4分離機(jī)械與設(shè)備ppt課件

1、第四章 分離機(jī)械與設(shè)備本章主要問(wèn)題1. 過(guò)濾操作基本原理2. 過(guò)濾分離工作過(guò)程3. 旋液器工作原理定義： 食品生產(chǎn)的分離操作是將不同物理、化學(xué)等屬性的物質(zhì)，根據(jù)其顆粒大小、相、密度、溶解性、沸點(diǎn)等表現(xiàn)出的不同特點(diǎn)而將物質(zhì)分開(kāi)的一種操作過(guò)程?；旌衔锇ň嗪头蔷鄡纱箢悾蔷嗷旌衔锸怯删哂蟹纸缃缑娴膬上嗨M成，而均相混合物則沒(méi)有明顯的界面。發(fā)酵的產(chǎn)品經(jīng)常要經(jīng)過(guò)分離或凈化才能進(jìn)入下一程序；淀粉、結(jié)晶或雜質(zhì)等固形物料從原料液中的分離；純凈水的制備；蛋白質(zhì)的提純以及提取天然有效成份等。要運(yùn)用一定的物理或化學(xué)方法，采用適當(dāng)?shù)姆蛛x機(jī)械與設(shè)備來(lái)加以操作，并在此過(guò)程中消耗一定的物料和能量。不同物性物質(zhì)的分離

2、方法不同，分離一般采用過(guò)濾、蒸餾、重結(jié)晶、萃取、離心及吸附等方法。食品生產(chǎn)中的分離主要包括以下幾類。（1固-固分離固-固分離是根據(jù)不同固體顆粒的大小和密度等性質(zhì)來(lái)分離，如篩分，又可納入分級(jí)的范疇；（2固-液分離固-液分離常利用過(guò)濾機(jī)等機(jī)械（3固-氣分離固-氣分離常利用旋風(fēng)分離器等將乳粉顆粒從熱風(fēng)中的分離；（4液-液分離液-液的分離可利用離心機(jī)等機(jī)械從分離的原理上，可將食品的分離設(shè)備分為兩大類。1利用機(jī)械力和分離介質(zhì)來(lái)進(jìn)行分離的操作，包括：利用離心力分離的分離設(shè)備；利用離心力和流體力學(xué)性質(zhì)中的慣性力來(lái)進(jìn)行物料分離的旋液分離器；利用機(jī)械力，在物料傳遞過(guò)程中通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)進(jìn)行分離、以及用在20世紀(jì)60

3、年代后發(fā)展起來(lái)的膜分離技術(shù)。2超臨界流體萃取技術(shù)，該技術(shù)利用某些溶劑在臨界值上所具有的特性來(lái)提取混合物中可溶性組分的一門新的分離技術(shù)。其他還有一些利用物理、化學(xué)或表面性質(zhì)的方法使分散相與分散介質(zhì)發(fā)生物性變化。第一節(jié)離心分離原理及設(shè)備分類（一離心分離的原理在食品的生產(chǎn)中，經(jīng)常需要將固固、固液、液液、固液液的混合物料中的組分加以分離，其中，固液、液液、固液液混合物料的分離操作，可稱之為非均相系分離操作。離心分離設(shè)備是利用分離筒的高速旋轉(zhuǎn)，使物料中具有不同比重的分散介質(zhì)、分散相或其它雜質(zhì)在離心力場(chǎng)中獲得不同的離心力，達(dá)到分離的目的。離心過(guò)濾：在有孔的鼓內(nèi)壁面覆以濾布，則流體甩出而顆粒被截留在鼓內(nèi)的過(guò)

4、程。離心沉降：對(duì)于鼓壁上無(wú)孔，且分離的是懸浮液，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的過(guò)程。離心分離：對(duì)于鼓壁上無(wú)孔且分離的是乳濁液，則兩種液體按輕重分層，重者在外，輕者在內(nèi)，各自從適當(dāng)位置引出的過(guò)程。離心機(jī)分離性能的指標(biāo)用分離因素Kc表示。Kc=物料所受的離心力：重力 =離心加速度：重力加速度（二離心機(jī)分類1按離心機(jī)的離心分離因數(shù)大小來(lái)分類（1常速離心機(jī)3 000，主要用于分離顆粒不大的懸浮液和物料的脫水。（2高速離心機(jī)3 00050 000，主要用于分離相不易分離的超微細(xì)粒的懸浮系統(tǒng)和高分子的膠體懸浮液。2按操作原理的不同分類（1過(guò)濾式離心機(jī)這是鼓壁上有孔，借離心

