过滤,离心

向心力=质量X角加速度的平方X半径
f是反映离心机分离能力的重要指标，它 是反映离心机分离能力的重要指标， 表示在离心力场中， 表示在离心力场中，微粒可以获得比在重 力场中大f倍的作用力。 力场中大f倍的作用力。 由f可将离心机分为三类： 可将离心机分为三类： (1)普通离心机 (1)普通离心机 (2)高速离心机 (2)高速离心机 (3)超速离心机 (3)超速离心机 f<3000 f=3000～ f=3000～5000 f>5000
VF 发酵液体积 Vp滤框容渣量 K 滤框填充系数 0.6-0.85 i 料液含湿渣的体积百分数 abc 长宽高 n 滤框数目 A 过滤面积
0.
2、真空过滤机（转筒式真空过滤机） 真空过滤机（转筒式真空过滤机） 连续式操作， 连续式操作，主体是一个由筛板组成能转动的水 平圆筒，表面有一层金属丝网，网上覆盖滤布， 平圆筒，表面有一层金属丝网，网上覆盖滤布，筋 板分隔成若干个空间，分配头内沿径向隔离成3个室。 板分隔成若干个空间，分配头内沿径向隔离成3个室。
1、管式离心机
操作时，将待处理的料液在 一定的压力下由进料管经底 部中心轴进入鼓底，靠圆形 挡板分散与四周，受到高速 离心力作用而旋转向上，
轻液 3 4 5 重液
2
轻液则位于转筒的中央，呈 螺旋形运转，向上移动。 重液相则靠近筒壁，至分离 盘时，轻液相则沿轻液孔道 进入集液槽后排出收集。固 体则在离心力场的作用下沉 积于鼓壁上，达到一定数量 后，停机人工除渣。
过滤操作条件的优化包括： 过滤操作条件的优化包括： (1)悬浮液物理性质的改变，如降低粘度、 (1)悬浮液物理性质的改变，如降低粘度、减少滤饼比阻 悬浮液物理性质的改变 和滤饼层厚度（加入助滤剂和絮凝剂）。 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， (2)改变过滤压力差。在一定压力差范围内，增大压差队 改变过滤压力差 过滤有利，但当压差大于某一值后， 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。 滤速度减慢。
这种过滤机的主要元件是转鼓。其内维持一定的真空度， 这种过滤机的主要元件是转鼓。其内维持一定的真空度，与外界大 转鼓 真空度 气压的压差即为过滤推动力。在过滤操作时， 气压的压差即为过滤推动力。在过滤操作时，转鼓下部浸没于待处 理的料液中。当转鼓以低速旋转时(一般为 理的料液中。当转鼓以低速旋转时 一般为 1 − 2.6r / min )，滤液就 ， 穿过过滤介质而被吸入转鼓内腔，而滤渣则被过滤介质阻截， 穿过过滤介质而被吸入转鼓内腔，而滤渣则被过滤介质阻截，形成 滤饼。当转鼓继续转动，生成的滤饼依次被洗涤、吸干、 滤饼。当转鼓继续转动，生成的滤饼依次被洗涤、吸干、刮刀卸饼 若滤布上预涂硅藻土层， 。若滤布上预涂硅藻土层，则刮刀与滤布的距离以基本上不伤及硅 藻土层为宜。最后通过再生区，压缩空气通过分配阀的Ⅳ 藻土层为宜。最后通过再生区，压缩空气通过分配阀的Ⅳ室进入再 生区，吹落堵在滤布上微粒，使滤布再生。 生区，吹落堵在滤布上微粒，使滤布再生。对于预涂硅藻土层或刮 刀卸渣时要保留滤饼预留层的场合，则不用再生区。 刀卸渣时要保留滤饼预留层的场合，则不用再生区。
（二）过滤设备
1、板框式及板式压滤机 (1)板框式压滤机 (1)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 滤板和滤框间隔排列，框两侧覆以滤布， 滤板支撑、压紧。 滤板支撑、压紧。 滤板的作用：支撑滤布，提供滤液流出的通道。正方 滤板的作用：支撑滤布，提供滤液流出的通道。 角端开有小孔，两面制成沟槽， 形，角端开有小孔，两面制成沟槽，与滤出口和洗水 孔道连通。 孔道连通。
滤框的作用：提供滤浆进入的空间，容纳滤饼，总 滤框的作用：提供滤浆进入的空间，容纳滤饼， 框数由其生产能力和悬浮液固体浓度确定。 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。 滤液引出方式：明流和暗流。
(2)凹腔板式压滤机 (2)凹腔板式压滤机 全由滤板并列而成。 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。 滤板：凹面形圆盘，合并后形成凹腔，板的两侧是滤布。
