大学课件 生物工程设备 液固分离设备

第四章液固分离设备第四章液固分离设备下游加工过程下游加工过程从发酵液、反应液中分离、纯化有关产品的过程统称为生物工程的下游加工过程（downstreamprocessing）从发酵液、反应液中分离、纯化有关产品的过程统称为生物工程的下游加工过程（downstreamprocessing）下游加工过程有液固分离、萃取、离子交换、蒸发浓缩、结晶、干燥，也包括发展中的生物技术如层析、膜分离、超临界萃取等单元操作下游加工过程有液固分离、萃取、离子交换、蒸发浓缩、结晶、干燥，也包括发展中的生物技术如层析、膜分离、超临界萃取等单元操作第一节液固分离设备概述第一节液固分离设备概述一、哪些工艺过程需要液固分离？一、哪些工艺过程需要液固分离？原料的预处理原料的预处理抗生素发酵液中菌丝体去除抗生素发酵液中菌丝体去除基因工程药物生产中菌体收集及处理基因工程药物生产中菌体收集及处理结晶体与母液的分离结晶体与母液的分离脱色后活性炭的去除脱色后活性炭的去除二、液固分离的方法——过滤和沉降1.过滤原理二、液固分离的方法——过滤和沉降1.过滤原理过滤是在推动力（重力、压强、离心力）作用下，利用液固微粒或颗粒尺度的差异使悬浮液通过某种多孔性过滤介质，固体颗粒被截留，滤液则穿过过滤介质流出从而实现液固两相分离的过程过滤是在推动力（重力、压强、离心力）作用下，利用液固微粒或颗粒尺度的差异使悬浮液通过某种多孔性过滤介质，固体颗粒被截留，滤液则穿过过滤介质流出从而实现液固两相分离的过程滤饼过滤滤饼过滤深层过滤深层过滤膜过滤膜过滤2.沉降原理2.沉降原理3.沉降速度3.沉降速度μρ−ρ=18)(gdwp2pt沉降是利用液固间密度差异，在重力场或离心力场中的速度差实现液固分离的过程。密度差越大越有利于分离，重力场或离心力场越大越有利于分离。沉降是利用液固间密度差异，在重力场或离心力场中的速度差实现液固分离的过程。密度差越大越有利于分离，重力场或离心力场越大越有利于分离。沉降速度的计算假设wt处斯托克斯定律区时沉降速度的计算假设wt处斯托克斯定律区时2wdRetppμρ=计算沉降速度验证是否符合假设？如符合，OK;如不符合，设其他区，直至符合。校正看例题计算沉降速度验证是否符合假设？如符合，OK;如不符合，设其他区，直至符合。校正看例题4.离心分离因素4.离心分离因素1800900900)(222226022dnrngrngrgrnf=≈===πωπ评价离心力大小的是离心分离因素，其定义是对象所离心力与重力的比值或在离心力场中的离心加速度与重力加速度的比值，以f表示评价离心力大小的是离心分离因素，其定义是对象所离心力与重力的比值或在离心力场中的离心加速度与重力加速度的比值，以f表示5.当量沉降面积离心机的当量沉降面积是指相当于重力沉降槽的面积，是离心机生产能力的重要参数5.当量沉降面积离心机的当量沉降面积是指相当于重力沉降槽的面积，是离心机生产能力的重要参数管式离心机管式离心机g2)RR3(h21222+πω=Σ碟片式离心机碟片式离心机θ−πω=Σtang3)RR(s231322g4)R4RR3R(lg2)RR3(l21122222222121++ωπ++ωπ=Σ卧螺机卧螺机6.离心机的生产能力实际工作中离心机的生产能力，单位时间的处理量。离心机产品说明中常用水通量表示。6.离心机的生产能力实际工作中离心机的生产能力，单位时间的处理量。离心机产品说明中常用水通量表示。Σ='twQ三、液固分离设备的分类三、液固分离设备的分类重力沉降离心沉降常压过滤（重力过滤）加压过滤过滤设备真空过滤离心过滤膜过滤重力沉降离心沉降常压过滤（重力过滤）加压过滤过滤设备真空过滤离心过滤膜过滤沉降设备沉降设备第二节过滤设备第二节过滤设备一、板框压滤机1.结构一、板框压滤机1.结构板框板框料液料液滤液滤液滤布滤布框框板板洗涤液洗涤液明流明流暗流暗流2.板框压滤机的特点2.