4-分离机械与设备

1、第四章 分离机械与设备,定义： 食品生产的分离操作是将不同物理、化学等属性的物质，根据其颗粒大小、相、密度、溶解性、沸点等表现出的不同特点而将物质分开的一种操作过程。 混合物包括均相和非均相两大类，非均相混合物是由具有分界界面的两相所组成，而均相混合物则没有明显的界面。 食品工业中，过滤、离心分离和旋流分离是三大主要机械分离方法。,第一节 过滤分离机械与设备 过滤分离基本知识 过滤是以某种多孔性介质，在外力作用下使连续相流体通过介质的孔道时截留分散相颗粒，从而实现分离的操作。,过滤操作过程,一般包括过滤、洗涤、干燥、卸料四个阶段。,a、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

2、；固体颗粒截留，逐渐形成滤饼。当过滤速度降低到定程度后，转入下道工序。 b洗涤：停止过滤后，滤饼的毛细孔中包含有许多滤液，必须洗涤，以得到纯净的固粒产品或得到尽量多的滤液。,过滤操作示意图 1-滤浆；2-滤饼；3-滤布；4-支承物；5-滤液,c.干燥：用压缩空气排挤或真空抽吸把滤饼毛细管中存留的洗涤液排走，得到含湿量较低的滤饼。 d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。,过滤介质,作用：用于促使滤饼的形成，并为滤饼的支撑物。 要求：具有多孔性，孔道大小应该能截留悬浮粒子。 具有足够的机械强度。 具有适当的表面特性，能加快卸除滤饼速度。 食品加工中所用的过滤介质除满足

3、上述要求外， 还应具有无毒、耐腐蚀和不易滋生微生物、易 于清洗消毒等特点。,常用的过滤介质种类繁多，按其形状大致分为： (a)粒状介质：如焦炭、石砾、细砂、锯屑、活性碳、玻璃碴、酸性白土等。此类介质用于过滤固相含量极少的悬浮液，例如水的过滤和糖的脱色等。 (b)织物状介质：是工业上广泛应用的一类，它包括耐腐蚀的不锈钢丝、铜丝或镍丝等织成的各种形式的金属滤布。也可用天然或人造纤维如：棉、毛、合成纤维等编织成各种形式的非金属滤布。,(c)多孔固体介质：如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料、不锈钢粉末。多做成板状或管状，耐腐蚀性好，孔隙小，强度高，常用于过滤含少量微粒的悬浮液，例如白酒、糖液。,助滤剂,在

4、过滤前预覆在滤布上或添加在滤浆中以提高过滤速度的物质。 当过滤的固体颗粒极细或具有很大的压缩性时，过滤介质会很快被堵塞，所形成的滤饼的孔隙度变小，过滤层的渗透性大大降低，以至于过滤操作不能持续。 为防止胶状微粒对滤孔的堵塞，常用助滤剂涂在滤布上或按一定比例均匀混合于悬浮液之中，一起进入过滤机过滤，以形成渗透性好、耐压缩的滤饼，保证滤液通畅流通。,种类：食品工业常用的助滤剂有硅藻土、活性 碳、石棉、锯屑等。 要求：助滤剂的表面应有吸附胶体的能力； 颗粒细小、坚硬、不可压缩； 能防止滤孔堵塞。,过滤操作中的推动力和阻力推动力,推动力：指滤饼和过滤介质组成的过滤层两侧压力差，常以作用在悬浮液上的压力

5、表示。 通常工业上过滤中推动力的来源有四种： 1）悬浮液本身的液柱压力差，一般不超过50kPa，称为重力过滤； 2）在悬浮液表面加压，一般可达0.5MPa，称为加压过滤； 3）在过滤介质下方抽真空，通常不超过86kPa真空度，称为真空过滤； 4）利用惯性离心作用，称为离心过滤。,过滤阻力,过滤阻力是随着过滤操作过程而变化的。 在过滤刚开始时，只有过滤介质的阻力。 随着过滤的进行，还有滤饼的阻力。这种阻力将随着滤饼的厚度的逐渐增加而增加，直至成为过滤中的主要阻力。 只有当采用粒状过滤介质，且悬浮液中含固体颗粒少时，滤饼的阻力才可忽略不计。,过滤分离的应用,a滤饼过滤： 以过滤介质上游所形成固体颗

