食品分離機械與設(shè)備(一)

1、Chapter 4,分離機械與設(shè)備,第四章 食品分離機械與設(shè)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(shè)備 第五節(jié) 膜分離設(shè)備 第六節(jié) 超臨界流體萃取設(shè)備 第七節(jié) 分子蒸餾設(shè)備,主要內(nèi)容、重點與難 點,主要內(nèi)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(jié)構(gòu)、工作原理和工作過程及其應(yīng)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。,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,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

2、大小、相、密度、溶解性、沸點等表現(xiàn)出的不同特點而將物質(zhì)分開的一種操作過程。 發(fā)酵產(chǎn)品經(jīng)常要經(jīng)過分離純化才能進(jìn)入下一工序。 比如：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。要運用一定的物理或化學(xué)方法，采用適當(dāng)?shù)姆蛛x機械與設(shè)備來實現(xiàn)。,分離過程是食品加工中一個十分重要的操作。分離過程的的費用通常占生產(chǎn)總成本的70%甚至更高。,概 述,食品加工中典型的兩大類混合物： 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； 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（

3、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(jù)揮發(fā)度或汽化點的不同）； 結(jié)晶（根據(jù)凝固點的不同）； 吸收、萃取、瀝取等（根據(jù)溶解度的不同）； 沉淀（根據(jù)化學(xué)反應(yīng)生成沉淀物的選擇性）；,吸附（根據(jù)吸附勢的差別）； 離子交換（用離子交換樹脂）； 等電位聚焦（根據(jù)等電位pH的差別）； 氣體交換、熱擴散、滲析、超濾、反滲透等（根據(jù)擴散速率差）,分離的方法,2.機械分離方法 過濾、壓榨（根據(jù)截流性或流動性）； 沉降（根據(jù)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(shè)備分別為離心機和旋流分離器。,分離的方法,磁分離（根據(jù)磁性差）； 靜電

4、除塵、靜電聚結(jié)（根據(jù)電特性）； 超聲波分離（根據(jù)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,第一節(jié) 過濾機械,過濾是利用混合物內(nèi)相的截留性差異進(jìn)行分離的一種操作。 優(yōu)點：過濾應(yīng)用范圍廣，適應(yīng)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(zhì)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(jīng)濟性較差。,一、概念,在過濾的操作過程中： 濾漿：被過濾處理的懸浮液稱為濾漿 濾渣：濾漿中被截留下來的固體微粒 濾餅：積聚在過濾介質(zhì)上的濾渣層 濾液：透過濾餅和過濾介質(zhì)的液體稱為,二、過濾分離

5、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(zhì)的阻力進(jìn)行固液分離； 洗滌：停止過濾后，濾餅的毛細(xì)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(chǎn)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(xì)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(zhì)上卸下，并將過濾介質(zhì)洗凈，以備重新進(jìn)行過濾。,三、過濾機的分類,過濾推動力：重力過濾機、加壓過濾機、真空過濾機； 過濾介質(zhì)的性質(zhì)：粒狀介質(zhì)、濾布介質(zhì)、多孔陶瓷介質(zhì)、半透膜介質(zhì)過濾機等； 操作方法：間歇式過濾機、連續(xù)式過濾機。,四、典型的過濾機械,（一）板框壓

6、濾機* ： 間歇式過濾機的一種，利用濾板支撐過濾介質(zhì)，濾漿在加壓下強制進(jìn)入濾板之間的空間內(nèi)，并形成濾餅。 （二）加壓葉濾機： 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(chǎn)和機械化程度較高的過濾設(shè)備。,（一）板框壓濾機,1. 主要結(jié)構(gòu) 濾板 濾框 濾布 壓緊裝置,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。,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。,2 主要結(jié)構(gòu)及其作用,2 主要結(jié)構(gòu)及其作用,濾布：分離濾漿和濾餅。 壓緊裝置：提供推壓力。一般依靠螺桿的旋轉(zhuǎn)提供推壓力，也有采

