过滤离心与膜分离(1)

F=
gR
=
gR

900

离心分离因数：
F Rn2 f= = M 900
M增加，F增加； R增加，F增加； n增加，F增加显著
第三节 离心分离设备
二、常用离心机结构及选型
（一）管式离心机的结构及操作

1、特点 管式离心机具有一个细长而高速旋转的转鼓，加长转鼓的 目的在于增加物料在转鼓内的停留时间。转鼓的直径小而 成倍提高其转速，离心分离因数提高到50000左右而不致使 转鼓内壁产生过高的应力。 （转速：15000rpm，f＝50000左右）
第三节 离心分离设备

2、结构
管式高速离心机是由转鼓、分离盘、 机壳、机架、传动装臵等组成。 转鼓由三部分组成：顶盖、带空心轴 的底盖和管状转筒。管式转筒中有三 片互成120度角的长条叶片。
第三节 离心分离设备

3、操作过程
待分离的料液从转筒底部以0.25-0.30×106Pa的压力通入， 经折转器分布，十字形挡板使料液均匀分布于四周。
叶片与转筒同步旋转，使料液迅速达到与转筒相同的角 速度。 轻重液因受到的惯性离心力的大小不同而分层。重液贴 近转筒的内壁，轻液则紧挨着重液。由于待分离液在压 力下连续进入，管内分层的液体得以连续向上流动。轻 液自近轴心的流出孔排出，而重液则自远轴心的流出孔 排出。
第三节 离心分离设备
管式离心机分两种，一种是GF型，用于处理乳浊液而进行液一液 分离操作，轻重液流动到转鼓上部各自的排液口排出，微量固体 沉积在转鼓壁上，待停机后人工卸出。 另一种是GQ型，用于处理悬浮液而进行液一固分离的澄清操作。 密度较大的固体微粒逐渐沉积在转鼓内壁形成沉渣层，待停机后 人工卸出，澄清后的液相流动到转鼓上部的排液口排出。
第一节 过滤速度的强化
（3）多孔固体介质 如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等。常用于过滤含有少量 微粒的悬浮液。
过滤介质种类繁多，过滤机型式多种多样，滤浆的性质及分 离条件、目的各不相同，使得过滤介质的选择并非轻而易举。 正确选择过滤介质，一是靠经验，二是靠实验。
第一节 过滤速度的强化
（二）过滤条件的优化
dV 1 pF dt rlR 0 (8-1)
(1)悬浮液物理性质的改变，如降低粘度、减少滤饼比阻和滤 饼层厚度（加入助滤剂和絮凝剂）。 (2)改变过滤压力差。在一定压力差范围内，增大压差对过滤 有利，但当压差大于某一值后，继续增大将使过滤速度减慢。
第 过 滤
二
节 设 备
第二节 过滤设备
第二节 过滤设备
第二节 过滤设备
（三）自动板框压滤机 特点： 板框压紧、过滤、洗涤、卸饼和清洗等操作可在10min内自动 完成。 板、框各有4个角孔，滤布是首尾封闭的整体，过滤、洗涤。 卸渣：拉开框，降框。 滤布洗涤：传动装臵带动环形滤布围轴旋转。
降框、卸饼及洗刷滤布 IFP自动板框压滤机工作原理图
经过空心主轴的通道和分配头的固定盘上的小室相通。
分配头的作用是使转筒内各个扇形格同真空系统和压缩空
气系统顺次接通。
第二节 过滤设备
第二节 过滤设备
3、运转过程：
在转筒的回转过程中，借分配头的作用，每个过滤室相继与
分配头的几个室相接通，使过滤面形成以下几个工作区。 （1）过滤区Ⅰ 浸在悬浮液内的各扇形格同真空管路接通，格内为真空。 滤液透过滤布，被压入扇形格内，经分配头被吸出。而固体颗 粒在滤布上则形成一层逐渐增厚的滤渣。
加压过滤机、真空过滤机在生物发酵工业中具有广泛的用途。而 常压过滤机由于过滤的推动力太小，现代工业上较少采用。
一、板框式及板式压滤机
（一）板框式压滤机 过滤 洗涤 卸渣 清洗滤布 过滤
滤板和滤框间隔排列，框两侧覆 以滤布，形成空腔供滤板支撑、 压紧。过滤板-滤框-洗涤板 滤板的作用：支撑滤布，提供滤 液流出的通道。正方形，角端开 有小孔，两面制成沟槽，与滤出 口和洗水孔道连通。
第二节 过滤设备
滤框的作用：提供滤浆进入的空 间，容纳滤饼，总框数由其生产 能力和悬浮液固体浓度确定。 滤液引出方式：明流和暗流。
第二节 过滤设备
第二节 过滤设备
第二节 过滤设备
1500 x 1500 Filter Press
Plate shifter
第二节 过滤设备
（二）板式压滤机
凹腔板式压滤机，又名箱式压滤机。 全由滤板并列而成。 滤板：凹面形圆盘，合并后形成凹 腔，板的两侧是滤布。 中央为进料孔。
第二Байду номын сангаас 过滤设备
第二节 过滤设备
二、真空过滤机（转筒式真空过滤机）
1、特点：将过滤、洗饼、吹干、卸饼分别在转鼓的一周转动 中完成。连续且滤饼阻力小。为恒压恒速过滤过程。
2、结构：
过滤机的主要部分是一水平放臵的回转圆筒（转鼓）。筒
的表面有孔眼，并包有金属网和滤布。
转筒内部用隔板分成互不相通的18个扇形格，这些扇形格
过滤区(1~2区)，f 槽; 洗涤区(3~4区)，g槽 ; 干燥卸渣区(5~6区)，h 槽;
转筒及分配头的结构
第二节 过滤设备
第
三
节
离 心 分 离 设 备
第三节 离心分离设备
离心分离是在液相非均匀体系中，利用离心力来达到液液分 离，液固分离的方法，通称为离心分离。分为离心沉降和离心 过滤。

