食品工程原理第二节离心沉降

1、 第二章第二章1第三节第三节 过滤过滤过滤是分离悬浮液最有效的单元操作之一过滤是分离悬浮液最有效的单元操作之一在化工、食品、生物工程中应用十分广泛在化工、食品、生物工程中应用十分广泛同时也可用于气固混合物的分离同时也可用于气固混合物的分离 第二章第二章23-1 3-1 基本概念基本概念一、一、过滤原理过滤原理 利用利用重力、离心力重力、离心力或人为造成的或人为造成的压差压差使悬浮液通过多孔使悬浮液通过多孔性过滤介质，固体颗粒被截留，滤液穿过介质流出，实现性过滤介质，固体颗粒被截留，滤液穿过介质流出，实现固固-液分离。液分离。 第二章第二章33-1 3-1 基本概念基本概念二、过滤方式分类二、过

2、滤方式分类 1、饼层过滤（表面过滤） 悬浮液悬浮液滤液滤液架桥现象滤饼是真正滤饼是真正有效的过滤有效的过滤介质！介质！ 悬浮液(滤浆)滤饼过滤介质滤液 第二章第二章42、深层过滤 悬浮液中固体的体积浓度悬浮液中固体的体积浓度 0.1% 0.1%时可采用时可采用 。二、过滤方式分类二、过滤方式分类 常用于自来水厂常用于自来水厂的河水净化！的河水净化！ 第二章第二章5三、过滤介质三、过滤介质 筛网、织物纤维（棉麻、合成纤维筛网、织物纤维（棉麻、合成纤维 、金属）、烧结玻璃等金属）、烧结玻璃等 多孔介质。多孔介质。应具备的条件： 足够的机械强度足够的机械强度 、尽可能小的流过阻力尽可能小的流过阻力

3、、较高的耐腐较高的耐腐蚀性蚀性 、一定的耐热性一定的耐热性 .滤布无论采用何种过滤方式，均需使用过滤介质，在很无论采用何种过滤方式，均需使用过滤介质，在很多情况下，多情况下，过滤介质过滤介质是影响过滤操作的重要因素。是影响过滤操作的重要因素。 第二章第二章6四、滤饼与助滤剂四、滤饼与助滤剂 不可压缩滤饼由刚性颗粒形成的滤饼，在过滤过程由刚性颗粒形成的滤饼，在过滤过程中中 ，颗粒形状、空隙率保持不变，单位床层厚度的流动，颗粒形状、空隙率保持不变，单位床层厚度的流动阻力视为定值。阻力视为定值。 可压缩滤饼 由非刚性颗粒或较细的颗粒形成的滤饼，由非刚性颗粒或较细的颗粒形成的滤饼，在过滤过程中压缩变形

4、，空隙率在过滤过程中压缩变形，空隙率下降，单位床层厚度的流下降，单位床层厚度的流动阻力增大。动阻力增大。1、滤饼 第二章第二章7四、滤饼与助滤剂四、滤饼与助滤剂 改变滤饼的刚性，提高过滤速率。 助滤剂的基本条件 能形成多孔饼层的刚性颗粒，具能形成多孔饼层的刚性颗粒，具有良好的物理，化学性质，价廉易得。有良好的物理，化学性质，价廉易得。2、助滤剂常用的助滤剂：硅藻土，珍珠岩，碳粉，纤维素等 助滤剂的用法：预涂法，掺滤法 第二章第二章8滤饼颗粒间隙中残留滤液过滤结束后用洗涤液（通常为清水）清洗目的：回收滤饼中滤液/得到较纯净的滤饼五、滤饼的洗涤五、滤饼的洗涤 第二章第二章9六、饼层过滤操作方式分类

