第六章食品分離機械與設備

第六章食品分離機械與設備第一節(jié)*過濾機械第二節(jié)*離心機械第三節(jié)旋流分離機械第四節(jié)溶劑萃取設備第五節(jié)膜分離設備第六節(jié)超臨界流體萃取設備第七節(jié)分子蒸餾設備主要內容、重點與難點主要內容：分離的方法與分類、過濾機械、離心機械、各種分離機械的分離原理重點：過濾機械中板框式過濾機械和離心機械中的臥式螺旋卸料離心機的結構、工作原理和工作過程及其應用難點：過濾分離的工作過程和分離機械的分離原理的比較。舉例：純凈水、太空水的工藝流程幾種典型的過濾裝置：二氧化碳過濾器中空纖維超濾活性碳過濾器概述分離過程是食品加工中一個十分重要的操作。分離過程的投資常占生產過程總投資的50%-90%，用于產品分離的費用占到生產總成本的70%甚至更高。概述（續(xù)）食品加工中典型的兩大類混合物：1.連續(xù)相為液體：分散相為固體（固-液系統(tǒng)）、分散相為液體（液-液系統(tǒng)或液體混合物）和分散相為氣體（氣-液相系統(tǒng)）三種；2.連續(xù)相為氣體：分散相為固體（固-氣系統(tǒng)）和分散相為氣體（液-氣系統(tǒng)）。分離的方法1.擴散式分離方法蒸發(fā)、蒸餾、干燥等（根據揮發(fā)度或汽化點的不同）；結晶（根據凝固點的不同）；吸收、萃取、瀝取等（根據溶解度的不同）；沉淀（根據化學反應生成沉淀物的選擇性）；分離的方法（續(xù)）吸附（根據吸附勢的差別）；離子交換（用離子交換樹脂）；等電位聚焦（根據等電位Ph的差別）；氣體交換、熱擴散、滲析、超濾、反滲透等（根據擴散速率差）分離的方法（續(xù)）2.機械分離方法過濾、壓榨（根據截流性或流動性）；沉降（根據密度或粒度差）。沉降分離可分為重力沉降和離心沉降分離。后者包括離心分離和旋流分離，分離設備分別為離心機和旋流分離器。磁分離（根據磁性差）；靜電除塵、靜電聚結（根據電特性）；超聲波分離（根據對波的反映特性）。在以上分離方法中，過濾分離、離心分離和旋流分離被稱為食品分離中的三大主要機械分離方法。分離的方法（續(xù)）第一節(jié)過濾機械過濾是利用混合物內相的截留性差異進行分離的一種操作。優(yōu)點：過濾應用范圍廣，適應粒度和濃度范圍較寬，可用于連續(xù)相為流體，分散相為固體混合物的分離。缺點：過濾介質的堵塞難以避免，工作的連續(xù)性較差，對于低濃度的混合液過濾的經濟性較差。一、概念二、過濾分離的工作過程過濾操作過程一般包括過濾、洗滌、干燥和卸料四個過程。過濾：懸浮液在推動力作用下，克服過濾介質的阻力進行固液分離；固體顆粒被截留，逐漸形成濾餅，且不斷增厚，因此過濾阻力也隨之不斷增加，致使過濾速度逐漸降低。當過濾速度降低到一定程度后，必須停止過濾。過濾分離的工作過程（續(xù)）洗滌：停止過濾后，濾餅的毛細孔中包含有許多濾液，須用清水或其他液體洗滌，以得到純凈的固粒產品或盡量多的濾液；干燥：用壓縮空氣吹或真空吸，把濾餅毛細管中存留的洗滌液排走，得到含濕量較低濾餅；卸料：把濾餅從過濾介質上卸下，并將過濾介質洗凈，以備重新進行過濾。三、過濾機的分類按過濾推動力分：重力過濾機、加壓過濾機和真空過濾機；按過濾介質的性質分：粒狀介質過濾機、濾布介質過濾機、多孔陶瓷介質過濾機和半透膜介質過濾機等；按操作方法分：間歇式和連續(xù)式過濾機。間歇式過濾機的過濾、洗滌、干燥、卸料四個操作工序在不同時間內，在過濾機同一部分上依次進行。它的結構簡單，但生產能力較低，勞動強度較大。間歇式過濾機有重力過濾器、板框壓濾機、廂式壓濾機、葉濾機等。連續(xù)式過濾機的四個操作工序在同一時間內，在過濾機的不同部位上進行。它的生產能力較高，勞動強度較小，但結構復雜。連續(xù)過濾機多采用真空操作，常見的有轉筒真空過濾機、園盤真空過濾機等。四、典型的過濾機械（一）板框壓濾機*：是一種間歇式過濾機，利用濾板來支撐過濾介質，濾漿在加壓下強制進入濾板之間的空間內，并形成濾餅。（二）加壓葉濾機：是一種間歇式過濾機。（三）真空過濾機：以抽真空為推動力，一般為連續(xù)式操作，是一種連續(xù)性生產和機械化程度較高的過濾設備。（一）板框壓濾機1主要結構濾板濾框濾布壓緊裝置支撐裝置見教材上附圖。2主要結構及其作用2.1濾板：分為洗滌板和非洗滌板，面板上有各種凸凹紋路，其作用是支撐濾布并提供濾液流出的通道。濾板、濾框、濾布、壓緊裝置2.2濾框：濾板和濾布的支撐載體。濾框與濾布共同作用形成濾漿和濾餅的空間。2.3濾布：分離濾漿和濾餅。2.4壓緊裝置：提供推壓力。一般依靠螺桿的旋轉提供推壓力，也有采用液壓油缸驅動的。

