食品分离技术装备

1、 第一节 离心分离技术装备一、离心分离原理与应用1 原理与应用1） 概念 非均相系分离操作非均相系分离操作：将液固，液液，液液固相 的混合物加以分离的操作。 非均相混合物非均相混合物：具有分界面的两相所组成。 第四章 食品分离技术装备 分离机械：分离机械：用以分离非均相混合物的机械。 离心过滤：离心过滤：鼓内型,有孔+滤布，颗粒截留，流体甩出。 离心沉降离心沉降：壁上无孔，分离的是悬浮液；密度大的沉降于鼓内壁，密度小的集中中央不断引出。 离心分离：离心分离：壁上无孔，分离的是乳浊液；两种液体按轻重分层（重在外，轻在内）。离心过滤原理示意图离心沉降离心沉降 分离因数公式：重力加速度：回转角速度转

2、鼓半径可达几百到几万）（gRKcgRKc:2分离因数用来表示离心机分离性能，是物料所受的离心分离因数用来表示离心机分离性能，是物料所受的离心力与重力之比值，也等于离心加速力与重力之比值，也等于离心加速度度与重力加速与重力加速度度之比之比值值 2 2） 目的目的 a. 作为生产的主要阶段：淀粉业中制淀粉， 牛奶中制奶油或脱脂奶。 b. 提高制品的纯度 c. 回收有价值的物质 d. 为了安全生产，分离清除有害物质。2 分类1）按分离因数大小 c.超高速离心机：Kc50000，超微 细粒的悬浮液。a.常速离心机：Kc3000,颗粒不大的悬浮液。 b.高速离心机：50000Kc3000,乳状和细颗粒状

3、悬浮液 2）按操作原理： 3） 按操作方式 间歇、连续 4） 按其他方式 略3000min,/4000,.,.min/15001000,.Kcrncbrna分离式介于两者之间沉降式过滤式二、二、 螺旋分离与设备分类螺旋分离与设备分类1 分类原理与主要部件分类原理与主要部件1 1） 原理原理 转鼓与螺旋输送器作同向旋转，但转速不同，物料进入转鼓后在离心力的作用下形成一环状液池，重相固体颗粒沉降到转鼓内表面成渣，被螺旋送出，澄清液则被从左方排出，完成分离。 螺旋分离设备原理图螺旋分离设备原理图2) 主要部件 a 转鼓 关键部件之一 这些参数直接影响螺旋离心机的悬浊液生产能力和输渣能力b 螺旋c 差

4、速器 实现转鼓与螺旋的相对运动：出渣口直径：转鼓的溢流口直径：转鼓半锥角）：转鼓长度（转鼓的最大内壁直径主要尺寸：脱水区沉降区长度dDLLLD0:汽车后桥和差速器汽车后桥和差速器特点特点1 可连续操作 效果好 2 对物料的适应性强5 应用范围广4 分离因数高 单机生产能力3 封闭操作 加湿加压下操作 7 结构复杂 6 造价高 （二）特点与应用（二）特点与应用应用 a 对易分离物料的固相脱水，可以得到含液量较低的固体b 细粒级难分悬浊液的分离采用高分离 因数大长径比的螺旋离心机来完成c 对于液液固三相混合物的分离d 对固相颗粒粒度分级三、三、 碟片分离分类与设备碟片分离分类与设备1 原理与结构原

5、理与结构 1）分离结构 由于惯性离心力的作用和轻 重液间的密度差，轻液向内向上，重液向下向外而分离。 2）结构 转鼓 机壳 传动系统 控制系统 2 分类和特点分类和特点 1）人工排渣型 适用：固相含量少 固相体积浓度低于1% 粘度低于0.1um的悬浊液。 2）喷嘴排渣型 3）环阀排渣型四、离心机的造型与计算四、离心机的造型与计算1 选选 型型 应从分离物料的性质及分离工艺的要求，经济效果等方面进行结合考虑。 如：处理乳浊液：分离机 处理悬浊液：过滤离心机 处理悬浊液且粘度较大：沉降离心机2 有关计算有关计算1）离心机作用下的沉降速度确定定限度直径，但增加转速有一是提高转速，减小转鼓要提高分离效

