食品工程原理第二節(jié)離心沉降

1、 第二章第二章1第三節(jié)第三節(jié) 過(guò)濾過(guò)濾過(guò)濾是分離懸浮液最有效的單元操作之一過(guò)濾是分離懸浮液最有效的單元操作之一在化工、食品、生物工程中應(yīng)用十分廣泛在化工、食品、生物工程中應(yīng)用十分廣泛同時(shí)也可用于氣固混合物的分離同時(shí)也可用于氣固混合物的分離 第二章第二章23-1 3-1 基本概念基本概念一、一、過(guò)濾原理過(guò)濾原理 利用利用重力、離心力重力、離心力或人為造成的或人為造成的壓差壓差使懸浮液通過(guò)多孔使懸浮液通過(guò)多孔性過(guò)濾介質(zhì)，固體顆粒被截留，濾液穿過(guò)介質(zhì)流出，實(shí)現(xiàn)性過(guò)濾介質(zhì)，固體顆粒被截留，濾液穿過(guò)介質(zhì)流出，實(shí)現(xiàn)固固-液分離。液分離。 第二章第二章33-1 3-1 基本概念基本概念二、過(guò)濾方式分類二、過(guò)

2、濾方式分類 1、餅層過(guò)濾（表面過(guò)濾） 懸浮液懸浮液濾液濾液架橋現(xiàn)象濾餅是真正濾餅是真正有效的過(guò)濾有效的過(guò)濾介質(zhì)！介質(zhì)！ 懸浮液(濾漿)濾餅過(guò)濾介質(zhì)濾液 第二章第二章42、深層過(guò)濾 懸浮液中固體的體積濃度懸浮液中固體的體積濃度 0.1% 0.1%時(shí)可采用時(shí)可采用 。二、過(guò)濾方式分類二、過(guò)濾方式分類 常用于自來(lái)水廠常用于自來(lái)水廠的河水凈化！的河水凈化！ 第二章第二章5三、過(guò)濾介質(zhì)三、過(guò)濾介質(zhì) 篩網(wǎng)、織物纖維（棉麻、合成纖維篩網(wǎng)、織物纖維（棉麻、合成纖維 、金屬）、燒結(jié)玻璃等金屬）、燒結(jié)玻璃等 多孔介質(zhì)。多孔介質(zhì)。應(yīng)具備的條件： 足夠的機(jī)械強(qiáng)度足夠的機(jī)械強(qiáng)度 、盡可能小的流過(guò)阻力盡可能小的流過(guò)阻力

3、、較高的耐腐較高的耐腐蝕性蝕性 、一定的耐熱性一定的耐熱性 .濾布無(wú)論采用何種過(guò)濾方式，均需使用過(guò)濾介質(zhì)，在很無(wú)論采用何種過(guò)濾方式，均需使用過(guò)濾介質(zhì)，在很多情況下，多情況下，過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)是影響過(guò)濾操作的重要因素。是影響過(guò)濾操作的重要因素。 第二章第二章6四、濾餅與助濾劑四、濾餅與助濾劑 不可壓縮濾餅由剛性顆粒形成的濾餅，在過(guò)濾過(guò)程由剛性顆粒形成的濾餅，在過(guò)濾過(guò)程中中 ，顆粒形狀、空隙率保持不變，單位床層厚度的流動(dòng)，顆粒形狀、空隙率保持不變，單位床層厚度的流動(dòng)阻力視為定值。阻力視為定值。 可壓縮濾餅 由非剛性顆粒或較細(xì)的顆粒形成的濾餅，由非剛性顆粒或較細(xì)的顆粒形成的濾餅，在過(guò)濾過(guò)程中壓縮變形

4、，空隙率在過(guò)濾過(guò)程中壓縮變形，空隙率下降，單位床層厚度的流下降，單位床層厚度的流動(dòng)阻力增大。動(dòng)阻力增大。1、濾餅 第二章第二章7四、濾餅與助濾劑四、濾餅與助濾劑 改變?yōu)V餅的剛性，提高過(guò)濾速率。 助濾劑的基本條件 能形成多孔餅層的剛性顆粒，具能形成多孔餅層的剛性顆粒，具有良好的物理，化學(xué)性質(zhì)，價(jià)廉易得。有良好的物理，化學(xué)性質(zhì)，價(jià)廉易得。2、助濾劑常用的助濾劑：硅藻土，珍珠巖，碳粉，纖維素等 助濾劑的用法：預(yù)涂法，摻濾法 第二章第二章8濾餅顆粒間隙中殘留濾液過(guò)濾結(jié)束后用洗滌液（通常為清水）清洗目的：回收濾餅中濾液/得到較純凈的濾餅五、濾餅的洗滌五、濾餅的洗滌 第二章第二章9六、餅層過(guò)濾操作方式分類