7、用液壓油缸驅(qū)動的。,3. 工作原理,利用濾板來支撐過濾介質(zhì)，濾漿在加壓下（0.11MPa）強制進(jìn)入濾板之間的空間內(nèi)，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(jìn)入濾框空間，固粒被濾布截流，在框內(nèi)形成濾餅，濾液則穿過濾餅和濾布流向兩側(cè)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(dāng)濾框內(nèi)充滿濾餅時，停止進(jìn)料，進(jìn)行濾餅洗滌，洗滌后再將濾餅清除，重新組裝，進(jìn)入下一循環(huán)操作。,4 .工作過程,板框壓濾機video,5 特點,5.1優(yōu)點： 過濾面積大； 過濾推動力大（最大可達(dá)1MPa，一般在0.30.5MPa）； 無運動部件，動力消耗?。?使用可靠、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、

8、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(yán)重； 間歇式操作，裝卸板框的勞動強度大，生產(chǎn)效率低； 濾餅洗滌慢；,6 應(yīng)用,應(yīng)用： 適用于各種復(fù)雜物料的過濾，在食品工業(yè)中應(yīng)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。,(二) 轉(zhuǎn)鼓真空過濾機,以抽真空為推動力的連續(xù)式過濾設(shè)備，其過濾介質(zhì)上游壓力為大氣壓，下游壓力為負(fù)壓。推動力僅限制在0.1MPa以下。,濾漿槽 攪拌器 刮刀 洗滌裝置 各種閥腔、真空系統(tǒng)、 壓縮空氣機、傳動系統(tǒng),1基本結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)鼓： 篩板組成的圓筒(排水構(gòu)件) 濾布覆蓋其上 低速旋轉(zhuǎn),(二) 轉(zhuǎn)鼓真空過濾機,2工作

9、過程,各項操作工序同時在轉(zhuǎn)鼓的不 同部位上進(jìn)行，轉(zhuǎn)鼓每 回轉(zhuǎn)一周，完成一個操作循環(huán)，自動連續(xù)完成作業(yè)。,過濾,第一次吸水,洗滌,第二次吸水,卸餅,濾布再生,(二) 轉(zhuǎn)鼓真空過濾機,主要用于懸浮液中顆粒度中等、粘度不太大的物料。 優(yōu)點： 能連續(xù)工作，節(jié)省人力，生產(chǎn)能力大； 可用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓速度來控制濾餅厚度和洗滌效果 濾布損耗少。 缺點： 由于真空操作，過濾推動力有限，對難過濾物料適應(yīng)性差； 濾餅的洗滌不充分（濾餅仍含30水分）； 設(shè)備費用高。,3特點,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(yīng)用 三、離心分離機械的分類* 四、典型的離心分離機械,一、離心分離原理,原理： 利用

10、物料在慣性離心力的作用下進(jìn)行固-液、液-液、液-液-固相分離。 具體可分為離心過濾、離心沉降、離心分離。,分離因子*：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(biāo)，分離因子的大小常根據(jù)不同的分離物料性質(zhì)和不同的分離要求來選取。,二、離心分離機的應(yīng)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)：淀粉于蛋白質(zhì)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(yù)脫水干燥處理；,三、離心分離機的分類,過濾式離心機： 轉(zhuǎn)鼓上有孔，過濾分離，分離因數(shù)小，適用于易過濾的晶體懸浮液

11、和較大顆粒懸浮液的分離及脫水處理。 沉降式過濾機： 轉(zhuǎn)鼓上無孔，沉降分離，分離因數(shù)中，適用于分離不易過濾的懸浮液。,1）操作原理,分離式離心機： 轉(zhuǎn)鼓無孔，轉(zhuǎn)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,常速離心機： Kc 3000，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，用于分離乳狀和細(xì)粒懸浮液； 超高速離心機： Kc 50000，用于分離極不易分離的超微細(xì)粒的懸浮系統(tǒng)和高分子的膠體懸浮液。,2）離心分離因數(shù)大小,操作方式：間歇式和連續(xù)式離心機； 轉(zhuǎn)鼓主軸位置：臥式和立式離心機； 轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體和沉渣的運動方向：逆流式和

