分离设备复习PPT课件

1、滞流区或斯托克斯（滞流区或斯托克斯（Stokes)Stokes)定律区（定律区（1010-4-4ReRe1 1）, , =24/=24/ReRe18)(2gduLSt式中：u ut t- - 颗粒的自由沉降速度，m/sm/s； d d 颗粒直径，m m； S S、 -分别为颗粒和流体的密度，Kg/mKg/m3 3； -液体粘度第1页/共79页离心沉降速度 离心设备的一个重要技术指标是其所能达到的离心力与重力的比值，称为分离因数。分离因数是衡量离心程度的参数，用Z Z表示 grgrNZ2224式中，r r为离心半径，即从旋转轴心到沉降颗粒的距离，N N为离心机的转数(s(s-1-1) ) 。 为

2、旋转角速度（rad/srad/s）Z Z越大，越利于分离Z5000 高速离心机；Z：2104 2106 超速离心机；4.1.2 4.1.2 沉降原理沉降原理第2页/共79页离心沉降和重力沉降只是对沉降的作用力不同，因此，将式(1)(1)中的g g用 2 2r r代替，可得离心沉降速度u ut t为：18)(22rduLSt2Srdtdrut或：S：沉降系数，一般用斯维德贝格(Svedbergs)单位表示,1S=10-13s。蛋白质分子量越大，S越大。第3页/共79页 4.1.3 4.1.3 液液- -固分离设备类别固分离设备类别液液固固分分离离设设备备沉降设备：沉降设备：重力沉降重力沉降 离心

3、沉降离心沉降 沉降槽沉降槽 管式管式 碟片式碟片式等等膜分离设备：膜分离设备：微滤器微滤器 超滤器超滤器 反渗透器等反渗透器等过滤设备：过滤设备：常压过滤机常压过滤机 加压过滤机加压过滤机 真空过滤机真空过滤机 离心过滤机离心过滤机第4页/共79页过滤设备 小型过滤实验装置小型过滤实验装置第5页/共79页过滤设备过滤、离心与膜分离设备 小型过滤实验装置小型过滤实验装置第6页/共79页 由多块带凸凹纹路的滤板和滤框交替排列于机架而构成。板和框一般制成方形，其角端均开有圆孔，这样板、框装合，压紧后即构成供滤浆、滤液或洗涤液流动的通道。框的两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤浆和滤饼的空间。 4.2

4、.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机第7页/共79页4. 2.1 4. 2.1 板框式过滤机板框式过滤机第8页/共79页结构组成: : 机架 压紧机构 过滤机构 4. 2.1 4. 2.1 板框式过滤机板框式过滤机第9页/共79页机架: : 机架是压滤机的基础部件，两端是止推板和压紧机，两侧的大梁将二者连接起来，大梁用以支撑滤板，滤框和压紧板。 止推板；压紧板；大梁 4. 2.1 4. 2.1 板框式过滤机板框式过滤机第10页/共79页压紧机构: : 手动压紧：千斤顶机械压紧：电动机减速器、齿轮、丝杆和固定螺母。液压压紧：液压站、油缸、活塞、活塞杆以及活塞杆与压紧板连接的法兰卡片。 4.

5、 2.1 4. 2.1 板框式过滤机板框式过滤机第11页/共79页过滤机构: : 滤板 、滤框、滤布 4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机第12页/共79页滤浆由总管入框框内形成滤饼 滤液穿过饼和布经每板上旋塞排出(明流)从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流)过滤4. 2.1 4. 2.1 板框式过滤机板框式过滤机第13页/共79页横穿洗涤：洗涤液由总管入板洗涤液由总管入板滤布滤布滤饼滤饼滤布滤布 非洗涤板非洗涤板排出排出洗涤面洗涤面=(1/2)过滤面积过滤面积洗涤液行程与滤液相同。洗涤面洗涤液行程与滤液相同。洗涤面=过滤面过滤面置换洗涤：第14页/共79页4. 2.1 4. 2.

