(高等教育)生物工程学课件

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1、第九章过滤、离心、膜分离设备教学目的与要求：了解发酵液处理的方法，掌握常用过滤、离心设备。重点与难点：过滤速度强化的方法，常用过滤、离心设备。讲授内容：第一节过滤速度的强化第二节过滤设备第三节离心分离设备第四节膜分离设备思考题1.名词解释：过滤介质的渗透性、离心分离因数2.过滤介质的技术特性？3.悬浮液中颗粒能够分离并沉降在转鼓的条件？4.离心机的分类？5.如何优化过滤速度？发酵液一般是悬浮液、需要将液体中的固形物滤去。操作属于化工单元操作的液—固分离。液—固分离有两种操作方式沉降过滤沉降:重力沉降、离心沉降。过滤:常压、加压、真空、离心过滤。第一节过滤速度的强化一、过滤介质

2、㈠过滤介质的性能1.过滤介质所能截留固体粒子的大小常用孔径大小表示，测量方法有显微镜下直接测量法和“鼓泡点”实验法。2.过滤介质的渗透性指一定压力差下，单位时间单位过滤面积上通过滤液的体积量。㈡常用过滤介质1.织物介质：常用棉纤维、尼纶和涤纶滤布。2.粒状介质：硅藻土、珍珠岩粉、细砂、活性炭、白土等。最常用是硅藻土。优点:化学性能稳定；形状不规则空隙大且多孔；无毒、不可压缩。用法三种：深层过滤介质1μm预涂层助滤剂降低滤饼可压缩性3.多孔固体介质:多孔陶瓷、玻璃、塑料等加工成板状或管状，用于微粒含量小的悬浮液过滤。二、过滤操作优化过滤速度和悬浮液的物理性质和操作条件有关.根据

3、过滤微分方程：q——单位过滤面积上的得到的滤液体积m3/m2；τ——过滤时间，sdq/dτ——过滤速度，m/s；△p——过滤压力差，Pa；μ——滤液黏度，Pa.s；R——滤布阻力，1/m；ro——滤饼体积比阻，1/m2ro=128α/(nπd4)d——毛细孔直径α——毛细孔弯曲因子n——单位面积滤饼的毛细孔数xo——单位体积滤液中滤出的滤饼体积，m3/m3xo单位体积滤液中滤出的滤饼体积，m3/m3；xo=Ve/V=Al/V=l/ql滤饼厚度mVe、V滤饼、滤液体积m3A过滤面积m2过滤速度与过滤面积、过滤压力差成正比，与滤液黏度成反比，若忽略滤布阻力和滤饼比阻、滤饼厚度成反

4、比。优化过滤操作条件1.改变悬浮液的物理性质对发酵液进行预处理，目的是增大悬浮液中固体粒子的尺寸，除去高价的无机离子和杂蛋白，降低发酵液的黏度，实现有效分离。注意：选择的预处理方法不得对发酵液中的产品造成影响。不能影响产品的质量。方法：⑴加热⑵加电解质、絮凝剂和凝固剂⑶无机盐⑷调节pH⑸加入助滤剂需考虑：粒度、品种型号、用量、助滤剂本身不能影响产品质量。2.优化操作条件提高过滤压差可提高过滤速度、对于不可压缩滤饼ro是常数，可在允许的条件下采用较高的压差；一般发酵液的滤饼为高度可压缩滤饼，滤饼比阻和过滤压差成指数关系：ro=r01△ps或ro=r02+α△ps’式中：s、s’

5、压缩性指数;一般在0.1~0.95s，s’=0不可压缩，s，s’=1完全可压缩；r01、r02、α为系数通过实验确定间歇恒压过滤操作，开始滤速最大，然后降低，确定最佳过滤时间，即最大平均速度。ta辅助操作时间tp最佳操作时间平均生产能力:W=V/(ta+tp)根据过滤基本方程恒压差积分得：求出V的解代入W=V/（ta+tp）求出平均生产能力W令dW/dtp=0可求出达到最大平均生产能力的时间滤液量:第二节过滤设备按过滤推动力可分为常压过滤设备加压过滤设备真空过滤设备一、板框式和板式过滤机二、真空过滤机一、板框式和板式过滤机㈠板框过滤机：常用板框过滤机有BMS、BAS、BMY和

6、BAY系列B代表板框、M代表明流、A代表暗流、S代表手动压紧、Y代表液压压紧操作压力0.3~0.5MPa最大1MPa处理量：15~25L/(m2.h)㈡板式过滤机常用为凹膛板式过滤机、又称箱式过滤机㈢自动板框压滤机板框式压滤机板框压滤机的工艺计算：1.物料恒算：已知须处理滤液量为mkg，固相浓度为x（W%）湿滤渣量为m1kg，湿度为x1（W%）固相浓度1-x1滤液量为Vm3滤液密度用ρ表示kg/m3对总物料恒算:m=m1+V.ρ滤液恒算：m(1-x)-m1x1=V.ρ滤渣恒算：m.x=m1(1-x1)可得到滤液量V、滤渣量m1、滤渣中的液体含量m1x1.可选择压滤机2.压滤机

7、选择和台数一台板框压滤机滤箱体积：Vp=N.A.B.HVp滤箱体积m3N滤框数A.B.H分别为滤框的有效高度、宽度、厚度m若发酵液体积为VFm3滤渣体积VE与发酵液体积VF之比为EE=VE/VF滤箱充填系数K则压滤机台数3.过滤面积⑴对恒压差、恒速过滤，过滤面积为:忽略滤布阻力：⑵对加压变速过滤比较复杂忽略滤布阻力可用一个恒压差方程来代替4.压滤机的生产能力：间歇操作的平均生产能力W=V/(τa+τp)W压滤机的平均生产能力m3/sV每批的滤液量m3τa辅助操作时间sτp过滤时间s二、真空过滤机过滤推动