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食品分离机械与设备(一)

  食品分离机械与设备(一)_机械/仪表_工程科技_专业资料。Chapter 4 分离机械与设备 第四章 食品分离机械与设备 过滤机械 第一节* 第二节* 第三节 离心机械 旋流分离机械 第四节 第五节 溶剂萃取设备 膜分离设备 第六节 第七节 dedecms.com

  Chapter 4 分离机械与设备 第四章 食品分离机械与设备 过滤机械 第一节* 第二节* 第三节 离心机械 旋流分离机械 第四节 第五节 溶剂萃取设备 膜分离设备 第六节 第七节 超临界流体萃取设备 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。 ? ? 几种典型的过滤装置: 中空纤维超滤 二氧化碳过滤器 活性碳过滤器 概 述 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。 发酵产品经常要经过分离纯化才能进入下一工序。 比如:淀粉、结晶或杂质等固形物料从原料液中的分离;纯净 水的制备;蛋白质的提纯以及提取天然有效成份等。要运用一 定的物理或化学方法,采用适当的分离机械与设备来实现。 分离过程是食品加工中一个十分重要的操作。分离 过程的的费用通常占生产总成本的70%甚至更高。 概 连续相为液体: ? ? 述 食品加工中典型的两大类混合物: ? 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; ? 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 ? ? 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 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。 分离的方法 ? ? ? ? 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。 第一节 过滤机械 一、概念 ? 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。 ? 在过滤的操作过程中: 滤浆:被过滤处理的悬浮液称为滤浆 滤渣:滤浆中被截留下来的固体微粒 滤饼:积聚在过滤介质上的滤渣层 滤液:透过滤饼和过滤介质的液体称为 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; ? ? 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 ? 过滤推动力:重力过滤机、加压过滤机、真空过滤机; ? 过滤介质的性质:粒状介质、滤布介质、多孔陶瓷介质 、半透膜介质过滤机等; ? 操作方法:间歇式过滤机、连续式过滤机。 四、典型的过滤机械 (一)板框压滤机* : 间歇式过滤机的一种,利用滤板支撑过滤介质,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: 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 2 主要结构及其作用 滤板: 分为洗涤板和非洗涤板,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 主要结构及其作用 滤布:分离滤浆和滤饼。 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(0.1-1MPa) 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。 ? 4 .工作过程 板框压滤机video 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 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。 (二) 转鼓真空过滤机 以抽真空为推动力的连续式过滤设备,其过滤介 质上游压力为大气压,下游压力为负压。推动力仅限 制在0.1MPa以下。 (二) 转鼓真空过滤机 ? 转鼓: ? 筛板组成的圆筒 (排水构件) ? 滤布覆盖其上 ? 低速旋转 ? ? ? ? ? 滤浆槽 搅拌器 刮刀 洗涤装置 各种阀腔、真空系统、 压缩空气机、传动系统 2.工作过程 过滤 第一次吸水 洗涤 滤布再生 完成一个操作循环,自动连续完成作业。 第二次吸水 卸饼 各项操作工序同时在转鼓的不 同部位上进行,转鼓每 回转一周, (二) 转鼓线.特点 主要用于悬浮液中颗粒度中等、粘度不太大的 物料。 优点: ①能连续工作,节省人力,生产能力大; ②可用调节转鼓速度来控制滤饼厚度和洗涤效果 ③滤布损耗少。 缺点: ①由于真空操作,过滤推动力有限,对难过滤物料适应性差; ②滤饼的洗涤不充分(滤饼仍含30%水分); ③设备费用高。 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、典型的离心分离机械 一、离心分离原理 原理: 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。 ? 具体可分为离心过滤、离心沉降、离心分离。 分离因子*: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,分离因子 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:淀粉于蛋白质分离; 油脂工业:食油精制; 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)操作原理 ? 过滤式离心机: 转鼓上有孔,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。 ? 沉降式过滤机: 转鼓上无孔,沉降分离,分离因数中,适用于分离不 易过滤的悬浮液。 ? 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)离心分离因数大小 ? 常速离心机: Kc ? 3000,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,用于分离乳状和细粒悬浮液; ? 超高速离心机: Kc ? 50000,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。 三、离心分离机的分类 操作方式:间歇式和连续式离心机; 转鼓主轴位置:卧式和立式离心机; 转鼓内流体和沉渣的运动方向:逆流式和并流式; 卸料方式: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; ? ? ? ? ? 分离工艺操作条件:常用型和密闭防爆型。 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; 四、典型离心分离机 (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* 。 (一)卧式螺旋卸料离心机 能在全速下实现进料、分离、洗涤、卸料等工 序,是连续卸料的过滤式离心机。 ? 