离心机是在高速旋转的转鼓中，利用惯性离心力的作用，过 滤、澄清悬浮液，或将两种轻重不同、互不溶解的液体分离的 设备。
第一节 过滤速度的强化
（三）加入盐类： 除去高价无机离子。如利用草酸钠除去钙离子；利用三 聚磷酸钠除去镁离子;利用黄血盐除去铁离子等。 （四）调节pH：
调节发酵液pH至蛋白质等电点，除去蛋白质。大幅改变
pH，还能使蛋白质变性凝固。
（五）加入助滤剂：
助滤剂吸附了细小的胶体粒子，使其均匀分布于滤饼层 中，相应地改变滤饼结构，降低滤饼的可压缩性，减少过滤 阻力。 助滤剂：硅藻土、活性炭、石英砂、白土等。
g槽
h槽
18格分成6个工作区 1区(1~7格)：过滤区； 2区(8~10格)：滤液吸干区；
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 12 13 14 15
3区(12~13格)：洗涤区；
16
17 18 1
4区(14格)：洗后吸干区； 5区(16格)：吹松卸渣区； 定盘
f槽
动盘 6区(17格)：滤布再生区。
第一节 过滤速度的强化
（二）凝聚和絮凝： 凝聚是将一种无机电解质（凝聚剂）加入到悬浮液中，将胶 体粒子表面上的电荷中和，减少存在于胶体粒子间的静电斥力， 使范德华力占优势，这样胶体就会凝聚成较大、较密实的粒子。 常用的凝聚剂有：硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝、三氯化铁、
硫酸亚铁等。
絮凝是将一种高分子电解质（絮聚剂）加入到悬浮液中，借 高分子电解质的长链作用，与离子产生静电作用，捕获粒子，中 和电荷，粘结颗粒，以及在固相粒子间搭桥，使颗粒不断凝结为 较大的絮块。 絮凝剂：长链线状高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类、聚合铝 盐、聚合铁盐、多糖类(海藻酸钠、明胶、骨胶和壳聚糖等)。


