生物分离工程1.2.3提取-固液分离

（4）故障诊断及排除
板块本身的损坏 板框间渗水 形不成滤饼或滤饼不均匀 滤板行动迟缓或易掉 液压系统的故障
2. 预涂式叶片式过滤机
（1）基本结构
A-机壳；B-原料泵；C-循环桶；D-计量泵；E-流量计；F-视镜；G-电 动机；H-安全阀；L-碟形活门操作手柄；M-粗滤器；N-残渣过滤器； O-压力表；P-视镜；Q-清洗喷水管；1～18阀门
两相的相对密度差，在离
心机无孔转鼓或管子中进 行悬浮液的分离操作；
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②离心过滤：利用离心 力并通过过滤介质，在有孔
转鼓离心机中分离悬浮液的
操作；
•
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③离心分离和超离
心：利用不同溶质颗粒
在液体中各部分分布的 差异，分离不同相对密 度液体的操作。
•
Fd
球形颗粒沉降的受力情况
R转头7.18㎝，MAXRPM为104 rpm，则
圆形、方形、圆灯笼
形。
粒状介质 珍珠岩粉、硅藻土、活性炭、白陶土 其他过滤介质
金属过滤介质、多孔陶瓷、多孔玻璃、塑料
（四）提高过滤速度的主要措施
2.改善悬浮液的物理性质 （1）降低液体粘度：加热 （2）增大滤饼层毛细管直径，减少弯曲因子 （3）先自然沉降再过滤 3.添加助滤剂
使用助滤剂的条件
该转头工作时所能产生MAXRCF＝
1.119×7.18×(104)2 ×10－5。转头承受 lg的负载变为8000g负载。如果转速升 至105 rpm，转头承受lg的负载变为
1.离心力与相对离心力
8×105g。如果转速降至103 rpm，转头 承受1g的负载变为80g，这样离心机的 制造难度便大为降低、一次离心能够处
中的可溶性盐。
（二）过滤机理
1.表面筛滤：单丝平纹编织网 2.深沉过滤：多数毡子
3.滤饼过滤：滤布
4.深层过滤：过滤片、多孔陶瓷
（三）影响过滤的因素
nπd⊿P
V＝
128uL
v:过滤速度
n:毛细孔道数
⊿P:过滤介质两端压强差 u:滤液粘度 L:厚度 d:毛细孔道直径
1.混合物中悬浮微粒的性质和大小 2.混合液的黏度 3.过滤介质两面的压力差
滤液
多孔介质称为过滤介质；所处理的悬浮液称为滤
浆；滤浆中被过滤介质截留的固体颗粒称为称为滤
饼或滤渣；通过过滤介质后的液体称为滤液；
驱使液体通过过滤介质的推动力可以有重力、压 力（或压差）和离心力； 过滤操作的目的一是获得清净的液体产品，也可 是得到固体产品；
洗涤的作用：回收滤饼中残留的滤液或除去滤饼
4.过滤介质的特性
（四）提高过滤速度的主要措施
1.选择适当的过滤介质
（1）选择过滤介质时应主要考虑的因素
孔径大小适于截留被分离的固体微粒
空的数量多，孔道短且不弯曲
耐酸碱且化学稳定性好 有一定的机械强度，易于回收 再生方便，使用寿命长，成本低
（2）工业上常见的过滤介质
织物介质 纺织滤布 无纺滤布
纺织滤布 无纺滤布
原料纤维 四酮纺丝 四酮纺丝 过滤层 三维 三维 过滤机理 滤饼 深层和滤饼 310～330 质量g/㎡ 310～330 0.65～0.7 0.65～0.7 布厚 常用温度 ﹤130℃ ﹤130℃
无石棉滤板（正ξ电位深层过滤板）
ຫໍສະໝຸດ Baidu由极细纤维、细硅藻 土合成聚合物树脂； 厚度2.3～4.6㎜，孔 隙率达70～85％；
悬浮液中固体粒子浓度很低 需要得到高澄清度的滤液 滤饼的颗粒太小而粘度太大 硅藻土、珍珠岩、 纤维素、炭粉
助滤剂应具备的条件
孔隙率在70％以上 压缩性指数在0.3以下 粒径在1um以上，球形较好 密度要大于滤液密度 不与液体发生反应 沉降不能太快
基本用法
预敷涂层法:先预铺一 层助滤剂 支持体添加法：滤浆中 添加助滤剂，用量与滤浆 中固体成分等量，0.2～ 0.8g/100ml
力强度可达15000～65000， 处理能力为0.1～0.4m3/h ，
适合的固体粒子粒径为
0.01～100μ m，常用于微生
物菌体和蛋白质的分离等。
1 电机支架 2 驱动装置 3 环形堰板 4 排液管 5 轻液 6 重液 7 转鼓 8 固体 9 制动器 10 机架 11 液 体入口
3.多室式离心机
c.活塞排渣碟片式离心机
5.螺旋卸料沉降离
心机
