许学勤-食品工厂机械与设备-第四章-分离机械与设备
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• rpm为离心机每分钟的转速。 • RCF为相对离心力，以地心引力即重力
加速度的倍数来表示，一般用g(或数字 ×g)表示。 • RCF = 1.119 × r × (rpm)2 × 10-5
• Centrifuges • 1. Tubular bowl centrifuge • （管式离心机） • 2. disc type centrifuge • （碟片式离心机） • 3. centrifugal filtration） • （离心过滤机）
深层过 滤
• 深层过滤是由粒状床层，普通为砂、煤炭或陶 瓷、塑料、金属等粉末或纤维经表面融结形成 的多孔介质进行的澄清过滤。
• 深层过滤的特点是固体颗粒的捕捉在过滤介质 内部形成的孔隙中进行，它可以阻挡比过滤介 质孔隙更小的颗粒。其过滤机理非常复杂。
过滤速度的强化
• 一、降低滤饼比阻力 ： • 1.添加电解质、絮凝剂、凝固剂 • 2.加硅藻土等助滤剂
过滤设备离心分离
过滤设备错流过滤
过滤设备错流过滤
离心
Centrifugation
• 粒径的变化可以从直径约为1um的微 生 物，到直径为1mm的不溶性物质。
• 对于浓度较小，粒径较大，硬度较强 的 不溶物，可以采用过滤方法分离。
• 而有些产品中，使用过滤分离不行。
• 当产品不易被过滤纯化时，我们可以 采 用离心的方法来分离。
助滤剂的使用方法
• 有预敷层和掺浆加料助滤两种。
• 掺浆加料助滤可以单独使用，也可以和预敷 层联合使用。
固液分离设备
– 板框 – 鼓式真空过滤机 – 错流过滤 – 离心机
过滤设备 常压过滤机
• 平底筛板式 啤酒麦芽汁 过滤槽
过滤设备 常压过滤机
• 多层过滤 单元式过 滤糟
过滤设备 加压过滤机
• (2)对固相的预处理
• 1)凝聚和絮凝
• 2)固相增浓 提高单位过滤面积的滤液通过量。
• 提高悬浮液固相浓度的方法：
• 在不影响产品质量的前提下添加助滤剂，如硅 藻土、膨胀珍 珠岩粉、纤维素或碳粉等，使固 相浓度增加；
• 用沉降装置，如重力沉阵槽、旋流器等进行预 增浓。
凝聚和絮凝技术
• 凝聚是在中性盐作用下，由于双电层 排斥电位的降低，而使胶体体系不稳 定的现象。
• 离心机的主要部分是转鼓芯、转鼓 罩和转轴。转鼓芯是离心机的心脏， 它悬在转鼓轴的顶端。转鼓芯与轴 一起旋转，转鼓罩是不动的。
碟式离心机
碟式分离机可以完成 两种操作：
液-固分离:即低浓度悬 浮液的分离，称澄清操作；
液-液(或液-液-固）分 离: 即乳浊液的分离，称分 离操作。
• 篮式过滤机是离心和过滤方法的结合。 它具有一个多孔可高速旋转的圆筒 。
• 该型离心机属于间歇过滤式离心机。
压榨
• 压榨的目的与过滤相同，都是为了将固液 相混合物分离。
• 压榨是通过机械压缩力将液相从液固两相 混合物中分离出来的一种单元操作，在压 榨过程中液相流出而固相截留在压榨面之 间。
• 与过滤不同的是，压榨的压力是由于压榨 面的移动而不是由于物料泵送到一个固定 的空间而施加的。
箱式压榨机
• 食品工业中，这类压 榨机常用在果汁、菜 汁的生产，用于葡萄 汁压榨时，最终的压 榨压力一般为 0.3~0.4MPa，最高时 可达1.2~1.6MPa。筐 式压榨机也用于鲸脂、 鱼脂以及其它不需高 压的油脂压榨。
