過(guò)濾與離心分離設(shè)備

第六章過(guò)濾與離心分離設(shè)備主要內(nèi)容：第一節(jié)概述

第二節(jié)過(guò)濾分離設(shè)備第三節(jié)離心分離設(shè)備第四節(jié)膜分離設(shè)備學(xué)習(xí)要求：了解固液分離的方法掌握過(guò)濾和離心分離設(shè)備的類(lèi)型、構(gòu)造第一節(jié)概述一、目的固相與液相分離在生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)中，微生物發(fā)酵液、動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)液、酶反應(yīng)液等都是多組分混合物，而且是由固相與液相組成的懸浮液的固液分離是生物產(chǎn)品提取過(guò)程中首先遇到的問(wèn)題

二、方法沉降重力沉降離心沉降常壓過(guò)濾減壓（真空）過(guò)濾加壓過(guò)濾離心過(guò)濾過(guò)濾懸浮液濾餅過(guò)濾介質(zhì)濾液選擇固體顆粒的大小、含量，可壓縮性液體的粘度，與固體粒子的密度差操作規(guī)模，設(shè)備和使用費(fèi)用料液對(duì)設(shè)備的腐蝕性，盡量不要帶入新的雜質(zhì)三、過(guò)濾介質(zhì)要求過(guò)濾性能（截留能力、滲透性）經(jīng)濟(jì)、耐用、性質(zhì)穩(wěn)定種類(lèi)編織物：濾布、濾網(wǎng)多孔固體：多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料顆粒狀：硅藻土、珍珠巖石、細(xì)砂、活性碳膜：反滲透膜、超濾膜、微過(guò)濾膜等四、強(qiáng)化過(guò)濾速率的措施提高推動(dòng)力:

在一定過(guò)濾壓力差范圍內(nèi)，增大壓力差有利于過(guò)濾，但當(dāng)壓力差大到一定程度后，繼續(xù)增大將使過(guò)濾速度降低改變懸浮液的物理性質(zhì):

降低濾液粘度、減少濾餅阻力、減少固形物含量加熱凝聚和絮凝加入鹽類(lèi)調(diào)節(jié)pH加入助濾劑（用法、用量）第二節(jié)

過(guò)濾分離設(shè)備推動(dòng)力較小，工業(yè)生產(chǎn)中很少使用在啤酒生產(chǎn)過(guò)程中的麥芽糖化醪液過(guò)濾仍多用常壓平底篩板過(guò)濾機(jī)一、常壓過(guò)濾機(jī)

二、加壓過(guò)濾機(jī)

1、板框過(guò)濾機(jī)應(yīng)用較廣的過(guò)濾設(shè)備，在發(fā)酵工業(yè)中用于霉菌、放線菌和細(xì)菌等多種發(fā)酵液的固液分離組成部件：濾布、濾板、濾框、機(jī)架和壓緊裝置濾板和濾框間隔排列，板、框之間覆以濾布后壓緊濾板：支撐濾布，提供濾液流出的通道正方形，角端開(kāi)有小孔，兩面制成溝槽，與濾液出口和洗水孔道連通濾框：提供濾漿進(jìn)入的空間，容納濾餅過(guò)濾、洗滌、卸渣、清洗濾布操作過(guò)程：過(guò)濾階段洗滌階段特點(diǎn)：式中：VF—發(fā)酵液體積，m3E—濕濾渣體積與發(fā)酵液體積之比VP—單臺(tái)板框過(guò)濾機(jī)的濾箱容積，m3K—濾箱的充滿(mǎn)系數(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，過(guò)濾面積大，過(guò)濾推動(dòng)力大，動(dòng)力消耗小設(shè)備笨重，間歇操作，需人工卸除濾餅和換洗濾布，勞動(dòng)強(qiáng)度大，明流濾液衛(wèi)生條件差臺(tái)數(shù)：類(lèi)型：BMS、BAS、BMY、BAY濾液引出方式：明流M、暗流A壓緊方式：手動(dòng)S、液壓YBMS