5、六、餅層過(guò)濾操作方式分類 恒壓過(guò)濾：恒定壓差下進(jìn)行，最為常見(jiàn)。恒定壓差下進(jìn)行，最為常見(jiàn)。 恒速過(guò)濾：恒定的過(guò)濾速率下進(jìn)行恒定的過(guò)濾速率下進(jìn)行 ，但，但無(wú)法進(jìn)行到底無(wú)法進(jìn)行到底 。先恒速后恒壓：開(kāi)始恒速，當(dāng)表壓升至一定值后，轉(zhuǎn)入恒壓。開(kāi)始恒速，當(dāng)表壓升至一定值后，轉(zhuǎn)入恒壓。 第二章第二章103-2 濾液通過(guò)濾餅層的流動(dòng)濾液通過(guò)濾餅層的流動(dòng)假設(shè)液體在過(guò)濾餅層的網(wǎng)狀通道中流速非常低，處于層流狀態(tài)。流動(dòng)阻力:單位體積床層的表面積影響流動(dòng)阻力因素；一定體積流量下，通過(guò)床層不規(guī)則網(wǎng)狀通道的流速與流動(dòng)阻力成正比；流速與床層空隙的體積有關(guān)。工程應(yīng)用中，關(guān)注克服濾餅床層流動(dòng)阻力所需壓降。 第二章第二章11為計(jì)算

6、濾液所通過(guò)阻力，將顆粒床層進(jìn)行簡(jiǎn)化。為計(jì)算濾液所通過(guò)阻力，將顆粒床層進(jìn)行簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)化后規(guī)定：簡(jiǎn)化后規(guī)定：1 細(xì)管的內(nèi)表面積等于床層顆粒的全部表面積。細(xì)管的內(nèi)表面積等于床層顆粒的全部表面積。2 細(xì)管的全部流動(dòng)空間等于顆粒床層的空隙容積。細(xì)管的全部流動(dòng)空間等于顆粒床層的空隙容積。 第二章第二章123-3 恒壓過(guò)濾恒壓過(guò)濾22udlpf一、過(guò)濾基本方程式一、過(guò)濾基本方程式 根據(jù)圓管中根據(jù)圓管中層流層流的流動(dòng)阻力計(jì)算公式：的流動(dòng)阻力計(jì)算公式： 232dlupf其中：其中：pf=p 、d=d0（平均直徑）、（平均直徑）、l=L+Le濾餅厚度過(guò)濾介質(zhì)的當(dāng)量濾餅厚度duRe6464懸浮液懸浮液濾餅濾餅過(guò)濾介質(zhì)

7、過(guò)濾介質(zhì)濾液濾液 第二章第二章13一、過(guò)濾基本方程式一、過(guò)濾基本方程式dtdVAu01A0餅層通道的平均流通面積，餅層通道的平均流通面積，m2； 020)(32AddtdVLLpedtdV過(guò)濾速率，過(guò)濾速率，m3濾液濾液/s)(32200eLLpdAdtdV過(guò)濾過(guò)濾速度速度 第二章第二章14一、過(guò)濾基本方程式一、過(guò)濾基本方程式 AA0代入前式并整理： )(3220eLLpdAdtdV2032dr令r濾餅的比阻，濾餅的比阻，1/m1/m2 2 反映濾餅的結(jié)構(gòu)特征。反映濾餅的結(jié)構(gòu)特征。 )(eLLrpAdtdVAA0過(guò)濾面積餅層通道空隙面積空隙率空隙率P110 公式4-28 第二章第二章15一、過(guò)