卧篮式压榨机
• 卧篮式压榨机也称布赫(Bucher)榨汁机，最初是瑞 士布赫公司用来生产苹果汁的专用设备。最大加工 能力8~10t/h苹果原料，出汁率82％~84%，设备功 率24.7kW，活塞行程1480mm。
• 絮凝是指在某些高分子絮凝别存在下， 基于架桥作用，使胶粒形成粗大的絮 凝团的过程，是一种以物理的集合为 主的过程。
在凝聚和絮凝过程中既出现凝聚同 时又有絮凝的现象称为混凝。
固液分离
固液分离过程从其原理上说，主要分为两大类：
其一为液体受限制，固体颗粒在流动的过程，包 括浮选、重力沉降和离心沉降等操作；
三足式离心机系列
• 翻袋式自动离心机在结构上将传统的卧式离 心机回转构件分离成同步旋转的内、外轴系 两部分，外轴系轴向固定，内轴系可在一个 巧妙的机械装置的作用下沿轴向运动。形成 滤饼；卸料时，在同步旋转油缸（或机械装 置）的作用下内轴系沿轴向被推出并带动滤 袋翻转，同时完成滤饼卸出和滤布再生操作。 收回内轴系并锁紧，进入下一个工作循环。
• 2)标准堵塞式：随着过滤的进行，与毛细管内 壁直径相等的颗粒在毛细管内逐渐被置换。
• 3)滤饼过滤。
• 4)中间堵塞式，介于标推堵塞式和滤饼过 滤之间。
滤布的织法
• 天然及合成纤维滤布的织法基本有三种： • 平纹 • 斜纹 • 缎纹
• 当然，还有许多其它的织法花纹如链纹， 但部属于上述基本型式的变种。
度较高时不宜选用。
带式压榨机
• 也称带式榨汁机；福乐伟带式压榨机。 20 世纪70年代始用于食品工业。
• 澄清过滤又包括： • 过滤介质过滤（表面型过滤机制） • 内部过滤（深层型过滤机制），分离过
程发生在过滤介质内部。
• 澄清过滤的机理非常复杂
• 假设过滤介质由直径、长度相同的毛细管组成， 根据粒子被捕捉的情况可以分为四种形式：
• 1)完全堵塞式： 如果有一个颗粒通过一根毛 细管，在毛细管上面被捕捉，认为这个毛细管 被完全塞。
其二为固体颗粒受配制，液体在流动的过程，包 括滤饼过滤、深层过滤和筛滤等操作。
• 显然，前者取决于固体颗粒和液体之 间的密度差。
• 而后者则以具有过滤介质为前提。
过滤时采用的的压力
• 常压: 重力 • 加压：3-5kgf / cm2; Max: 20 atm • 负压: 0.85atm
澄清过滤
• 布赫榨汁机适合多品种果蔬榨汁的通用型筐式榨汁 机，可用于仁果类(苹果、梨)、核果类(樱桃、桃杏 李)、浆果类(葡萄、草莓)、某些热带水果(菠萝、芒 果)和蔬菜类(胡萝卜、芹菜、白菜)的榨汁。
布赫榨汁机的结构
• 关键部件是可获得低混浊天然纯果汁的 尼龙滤绳组合体。滤绳由强度很高且柔 性很强的多股尼龙线复捻而成，沿其长 度方向有许多贯通的沟槽，其表面缠有 滤网。
• 硅藻土 过滤机
• 垂直叶 片式硅 藻土过 滤机
过滤设备 加压过滤机
• 硅藻土 过滤机
• 水平叶 片式硅 藻土过 滤机
过滤设备自动板框压滤机
• IFP型自动板框压滤机
过滤设备板框压滤机
• 普通板框压滤机 命名： • BAS 2 / Φ370 • BMY 40 / 635-25 • BAY 40 / 635-25 • B：板框压滤机 • A：暗流 • M：明流 • S：手动 • Y：油动
• 离心分离是基于固体颗粒和周围液体 密 度存在差异，在离心场中使不同密 度的 固体颗粒加速沉降的分离过程。
• 当静置悬浮液时，密度较大的固体颗 粒 在重力作用下逐渐下沉，这一过程 称为 沉降。
