第六章_食品分离机械与设备.ppt

1、第六章 食品分离机械与设备,第一节* 过滤机械 第二节* 离心机械 第三节 旋流分离机械 第四节 溶剂萃取设备 第五节 膜分离设备 第六节 超临界流体萃取设备 第七节 分子蒸馏设备,主要内容、重点与难 点,主要内容：分离的方法与分类、过滤机械、离心机械、各种分离机械的分离原理 重点：过滤机械中板框式过滤机械和离心机械中的卧式螺旋卸料离心机的结构、工作原理和工作过程及其应用 难点：过滤分离的工作过程和分离机械的分离原理的比较。,举例：纯净水、太空水的工艺流程,几种典型的过滤装置：,二氧化碳过滤器,中空纤维超滤,活性碳过滤器,概 述,分离过程是食品加工中一个十分重要的操作。分离过程的投资常占生产过

2、程总投资的50%-90%，用于产品分离的费用占到生产总成本的70%甚至更高。,概 述（续）,食品加工中典型的两大类混合物： 1.连续相为液体：分散相为固体（固-液系统）、分散相为液体（液-液系统或液体混合物）和分散相为气体（气-液相系统）三种； 2.连续相为气体：分散相为固体（固-气系统）和分散相为气体（液-气系统）。,分离的方法,1.扩散式分离方法 蒸发、蒸馏、干燥等（根据挥发度或汽化点的不同）； 结晶（根据凝固点的不同）； 吸收、萃取、沥取等（根据溶解度的不同）； 沉淀（根据化学反应生成沉淀物的选择性）；,分离的方法（续）,吸附（根据吸附势的差别）； 离子交换（用离子交换树脂）； 等电位聚

3、焦（根据等电位Ph的差别）； 气体交换、热扩散、渗析、超滤、反渗透等（根据扩散速率差）,分离的方法（续）,2.机械分离方法 过滤、压榨（根据截流性或流动性）； 沉降（根据密度或粒度差）。沉降分离可分为重力沉降和离心沉降分离。后者包括离心分离和旋流分离，分离设备分别为离心机和旋流分离器。,磁分离（根据磁性差）； 静电除尘、静电聚结（根据电特性）； 超声波分离（根据对波的反映特性）。 在以上分离方法中，过滤分离、离心分离和旋流分离被称为食品分离中的三大主要机械分离方法。,分离的方法（续）,第一节 过滤机械,过滤是利用混合物内相的截留性差异进行分离的一种操作。 优点：过滤应用范围广，适应粒度和浓度范

4、围较宽，可用于连续相为流体，分散相为固体混合物的分离。 缺点：过滤介质的堵塞难以避免，工作的连续性较差，对于低浓度的混合液过滤的经济性较差。,一、概念,二、过滤分离的工作过程,过滤操作过程一般包括过滤、洗涤、干燥和卸料四个过程。 过滤：悬浮液在推动力作用下，克服过滤介质的阻力进行固液分离； 洗涤：停止过滤后，滤饼的毛细孔中包含有许多滤液，须用清水或其他液体洗涤，以得到纯净的固粒产品或尽量多的滤液；,过滤分离的工作过程（续）,干燥：用压缩空气吹或真空吸，把滤饼毛细管中存留的洗涤液排走，得到含湿量较低滤饼； 卸料：把滤饼从过滤介质上卸下，并将过滤介质洗净，以备重新进行过滤。,三、过滤机的分类,按过

5、滤推动力分：重力过滤机、加压过滤机和真空过滤机； 按过滤介质的性质分：粒状介质过滤机、滤布介质过滤机、多孔陶瓷介质过滤机和半透膜介质过滤机等； 按操作方法分：间歇式和连续式过滤机。,四、典型的过滤机械,（一）板框压滤机* ：是一种间歇式过滤机，利用滤板来支撑过滤介质，滤浆在加压下强制进入滤板之间的空间内，并形成滤饼。 （二）加压叶滤机：是一种间歇式过滤机。 （三）真空过滤机：以抽真空为推动力，一般为连续式操作，是一种连续性生产和机械化程度较高的过滤设备。,（一）板框压滤机,1主要结构 滤板 滤框 滤布 压紧装置 支撑装置 见教材上附图。,2 主要结构及其作用,2.1 滤板：分为洗涤板和非洗涤板