6、率，通常又：惯性离心力和分离因数切切1800)30(,)(.22222DngRnKcgRKcgRumgFcKcNRumFca：阻阻力力系系数数：分分散散介介质质密密度度：颗颗粒粒密密度度：颗颗粒粒直直径径的的沉沉降降速速度度悬悬浮浮液液和和乳乳浊浊液液中中颗颗粒粒即即：做做等等速速沉沉降降三三者者达达到到平平衡衡时时，颗颗粒粒当当阻阻力力：浮浮力力：重重力力离离心心惯惯性性力力颗颗粒粒沉沉降降方方向向上上所所受受的的来来确确定定可可以以模模仿仿重重力力沉沉降降速速度度离离心心沉沉降降速速度度的的确确定定，切切切切切切切切 sp02sp02121202p20222p1s2p2d:u) s/m(R

7、u3)(d4uFFFcFc,F,F2ud42uAFRud6FRud6RumFc.b2）生产能力：碟碟片片仰仰角角径径：碟碟片片的的最最大大、最最小小半半，分分离离机机转转速速：碟碟片片数数）：分分离离机机效效率率（经经验验公公式式： 1210122212vrr:nz7 . 05 . 0)74)(h/L(10tan)rr ()rr (zn5 . 2q第二节第二节 旋液分离技术装备旋液分离技术装备一、一、 分离原理与应用分离原理与应用（一）工作原理（一）工作原理 利用离心沉降原理从悬浮液中分离固体颗粒的设备 悬浮液切向进入圆角，形成旋液（二）结构特点（二）结构特点 直径小而圆锥部分长 固液间的密度

8、差小 小直径有利于增加惯性离心力 增加沉降速度 增大液流的行程 延长悬浮液在分离器内的停留时间时间（三）应用（三）应用 用于悬浮液的增稠 用于分级 用于不互溶的液体的分离 气液分离等 二、旋流分离器的性能二、旋流分离器的性能 1 操作性能操作性能 2 流量比流量比Rf供供设设计计或或调调整整时时用用时时，当当的的比比值值为为底底流流流流量量与与溢溢流流流流量量溢溢流流管管直直径径底底流流直直径径的的比比值值与与进进料料流流量量旋旋液液的的底底流流流流量量afeu4eueufvvcfR,R)95. 08 . 03 . 0DD( , 11DD1Ra)Ra(Ra1RaRfD,DRqq,:R 3 分级

9、效率和分割直径分级效率和分割直径d50 分级效率：小于临界直径dc 的颗粒的部分回收率：进料流量口的距离：溢流管下端口至底流流器内直径：溢流管下端口处的旋修正的部分回收率为率为设：实际测得部分回收vcvcfmcfffccfqhDqhDRmddERREEEE15.0250)(58.1exp(94.1693.0exp11,)104(43. 05 . 05 . 15050vcqDdd的指标是判断旋流器性能优劣分割直径第三节第三节 过滤分离技术装备过滤分离技术装备一、一、 过滤分离原理与应用过滤分离原理与应用（一）（一） 过滤分离的原理与过程过滤分离的原理与过程 1. 过滤分离原理 悬浮液：悬浮固体颗

10、粒的液体体系 乳浊液：含液体微粒的液体体系（有些含有少量的固体颗粒） 利用一种能将悬浮液中固体颗粒截留而液体能自由通过的多孔介质，在一定的压力差的推动下，达到分离固液两相的目的 2.过滤分离的工作过程 过滤 压力推动 固体颗粒被截留滤饼变厚过滤阻力增大 洗涤 停止过滤清洗 干燥 压缩空气 派出洗涤液 得到含湿量减少的滤饼 卸料 出去滤饼 清洗介质以备重新过滤固液分离 活得纯净的固粒产品 得到尽可能多的滤液真空（二）应用（二）应用 含大量不溶性固体的悬浮液的过滤（1%-2%） 饴糖液中脱去糖渣 从液中除去少量不溶性固体的过滤 啤酒 果汁 牛奶的过滤 从大量有价值的液体中除去少量极细小的（1um）

11、质点的过滤 汽水 果汁中除去少量的微生物（三）（三） 过滤介质与助滤剂过滤介质与助滤剂 1 过滤介质（1）基本要求 ： 具有多孔性 滤液通过阻力小 足够的机械强度 具有适当的表面特性 易脱滤饼 无毒 耐腐蚀 不易滋生微生物 易于清洗（2）分类 粒状介质 如：焦炭 细沙 酸性白土 用于过滤固相含量极少的悬浮液和水的过滤。 织状介质 （应用最广）如淀粉糖浆糖液过滤。 多孔固体介质 如多孔陶瓷 用于少量微粒的悬浮液过滤，白酒糖液的过滤。陶瓷膜滤滤 布布2 助滤剂 为加快过滤速度，在过滤前预覆在滤布上或添加于滤浆中的物质。 常用的助滤剂 硅藻土（多孔，无定形细小颗粒，惰性好且具有不可压缩性，可构成渗透