40/635-25板框壓濾機(jī)明流手動(dòng)壓緊過(guò)濾面積濾框規(guī)格框厚度結(jié)構(gòu)濾布:首尾封閉為一體過(guò)濾：過(guò)濾、洗餅操作與普通板框過(guò)濾機(jī)相同IFP自動(dòng)板框壓濾機(jī)工作原理圖(2)降框、卸餅及洗刷濾布卸除濾餅：機(jī)械拉開(kāi)框、降框、卸餅濾布洗滌：傳動(dòng)裝置帶動(dòng)環(huán)形濾布旋轉(zhuǎn)、洗滌特點(diǎn)板框的拆裝、濾餅的脫落卸出和濾布的清洗等操作都自動(dòng)進(jìn)行，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度縮短了輔助操作時(shí)間，10分鐘即可結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴全部由濾板并列組合而成凹面形圓盤(pán)濾板，合并后形成凹腔，裝濾餅板的兩側(cè)放置過(guò)濾介質(zhì)3、凹腔板式壓濾機(jī)4、葉片式硅藻土過(guò)濾機(jī)①垂直葉片式硅藻土過(guò)濾機(jī)構(gòu)造：頂部為快開(kāi)式頂蓋，底部有一條水平的濾液匯集總管，兩者之間垂直排列了許多扁平的濾葉每張濾葉的下部有一根濾液導(dǎo)出管，將其內(nèi)腔與濾液匯集總管連接濾葉的骨架是管子彎制成的長(zhǎng)方形框中央平面上夾著一層大孔格粗金屬絲網(wǎng)，在其兩面緊覆以細(xì)金屬絲網(wǎng)工作過(guò)程：（啤酒過(guò)濾）過(guò)濾時(shí)頂蓋緊閉，將啤酒與硅藻土的混合液泵送入過(guò)濾器，以制備硅藻土預(yù)涂層混合液中的硅藻土顆粒被截留在濾葉表面的細(xì)金屬網(wǎng)上面，啤酒則穿過(guò)金屬網(wǎng)，流進(jìn)濾葉內(nèi)腔，然后在匯集總管流出濁液返流，直到流出的啤酒澄清，表明預(yù)涂層制備完畢，接著可以過(guò)濾啤酒過(guò)濾結(jié)束后，壓出器內(nèi)啤酒，然后反向壓入清水，使濾餅脫落，自底部卸出②水平葉片式硅藻土過(guò)濾機(jī)構(gòu)造：在垂直空心軸上裝有許多水平排列的濾葉濾葉的上側(cè)是一層細(xì)金屬絲網(wǎng)，中央夾著一層大孔格粗金屬絲網(wǎng)，濾葉下側(cè)則是金屬薄板濾葉內(nèi)腔與空心軸內(nèi)腔相通，濾液從濾葉內(nèi)腔匯集空心軸，然后從底部排出工作過(guò)程：與垂直葉片式過(guò)濾機(jī)相同在過(guò)濾結(jié)束后，開(kāi)動(dòng)空心轉(zhuǎn)軸，在慣性離心力作用下，更容易卸除濾餅三、真空過(guò)濾機(jī)1、小型過(guò)濾實(shí)驗(yàn)裝置2、轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)流程：構(gòu)造：主體是一個(gè)由篩板組成能轉(zhuǎn)動(dòng)的水平圓筒，表面有一層金屬絲網(wǎng)，網(wǎng)上覆蓋濾布，筋板分隔成若干個(gè)空間，分配頭內(nèi)沿徑向隔離成3個(gè)室工作過(guò)程：當(dāng)圓筒緩慢旋轉(zhuǎn)時(shí)，筒內(nèi)每一空間相繼與分配頭中的1，2，3室相通順序進(jìn)行過(guò)濾、洗滌、吸干、吹松、卸餅等項(xiàng)操作整個(gè)圓筒分為過(guò)濾區(qū)、洗滌及脫水區(qū)、卸渣及再生區(qū)3個(gè)區(qū)域過(guò)濾區(qū)：空間與真空管連通（吸濾）洗滌及脫水區(qū)：空間也與真空管連通，吸入洗滌水，吸干濾餅卸渣及再生區(qū)：與壓縮空氣管路連通，壓縮空氣由筒內(nèi)向外，穿過(guò)濾布而將濾餅吹松，隨后由刮刀刮除吹凈殘?jiān)?，濾布再生