3工作原理利用濾板來支撐過濾介質，濾漿在加壓下（0.1－1MPa）強制進入濾板之間的空間內，并形成濾餅，分離濾餅和濾液。4工作過程濾漿由濾框上方通孔進入濾框空間，固粒被濾布截流，在框內形成濾餅，濾液則穿過濾餅和濾布流向兩側的濾板，然后沿濾板的溝槽向下流動，由濾板下方的通孔排出。當濾框內充滿濾餅時，停止進料，進行濾餅洗滌，洗滌后再將濾餅清除，重新組裝，進入下一循環(huán)操作。5特點5.1優(yōu)點：過濾面積大；過濾推動力大（最大可達1MPa，一般在0.3-0.5MPa）；無運動部件，動力消耗??；使用可靠、結構簡單、制造方便、造價低、便于檢查操作等。5.2缺點過濾的濾液不均勻；濾布磨損嚴重；間歇式操作，裝卸板框的勞動強度大，生產效率低；濾餅洗滌慢；

6應用適用于各種復雜物料的過濾，在食品工業(yè)中應用廣泛，特別適用于低濃度懸浮液、膠體懸浮液、分離液相黏度大或接近飽和狀態(tài)的懸浮液的過濾。第二節(jié)離心分離機械一、離心分離概念（原理）*二、離心分離應用三、離心分離機械的分類*四、典型的離心分離機械離心脫水機生物離心機一、離心分離概念（原理）離心分離：是指利用物料在慣性離心力的作用下進行固-液、液-液、液-液-固相分離。利用慣性離心力的作用下進行固-液、液-液、液-液-固相分離的機械稱為離心機。具體可分為離心過濾、離心沉降、離心分離。離心機的主要部件是安裝在豎直或水平軸上的快速旋轉的轉鼓。鼓壁上有的有孔，有的無孔。料漿送入轉鼓內隨鼓旋轉，在慣性離心力的作用下實現(xiàn)分離。在有孔的鼓內壁面覆以濾布，則流體甩出而顆粒被截留在鼓內，稱為離心過濾。對于鼓壁上無孔，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，稱為離心沉降。對于鼓壁上無孔且分離的是濁浮液，則兩種液體按輕重分層，重者在外，輕者在內，各自從適當位置引出，稱為離心分離。分離因數(shù)*：是指物料所受離心力與重力的比值，也等于離心加速度與重力加速度的比值。

它是衡量離心分離機分離性能的主要性能指標，分離因數(shù)的大小常根據不同的分離物料性質和不同的分離要求來選取。二、離心分離機的應用制糖工業(yè)：砂糖糖蜜的分離；制鹽工業(yè)：晶鹽脫鹵；奶制品工業(yè)：牛奶分離；淀粉工業(yè)：淀粉與蛋白質分離；油脂工業(yè)：食油精制；飲料工業(yè)：啤酒、果汁等的澄清；脫水蔬菜制造業(yè)：預脫水干燥處理；三、離心分離機的分類1）按操作原理分類1.1過濾式離心機：轉鼓有孔，過濾分離，分離因數(shù)小，適用于易過濾的晶體懸浮液和較大顆粒懸浮液的分離及脫水處理。1.2沉降式過濾機：轉鼓無孔，沉降分離，分離因數(shù)中，適用于分離不易過濾的懸浮液。1.3分離式離心機：轉鼓無孔，轉速高，分離因數(shù)大，用于乳濁液的分離和懸浮液的增濃或澄清。三、離心分離機的分類2）按離心分離因數(shù)大小分類常速離心機：Kc?3000，主要用于分離顆粒不大的懸浮液和物料的脫水；高速離心機：3000?Kc

