第四章別離機械與設(shè)備培訓(xùn)專用本章主要問題1.過濾操作根本原理2.過濾別離工作過程3.旋液器工作原理培訓(xùn)專用定義：食品生產(chǎn)的別離操作是將不同物理、化學(xué)等屬性的物質(zhì)，根據(jù)其顆粒大小、相、密度、溶解性、沸點等表現(xiàn)出的不同特點而將物質(zhì)分開的一種操作過程。混合物包括均相和非均相兩大類，非均相混合物是由具有分界界面的兩相所組成，而均相混合物那么沒有明顯的界面。培訓(xùn)專用發(fā)酵的產(chǎn)品經(jīng)常要經(jīng)過別離或凈化才能進入下一程序；淀粉、結(jié)晶或雜質(zhì)等固形物料從原料液中的別離；純潔水的制備；蛋白質(zhì)的提純以及提取天然有效成份等。要運用一定的物理或化學(xué)方法，采用適當?shù)膭e離機械與設(shè)備來加以操作，并在此過程中消耗一定的物料和能量。培訓(xùn)專用不同物性物質(zhì)的別離方法不同，別離一般采用過濾、蒸餾、重結(jié)晶、萃取、離心及吸附等方法。食品生產(chǎn)中的別離主要包括以下幾類?！?〕固-固別離固-固別離是根據(jù)不同固體顆粒的大小和密度等性質(zhì)來別離，如篩分，又可納入分級的范疇；培訓(xùn)專用〔2〕固-液別離固-液別離常利用過濾機等機械〔3〕固-氣別離固-氣別離常利用旋風(fēng)別離器等將乳粉顆粒從熱風(fēng)中的別離；〔4〕液-液別離液-液的別離可利用離心機等機械培訓(xùn)專用從別離的原理上，可將食品的別離設(shè)備分為兩大類。1．利用機械力和別離介質(zhì)來進行別離的操作，包括：①利用離心力別離的別離設(shè)備；②利用離心力和流體力學(xué)性質(zhì)中的慣性力來進行物料別離的旋液別離器；③利用機械力，在物料傳遞過程中通過過濾介質(zhì)進行別離、以及用在20世紀60年代后開展起來的膜別離技術(shù)。培訓(xùn)專用2．超臨界流體萃取技術(shù)，該技術(shù)利用某些溶劑在臨界值上所具有的特性來提取混合物中可溶性組分的一門新的別離技術(shù)。其他還有一些利用物理、化學(xué)或外表性質(zhì)的方法使分散相與分散介質(zhì)發(fā)生物性變化。培訓(xùn)專用第一節(jié)離心別離原理及設(shè)備分類〔一〕離心別離的原理在食品的生產(chǎn)中，經(jīng)常需要將固—固、固—液、液—液、固—液—液的混合物料中的組分加以別離，其中，固—液、液—液、固—液—液混合物料的別離操作，可稱之為非均相系別離操作。離心別離設(shè)備是利用別離筒的高速旋轉(zhuǎn)，使物料中具有不同比重的分散介質(zhì)、分散相或其它雜質(zhì)在離心力場中獲得不同的離心力，到達別離的目的。培訓(xùn)專用離心過濾：在有孔的鼓內(nèi)壁面覆以濾布，那么流體甩出而顆粒被截留在鼓內(nèi)的過程。離心沉降：對于鼓壁上無孔，且別離的是懸浮液，那么密度較大的顆粒沉于鼓壁，而密度較小的流體集中于并不斷引出的過程。離心別離：對于鼓壁上無孔且別離的是乳濁液，那么兩種液體按輕重分層，重者在外，輕者在內(nèi)，各自從適當位置引出的過程。培訓(xùn)專用離心機別離性能的指標用別離因素〔Kc〕表示。Kc=物料所受的離心力：重力=離心加速度：重力加速度培訓(xùn)專用〔二〕離心機分類1．按離心機的離心別離因數(shù)大小來分類〔1〕常速離心機α<3000，主要用于別離顆粒不大的懸浮液和物料的脫水?！?〕高速離心機3000<α<50000，主要用于別離乳狀和細粒懸浮液?！?