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 (一)卧式螺旋卸料离心机 ? 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; ? ? ? 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。 工作过程 ? 悬浮液由进料管输入螺旋推料器 内腔。 料液通过料斗口喷铺在转鼓内衬 筛网上。 在离心力作用下,料液的液相通 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。 ? ? ? 特点 ? 优点: ? 连续性操作,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。 ? 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)碟式分离机 ? 应用 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。化学、制药和生化工业应用最广 泛。 ? 特点 A) 10-100个锥顶角为60-100?C的锥形碟片; B) 碟片距很短 0.5-2.5mm ,沉降距离极短, 分离效果高; C) 碟片多,沉降面积大,增加分离效果; D) 抗对流效果高。 (二)碟式分离机 ? 分类 ① 用途: 澄清用碟式分离机和分离用碟式分离机。 ② 进料和排液方式: 敞开式、半密封式、密封式。 ③ 按排渣方式: 人工排渣型、喷嘴排渣型、环阀排渣型。 主要结构 ? 转鼓:锥形碟片 ? 传动装置:主轴、离心摩擦联轴 节、螺旋齿轮等 它具有一密闭的转鼓,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 背面的狭条来调节和控制,一般碟 片间的距离为0.5-2.5mm。 工作特点 澄清用与分离用碟式分离 机结构上区别在于碟片和出液口。 澄清用: 碟片不开孔,出液口只有一个。 ? 悬浮液从中心管加入,经碟片 底架引到转鼓下方, ? 在离心力作用下,重度大的固 相颗粒沿碟片下表面沉积到转 鼓内壁,定期停机取出。 ? 澄清液则沿碟片上表面向中间 流动,由转鼓上部出液口排出。 分离用: 碟片开孔,出液口有两个(轻液、重液)。 ? 料液从中心管加入,由底架分 配到碟片层的“中性孔”位置, 分别进入各锥形碟片间,形成 薄层分离。 ? 密度小的轻液沿碟片上表面向 中心流动,由轻液口排出; ? 重液则沿碟片下表面流向转鼓 外层,经重液口排出。 ? 乳浊液含有少量固相时,它们 积沉于转鼓内壁上定期排渣。 5. 特点: 生产能力大,能自动连续操作,并可制成密闭、防 爆型。 6. 发展趋势: ? 进一步改善自动化控制系统; ? 研制转鼓材料,提高转鼓的强度; ? 研究转鼓内流体动力状态; ? 改善转鼓结构,进一步提高分离效果和生产能力, 以及更好地满足各种生产的工艺要求。 A、人工排渣碟片离心机 应用: A、液-液分离,并含少量固体, B、固-液分离,固相含量小于2%, C、澄清操作。 主要技术指标: A、分离因子10000g以上; B、颗粒直径0.02—20?m,固体含量 2%, C、 100 t/h。 优点: A、分离因子 10000g ; B、适合含少量 细颗粒的液液分离。 缺点: A 、转鼓与碟片间空隙大,不易发挥离 心机的高效分离性能; B 、停车清洗,生产效 率低,劳动强度大。 55 B、喷嘴排渣碟片离心机 应用: 多用于cell浓缩,浓缩比在5-20。 主要技术指标: A、分离因子5000g左右; B 、适应的颗粒直径 0.1-100?m ,固体 含量25%, C、喷嘴2-24个, D、转鼓d 900mm 优点: A 、颗粒富积好; B 、处理量大,可达 300t/h。 缺点: A、分离因子 5000g ,低,不适 合于小颗粒的分离;B、富积的颗粒 含水量大。 56 C、活塞排渣碟片离心机 应用: 多种颗粒的分离 (0.1——500?m 颗粒 ) ,固体含量 10%, 应用范围最广 主要技术指标: A、分离因子5000-9000g; B 、适应的颗粒直径 0.1—500?m ,固体含量 10%, C、处理量达40t/h, D、固液密度差0.01g/cm3。 优点: A、颗粒富积好;B、处理量较大40 t/h。 缺点: A、富积的颗粒含水量大;B、不适合于高固 体含量的发酵液(10%)。 57 离心设备的选择 基本参数 颗粒 d,固液 密度,粘度 固体物浓度 选择 基本型号 亚型 产物热稳定性 低温离心 流量Q, 规模 规格、台数 气溶胶,活cell 密封灭菌设计 59 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: 一种高效节能型的分离技术,其关键部分是旋流 分离器,简称旋流器。 ? 原理: 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。 基本概念与应用 ? 应用: 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。 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。 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。 内圆筒 外圆筒 切向入口 进料 溢流 内螺旋 外螺旋 锥形筒 基本构造 ? 1个分离腔: 圆柱形、圆锥形、柱-锥形 ? ? 1~2个入口 2个出口 关风器 (防止空气进入) 底流 溢流 切向入口 内螺旋 工作原理 ? 悬浮液从圆筒上部的切向口进入 器内,旋转向下流动。 ? 液流中的颗粒受离心力作用,沉 降到器壁,并随液流下降到锥形 底的出口,成为较稠的悬浮液而 排出,称为底流。 进料 外螺旋 锥形筒 关风器 (防止空气进入) ? 澄清的液体或含有较小较轻颗粒 的液体,则形成向上的内旋流, 经上部中心管从顶部溢流管排出, 称为溢流。 底流 三、旋流分离器的特点 ? ? ? 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 ? ? 缺点: 由于剪切作用,容易将液滴(油滴或水滴)打碎乳化而恶 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2 um左右。 ? 四、主要技术参数 ? ? ? ? 旋液分离器的圆筒直径一般为75~300 mm。 悬浮液进口速度一般为5~15 m/s。 压力损失约为50~200 kPa。 分离的颗粒直径约为10~40?m。 ? ? 旋液分离器和旋风分离器的比较 相同点: ① 原理相同,都采用离心分离的方法除去内部杂质。 ② 结构相同,就单个分离器而言,其结构大致相同。 ? 不同点: ① 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。 ② 设备体积不同,旋液分离器由于用于液体分离,其密度较大, 固单个分离器的体积较小;而旋风分离器由于用于气体分离, 其密度较小,固分离器的体积较大。 ③ 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。 copyright dedecms


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