?50000，主要用于分離乳狀和細粒懸浮液；超高速離心機：

Kc?50000，主要用于分離極不易分離的超微細粒的懸浮系統(tǒng)和高分子的膠體懸浮液。3）按操作方式：間歇式和連續(xù)式離心機；4）按轉鼓主軸位置：臥式和立式離心機；5）按轉鼓內流體和沉渣的運動方向：逆流式和并流式；6）按卸料的方式：人工卸料、重力卸料、刮刀卸料、活塞卸料、螺旋卸料、離心卸料和進動卸料等離心機；7）按分離工藝操作條件：常用型和密閉防爆型。三、離心分離機的分類四、典型離心分離機（一）臥式離心機：臥式螺旋卸料過濾離心機*；臥式螺旋卸料沉降離心機；臥式離心卸料離心機；刮刀卸料離心機；（二）立式離心機：自動排出式離心機；振動式離心機；三足式吊袋上卸料離心機；三足式刮刀下卸料自動離心機；高速管式離心機；碟片式離心分離機*。四、典型離心分離機（續(xù)）（一）臥式螺旋卸料過濾離心機1主要結構圓錐轉鼓螺旋推料器差速器篩網過載保護裝置其他附件：進出料口、殼體、箱體及機座等2主要結構及其作用圓錐轉鼓：轉鼓上有孔，內襯有篩網，與篩網共同作用分離濾液和濾餅；螺旋卸料器：卸出濾餅；差速器：調節(jié)螺旋卸料器和圓錐轉鼓的轉速，使其保持一個微小的轉速差；篩網：分離濾液和濾餅；3工作過程懸浮液由進料管輸入螺旋推料器內腔。通過內腔料斗口噴鋪在轉鼓內襯篩網板上，在離心力作用下，懸浮液中液相通過篩網孔隙、轉鼓孔被收集在機殼內，從排出口排出機外，濾餅在篩網中滯留。在差速器作用下，濾餅由小直徑處滑向大端，隨轉鼓直徑增大，濾餅加快脫水，直到推出轉鼓，以此實現(xiàn)進料、分離、洗滌和卸料的循環(huán)操作。3工作過程4工作原理通過過濾型錐形轉鼓的轉動，利用濾液與濾餅離心慣性力的差異將其分離，并借助差速器調節(jié)螺旋推料器的轉速，以實現(xiàn)濾餅的卸出。