特點(diǎn)：連續(xù)過(guò)濾，生產(chǎn)能力大自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度小過(guò)濾推動(dòng)力小，濾餅濕度大，投資大適合于固體含量較大（＞10%）的懸浮液的分離用于霉菌、放線菌的發(fā)酵液過(guò)濾3、濾布循環(huán)行進(jìn)式（RCF）轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)行進(jìn)的濾布載著吹松的濾餅通過(guò)濾餅剝離滾筒，因行進(jìn)方向的轉(zhuǎn)折，使濾餅脫離濾布在普通轉(zhuǎn)鼓式真空過(guò)濾機(jī)的轉(zhuǎn)鼓表面安裝了一條由轉(zhuǎn)鼓驅(qū)動(dòng)的首尾閉合的濾布帶

濾布在行進(jìn)過(guò)程中從正反兩方面受到洗刷而再生四、過(guò)濾機(jī)選用的基本原則1．根據(jù)物料的過(guò)濾性能，初步確定選擇哪種推動(dòng)力的設(shè)備對(duì)所需過(guò)濾的物料進(jìn)行過(guò)濾性能測(cè)試，包括含固率、密度、固體顆粒的平均粒徑和粒度分布、顆粒的沉降速度、濾餅的平均比阻力系數(shù)和濾餅的含濕率、濾餅的可壓縮性系數(shù)濾餅平均比阻力系數(shù)小的選用真空過(guò)濾設(shè)備濾餅平均比阻力系數(shù)大的使用加壓過(guò)濾設(shè)備2．根據(jù)處理物料的化學(xué)性質(zhì)，檢查所選擇的過(guò)濾機(jī)類(lèi)型是否正確對(duì)于易揮發(fā)、易燃物料一般不使用真空過(guò)濾設(shè)備有毒或有放射性的物料，應(yīng)當(dāng)選擇可以進(jìn)行密閉操作的過(guò)濾設(shè)備3．根據(jù)工藝過(guò)程的特點(diǎn)和生產(chǎn)規(guī)模對(duì)選擇的過(guò)濾設(shè)備進(jìn)行篩選生產(chǎn)規(guī)模大，應(yīng)選擇連續(xù)式、勞動(dòng)強(qiáng)度小的設(shè)備對(duì)生產(chǎn)規(guī)模小的或本身是間歇操作的，選用間歇操作的過(guò)濾機(jī)可以節(jié)省設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用4．根據(jù)對(duì)濾餅的純度或母液回收率等要求來(lái)確定過(guò)濾機(jī)類(lèi)型為提高濾餅洗滌效率，一般可以使用過(guò)濾面是水平的設(shè)備5．根據(jù)對(duì)濾餅含濕率的要求，決定是否選用帶有機(jī)械擠壓過(guò)程的設(shè)備如果濾餅具有較高的可壓縮性，又要求生產(chǎn)較低含濕率的濾餅時(shí)，可以使用帶有機(jī)械擠壓過(guò)程的過(guò)濾設(shè)備6．根據(jù)所選擇的設(shè)備，物料的基本特性數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備生產(chǎn)能力和最佳操作條件的計(jì)算，以確定設(shè)備的大小，投資費(fèi)用，操作費(fèi)用若有幾種設(shè)備可供選擇，應(yīng)根據(jù)物料的過(guò)濾特性和模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行技術(shù)綜合評(píng)價(jià)，確定一種工藝上合理、投資和操作費(fèi)用最經(jīng)濟(jì)的設(shè)備第三節(jié)離心分離設(shè)備一、離心分離原理與分離因數(shù)原理：利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)大離心力作為推動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)分離作用：離心分離可以實(shí)現(xiàn)液－固離心沉降、離心過(guò)濾和液－液離心分離