6、1 板框式过滤机板框式过滤机第15页/共79页明流过滤：每个滤板的下方出液孔上装有水咀，滤液直观地从水咀里流出。 暗流过滤：每个滤板的下方设有出液通道孔，若干块滤板出液孔连成一个出液通道，由止推板下方出液孔相连接的管道排出。 4. 2.1 4. 2.1 板框式过滤机板框式过滤机第16页/共79页说明间歇操作间歇操作过滤、洗涤、卸渣、过滤、洗涤、卸渣、 整理、装合整理、装合主要优缺点构造简单，过滤面积大而占地省，过滤压力高（可达1.5MPa左右），便于用耐腐蚀性材料制造，便于洗涤。它的缺点是装卸、清洗劳动强度较大。第17页/共79页型号：例如：XAMZG160/1250-30u型压滤机。X 是厢

7、式压滤机（B是板框式压滤机）；A 是指的滤液流出方式是暗流的（M既是明流）；Z 是自动（S是手动，Y是液压），G是隔膜滤板； 160 既是过滤面积160平方米； 1250 是指的滤板的外型尺寸是12501250； 30 滤板的厚度， U 塑料 X 橡胶 铸铁省略4. 2.1 4. 2.1 板框式过滤机板框式过滤机第18页/共79页选用：悬浮液的特性（黏度、含固量、处理量、流速等）、处理要求、材质、明流或暗流、压紧方式等无菌过滤：不锈钢、暗流（还有易挥发）浓度：高的选厚框尽量选自动压紧滤布：料液pH值，固体粒径等因素选用合适的滤布材质和孔径以保证低的过滤成本和高的过滤效率，使用时，要保证滤布平整

8、不打折 4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机第19页/共79页又称真空鼓式过滤机转鼓真空过滤机由转鼓、液槽、抽真空装置和喷气喷水装置组成。核心部件是转鼓和分布装置。 4.2.2 4.2.2 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机第20页/共79页过滤设备 真空过滤机真空过滤机第21页/共79页转鼓外形是一个长圆筒，其内部顺圆筒轴心线用金属板隔成了18个扇形小区，每一个小区就是一个过滤室，每一个过滤室都有一个通道与转鼓轴颈端面连通，轴颈端面紧密地接触在气体分布器上。气体分布器是分布真空和压缩气体的设备，设计有四个气室。随着转鼓的转动，每一个过滤室相继与分布器的各室接通，这样就使过滤面形成四个工

9、作区。4. 2.2 4. 2.2 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机第22页/共79页（1）滤饼形成区 当转鼓上的过滤室转到料浆槽并浸没在料浆液中时，过虑室与分配器一室相通，一室与真空相连，在真空抽吸下，滤液被吸入鼓内，并通过分配器流出管外，而转鼓表面上则形成滤饼层。此工作区成为滤并形成区。（2）洗涤吸干区 随着转鼓的转动，滤饼离开料浆液进入滤饼脱水区，在此区由于抽吸的作用，滤饼脱水，随后又被洗水淋洗，且被抽吸干燥，在此区，进一步降低了滤饼中溶质的含量。4. 2.2 4. 2.2 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机第23页/共79页（3）吹松脱落区 当已经淋洗干燥了的滤饼转到此区时，过滤室与分布器的三号气

10、室相通。三号气室与压缩空气相通，因此，转鼓表面上的滤饼层被吹松，并脱落下来，随后刮刀开始清除剩余的滤饼。（4）再生区 在此区，压缩空气通过分布器进入再生区的过滤室，吹落滤布上的微细颗粒，使滤布再生，以备进行下一轮过滤操作。4. 2.2 4. 2.2 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机第24页/共79页主要优缺点：优点：连续操作，易实现自动，对处理量大而容易过滤的料浆特别适宜。缺点：转筒体积庞大而过滤面积相形之下嫌小；用真空吸液，过滤推动力不大，悬浮液中黏度不能高，颗粒尺寸不能太小；辅助设备多，能耗大。 4. 2.2 4. 2.2 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机第25页/共79页生产能力： 首先取决于转

