第七章过滤、离心与膜分离设备案例

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5.聚合物分子吸附在粒子表面后，直接形成絮团。
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（三）加入盐类：
除去高价无机离子。如利用草酸钠除去钙离子；利用三 聚磷酸钠除去镁离子;利用黄血盐除去铁离子等。
（四）调节pH：
调节发酵液pH至蛋白质等电点，除去蛋白质。大幅改变
pH，还能使蛋白质变性凝固。
（五）加入助滤剂：
助滤剂吸附了细小的胶体粒子，使其均匀分布于滤饼层 中，相应地改变滤饼结构，降低滤饼的可压缩性，减少过滤 阻力。 助滤剂：硅藻土、活性炭、石英砂、白土等。
m 2 rn 2 FP 900g
离心分离因数：
2 FP rn 2 vT f m g 900 gr
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离心分离原理与分离因数
• 碟式离心机的分离原理分离因数 工业上根据离心分离因数大小将离心机分为三类： ①普通离心机，f＜3000，一般为600～1200，可用于分 离0.01 ～1.0mm固体颗粒；
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滤框的作用：提供滤浆进入的空 间，容纳滤饼，总框数由其生产 能力和悬浮液固体浓度确定。
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板和框
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（二）板式压滤机
凹腔板式压滤机，又名箱式压滤机。 全由滤板并列而成。 滤板：凹面形圆盘，合并后形成凹 腔，板的两侧是滤布。 中央为进料孔。
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1 过滤速度的强化
1.2 过滤介质选择及操作条件优化
（一）过滤介质的选择
过滤介质除过滤作用外，还是滤饼的支撑物，应具有足够 的机械强度和尽可能小的流动阻力。
1、合理选择过滤介质取决于：
（1）过滤介质所能截留的固体粒子的大小 纤维 10um 硅藻土 1um 超滤膜 0.5um （2）过滤介质的渗透性 渗透性越大，阻力越小 （3）其他 耐酸碱性、耐热性
格，这些扇形格经过空心主轴的通道和分配 头的固定盘上的小室相通。
分配头的作用是使转筒内各个扇形格同真
空系统和压缩空气系统顺次接通。
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2 过滤设备
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3、运转过程：
在转筒的回转过程中，借分配头的作用，每个过滤室相继与
分配头的几个室相接通，使过滤面形成以下几个工作区。 （1）过滤区Ⅰ 浸在悬浮液内的各扇形格同真空管路接通， 格内为真空。滤液透过滤布，被压入扇形格内， 经分配头被吸出。而固体颗粒在滤布上则形成 一层逐渐增厚的滤渣。 （2）洗涤吸干区域Ⅱ 当扇形格离开悬浮液进入此区时，格内仍 与真空管路相通。滤饼在此格内将被洗涤并吸 干，以进一步降低滤饼中溶质的含量。
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2、工业上常用的过滤介质
（1）织物介质（滤布） 影响因素：纤维特性，编织的纹法和线型，耐热性，耐磨性， 耐酸性等等。 （2）粒状介质 硅藻土、珍珠岩石、细砂、活性碳、白土，发酵工业中最常 用的散粒过滤介质是硅藻土： 1.作为深层过滤介质过滤悬浮液。 2.作为预涂层。在支撑介质表面上预先形成硅藻土薄层，以 保护支持性介质的毛细孔在过滤时不被微小的颗粒所堵塞。 3.作为助滤剂。使形成的滤饼具有多孔隙，并降低滤饼的可 压缩性，提高过滤速度和延长过滤操作的周期。
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提高过滤速度，一方面可通过改变悬浮液的物理性质（预
处理），另一方面，选择适当的过滤介质和操作条件。
1.1 发酵液的预处理
目的：增大悬浮液中固体粒子的尺寸，除去无机离子和杂蛋 白质，降低液体粘度，便于有效分离。
（一）加热 ：
使蛋白质变性凝固；降低粘度。
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（二）凝聚和絮凝：
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2、结构
管式高速离心机是由转鼓、分离盘、 机壳、机架、传动装置等组成。 转鼓由三部分组成：顶盖、带空心轴 的底盖和管状转筒。
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3、操作过程
待分离的料液从转筒底部以0.25-0.30×106Pa的压力通入， 经折转器分布，十字形挡板使料液均匀分布于四周。 叶片与转筒同步旋转，使料液迅速达到与转筒相同的角 速度。 轻重液因受到的惯性离心力的大小不同而分层。重液贴 近转筒的内壁，轻液则紧挨着重液。由于待分离液在压 力下连续进入，管内分层的液体得以连续向上流动。轻 液自近轴心的流出孔排出，而重液则自远轴心的流出孔 排出。
浮液进行液固分离。
方法主要是过滤(最常用)和离心分离。 膜分离是目前新兴的过滤方法，在此也予以介绍。
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过滤、离心与膜分离设备
2、过滤
过滤是传统的化工单元操作，其原理是使物料通过
固态过滤介质时，固态悬浮物与溶液分离。如液相中谷 氨酸钠、柠檬酸晶体的分离。 过滤的形式：常压、加压、真空及离心过滤。
3、离心分离
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2 过滤设备
加压过滤机、真空过滤机在生物发酵工业中具有广泛的用途。而 常压过滤机由于过滤的推动力太小，现代工业上较少采用。
一、板框式及板式压滤机