5、力實(shí)現(xiàn)過(guò)濾分離的離心機(jī)。（2沉降式離心機(jī)這是一種鼓壁上無(wú)孔，借離心力實(shí)現(xiàn)沉降分離的離心機(jī)。（3分離式離心機(jī)這是一種鼓壁上無(wú)孔，具有極大的轉(zhuǎn)速，一般在4000r/min以上，分離因數(shù)在3 000以上的離心機(jī)。3按操作方式的不同分類（1間歇式離心機(jī)是指轉(zhuǎn)鼓對(duì)所承載的被分離而截留的物料有一定質(zhì)量限度的離心機(jī)?？筛鶕?jù)需要延長(zhǎng)或縮短過(guò)濾時(shí)間，主要用以固液懸浮混合液的分離。（2連續(xù)式離心機(jī)整個(gè)設(shè)備的操作均在連續(xù)化狀態(tài)下，用于固液懸浮液和液液乳濁液的分離。4按卸料方式分類（1人工卸料離心機(jī)2重力卸料離心機(jī)（3刮刀卸料離心機(jī)4活塞推料離心機(jī)（5螺旋卸料離心機(jī)6離心卸料離心機(jī)（7振動(dòng)卸料離心機(jī)8進(jìn)動(dòng)卸料離心機(jī)5

6、按轉(zhuǎn)鼓主軸位置分類（1臥式離心機(jī)2立式離心機(jī)離心機(jī)的應(yīng)用離心機(jī)的應(yīng)用砂糖糖蜜分離砂糖糖蜜分離奶制品工業(yè)牛奶分離奶制品工業(yè)牛奶分離制鹽工業(yè)的晶鹽脫鹵制鹽工業(yè)的晶鹽脫鹵淀粉工業(yè)中淀粉與蛋白質(zhì)的分離淀粉工業(yè)中淀粉與蛋白質(zhì)的分離第二節(jié) 臥式螺旋離心機(jī)一、臥式螺旋離心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工一、臥式螺旋離心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理作原理1臥式螺旋離心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)由三個(gè)臥式螺旋離心機(jī)的基本結(jié)構(gòu)由三個(gè)部分組成：轉(zhuǎn)筒部分、螺旋推料器和部分組成：轉(zhuǎn)筒部分、螺旋推料器和驅(qū)動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)裝置。第二節(jié)臥式螺旋離心機(jī)2臥式螺旋離心機(jī)的工作原理工作原理如圖所示。整個(gè)設(shè)備由固定部分和運(yùn)轉(zhuǎn)部分兩大部分組成。二、臥式螺旋離心機(jī)的使用二、臥

7、式螺旋離心機(jī)的使用主要有脫水用臥式螺旋離心機(jī)和澄清用主要有脫水用臥式螺旋離心機(jī)和澄清用臥式螺旋離心機(jī)，前者較后者轉(zhuǎn)速低，臥式螺旋離心機(jī)，前者較后者轉(zhuǎn)速低，螺徑大，螺距大。螺徑大，螺距大。1螺旋離心機(jī)的主要應(yīng)用螺旋離心機(jī)的主要應(yīng)用應(yīng)用化工、輕工、食品和環(huán)保行業(yè)，適應(yīng)用化工、輕工、食品和環(huán)保行業(yè)，適用對(duì)懸浮液的液體澄清、固體脫水及粒用對(duì)懸浮液的液體澄清、固體脫水及粒度分級(jí)和廢水處理等，并進(jìn)行有效的沉度分級(jí)和廢水處理等，并進(jìn)行有效的沉渣輸送。具有可連續(xù)分離操作，對(duì)物料渣輸送。具有可連續(xù)分離操作，對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)。在選用時(shí)考慮的幾個(gè)方面。的適應(yīng)性強(qiáng)。在選用時(shí)考慮的幾個(gè)方面。（1對(duì)于易分離物料的固相脫水

