腈、聚酰亞胺、聚酰胺、聚烯類和含氟聚合物等。特點是耐高溫，適酰亞胺、聚酰胺、聚烯類和含氟聚合物等。特點是耐高溫，適用用pH范圍廣，耐氯能力強，可調(diào)節(jié)孔徑

37、范圍寬，使用壽命較范圍廣，耐氯能力強，可調(diào)節(jié)孔徑范圍寬，使用壽命較長長 。如聚砜可用于制造超濾膜如聚砜可用于制造超濾膜 ，使用時最高溫度可達，使用時最高溫度可達7080，pH范圍在范圍在113，孔徑范圍約為，孔徑范圍約為120nm。 有機高分子材料：有機高分子材料：4 膜分離設備 63主要有陶瓷、微孔玻璃、不銹鋼和碳素等。無機膜的特點主要有陶瓷、微孔玻璃、不銹鋼和碳素等。無機膜的特點是機械強度高，耐高溫、耐化學試劑和耐有機溶劑，但缺是機械強度高，耐高溫、耐化學試劑和耐有機溶劑，但缺點是不易加工，造價較高。點是不易加工，造價較高。 如以陶瓷材料燒結(jié)而成的微濾膜最為常用，孔徑約在如以陶瓷材料燒結(jié)而

38、成的微濾膜最為常用，孔徑約在0.1m左右。左右。無機材料：無機材料：4 膜分離設備 64對稱膜：對稱膜： 膜兩側(cè)截面的結(jié)構及形態(tài)相同，且孔徑與孔徑分布也基膜兩側(cè)截面的結(jié)構及形態(tài)相同，且孔徑與孔徑分布也基本一致。對稱膜可以是疏松的微孔膜或致密的均相膜，膜的本一致。對稱膜可以是疏松的微孔膜或致密的均相膜，膜的厚度大致在厚度大致在10200m范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。非對稱性膜：非對稱性膜： 同種材料。由致密的表皮層及疏松的多孔支撐層組成。同種材料。由致密的表皮層及疏松的多孔支撐層組成。膜上下兩側(cè)截面的結(jié)構及形態(tài)不同，致密層厚度約為膜上下兩側(cè)截面的結(jié)構及形態(tài)不同，致密層厚度約為0.10.5m，支撐層厚度約為，

39、支撐層厚度約為50150m。復合膜：復合膜： 復合膜實際上也是一種具有表皮層的非對稱性膜，但表皮層復合膜實際上也是一種具有表皮層的非對稱性膜，但表皮層材料與用作支撐層的對稱或非對稱性膜的材料不同。材料與用作支撐層的對稱或非對稱性膜的材料不同。 4 膜分離設備 654 膜分離設備 66鋁膜鋁膜納米管膜納米管膜聚酰胺轉(zhuǎn)相膜聚酰胺轉(zhuǎn)相膜第四節(jié)第四節(jié) 膜分離設備膜分離設備 67非對稱膜非對稱膜對稱膜對稱膜（致密表皮層）（細孔表皮層）（多孔支撐層）4 膜分離設備 68對稱膜對稱膜 不對稱膜不對稱膜4 膜分離設備 69對稱膜對稱膜 不對稱膜不對稱膜4 膜分離設備 70濃差極化現(xiàn)象濃差極化現(xiàn)象 當溶液從膜面

40、一側(cè)流過時，溶劑及小分子溶質(zhì)透過膜，大當溶液從膜面一側(cè)流過時，溶劑及小分子溶質(zhì)透過膜，大分子的溶質(zhì)則在靠近膜面處被截留，并不斷返回溶液主流中。分子的溶質(zhì)則在靠近膜面處被截留，并不斷返回溶液主流中。當這一返回液體主流的速度低于大分子溶質(zhì)在膜面聚集的速度當這一返回液體主流的速度低于大分子溶質(zhì)在膜面聚集的速度時，就逐漸在膜面上，行成一高濃度的被阻留的溶質(zhì)分子層。時，就逐漸在膜面上，行成一高濃度的被阻留的溶質(zhì)分子層。這就是濃差極化。這就是濃差極化。 隨著濃差極化愈來愈嚴重，膜的濾出速度也愈來愈低隨著濃差極化愈來愈嚴重，膜的濾出速度也愈來愈低 。4 膜分離設備 71濃差極化的改進措施：降低壓力，降低溶質(zhì)

41、在料液中的濃度，濃差極化的改進措施：降低壓力，降低溶質(zhì)在料液中的濃度，采用錯流過濾、加大流速等。采用錯流過濾、加大流速等。錯流過濾：錯流過濾：料液的流動方向與膜面平行，流動的剪切作用可大料液的流動方向與膜面平行，流動的剪切作用可大大減輕濃度極化現(xiàn)象或凝膠層厚度，使透過通量維持在較高水大減輕濃度極化現(xiàn)象或凝膠層厚度，使透過通量維持在較高水平。平。 4 膜分離設備 72（一）板式膜過濾器（一）板式膜過濾器結(jié)構：結(jié)構：類似于板框式過濾機。類似于板框式過濾機。由濾板、膜和支撐板交替重疊組成。由濾板、膜和支撐板交替重疊組成。所用的膜為平板式，厚度為所用的膜為平板式，厚度為50500m，將其固定在支撐材料