离心机rpm与RCF的计算
• r为离心机头的半径（角头），或离心管 中轴底部内壁到离心机转轴中心的距离 （甩平头），单位为厘米。
• 机理：表面吸附胶体及不可压缩型格子结构
• 常用助滤剂：硅藻土，珍珠岩，活性炭
• 应用优化因素 a 单位质量助滤剂的滤液最大产量 b 使用周期 c 流速
助滤剂
• 助滤剂是过滤介质的一种，大多是分散的 颗粒状物质，常用的有硅藻土、膨胀珍珠 岩、炭和纤维素等。
• 它们有中等孔的尺寸(1.1—30pm)，有的有 高硬度(不可压缩性)，能悬浮在液体 中， 并且能在多孔的隔板或过滤网上形成稳定 的滤饼层(预敷层)，该滤层孔隙相对大、 渗透性好、不可压缩。
• 悬浮液的预处理可以分为针对其中
• 液相
• 固相
• 整体
• 等三种方式进行。
• (1)对液相的预处理 • 降低粘度 • 脱气：溶解于液体中的气体过滤过程中，在过滤
介质和滤饼层中形成气泡。妨碍液体过滤。 • 解决方法有： • 1)增大过滤压力，以防止液体中气体的解吸。 • 2)过滤前用加热或抽真空等措施对悬浮液脱气。
过滤设备真空过滤机(RCF)
• 转鼓式真空过滤机是真空过滤机中应用较 广泛的一种过滤机。它把过滤、洗饼、吹 干、卸饼等各项操作，分别在转鼓的一周 迥转中依次完成。在转鼓旋转过程中，连 续刮除滤饼，同时在刮除了滤饼的滤布上 形成新的滤饼层。
鼓式真空过滤机
转鼓过滤机旋转的过程 中，发酵液喷散开来。水和 酶被吸进过滤机的中央，培 养基和微生物则留在硅藻土 表面，稍后用巨型刀片将硅 藻土及附着其上的培养基及 微生物一同去除。
• 二、降低滤液粘度
• 三、降低悬浮液中悬浮固体的浓度
发酵液的滤饼重量比阻
q:瞬间通过单位面积的滤液 Δρ:压力差
• μ:滤液粘度 • γβ：滤饼重量比阻
• γβ=γ(Δρ)m
•
γ:滤饼比阻力 ；一般为常数
•
Δρ q=2—
m:压缩性指数（取0.8-0.5）
—————τ
•
μγβΧβ
Χβ ：通过单位体积的滤渣量
分离机械与设备
第四章
悬浮液的预处理
• 悬浮液的基本特性 • ①细胞的相对密度与培养液相似 • ②可压缩性，粘稠，非牛顿流体，流变学复杂 • ③悬浮状态稳定
• 预处理目的 • a 改变液体物理性质 • b 产物转入液相中 • c 除去液体中部分杂质
• 固液混合物(悬浮液)的预处理目的在于改变悬 浮液的性质，以利于固、液相有效和经济地进 行分离。
• 分离机由机身、传动装置、转鼓、集液盘、 进液轴承座组成。转鼓上部是挠性主轴， 下部是阻尼浮动轴承，主轴由联接座缓冲 器与被动轮联接，电动机通过传送带，张 紧轮将动力传递给被动轮，从而使转鼓绕 自身轴线高速旋转，形成强大的离心力场。 物料由底部进液口射入，离心力迫使料液 沿转鼓内壁向上流动，且因料液不同组分 的密度差而分层。
连续式压榨机
• 连续式压榨机的进料、压榨、卸渣等工序都是连 续进行的。食品工业中，最有代表性的这类压榨 设备是螺旋压榨机，其它还有带式压榨机和辊式 压榨机等。
• （一）螺旋压榨机 • （二）带式压榨机
特点
• 优点：螺旋压榨机具有结构简单、外形小、榨
汁效率高、操作方便等。
• 缺点：榨出的汁液含果肉较多，要求汁液澄清
•
2MΔρ γβ= ——————
τ: 过滤时间
μΧβ
过滤速度的强化
• 一、降低滤饼比阻力 ：
• 1.添加电解质、絮凝剂、凝固剂 • 2.加硅藻土等助滤剂
• 二、wk.baidu.com低滤液粘度 • 三、降低悬浮液中悬浮固体的浓度