5、六、饼层过滤操作方式分类 恒压过滤：恒定压差下进行，最为常见。恒定压差下进行，最为常见。 恒速过滤：恒定的过滤速率下进行恒定的过滤速率下进行 ，但，但无法进行到底无法进行到底 。先恒速后恒压：开始恒速，当表压升至一定值后，转入恒压。开始恒速，当表压升至一定值后，转入恒压。 第二章第二章103-2 滤液通过滤饼层的流动滤液通过滤饼层的流动假设液体在过滤饼层的网状通道中流速非常低，处于层流状态。流动阻力:单位体积床层的表面积影响流动阻力因素；一定体积流量下，通过床层不规则网状通道的流速与流动阻力成正比；流速与床层空隙的体积有关。工程应用中，关注克服滤饼床层流动阻力所需压降。 第二章第二章11为计算

6、滤液所通过阻力，将颗粒床层进行简化。为计算滤液所通过阻力，将颗粒床层进行简化。简化后规定：简化后规定：1 细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面积。细管的内表面积等于床层颗粒的全部表面积。2 细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积。细管的全部流动空间等于颗粒床层的空隙容积。 第二章第二章123-3 恒压过滤恒压过滤22udlpf一、过滤基本方程式一、过滤基本方程式 根据圆管中根据圆管中层流层流的流动阻力计算公式：的流动阻力计算公式： 232dlupf其中：其中：pf=p 、d=d0（平均直径）、（平均直径）、l=L+Le滤饼厚度过滤介质的当量滤饼厚度duRe6464悬浮液悬浮液滤饼滤饼过滤介质

7、过滤介质滤液滤液 第二章第二章13一、过滤基本方程式一、过滤基本方程式dtdVAu01A0饼层通道的平均流通面积，饼层通道的平均流通面积，m2； 020)(32AddtdVLLpedtdV过滤速率，过滤速率，m3滤液滤液/s)(32200eLLpdAdtdV过滤过滤速度速度 第二章第二章14一、过滤基本方程式一、过滤基本方程式 AA0代入前式并整理： )(3220eLLpdAdtdV2032dr令r滤饼的比阻，滤饼的比阻，1/m1/m2 2 反映滤饼的结构特征。反映滤饼的结构特征。 )(eLLrpAdtdVAA0过滤面积饼层通道空隙面积空隙率空隙率P110 公式4-28 第二章第二章15一、过

8、滤基本方程式一、过滤基本方程式)(eLLrpAdtdV)(2eVVvrpAdtdVv=AL/V v滤饼与滤液的体积比。滤饼与滤液的体积比。m m3 3饼饼/ m/ m3 3液液 L=vV/A、 Le=vVe/A Ve当量滤液体积，当量滤液体积，m3 思考：恒压过滤，恒速过滤时流速、压力的变化 第二章第二章16p为定值，一定的悬浮液悬浮液和过滤介质过滤介质r、Ve、均为定值。二、恒压过滤方程二、恒压过滤方程当设备确定，当设备确定，A A一定一定 ：tVdtvrpAdVVeV002)()(2eVVvrpAdtdVtvrpAVeVV2222vrpK2令 tKAVeVV222恒压过滤方程恒压过滤方程

9、第二章第二章17二、恒压过滤方程二、恒压过滤方程tKAVeVV222令令 q=V/A qe=Ve/A Ktqqqe 22均为恒压过滤方程均为恒压过滤方程* 当滤饼阻力远远大于当滤饼阻力远远大于过滤介质阻力时：过滤介质阻力时： tKAV22Ktq 2&q 单位过滤面积上获得的滤液体积 第二章第二章18三、过滤常数三、过滤常数K K、q qe e测定测定 恒压条件下，测得恒压条件下，测得t1、t2时间获得的滤液体积时间获得的滤液体积V1、V2 ：222221212122tKAVeVVtKAVeVVK、Ve及及qe=Ve/A KqqKqte21两边同除于两边同除于K、q Ktqqqe22或：