〕超高速離心機α>50000，主要用于別離相不易別離的超微細粒的懸浮系統(tǒng)和高分子的膠體懸浮液。培訓(xùn)專用2．按操作原理的不同分類〔1〕過濾式離心機這是鼓壁上有孔，借離心力實現(xiàn)過濾別離的離心機?！?〕沉降式離心機這是一種鼓壁上無孔，借離心力實現(xiàn)沉降別離的離心機。〔3〕別離式離心機這是一種鼓壁上無孔，具有極大的轉(zhuǎn)速，一般在4000r/min以上，別離因數(shù)在3000以上的離心機。培訓(xùn)專用3．按操作方式的不同分類〔1〕間歇式離心機是指轉(zhuǎn)鼓對所承載的被別離而截留的物料有一定質(zhì)量限度的離心機?？筛鶕?jù)需要延長或縮短過濾時間，主要用以固—液懸浮混合液的別離。〔2〕連續(xù)式離心機整個設(shè)備的操作均在連續(xù)化狀態(tài)下，用于固—液懸浮液和液—液乳濁液的別離。培訓(xùn)專用4．按卸料方式分類〔1〕人工卸料離心機〔2〕重力卸料離心機〔3〕刮刀卸料離心機〔4〕活塞推料離心機〔5〕螺旋卸料離心機〔6〕離心卸料離心機〔7〕振動卸料離心機〔8〕進動卸料離心機5．按轉(zhuǎn)鼓主軸位置分類〔1〕臥式離心機〔2〕立式離心機培訓(xùn)專用離心機的應(yīng)用砂糖糖蜜別離奶制品工業(yè)牛奶別離制鹽工業(yè)的晶鹽脫鹵淀粉工業(yè)中淀粉與蛋白質(zhì)的別離培訓(xùn)專用第二節(jié)臥式螺旋離心機一、臥式螺旋離心機的根本結(jié)構(gòu)和工作原理1．臥式螺旋離心機的根本結(jié)構(gòu)由三個局部組成：轉(zhuǎn)筒局部、螺旋推料器和驅(qū)動裝置。培訓(xùn)專用第二節(jié)臥式螺旋離心機培訓(xùn)專用2．臥式螺旋離心機的工作原理工作原理如下圖。整個設(shè)備由固定局部和運轉(zhuǎn)局部兩大局部組成。培訓(xùn)專用培訓(xùn)專用二、臥式螺旋離心機的使用主要有脫水用臥式螺旋離心機和澄清用臥式螺旋離心機，前者較后者轉(zhuǎn)速低，螺徑大，螺距大。1．螺旋離心機的主要應(yīng)用應(yīng)用化工、輕工、食品和環(huán)保行業(yè)，適用對懸浮液的液體澄清、固體脫水及粒度分級和廢水處理等，并進行有效的沉渣輸送。具有可連續(xù)別離操作，對物料的適應(yīng)性強。在選用時考慮的幾個方面。培訓(xùn)專用〔1〕對于易別離物料的固相脫水，可以得到含液量較低的固體。〔2〕對于細粒級難別離的懸浮液,采用高別離因數(shù)，大長徑比的螺旋離心機來完成?！?〕對于固相濃度大的液—液—固三相懸浮液可采用特殊結(jié)構(gòu)的螺旋離心機來完成。〔4〕對固相顆粒粒度分級，適當?shù)膭e離因數(shù)和合理的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。培訓(xùn)專用三、碟式離心機別離設(shè)備結(jié)構(gòu)與應(yīng)用以疊加在一起的錐形碟片在高速旋轉(zhuǎn)過程中對物料進行別離的設(shè)備，主要用于液—液乳濁液別離和固—液懸浮液的別離，應(yīng)用于乳品加工、淀粉提取等生產(chǎn)領(lǐng)域。培訓(xùn)專用〔一〕碟式離心機的工作原理與結(jié)構(gòu)1．工作原理別離機高速旋轉(zhuǎn)形成一個強大的離心力場，料液在強大的離心力場的作用下，由于物料的密度差的存在，重組分受到了較大的離心力沿著錐形碟片下外表滑移出沉降區(qū)，進入混流過渡區(qū)并會聚噴嘴排出機外；而輕組分因受到的離心力較小，會聚向心泵室后排出機外，完成整個過程。