《生化工程设备》第六章过滤与离心分离设备
生物工程设备各章知识点总结
第一章原料的输送和粉碎设备1.原料粉碎的目的、方法1)目的：a.增加淀粉粒、酶与水的接触面，加速酶促反应与可溶性物质的溶出，提高淀粉的利用率；b.缩短蒸煮时间，使原料中的还原糖少遭破坏，节约蒸汽用量；c.使原料颗粒度变小，增加在设备和管道中的流动性,易于实现连续化。
2)方法：a.湿式粉碎：将水和原料一起加入粉碎机中，以粉浆状出来特点：无粉尘飞扬，排料方便，不需粉尘通风等；不易贮藏，耗电量大b.干式粉碎:原料直接进入粉碎机进行粉碎特点：需配通风除尘设备（通风管道装在粉碎室）c.回潮干法粉碎：原料喷少量水后在进行粉碎（啤酒厂粉碎）d.连续调湿粉碎：粉碎过程连续喷水2.选择粉碎设备的原则、粉碎度及粉碎程度，对原料粉碎设备的要求1)原则：①根据物料的性质和所要求的粉碎度等而定②坚硬物料、脆性物料：挤压、冲击③韧性、粘性物料：剪切、研磨、挤压④方向性物料：劈裂2)粉碎度：物料粉碎程度前后平均粒径之比x=D1/D2D1 粉碎前物料的平均粒径D2粉碎后物料的平均粒径3）粉碎程度：按粉碎物料和成品的粒度大小分类：粗碎、中细碎、磨碎或研磨、胶体磨；筛析法：以物料通过不同筛目标准筛的百分数来表示4）设备要求：①粉碎后物料颗粒大小均匀②不重复粉碎，已粉碎物料需立即从压榨部分排除③操作自动化④容易更换磨碎的部位，在操作发生障碍时有保险装置，能自动停车。
3.锤式粉碎机的结构、特点1)锤式粉碎机的结构（酒精厂）①锤刀:高碳钢或锰钢，40*125-180*6-7mm。
末端V=25-55m/s,V越大，产品粒度越小，锤刀重量小，易产生自转；重量大，功率大。
②筛板：用以控制粉碎物料的粒度，圆形或长条形。
锤刀与筛孔间隙为5-10mm.一般6+2mm③锯齿形冲击板：与锤刀一起挤压，磨碎物料2)特点：①可做粗碎和细碎②体积紧凑，构造简单，生产能力高③适用于不同性质的物料，物料含水量≤15%④锤刀磨损快，筛网易损坏⑤运转时震动较大，应安装在底层⑥粉碎机底部可采用吸引式气流输送，防止粉尘飞扬，提高产量。
生物工程设备知识点考点整理
生物工程设备知识考点整理●一、物料粉碎和液体培养基制备●1. 简述锤式粉碎机工作原理及优点。
●工作原理：●1、作用力主要为冲击力●2 、物料从料斗进入机内，受到高速旋转锤刀的强大冲击力而被击碎●3、小于弧形筛面筛孔直径的微粒，逐步被筛面筛分，落入出料口●4、大于筛孔直径的颗粒，在受到锤刀冲击后，由于惯性力的作用而高速四散、散落，有的撞击到棘板上被撞成碎块，小的逐渐被筛分，稍大颗粒再次弹起，又被高速旋转的下排锤刀所冲击，逐步使大颗粒变小●5、没有撞击到棘板上的颗粒，也会遇到后排锤刀的冲击●6、如此反复，直至将大块物料撞碎成细小颗粒后从筛孔落下进入出料口●优点：●构造简单、紧凑，物料适应性强，粉碎度大（粗、细粉碎皆可），生产能力高，运转可靠●2. 简述辊式粉碎机的工作原理、工作过程及适应何种性质物料的粉碎？●原理：●1、挤压、剪切（当两辊速不同时）●2、由2个直径相同的钢辊相向转动，把放在钢辊间的物料夹住啮入两辊之间，物料受到挤压力而被压碎●工作过程：●1、两辊的圆周速度一般在2.5~6m/s之间●2、许多粉碎机，将两个辊子的转速安排成有一定的转速差，一般可达2.5：1，或者是两只辊子的表面线速度具有5％~30％的速差，提高对物料的剪切力，增加破碎度●3、两个辊子中，一个是固定的，一个是可以前后移动的，用以调节两辊筒的间距，控制粉碎粒度●适用范围：●脆性、硬度较小物料的粉碎，如：麦芽、大米等●3.简述酒精厂淀粉质原料蒸煮糖化过程及目的。
