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1、第五章 食品分离设备,第一节 离心机 在乳品生产中，牛奶的脱脂、净化，或从桔皮中提取桔油、淀粉生产、豆浆生产等都要应用离心分离的方法，进行浆渣分离。一、离心分离的基础 1、什么是离心分离 所谓离心分离，就是在离心力的作用下，分离液相非均一系的过程。体现这种离心分离的设备叫离心机。2、离心分离的分类 按照操作性质，分为过滤式离心机（离心过滤）、沉降式离心机（离心沉降）和分离式离心机（离心分离）。,离心过滤：通常用于固相含量较高、颗粒较大的悬浮液的分离。过滤式离心机的转鼓壁上有孔，一般转鼓内壁上还铺设有滤网和滤布。转鼓回转时，液相在离心力的作用下穿过滤布、滤网及鼓壁上的开孔排出鼓外，而固相则被滤布
2、等过滤介质截流在转鼓内，形成滤渣，从而达到固液分离的目的。离心沉降：是用于固相含量较少，颗粒较细的悬浮液的分离。沉降式离心机的转鼓壁上无孔。当悬浮液随转鼓一起回转时，由于离心力的作用，固体颗粒因质量大而向鼓壁沉降，形成沉渣，在离心沉降的过程中，一般处理的悬浮液固相的容积浓度不超过5%，故亦称为离心澄清。离心分离：习惯上是指两种重度不同且不相溶的两种液体形成的乳浊液或含有微量固体的上述乳浊液的分离。分离时，在离心力的作用下，液体按重度不同而分布，重度较大的重相在外层，重度较小的轻相在内层，固相则沉降在鼓壁上，各部物料通过一定的装置分别引出。用于这种分离过程的设备被称为分离机。它的转鼓也是无孔的。
3、,3、离心分离的原理 物料在重力场中进行沉降时，由于重力场是均匀的，故物料中固体粒子或液体所受的力是不变的。而用离心机，在离心场内，物料产生的离心力随着旋转半径的不同而不同，且离心力场要比重力场大的多，所以采用离心分离机就可使悬浮粒子沉降速度大大加快，达到良好的分离效果。当离心机绕轴旋转时，物料所受的离心力为：（kg）式中：m 回转物料的质量 G 回转物料的重量 R 回转半径 V 旋转的圆周速度,而 故 由上式可知，离心力的大小，不仅与转鼓的半径R成正比，而且与转鼓转速n的平方成正比。因此，用提高离心机的转速来增大离心力，比增大转鼓的半径更为有效，但它将受到转鼓材料强度的限制，不能任意提高。所
4、以转速高的离心机，其转鼓直径相对较小，而转速低的离心机，其转鼓直径相对较大，道理就在于此。,4、衡量离心机的工作效能的主要特征是它的分离因数 分离因数是指离心加速度与重力加速度之比或离心力与重力之比。从而可知，分离因数大，意味着分离过程迅速，分离效果好，所能分离的微粒也越小；同时也意味着转速快，对制造转鼓及动平衡要求也相应提高。因此对那些分散度高、难分离的物料，要选用分离因数大的分离机。如牛奶和桔油的分离，均用高速离心机，其f3000。,二、离心机的分类1、按分离因数的大小，可将离心机分为：、常速离心机（f5000）主要用于分离超细粒的悬浊液和高分子胶体悬浮液。2、按操作原理，可将离心机分为：
5、、过滤式离心机 转鼓上有孔，n=10001500r/min，f不大。适于过滤晶体悬浮液或进行较大颗粒分离、物料的脱水。、沉降式离心机 转鼓上无孔，常用于不易过滤的悬浮液或植物蛋白等。、分离式分离机 转鼓上无孔，n4000r/min，f3000 常用于乳浊液的分离和悬浮液的增强。3、按操作方式分：间歇式、连续式。,三、离心机的振动与平衡 离心机同其他回转件一样，在运行时都有振动问题。它是影响安全生产的主要因素。产生振动的原因很多，主要有下述三种：回转件不平衡引起的振动 外力引起的振动 共振引起的振动,四、应用实例、碟片分离机 1、结构：碟式分离机是由室式分离机进一步发展而得。在转鼓里装有许多互相