（一）板框式压滤机 过滤 洗涤 卸渣 清洗滤布 过滤
滤板和滤框间隔排列，框两侧覆 以滤布，形成空腔供滤板支撑、 压紧。过滤板-滤框-洗涤板 滤板的作用：支撑滤布，提供滤 液流出的通道。正方形，角端开 有小孔，两面制成沟槽，与滤出 口和洗水孔道连通。
凝聚是将一种无机电解质（凝聚剂）加入到悬浮液中，将胶 体粒子表面上的电荷中和，减少存在于胶体粒子间的静电斥力， 使范德华力占优势，这样胶体就会凝聚成较大、较密实的粒子。
常用的凝聚剂有：硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝、三氯化铁、
硫酸亚铁等。
絮凝是将一种高分子电解质（絮聚剂）加入到悬浮液中，借高 分子电解质的长链作用，与离子产生静电作用，捕获粒子，中和
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1 过滤速度的强化
（3）多孔固体介质 如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等。常用于过滤含有少量
微粒的悬浮液。
过滤介质种类繁多，过滤机型式多种多样，滤浆的性质及分 离条件、目的各不相同，使得过滤介质的选择并非轻而易举。 正确选择过滤介质，一是靠经验，二是靠实验。
多孔陶瓷
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多孔玻璃
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2 过滤设备
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离心分离原理与分离因数
常用的离心机有管式离心机和碟式离心机。 • 管式离心机 悬浮液中微粒在轴向的运动速度：
r1 r2 r
2 2 d ( ) V 2lr12 s s 18 d s2 ( s ) g 2lr12 2 重力沉 18 g 降速度
（二）过滤条件的优化
dV 1 pF dt r 0l R
式中 t—— 过滤时间，s V——滤液体积，m³ △p——过滤压力差，Pa μ——滤液粘度，Pa· s r0——滤饼的质量比阻，1/ m² ɭ——滤饼层的厚度，m R——滤布阻力，1/m F——过滤面积，m²
(8-1)
(1)悬浮液物理性质的改变，如降低粘度、减少滤饼比阻和滤 饼层厚度（加入助滤剂和絮凝剂）。 (2)改变过滤压力差。在一定压力差范围内，增大压差对过滤 有利，但当压差大于某一值后，继续增大将使过滤速度减慢。
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3 离心分离设备
管式离心机分两种，一种是GF型，用于处理乳浊液而进行液一液 分离操作，轻重液流动到转鼓上部各自的排液口排出，微量固体 沉积在转鼓壁上，待停机后人工卸出。 另一种是GQ型，用于处理悬浮液而进行液一固分离的澄清操作。 密度较大的固体微粒逐渐沉积在转鼓内壁形成沉渣层，待停机后 人工卸出，澄清后的液相流动到转鼓上部的排液口排出。
4、缺点： 生产能力大，劳动强度小，推动力小（压 差），滤饼湿度大，投资大。
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2 过滤设备
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2 过滤设备
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2 过滤设备
动盘固定在转鼓轴颈上﹐与转鼓同步旋转。动盘端面有一圈孔。每 个孔与转鼓上对应的一个滤室相连。阀座不转动﹐其内侧端面上开 有三条弧形槽（滤液真空凹槽、洗水真空凹槽、压缩空气凹槽 ）， 分别与外侧的接管连通。阀座与动盘贴合，各弧形槽顺序与动盘上 的孔相通，旋转的滤室即可与固定的真空或压缩空气系统顺序联接， 使过滤操作循环进行。
碟片与碟片间的距离用附于碟片背面的具有一定厚度的狭条 来控制，碟片的距离为０.5-2.5mm。各碟片上有孔若干，各 孔的位置相同，于是各碟片相互重叠时形成一个通道。 简单的碟式离心机没有自动排渣 装置。 自动除渣碟式离心机在四壁上开
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第二节 过滤设备
（三）自动板框压滤机 特点： 板框压紧、过滤、洗涤、卸饼和清洗等操作可在10min内自动 完成。 板、框各有4个角孔，滤布是首尾封闭的整体，过滤、洗涤。 卸渣：拉开框，降框。 滤布洗涤：传动装置带动环形滤布围轴旋转。
降框、卸饼及洗刷滤布
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IFP自动板框压滤机工作原理图
• 过滤介质：一种能让液体通过，将固体粒子截留的介质。 • 滤渣：滤浆中的固体粒子。 • 滤饼：当悬浮液通过过滤介质时，固体颗粒被介质阻拦而 形成滤饼，当滤饼积至一定厚度时就起到过滤作用。 • 滤液：滤过的液体
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主要内容
第一节 过滤速度的强化 第二节 过滤设备
第三节 离心分离设备
第四节 膜分离设备
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3 离心分离设备
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3 离心分离设备
（二）碟式离心机的结构及操作

1、特点： 碟片式离心机是在1877年由瑞典的德拉阀斯所发明。它 是在管式离心机的基础上发展起来的。在转鼓中加入许 多重迭的碟片，增大了沉淀面积，使颗粒的沉降距离缩 短，分离效率大为提高。
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2、结构：
密闭转鼓内设有数十个至上百个锥角为60～120的锥形碟片。
离心分离是基于分离体系中固液和液液两相密度存
在差异，在离心场中使不同密度的两相相分离的过程。 静置混合液时，密度较大的固体颗粒或重液在重力的 作用下逐渐下沉，这一过程称为沉降。