●目的：●1、原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，将原料的淀粉细胞膜和植物组织破裂，使其内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉●2、借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物杀死，以保证发酵过程中原料无杂菌污染●3、部分糖化（组织破裂、糊化、灭菌、部分糖化）●流程：罐式、柱式、管道式●蒸煮（加热）、后熟（保温、最后一罐气液分离出二次蒸汽并使之降温）、冷却、糊化、冷却●4.以淀粉质原料为培养基时，多采用罐式连续蒸煮糖化流程来处理这些原料，该糖化流程中的蒸煮设备有那些，简述它们各自的作用及特征？●蒸煮罐●作用：●1、原料吸水后，借助于蒸煮时的高温高压作用，将淀粉细胞膜和植物组织破裂，使其内容物流出，呈溶解状态变成可溶性淀粉●2、借助蒸汽的高温高压作用，把存在于原料中的大量微生物杀死，以保证发酵过程中原料无杂菌污染●特征●1、长圆筒与球形或蝶形封头焊接而成●2、罐顶装有安全阀和压力表，顶部中心的加热醪出口管应伸入罐内300~400 mm，使罐顶部留有一定的自由空间●3、罐下侧有人孔，用于焊接罐体内部焊缝（该罐应采用双面焊接）和检修内部零件●4、在靠近加热位置的上方有温度计插口，以测试醪液加热温度●5、为避免过多的热量散失，蒸煮罐须包有保温层●6、直径不宜太大，直径过大，醪液从罐底中心进入后会发生返混，不能保证进罐醪液的先进先出，致使受热时间不均而造成部分醪液蒸煮不透就过早排出，而另有局部醪液过热而焦化●加热器：●作用：●器汽液接触均匀，加热比较全面，在很短的时间内可使粉浆达到规定的蒸煮温度●特征：●1、由三层直径不同的套管组成●2、内层和中层管壁上都钻有许多小孔，各层套管用法兰连接●3、粉浆流经中层管，高压加热蒸汽从内、外两层进入，穿过小孔向粉浆液流中喷射●后熟罐：●作用：●增加蒸煮时间，使过程连续。
生物工程设备复习资料第二篇
第二篇第一章生物反应物料处理设备1、固体物料的筛选除杂设备具体包括哪些。
谷物原料粗选设备：大麦粗选机、磁力除铁器大麦精选机：利用杂粒与大麦不同的特点进行分离谷物原料的精选设备：碟片式精选机：特点：工作面积大，转速高，产量大，碟片损坏可以更换。
滚筒精选机：优点：分离出来的杂粒中含大麦较少，缺点：袋孔利用系数低，产量低，且工作面磨损后不能恢复。
大麦的分级设备：平板分级筛：特点：分离效率高；占地面积小；能耗低；造价、维修困难圆筒分级筛：优点：设备简单、电动机传动比平板分级筛方便。
缺点：筛面利用率少，仅为整个筛面的1/5。
2、原料粉碎的方式，具体设备①干式粉碎：干物料送入粉碎机中。
粉碎机包在机壳之内，有一定的粉尘涌出来，如果不采取必要的除尘措施，车间内会布满灰尘。
设备：锤式粉碎机、对堒粉碎机、多堒粉碎机②湿式粉碎：将水和原料一起加入粉碎机中，从粉碎机出来时即成粉浆。
这种方法无原粉粉末飞扬，车间卫生好，缺点是粉浆必须随产随用，不宜储藏，且耗电量较多3、物料粉碎的力学分析挤压破碎、冲击破碎、研磨粉碎、剪切破碎、劈裂粉碎。
4、锤式粉碎机的工作原理。
工作原理：物料从上方料斗加入，在悬空状态下就被锤刀冲击力所破碎；小于弧形筛面筛孔直径的微粒，逐步被筛面筛分，落入出料口；大于筛孔直径的颗粒，在受到锤刀冲击后，由于惯性力的作用而高速四散、散落，有的撞击成碎块，小的逐渐被筛分，稍大颗粒再次弹起，又被高速旋转的下排锤刀所冲击，逐步使大颗粒变小。
没有撞击到的颗粒，也会遇到后排锤刀的冲击。
如此反复，直至将大块物料撞碎成细小颗粒后从筛孔落下进入出料口。
此外物料在机内还受到挤压和研磨的作用。
5、两辊式粉碎机的工作原理。
工作原理：由两个直径相同的钢辊相向转动，把放在钢辊间的物料夹住辊啮入两辊之间，物料受到挤压力而被破碎。
第二章液体培养基的制备及杀菌设备1、罐式连续蒸煮流程及蒸煮罐和后熟罐结构特点及作用。
粉浆罐→粉浆泵→蒸煮罐→后熟器→最后一个后熟器（气液分离器）→真空冷却器→连续糖化罐→液体曲贮罐→糖化醪泵→喷淋冷却器→混合冷凝器→蒸汽喷射器→热水箱蒸煮器：下进上出特点：蒸煮温度可高可低；节省能耗；设备简单，操作容易，制造方便后熟器：上进下出特点：后熟器不再加入蒸汽，保持温度，起到维持一定时间的后熟作用；最后一个后熟器：是主要起到气液分离的作用，使经加热、后熟的蒸煮醪分离出一部分二次蒸汽并使之降温。
生物工程设备过滤离心膜分离