8、濾基本方程式一、過(guò)濾基本方程式)(eLLrpAdtdV)(2eVVvrpAdtdVv=AL/V v濾餅與濾液的體積比。濾餅與濾液的體積比。m m3 3餅餅/ m/ m3 3液液 L=vV/A、 Le=vVe/A Ve當(dāng)量濾液體積，當(dāng)量濾液體積，m3 思考：恒壓過(guò)濾，恒速過(guò)濾時(shí)流速、壓力的變化 第二章第二章16p為定值，一定的懸浮液懸浮液和過(guò)濾介質(zhì)過(guò)濾介質(zhì)r、Ve、均為定值。二、恒壓過(guò)濾方程二、恒壓過(guò)濾方程當(dāng)設(shè)備確定，當(dāng)設(shè)備確定，A A一定一定 ：tVdtvrpAdVVeV002)()(2eVVvrpAdtdVtvrpAVeVV2222vrpK2令 tKAVeVV222恒壓過(guò)濾方程恒壓過(guò)濾方程

9、第二章第二章17二、恒壓過(guò)濾方程二、恒壓過(guò)濾方程tKAVeVV222令令 q=V/A qe=Ve/A Ktqqqe 22均為恒壓過(guò)濾方程均為恒壓過(guò)濾方程* 當(dāng)濾餅阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于當(dāng)濾餅阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于過(guò)濾介質(zhì)阻力時(shí)：過(guò)濾介質(zhì)阻力時(shí)： tKAV22Ktq 2&q 單位過(guò)濾面積上獲得的濾液體積 第二章第二章18三、過(guò)濾常數(shù)三、過(guò)濾常數(shù)K K、q qe e測(cè)定測(cè)定 恒壓條件下，測(cè)得恒壓條件下，測(cè)得t1、t2時(shí)間獲得的濾液體積時(shí)間獲得的濾液體積V1、V2 ：222221212122tKAVeVVtKAVeVVK、Ve及及qe=Ve/A KqqKqte21兩邊同除于兩邊同除于K、q Ktqqqe22或：

10、或：q qt2qe/K 第二章第二章19恒壓過(guò)濾方程式應(yīng)用例題恒壓過(guò)濾方程式應(yīng)用例題采用過(guò)濾面積為采用過(guò)濾面積為0.20.2m m2 2的過(guò)濾機(jī)，對(duì)某懸浮液進(jìn)行過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定。操作壓的過(guò)濾機(jī)，對(duì)某懸浮液進(jìn)行過(guò)濾常數(shù)的測(cè)定。操作壓強(qiáng)差為強(qiáng)差為0.150.15MPaMPa，溫度為溫度為2020，過(guò)濾進(jìn)行到，過(guò)濾進(jìn)行到5 5分鐘分鐘時(shí)，共得濾液時(shí)，共得濾液0.0340.034m m3 3；進(jìn)進(jìn)行到行到1010分鐘分鐘時(shí)，共得濾液時(shí)，共得濾液0.050 0.050 m m3 3。試估算（試估算（1 1）過(guò)濾常數(shù)）過(guò)濾常數(shù)K K和和q qe e ；（；（2 2）按這種操作條件，過(guò)濾進(jìn)行到按這種操作條件，

11、過(guò)濾進(jìn)行到1 1小時(shí)時(shí)的濾液總量。小時(shí)時(shí)的濾液總量。解解：（1）過(guò)濾時(shí)間）過(guò)濾時(shí)間t1300s時(shí)時(shí) 2311/17. 02 . 0034. 0mmAVqt2=600s時(shí)時(shí) 2322/25. 02 . 0050. 0mmAVqKqKqee60025. 0225. 030017. 0217. 022Ktqqqe 22聯(lián)立解之聯(lián)立解之 K=1.2610-4m2/s qe=2.6110-2 m3 /m2 第二章第二章20（2） Ve=A qe=0.22.6110-2=5.2210-3 m3V2+25.2210-3V=1.2610-40.223600 解之解之 V=0.130m3 tKAVeVV222由