当圆筒缓慢旋转时，筒内每一空间相继与分配头中的1 当圆筒缓慢旋转时，筒内每一空间相继与分配头中的1，2，3 室相通，可顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸饼等项操作。 室相通，可顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸饼等项操作。 即整个圆筒分为过滤区 洗涤及脱水区、卸渣及再生区 个区域。 即整个圆筒分为过滤区、洗涤及脱水区、卸渣及再生区3个区域。 过滤区、 过滤区：空间与真空管连通（吸滤） 过滤区：空间与真空管连通（吸滤） 洗涤及脱水区：空间也与真空管连通，吸入洗涤水，吸干滤饼。 洗涤及脱水区：空间也与真空管连通，吸入洗涤水，吸干滤饼。 卸渣及再生区：与压缩空气管路连通，压缩空气由筒内向外，穿过 卸渣及再生区：与压缩空气管路连通，压缩空气由筒内向外， 滤布而将滤饼吹松， 净残渣，滤布再生。 滤布而将滤饼吹松，随后由刮刀刮除吹 净残渣，滤布再生。
料液分离过程设备
过滤分离设备 离心分离设备
固液分离的方法很多，生物工业中运用的方法有分离筛、重力沉 分离筛、 分离筛 浮选分离、离心分离和过滤等。 降、浮选分离、离心分离和过滤
其中最常用的主要是过滤 离心分离 过滤和离心分离 过滤 离心分离。 过滤不但是生物产品生产过程中传统的单元操作，而且是目前工 过滤 业生产中用于固液分离的主要方法。其操作是迫使液体通过固体 支撑物或过滤介质，把固体截留，从而达到固液分离的目的。
2、过滤介质的选择及操作条件的选择
过滤介质除过滤作用外，还是滤饼的支撑物， 过滤介质除过滤作用外，还是滤饼的支撑物，应具有足够的 机械强度和尽可能小的流动阻力。 机械强度和尽可能小的流动阻力。 工业上常用的过滤介质：织物、粒状介质和多孔固体介质。 工业上常用的过滤介质：织物、粒状介质和多孔固体介质。
过滤分离设备
(一)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 提高过滤速度， 预处理），另一方面， ），另一方面 质（预处理），另一方面，选择适当的过滤介质和操 作条件。 作条件。 1、发酵液的预处理 (1)加热 (1)加热 (2)凝聚和絮凝 (2)凝聚和絮凝 (3)加入盐类 (3)加入盐类 (4)调节pH值 调节pH (4)调节pH值 (5)加入助滤剂 (5)加入助滤剂
高位进料 图8-11 管式离心机 1- 机架 2-分离盘 3-转筒 4-机壳 5-挡板
轻液 重液
轻液 重液
管式高速离心机设备简单，操 作稳定，分离纯度高，可用于 液-液分离和微粒较小的悬浮液 分离，分离效果也较好，常用 于微生物菌体和蛋白质的分离 ，但生产能力较低。
重液
轻
液
重液
图8-12 管式离心机分离盘
（1）澄清过滤 当悬浮液通过过滤介质时，固体颗粒被阻拦或吸 澄清过滤 附在滤层颗粒上，使滤液得以澄清。
（2）滤饼过滤 当悬浮液通过滤介质时，固体颗粒被介质阻拦而 滤饼过滤 形 成滤饼，当滤饼积至一定厚度时就起到过滤作用， 此时即可获得澄清的滤液。
过滤介质一般按照不同的过滤操作进行分类。 过滤介质 在澄清过滤中，所用的过滤介质为硅藻土、砂、颗粒活性碳、 玻璃珠、塑料颗粒等，填充于过滤器内即构成过滤层；也有用 烧结陶瓷、烧结金属、粘合塑料及用金属丝绕成的管子等组成 的成型颗粒滤层。在澄清过滤中，过滤介质起着主要的过滤作 用。 在滤饼过滤中，过滤介质为滤布，包括天然或合成纤维织布、 金属织布，及毡、石棉板、玻璃纤维纸、合成纤维等无纺布。 在滤饼过滤中，悬浮液本身形成的滤饼起着主要的过滤作用。 按照过滤推动力的差别，习惯上把过滤机分为 常压过滤机、加压过滤机 真空过滤机三种。 加压过滤机和真空过滤机 常压过滤机 加压过滤机 真空过滤机
离心分离是利用惯性离心力和物质的沉降系数或浮力密度的不同 离心分离 而进行的分离、浓缩等操作。离心分离对那些固体颗粒很小且黏 度很大、过滤速度很慢、甚至难以过滤的悬浮液分离有效，对那 些忌用助滤剂的悬浮液的分离，也能得到满意的结果。
一、过滤设备
过滤的原理就是悬浮液通过过滤介质时，固体颗粒与溶液分离。 根据过滤机理不同，过滤又可分为澄清过滤 滤饼过滤 澄清过滤和滤饼过滤 澄清过滤 滤饼过滤两种。