6、保持一定间距的锥形碟片，使液体在蝶片间成薄层流动而进行分离，减少液体扰动，减小沉降距离，增加沉降面积，大大增加分离效率和生产能力。碟式分离机用于乳浊液的分离和含有少量固相的悬浮液的澄清。在分离乳浊液时，往往还包含着液液固三相分离。,2、碟式分离机分类、按其进料和排液方式分为 敞开式 半密封式,密封式,、按卸料方式可分为 停机排除沉渣式；连续运转分批自动排除沉渣式；喷嘴排渣式碟片分离机。,4、影响分离机分离效果的因素 碟片上开孔距轴线的远近，对澄清液的澄清度有影响。如要求轻液澄清度高，则开孔距轴线可近些，取。反之如果重液要求较高的澄清度，则（停留时间长或分离时间长，分离效果好）。,3、工作原理,
7、5、发展趋势 碟式分离机的发展趋势是进一步改善自动化控制系统，研制转鼓材料，提高转鼓的强度；研究转鼓内流体动力状态，改善转鼓结构，进一步提高分离效果和生产能力，以及进一步满足各种生产的工艺要求。,、三足式离心分离机 三足式离心机是世界上最早出现的离心机。它具有结构简单、适应性强、操作方便、制造容易等特点。经过不断改选这种古老的离心机至今仍然是机台数最多、应用范围最广的离心机。可分为：SS型上部卸料离心机,SD型吊袋式离心机,SG型三足式刮刀下卸料离心机,SGZ型全自动离心机,GLZ系列无基础立式刮刀下卸料自动离心机,ZLP型锥篮离心机,LD型吊袋离心机,1、GLZ型无基础立式刮刀卸料自动离心机
8、 是一种新型过滤式、刮刀卸料、间歇式离心机。它集多项高新技术于一体，如采用电脑触摸屏程序控制；变频驱动，电器制动；特殊加料装置，能实现均匀平稳加料和洗涤；定制的弹性阻尼减振装置，无需浇注基础；可应用于密闭、防爆场合等。该机可以过滤粒度0.005mm以上，固相浓度3%50%的悬浮液，处理能力从50kg/h5t/h。,、工作过程 整个工作可概括为五个过程。电机通过传动系统带动转鼓绕主轴轴心回转，形成离心力场，达到进料速度，可称为启动过程。被分离的悬浮液从顶部特殊的布料系统均匀进入，形成斜向扇形面到达转鼓，在离心力的作用下，甩向转鼓壁，沿鼓壁方向均匀布料，称为加料过程。液相经转鼓壁上的滤网与鼓壁滤孔
9、在工作转速下被抛向机壳空间，汇集在底盘内，经排液管排出，而固相存留在滤布的内侧，称为脱水过程。如果物料需要洗涤，则洗涤水通过洗涤管加入洗涤，称为洗涤过程。脱水完成后，转鼓降至低速运转，然后接通压缩空气，在气缸作用下刮刀先旋转进刀，然后自上而下运动逐层把滤饼刮下来，经转鼓的下部出料口卸出，称为卸料过程。卸料完成后，刮刀复位，转鼓升至加料转速，进行下一次循环。,、性能特点：处理量大，技术参数比SGZ型三足刮刀下卸料离心机高。易于实现密闭、防爆要求；对转鼓内外面进行精加工，大大改善了机器的动平衡，使机器运转平稳。并且刮料时，刮刀离鼓壁的距离可缩减至最小（13mm，也就是残余料层薄，普通三足离心机的残
10、余料层厚至少在58mm左右）；均匀加料和洗涤装置：本机采用专门设计的加料洗涤装置，可以确保加入的料液沿转鼓高度方向及周向均匀布料，一可避免布料不均引起的剧烈振动，二可大量节约洗涤水用量，并且洗涤效果佳；选用德国专业设计的离心机专用弹性阻尼减振器，改变过去三足离心机的悬挂支撑结构，使机器减振效果得到明显改善。机器可直接放置在平整的地面或楼板上，无需浇注基础和预埋地脚螺栓，方便了机器的搬运和安装；气动刮刀卸料机构，安全、方便、卫生；电气控制系统：机器采用PLC可编程序控制器和,触摸屏电脑程序设置，变频驱动、电器制动，并配置了先进的检测监控仪器，保证机器安全而可靠运行。可翻转上盖或整体外壳设计，方便
11、对转鼓的彻底清洗、更换滤布及检修与维护。翻开动作是通过气缸来实现，无需人工参与。全翻盖型 翻上盖型、典型用途：它广泛用于化工、食品、医药、矿业和环保等领域。,2、SG系列三足式刮刀下部卸料离心机,、适用范围：适用于粘度大、亲水性强、难分离的含中细度的颗粒状或纤维状物的悬浮液介质的分离。工作原理：SG系列三足式刮刀下部卸料离心机其分离原理为过滤型；进料卸料为间隙式。离心机在高速运转(装料转速)时，开始装料，介质经进料管，布料管至布料盘，在布料盘上获得足够的离心力而甩至转鼓壁，在离心力作用下通过滤网将液体滤出，液体(母液)经底盘集液槽至出液管排出，当滤饼重量(或体积)达到机器额定装料重量(或容量)
