食品分离技术装备

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：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：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：用以分离非均相混合物的机械。离心过滤：鼓内型,有孔+滤布，颗粒截留，流体甩出。

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：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分离因数公式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，也等于离心加速度与重力加速度之比值

2）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：Kc>50000，超微细粒的悬浮液。a.常速离心机：Kc<3000,颗粒不大的悬浮液。

b.高速离心机：50000〉Kc〉3000,乳状和细颗粒状悬浮液

2）按操作原理：

3）按操作方式间歇、连续

4）按其他方式略二、螺旋分离与设备分类1分类原理与主要部件1）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差速器实现转鼓与螺旋的相对运动汽车后桥和差速器特点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、碟片分离分类与设备1原理与结构

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

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1选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1）离心机作用下的沉降速度确定2）生产能力第二节旋液分离技术装备一、分离原理与应用（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）结构特点直径小而圆锥部分长①固液间的密度差小小直径有利于增加惯性离心力增加沉降速度②增大液流的行程延长悬浮液在分离器内的停留时间（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

1操作性能

2流量比Rf3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第三节过滤分离技术装备一、过滤分离原理与应用（一）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①过滤压力推动——固体颗粒被截留——滤饼变厚——过滤阻力增大②洗涤停止过滤——清洗——

③干燥压缩空气派出洗涤液——得到含湿量减少的滤饼④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①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②从液中除去少量不溶性固体的过滤啤酒果汁牛奶的过滤③从大量有价值的液体中除去少量极细小的（<1um）质点的过滤汽水果汁中除去少量的微生物（三）过滤介质与助滤剂

1过滤介质（1）基本要求：①具有多孔性滤液通过阻力小②足够的机械强度③具有适当的表面特性易脱滤饼④无毒耐腐蚀不易滋生微生物易于清洗（2）分类①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。②织状介质（应用最广）如淀粉糖浆糖液过滤。③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，可构成渗透性很高的助滤剂滤饼层）活性炭石棉锯屑等（四）过滤操作中的推动力和阻力1推动力①悬浮液本身的液柱压力差，一般不超过50kPa，称重力过滤。②在悬浮液表面加压，一般0.5MPa，称加压过滤。③在过滤介质下方抽真空，一般不超过86kPa，称真空过滤。④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

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）板框压滤机的工作原理1．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0.3—0.5MPa），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：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⑴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。⑵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。⑶卸出滤饼：⑵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第五节膜分离的方法及原理新鲜状态腌渍后状态（一）反渗透（ReverseOsmosis，RO）的基本原理1．原理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。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。

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2．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.应用海水淡化硬水软化维生素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先进的海水淡化设备(二)超过滤膜的透过机理（ultrafiltration,UF）1．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

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：5—1000nm超滤示意图超过滤膜设备3．应用

①浓缩：乳液、动物胶、全蛋食品及胶体的浓缩作业。②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③澄清：果汁、葡萄糖、醋等的生产④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1．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

RSO3H+RN+(CH3)2OH-

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①咸水淡化②牛奶脱盐③从海带浸泡液中回收甘露醇④氨基酸的分离与精制3．应用电渗析除盐原理图三、膜分离装置及膜组件（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、维护容易适应性较强预处理要求低2．管式组件①结构管状膜支撑体结构②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③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①特点：装填密度大16000—30000m2/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②分类：轴流式料液流动的方向与中空纤维方向平行

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膜（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流动床生物膜反应器四．膜分离工艺及应用（一）前处理工艺（二）膜分离工艺流程（三）后处理工艺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NaClO:

1—5ml/L6．可溶性无机物的去除对膜而言，Fe的允许浓度只有0.05—0.1mg/L.常用加入亚硫酸钠的方法去除：家亚硫酸钠----去溶解氧----防止铁被氧化，或先将Fe氧化----形成Fe(OH)3沉淀，再除去。2.pH值膜：酸性条件下使用：用H2SO4HCl来调节碱性条件下使用：用