6、粒床层的渗滤作用为主要过滤机理。用于含大量不溶性固体的悬浮液的过滤(即含量大于1-2)。 b深层过滤： 在过滤介质上游虽形成微薄的滤饼，但只是少量颗粒嵌入介质通道。可用于从液体中除去少量不溶性固体的过滤，如啤酒、果汁、牛奶、色拉油等的过滤。 c膜过滤： 是采用有机膜、多孔陶瓷介质膜和半透膜介质膜等膜材料，从液体中除去少量极细小质点的过滤。如从汽水、果汁中除去少量的微生物的过滤。,过滤机的分类,按过滤推动力可分为： 重力(常压)过滤机 加压过滤机 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 半透膜介质过滤机 按操作方法可分为： 间歇式过滤机 连续式过滤机,

7、间歇式过滤机的特点：其过滤、洗涤、干燥、卸料四个操作工序在不同的时间内在过滤机的同一部位上依次进行。它的结构简单，但生产能力较低，劳动强度较大。 连续式过滤机的特点：其四个操作工序在同一时间内在过滤机的不同部位上进行。它的生产能力较高，劳动强度较小，但结构较复杂。,过滤机的选型 过滤机选型时，必须考虑的因素有： 1过滤的目的 过滤为了取得滤渣还是滤液或者二者都要或二者都不要。 2滤浆的性质 滤浆的性质是指过滤特性和物理性能。滤浆的过滤特性包括滤饼的生成速度、孔隙率、固体颗粒的沉降速度、固相浓度等。滤浆的物理性能包括粘度、蒸汽压、颗粒直径、溶解度、腐蚀性等。 3其它因素 主要包括生产能力、操作条

8、件、设备费用、操作费用等。 4、要做到正确的选型除考虑以上因素外，必要时还须做一些过滤实验。,过滤机的应用,在食品上的应用有如下几个方面： a一般固液系统的分离：如蔗糖生产中的糖汁和糖渣的分离采用真空转鼓过滤机或板框压滤机。板框压滤机则可用于啤酒厂过滤麦芽和发酵后回收酵母等。 b作为澄清设备使用：陶质管滤机和流线式过滤机已广泛应用于澄清液体食品，如啤酒、葡萄酒、醋、果汁、酵母浸出液及油、盐水、糖浆，以除去其中极细微粒或者成胶状或泥状的固体。 c除去微生物：管滤机常用于葡萄酒、啤洒、果汁和酵母浸出液的过滤以降低微生物的数目，故可用于代替或补充以降低微生物数目为目的的热处理操作。,间歇式过滤机 间

9、歇式过滤机有重力过滤器、板框压滤机、厢式压滤机、叶滤机等。 (一)重力过滤器 砂滤器是一种最简单的过滤设备，是此类过滤机的代表。砂滤器内设多孔的支承板，在其上方堆放一定厚度的砂粒层作过滤介质，滤浆由上方加入，靠重力作用往下沉，固体杂质被砂层挡住，在砂层粒下方可得到澄清的滤液。 经过一段时间的操作后， 砂层的过滤通道多为滤渣所 堵塞，必须加以洗净，通常 可用清水由底部送入，逆流 冲洗，把滤渣由顶部带走。,（二）板框式过滤机,板框压滤机是间歇式过滤机中应用最广泛的一种。 它利用滤板来支撑过滤介质，滤浆因受压而强制进入滤板之间的空间内，并形成滤饼。,滤板和滤框多为正方形。 滤板作用是支撑滤布并提供滤