11、筒的面积（国产GP型固式过滤机过滤面积由1、2、5、20m2四种）； 对于特定的过滤机，提高转速和浸入角度均可提高其生产能力。 但浸入角度过大会引起其它操作的面积减小，甚至难以操作；若转速过大，则每一周期中的过滤时间很短，使滤饼太薄，难于卸渣，且功率消耗也很大。合适的转速需要通过实验来确定。 4. 2.2 4. 2.2 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机第26页/共79页一一. .分类分类 按作用原理分类按作用原理分类 过滤式过滤式: :（分离机）：转鼓壁上有孔并装滤布（三足式） 沉降式沉降式: :（澄清机）：转鼓壁上无孔无滤布，碟片式、管式 按离心分离因素分类按离心分离因素分类 常速离心机，分离因

12、素f小于3000 中速离心机，分离因素f 3000-50000 高速离心机，分离因素f大于50000 超高速离心机，分离因素f大于20万； 4.3 离心分离设备第27页/共79页管式离心机 优点：转速可达2 210104 4r/min,r/min,离心力较大，设备简单，分离效率高，操作稳定； 缺点：沉降面积小，处理能力低( (可达10m10m3 3/h)/h)碟片式离心机 优点：沉降面积大（碟片），提高处理能力( (最大300m300m3 3/h)/h)；缺点：转速较管式离心机低，约1 110104 4r/min,r/min,结构复杂 第28页/共79页4.3 4.3 离心沉降设备离心沉降设备

13、 4.3.1 管式离心机 管式离心机转鼓的直径小而长度较长。其特点：l结构简单，运转可靠；（D 40150mm，H/D 48）l转速高；一般在10000转/分以上l分理效果好；离心分离因数可达1500065000 缺点：处理能力低 由于直径小，不致使转鼓内壁产生过高的应力适于处理直径0.1100m；固液密度差大于10Kg/m3，固相浓度小于5的难分离的悬浮液和液液两相密度差较小的乳浊液第29页/共79页 国产离心机有GQ型两种（沉降机 悬浮液） ，GF型（分离机 乳浊液）第30页/共79页 国产离心机有GQ型两种（沉降机 悬浮液） ，GF型（分离机 乳浊液）第31页/共79页管式离心机型号标管

14、式离心机型号标记记FGQ105NA改型设计：改型设计：A第一次设计第一次设计材料：材料：N不锈钢；碳钢不标记不锈钢；碳钢不标记转鼓内经（转鼓内经（mm）澄清用（澄清用（Q）；分离用（）；分离用（F）管式离心机（管式离心机（G）第32页/共79页管式离心机的计算管式离心机的计算212122222122,Lz, 0z)(z)(rrrrQrrgrudtdzdtdrddrgrudtdrurrQdtdzuggrz边界条件：粒子运动轨迹：rz第33页/共79页4.3 4.3 离心沉降设备离心沉降设备 4.3.2 碟片式离心机l结构复杂，价格昂贵；l转速较管式离心机低；400012000r/minl分理效果

15、较好；离心分离因数300013000l沉降面积大；可达10000200000m2， 生产能力可达100m3/h。 第34页/共79页4.3 4.3 离心沉降设备离心沉降设备 4.3.2 碟片式离心机 离心澄清机：依据离心沉降速度的不同将悬浮液中的液、固相分开的离心机。 离心分离机：依据离心沉降速度的不同将轻重不同或互不溶解的两种液体分开的离心机。 区别是离心分离机的每只碟片在离开轴线一定距离的圆周上开有几只对称分布的圆孔，许多这样的碟片叠置起来时，对应的园孔就形成垂直的通道。 第35页/共79页碟片式离心机的计算碟片式离心机的计算tggrrnuQg3)(223231u ug g: :取决于系统

16、的性质（料液粘度、密度，固体粒子大小、密度等），与离心机特性无关。 ：取决于离心机特性（离心机碟片数、间距，转速N N及半径R R等），与系统的性质无关。第36页/共79页离心分离设备的放大 以等效时间放大以等效时间放大 等效时间：依据离心力和离心时间的乘积来估计离心分离的难易程度。 以几何特征参数放大以几何特征参数放大tftgrte02 对于管式离心机，其几何特征参数 对于碟片式离心机，其几何特征参数glrC222ctg3231322rrgZC f：分离因数 f愈大，t愈短第37页/共79页离心分离设备的放大例2：现生产一种新型蛋白质，需选用离心机，已知在实验室所用离心管内外经分别为5cm和