12、时，关闭进料阀，离心机加速至额定转速，对介质更进一步分离，如需要洗涤，打开洗涤阀，对滤饼进行洗涤，同时将洗涤液滤出，当达到分离要求后，离心机低速运转，刮刀装置按规定程序进行刮料，滤饼经转鼓卸料孔穿过从底盘卸料斗落至接料盘或输送带上，完成一次工作循环。,六、其他形式的分离机,上悬式离心机 它的操作方式为间歇式。各道工序的变换，过去主要靠人工控制，目前已逐步采用机械、气功、电气等元件实现半自动化或全自动操作。在传动方面也在不断改进，如主电机逐步采用二速或四速的交流电机以及直流电机来替换单速交流电机，以达到调速、节能等目的。此外，加大转鼓的容量也是发展方向。其次，如在进料控制、物料分布等方面也有改进
13、。,LW 卧式活塞推料离心机,第二节 过滤机一、过滤过程和过滤机的分类(一)过滤过程 过滤机是利用过滤原理对悬浮液进行固一液分离的机械。过滤操作一般可分为：过滤、洗涤、干燥、卸料四个阶段。1、过滤 悬浮液在推动力作用下，克服过滤介质的阻力，进行固-液分离，固体颗粒被截留，逐渐形成滤饼，且不断增厚，因此过滤阻力也随着不断增加，致使过滤速度逐渐降低。当过滤速度降低到一定程度后，必须停止过滤，否则会造成时间和动力的浪费。2、洗涤 停止过滤后，滤饼的毛细孔中包含有许多滤液，须用清水或其它液体洗涤，以得到纯净的固粒产品或得到尽量多的滤饼。,3干燥 用压缩空气吹或真空吸，把滤饼毛细管中存留的洗涤液排走，得
14、到含湿量较低的滤饼。4卸料 把滤饼从过滤介质上卸出，并将过滤介质洗涤，以备重新进行过滤。过滤介质是过滤机的重要组成部分。过滤介质一般必须具备以下条件：多孔性，使滤液容易通过，其孔道的大小应能使悬浮粒子得以截留；化学稳定性，如耐蚀性、耐热性等，足够的机械强度。工业上常用的过滤介质有三类：粒状介质，如细砂、石砾、炭等。织状介质，如金属或非金属丝编织的网或布。多孔性固体介质，如多孔陶瓷管等。为防止胶状微粒对滤孔的堵塞，有时用助滤剂(如硅藻土，活性炭等)涂于滤布上，然后按一定比例，均匀混合于悬浮液之中，一起进过滤机过滤，形成渗透性好、压缩性较低的滤饼，使滤液能顺畅流通。,(二)过滤机的分类 过滤机按过
15、滤推动力可分为：重力过滤机、加压过滤机和真空过滤机。按过滤介质的性质可分为：粒状介质过滤机、滤布介质过滤机、多孔陶瓷介质过滤机和半渗透膜介质过滤机等。按操作方法可分为：间歇式过滤机和连续式过滤机等。间歇式过滤机的特点：其过滤、洗涤、干燥、卸料四个操作工序在不同的时间内在过滤机的同一部位上依次进行。它的结构简单，但生产能力较低，劳动强度较大。连续式过滤机的特点：其四个操作工序在同一时间内在过滤机的不同部分上进行。它的生产能力较高，劳动强度较小，但结构较复杂。,二、过滤机的选型 过滤机选型时，必须考虑的因素有：1过滤的目的 过滤为了取得滤渣还是滤液或者二者都要。2滤浆的性质 滤浆的性质是指过滤特性
16、和物理性能。滤浆的过滤特性包括滤饼的生成速度、孔隙率、固体颗粒的沉降速度、固相浓度等。滤浆的物理性能包括粘度、蒸汽压、颗粒直径、溶解度、腐蚀性等。3其它因素 主要包括生产能力、操作条件、设备费用、操作费用等。4、要做到正确的选型除考虑以上因素外，必要时还须做一些过滤实验。,三、间歇式过滤机 间歇式过滤机有重力过滤器、板框压滤机、厢式压滤机、叶滤机等。(一)重力过滤器 砂滤器是一种最简单的过滤设备，是此类过滤机的代表。砂滤器内设多孔的支承板，在其上方堆放一定厚度的砂粒层作过滤介质，滤浆由上方加入，靠重力作用往下沉，固体杂质被砂层挡住，在砂层粒下方可得到澄清的滤液。经过一段时间的操作后，砂层的过滤