12、并流式； 卸料方式：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(jìn)動卸料等離心機； 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,（一）臥式螺旋卸料離心機,能在全速下實現(xiàn)進(jìn)料、分離、洗滌、卸料等工序，是連續(xù)卸料的過濾式離心機。,主要結(jié)構(gòu) 圓錐轉(zhuǎn)鼓 螺旋推料器 差速

13、器 篩網(wǎng) 過載保護(hù)裝置 其他附件：進(jìn)出料口、殼體、箱體及機座等,（一）臥式螺旋卸料離心機,圓錐轉(zhuǎn)鼓：轉(zhuǎn)鼓上有孔，內(nèi)襯有篩網(wǎng)，與篩網(wǎng)共同作用分離濾液和濾餅； 螺旋卸料器：卸出濾餅； 差速器：調(diào)節(jié)螺旋卸料器和圓錐轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速，使其保持一個微小的轉(zhuǎn)速差； 篩網(wǎng)：分離濾液和濾餅；,工作原理,通過過濾型錐形轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)螺旋推料器的轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)濾餅的卸出。,工作過程,懸浮液由進(jìn)料管輸入螺旋推料器內(nèi)腔。 料液通過料斗口噴鋪在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)襯篩網(wǎng)上。 在離心力作用下，料液的液相通過篩網(wǎng)孔隙、轉(zhuǎn)鼓孔被收集在機殼內(nèi)，從排出口排出機外。,濾餅在篩網(wǎng)中滯留。在差速器作用下

14、，濾餅由小直徑處滑向大端，隨轉(zhuǎn)鼓直徑增大，濾餅加快脫水，直到推出轉(zhuǎn)鼓，以此實現(xiàn)進(jìn)料、分離、洗滌和卸料的循環(huán)操作。,特點,優(yōu)點： 連續(xù)性操作，生產(chǎn)效率高，具有過載保護(hù)裝置，可實現(xiàn)無人安全操作； 運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低； 適用于腐蝕性強的介質(zhì)物料的分離。 缺點 制造成本高； 濾餅中還存有濾液； 應(yīng)視不同的濾漿調(diào)整轉(zhuǎn)速差。,（二）碟式分離機,特點,應(yīng)用 碟式分離機用于乳濁液的分離和含有少量固相的懸浮液的澄清。化學(xué)、制藥和生化工業(yè)應(yīng)用最廣泛。,A) 10-100個錐頂角為60-100的錐形碟片； B) 碟片距很短0.5-2.5mm，沉降距離極短，分離效果高； C) 碟片多，沉降面積大，增加分離效果； D)

15、抗對流效果高。,（二）碟式分離機,分類, 用途： 澄清用碟式分離機和分離用碟式分離機。 進(jìn)料和排液方式： 敞開式、半密封式、密封式。 按排渣方式： 人工排渣型、噴嘴排渣型、環(huán)閥排渣型。,主要結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)鼓：錐形碟片 傳動裝置：主軸、離心摩擦聯(lián)軸節(jié)、螺旋齒輪等,它具有一密閉的轉(zhuǎn)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狹條來調(diào)節(jié)和控制，一般碟片間的距離為0.52.5mm。,工作特點,澄清用與分離用碟式分離機結(jié)構(gòu)上區(qū)別在于碟片和出液口。,懸浮液從中心管加入，經(jīng)碟片底架引到轉(zhuǎn)鼓下方， 在離心力作用下，重度大的固相顆粒沿碟片下表面沉積到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，定期