离心过滤设备
6 5 4 3
7
8 10 11
12 13
2 1
15 14 图8-16 人工卸料三足式离心机的结构 1-盘底 2-支足 3-缓冲弹簧 4-摆杆 5-转鼓壁 6-转鼓底 7-拦液板 8-机盖 9-主轴 10-轴承座 11-制动器手把 12-外壳 13-电动机 14-制动轮 15-滤液出口
离心沉降设备
1）管式高速离心机 2）碟片式分离机 3）卧螺离心机
离心力是物体作圆周运动时该物体上的其它物体以该物体为非惯性 参考系所受到的惯性力。它以作圆周运动的物体为参考系， 参考系所受到的惯性力。它以作圆周运动的物体为参考系，而这个 参考系是非惯性系，是不遵守牛顿第二定律的， 参考系是非惯性系，是不遵守牛顿第二定律的，以地面为参考系时 ，其间的物体受到的加速度与作圆周运动的物体所受的加速度大小 相等、方向相反。离心力指的就是这一加速度产生的力。所以离心 相等、方向相反。离心力指的就是这一加速度产生的力。 力与向心力的方向是相反的。 力与向心力的方向是相反的
二、离心分离设备
在液相非均一系的分离过程中，利用离心力来达到液-液分离、液 -固分离或液-液-固分离的方法统称为离心分离。 离心分离可分为三种形式——离心沉降、离心过滤和超离心。 （1）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； （2）离心沉降 利用固液两相的相对密度差，在离心机无孔转鼓 或管子中进行悬浮液的分离操作； （3）超离心 利用不同溶质颗粒在液体中各种部分分布的差异， 分离不同相对密度液体的操作。 前两类设备从其形式来看，主要区别在于前者的转鼓是无孔的， 而后者的转鼓是有孔的，并且采用过滤介质，通常采用滤布作为过 滤介质。从作用原理上来看，两者的分离原理也截然不同。 离心分离是常用的分离发酵液的方法，与压滤相比较， 离心分离是常用的分离发酵液的方法，与压滤相比较，它具有分 离速度快，效率高，操作时卫生条件好等优点。 离速度快，效率高，操作时卫生条件好等优点。
管式离心机的结构及操作 加长转鼓长度的目的:增加物料在转鼓内的停留时间。 加长转鼓长度的目的:增加物料在转鼓内的停留时间。 转鼓的三部分组成：顶盖、带空心轴的底盖和管状转筒。 转鼓的三部分组成：顶盖、带空心轴的底盖和管状转筒。 操作：料液从底部进入，经折转器分布， 操作：料液从底部进入，经折转器分布，十字形挡板 使料液均匀分布于四周，在离心力场作用下， 使料液均匀分布于四周，在离心力场作用下，悬浮液沿 轴向向上流动的过程中，被分层成轻重两液相，从上方 轴向向上流动的过程中，被分层成轻重两液相， 环状溢流口排出。 环状溢流口排出。 转速：15000rpm rpm， 50000左右 转速：15000rpm，f＝50000左右 2、管式离心机生产能力计算 悬浮液中的颗粒在离心机中能够被分离并沉降至转鼓 壁上的条件：料液在转鼓内的停留时间t1应大于等于颗 壁上的条件：料液在转鼓内的停留时间t 粒离心沉降所需的时间t 粒离心沉降所需的时间t2 。
离心过滤
1．离心过滤原理 离心过滤是将料液送入有孔的转鼓并利用离心力场进行过滤的过 程，以离心力为推动力完成过滤作业，兼有离心和过滤的双重作用。
悬浮液
滤液
R1 R2 R3 图8-15 离心过滤工作原理图
H
料液首先进入装有过滤介质的装鼓中，然后被加速到转鼓旋转速 度，形成附着在转鼓壁上的液环，与沉降式离心机一样，粒子受到 离心力而沉降，过滤介质阻碍粒子通过，形成滤饼。 悬浮液的固体颗粒截留而沉积下来，滤饼表面生成了澄液，该滤 液透过滤饼层和过滤介质向外排出。 离心过滤一般分成三个阶段 （1）滤饼形成 悬浮液进入离心机，在离心机的作用下液体Hale Waihona Puke Baidu过 1 滤饼形成 过滤面排出，滤渣形成滤饼，其过滤速度可按很压过滤方程式计算。 （2）滤饼压缩 滤饼中的固体物质逐渐排列紧密，空隙减小，空 滤饼压缩 隙 间的液体逐渐排出，滤饼体积减小。 这时过滤推动力为滤饼对液体的压力和液体所受到的离心力。 （3）滤饼压干 此时滤饼层的结构已经排列地非常紧密，其毛细 滤饼压干 组织中的液体被进一步排出。液体受到离心力和固体颗粒的压力， 由于越靠近转鼓壁出处的压力越大，所以越靠近转鼓壁的滤饼越干。