过滤、离心与膜分离设备.ppt

过滤、离心与膜分离设备v 过滤速率的强化 发酵液的预处理 过滤介质选择v 过滤设备 板框式及板式压滤机 真空过滤机v 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v 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，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，而固体颗粒被截留，从而使液、固两相得以分离，如图所示。如图所示。.过滤推动力过滤推动力 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 发酵液的预处理发酵液的预处理目的：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：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选择过滤介质主要的特性：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：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。优化操作条件的目的主要是提高过虑速率。过滤方程过滤方程 dv 1 pF d r0R1、改善悬浮液的物理性质、改善悬浮液的物理性质2、优化操作条件、优化操作条件 恒压过滤：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：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 板板框式框式压滤机压滤机板框压滤机结构图板框压滤机结构图.过滤、离心与膜分离设备过滤设备 板板框式框式压滤机压滤机滤板和滤框滤板和滤框.过滤、离心与膜分离设备过滤设备 板板框式框式压滤机操作过程压滤机操作过程过滤阶段过滤阶段洗涤阶段洗涤阶段.过滤、离心与膜分离设备过滤设备 常用板常用板框式框式压滤机类型压滤机类型通常有BMS、BAS、BMY、BAY类型。BMS 40/635-25板框压滤机板框压滤机明流明流手动压紧手动压紧过滤面积过滤面积滤框规格滤框规格框厚度框厚度.过滤、离心与膜分离设备过滤设备 板式压滤机板式压滤机凹腔板式压滤机.过滤设备 自动板框压滤机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 真空过滤机真空过滤机过滤、离心与膜分离设备动画演示动画演示.过滤设备 真空过滤机真空过滤机过滤、离心与膜分离设备转筒真空过滤机转筒真空过滤机.过滤设备 真空过滤机真空过滤机过滤、离心与膜分离设备转筒结构及工作原理转筒结构及工作原理动画演示动画演示.水平回转翻盘式真空过滤器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 真空过滤机真空过滤机动画演示动画演示.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离心分离设备过滤离心分离设备过滤离心分离设备沉降式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离心分离原理与分离因数常用的离心机有常用的离心机有管式离心机管式离心机和和碟式离心机碟式离心机。管式离心机管式离心机r2r1r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常用离心机结构及选型 管式离心机的结构及操作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常用离心机结构及选型 碟式离心机的结构及操作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常用离心机结构及选型 螺旋卸料离心机的结构及操作螺旋卸料离心机的结构及操作动画演示动画演示.过滤设备过滤、离心与膜分离设备 离心分离设备的放大离心分离设备的放大 以等效时间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。以几何特征参数放大以几何特征参数放大 对于管式离心机，其几何特征参数 对于碟片式离心机，其几何特征参数.过滤设备过滤、离心与膜分离设备 膜分离设备膜分离设备 膜分离方法膜分离方法 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。过滤、超滤、气体透过等。膜进料浓缩液稀释液浓缩液渗透膜进料纯化液杂质渗析液进料透析.过滤设备过滤、离心与膜分离设备 膜分离方法膜分离方法膜盐水进料浓缩液水反渗透膜进料水微过滤膜进料浓缩液水超滤膜进料贫气富气气体透过.