10、或：q qt2qe/K 第二章第二章19恒压过滤方程式应用例题恒压过滤方程式应用例题采用过滤面积为采用过滤面积为0.20.2m m2 2的过滤机，对某悬浮液进行过滤常数的测定。操作压的过滤机，对某悬浮液进行过滤常数的测定。操作压强差为强差为0.150.15MPaMPa，温度为温度为2020，过滤进行到，过滤进行到5 5分钟分钟时，共得滤液时，共得滤液0.0340.034m m3 3；进进行到行到1010分钟分钟时，共得滤液时，共得滤液0.050 0.050 m m3 3。试估算（试估算（1 1）过滤常数）过滤常数K K和和q qe e ；（；（2 2）按这种操作条件，过滤进行到按这种操作条件，

11、过滤进行到1 1小时时的滤液总量。小时时的滤液总量。解解：（1）过滤时间）过滤时间t1300s时时 2311/17. 02 . 0034. 0mmAVqt2=600s时时 2322/25. 02 . 0050. 0mmAVqKqKqee60025. 0225. 030017. 0217. 022Ktqqqe 22联立解之联立解之 K=1.2610-4m2/s qe=2.6110-2 m3 /m2 第二章第二章20（2） Ve=A qe=0.22.6110-2=5.2210-3 m3V2+25.2210-3V=1.2610-40.223600 解之解之 V=0.130m3 tKAVeVV222由

12、由 第二章第二章2134 过滤设备过滤设备类型很多过滤设备类型很多按操作方式按操作方式 按产生压差按产生压差 压滤压滤吸滤吸滤离心离心 连续连续间歇间歇 压滤是利用压缩空气压滤是利用压缩空气或液体输送设备在输或液体输送设备在输送料液时产生的压力送料液时产生的压力为推动力完成过滤。为推动力完成过滤。 第二章第二章22 板框压滤机板框压滤机间歇操作间歇操作 压滤设备压滤设备由机头（固定头）、滤框、滤板、头板、尾板、压紧装置等组成。由机头（固定头）、滤框、滤板、头板、尾板、压紧装置等组成。 第二章第二章23框、板形状框、板形状 ：材料：材料：金属（铸铁、碳钢、不锈钢、铝）、塑料、木材等。金属（铸铁、

13、碳钢、不锈钢、铝）、塑料、木材等。 过滤面积：过滤面积：框框长宽长宽2 板板两面两面 板框压滤机板框压滤机为便于区别，将板、框边上做上不同标记！为便于区别，将板、框边上做上不同标记！ 第二章第二章24板框压滤机的过滤与洗涤板框压滤机的过滤与洗涤 P98图图过滤过程：过滤过程： 洗涤过程：洗涤过程： EdtdV)(EWdtdVdtdV)(41)(洗涤过程是过滤途径的两倍，面积却是过滤面积的洗涤过程是过滤途径的两倍，面积却是过滤面积的1/2 1/2 ！ 第二章第二章25生产能力生产能力 ：TVQ总3600T=t+tw+tDV总总一个操作周期所获得的滤液总量，一个操作周期所获得的滤液总量，m3（生产

14、量）生产量）Q生产能力，生产能力， m3（滤液）滤液）/hT一个操作周期的总时间（过滤时间、洗涤时间、辅助时间）。一个操作周期的总时间（过滤时间、洗涤时间、辅助时间）。生产任务的调整：生产任务的调整：调节滤板、滤框数目即可。调节滤板、滤框数目即可。设备优缺点：设备优缺点：结构简单、制造方便、过滤面积大，可用于结构简单、制造方便、过滤面积大，可用于过滤细小颗粒或粘度较大的料浆。过滤细小颗粒或粘度较大的料浆。 板框压滤机板框压滤机 第二章第二章26主体主体转鼓转鼓 分配头分配头转动盘转动盘固定盘固定盘 转鼓真空过滤机转鼓真空过滤机转速0.10.3r/min 第二章第二章27操作周期（旋转一周）：操