8、，可以得到含液量較低的固體。（2對(duì)于細(xì)粒級(jí)難分離的懸浮液,采用高分離因數(shù)，大長(zhǎng)徑比的螺旋離心機(jī)來(lái)完成。（3對(duì)于固相濃度大的液液固三相懸浮液可采用特殊結(jié)構(gòu)的螺旋離心機(jī)來(lái)完成。（4對(duì)固相顆粒粒度分級(jí)，適當(dāng)?shù)姆蛛x因數(shù)和合理的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。三、碟式離心機(jī)分離設(shè)備結(jié)構(gòu)與應(yīng)用三、碟式離心機(jī)分離設(shè)備結(jié)構(gòu)與應(yīng)用以疊加在一起的錐形碟片在高速旋轉(zhuǎn)以疊加在一起的錐形碟片在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)物料進(jìn)行分離的設(shè)備，主要過(guò)程中對(duì)物料進(jìn)行分離的設(shè)備，主要用于液用于液液乳濁液分離和固液乳濁液分離和固液懸浮液懸浮液的分離，應(yīng)用于乳品加工、淀粉提液的分離，應(yīng)用于乳品加工、淀粉提取等生產(chǎn)領(lǐng)域。取等生產(chǎn)領(lǐng)域。（一碟式離心機(jī)的工作原理與結(jié)構(gòu)

9、1工作原理分離機(jī)高速旋轉(zhuǎn)形成一個(gè)強(qiáng)大的離心力場(chǎng)，料液在強(qiáng)大的離心力場(chǎng)的作用下，由于物料的密度差的存在，重組分受到了較大的離心力沿著錐形碟片下表面滑移出沉降區(qū)，進(jìn)入混流過(guò)渡區(qū)并匯聚噴嘴排出機(jī)外；而輕組分因受到的離心力較小，匯聚向心泵室后排出機(jī)外，完成整個(gè)過(guò)程。2碟式離心機(jī)的主要結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)鼓、機(jī)殼、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和機(jī)座組成。轉(zhuǎn)鼓是碟式機(jī)的主要部件，由轉(zhuǎn)鼓體、分配器、碟片、轉(zhuǎn)鼓蓋、鎖環(huán)等組成。碟片呈倒錐形，錐頂角6001000，間距在0.310mm。蝶式離心機(jī)外形圖2碟式離心機(jī)的主要結(jié)構(gòu)碟式離心機(jī)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)使離心機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，是離心機(jī)設(shè)計(jì)中的核心技術(shù)之一，應(yīng)保證離心機(jī)可靠地運(yùn)行，具有較高的分離效率

10、、高質(zhì)量的分離效果。離心機(jī)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)應(yīng)具有如下的基本要求：工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)振動(dòng)小，運(yùn)行穩(wěn)定可靠；轉(zhuǎn)速精度高；升降速快；噪音低；體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。碟式離心機(jī)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)從人力驅(qū)動(dòng)開(kāi)始，經(jīng)歷了油透平驅(qū)動(dòng)、空氣透平驅(qū)動(dòng)，發(fā)展到至今采用了高速電機(jī)增速機(jī)構(gòu)和電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的過(guò)程。3碟式離心機(jī)的操作碟式離心機(jī)是高速旋轉(zhuǎn)的分離機(jī)，回轉(zhuǎn)離心力極大，操作中，要注意安全。開(kāi)機(jī)前，分離機(jī)必須按規(guī)定進(jìn)行細(xì)致的清洗和正確的裝配，以達(dá)到動(dòng)平衡狀態(tài)，并且在每次開(kāi)機(jī)前認(rèn)真檢查轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活，各機(jī)件是否鎖緊，剎車是否處在松開(kāi)狀態(tài)，察看機(jī)座的油箱油面是否處于玻璃刻度位上，要防止虛油面的產(chǎn)生。若停機(jī)12h以上，開(kāi)機(jī)前應(yīng)將排油螺栓旋松

11、幾圈，排出可能沉降的水分。第三節(jié)旋液離心分離機(jī)械與設(shè)備旋液離心分離器又稱旋液分離管、水力旋流器。廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工行業(yè)等領(lǐng)域，如在淀粉的分離和提純工藝中被普遍使用。它不僅可用于懸浮液的分離、增濃，而且可用于產(chǎn)品的分級(jí)，此外，還可用于不互溶液體的分離、氣液分離以及傳熱、傳質(zhì)和霧化的操作中。1旋液離心分離機(jī)械與設(shè)備的原理和結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)如圖所示，也是一種離心沉降式分離器，其結(jié)構(gòu)緊湊，操作維修方便，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作，造價(jià)低廉，使用壽命長(zhǎng)。原理：在互不相溶且具有密度差的液體混合物以一定的方式及速度從入口進(jìn)入旋液分離器后，在離心力場(chǎng)的作用下，密度大的相被甩向四周，并順著壁面向下運(yùn)動(dòng)，作為底流排出；密度