• 四、热处理 • 五、关于提高过滤压力差 • 六、加入反应剂
改善过滤方法
• 助滤剂：质地坚硬不可压缩性固体
加速度的倍数来表示，一般用g(或数字 ×g)表示。 • RCF = 1.119 × r × (rpm)2 × 10-5
• Centrifuges • 1. Tubular bowl centrifuge • （管式离心机） • 2. disc type centrifuge • （碟片式离心机） • 3. centrifugal filtration） • （离心过滤机）
深层过 滤
• 深层过滤是由粒状床层，普通为砂、煤炭或陶 瓷、塑料、金属等粉末或纤维经表面融结形成 的多孔介质进行的澄清过滤。
• 深层过滤的特点是固体颗粒的捕捉在过滤介质 内部形成的孔隙中进行，它可以阻挡比过滤介 质孔隙更小的颗粒。其过滤机理非常复杂。
过滤速度的强化
• 一、降低滤饼比阻力 ： • 1.添加电解质、絮凝剂、凝固剂 • 2.加硅藻土等助滤剂
过滤设备离心分离
过滤设备错流过滤
过滤设备错流过滤
离心
Centrifugation
• 粒径的变化可以从直径约为1um的微 生 物，到直径为1mm的不溶性物质。
• 对于浓度较小，粒径较大，硬度较强 的 不溶物，可以采用过滤方法分离。
• 而有些产品中，使用过滤分离不行。
• 当产品不易被过滤纯化时，我们可以 采 用离心的方法来分离。
助滤剂的使用方法
• 有预敷层和掺浆加料助滤两种。
• 掺浆加料助滤可以单独使用，也可以和预敷 层联合使用。
固液分离设备
– 板框 – 鼓式真空过滤机 – 错流过滤 – 离心机
过滤设备 常压过滤机
• 平底筛板式 啤酒麦芽汁 过滤槽
过滤设备 常压过滤机
• 多层过滤 单元式过 滤糟
过滤设备 加压过滤机
• (2)对固相的预处理
• 1)凝聚和絮凝
• 2)固相增浓 提高单位过滤面积的滤液通过量。
• 提高悬浮液固相浓度的方法：
• 在不影响产品质量的前提下添加助滤剂，如硅 藻土、膨胀珍 珠岩粉、纤维素或碳粉等，使固 相浓度增加；
• 用沉降装置，如重力沉阵槽、旋流器等进行预 增浓。
凝聚和絮凝技术
• 凝聚是在中性盐作用下，由于双电层 排斥电位的降低，而使胶体体系不稳 定的现象。
• 离心机的主要部分是转鼓芯、转鼓 罩和转轴。转鼓芯是离心机的心脏， 它悬在转鼓轴的顶端。转鼓芯与轴 一起旋转，转鼓罩是不动的。
碟式离心机
碟式分离机可以完成 两种操作：
液-固分离:即低浓度悬 浮液的分离，称澄清操作；
液-液(或液-液-固）分 离: 即乳浊液的分离，称分 离操作。
• 篮式过滤机是离心和过滤方法的结合。 它具有一个多孔可高速旋转的圆筒 。
• 该型离心机属于间歇过滤式离心机。
压榨
• 压榨的目的与过滤相同，都是为了将固液 相混合物分离。
• 压榨是通过机械压缩力将液相从液固两相 混合物中分离出来的一种单元操作，在压 榨过程中液相流出而固相截留在压榨面之 间。
• 与过滤不同的是，压榨的压力是由于压榨 面的移动而不是由于物料泵送到一个固定 的空间而施加的。
箱式压榨机
• 食品工业中，这类压 榨机常用在果汁、菜 汁的生产，用于葡萄 汁压榨时，最终的压 榨压力一般为 0.3~0.4MPa，最高时 可达1.2~1.6MPa。筐 式压榨机也用于鲸脂、 鱼脂以及其它不需高 压的油脂压榨。
卧篮式压榨机
• 卧篮式压榨机也称布赫(Bucher)榨汁机，最初是瑞 士布赫公司用来生产苹果汁的专用设备。最大加工 能力8~10t/h苹果原料，出汁率82％~84%，设备功 率24.7kW，活塞行程1480mm。