16、停機取出。 澄清液則沿碟片上表面向中間流動，由轉(zhuǎn)鼓上部出液口排出。,澄清用： 碟片不開孔，出液口只有一個。,料液從中心管加入，由底架分配到碟片層的“中性孔”位置，分別進(jìn)入各錐形碟片間，形成薄層分離。 密度小的輕液沿碟片上表面向中心流動，由輕液口排出； 重液則沿碟片下表面流向轉(zhuǎn)鼓外層，經(jīng)重液口排出。 乳濁液含有少量固相時，它們積沉于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上定期排渣。,分離用： 碟片開孔，出液口有兩個（輕液、重液）。,5. 特點： 生產(chǎn)能力大，能自動連續(xù)操作，并可制成密閉、防爆型。 6. 發(fā)展趨勢： 進(jìn)一步改善自動化控制系統(tǒng)； 研制轉(zhuǎn)鼓材料，提高轉(zhuǎn)鼓的強度； 研究轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體動力狀態(tài)； 改善轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高分

17、離效果和生產(chǎn)能力，以及更好地滿足各種生產(chǎn)的工藝要求。,55,、人工排渣碟片離心機,應(yīng)用： A、液-液分離，并含少量固體， B、固-液分離，固相含量小于%， C、澄清操作。 主要技術(shù)指標(biāo)： A、分離因子10000g以上； B、顆粒直徑0.0220m，固體含量10000g；B、適合含少量細(xì)顆粒的液液分離。 缺點：A、轉(zhuǎn)鼓與碟片間空隙大，不易發(fā)揮離心機的高效分離性能；B、停車清洗，生產(chǎn)效率低，勞動強度大。,56,、噴嘴排渣碟片離心機,應(yīng)用： 多用于cell濃縮，濃縮比在5-20。 主要技術(shù)指標(biāo)： A、分離因子5000g左右； B、適應(yīng)的顆粒直徑0.1-100m，固體含量25%， C、噴嘴2-24個，

18、 D、轉(zhuǎn)鼓d 900mm 優(yōu)點： A、顆粒富積好；B、處理量大，可達(dá)300t/h。 缺點：A、分離因子5000g，低，不適合于小顆粒的分離；B、富積的顆粒含水量大。,57,、活塞排渣碟片離心機,主要技術(shù)指標(biāo)： A、分離因子5000-9000g； B、適應(yīng)的顆粒直徑0.1500m，固體含量10%)。,應(yīng)用： 多種顆粒的分離(0.1500m顆粒)，固體含量10%, 應(yīng)用范圍最廣,離心設(shè)備的選擇,基本參數(shù) 選擇,亞型,基本型號,固體物濃度,顆粒 d，固液 密度,粘度,產(chǎn)物熱穩(wěn)定性,低溫離心,流量Q, 規(guī)模,規(guī)格、臺數(shù),氣溶膠,活cell,密封滅菌設(shè)計,59,第三節(jié) 旋流分離機械（簡介）,一、基本概念

19、與應(yīng)用 二、旋液器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 三、旋流分離器的特點,一、基本概念與應(yīng)用,旋流分離技術(shù)： 一種高效節(jié)能型的分離技術(shù)，其關(guān)鍵部分是旋流分離器，簡稱旋流器。 原理： 利用切向注入的混合物高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力來加速顆粒的沉降，非均相物料系在分離器內(nèi)形成向下的外旋流和向上的內(nèi)旋流，達(dá)到不同密度的相或不同粒度顆粒的分離。,基本概念與應(yīng)用,應(yīng)用： 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(chǎn)、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(chǎn)工業(yè)等）、三廢（廢氣、廢液和廢固）處理等領(lǐng)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(zhì)和分離于一身，用作旋流干燥器等。,二、旋液器的基本構(gòu)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。 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(shè)備。,基本構(gòu)造,1個分離腔： 圓柱形、圓錐形、柱-錐形 12個入口 2個出口,工作原理,懸浮液從圓筒上部的切向口進(jìn)入器內(nèi)，旋轉(zhuǎn)向下流動。 液流中的顆粒受離心力作用，沉降到器壁，并隨液流下降到錐形底的出口，成為較稠的懸浮