12、小的相向中間遷移，并向上運(yùn)動(dòng)，最后作為溢流排出，達(dá)到液-液分離的目的。按照分離介質(zhì)不同可分為：固液分離除砂器）、固體篩選、液液分離油水分離）、氣液分離、氣固分離旋風(fēng)除塵器）、氣液固三相分離按結(jié)構(gòu)形式一般可分為：靜態(tài)旋液分離器和動(dòng)態(tài)旋液分離器兩種。2旋液離心分離機(jī)械與設(shè)備的特點(diǎn)與應(yīng)用結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是直徑小而圓錐部分長(zhǎng)，所以又被稱之為旋液分離管。在操作中帶壓漿料在進(jìn)入旋液分離器后，會(huì)產(chǎn)生較大的壓降，旋液分離器的壓力應(yīng)略高于整個(gè)系統(tǒng)的壓損不大于0.3MPa）。不同的加工環(huán)節(jié)對(duì)壓力的要求不一同，對(duì)用于除泥砂、粗分環(huán)節(jié)的旋液分離器，0.6MPa左右，用于淀粉洗滌或者回收蛋白質(zhì)的旋液分離器，其工作壓力還要高一些

13、。第四節(jié) 膜分離設(shè)備膜分離是近20年來(lái)在迅速崛起的高新技術(shù)，利用天然或人工合成的高分子半透膜分離的方法，利用膜兩側(cè)的壓力差或電位差為動(dòng)力，使流體中的某些分子或離子透過(guò)半透膜或被半透膜截留下來(lái)，以獲得或去除流體中某些成分的一種分離技術(shù)。如果通過(guò)半透膜的不只是溶劑，而是有條件選擇性地讓某些溶質(zhì)組分通過(guò)，因而溶液中不同溶質(zhì)組分得到分離，該過(guò)程稱為膜分離。膜分離技術(shù)的核心是膜，膜的選擇性是分離的關(guān)鍵，膜分離技術(shù)所包含的方法有多種，較常使用的有：（1超濾ultrafiltration），簡(jiǎn)稱UF法；（2反滲透reverse-osmosis），簡(jiǎn)稱RO法；（3電滲析electrodialysis），簡(jiǎn)稱E

14、D法；（4微孔過(guò)濾microfiltration），簡(jiǎn)稱MF法。一、膜分離設(shè)備的原理和特點(diǎn)1膜分離的原理反滲透和超濾是以壓力差為推動(dòng)力的膜分離技術(shù)。水溶液與具有微孔的薄膜互相接觸，由于膜的化學(xué)性質(zhì)使它對(duì)水溶液中的溶質(zhì)具有排斥作用，結(jié)果，靠近膜表面的濃度梯度急劇下降，在溶液-膜的界面上形成一層被吸附的純水層。反滲透就是在壓力存在下使水不斷通過(guò)膜上的毛細(xì)孔滲出，溶質(zhì)則被膜截留?！昂Y分理論是把膜表面看成具有無(wú)數(shù)微孔，利用篩分理論是把膜表面看成具有無(wú)數(shù)微孔，利用這些不同孔徑的孔眼像篩子一樣截留住分子直徑這些不同孔徑的孔眼像篩子一樣截留住分子直徑相應(yīng)大于它們的溶質(zhì)和顆粒，從而達(dá)到了分離的相應(yīng)大于它們的溶

15、質(zhì)和顆粒，從而達(dá)到了分離的目的。目的。通常對(duì)超濾機(jī)理的闡述有下述兩種模型：通常對(duì)超濾機(jī)理的闡述有下述兩種模型：（1毛細(xì)流動(dòng)模型溶質(zhì)的脫除靠流過(guò)過(guò)濾或篩毛細(xì)流動(dòng)模型溶質(zhì)的脫除靠流過(guò)過(guò)濾或篩濾作用，半透膜阻止了大分子的通過(guò)，按這一模濾作用，半透膜阻止了大分子的通過(guò)，按這一模型建立的流動(dòng)是毛細(xì)孔中的層流流動(dòng)；型建立的流動(dòng)是毛細(xì)孔中的層流流動(dòng)；（2溶解擴(kuò)散模型假定擴(kuò)散質(zhì)的分子，先溶解溶解擴(kuò)散模型假定擴(kuò)散質(zhì)的分子，先溶解于膜的結(jié)構(gòu)材料中，后經(jīng)載體的擴(kuò)散而傳遞。因于膜的結(jié)構(gòu)材料中，后經(jīng)載體的擴(kuò)散而傳遞。因?yàn)榉肿硬煌?，溶解度和擴(kuò)散度也就不同。為分子不同，溶解度和擴(kuò)散度也就不同。2膜分離的應(yīng)用范圍根據(jù)膜分離技

