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第七章过滤、离心与膜分离设备案例
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5.聚合物分子吸附在粒子表面后,直接形成絮团。
1 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。
m 2 rn 2 FP 900g
离心分离因数:
2 FP rn 2 vT f m g 900 gr
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3 离心分离设备
离心分离原理与分离因数
• 碟式离心机的分离原理分离因数 工业上根据离心分离因数大小将离心机分为三类: ①普通离心机,f<3000,一般为600~1200,可用于分 离0.01 ~1.0mm固体颗粒;
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2 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。
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板和框
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2 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。
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1 过滤速度的强化
1.2 过滤介质选择及操作条件优化
(一)过滤介质的选择
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。
1、合理选择过滤介质取决于:
(1)过滤介质所能截留的固体粒子的大小 纤维 10um 硅藻土 1um 超滤膜 0.5um (2)过滤介质的渗透性 渗透性越大,阻力越小 (3)其他 耐酸碱性、耐热性
格,这些扇形格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。
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2 过滤设备
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2 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。 (2)洗涤吸干区域Ⅱ 当扇形格离开悬浮液进入此区时,格内仍 与真空管路相通。滤饼在此格内将被洗涤并吸 干,以进一步降低滤饼中溶质的含量。
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1 过滤速度的强化
2、工业上常用的过滤介质
(1)织物介质(滤布) 影响因素:纤维特性,编织的纹法和线型,耐热性,耐磨性, 耐酸性等等。 (2)粒状介质 硅藻土、珍珠岩石、细砂、活性碳、白土,发酵工业中最常 用的散粒过滤介质是硅藻土: 1.作为深层过滤介质过滤悬浮液。 2.作为预涂层。在支撑介质表面上预先形成硅藻土薄层,以 保护支持性介质的毛细孔在过滤时不被微小的颗粒所堵塞。 3.作为助滤剂。使形成的滤饼具有多孔隙,并降低滤饼的可 压缩性,提高过滤速度和延长过滤操作的周期。
1 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。
1.1 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。
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1 过滤速度的强化
(二)凝聚和絮凝:
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3 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、传动装置等组成。 转鼓由三部分组成:顶盖、带空心轴 的底盖和管状转筒。
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3 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。
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。
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过滤、离心与膜分离设备
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
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2 过滤设备
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。
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
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1 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。
多孔陶瓷
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多孔玻璃
1 过滤速度的强化
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2 过滤设备
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2 过滤设备
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3 离心分离设备
离心分离原理与分离因数
常用的离心机有管式离心机和碟式离心机。 • 管式离心机 悬浮液中微粒在轴向的运动速度:
r1 r2 r
2 2 d ( ) V 2lr12 s s 18 d s2 ( s ) g 2lr12 2 重力沉 18 g 降速度
(二)过滤条件的优化
dV 1 pF dt r 0l R
式中 t—— 过滤时间,s V——滤液体积,m³ △p——过滤压力差,Pa μ——滤液粘度,Pa· s r0——滤饼的质量比阻,1/ m² ɭ——滤饼层的厚度,m R——滤布阻力,1/m F——过滤面积,m²
(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。
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3 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。
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。
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2 过滤设备
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2 过滤设备
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2 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。
碟片与碟片间的距离用附于碟片背面的具有一定厚度的狭条 来控制,碟片的距离为0.5-2.5mm。各碟片上有孔若干,各 孔的位置相同,于是各碟片相互重叠时形成一个通道。 简单的碟式离心机没有自动排渣 装置。 自动除渣碟式离心机在四壁上开
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2 过滤设备
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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:传动装置带动环形滤布围轴旋转。
降框、卸饼及洗刷滤布
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IFP自动板框压滤机工作原理图
• 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
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主要内容
第一节 过滤速度的强化 第二节 过滤设备
第三节 离心分离设备
第四节 膜分离设备
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3 离心分离设备
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3 离心分离设备
(二)碟式离心机的结构及操作
1、特点: 碟片式离心机是在1877年由瑞典的德拉阀斯所发明。它 是在管式离心机的基础上发展起来的。在转鼓中加入许 多重迭的碟片,增大了沉淀面积,使颗粒的沉降距离缩 短,分离效率大为提高。
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3 离心分离设备
2、结构:
密闭转鼓内设有数十个至上百个锥角为60~120的锥形碟片。
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。 静置混合液时,密度较大的固体颗粒或重液在重力的 作用下逐渐下沉,这一过程称为沉降。