培訓(xùn)專用2．碟式離心機的主要結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)鼓、機殼、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和機座組成。轉(zhuǎn)鼓是碟式機的主要部件，由轉(zhuǎn)鼓體、分配器、碟片、轉(zhuǎn)鼓蓋、鎖環(huán)等組成。碟片呈倒錐形，錐頂角600～1000，間距在0.3～10mm。培訓(xùn)專用蝶式離心機外形圖培訓(xùn)專用2．碟式離心機的主要結(jié)構(gòu)碟式離心機的驅(qū)動結(jié)構(gòu)使離心機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，是離心機設(shè)計中的核心技術(shù)之一，應(yīng)保證離心機可靠地運行，具有較高的別離效率、高質(zhì)量的別離效果。離心機的驅(qū)動結(jié)構(gòu)應(yīng)具有如下的根本要求：①工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)振動小，運行穩(wěn)定可靠；②轉(zhuǎn)速精度高；③升降速快；④噪音低；⑤體積小，結(jié)構(gòu)簡單。培訓(xùn)專用碟式離心機的驅(qū)動結(jié)構(gòu)從人力驅(qū)動開始，經(jīng)歷了油透平驅(qū)動、空氣透平驅(qū)動，開展到至今采用了高速電機——增速機構(gòu)和電機直接驅(qū)動的過程。培訓(xùn)專用3．碟式離心機的操作碟式離心機是高速旋轉(zhuǎn)的別離機，回轉(zhuǎn)離心力極大，操作中，要注意平安。開機前，別離機必須按規(guī)定進行細致的清洗和正確的裝配，以到達動平衡狀態(tài)，并且在每次開機前認真檢查轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)動是否靈活，各機件是否鎖緊，剎車是否處在松開狀態(tài)，觀察機座的油箱油面是否處于玻璃刻度位上，要防止虛油面的產(chǎn)生。假設(shè)停機12h以上，開機前應(yīng)將排油螺栓旋松幾圈，排出可能沉降的水分。培訓(xùn)專用第三節(jié)旋液離心別離機械與設(shè)備旋液離心別離器又稱旋液別離管、水力旋流器。廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工行業(yè)等領(lǐng)域，如在淀粉的別離和提純工藝中被普遍使用。它不僅可用于懸浮液的別離、增濃，而且可用于產(chǎn)品的分級，此外，還可用于不互溶液體的別離、氣液別離以及傳熱、傳質(zhì)和霧化的操作中。培訓(xùn)專用1．旋液離心別離機械與設(shè)備的原理和結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)如下圖，也是一種離心沉降式別離器，其結(jié)構(gòu)緊湊，操作維修方便，可實現(xiàn)連續(xù)操作，造價低廉，使用壽命長。培訓(xùn)專用培訓(xùn)專用原理：在互不相溶且具有密度差的液體混合物以一定的方式及速度從入口進入旋液別離器后，在離心力場的作用下，密度大的相被甩向四周，并順著壁面向下運動，作為底流排出；密度小的相向中間遷移，并向上運動，最后作為溢流排出，到達液-液別離的目的。