17、通道多为滤渣所堵塞，必须加以洗净，通常可用清水由底部送入，逆流冲洗，把滤渣由顶部带走。,(二)板框压滤机 1、结构 板框压滤机由多块滤板（洗涤板）和滤框交替排列组成，滤板和滤框的数量视生产能力和滤浆的情况可以增减。其结构如图所示。组装时，滤板与滤框之间加滤布，借手动螺杆或液压机构将其压紧，两相邻滤布之间的框间为过滤空间。滤布除起过滤介质的作用外，同时还起到密封垫图的作用，防止板与框之间的泄漏。滤扳和滤框的四个角上开有通孔，组装后形成滤浆、洗涤液和滤液的通道。,滤框,滤板,洗涤板,滤布,板框组合示意图,滤板-滤框-洗涤板-滤框,2、板框压滤机的工作原理、过滤流程 见下图，滤浆由滤框上方通孔进入滤
18、框空间，固粒被滤布截留，在框内形成滤饼。滤液则穿过滤饼和滤布而流向两侧的滤板，然后沿滤板的沟槽向下流动，由滤扳下方的通孔排出。排出口处装有旋塞，可观察滤液流出的澄清情况。如果其中一块滤板上的滤布破裂，则流出的滤液必然混浊，可关闭旋塞，待操作结束时更换。此种结构滤液排出的方式称明流式；另一种称暗流式的，滤液是由板框通孔组成的密闭滤液通道集中流出。这种结构较简单，且可减少滤液与空气的接触。,、板框压滤机的洗涤流程 如图。当滤框内充满滤饼后应停止过滤进行洗涤。洗涤液由洗涤滤板上方进A，穿过两层滤布和整个滤饼厚度，从相间的滤板下方流出，洗涤速率仅为过滤终了时过滤速度的14。板框压滤机的操作压力一般为(
19、3一10)xl06Pa。3、板框压滤机的特点是 过滤面积大、占地小、构造简单、制造方便、物料适应性强，但装拆劳动强度大、间歇操作、滤布消耗量大。,四、连续式过滤机 连续式过滤机常用的有：转鼓真空过滤机、团盘真空过滤机、带式过滤机等。(一)转鼓真空过滤机 转鼓真空连续式过滤机，过滤、第一次脱水、洗涤、第二次脱水、卸饼、滤布再生等项操作工序同时在转鼓的不同部位上进行，转鼓每回转一圈，完成一个操作循环。它的过滤推动力为真空，真空度一般为(0.5一O.8)106Pa(400600mm汞柱)左右。1、组成 转鼓真空过滤机主要由过滤转鼓、带有搅拌器的滤槽、分配头、卸料机构、洗涤装置和传动机构等组成。,2、
20、操作原理 如图所示。转鼓的直径一般为0.34.5m，长度为0.36m，转鼓外层覆盖滤布，内部有分隔成彼此独立的10一30个滤室。每个滤室都有联接管与中心的分配头连接，通过分配头使转鼓在转动过程中，各小室轮流地分别与真空或压缩空气管接通。转鼓浸在滤浆槽内，浸没深度约为转鼓直径13，转鼓浸没的圆弧部分与真空接通，把滤液吸入滤室，通过分配头引出机外，固体颗粒被截留在滤布上，形成滤饼，该区称过滤区，第一次脱水和洗涤区也与真空相通，把滤液和洗涤水吸入，通过分配头引出机外；第二次脱水区仍与真空接通，把滤饼中的水分进一步吸干，又称干燥区；卸饼和滤布再生区则与压缩空气接通，把滤饼吹松并用刮刀把滤饼从转鼓上卸下
21、，使滤布再生。（卸料区）,3、分配头结构 如图所示。它由转动盘和固定盘组成。转动盘安装在转鼓上，与转鼓一起转动，端面上有许多通孔，与转鼓小滤室的管道相连结，固定盘固定在机架上，其端面开有一些长通孔与真空管、压缩空气管、滤液管、洗液管等连接，转动盘和固定盘端面紧密接触，可以相对转动，但不得渗漏。当转鼓转动时，转动盘上的通孔依次与固定盘上的通孔对齐，与真空或压缩空气接通，从而使转鼓的某个小室依次轮流起到过滤、洗涤、干燥、卸料的作用。,4、特点 转鼓真空过滤机能自动连续操作、节省人力，过滤的适应性好，能处理粘性、具可压缩性滤饼及容易堵塞滤布的物料，但真空度受到热液体或挥发性液体的蒸汽压的限制，推动力小。设备费用较贵。,、带式过滤机 带式过滤机具有结构简单、不须分配头、过滤方向与沉降方向一致、洗液分离良好等优点，但有过滤面积不大、滤带利用率不高、占地大等缺点。适用于过滤粘滞的、含固量少的、具有挥发性的滤浆。,离心过滤,离心沉降,离心分离,通过对质点A的受力分析可知,质点A受的重力G、浮力F恒定，而其受的离心力C是随回转半径R的增大而显著增大的，故质点A在转鼓中的离心场远大于重力场，即其在径向上的离心速度远大于下降速度。所以分离因数大，意味着分离过程迅速，分离效果好，所能分离的微粒也越小,F,