10、液流出的通道。 板面制成各种凸凹纹路。 板、柜的角部开设的小孔构成供滤浆或洗水流通的孔道。,滤板有洗涤板、非洗涤板和盲板三种结构： 洗涤板设有洗水进口；非洗涤板无洗水进口；盲板则不开设任何液流。,过滤机组装时，按滤板滤框洗涤板滤框滤板交 替排列，用过滤布隔开，且板和框均通过支耳架在一对横 梁上，利用压紧装置压紧或拉开。 框的两侧覆以滤布，空框与滤布围成容纳滤浆及滤饼的空 间。,滤框,滤板,洗涤板,滤布,板框组合示意图,过滤：滤浆由滤浆通路经滤框上方进入滤框空间，固粒被滤布截留，在框内形成滤饼，滤液穿过滤饼和滤布流向两侧的滤板，再经滤板的沟槽流至下方通孔排出。（此时洗涤板起过滤板作用） 洗涤：洗

11、涤板下端出口关闭，洗涤液穿过滤布和滤框的全部向过滤板流动，从过滤板下部排出。结束后除去滤饼，进行清理，重新组装。,工作原理,板框压滤机,应用 适应于各种复杂物料的过滤分离，对于粘度大、颗粒度细、可压缩性显著的各种物料过滤分离均可使用。 主要用于下述的工艺过程 （1）液体的澄清； （2）分离难过滤的低浓度悬浮液或胶体悬浮液； （3）分离液相粘度大或接近饱和状态的悬浮液。 特点 优点：结构简单；造价低；过滤面积大；推动力大。 缺点：装卸板框劳动强度大；滤布磨损严重。,硅藻土压力过滤机 硅藻土过滤机是以硅藻土为助滤剂的压力式过滤机 。过滤效率高，可获得很高的滤速和理想的澄清度，甚至很混浊的液体也能过

12、滤，设备简单，且在操作良好的情况下，还具有除菌的效果。 它除了可以过滤糖液外，还可过滤啤酒、白酒、酱油、醋等。,原理 在密闭不锈钢容器内，水平放置不锈钢过滤圆盘，圆盘的上层是不锈钢滤网，下层是不锈钢支撑板，中间是液体收集腔。过滤时，先涂一层硅藻土，过滤液体在泵压力作用下，通过涂层进入收集腔内，颗粒及高分子被截流在涂层上，进入收集腔内的是澄清液体，通过中心轴，流出容器。,移动式硅藻土过滤机 1手轮；2后支座；3拉紧螺杆；4压紧板 5排气阀；6壳体；7导向杆；8滤盘；9前支座；10玻璃筒,真空过滤机 以抽真空为推动力，过滤介质的上游为大气压，下游为负压。 过滤、脱水、洗涤、卸料、滤布再生等操作工序

13、同时在转鼓的不同部位进行，转鼓每转一周，完成一个操作循环，是一种连续性生产和机械化程度较高的过滤设备。 主要有：转鼓真空过滤机和转盘真空过滤机,鼓外表面为多孔筛板，转鼓 外覆盖滤布； 圆筒内部被分隔成若干个扇形 小室，小室内有单独孔道与空 心轴内的孔道相通； 空心轴内的孔道则沿轴向通往 转鼓轴颈端面的转动盘（随轴 旋转）上。 固定盘与转动盘端面紧密配合 构成一多位旋转阀，称为分配 头。,结构,分配头的固定盘被径向隔板分成若干个弧形空隙，分别与真空管、滤液管、洗液贮槽及压缩空气管路相通。 当转鼓旋转时，借分配头的作用，扇行小室内部获得真空和加压，可控制过滤、洗涤等操作。,区域I为过滤区。扇形格浸