6、，面板上有各种凸凹纹路，其作用是支撑滤布并提供滤液流出的通道。,滤板、滤框、滤布、压紧装置,2.2 滤框：滤板和滤布的支撑载体。滤框与滤布共同作用形成滤浆和滤饼的空间。,2.3 滤布：分离滤浆和滤饼。 2.4 压紧装置：提供推压力。一般依靠螺杆的旋转提供推压力，也有采用液压油缸驱动的。,3 工作原理,利用滤板来支撑过滤介质，滤浆在加压下（0.11MPa）强制进入滤板之间的空间内，并形成滤饼，分离滤饼和滤液。,4 工作过程,滤浆由滤框上方通孔进入滤框空间，固粒被滤布截流，在框内形成滤饼，滤液则穿过滤饼和滤布流向两侧的滤板，然后沿滤板的沟槽向下流动，由滤板下方的通孔排出。当滤框内充满滤饼时，停止进

7、料，进行滤饼洗涤，洗涤后再将滤饼清除，重新组装，进入下一循环操作。,5 特点,5.1优点： 过滤面积大； 过滤推动力大（最大可达1MPa，一般在0.3-0.5MPa）； 无运动部件，动力消耗小； 使用可靠、结构简单、制造方便、造价低、便于检查操作等。,5.2 缺点 过滤的滤液不均匀； 滤布磨损严重； 间歇式操作，装卸板框的劳动强度大，生产效率低； 滤饼洗涤慢；,6 应用,适用于各种复杂物料的过滤，在食品工业中应用广泛，特别适用于低浓度悬浮液、胶体悬浮液、分离液相黏度大或接近饱和状态的悬浮液的过滤。,第二节 离心分离机械,一、离心分离概念（原理）* 二、离心分离应用 三、离心分离机械的分类* 四

8、、典型的离心分离机械,一、离心分离概念（原理）,离心分离：是指利用物料在惯性离心力的作用下进行固-液、液-液、液-液-固相分离。利用惯性离心力的作用下进行固-液、液-液、液-液-固相分离的机械称为离心机。 具体可分为离心过滤、离心沉降、离心分离。 （见教材P115）,分离因数*：是指物料所受离心力与重力的比值，也等于离心加速度与重力加速度的比值。 它是衡量离心分离机分离性能的主要性能指标，分离因数的大小常根据不同的分离物料性质和不同的分离要求来选取。,二、离心分离机的应用,制糖工业：砂糖糖蜜的分离； 制盐工业：晶盐脱卤； 奶制品工业：牛奶分离； 淀粉工业：淀粉与蛋白质分离； 油脂工业：食油精制

9、； 饮料工业：啤酒、果汁等的澄清； 脱水蔬菜制造业：预脱水干燥处理；,三、离心分离机的分类,1）按操作原理分类 1.1过滤式离心机：转鼓有孔，过滤分离，分离因数小，适用于易过滤的晶体悬浮液和较大颗粒悬浮液的分离及脱水处理。 1.2沉降式过滤机：转鼓无孔，沉降分离，分离因数中，适用于分离不易过滤的悬浮液。 1.3分离式离心机：转鼓无孔，转速高，分离因数大，用于乳浊液的分离和悬浮液的增浓或澄清。,三、离心分离机的分类,2）按离心分离因数大小分类 常速离心机：Kc3000，主要用于分离颗粒不大的悬浮液和物料的脱水； 高速离心机：3000 Kc 50000，主要用于分离乳状和细粒悬浮液； 超高速离心机