15、作周期（旋转一周）：过滤过滤脱水脱水洗涤洗涤脱水脱水吹松吹松卸料卸料转鼓真空过滤机转鼓真空过滤机过滤面积：过滤面积： A=LD D转鼓直径，转鼓直径，m。 L转鼓长度，转鼓长度，m。 相当于板框压滤机一个操作周期的过滤面积！相当于板框压滤机一个操作周期的过滤面积！四个区：过滤区、脱水区、洗涤区、卸饼区。四个区：过滤区、脱水区、洗涤区、卸饼区。 第二章第二章28生产能力生产能力 ：tVQ3600V旋转一周得到的滤液体积，旋转一周得到的滤液体积，m3t旋转一周的过滤时间，旋转一周的过滤时间，snt60o360浸没角度（浸没度） n每分钟转数每分钟转数 。每旋转一周的生产能力为每旋转一周的生产能力为

16、 Q=60nVQ=60nV 优缺点：优缺点：适于处理量大而又容易过滤的料浆，对不易过滤的细、粘料浆可采适于处理量大而又容易过滤的料浆，对不易过滤的细、粘料浆可采用助滤剂的方法也很方便（刮刀稍微离开转鼓表面一定距离）。附用助滤剂的方法也很方便（刮刀稍微离开转鼓表面一定距离）。附属设备较多，投资费用高；滤饼含液量较高（约属设备较多，投资费用高；滤饼含液量较高（约3030）；料浆温度）；料浆温度不能过高。不能过高。转鼓真空过滤机转鼓真空过滤机 第二章第二章29过滤离心机过滤离心机有间歇式、连续式操作，三足式最为常见。有间歇式、连续式操作，三足式最为常见。 间歇操作、人工卸料间歇操作、人工卸料连续操作

17、连续操作颗粒破碎严重！沉降离心机沉降离心机过滤离心机过滤离心机区别？区别？ 第二章第二章30区别区别 第二章第二章31过滤式离心机设备转鼓开孔，附加过滤介质通过拦截的方式做到固液二相分离的离心机我们统称过滤式离心机，过滤式离心机适用于物料粘度小、固相颗粒不易变形(如结晶体)固相颗粒较大且小批量的生产的工况，多用于工业脱水。 沉降式离心机设备转鼓为密闭桶状，该设备工作原理是通过离心力做到固液二相分离，这种形式的离心机我们通称沉降式离心机。沉降式离心机适用物料广泛，如物料粘度大，固相颗粒小都能通过提高离心力的方式来达到固液二相分离的要求。 第二章第二章32 叶滤机叶滤机 主要构件是矩形或圆形的滤叶

18、。滤叶由金属丝网组成的框架上主要构件是矩形或圆形的滤叶。滤叶由金属丝网组成的框架上覆以滤布构成，将若干个平行排列的滤叶组装成一体，安装在密闭的覆以滤布构成，将若干个平行排列的滤叶组装成一体，安装在密闭的机壳内，即构成叶滤机。机壳内，即构成叶滤机。 叶滤机叶滤机操作：操作：悬浮液被加压送悬浮液被加压送入，滤液穿过滤布进入入，滤液穿过滤布进入丝网构成的中空部分并丝网构成的中空部分并汇集于下部总管流出，汇集于下部总管流出，颗粒则沉积在滤布上形颗粒则沉积在滤布上形成滤饼，当滤饼达到一成滤饼，当滤饼达到一定厚度时停止过滤并进定厚度时停止过滤并进行洗涤。视悬浮液的性行洗涤。视悬浮液的性质和操作压强的大小，质和操作压强的大小，滤饼厚度通常在滤饼厚度通常在535535mmmm之间。之间。 第二章第二章33优点：优点：过滤面积大，设备紧凑，密闭操作，劳动条件较好。过滤面积大，设备紧凑，密闭操作，劳动条件较好。不必每次循环装卸滤布，劳