过滤设备 膜分离特点膜分离特点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开始时两边液面相面相同同由于浓度差存在，半透膜由于浓度差存在，半透膜又不允许溶质通过，所以又不允许溶质通过，所以水透过膜，使浓液一边液水透过膜，使浓液一边液面升高，产生渗透压面升高，产生渗透压在浓液边加压，当压在浓液边加压，当压力超过渗透压时，则力超过渗透压时，则水透过半透膜，即反水透过半透膜，即反渗透，实现分离过程。渗透，实现分离过程。渗透和反渗透原理示意图渗透和反渗透原理示意图.超滤工作原理超滤工作原理过滤设备过滤、离心与膜分离设备超滤是超滤是通过膜表面通过膜表面的微孔结构对物质的微孔结构对物质进行选择性分离。进行选择性分离。当液体混合物在一当液体混合物在一定压力下流经膜表定压力下流经膜表面时，小分子溶质面时，小分子溶质透过膜（称为超滤透过膜（称为超滤液），而大分子物液），而大分子物质则被截留，使原质则被截留，使原液中大分子浓度逐液中大分子浓度逐渐提高（称为浓缩渐提高（称为浓缩液），从而实现大、液），从而实现大、小分子的分离、浓小分子的分离、浓缩的目的。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。超超 滤滤过滤设备过滤、离心与膜分离设备.过滤设备过滤、离心与膜分离设备 膜膜 工业应用膜应具有的条件：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.不被细菌污染膜材料膜材料pH范围范围使用的上限温度使用的上限温度适用膜类型适用膜类型醋酸纤维醋酸纤维384045反渗透膜反渗透膜聚丙烯聚丙烯2104550超滤膜超滤膜聚烯烃聚烯烃1134550超滤膜超滤膜聚聚 砜砜11380超滤膜超滤膜聚醚砜聚醚砜11390超滤膜超滤膜几种常用膜的适用范围几种常用膜的适用范围几种常用膜几种常用膜.过滤设备过滤、离心与膜分离设备 膜分离过程膜分离过程浓差极化：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，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。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 膜分离设备膜分离设备 板式膜过滤器板式膜过滤器.进水进水透过水透过水浓缩液浓缩液耐压容器耐压容器透水板透水板半透膜半透膜板框式膜组件工板框式膜组件工作过程示意图作过程示意图特点：特点：结构简单，体积结构简单，体积比管式的小。比管式的小。缺点：缺点：装卸复装卸复杂，单杂，单位体积位体积膜表面膜表面积小。积小。.过滤设备过滤、离心与膜分离设备 膜分离设备膜分离设备 管式膜过滤器管式膜过滤器.管式反渗透膜组件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内压式管式膜组件的内部结构示意图特点特点:v 水力条件好，安水力条件好，安装、清洗、维修比装、清洗、维修比较方便。较方便。v 能耐高压，可以能耐高压，可以处理高粘度的原水。处理高粘度的原水。v 缺点是膜的有效缺点是膜的有效面积小，装置体积面积小，装置体积大，而且两端要较大，而且两端要较多的联结装置多的联结装置。淡水淡水膜表皮层膜表皮层玻璃纤维管玻璃纤维管进进水水.束式外压式膜组件束式外压式膜组件 1 1档圈；档圈；2 2集水密封环；集水密封环；3 3聚氯乙烯烧结板；聚氯乙烯烧结板；4 4锥形多孔橡胶塞；锥形多孔橡胶塞；5 5密封管接头；密封管接头；6 6进水进水口；口；7 7壳体；壳体；8 8橡胶胆；橡胶胆；9 9出水口；出水口；1010膜膜元件；元件；1111网套；网套；1212O O形密封圈；形密封圈；1313档圈槽；档圈槽；1414淡水出口淡水出口.中空纤维式膜分离器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。中空纤维膜组件是由中空纤维膜制成的。中空纤维外径中空纤维外径5020050200 m m，内径，内径2525 4242 m m。将数万至数十万根中空纤维制成膜束，膜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，膜束两端用环氧树分配原水用的多孔管，膜束两端用环氧树脂加固。脂加固。将其一端切断，使纤维膜呈开口状，并在将其一端切断，使纤维膜呈开口状，并在这一侧放置多孔支撑板。将整个膜束装在这一侧放置多孔支撑板。将整个膜束装在耐压筒内。耐压筒内。.过滤设备过滤、离心与膜分离设备 膜分离设备膜分离设备 中空纤维式膜分离器中空纤维式膜分离器动画演示动画演示.中空纤维反渗透组件简图中空纤维反渗透组件简图进水浓水浓水透过水透过水多孔进水管多孔进水管浓水出口浓水出口淡水出口淡水出口密封密封中空纤维膜中空纤维膜外径外径50200内径内径2542密封密封耐压容器耐压容器.