过滤、离心与膜分离设备.ppt
过滤、离心与膜分离设备,过滤速率的强化 发酵液的预处理 过滤介质选择 过滤设备 板框式及板式压滤机 真空过滤机,离心分离设备 分离原理与分离因数 常用离心机结构及选型 膜分离设备 膜分离方法 膜分离设备,滤饼过滤其基本原理是在外力（重力、压力、离心力）作用下，使悬浮液中的液体通过多孔性介质，而固体颗粒被截留，从而使液、固两相得以分离，如图所示。,过滤推动力,在过滤过程中，滤液通过过滤介质和滤饼层流动时需克服流动阻力，因此，过滤过程必须施加外力。外力可以是重力、压力差，也可以是离心力，其中以压力差和离心力为推动力的过滤过程在工业生产中应用较为广泛。,滤饼的压缩性和助滤剂（1）压缩性 若形成的滤饼刚性不足，则其内部空隙结构将随着滤饼的增厚或压差的增大而变形，空隙率减小，称这种滤饼为可压缩滤饼，反之，若滤饼内部空隙结构不变形，则称为不可压缩滤饼。,（2）助滤剂,若滤浆中所含固体颗粒很小，或者所形成的滤饼孔道很小，又若滤饼可压缩，随着过滤进行，滤饼受压变形，都使过滤阻力很大而导致过滤困难。可采用助滤剂以改善滤饼的结构，增强其刚性。,助滤剂通常是一些不可压缩的粉状或纤维状固体，能形成结构疏松的固体层。,常用的助滤剂有：硅藻土、纤维粉末、活性炭、石棉等。,过滤速率的强化,过滤、离心与膜分离设备,发酵液的预处理,目的：增大悬浮液中固体粒子的尺寸，除去高价无机离子和杂蛋白质，降低液体黏度，实现有效分离。方法：1.加热2.凝聚和絮凝3.加入盐类4.调节pH5.加入助滤剂,过滤速率的强化,过滤、离心与膜分离设备,过滤介质选择,过滤介质主要的特性：所能截留的固体粒子的大小和对滤液的透过性。常用过滤介质：1.织物介质(滤布)：由棉、毛、麻等织成的天然纤维滤布和合成纤维滤布；2.粒状介质：硅藻土、珍珠岩石、细砂、活性碳、白土；3.多孔固体介质：多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等。,过滤过程所用的多孔性介质称为过滤介质，过滤介质应具有下列特性：多孔性、孔径大小适宜、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。,过滤速率的强化,过滤操作条件优化,优化操作条件的目的主要是提高过虑速率。,过滤方程 dv 1 pF d r0R,1、改善悬浮液的物理性质,2、优化操作条件 恒压过滤：若过滤过程中保持过滤推动力（压差）不变，则称为恒压过滤。恒速过滤：若过滤时保持过滤速度不变，则过滤过程为恒速过滤。,过滤、离心与膜分离设备,过滤设备,板框式压滤机,板框压滤机结构图,过滤、离心与膜分离设备,过滤设备,板框式压滤机,滤板和滤框,过滤、离心与膜分离设备,过滤设备,板框式压滤机操作过程,过滤阶段,洗涤阶段,过滤、离心与膜分离设备,过滤设备,常用板框式压滤机类型,通常有BMS、BAS、BMY、BAY类型。,BMS 40/635-25,过滤、离心与膜分离设备,过滤设备,板式压滤机,凹腔板式压滤机,过滤设备,自动板框压滤机,过滤、离心与膜分离设备,过滤设备,自动板框压滤机,过滤、离心与膜分离设备,IFP自动板框压滤机工作原理图,降框、卸饼及洗刷滤布,过滤设备,真空过滤机,过滤、离心与膜分离设备,动画演示,过滤设备,真空过滤机,过滤、离心与膜分离设备,转筒真空过滤机,过滤设备,真空过滤机,过滤、离心与膜分离设备,转筒结构及工作原理动画演示,水平回转翻盘式真空过滤器,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,真空过滤机,动画演示,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,小型过滤实验装置及过滤的放大,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,小型过滤实验装置及过滤的放大,离心分离设备,过滤、离心与膜分离设备,离心分离设备,沉降式离心分离设备,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,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,r2,r1,r,悬浮液中微粒在轴向的运动速度：,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,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,物料在离心机中所受离心力为：,离心分离因数：,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,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：普通离心机，f3000，一般为6001200，可用于分离0.01 1.0mm固体颗粒；高速离心机，f300050000，可用于乳浊液的分离；超速离心机，f50000，适用于分散度较高的乳浊液的分离。,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,常用离心机结构及选型,管式离心机的结构及操作,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,常用离心机结构及选型,碟式离心机的结构及操作,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,常用离心机结构及选型,螺旋卸料离心机的结构及操作,动画演示,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,离心分离设备的放大,以等效时间放大 等效时间：依据离心力和离心时间的乘积来估计离心分离的难易程度。,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,膜分离设备,膜分离方法 常见的膜分离过程有渗透、透析、电渗析、反渗透、微过滤、超滤、气体透过等。,渗透,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,膜分离方法,过滤设备,膜分离特点,1.膜分离过程不发生相变化，能耗低。2.