食品分离机械与设备(一)

Chapter4分离机械与设备第四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。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。概述食品加工中典型的两大类混合物：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；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）；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。分离的方法第一节过滤机械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。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。2主要结构及其作用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video5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。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1．基本结构转鼓：筛板组成的圆筒(排水构件)滤布覆盖其上低速旋转(二)转鼓真空过滤机2．工作过程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，完成一个操作循环，自动连续完成作业。过滤第一次吸水洗涤第二次吸水卸饼滤布再生(二)转鼓真空过滤机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。3．特点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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。1）操作原理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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。2）离心分离因数大小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。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（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特点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。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。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。澄清用：碟片不开孔，出液口只有一个。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。分离用：碟片开孔，出液口有两个（轻液、重液）。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。55Ａ、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、100t/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。56Ｂ、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d900mm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