12、性很高的助滤剂滤饼层） 活性炭 石棉 锯屑等（四）（四） 过滤操作中的推动力和阻力过滤操作中的推动力和阻力1 推动力 悬浮液本身的液柱压力差，一般不超过50kPa，称重力过滤。 在悬浮液表面加压，一般0.5MPa，称加压过滤。 在过滤介质下方抽真空，一般不超过86kPa，称真空过滤。 利用惯性离心力，称离心过滤。2 阻力 刚开始时，只有介质的阻力 中间 介质阻力加滤饼阻力（有可能成为主要阻力）（五）分类（五）分类 a 按推动力 重力过滤机 加压过滤机 真空过滤机 b 按过滤介质性质 粒状介质过滤机 滤布过滤机 多孔过滤机 半透膜过滤机 c 按操作方法 间歇过滤机 连续过滤机（六）板框压滤机的工

13、作原理（六）板框压滤机的工作原理1结构结构 有许多块滤板和滤框交替排列而成，板和框都用支耳架在一对横架上可用压紧装置压紧或拉开 框：两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤浆与滤饼的空间 滤板：支承滤布并提供滤液流出的通道2工作原理工作原理 滤浆由滤框上方通孔进入滤框空间，固体颗粒被滤布截留，在板内形成滤饼，滤液则穿过滤饼和滤布流向两侧的滤板，后沿滤板之间的沟槽向下流动，由下方通孔排出。 3特点和应用特点和应用 结构简单，过滤面积大，动力消耗小，过滤 推动力大（最大可达1MPa，一般为0.30.5 MPa），劳动强度大，生产效率低，滤饼洗涤慢。 应用广泛，如：饴糖，啤酒等悬浊液的过滤 硅藻土过滤机

14、：现代啤酒厂最广泛应用的板框式过滤机（七）自动板框压滤机（七）自动板框压滤机 采用在边耳上开孔的板框，滤布上不开孔，因而能使用首尾封闭的整条长滤布，拉开板框时，牵引整条滤布循环行进；同时卸除滤饼。 UF型全自动板框压滤机 过滤循环操作 进料过滤：用泵将悬浊液从滤板上部的加压口压入滤室内，在滤室内的两片滤布上进行过滤。 压榨脱水：过滤完毕后，向橡胶压榨隔膜内侧注入2MPa压力的水，以使滤饼压榨脱水。 卸出滤饼：完成后，将隔膜中的水排出，即可卸出滤饼。板框压滤机内液体流动路径全自动板框压滤机全自动板框压滤机第五节第五节 膜分离的方法及原理膜分离的方法及原理新鲜状态腌渍后状态（一）反渗透（一）反渗透

15、（Reverse Osmosis，RO）的基本原理）的基本原理v1原理原理v 利用反渗透膜选择性，即只能透过溶剂（通常是水）的特性，对溶液施加压力以克服溶液的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而从容也中分离出来的过程。v 渗透：当纯水与溶液用一张能透过水的半透膜隔开，纯水将自发的向溶液一侧渗透。水分子的这种流动推动力，即膜两侧的化学势的差异，这种现象就是渗透。v 反渗透：当溶液侧与纯水侧的压差大于渗透压时，则溶液中出现的水透过半透膜流向纯水侧的过程。反渗透原理图反渗透原理图2特点特点 能截留绝大部分和溶剂分子大小同一数量级的溶质，而获得相当纯净的溶剂（如水）。3. 应用应用 海水淡化 硬水软化 维生素