14、于滤浆中，格室内为真空状态。滤液经过滤布进入格室内，然后经分配头的固定盘弧形槽4排向滤液槽; 区域II为滤液吸干区。扇形格刚离开液面，格室内仍为真空，使滤饼中残留的滤液被吸尽，与过滤区滤液一并排向滤液槽。 区域III为洗涤区。洗涤水由喷水管洒于滤饼上，扇形格内为低真空状态，将洗出液吸人，经过固定盘的槽5通向洗液槽。,区域IV为洗后吸干区。洗涤后的滤饼在此区域内借扇形格室内的减压进行残留洗液的吸干，并与洗涤区的洗出液一并排人洗液槽。 区域V为吹松卸料区。此区域内格室与压缩空气相通，将被吸干后的滤饼吹松，同时被伸向过滤表面的刮刀所剥落。 区域VI为滤布再生区，在此区域内用压缩空气吹走残留的滤饼。,

15、转筒真空过滤机动画,第二节 离心分离机械 离心分离的原理 在食品的生产中，经常需要将固固、固液、液液、固液液等混合物料中的组分加以分离，其中，固液、液液、固液液等混合物料的分离操作，称为非均相系分离操作。 离心分离设备是利用分离筒的高速旋转，使物料中具有不同比重的分散介质、分散相或其它杂质在离心力场中获得不同的离心力，达到分离的目的。,离心过滤：在有孔的分离筒内壁面覆以滤布，流体通过而颗粒被截留在筒内。 离心沉降：分离筒壁上无孔，密度较大的颗粒沉于分离筒壁，而密度较小的流体集中于中央并不断引出。 离心分离：分离筒壁上无孔且分离的是乳浊液，两种液体按轻重分层，重者在外，轻者在内，各自从适当位置引

16、出。,离心过滤,离心沉降,离心分离,离心机分类 1按离心机的离心分离因数大小来分类 （1）常速离心机50 000，主要用于分离相不易分离的超微细粒的悬浮系统和高分子的胶体悬浮液。,2按操作原理的不同分类 （1）过滤式离心机-这是分离筒壁上有孔，借离心力实现过滤分离的离心机。 （2）沉降式离心机-这是一种分离筒壁上无孔，借离心力实现沉降分离的离心机。 （3）分离式离心机-这是一种分离筒壁上无孔，具有极大的转速，一般在4000r/min以上，分离因数在3 000以上的离心机。,3按操作方式的不同分类 （1）间歇式离心机 是指转鼓对所承载的被分离而截留的物料有一定质量限度的离心机。在卸料时，必须停车

17、或减速，然后采用人工或机械方法卸出物料。其特点是可根据需要延长或缩短过滤时间，满足物料终湿度的要求，主要用以固液悬浮混合液的分离。 （2）连续式离心机 整个设备的操作均在连续化状态下，物料的输入和不同相物质的分离与输出均为连续完成，可用于固液悬浮液和液液乳浊液的分离。,4按卸料方式分类 （1）人工卸料离心机（2）重力卸料离心机 （3）刮刀卸料离心机（4）活塞推料离心机 （5）螺旋卸料离心机（6）离心卸料离心机 （7）振动卸料离心机（8）进动卸料离心机 5按转鼓（分离筒）主轴位置分类 （1）卧式离心机（2）立式离心机,离心机的应用 离心机用于淀粉、牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用动物油、

18、米糠油等食品加工中，主要用于脱水、浓缩、分离、澄清、净化和固体分级等工艺过程。 砂糖糖蜜分离 奶制品工业牛奶分离 制盐工业的晶盐脱卤 淀粉工业中淀粉与蛋白质的分离,卧式离心机,基本结构和工作原理 卧式螺旋离心机的基本结构由三个部分组成：转筒部分、螺旋推料器和驱动装置。,第二节卧式螺旋离心机,应用 卧式螺旋离心机是化工聚烯行业、食品植物蛋白提取、工业废水污泥脱水处理等工序的关键设备，具有分离因数高，能实现对悬浮液的脱水、澄清、分级的操作，对分离物料的适应性强，单位生产能力的功耗低等特点。,在选用时考虑的几个方面： 1）对于细粒级难分离的悬浮液，采用高分离因数，大长径比的螺旋离心机来完成。 2）对