10、： Kc50000，主要用于分离极不易分离的超微细粒的悬浮系统和高分子的胶体悬浮液。,3）按操作方式：间歇式和连续式离心机； 4）按转鼓主轴位置：卧式和立式离心机； 5）按转鼓内流体和沉渣的运动方向：逆流式和并流式； 6）按卸料的方式：人工卸料、重力卸料、刮刀卸料、活塞卸料、螺旋卸料、离心卸料和进动卸料等离心机； 7）按分离工艺操作条件：常用型和密闭防爆型。,三、离心分离机的分类,四、典型离心分离机,（一）卧式离心机： 卧式螺旋卸料离心机*； 卧式螺旋卸料沉降离心机； 卧式离心卸料离心机； 刮刀卸料离心机；,（二）立式离心机： 自动排出式离心机； 振动式离心机； 三足式吊袋上卸料离心机； 三足

11、式刮刀下卸料自动离心机； 高速管式离心机； 碟片式离心分离机* 。,四、典型离心分离机（续）,（一）卧式螺旋卸料离心机,1主要结构 圆锥转鼓 螺旋推料器 差速器 筛网 过载保护装置 其他附件：进出料口、壳体、箱体及机座等,2主要结构及其作用,圆锥转鼓：转鼓上有孔，内衬有筛网，与筛网共同作用分离滤液和滤饼； 螺旋卸料器：卸出滤饼； 差速器：调节螺旋卸料器和圆锥转鼓的转速，使其保持一个微小的转速差； 筛网：分离滤液和滤饼；,3 工作过程,悬浮液由进料管输入螺旋推料器内腔。通过内腔料斗口喷铺在转鼓内衬筛网板上，在离心力作用下，悬浮液中液相通过筛网孔隙、转鼓孔被收集在机壳内，,从排出口排出机外，滤饼在

12、筛网中滞留。在差速器作用下，滤饼由小直径处滑向大端，随转鼓直径增大，滤饼加快脱水，直到推出转鼓，以此实现进料、分离、洗涤和卸料的循环操作。,3 工作过程,4 工作原理,通过过滤型锥形转鼓的转动，利用滤液与滤饼离心惯性力的差异将其分离，并借助差速器调节螺旋推料器的转速，以实现滤饼的卸出。,5 特点,5.1 优点： 是一种连续性操作的过滤机械，生产效率高，具有过载保护装置，可实现无人安全操作； 运转平稳、噪声低，适用于腐蚀性强的介质物料的分离。 5.2 缺点 制造成本高；滤饼中还存有滤液；应视不同的滤浆调整转速差。,（二）碟片式离心分离机（简介）,碟片式离心分离机是应用最广的离心沉降机械。 它具有

13、一密闭的转鼓，鼓中放置有数十个至上百个锥顶角为60 -100的锥形碟片，碟片与碟片间的距离用帖附于碟片背面的、具有一定厚度的狭条来调节和控制，一般碟片间的距离为0.52.5mm。,当转鼓连同碟片以高速旋转时（4000-8000r/min），碟片间悬浮液中的固体颗粒应有较大的质量，先沉降于碟片的内腹面，并连续向鼓壁方向沉降，沉降的液体则被迫反方向移动，最终在转鼓顶部进液管周围的排液口排出。,（二）碟片式离心分离机（简介）,碟片式离心机既能分离低浓度的悬浮液（液-固分离），又能分离乳浊液（液-液分离或液-液-固分离）。两相分离和三相分离的碟片形式有所不同，对于液-固或液-液两相分离所用的碟片为无孔

14、式，,（二）碟片式离心分离机（简介）,其工作原理如图所示左侧，液-液-固三相分离所用碟片在一定位置带有孔，以此作为液体进入各碟片间的通道，孔的位置是处于轻液和重液两相界面的相应位置上，见如图所示右侧。,（二）碟片式离心分离机（简介）,第三节 旋流分离机械（简介）,一、基本概念与应用 二、旋液器的基本结构与工作原理 三、旋流分离器的特点,一、基本概念与应用,旋流分离技术是一种高效节能型的分离技术，它的关键部分是旋流分离器，简称旋流器。它是利用切向注入的混合物高速旋转产生的离心力来加速颗粒的沉降，非均相物料系在分离器内形成向下的外旋流和向上的内旋流，达到不同密度的相或不同粒度颗粒的分离。,基本概念