17、15cm，在2000r/min的转速下离心分离30min，请推荐一种工业离心机，每小时处理10立方米，性质与实验所用性质相同的悬浮液。第38页/共79页良好膜分离设备应具备的条件良好膜分离设备应具备的条件膜面切相速度快，以减少浓差极化膜面切相速度快，以减少浓差极化单位体积中含膜面积大单位体积中含膜面积大容易拆洗和更换新膜容易拆洗和更换新膜保留体积小，无死角保留体积小，无死角具有可靠的膜支撑装置具有可靠的膜支撑装置4.4 4.4 膜分离设备第39页/共79页板式膜过滤器板式膜过滤器类似于板筐过滤机类似于板筐过滤机为减少浓差极化，滤为减少浓差极化，滤板的表面为凹凸型，板的表面为凹凸型，以形成湍流以

18、形成湍流4.4 4.4 膜分离设备1. 滤过液体滤过液体2. 滤板滤板3. 刚性多孔刚性多孔支撑板支撑板4. 超滤膜超滤膜第40页/共79页4.4 4.4 膜分离设备管式膜过滤器膜过滤器类似于列管式换热气，管子为膜类似于列管式换热气，管子为膜的支撑体的支撑体特点：特点： 优点：结构简单，适应性强，优点：结构简单，适应性强，清洗，安装方便，单根管子可以清洗，安装方便，单根管子可以更换，耐高压，无死角，适于处更换，耐高压，无死角，适于处理高黏度和固体含量高的料液。理高黏度和固体含量高的料液。 缺点：压降大，单位体积所含缺点：压降大，单位体积所含过滤面积小。过滤面积小。第41页/共79页 中空纤维式

19、膜分离器中空纤维式膜分离器4.4 4.4 膜分离设备内经内经 0.51.4mm 外经外经 1.12.3mm内压式和外压式操作内压式和外压式操作特点：特点：单位体积膜面积大，操作压力低（单位体积膜面积大，操作压力低（0.3MPa） 单根损坏，需更换整个膜件，易堵塞，需预处理单根损坏，需更换整个膜件，易堵塞，需预处理第42页/共79页 螺旋卷式膜分离器螺旋卷式膜分离器4.4 4.4 膜分离设备主要元件：主要元件：螺旋卷膜螺旋卷膜 它是将膜，支撑它是将膜，支撑材料，膜间隔材料依材料，膜间隔材料依次叠好，绕一中心管次叠好，绕一中心管卷紧即成一个膜组，卷紧即成一个膜组，若干膜组顺次连接装若干膜组顺次连接

20、装一外壳内。一外壳内。 操作时，料液在操作时，料液在膜表面通过间隔材料膜表面通过间隔材料沿轴线流动，透过液沿轴线流动，透过液流向中心管。流向中心管。特点：特点：优点优点：膜面积大，湍流状况好，换膜：膜面积大，湍流状况好，换膜容易，适于反渗透；容易，适于反渗透；缺点缺点：流体阻力大，清洗困难：流体阻力大，清洗困难第43页/共79页 萃取方式和过程计算萃取方式和过程计算单级萃取缺点：效率低解决办法: :v加大萃取剂量，使产品浓度降低，萃取剂回收，处理工作量加大。v采用多级萃取。第44页/共79页2 2、多级错流萃取第45页/共79页多级逆流接触萃取萃取剂L从第一级通入，逐次进入下一级，n级流出，浓