12、由 第二章第二章2134 過(guò)濾設(shè)備過(guò)濾設(shè)備類型很多過(guò)濾設(shè)備類型很多按操作方式按操作方式 按產(chǎn)生壓差按產(chǎn)生壓差 壓濾壓濾吸濾吸濾離心離心 連續(xù)連續(xù)間歇間歇 壓濾是利用壓縮空氣壓濾是利用壓縮空氣或液體輸送設(shè)備在輸或液體輸送設(shè)備在輸送料液時(shí)產(chǎn)生的壓力送料液時(shí)產(chǎn)生的壓力為推動(dòng)力完成過(guò)濾。為推動(dòng)力完成過(guò)濾。 第二章第二章22 板框壓濾機(jī)板框壓濾機(jī)間歇操作間歇操作 壓濾設(shè)備壓濾設(shè)備由機(jī)頭（固定頭）、濾框、濾板、頭板、尾板、壓緊裝置等組成。由機(jī)頭（固定頭）、濾框、濾板、頭板、尾板、壓緊裝置等組成。 第二章第二章23框、板形狀框、板形狀 ：材料：材料：金屬（鑄鐵、碳鋼、不銹鋼、鋁）、塑料、木材等。金屬（鑄鐵、

13、碳鋼、不銹鋼、鋁）、塑料、木材等。 過(guò)濾面積：過(guò)濾面積：框框長(zhǎng)寬長(zhǎng)寬2 板板兩面兩面 板框壓濾機(jī)板框壓濾機(jī)為便于區(qū)別，將板、框邊上做上不同標(biāo)記！為便于區(qū)別，將板、框邊上做上不同標(biāo)記！ 第二章第二章24板框壓濾機(jī)的過(guò)濾與洗滌板框壓濾機(jī)的過(guò)濾與洗滌 P98圖圖過(guò)濾過(guò)程：過(guò)濾過(guò)程： 洗滌過(guò)程：洗滌過(guò)程： EdtdV)(EWdtdVdtdV)(41)(洗滌過(guò)程是過(guò)濾途徑的兩倍，面積卻是過(guò)濾面積的洗滌過(guò)程是過(guò)濾途徑的兩倍，面積卻是過(guò)濾面積的1/2 1/2 ！ 第二章第二章25生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力 ：TVQ總3600T=t+tw+tDV總總一個(gè)操作周期所獲得的濾液總量，一個(gè)操作周期所獲得的濾液總量，m3（生產(chǎn)

14、量）生產(chǎn)量）Q生產(chǎn)能力，生產(chǎn)能力， m3（濾液）濾液）/hT一個(gè)操作周期的總時(shí)間（過(guò)濾時(shí)間、洗滌時(shí)間、輔助時(shí)間）。一個(gè)操作周期的總時(shí)間（過(guò)濾時(shí)間、洗滌時(shí)間、輔助時(shí)間）。生產(chǎn)任務(wù)的調(diào)整：生產(chǎn)任務(wù)的調(diào)整：調(diào)節(jié)濾板、濾框數(shù)目即可。調(diào)節(jié)濾板、濾框數(shù)目即可。設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)：設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、過(guò)濾面積大，可用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、過(guò)濾面積大，可用于過(guò)濾細(xì)小顆?；蛘扯容^大的料漿。過(guò)濾細(xì)小顆?；蛘扯容^大的料漿。 板框壓濾機(jī)板框壓濾機(jī) 第二章第二章26主體主體轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)鼓 分配頭分配頭轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)固定盤(pán)固定盤(pán) 轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)速0.10.3r/min 第二章第二章27操作周期（旋轉(zhuǎn)一周）：操

15、作周期（旋轉(zhuǎn)一周）：過(guò)濾過(guò)濾脫水脫水洗滌洗滌脫水脫水吹松吹松卸料卸料轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)過(guò)濾面積：過(guò)濾面積： A=LD D轉(zhuǎn)鼓直徑，轉(zhuǎn)鼓直徑，m。 L轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)度，轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)度，m。 相當(dāng)于板框壓濾機(jī)一個(gè)操作周期的過(guò)濾面積！相當(dāng)于板框壓濾機(jī)一個(gè)操作周期的過(guò)濾面積！四個(gè)區(qū)：過(guò)濾區(qū)、脫水區(qū)、洗滌區(qū)、卸餅區(qū)。四個(gè)區(qū)：過(guò)濾區(qū)、脫水區(qū)、洗滌區(qū)、卸餅區(qū)。 第二章第二章28生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力 ：tVQ3600V旋轉(zhuǎn)一周得到的濾液體積，旋轉(zhuǎn)一周得到的濾液體積，m3t旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)濾時(shí)間，旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)濾時(shí)間，snt60o360浸沒(méi)角度（浸沒(méi)度） n每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) 。每旋轉(zhuǎn)一周的生產(chǎn)能力為每旋轉(zhuǎn)一周的生產(chǎn)能力為