15、与应用（续）,旋流分离器可用于具有密度差的固-液、气-液、固-气、液-气、液-液以及固-固等非均相混合物的分离，包括生物、食品（如淀粉生产、制糖工业、奶制品工业、食用油工业、啤酒工业、葡萄酒生产工业等）、三废（废气、废液和废固）处理等领域中的澄清、增浓或脱水、分级、洗涤等分离过程，甚至还可以及强化传热传质和分离于一身，用作旋流干燥器等。,一、基本概念与应用,二、旋液器的基本构造与工作原理,旋液器：用于液-液分离的旋流分离器称为旋液器，它是一种利用离心沉降原理将非均相混合物中具有不同密度的相的机械分离设备。,基本构造,基本构造为一个分离腔和一至两个入口或两个出口。分离腔主要有圆柱形、圆锥形和柱-

16、锥形三种基本形式。,工作原理：,在互不相溶、且具有密度差的液体混合物以一定的方式及速度从入口进入旋流分离器后，在离心场的作用下，密度大的相被甩向四周，并顺着壁面向下运动，作为底流排出；密度小的相向中间迁移，最后作为溢流排出。这样就达到了液-液分离的目的。,三、旋流分离器的特点,3.1优点： 结构简单； 成本低，占用空间小、重量轻、维护费用少、能耗低（不到碟片式离心机的10%）、不需任何帮助分离的介质； 安装灵活方便，旋流器可以任何角度安装； 工作连续可靠，操作维护方便，一旦设计、调试好，就可以自动、稳定的工作。,三、旋流分离器的特点,3.2 缺点： 由于剪切作用，容易将液滴（油滴或水滴）打碎乳

17、化而恶化分离过程； 通用性较差，处理不同性质的物料往往需要不同结构尺寸或操作条件的旋流器； 由于湍流，分离能力不如离心机（超高速离心机）的大，即可分离的最小颗粒（边界粒度）没有离心机的小，但其边界粒度也达2um左右。,三、旋流分离器的特点,第四节 溶剂萃取设备（简介）,原理：有机溶剂萃取过程是利用两个互不混溶的液相中各个组分（包括目标组分）溶解度的不同，从而达到分离的目的。 根据分离物系构成的不同，溶剂萃取设备可分成为液-液萃取设备和液-固萃取设备。,萃取剂,超临界流体是介于气液之间的一种既非气态又非液态的物态，这种物质只能在其温度和压力超过临界点时才能存在。 超临界流体的密度较大，与液体相仿

18、，而它的粘度又较接近于气体。因此超临界流体是一种十分理想的萃取剂,超临界萃取的技术原理,超临界CO2流体萃取（SFE）分离过程的原理是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的 在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。 然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出,第五节 膜分离设备（简介）,是利用膜的选择性，以膜的两侧存在一定量的能量差（压力差或电位差）作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移速率不同而实现的分离。 膜分离有微滤（MF）、超

19、滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）、电渗析和透析等。 属于速度控制的传质过程，具有设备简单、可在室温或低温下操作、无相变、处理效率高、节能等优点，适用于热敏性的生物工程产物、浓缩与纯化。它在水处理、工业分离、废水处理、食品和发酵工业等方面的应用均取得了重大的突破。,第六节 超临界流体萃取设备（简介）,超临界流体萃取技术就是以超临界状态（压力和温度均在临界值以上）的流体为溶媒，对萃取物中的目标组分进行提取分离的过程。 特点：萃取温度较低，制品不存在热分解问题；对温度和压力进行调节，可以实现选择性萃取；对非挥发性物质分离非常简单；制品中无溶剂残留问题；溶剂可以再生、循环使用，运行经济性较好；无环境污染问题。,超临界流体萃取设备（