21、度yn料液H从第n级通入，逐次进入上一级，第一级流出，浓度x1第46页/共79页分馏萃取多级逆流萃取的改进，进料从中间某一级加入。萃取剂L从第一级加入，n级流出，浓度yn；料液F从第k级加入，第一级流出，浓度x1 ；重相H从第n级加入（除不含溶质，与进料组成相同）第47页/共79页 5 萃取设备萃取设备 要求：要求：提供适宜的传质条件，使两相充分有效地接触并伴有较高程度的湍流，保证两相之间迅速有效地进行传质，并使两相得到及时、完善的分离。 分类：分类： （1）按两相接触方式划分 逐级接触浓度呈阶跃式变化， 微分接触式浓度连续变化。 （2） 按外界是否输入机械能划分 重力流动设备、外加能量的设备

22、。 （3）按设备结构特点和形状划分 组件式由单级萃取设备组合； 塔式板式塔、喷洒塔、填料塔。第48页/共79页5.1 混合混合 澄清槽澄清槽（1）结构）结构混合澄清器轻相重相重相轻相第49页/共79页第50页/共79页第51页/共79页（2）优点）优点 处理量大，级效率高； 结构简单，容易放大和操作； 两相流量比范围大，运转稳定可靠，易于开、停工； 对物系的适应性好，对含有少量悬浮固体的物料也能处理； 易实现多级连续操作，便于调节级数。不需高大的厂房和 复杂的辅助设备。（3）缺点）缺点 占地大，溶剂储量大。 需要动力搅拌和级间物流输送设备，设备费和操作费较高。（4）应用）应用 适用于所需级数少

23、、处理量大的场合。第52页/共79页5.2 塔式萃取设备塔式萃取设备 （1）喷洒塔（喷淋塔）喷洒塔（喷淋塔）特点：特点：无塔内件，阻力小，结构简单，投资少易维护。但两相很难均匀分布，轴向反混严重，理论级数不超过12级，传质系数小。轻相重相轻相重相第53页/共79页（3）填料萃取塔）填料萃取塔特点：特点：填料萃取塔结构简单，造价低廉，操作方便，级效率较低，在工艺要求的理论级小于3，处理量较小时可考虑采用。 填料萃取塔轻液轻液重液重液液液相界面填料第54页/共79页（4）转盘萃取塔）转盘萃取塔特点：特点：结构简单，造价低廉，维修方便，操作弹性和通量较大，应用较广。轻液轻液重液重液界面格栅定环转盘

24、转盘萃取塔第55页/共79页5.3 离心萃取器离心萃取器优点：优点：处理量大，效率较高，提供较多理论级，结构紧凑，占地面积小，应用广泛。缺点：缺点：能耗大，结构复杂，设备及维修费用高。应用：应用：适用于要求接触时间短，物流滞留量低，易乳化，难分相的物系。驱动槽轮轻相进重相出转鼓清洗通道栓塞轻相出重相进机械密封 波式离心萃取器示意图第56页/共79页5.4 萃取设备的选择萃取设备的选择选择原则：（1）稳定性及停留时间 稳定性差 停留时间尽可能短离心萃取器； 伴有较慢的化学反应时停留时间长混合-澄清槽。（2）所需理论级数 需理论级数少（23级） 各种萃取设备； 需理论级数45级 转盘塔和振动筛板塔

25、； 需理论级更多 离心萃取器或多级混合-澄清槽。（3）物系的分散与凝聚特性 物系易乳化，不易分相 离心萃取器； 物系界面张力较小，或两相密度差较大 重力流动式。第57页/共79页（4）生产能力 生产处理量小 填料塔； 生产处理量大 筛板塔，转盘塔，混合-澄清槽等。（5）防腐蚀要求 具有腐蚀性 结构简单的填料塔；（6）建筑物场地要求 空间高度有限 混合-澄清槽； 占地面积有限 塔式萃取设备。第58页/共79页一、离子交换概述一、离子交换概述 结构型式：罐式、塔式、槽式 操作方式：间歇式与连续式； 两相接触方式：固定床、移动床、流化床6.1 离子交换设备第59页/共79页一、离子交换概述一、离子交