板框压滤机的特点结构简单、操作容易、故障少、保养方便，机器使用寿命长，所需辅助设备少对物料的适应性强，既能分离难以过滤的低浓度悬浮液和胶体悬浮液，又能分离料液黏度高和接近饱和状态的悬浮液过滤面积选择范围广，可在3~1250m2间选用滤饼含湿量较低固相回收率高、滤液澄清度好滤布的检查、洗涤、更换较方便过滤操作压力大，可达1MPa，过滤操作稳定造价低、投资小间歇操作，辅助时间长，劳动强度大结构简单、操作容易、故障少、保养方便，机器使用寿命长，所需辅助设备少对物料的适应性强，既能分离难以过滤的低浓度悬浮液和胶体悬浮液，又能分离料液黏度高和接近饱和状态的悬浮液过滤面积选择范围广，可在3~1250m2间选用滤饼含湿量较低固相回收率高、滤液澄清度好滤布的检查、洗涤、更换较方便过滤操作压力大，可达1MPa，过滤操作稳定造价低、投资小间歇操作，辅助时间长，劳动强度大3.型号3.型号型号过滤面积m2框内尺寸mm滤饼厚度mm滤板数量pcs滤框数量pcs滤室容积L过滤压力MPa电极功率kW整机质量kgBAY4/450-30UBMY15/630-30UBAY30/800-30UBMY70/800-30U4153070450×450630×630800×800800×800303030309182354101924556022646010560.60.50.50.51.11.51.51.5893136825503830BMY70/800-30UBMY70/800-30U4.选型4.选型①考察需要处理的悬浮液的特性（处理量、黏度、含固量、滤速等）、处理要求、采用何种材质的板框压滤机、明流还是暗流、压紧方式等。确定大致的型号，原则：①考察需要处理的悬浮液的特性（处理量、黏度、含固量、滤速等）、处理要求、采用何种材质的板框压滤机、明流还是暗流、压紧方式等。确定大致的型号，原则：无菌过滤采用不锈钢滤液不能暴露和易挥发的的用暗流含固量高的用厚框考虑操作劳动强度不选手动压紧方式无菌过滤采用不锈钢滤液不能暴露和易挥发的的用暗流含固量高的用厚框考虑操作劳动强度不选手动压紧方式②计算板框压滤机的台数②计算板框压滤机的台数KnabciVKViVNFPF==③评估过滤时间③评估过滤时间VNA)i1(VF−=τ[例］现有发酵液30m3，经考察知其含固量为15%，滤速为0.018m3/m2h。假定板框充填系数为0.75，现有BMY60/800-30U,请确定板框台数，并预测过滤时间。解：从表4-3查得，BMY60/800-30U的过滤面积A=60m2,滤框容量VP=902L=0.902m3。（台）选7台（小时）由此，确定板框压滤机台数为7台，过滤时间3.37小时[例］现有发酵液30m3，经考察知其含固量为15%，滤速为0.018m3/m2h。假定板框充填系数为0.75，现有BMY60/800-30U,请确定板框台数，并预测过滤时间。解：从表4-3查得，BMY60/800-30U的过滤面积A=60m2,滤框容量VP=902L=0.902m3。（台）选7台（小时）由此，确定板框压滤机台数为7台，过滤时间3.37小时7.6595.075.015.030KViVNPF=××==37.3607018.0)15.01(30VNA)i1(VF=××−=−=τ二、真空鼓式过滤机二、真空鼓式过滤机真空鼓式过滤机真空鼓式过滤机真空鼓式过滤机原理真空鼓式过滤机原理分配头分配头真空鼓式过滤机流程真空鼓式过滤机流程真空鼓式过滤机流程真空鼓式过滤机流程真空鼓式过滤机的特点（与板框过滤机比）？真空鼓式过滤机的特点（与板框过滤机比）？微孔精密过滤微孔精密过滤管式薄膜过滤器管式薄膜过滤器三、三足式离心机三、三足式离心机对物料的适应性强，可通过调整分离操作时间来适应不同物料人工卸料的三足式离心机结构简单，制造安装、维修方便，成本低，操作方便。停机或低速下卸料，易于保持产品的晶粒不被破坏对物料的适应性强，可通过调整分离操作时间来适应不同物料人工卸料的三足式离心机结构简单，制造安装、维修方便，成本低，操作方便。