42、上，將其固定在支撐材料上，支持物呈多孔結(jié)構，對流體阻力很支持物呈多孔結(jié)構，對流體阻力很小。小。特點：特點：結(jié)構簡單，體積比管式的小。結(jié)構簡單，體積比管式的小。缺點：缺點：裝卸復雜，需密封的邊界線裝卸復雜，需密封的邊界線長。長。1-濾過液體濾過液體 2-濾板濾板 3-剛性多孔剛性多孔支持板支持板 4-超濾膜超濾膜4 膜分離設備 73過濾板被分成若干組，用不銹鋼隔板分開。各組之間液流過濾板被分成若干組，用不銹鋼隔板分開。各組之間液流流向是串聯(lián)的，每一組內(nèi)過濾板之間的液流流向是并聯(lián)的。流向是串聯(lián)的，每一組內(nèi)過濾板之間的液流流向是并聯(lián)的。圓形板式反滲透過濾器圓形板式反滲透過濾器4 膜分離設備 74透過

43、水透過水1原水濃縮水透過水2341雙頭螺栓；2橡膠密封圈；3膜；4多孔性板板框式膜裝置板框式膜過濾器板框式膜過濾器4 膜分離設備 75特點：特點： 較管式組件較管式組件比表面積大得多比表面積大得多，易于更換膜，易于更換膜，適于微濾、超濾。適于微濾、超濾。4 膜分離設備 76板式膜分離器（實驗室用）板式膜分離器（實驗室用）4 膜分離設備 77板式膜分離器（實驗室用）板式膜分離器（實驗室用）4 膜分離設備 78Millipore公司板式膜分離器（實驗室用）公司板式膜分離器（實驗室用）4 膜分離設備 79（二）管式膜過濾器（二）管式膜過濾器結(jié)構：結(jié)構：單管及管束單管及管束 管內(nèi)流式及管外流式管內(nèi)流式

44、及管外流式把膜和多孔支撐體均制成管狀，使把膜和多孔支撐體均制成管狀，使兩者裝在一起，管狀膜可以在支撐兩者裝在一起，管狀膜可以在支撐體內(nèi)側(cè)，也可以在支撐體外側(cè)。體內(nèi)側(cè)，也可以在支撐體外側(cè)。 管內(nèi)流列管式管內(nèi)流列管式4 膜分離設備 80特點：特點：易清洗，單根管子容易調(diào)換，耐高壓、無死角。易清洗，單根管子容易調(diào)換，耐高壓、無死角。缺點：缺點：保留體積大，單位體積中所含過濾面積較小，壓力降大。保留體積大，單位體積中所含過濾面積較小，壓力降大。 4 膜分離設備 81管式動態(tài)壓力過濾器：由內(nèi)外兩管式動態(tài)壓力過濾器：由內(nèi)外兩圓筒組成，圓筒上覆有超濾膜，圓筒組成，圓筒上覆有超濾膜，內(nèi)圓筒旋轉(zhuǎn)以減少濃差極化。

45、內(nèi)圓筒旋轉(zhuǎn)以減少濃差極化。4 膜分離設備 824 膜分離設備 83（三）中空纖維式膜分離器（三）中空纖維式膜分離器形式：內(nèi)壓式、外壓式形式：內(nèi)壓式、外壓式結(jié)構：結(jié)構：將數(shù)萬至數(shù)十萬根中空纖維膜將數(shù)萬至數(shù)十萬根中空纖維膜裝入圓筒耐壓容器內(nèi)。纖維束的兩端裝入圓筒耐壓容器內(nèi)。纖維束的兩端固定在用環(huán)氧樹脂澆鑄的管板上。固定在用環(huán)氧樹脂澆鑄的管板上。 4 膜分離設備 84中空纖維式膜纖維結(jié)構中空纖維式膜纖維結(jié)構4 膜分離設備 85特點：特點： 保留體積小，單位體積中所含過濾面積大，可保留體積小，單位體積中所含過濾面積大，可以反向清洗，壓力較低，設備投資低以反向清洗，壓力較低，設備投資低 。缺點：缺點：單

46、根纖維損壞時，需調(diào)換整個組件。易堵塞，為單根纖維損壞時，需調(diào)換整個組件。易堵塞，為防堵塞，需對料液進行預處理。防堵塞，需對料液進行預處理。 4 膜分離設備 864 膜分離設備 87中空纖維膜分離器（實驗室用）中空纖維膜分離器（實驗室用）4 膜分離設備 88中空纖維膜分離器（工業(yè)用）中空纖維膜分離器（工業(yè)用）4 膜分離設備 89（四）螺旋卷式膜分離器（四）螺旋卷式膜分離器結(jié)構：結(jié)構：將膜、支撐材料、膜間隔材料依次迭好，圍繞將膜、支撐材料、膜間隔材料依次迭好，圍繞一中心管卷進成一膜組，裝入耐壓外殼內(nèi)。一中心管卷進成一膜組，裝入耐壓外殼內(nèi)。4 膜分離設備 90操作時，料液在膜表面通過間隔材料沿軸向流動，而透過液則沿操作時，料液在膜表面通過間隔材料沿軸向流動，而透過液則沿螺旋形流向中心管。螺旋形流向中心管。 4 膜分離設備 91特點：特點：設備投資很低，操作費用也低。單位體積中所含過設備投資很低，操作費用也低。單位體積中