培訓(xùn)專用按照別離介質(zhì)不同可分為：固—液別離〔除砂器〕、固體篩選、液—液別離〔油水別離〕、氣—液別離、氣—固別離〔旋風(fēng)除塵器〕、氣—液—固三相別離按結(jié)構(gòu)形式一般可分為：靜態(tài)旋液別離器和動態(tài)旋液別離器兩種。2．旋液離心別離機械與設(shè)備的特點與應(yīng)用結(jié)構(gòu)特點是直徑小而圓錐局部長，所以又被稱之為旋液別離管。培訓(xùn)專用在操作中帶壓漿料在進入旋液別離器后，會產(chǎn)生較大的壓降，旋液別離器的壓力應(yīng)略高于整個系統(tǒng)的壓損〔不大于0.3MPa〕。不同的加工環(huán)節(jié)對壓力的要求不一同，對用于除泥砂、粗分環(huán)節(jié)的旋液別離器，0.6MPa左右，用于淀粉洗滌或者回收蛋白質(zhì)的旋液別離器，其工作壓力還要高一些。培訓(xùn)專用第四節(jié)膜別離設(shè)備膜別離是近20年來在迅速崛起的高新技術(shù)，利用天然或人工合成的高分子半透膜別離的方法，利用膜兩側(cè)的壓力差或電位差為動力，使流體中的某些分子或離子透過半透膜或被半透膜截留下來，以獲得或去除流體中某些成分的一種別離技術(shù)。如果通過半透膜的不只是溶劑，而是有條件選擇性地讓某些溶質(zhì)組分通過，因而溶液中不同溶質(zhì)組分得到別離，該過程稱為膜別離。培訓(xùn)專用膜別離技術(shù)的核心是膜，膜的選擇性是別離的關(guān)鍵，膜別離技術(shù)所包含的方法有多種，較常使用的有：〔1〕超濾〔ultrafiltration〕，簡稱UF法；〔2〕反滲透〔reverse-osmosis〕，簡稱RO法；〔3〕電滲析〔electrodialysis〕，簡稱ED法；〔4〕微孔過濾〔microfiltration〕，簡稱MF法。培訓(xùn)專用一、膜別離設(shè)備的原理和特點1．膜別離的原理反滲透和超濾是以壓力差為推動力的膜別離技術(shù)。水溶液與具有微孔的薄膜互相接觸，由于膜的化學(xué)性質(zhì)使它對水溶液中的溶質(zhì)具有排斥作用，結(jié)果，靠近膜外表的濃度梯度急劇下降，在溶液-膜的界面上形成一層被吸附的純水層。反滲透就是在壓力存在下使水不斷通過膜上的毛細孔滲出，溶質(zhì)那么被膜截留。培訓(xùn)專用“篩分〞理論是把膜外表看成具有無數(shù)微孔，利用這些不同孔徑的孔眼像篩子一樣截留住分子直徑相應(yīng)大于它們的溶質(zhì)和顆粒，從而到達了別離的目的。通常對超濾機理的闡述有下述兩種模型：〔1〕毛細流動模型溶質(zhì)的脫除靠流過過濾或篩濾作用，半透膜阻止了大分子的通過，按這一模型建立的流動是毛細孔中的層流流動；〔2〕溶解擴散模型假定擴散質(zhì)的分子，先溶解于膜的結(jié)構(gòu)材料中，后經(jīng)載體的擴散而傳遞。因為分子不同，溶解度和擴散度也就不同。培訓(xùn)專用培訓(xùn)專用2．膜別離的應(yīng)用范圍根據(jù)膜別離技術(shù)過程推動力的不同，大體上可分為兩類：以壓力為推動力的超濾和反滲透，以電力為推動力的電滲析，電滲析使用的是被稱為離子交換膜的特殊半透膜。培訓(xùn)專用膜別離技術(shù)目前已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于海水、苦咸水淡化，超純水制備，廢水處理過程以及食品工業(yè)中的牛奶、乳清蛋白、茶葉的濃縮和其他食品的精制、提純與濃縮。