分離因數(shù)：旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力與重力之比物料在離心機(jī)中所受離心力：式中：D—轉(zhuǎn)鼓直徑，mn—轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，r/min離心分離因數(shù)：f大小反映離心機(jī)的分離能力，它表示在離心力場(chǎng)中，微?？梢垣@得比在重力場(chǎng)中大f倍的作用力f值越大，離心力越大，愈有利于分離。增加轉(zhuǎn)鼓的直徑及轉(zhuǎn)速均可以增大分離因數(shù)轉(zhuǎn)鼓材料因自重和內(nèi)含物（料液）的離心力而產(chǎn)生的應(yīng)力σ與D2及n2成正比增加轉(zhuǎn)鼓直徑D雖然增大了f值，但其應(yīng)力σ也隨著D的增加而快速增加由于受到轉(zhuǎn)鼓材料強(qiáng)度的限制，要提高分離因數(shù)，只有增加轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速，同時(shí)還要降低轉(zhuǎn)鼓直徑

二、特點(diǎn)與加壓過(guò)濾比較，離心分離效率高，操作時(shí)衛(wèi)生條件好適用于大規(guī)模的分離過(guò)程設(shè)備投資費(fèi)用高，能耗較多

三、類(lèi)型1、按分離因數(shù)f分類(lèi)普通離心機(jī)：f<3000，一般為600～1200可用于分離0.01～1.0mm固體顆粒高速離心機(jī)：f=3000～50000可用于乳濁液的分離超高速離心機(jī)：f>50000，適用于分散度較高的乳濁液的分離2、按工作性質(zhì)分類(lèi)過(guò)濾式離心機(jī)：利用離心力推動(dòng)過(guò)濾（有孔轉(zhuǎn)鼓）沉降式離心機(jī)：利用固液兩相的密度差，固體離心沉降而分離（無(wú)孔轉(zhuǎn)鼓）分離式離心機(jī)：利用不同液體的密度差異，離心分離互不相溶的液體

3、按操作方式分類(lèi)間歇式：過(guò)濾式、圓柱形轉(zhuǎn)鼓的沉降式離心機(jī)連續(xù)式：分離式、圓錐形轉(zhuǎn)鼓的沉降式離心機(jī)1、管式離心機(jī)四、常用的離心機(jī)類(lèi)型：GF型用于乳濁液進(jìn)行的液-液分離GQ型用于懸浮液進(jìn)行液-固分離結(jié)構(gòu)：由轉(zhuǎn)鼓、分離盤(pán)、機(jī)殼、機(jī)架、傳動(dòng)裝置等組成轉(zhuǎn)筒直徑為45～150mm，轉(zhuǎn)速15000～50000r/min操作過(guò)程：待處理的料液由進(jìn)料管經(jīng)底部中心軸進(jìn)入鼓底，靠圓形擋板分散到四周，受到高速離心力作用而旋轉(zhuǎn)向上輕液位于轉(zhuǎn)筒的中央，呈螺旋形運(yùn)轉(zhuǎn)，向上移動(dòng)重液相靠近筒壁，至分離盤(pán)時(shí)，輕、重液相則沿相應(yīng)孔道進(jìn)入集液槽后排出固體在離心力場(chǎng)的作用下沉積于鼓壁上，達(dá)到一定數(shù)量后，停機(jī)人工除渣特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作穩(wěn)定分離純度高，可用于液-液分離和微粒較小的懸浮液分離常用于微生物菌體和蛋白質(zhì)的分離生產(chǎn)能力較低2、碟片式離心機(jī)構(gòu)造：密閉轉(zhuǎn)鼓內(nèi)設(shè)有數(shù)十個(gè)至上百個(gè)錐角為60°～120°的錐形碟片特點(diǎn)：具有許多重疊的碟片，縮短了顆粒的沉降距離，提高了分離效率密度小的清液沿碟片的上表面的碟片向軸心方向移動(dòng)，在輕液出口處排出工作過(guò)程：發(fā)酵醪由轉(zhuǎn)鼓中心進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，因固-液密度不同，在碟片空隙內(nèi)受到離心力的作用下，將發(fā)酵醪分成固液兩相密度大的濃縮物或菌體，則沿著上一碟片的底表面下滑到碟片外邊緣，經(jīng)轉(zhuǎn)鼓壁上的噴嘴噴出3、螺旋卸料離心機(jī)結(jié)構(gòu)：沉降式螺旋卸料離心機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分是由轉(zhuǎn)鼓和螺旋兩個(gè)部件組成的。料液由中心管加入，進(jìn)料位置約在螺旋的中部，其前面部分為沉降區(qū)，后面部分為甩干區(qū)工作過(guò)程：在離心力作用下，固形物被沉降在轉(zhuǎn)鼓壁上，液體由右側(cè)溢流孔排出，固體則由螺旋從大端推向小端，同時(shí)被甩干，從排渣口排出4、三足式離心機(jī)