19、于固相浓度大的液液固三相悬浮液，采用特殊结构的螺旋离心机来完成。 3）对于固相颗粒粒度的分级，选择适当的分离因数和合理的结构。,碟式离心机分离设备 碟式分离机是由室式分离机发展来的。在转鼓里装有许多互相保持一定间距的锥形碟片，使液体在碟片间成薄层流动而进行分离。 优点：减少液体扰动，减小沉降距离，增加沉降面积，增加分离效率和生产能力。 碟式分离机用于乳浊液的分离和含有少量固相的悬浮液的澄清。在分离乳浊液时，往往还包含着液液固三相分离。,（1）按其进料和排液方式分为 敞开式 半密封式,密封式, 按卸料方式可分为 停机排除沉渣式； 连续运转分批自动排除沉渣式； 喷嘴排渣式,碟式离心机的工作原理 分

20、离机高速旋转形成一个强大的离心力场，料液在离心力场的作用下，由于物料的密度差的存在，重组分受到了较大的离心力沿着锥形碟片下表面滑移出沉降区，进入混流过渡区并汇聚喷嘴排出机外；而轻组分受到的离心力较小，汇聚向心泵室后排出机外。,分 离 用 分 离 机,分离用碟片,澄 清 用 分 离 机,蝶式离心机外形图,碟式离心机的主要结构 主要由转鼓、机壳、传动系统、控制系统和机座组成。 转鼓是碟式机的主要部件，由转鼓体、分配器、碟片、转鼓盖、锁环等组成。碟片呈倒锥形，锥顶角60100度，间距在0.310mm。,碟式离心机的驱动结构使离心机转子高速旋转，是离心机设计中的核心技术之一。 离心机的驱动结构应具有如

21、下的基本要求：工作转速范围内振动小，运行稳定可靠；转速精度高；升降速快；噪音低；体积小，结构简单。,碟式离心机的操作 碟式离心机是高速旋转的分离机，回转离心力极大，操作中要注意安全。 开机前，分离机必须按规定进行细致的清洗和正确的装配，以达到动平衡状态；在每次开机前认真检查转鼓的转动是否灵活，各机件是否锁紧，刹车是否处在松开状态，察看机座的油箱油面是否处于玻璃刻度位上，要防止虚油面的产生。 若停机12h以上，开机前应将排油螺栓旋松几圈，排出可能沉降的水分。,碟式离心机,应用 以若干叠加在一起的锥形碟片在高速旋转过程中对物料进行分离的设备，主要用于非均相的液液乳浊液分离和固液悬浮液的分离，广泛应

22、用于乳品加工、淀粉提取等生产领域。,蝶片式分离机,高速离心机,在分离乳浊液和极细颗粒的悬浮液时，需要有很大的离心力。转鼓内液体因旋转所产生的离心压力与转鼓半径及转速的平方成正比。为了减小鼓壁上所产生的应力，宜采用小直径、高转速的转鼓，故称高速离心机。 高速离心机分为管式离心机和倒锥式离心机。 管式离心机常用于动物油、植物油和鱼油的脱水及果汁、苹果浆及糖浆的澄清。 倒锥式离心机广泛用于奶油的分离和牛奶的净化、动植物油精制中的脱水和澄清、淀粉的分离和净化等 。,管式高速离心机 管式高速离心机具有很高的分离因数（1.5万6万），转鼓的转速可达80005万r/min。,为尽量减小转鼓所受的应力，采用较