按作用原理分类 过滤式:（分离机）：转鼓壁上有孔并装滤布（三足式） 沉降式:（澄清机）：转鼓壁上无孔无滤布（碟片式、管式）
第三节 离心分离设备
离心机转鼓壁上有许多孔，供排出滤液用，转鼓内壁上铺有过滤介质， 过滤介质为金属丝底网和滤布组成。加入转鼓的悬浮液随转鼓一同旋转， 悬浮液中的固体颗粒在离心力的作用下，沿径向移动被截留在过滤介质 表面，形成滤渣层；与次同时，液体在离心力作用下透过滤渣、过滤介 质和转鼓壁上的孔被甩出，从而实现固体颗粒与液体的分离。
4、缺点： 生产能力大，劳动强度小，推动力小（压差），滤饼湿度大， 投资大。
第二节 过滤设备
第二节 过滤设备
动盘固定在转鼓轴颈上﹐与转鼓同步旋转。动盘端面有一圈孔。每 个孔与转鼓上对应的一个滤室相连。阀座不转动﹐其内侧端面上开 有三条弧形槽（滤液真空凹槽、洗水真空凹槽、压缩空气凹槽 ）， 分别与外侧的接管连通。阀座与动盘贴合，各弧形槽顺序与动盘上 的孔相通，旋转的滤室即可与固定的真空或压缩空气系统顺序联接， 使过滤操作循环进行。
为沉降。
概述及几个基本概念
4、膜分离技术
膜分离是利用膜的选择性，以膜的两侧存在一定的能量差 为推动力，膜分离常用的膜有微滤膜、超滤膜、电渗析膜和反 渗透膜等。 过滤介质：一种能让液体通过，将固体粒子截留的介质。 滤渣：滤浆中的固体粒子。
• •
•
滤饼：当悬浮液通过过滤介质时，固体颗粒被介质阻拦而
形成滤饼，当滤饼积至一定厚度时就起到过滤作用。 滤液：滤过的液体
概述及几个基本概念
…
概述及几个基本概念
2、过滤
过滤是传统的化工单元操作，其原理是使物料通过固态过滤
介质时，固态悬浮物与溶液分离。如液相中谷氨酸钠、柠檬酸晶 体的分离。
过滤的形式：常压、加压、真空及离心过滤。
3、离心分离
离心分离是基于分离体系中固液和液液两相密度存在差异，
在离心场中使不同密度的两相相分离的过程。静臵混合液时，密 度较大的固体颗粒或重液在重力的作用下逐渐下沉，这一过程称
•
第
一
节
过 滤 速 度 的 强 化
第一节 过滤速度的强化
提高过滤速度，一方面可通过改变悬浮液的物理性质（预
处理），另一方面，选择适当的过滤介质和操作条件。
一、发酵液的预处理
目的：增大悬浮液中固体粒子的尺寸，除去无机离子和杂蛋 白质，降低液体粘度，便于有效分离。
（一）加热 ： 使蛋白质变性凝固；降低粘度。
第
二
章
过滤、离心和膜分离设备
概述及几个基本概念
1、概述
（1）上游工程：菌种的构建和产物的生成(发酵)
（2）下游工程：产物的提取和精制(过滤、分离、蒸发和结晶等)。 （3）发酵产物的存在形式: 胞外产物：透出菌体细胞之外存在于悬浮液中； 胞内产物：存在于细胞之内； 细胞本身； （4）液固分离方法：为了提取和精制发酵产物，往住必须首先将 悬浮液进行液固分离。 方法主要是过滤(最常用)和离心分离。 膜分离是目前新兴的过滤方法，在此也予以介绍。