• 絮凝是指在某些高分子絮凝别存在下， 基于架桥作用，使胶粒形成粗大的絮 凝团的过程，是一种以物理的集合为 主的过程。
在凝聚和絮凝过程中既出现凝聚同 时又有絮凝的现象称为混凝。
固液分离
固液分离过程从其原理上说，主要分为两大类：
其一为液体受限制，固体颗粒在流动的过程，包 括浮选、重力沉降和离心沉降等操作；
三足式离心机系列
• 翻袋式自动离心机在结构上将传统的卧式离 心机回转构件分离成同步旋转的内、外轴系 两部分，外轴系轴向固定，内轴系可在一个 巧妙的机械装置的作用下沿轴向运动。形成 滤饼；卸料时，在同步旋转油缸（或机械装 置）的作用下内轴系沿轴向被推出并带动滤 袋翻转，同时完成滤饼卸出和滤布再生操作。 收回内轴系并锁紧，进入下一个工作循环。
• 2)标准堵塞式：随着过滤的进行，与毛细管内 壁直径相等的颗粒在毛细管内逐渐被置换。
• 3)滤饼过滤。
• 4)中间堵塞式，介于标推堵塞式和滤饼过 滤之间。
滤布的织法
• 天然及合成纤维滤布的织法基本有三种： • 平纹 • 斜纹 • 缎纹
• 当然，还有许多其它的织法花纹如链纹， 但部属于上述基本型式的变种。
度较高时不宜选用。
带式压榨机
• 也称带式榨汁机；福乐伟带式压榨机。 20 世纪70年代始用于食品工业。
• 澄清过滤又包括： • 过滤介质过滤（表面型过滤机制） • 内部过滤（深层型过滤机制），分离过
程发生在过滤介质内部。
• 澄清过滤的机理非常复杂
• 假设过滤介质由直径、长度相同的毛细管组成， 根据粒子被捕捉的情况可以分为四种形式：
• 1)完全堵塞式： 如果有一个颗粒通过一根毛 细管，在毛细管上面被捕捉，认为这个毛细管 被完全塞。
其二为固体颗粒受配制，液体在流动的过程，包 括滤饼过滤、深层过滤和筛滤等操作。
• 显然，前者取决于固体颗粒和液体之 间的密度差。
• 而后者则以具有过滤介质为前提。
过滤时采用的的压力
• 常压: 重力 • 加压：3-5kgf / cm2; Max: 20 atm • 负压: 0.85atm
澄清过滤
• 布赫榨汁机适合多品种果蔬榨汁的通用型筐式榨汁 机，可用于仁果类(苹果、梨)、核果类(樱桃、桃杏 李)、浆果类(葡萄、草莓)、某些热带水果(菠萝、芒 果)和蔬菜类(胡萝卜、芹菜、白菜)的榨汁。
布赫榨汁机的结构
• 关键部件是可获得低混浊天然纯果汁的 尼龙滤绳组合体。滤绳由强度很高且柔 性很强的多股尼龙线复捻而成，沿其长 度方向有许多贯通的沟槽，其表面缠有 滤网。
• 硅藻土 过滤机
• 垂直叶 片式硅 藻土过 滤机
过滤设备 加压过滤机
• 硅藻土 过滤机
• 水平叶 片式硅 藻土过 滤机
过滤设备自动板框压滤机
• IFP型自动板框压滤机
过滤设备板框压滤机
• 普通板框压滤机 命名： • BAS 2 / Φ370 • BMY 40 / 635-25 • BAY 40 / 635-25 • B：板框压滤机 • A：暗流 • M：明流 • S：手动 • Y：油动
• 离心分离是基于固体颗粒和周围液体 密 度存在差异，在离心场中使不同密 度的 固体颗粒加速沉降的分离过程。
• 当静置悬浮液时，密度较大的固体颗 粒 在重力作用下逐渐下沉，这一过程 称为 沉降。
离心机rpm与RCF的计算
• r为离心机头的半径（角头），或离心管 中轴底部内壁到离心机转轴中心的距离 （甩平头），单位为厘米。