16、術(shù)過(guò)程推動(dòng)力的不同，大體上可分為兩類：以壓力為推動(dòng)力的超濾和反滲透，以電力為推動(dòng)力的電滲析，電滲析使用的是被稱為離子交換膜的特殊半透膜。膜分離技術(shù)目前已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于海水、苦咸水淡化，超純水制備，廢水處理過(guò)程以及食品工業(yè)中的牛奶、乳清蛋白、茶葉的濃縮和其他食品的精制、提純與濃縮。此外，在染料工業(yè)、化學(xué)工程和生物工程、航天技術(shù)上亦被得到廣泛的應(yīng)用。比如反滲透和超濾在醫(yī)療行業(yè)方面用于血過(guò)濾、人工血液的制造、人參蜂王漿處理、中草藥制劑的精制、病菌、酶、病毒、核酸、蛋白質(zhì)等生理活性物質(zhì)的濃縮、分別、精制以及激素的精制等。3膜性能膜是反滲透和超濾的主要材料，也是電滲析的主要材料，是膜分離技術(shù)的中心，膜

17、分離技術(shù)的提高，關(guān)鍵取決于膜性能的改進(jìn)。（1膜分離技術(shù)對(duì)膜性能的要求膜性能主要是指膜的物理和化學(xué)性能以及膜的分離透過(guò)性。（2膜材料膜的材料及其材質(zhì)在很大程度上決定了膜的功能。膜材料的發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段。第1階段是醋酸纖維素膜，也稱CA膜，價(jià)格便宜，性能也好，PH值3.59.5，且使用的溫度較低，抗污染性差，在強(qiáng)酸和弱堿作用下會(huì)水解；第2代膜材料是高性能的合成材料，如聚砜、聚丙烯腈以及改性纖維等，可經(jīng)受強(qiáng)酸強(qiáng)堿，在高壓下抵抗破壞能力強(qiáng)，耐氧化、耐腐蝕、抗污染性好，是目前應(yīng)用最為廣泛的膜材料；第3代膜材料以無(wú)機(jī)膜為代表，如多孔性陶瓷、多孔性玻璃以及多孔性金屬等，耐溫達(dá)400。4膜分離設(shè)備的原理（1

18、超濾設(shè)備的工作原理在超濾中， 如果顆粒小到亞微細(xì)粒的程度，半透膜孔的大小也要趨近于能阻止溶液中大分子的通過(guò)，這種利用半透膜的微孔過(guò)濾以截留溶液中大溶質(zhì)分子的操作稱為超濾，而這樣的半透膜則被稱之為超濾膜，超濾的驅(qū)動(dòng)力是壓差， 通常高達(dá)1.0MPa，在溶液側(cè)加壓，使溶劑和小分子透過(guò)膜而得到分離。（2反滲透的工作原理（a圖所示為在半透膜兩側(cè)的溶劑和由溶質(zhì)與溶劑組成的溶液。在沒(méi)有外力的作用下，左側(cè)溶劑分子會(huì)自動(dòng)穿過(guò)半透膜流向右側(cè)溶液。因溶劑的流動(dòng)，在高濃度溶液區(qū)域形成一個(gè)滲透壓頭，達(dá)到滲透的平衡。如果在溶液的一側(cè)膜的右側(cè)加上一個(gè)大于滲透壓的壓力，則高濃度溶液區(qū)域的溶劑水會(huì)穿過(guò)半透膜流向低濃度溶液或溶劑的一側(cè)，這種現(xiàn)象稱之為反滲透。反滲透的動(dòng)力也是壓力。（3電滲析的工作原理如下圖，進(jìn)入第1、3、5、7室的水中離子，在直流電場(chǎng)作用下作定向移動(dòng)，陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，透過(guò)陽(yáng)膜進(jìn)入極水室以及2、4、6室，陰離子則向陽(yáng)極移動(dòng)，透過(guò)陰膜進(jìn)入2、4、6、8室。二、膜分離設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用（一超濾與反滲透設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用利用超濾進(jìn)行食品的濃縮和提純可充分保留食品原有風(fēng)味和香味成分，因?yàn)闆](méi)有物料相態(tài)的變化，對(duì)料液的物化結(jié)構(gòu)沒(méi)有破壞。（1純水和超純水的制備工業(yè)用水的初級(jí)純化，污水和苦咸、海水淡化的處理。（2生物制藥酶、病毒、毒素、噬菌體及各種蛋白質(zhì)稀溶液的濃縮、脫鹽和提純；醫(yī)用水處理；血液及生物制品