結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)鼓由主軸連接傳動(dòng)裝置，它們通過(guò)滾動(dòng)軸承裝于軸承座上，軸承座與外殼均固定在底盤(pán)上，并用三根擺桿懸掛于三根支足的球面座上轉(zhuǎn)鼓濾餅濾布濾網(wǎng)工作原理圖三足式離心機(jī)的懸掛點(diǎn)比機(jī)體重心高，保證了機(jī)器的穩(wěn)定性，壓縮彈簧可以減輕垂直方向的振動(dòng)主軸較短，結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)身高度小，便于從上方加料和卸料，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁放置濾布電動(dòng)機(jī)裝在底盤(pán)上，當(dāng)機(jī)身擺動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)也隨之搖動(dòng)三個(gè)支足安裝在同一底板上以便于整體安裝在傳動(dòng)皮帶輪上還裝有離心式離合器和剎車(chē)裝置用途：可用于分離中等粒度（0.1～１）和較細(xì)粒度（0.01～0.1）的懸浮液，以及分離結(jié)晶狀物料可獲得含水量較低的濾餅，適用于過(guò)濾周期長(zhǎng)，處理量不大的場(chǎng)合濾餅可以很好地洗滌，人工卸料的離心機(jī)其濾渣顆粒不會(huì)被破壞特點(diǎn)：工作平穩(wěn)，沒(méi)有陡震，占地面積比過(guò)濾設(shè)備小，操作筒單，適應(yīng)性強(qiáng)，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用5、臥式刮刀卸料離心機(jī)

轉(zhuǎn)鼓是水平安裝的，轉(zhuǎn)鼓的一側(cè)與傳動(dòng)軸連接另一側(cè)為中空，裝有卸料斗、刮刀、耙齒等6、臥式活塞推料離心機(jī)加料、分離和洗滌都是連續(xù)的。與分配盤(pán)裝一起的推料盤(pán)與轉(zhuǎn)鼓中心軸的推桿連接，推桿的另一端與液缸的活塞連接，借液壓不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)。推料盤(pán)、分配盤(pán)和轉(zhuǎn)鼓一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)推料盤(pán)移動(dòng)時(shí)，將濾渣沿軸線排出鼓外離心機(jī)的選擇與使用根據(jù)物料性質(zhì)來(lái)選擇當(dāng)懸浮液中固相顆粒的密度大于液相時(shí)，可以采用沉降式固相顆粒的密度小于或等于液相時(shí)只能采用過(guò)濾式當(dāng)顆粒直徑小于1微米時(shí)，可以采用高速離心機(jī)當(dāng)顆粒的直徑在1～99微米時(shí)，則采用普通沉降式離心機(jī)100微米以上的顆粒，沉降式、過(guò)濾式都可以使用結(jié)晶體分離采用離心過(guò)濾當(dāng)所形成的濾餅具有壓縮性質(zhì)時(shí)，一般采用沉降式如果懸浮液中固相濃度大于1%時(shí)，采用連續(xù)式沉降離心機(jī)管式離心機(jī)容量小，產(chǎn)量小，不適合處理大量的料液螺旋卸料沉降式離心機(jī)用于密度差大，固體濃度高的場(chǎng)合第四節(jié)膜分離設(shè)備一、膜分離特點(diǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單、體積小，能量消耗較少分離效率高，容易控制截留能力強(qiáng)（按分子量分離）常溫下操作，適于處理熱敏性物料膜分離的推動(dòng)力有多種，如壓力差、濃度差、電位差等二、膜分離過(guò)程膜類(lèi)型：板式膜過(guò)濾器管式膜過(guò)濾器中空纖維式膜分離器螺旋卷式膜分離器三、膜分離設(shè)備要求：可靠的