卧式和立式螺旋卸料沉降离心机结构示 意图：(a)卧式；(b)立式 1－进料管；2－三角皮带轮；3－右轴承； 4－螺旋输送器；5－进料空；6－机壳；7－转 鼓；8－左轴承；9－行星差速器；10－过载保 护装置；11－溢流孔；12－排渣孔
WL型卧式螺旋卸料 过滤离心机
Fr越大，离心分离的推动力就越大，离心分 离机的分离性能也越好。
4.K因子与离心时间的预测 （1）K因子 表示离心机转头特性的一种参数 K＝2.53×1011㏑［R/r]/（rpm）2
（2）则颗粒沉降所需的时间 T＝K／S（hr）
K实际＝Kmax ×（Rpmmax /Rpmmin ）
(三)影响离心效果的因素 1.固相颗粒与液相密度差
1.2.2. 固液分离-离心分离技术
（一）概述
1.离心分离的概念
利用惯性离心力、物质的沉降系数，或浮力密度的不同 而进行的一项分离、浓缩或提炼操作。
2.应用范围：
可用于悬浮液中液体或固体的直接回收,而且可用 于两种互不相溶液体的分离,如液-液萃取，和不同密 度固体或乳浊液的分离
3.离心分离的形式 ①离心沉降：利用固液
(四)离心沉降及设备
1.瓶式离心机
实验室常用的低、中、
高速离心机，转速3000～
15000rpm，其转子常为外
摆式或角式，操作一般在 室温下进行，也有配备冷 却装置的冷冻离心机。
2.管式离心
机
一根直管形的转筒,其直
径较小，长度较大，转速很 高，可达到50000rpm，转筒
直径一般为40～150mm，离心
SGZ型三足式刮刀卸料自动离心机
过滤分离技术
• 生活实例1： 家庭自制豆腐、滤勺 生活实例2： 水中漂浮物处理
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二、
知识技能介绍
（一）过滤的概念
在外力作用下，使悬浮 液中的液体通过多孔介质的 孔道，而悬浮液中的固体颗 粒被截留在介质上，从而实
滤浆 滤饼 过滤介质
现固、液分离的操作
颗粒或生物大分子物质在离心力场中沉降速度
的量度，定义为：颗粒在单位离心力场中粒子移
动的速度。 一定距离内，某物质在单位离心力场中移动的 时间来表示；绝大多数在1～200×10-13秒范围 实际运用时把1×10-13 作为一个量纲
3.分离因数
衡量离心分离机性能的主要指标，离心 加速度与重力加速度的比值。
转鼓内有若干同心圆筒组成若干同 心环状分离室，有3-7个分离室,离心 力强度为2000～8000，处理能力为 2.5～10m3/h 。
多室离心机的出渣比较困难，一般在运转一段时间后，待分离 液澄清度不符合要求时，停机清理。 适于处理直径大于0.1μ m的颗粒，固相浓度小于5％的悬浮液， 常用于抗菌素液-液萃取分离，果汁和酒类饮料的澄清等。
理的样品量则可大幅提高。因此，离心
F m r
r RCF g
2
2
机转子室能够承受的RCF是离心机性能 的重要参数。
RCF
1.11910 (rpm) r
2
5
2 rpm rpm 60 30
2.沉降系数（sedimentation coefficient, S ）
4.碟片式离心机
有一密封的转鼓，内装
10～100个锥顶角为60～100
o
锥形碟片，悬浮液→转鼓→碟
片间隙向碟片内缘流动→颗粒
沉降到碟片内表面上后向碟片 外缘滑动→沉积到鼓壁上。碟 片间距离一般为0.5～2.5mm， 离心力强度可达3000～10000。
a．人工排渣的碟片离心机 抗生素、疫苗、菌体收集 b．喷嘴排渣碟片式离心机 抗生素、酶、氨基酸、淀粉、 糖蜜的浓缩
V
δ ﹥ρ ：颗粒沉于底部 δ ＝ρ ：达平衡状态 δ ﹥ρ ：漂于溶剂上方
2.固相颗粒形状和浓度
分子量相同、形状不同的固相颗粒物质在离心 力的作用下可有不同的沉降速率; 料液浓度增加到一定程度,物质颗粒的沉降还 会出现浓度阻滞即拖尾现象。
3.液相粘滞度与离心分离工作 液相粘滞度是沉降过程中产生摩擦阻力的主要原因， 其变化受液体溶质性质、含量及环境温度的影响。
（四）提高过滤速度的主要措施
4.增加过滤推动力
增加液位差 加压 减压
（五）工业上常用的过滤设备
1.板框过滤或压滤机
(1)基本结构
组成方式
•如果将非洗涤板编号为1、 框为2、洗涤板为3，则板 框的组合方式服从1—2— 3—2……1—2—3之规律。
（3）操作规程
压滤机设备检查 压滤机操作准备 压滤机操作
（2）工作原理
（3）操作规程
助滤剂预涂层的敷设 过滤 残液过滤 排渣 清洗