5特點5.1優(yōu)點：是一種連續(xù)性操作的過濾機械，生產效率高，具有過載保護裝置，可實現(xiàn)無人安全操作；運轉平穩(wěn)、噪聲低，適用于腐蝕性強的介質物料的分離。5.2缺點制造成本高；濾餅中還存有濾液；應視不同的濾漿調整轉速差。（二）碟片式離心分離機（簡介）碟片式離心分離機是應用最廣的離心沉降機械。它具有一密閉的轉鼓，鼓中放置有數(shù)十個至上百個錐頂角為60°-100°的錐形碟片，碟片與碟片間的距離用帖附于碟片背面的、具有一定厚度的狹條來調節(jié)和控制，一般碟片間的距離為0.5－2.5mm。當轉鼓連同碟片以高速旋轉時（4000-8000r/min），碟片間懸浮液中的固體顆粒應有較大的質量，先沉降于碟片的內腹面，并連續(xù)向鼓壁方向沉降，沉降的液體則被迫反方向移動，最終在轉鼓頂部進液管周圍的排液口排出。（二）碟片式離心分離機（簡介）碟片式離心機既能分離低濃度的懸浮液（液-固分離），又能分離乳濁液（液-液分離或液-液-固分離）。兩相分離和三相分離的碟片形式有所不同，對于液-固或液-液兩相分離所用的碟片為無孔式，（二）碟片式離心分離機（簡介）其工作原理如圖所示左側，液-液-固三相分離所用碟片在一定位置帶有孔，以此作為液體進入各碟片間的通道，孔的位置是處于輕液和重液兩相界面的相應位置上，見如圖所示右側。（二）碟片式離心分離機（簡介）第三節(jié)旋流分離機械（簡介）一、基本概念與應用二、旋液器的基本結構與工作原理三、旋流分離器的特點一、基本概念與應用旋流分離技術是一種高效節(jié)能型的分離技術，它的關鍵部分是旋流分離器，簡稱旋流器。它是利用切向注入的混合物高速旋轉產生的離心力來加速顆粒的沉降，非均相物料系在分離器內形成向下的外旋流和向上的內旋流，達到不同密度的相或不同粒度顆粒的分離。基本概念與應用（續(xù)）旋流分離器可用于具有密度差的固-液、氣-液、固-氣、液-氣、液-液以及固-固等非均相混合物的分離，包括生物、食品（如淀粉生產、制糖工業(yè)、奶制品工業(yè)、食用油工業(yè)、啤酒工業(yè)、葡萄酒生產工業(yè)等）、三廢（廢氣、廢液和廢固）處理等領域中的澄清、增濃或脫水、分級、洗滌等分離過程，甚至還可以及強化傳熱傳質和分離于一身，用作旋流干燥器等。一、基本概念與應用二、旋液器的基本構造與工作原理旋液器：用于液-液分離的旋流分離器稱為旋液器，它是一種利用離心沉降原理將非均相混合物中具有不同密度的相的機械分離設備?；緲嬙旎緲嬙鞛橐粋€分離腔和一至兩個入口或兩個出口。分離腔主要有圓柱形、圓錐形和柱-錐形三種基本形式。工作原理：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入旋流分離器后，在離心場的作用下，密度大的相被甩向四周，并順著壁面向下運動，作為底流排出；密度小的相向中間遷移，最后作為溢流排出。這樣就達到了液-液分離的目的。三、旋流分離器的特點3.1優(yōu)點：結構簡單；成本低，占用空間小、重量輕、維護費用少、能耗低（不到碟片式離心機的10%）、不需任何幫助分離的介質；安裝靈活方便，旋流器可以任何角度安裝；工作連續(xù)可靠，操作維護方便，一旦設計、調試好，就可以自動、穩(wěn)定的工作。三、旋流分離器的特點3.2缺點：由于剪切作用，容易將液滴（油滴或水滴）打碎乳化而惡化分離過程；通用性較差，處理不同性質的物料往往需要不同結構尺寸或操作條件的旋流器；由于湍流，分離能力不如離心機（超高速離心機）的大，即可分離的最小顆粒（邊界粒度）沒有離心機的小，但其邊界粒度也達2um左右。三、旋流分離器的特點第四節(jié)溶劑萃取設備（簡介）原理：有機溶劑萃取過程是利用兩個互不混溶的液相中各個組分（包括目標組分）溶解度的不同，從而達到分離的目的。根據料液和溶劑接觸和流動方向，溶劑萃取設備可以分成單級萃取設備和多級萃取設備。多級萃取設備可分為錯流接觸和逆流接觸萃取設備。多級逆流萃取過程具有分離效率高、產品回收率高、溶劑用量少等優(yōu)點，是工業(yè)生產最常用的萃取流程。多級萃取設備也有多種類型，如混合沉降器、篩板萃取塔、填料萃取塔等。根據操作方式不同，溶劑萃取設備可分成間歇萃取設備和連續(xù)萃取設備。根據分離物系構成的不同，溶劑萃取設備可分成為液-液萃取設備和液-固萃取設備。液一液萃取設備液一液萃取設備按照接觸的方式不同，可以分為逐級式和微分式兩大類。微分萃取，就是在一個柱式或塔式容器中，互相溶混的兩液相分別從頂部和底部進入并相向流過萃取設備，目的產物（溶質）則從一相傳遞到另一相，以實現(xiàn)產物分離的目的。其特點是兩液相連續(xù)相向流過設備，沒有沉降分離時間，因而傳質未達平衡狀態(tài)。微分萃取操作只適用于兩液相有較大密度差的場合。微分萃取設備主要是一個萃取塔，常見的典型設備如圖：第五節(jié)膜分離設備（簡介）是利用膜的選擇性，以膜的兩側存在一定量的能量差（壓力差或電位差）作為推動力，由于溶液中各組分透過膜的遷移速率不同而實現(xiàn)的分離。膜分離有微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）、電滲析和透析等。屬于速度控制的傳質過程，具有設備簡單、可在室溫或低溫下操作、無相變、處理效率高、節(jié)能等優(yōu)點，適用于熱敏性的生物工程產物、濃縮與純化。它在水處理、工業(yè)分離、廢水處理、食品和發(fā)酵工業(yè)等方面的應用均取得了重大的突破。第六節(jié)超臨界流體萃取設備超臨界流體萃取技術就是以超臨界狀態(tài)（壓力和溫度均在臨界值以上）的流體為溶媒，對萃取物中的目標組分進行提取分離的過程。特點：萃取溫度較低，制品不存在熱分解問題；對溫度和壓力進行調節(jié)，可以實現(xiàn)選擇性萃取；對非揮發(fā)性物質分離非常簡單；制品中無溶劑殘留問題；溶劑可以再生、循環(huán)使用，運行經濟性較好；無環(huán)境污染問題。超臨界流體萃取設備（續(xù)）超臨界流體萃取技術常以CO2作為溶媒，其優(yōu)點有：

CO