• 机理：表面吸附胶体及不可压缩型格子结构
• 常用助滤剂：硅藻土，珍珠岩，活性炭
• 应用优化因素 a 单位质量助滤剂的滤液最大产量 b 使用周期 c 流速
助滤剂
• 助滤剂是过滤介质的一种，大多是分散的 颗粒状物质，常用的有硅藻土、膨胀珍珠 岩、炭和纤维素等。
• 它们有中等孔的尺寸(1.1—30pm)，有的有 高硬度(不可压缩性)，能悬浮在液体 中， 并且能在多孔的隔板或过滤网上形成稳定 的滤饼层(预敷层)，该滤层孔隙相对大、 渗透性好、不可压缩。
• 悬浮液的预处理可以分为针对其中
• 液相
• 固相
• 整体
• 等三种方式进行。
• (1)对液相的预处理 • 降低粘度 • 脱气：溶解于液体中的气体过滤过程中，在过滤
介质和滤饼层中形成气泡。妨碍液体过滤。 • 解决方法有： • 1)增大过滤压力，以防止液体中气体的解吸。 • 2)过滤前用加热或抽真空等措施对悬浮液脱气。
过滤设备真空过滤机(RCF)
• 转鼓式真空过滤机是真空过滤机中应用较 广泛的一种过滤机。它把过滤、洗饼、吹 干、卸饼等各项操作，分别在转鼓的一周 迥转中依次完成。在转鼓旋转过程中，连 续刮除滤饼，同时在刮除了滤饼的滤布上 形成新的滤饼层。
鼓式真空过滤机
转鼓过滤机旋转的过程 中，发酵液喷散开来。水和 酶被吸进过滤机的中央，培 养基和微生物则留在硅藻土 表面，稍后用巨型刀片将硅 藻土及附着其上的培养基及 微生物一同去除。
• 二、降低滤液粘度
• 三、降低悬浮液中悬浮固体的浓度
发酵液的滤饼重量比阻
q:瞬间通过单位面积的滤液 Δρ:压力差
• μ:滤液粘度 • γβ：滤饼重量比阻
• γβ=γ(Δρ)m
•
γ:滤饼比阻力 ；一般为常数
•
Δρ q=2—
m:压缩性指数（取0.8-0.5）
—————τ
•
μγβΧβ
Χβ ：通过单位体积的滤渣量
分离机械与设备
第四章
悬浮液的预处理
• 悬浮液的基本特性 • ①细胞的相对密度与培养液相似 • ②可压缩性，粘稠，非牛顿流体，流变学复杂 • ③悬浮状态稳定
• 预处理目的 • a 改变液体物理性质 • b 产物转入液相中 • c 除去液体中部分杂质
• 固液混合物(悬浮液)的预处理目的在于改变悬 浮液的性质，以利于固、液相有效和经济地进 行分离。
• 分离机由机身、传动装置、转鼓、集液盘、 进液轴承座组成。转鼓上部是挠性主轴， 下部是阻尼浮动轴承，主轴由联接座缓冲 器与被动轮联接，电动机通过传送带，张 紧轮将动力传递给被动轮，从而使转鼓绕 自身轴线高速旋转，形成强大的离心力场。 物料由底部进液口射入，离心力迫使料液 沿转鼓内壁向上流动，且因料液不同组分 的密度差而分层。
连续式压榨机
• 连续式压榨机的进料、压榨、卸渣等工序都是连 续进行的。食品工业中，最有代表性的这类压榨 设备是螺旋压榨机，其它还有带式压榨机和辊式 压榨机等。
• （一）螺旋压榨机 • （二）带式压榨机
特点
• 优点：螺旋压榨机具有结构简单、外形小、榨
汁效率高、操作方便等。
• 缺点：榨出的汁液含果肉较多，要求汁液澄清
•
2MΔρ γβ= ——————
τ: 过滤时间
μΧβ
过滤速度的强化
• 一、降低滤饼比阻力 ：
• 1.添加电解质、絮凝剂、凝固剂 • 2.加硅藻土等助滤剂
• 二、wk.baidu.com低滤液粘度 • 三、降低悬浮液中悬浮固体的浓度
• 四、热处理 • 五、关于提高过滤压力差 • 六、加入反应剂
改善过滤方法
• 助滤剂：质地坚硬不可压缩性固体