膜分离过程在常温下进行。3.不仅适用于有机物，无机物和病毒、细菌分离，还适用于一些共沸物近沸物的分离。,半透膜,半透膜,半透膜,(a)渗透,(b)平衡点和渗透压,(c)反渗透,渗透压,压力,反渗透原理,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,开始时两边液面相同,由于浓度差存在，半透膜又不允许溶质通过，所以水透过膜，使浓液一边液面升高，产生渗透压,在浓液边加压，当压力超过渗透压时，则水透过半透膜，即反渗透，实现分离过程。,渗透和反渗透原理示意图,超滤工作原理,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,超滤是通过膜表面的微孔结构对物质进行选择性分离。当液体混合物在一定压力下流经膜表面时，小分子溶质透过膜（称为超滤液），而大分子物质则被截留，使原液中大分子浓度逐渐提高（称为浓缩液），从而实现大、小分子的分离、浓缩的目的。,超滤技术的优点是操作简便，成本低廉，不需增加任何化学试剂，尤其是超滤技术的实验条件温和，与蒸发、冰冻干燥相比没有相的变化，而且不引起温度、pH的变化，因而可以防止生物大分子的变性、失活和自溶。在生物大分子的制备技术中，超滤主要用于生物大分子的脱盐、脱水和浓缩等。超滤法也有一定的局限性，它不能直接得到干粉制剂。对于蛋白质溶液，一般只能得到1050的浓度。,超 滤,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,膜,工业应用膜应具有的条件：1.较大的透过性；2.较高的选择性；3.机械强度好、耐热、化学性能稳定；4.不被细菌污染,几种常用膜的适用范围,几种常用膜,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,膜分离过程,浓差极化：当待分离液从膜面一侧流过时，靠近膜面的液体处于层流状态，水及小分子溶质透过膜，大分子溶质则被膜阻留。被阻留分子从膜面返回液体主流的速度，受分子通过层流区的扩散速度所控制，当这一速度低于被阻留分子在膜面聚集的速度，就逐渐在膜面上，行成一高浓度的被阻留的溶质分子层。随着浓差极化愈来愈严重，膜的滤出速度也愈来愈低。,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,膜分离设备,板式膜过滤器,进水,透过水,浓缩液,耐压容器,透水板,半透膜,板框式膜组件工作过程示意图,特点：结构简单，体积比管式的小。,缺点：装卸复杂，单位体积膜表面积小。,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,膜分离设备,管式膜过滤器,管式反渗透膜组件,管式膜组件又分为内压式和外压式,内压式管式膜组件的内部结构示意图,特点:水力条件好，安装、清洗、维修比较方便。能耐高压，可以处理高粘度的原水。缺点是膜的有效面积小，装置体积大，而且两端要较多的联结装置。,淡水,淡水,膜表皮层,玻璃纤维管,进水,束式外压式膜组件,1档圈；2集水密封环；3聚氯乙烯烧结板；4锥形多孔橡胶塞；5密封管接头；6进水口；7壳体；8橡胶胆；9出水口；10膜元件；11网套；12O形密封圈；13档圈槽；14淡水出口,中空纤维式膜分离器,中空纤维膜组件是由中空纤维膜制成的。中空纤维外径50200m，内径2542m。将数万至数十万根中空纤维制成膜束，膜束外侧覆以保护性格网，内部中间放置供分配原水用的多孔管，膜束两端用环氧树脂加固。将其一端切断，使纤维膜呈开口状，并在这一侧放置多孔支撑板。将整个膜束装在耐压筒内。,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,膜分离设备,中空纤维式膜分离器,动画演示,中空纤维反渗透组件简图,进水,浓水,透过水,多孔进水管,浓水出口,淡水出口,密封,中空纤维膜外径50200内径2542,密封,耐压容器,中空纤维超滤膜设备,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,膜分离设备,螺旋卷式膜分离器,密封,密封,密封,螺旋卷式膜组件一个膜叶结构示意图,多孔透水材料,膜，上下两层,膜叶,透水网状材料,透过水,浓水,进水,螺旋卷式膜组件组合示意图,膜组件的组装示意图,进水口,耐压容器,连接器,膜组件,密封圈,端盖,透过液,浓缩液,工业应用的反渗透装置,工业应用的反渗透装置的膜组件之间的连接,螺旋卷式反渗透装置的特点：,结构紧凑，单位容积的膜面积大。处理能力高，占地面积小，操作方便。缺点是不能处理含有悬浮物的液体，原水流程短，压力损失大，浓水难于循环以及密封长度大，清洗、维修不方便，易堵塞。,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,各种膜装置性能的比较,电渗析（electrodialysis，简称ED）,电渗析的基本原理 电渗析是在直流电场的作用下，以电位差为推动力，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性(即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过），而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯的一种膜过程。,电渗析过程原理图,电渗析器,电渗析器由膜堆、极区和夹紧装置三部分组成。膜堆位于电渗析器的中部，由阳膜、浓（或淡）水室隔板、阴膜、淡（浓）水室隔板交替排列成浓水室和淡水室。极区位于膜堆两侧，包括电极、极水框和保护室，其作用是供给电渗析器直流电，将原液导入膜堆的配液孔，将淡液和浓液排出电渗析器，并通入和排出极水。压紧装置由盖板和螺杆组成，其作用是将极区和膜堆组成不漏水的电渗析器整体，可采用压板和螺栓拉紧，也可采用液压压紧。,实际应用的电渗析器,过滤设备,过滤、离心与膜分离设备,膜技术在生物工程中的应用,收集细胞、滤除固体物质 产物的分离、浓缩和精制 小分子产品的生产 大分子产品的生产,小 结,过滤、离心与膜分离设备,过滤速率的强化 发酵液的预处理 过滤介质选择 过滤设备 板框式及板式压滤机 真空过滤机,离心分离设备 分离原理与分离因数 常用离心机结构及选型 膜分离设备 膜分离方法 膜分离设备,