16、 Q=60nVQ=60nV 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：適于處理量大而又容易過(guò)濾的料漿，對(duì)不易過(guò)濾的細(xì)、粘料漿可采適于處理量大而又容易過(guò)濾的料漿，對(duì)不易過(guò)濾的細(xì)、粘料漿可采用助濾劑的方法也很方便（刮刀稍微離開(kāi)轉(zhuǎn)鼓表面一定距離）。附用助濾劑的方法也很方便（刮刀稍微離開(kāi)轉(zhuǎn)鼓表面一定距離）。附屬設(shè)備較多，投資費(fèi)用高；濾餅含液量較高（約屬設(shè)備較多，投資費(fèi)用高；濾餅含液量較高（約3030）；料漿溫度）；料漿溫度不能過(guò)高。不能過(guò)高。轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī) 第二章第二章29過(guò)濾離心機(jī)過(guò)濾離心機(jī)有間歇式、連續(xù)式操作，三足式最為常見(jiàn)。有間歇式、連續(xù)式操作，三足式最為常見(jiàn)。 間歇操作、人工卸料間歇操作、人工卸料連續(xù)操作

17、連續(xù)操作顆粒破碎嚴(yán)重！沉降離心機(jī)沉降離心機(jī)過(guò)濾離心機(jī)過(guò)濾離心機(jī)區(qū)別？區(qū)別？ 第二章第二章30區(qū)別區(qū)別 第二章第二章31過(guò)濾式離心機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)鼓開(kāi)孔，附加過(guò)濾介質(zhì)通過(guò)攔截的方式做到固液二相分離的離心機(jī)我們統(tǒng)稱過(guò)濾式離心機(jī)，過(guò)濾式離心機(jī)適用于物料粘度小、固相顆粒不易變形(如結(jié)晶體)固相顆粒較大且小批量的生產(chǎn)的工況，多用于工業(yè)脫水。 沉降式離心機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)鼓為密閉桶狀，該設(shè)備工作原理是通過(guò)離心力做到固液二相分離，這種形式的離心機(jī)我們通稱沉降式離心機(jī)。沉降式離心機(jī)適用物料廣泛，如物料粘度大，固相顆粒小都能通過(guò)提高離心力的方式來(lái)達(dá)到固液二相分離的要求。 第二章第二章32 葉濾機(jī)葉濾機(jī) 主要構(gòu)件是矩形或圓形的濾葉

18、。濾葉由金屬絲網(wǎng)組成的框架上主要構(gòu)件是矩形或圓形的濾葉。濾葉由金屬絲網(wǎng)組成的框架上覆以濾布構(gòu)成，將若干個(gè)平行排列的濾葉組裝成一體，安裝在密閉的覆以濾布構(gòu)成，將若干個(gè)平行排列的濾葉組裝成一體，安裝在密閉的機(jī)殼內(nèi)，即構(gòu)成葉濾機(jī)。機(jī)殼內(nèi)，即構(gòu)成葉濾機(jī)。 葉濾機(jī)葉濾機(jī)操作：操作：懸浮液被加壓送懸浮液被加壓送入，濾液穿過(guò)濾布進(jìn)入入，濾液穿過(guò)濾布進(jìn)入絲網(wǎng)構(gòu)成的中空部分并絲網(wǎng)構(gòu)成的中空部分并匯集于下部總管流出，匯集于下部總管流出，顆粒則沉積在濾布上形顆粒則沉積在濾布上形成濾餅，當(dāng)濾餅達(dá)到一成濾餅，當(dāng)濾餅達(dá)到一定厚度時(shí)停止過(guò)濾并進(jìn)定厚度時(shí)停止過(guò)濾并進(jìn)行洗滌。視懸浮液的性行洗滌。視懸浮液的性質(zhì)和操作壓強(qiáng)的大小，質(zhì)和操作壓強(qiáng)的大小，濾餅厚度通常在濾餅厚度通常在535535mmmm之間。之間。 第二章第二章33優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：過(guò)濾面積大，設(shè)備緊湊，密閉操作，勞動(dòng)條件較好。過(guò)濾面積大，設(shè)備緊湊，密閉操作，勞動(dòng)條件較好。不必每次循環(huán)裝卸濾布，勞