16、 抗生素 激素等的浓缩。细菌 病毒的分离 ，果汁 牛奶 咖啡等的浓缩。反渗透用于纯水加工反渗透用于纯水加工先进的海水淡化设备先进的海水淡化设备(二二) 超过滤膜的透过机理超过滤膜的透过机理（ultrafiltration,UF）1原理原理 被分离的溶液借助外界压力作用下，以一定流速沿着具有一定孔径的超过滤膜棉上流动，让溶液中的无机离子、低相对分子量物质透过膜表面，让其它高分子，大分子物质，如：胶体、蛋白质以及细菌、微生物等截留下来，从而实现分离与浓缩的目的。2特点特点 介于反渗透和微孔过滤之间 小孔径范围：与反渗透膜相重叠 大孔径范围：与微孔过滤相重叠 孔径：51000nm超滤示意图超滤示意图

17、超过滤膜设备超过滤膜设备3应用应用 浓缩：乳液、动物胶、全蛋食品及胶体的浓缩作业。 成分调整：牛奶、植物蛋白质、动物血液、淀粉、酵母、蛋白质、葡萄糖、氨基酸 澄清：果汁、葡萄糖、醋等的生产 污染控制：对油脂、乳剂、漂白污水、色料废液、纯化后的废液等进行有效的过滤，降低污染程度。（三）电渗析的原理与应用（三）电渗析的原理与应用1工作原理工作原理 在直流电场的作用下，溶液中的离子有选择的透过离子交换膜所进行的定向迁移而形成的分离过程。电渗析原理电渗析原理 迁移到阳离子交换膜-通过 阳离子 向阴极 迁移到阴离子交换膜-阻遏电场 分离 迁移到阳离子交换膜-阻遏 阴离子 向阳极 迁移到阴离子交换膜-通过

18、阳膜：凡是在膜高分子链上连接的是酸性活性基团（如：-SO3H）的膜。阴膜：凡是在膜高分子链上连接的是碱性活性基团（如：-N(CH3)3OH）的膜。2水处理常用的阴阳膜 R SO3 H+ R N+(CH3)2 OH- 固定基团 解离基团 固定基团 解离基团 活性基团 活性基团 磺酸型阳膜 季胺型阴膜 咸水淡化咸水淡化 牛奶脱盐牛奶脱盐 从海带浸泡液中回收甘露醇从海带浸泡液中回收甘露醇 氨基酸的分离与精制氨基酸的分离与精制3应用应用电渗析除盐原理图电渗析除盐原理图三、三、 膜分离装置及膜组件膜分离装置及膜组件（一）工业用膜组件（一）工业用膜组件1平板式组件 特点：制造组装简单 膜的更换、清洗、维护

19、容易 适应性较强 预处理要求低2管式组件 结构 管状膜 支撑体结构 分类 单管 列管 （串联和并联） 反渗透：中空纤维的工作多在外壁 超滤:压力较低 内压、外压都有 特点 流道较宽 不易堵塞 膜表面可用化学法和物理机械法清洗 膜的装填密度低 操作费用高 3中空纤维式组件 没有支撑材料，靠自身的强度承受工作压力 特点：装填密度大 1600030000m2/m3 压力损失大 膜面污染去除困难 只能用化学法 损坏后无法更换 分类：轴流式轴流式 料液流动的方向与中空纤维方向平行 放射流式放射流式 中空纤维的排列与轴流式一样，但从中心向外呈放射型流动 纤维卷角式 卷式组件中空纤维过滤示意图中空纤维过滤示

20、意图中空纤维膜中空纤维膜（二）膜反应器（二）膜反应器 膜分离技术可以把酶反应生产的低分子物质同酶分离，使酶反复利用。 形式 搅拌式平板膜反应器 管式膜反应器 中空纤维膜反应器 复合膜反应器生物膜反应器示意图生物膜反应器示意图流动床生物膜反应器流动床生物膜反应器四膜分离工艺及应用四膜分离工艺及应用（一）（一）前处理工艺前处理工艺（二）（二）膜分离工艺流程膜分离工艺流程（三）（三）后处理工艺后处理工艺优质直饮水工艺流程图优质直饮水工艺流程图1进料液的温度调整 25oC左右3. 微生物的清除微生物的清除 NaClO: 15ml/L6可溶性无机物的去除可溶性无机物的去除 对膜而言，对膜而言，Fe的允许浓度只有的允许浓度只有0.050.1mg/L.常用加入亚硫酸钠的方法去除：常用加入亚硫酸钠的方法去除：家亚硫酸钠家亚硫酸钠-去溶解氧去溶解氧-防止铁被氧化，或先将防止铁被氧化，或先将Fe氧化氧化-形成形成Fe(OH)3沉淀，再除去。沉淀，再除去。2. pH值值 膜：