此外，在染料工業(yè)、化學(xué)工程和生物工程、航天技術(shù)上亦被得到廣泛的應(yīng)用。比方反滲透和超濾在醫(yī)療行業(yè)方面用于血過濾、人工血液的制造、人參蜂王漿處理、中草藥制劑的精制、病菌、酶、病毒、核酸、蛋白質(zhì)等生理活性物質(zhì)的濃縮、別離、精制以及激素的精制等。培訓(xùn)專用3．膜性能膜是反滲透和超濾的主要材料，也是電滲析的主要材料，是膜別離技術(shù)的中心，膜別離技術(shù)的提高，關(guān)鍵取決于膜性能的改進?！?〕膜別離技術(shù)對膜性能的要求膜性能主要是指膜的物理和化學(xué)性能以及膜的別離透過性。培訓(xùn)專用〔2〕膜材料膜的材料及其材質(zhì)在很大程度上決定了膜的功能。膜材料的開展經(jīng)歷了3個階段。第1階段是醋酸纖維素膜，也稱CA膜，價格廉價，性能也好，PH值3.5～9.5，且使用的溫度較低，抗污染性差，在強酸和弱堿作用下會水解；培訓(xùn)專用第2代膜材料是高性能的合成材料，如聚砜、聚丙烯腈以及改性纖維等，可經(jīng)受強酸強堿，在高壓下抵抗破壞能力強，耐氧化、耐腐蝕、抗污染性好，是目前應(yīng)用最為廣泛的膜材料；第3代膜材料以無機膜為代表，如多孔性陶瓷、多孔性玻璃以及多孔性金屬等，耐溫達400℃。培訓(xùn)專用4．膜別離設(shè)備的原理〔1〕超濾設(shè)備的工作原理在超濾中，如果顆粒小到亞微細粒的程度，半透膜孔的大小也要趨近于能阻止溶液中大分子的通過，這種利用半透膜的微孔過濾以截留溶液中大溶質(zhì)分子的操作稱為超濾，而這樣的半透膜那么被稱之為超濾膜，超濾的驅(qū)動力是壓差，通常高達1.0MPa，在溶液側(cè)加壓，使溶劑和小分子透過膜而得到別離。培訓(xùn)專用培訓(xùn)專用〔2〕反滲透的工作原理〔a〕圖所示為在半透膜兩側(cè)的溶劑和由溶質(zhì)與溶劑組成的溶液。在沒有外力的作用下，左側(cè)溶劑分子會自動穿過半透膜流向右側(cè)溶液。因溶劑的流動，在高濃度溶液區(qū)域形成一個滲透壓頭，到達滲透的平衡。如果在溶液的一側(cè)〔膜的右側(cè)〕加上一個大于滲透壓的壓力，那么高濃度溶液區(qū)域的溶劑〔水〕會穿過半透膜流向低濃度溶液〔或溶劑〕的一側(cè)，這種現(xiàn)象稱之為反滲透。反滲透的動力也是壓力。培訓(xùn)專用培訓(xùn)專用〔3〕電滲析的工作原理如下圖，進入第1、3、5、7室的水中離子，在直流電場作用下作定向移動，陽離子向陰極移動，透過陽膜進入極水室以及2、4、6室，陰離子那么向陽極移動，透過陰膜進入2、4、6、8室。培訓(xùn)專用培訓(xùn)專用二、膜別離設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用〔一〕超濾與反滲透設(shè)備的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用利用超濾進行食品的濃縮和提純可充分保存食品原有風(fēng)味和香味成分，因為沒有物料相態(tài)的變化，對料液的物化結(jié)構(gòu)沒有破壞?！?〕純水和超純水的制備工業(yè)用水的初級純化，污水和苦咸、海水淡化的處理。培訓(xùn)專用〔2〕生物制藥酶、病毒、毒素、噬菌體及各種蛋白質(zhì)稀溶液的濃縮、脫鹽和提純；醫(yī)用水處理；血液及生物制品的濃縮精制；〔3〕食品工業(yè)飲料、飲用水的除菌凈化，礦泉水的澄清制備，豆制品及乳品加工，有價值物質(zhì)的回收。超濾用于脫脂乳的濃縮，可制取含蛋白質(zhì)達50～80%的脫脂濃