停机或低速下卸料，易于保持产品的晶粒不被破坏三足式离心机特点：三足式离心机特点：弹性悬挂支承结构，能减少由于不均匀负载引起的振动，机器运转平稳整个高速回转机构集中在一个封闭的壳体中，易于实现密封防爆间歇操作，生产能力低人工上部卸料的三足式离心机劳动强度大弹性悬挂支承结构，能减少由于不均匀负载引起的振动，机器运转平稳整个高速回转机构集中在一个封闭的壳体中，易于实现密封防爆间歇操作，生产能力低人工上部卸料的三足式离心机劳动强度大第三节沉降设备第三节沉降设备主要内容：1.管式离心机2.螺旋式离心机3.碟片式离心机4.生物体分离离心机主要内容：1.管式离心机2.螺旋式离心机3.碟片式离心机4.生物体分离离心机工业应用（重力沉降、离心沉降）工业应用（重力沉降、离心沉降）沉降（重力沉降、离心沉降）沉降（重力沉降、离心沉降）离心机发明的故事离心机发明的故事GustafdeLaval（斯塔夫·迪·拉伐）(1845-1913)GustafdeLaval（斯塔夫·迪·拉伐）(1845-1913)牛奶分离机(1878年）牛奶分离机(1878年）碟片式离心机（碟片式离心机（2003年）2003年）沉降原理沉降是利用液固间密度差异，在重力场或离心力场中的速度差实现液固分离的过程。密度差越大越有利于分离，重力场或离心力场越大越有利于分离。沉降原理沉降是利用液固间密度差异，在重力场或离心力场中的速度差实现液固分离的过程。密度差越大越有利于分离，重力场或离心力场越大越有利于分离。自由沉降速度μρ−ρ=18)(gdwp2pt离心沉降速度μρ−ρω=18)(rdwp2p2c离心分离因素评价离心力大小的是离心分离因素，其定义是对象所受离心力与重力的比值或在离心力场中的离心加速度与重力加速度的比值，以f表示离心分离因素评价离心力大小的是离心分离因素，其定义是对象所受离心力与重力的比值或在离心力场中的离心加速度与重力加速度的比值，以f表示1800900900)(222226022dnrngrngrgrnf=≈===πωπ当量沉降面积离心机的当量沉降面积是指相当于重力沉降槽的面积，是离心机生产能力的重要参数当量沉降面积离心机的当量沉降面积是指相当于重力沉降槽的面积，是离心机生产能力的重要参数管式离心机g2)RR3(h21222+πω=Σθ−πω=Σtang3)RR(s231322碟片式离心机碟片式离心机卧螺机卧螺机g4)R4RR3R(lg2)RR3(l21122222222121++ωπ++ωπ=Σ离心机的生产能力实际工作中离心机的生产能力，单位时间的处理量离心机的生产能力实际工作中离心机的生产能力，单位时间的处理量Σ='twQ一、管式离心机一、管式离心机管式离心机用于液液、液固分离液体流向管式离心机用于液液、液固分离液体流向CEPA®Z81管式离心机CEPA®Z81管式离心机参数：•转速16000r/min•离心分离因素18000g•最大处理量2000L/h•渣容量8L•电机功率2.2kW•配合50~500升发酵罐参数：•转速16000r/min•离心分离因素18000g•最大处理量2000L/h•渣容量8L•电机功率2.2kW•配合50~500升发酵罐管式离心机的特点管式离心机的特点转速高、离心分离因素大，能分离液固密度差小的物料可用于液液、液固分离处理含固量小（5%）的液体分批式出渣，不适合于密闭要求的场合转速高、离心分离因素大，能分离液固密度差小的物料可用于液液、液固分离处理含固量小（5%）的液体分批式出渣，不适合于密闭要求的场合二、螺旋卸料离心机二、螺旋卸料离心机螺旋卸料离心机的结构螺旋卸料离心机的结构分离液出物料进齿轮箱分离液池深螺旋输送器固体在转鼓中的堆积离心机锥形脱水段固体排出口防磨保护背驱动小轴卧式离心机切面图卧式离心机切面图空心进料管及驱动轮立式螺旋离心机立式螺旋离心机卧螺离心机主要特点：应用范围广，能广泛地用于化工、石油、食品、制药，环保等需要液固分离的领域。能够完成固相脱水、液相澄清、液—液—固、液—固—固三相分离