23、小的鼓径；增大转鼓的长度，以保证物料在鼓内有足够的沉降时间，于是导致转鼓成为直径小而高度相对很大的管式构形。 特点：1、结构简单 2、运转平稳 3、可做分离、澄清两用 4、生产能力低,倒锥式离心分离机 如果采用转速较低而直径较大的转鼓，就必须将液流分成若干薄层，既加长了液流行程，又避免了分离后再混合，从而提高了分离效果。,第三节 旋流分离机械 旋液离心分离器又称旋液分离管、水力旋流器。广泛应用于食品、医药、化工行业等领域。它不仅可用于悬浮液的分离、增浓，而且可用于产品的分级，还可用于不互溶液体的分离、气液分离以及传热、传质和雾化的操作中。 其分级作业的分级粒度为0.0030.25，浓缩或澄清的

24、分级粒度小于15。,按照分离介质不同可分为：固液分离（除砂器）、固体筛选、液液分离（油水分离）、气液分离、气固分离（旋风除尘器）、气液固三相分离 按结构形式一般可分为：静态旋液分离器和动态旋液分离器两种。,结构： 旋液分离器由进料管 、溢流管 、圆管和锥管等部分组成,旋液分离器和旋风分离器的比较,相同点： 原理相同： 都采用离心分离的方法除去内部杂质。 结构相同： 就单个分离器而言，其结构大致相同。,不同点： 用途不同： 旋液分离器用于从液体中分离固体杂质， 旋风分离器用于从气体中分离固体杂质。 设备体积不同： 旋液分离器用于液体分离，液体密度较大，故单个分离 器的体积较小； 旋风分离器用于气

25、体分离，气体密度较小， 故分离器的 体积较大。 设备组装方式不同： 为了提高生产率，旋液分离器一般多个分离器并联使用， 而旋风分离器一般单个分离器即可使用。,原理： 不相溶且具有密度差的液体混合物，以一定的速度从入口进入旋液分离器后，在离心力场的作用下，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，并向上运动，最后作为溢流排出，达到液-液分离的目的。,旋液分离器优点： 结构简单紧凑、无传动部分、占地面积小。使用维护方便；物料在机器内停留时间短、生产率高；能在密闭的条件下加工，产品质量高。环境卫生和劳动条件较好；便于连续作业和生产过程的自动控制。 旋液分离器缺点：

26、 管子内壁易磨损。,用天然的或人工合成的高分子薄膜或其他具有类似功能的材料，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法，统称为膜分离法。 膜分离法用于液体和气体的分离。,第四节 膜分离设备,如果通过半透膜的不只是溶剂，而是有条件选择性地让某些溶质组分通过，因而溶液中不同溶质组分得到分离，该过程称为膜分离。 在分离的过程中，如果透过半透膜的只是溶液中的溶剂，由于分离则溶质获得了浓缩，此过程称为膜浓缩。,膜的种类,按膜的来源：天然膜和合成膜； 按膜的材料：树脂膜、陶瓷膜及金属膜； 按膜化学组成：纤维素酯类膜、非纤维素酯类膜； 按膜断面的物理形态或结构

27、：对称膜、不对称膜(指膜的断面不对称)、复合膜(通常是用两种不同的膜材料，分别制成表面性层和多孔支撑层)， 按膜的形状：平板膜、管式膜和中空纤维膜等。,目前硝酸纤维素膜和聚酰胺膜应用较为广泛。陶瓷膜和金属膜以其持有的性能和强度，在果蔬汁加工方面成为主导部件。,膜分离的特点,风味和香味成分不易失散； 易保持食品某些功效，如蛋白的泡沫稳定等。 不存在相变过程，节约能量。 工艺适应性强，处理规模可大可小，操作维护方便，易于实现自动化控制。,膜分离的方法与原理（一）反渗透原理,利用反渗透膜选择性透过溶剂（水）的性质，对溶液施加压力克服溶液的渗透压，使溶剂通过膜从溶液中分离出来。,（二）超过滤原理,超过滤膜在透