26、换概述 固定床设备是现今应用得最多的离子交换设备 优点：设备结构简单、操作管理方便、树脂磨损少等 缺点：设备管线复杂、阀门多、树脂利用率相对较低 连续式设备 6.1 离子交换设备第60页/共79页固定床吸附操作固定床吸附操作 固定床吸附设备固定床吸附设备第61页/共79页固定床吸附操作固定床吸附操作 穿透曲线穿透曲线(breakthrough curve)(breakthrough curve) 第62页/共79页固定床吸附操作固定床吸附操作特点：特点：优点：近似平推流，反混小，柱效率高优点：近似平推流，反混小，柱效率高缺点：无法处理含固体的料液，会堵塞床层，造成压力降增大，最终操作无法进缺点

27、：无法处理含固体的料液，会堵塞床层，造成压力降增大，最终操作无法进行。行。 因此，原料需预处理因此，原料需预处理第63页/共79页膨胀床吸附操作膨胀床吸附操作 第64页/共79页膨胀床吸附操作膨胀床吸附操作l膨胀床和流化床的区别在于：膨胀床和流化床的区别在于：1.流化床的吸附剂粒子和液体在床层内混合程度高，吸附效率低；流化床的吸附剂粒子和液体在床层内混合程度高，吸附效率低；2.膨胀床的吸附剂粒子基本悬浮于固定的位置，液体的流动与固定床相似，膨胀床的吸附剂粒子基本悬浮于固定的位置，液体的流动与固定床相似，接近平推流，吸附效率高。接近平推流，吸附效率高。 第65页/共79页膨胀床吸附操作膨胀床吸附

28、操作l床层的稳定膨胀和介质的平衡床层的稳定膨胀和介质的平衡 流速流速100100300cm/h300cm/h，床层膨胀到固定床的，床层膨胀到固定床的2 23 3倍倍l进料吸附：进料吸附：泵加料，保持恒定膨胀度，对流出液中泵加料，保持恒定膨胀度，对流出液中目标产物进行检测和分析，确定吸附终点目标产物进行检测和分析，确定吸附终点l洗涤洗涤: :缓冲液，洗去细胞及碎片，弱吸附杂质缓冲液，洗去细胞及碎片，弱吸附杂质l洗脱：洗脱：洗脱剂上入下出，分段收集，检测目标产洗脱剂上入下出，分段收集，检测目标产物活性峰位置及最大活性峰浓度。物活性峰位置及最大活性峰浓度。l再生和洗涤：再生和洗涤：5 5倍左右的清洗

29、液，倍左右的清洗液，3h3h。第66页/共79页膨胀床吸附操作膨胀床吸附操作l可形成稳定膨胀床的吸附剂主要有两类可形成稳定膨胀床的吸附剂主要有两类 一类是磁性粒子一类是磁性粒子 另一类是具有一定粒径或密度分布的吸附剂，如：多孔玻璃和另一类是具有一定粒径或密度分布的吸附剂，如：多孔玻璃和 STREAMLINE STREAMLINE 产品产品第67页/共79页流化床吸附操作流化床吸附操作l 流化床流化床(Fluidized bed)(Fluidized bed)内吸附剂内吸附剂粒子呈流化状态粒子呈流化状态 l 吸附过程可间歇或连续操作吸附过程可间歇或连续操作 第68页/共79页流化床吸附操作流化床

30、吸附操作l 流化床的主要优点是压降小，可处理高粘度或含固体微粒的粗料液。不需特殊的吸流化床的主要优点是压降小，可处理高粘度或含固体微粒的粗料液。不需特殊的吸附剂，操作简便。较容易进行连续化操作；附剂，操作简便。较容易进行连续化操作；l 流化床的缺点是床内固相和液相的返混剧烈，特别是高径比较小的流化床，利用效流化床的缺点是床内固相和液相的返混剧烈，特别是高径比较小的流化床，利用效率远低于固定床和膨胀床。率远低于固定床和膨胀床。 第69页/共79页二、离子交换设备的结构二、离子交换设备的结构外形：带有椭圆形封头（顶和底）的圆筒形设备高径比（H/D）：一般为24，也有高至5的树脂层高度：约占圆筒高度的5070%，留有空间 ，已备反冲时树脂层的扩胀。溶液分布装置：在交换罐的上部，以使含有被交换离子的溶液、解吸液或再生剂能在整个罐截面上均匀地通过树脂层。底部装有多孔