中空纤维超滤膜设备中空纤维超滤膜设备.过滤设备过滤、离心与膜分离设备 膜分离设备膜分离设备 螺旋卷式膜分离器螺旋卷式膜分离器.密封密封密封密封密封密封螺旋卷式膜组件一个膜叶结构示意图螺旋卷式膜组件一个膜叶结构示意图多孔透水材料多孔透水材料膜，上下两层膜，上下两层.膜叶膜叶透水网状材料透过水透过水浓浓水水进进水水螺旋卷式膜组件组合示意图螺旋卷式膜组件组合示意图.膜组件的组装示意图膜组件的组装示意图进进水水口口耐压耐压容器容器连连接接器器膜膜组组件件密密封封圈圈端端盖盖透透过过液液浓浓缩缩液液.工工业业应应用用的的反反渗渗透透装装置置.工业工业应用应用的反的反渗透渗透装置装置的膜的膜组件组件之间之间的连的连接接.螺旋卷式反渗透装置的特点：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。结构紧凑，单位容积的膜面积大。处理能力高，占地面积小，操作方处理能力高，占地面积小，操作方便。便。缺点是不能处理含有悬浮物的液体，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、维于循环以及密封长度大，清洗、维修不方便，易堵塞。修不方便，易堵塞。.过滤设备过滤、离心与膜分离设备型式型式优点优点缺点缺点管式管式易清洗、无死角，适宜于处理含固体易清洗、无死角，适宜于处理含固体较多的料液，单根管子可以调换较多的料液，单根管子可以调换保留体积大，单位体积保留体积大，单位体积中所含过滤面积较小，中所含过滤面积较小，压力较大压力较大中空纤维中空纤维式式保留体积小，单位体积中所含过滤面保留体积小，单位体积中所含过滤面积大，可以逆洗，操作压力较低（小积大，可以逆洗，操作压力较低（小于于0.25MPa）动力消耗较低）动力消耗较低料液需要预处理，单根料液需要预处理，单根纤维损坏时，需调换整纤维损坏时，需调换整个模件个模件螺旋卷绕螺旋卷绕式式单位体积中所含有过滤面积大，换新单位体积中所含有过滤面积大，换新膜容易膜容易料液需要预处理，压力料液需要预处理，压力降大，易污染，清洗困降大，易污染，清洗困难难平板式平板式保留体积小，能量消耗介于管式和螺保留体积小，能量消耗介于管式和螺旋卷绕式之间旋卷绕式之间死体积大死体积大 各种膜装置性能的比较各种膜装置性能的比较.电渗析（电渗析（electrodialysis，简称简称EDED）电渗析的基本原理电渗析的基本原理 电渗析是在直流电场的作用下，以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、阳离子的选择透过换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性性(即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只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。质与水分离的一种物理化学过程。从从而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提而实现溶液的浓缩、淡化、精制和提纯纯的一种膜过程。的一种膜过程。.+阳极阳极阴极阴极Cl-Na阳膜阳极室阳极室Cl-Cl-Cl-NaNaCl-NaNaCl-Cl-NaNa浓缩室淡化室淡化室浓缩室阴极室阴极室阴膜阳膜阴膜v 电渗析过程原理图电渗析过程原理图.电渗析器电渗析器 电渗析器由电渗析器由膜堆、极区膜堆、极区和夹紧装置和夹紧装置三部分组成。膜堆三部分组成。膜堆位于电渗析器的中部，由阳膜、位于电渗析器的中部，由阳膜、浓（或淡）水室隔板、阴膜、浓（或淡）水室隔板、阴膜、淡（浓）水室隔板交替排列成淡（浓）水室隔板交替排列成浓水室和淡水室。极区位于膜浓水室和淡水室。极区位于膜堆两侧，包括电极、极水框和堆两侧，包括电极、极水框和保护室，其作用是供给电渗析保护室，其作用是供给电渗析器直流电，将原液导入膜堆的器直流电，将原液导入膜堆的配液孔，将淡液和浓液排出电配液孔，将淡液和浓液排出电渗析器，并通入和排出极水。渗析器，并通入和排出极水。压紧装置由盖板和螺杆组成，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，也可采用液压板和螺栓拉紧，也可采用液压压紧。压压紧。.实际应用的电实际应用的电渗析器渗析器.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v 过滤速率的强化 发酵液的预处理 过滤介质选择v 过滤设备 板框式及板式压滤机 真空过滤机v 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v 膜分离设备 膜分离方法 膜分离设备.