膜的分类与选择
膜的分类
根据孔径大小和制备方法的不同，滤膜可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗 透膜等。
膜的选择
选择合适的滤膜需要根据实际需求，如分离粒径、通量、截留率、耐温性、化 学稳定性等指标进行综合考虑。
过滤离心膜分离过程
01
02
03
预处理
对原水或物料进行预处理， 去除大颗粒物和杂质，以 保证后续过滤和分离效果。
优化操作参数
根据不同过滤离心膜分离的需求，优 化操作参数，如温度、压力、流量等， 以提高膜分离的效率和效果。
控制离心速度
根据不同过滤离心膜分离的需求，控 制离心机的速度，以保证膜分离的稳 定性和效果。
后处理
清洗和再生
对过滤离心膜进行清洗和 再生，以延长膜的使用寿 命和提高膜分离的效率。
检测和监控
对过滤离心膜分离过程进 行检测和监控，以保证膜 分离的稳定性和效果。
优化工艺参数
根据实际运行情况，不断 优化工艺参数，以提高膜 分离的效率和效果。
04
过滤离心膜分离技术在生物 工程中的应用案例
在细胞培养中的应用
细胞悬浮生长
过滤离心膜分离技术可用于细胞悬浮培养，通过膜孔径大小控制细胞生长环境， 促进细胞增殖和产物表达。
细胞贴壁培养
在细胞贴壁培养过程中，过滤离心膜分离技术能够提供适当的细胞生长表面积和 气体交换，保持细胞活性。
生物工程设备过滤离心膜分 离
目录
• 生物工程设备过滤离心膜分离概 述
• 过滤离心膜分离技术原理 • 生物工程设备过滤离心膜分离流
程
目录
• 过滤离心膜分离技术在生物工程 中的应用案例
• 过滤离心膜分离技术的发展趋势 与挑战
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过滤与离心分离设备PPT文档共56页
15、机会是不守纪律的。——雨果
▪
过滤与离心分离设备
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪Hale Waihona Puke 27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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过滤与离心设备课件PPT
（四）板框压滤机工艺计算
1. 物料衡算
总物料衡算 m=m1＋Vρ ）－m 滤液物料衡算 m（1－x1）－m1x2=Vρ 滤渣物料衡算 mx1=m1（1－x2） 由此可计算得每批操作得到的滤液量、 由此可计算得每批操作得到的滤液量、滤 渣量及滤渣中的液体含量。 渣量及滤渣中的液体含量。
2．板框压滤机选择及台数
滤板和滤框
滤板和滤框一般由铸铁铸成， 滤板和滤框一般由铸铁铸成，也可由硬 橡胶、塑料等制成。 橡胶、塑料等制成。 无菌过滤时，一般应采用不锈钢制造。 无菌过滤时，一般应采用不锈钢制造。 每台板框压滤机有一定的总框数， 每台板框压滤机有一定的总框数，其数 目由生产能力和悬浮液固体浓度确定， 目由生产能力和悬浮液固体浓度确定， 需要框数少时，可插入盲板 盲板以切断滤浆 需要框数少时，可插入盲板以切断滤浆 流通的孔道。 流通的孔道。
IFP自动板框压滤机工作原理图 IFP自动板框压滤机工作原理图
（l）过滤与洗饼 ）
（2）降框、卸饼及洗刷滤布 ）降框、
全自动板式 密闭过滤机
自动压滤机结构复杂，价格昂贵， 自动压滤机结构复杂，价格昂贵，在 一定程度上限制了它的应用和发展。 一定程度上限制了它的应用和发展。
板框压滤机的选用步骤
板框压滤机的型号
BAY4/450BAY4/450-30U BMS、BAS、 常用的板框压滤机有 BMS、BAS、 BMY及 BAY等类型 等类型。 BMY及 BAY等类型。 表示板框压滤机、 其中 B表示板框压滤机、 M表示明 表示暗流、 表示手动压紧、 流、A表示暗流、S表示手动压紧、 表示液压压紧。 Y表示液压压紧。
凹腔板式压滤机示意图
板式密闭过滤机
板 式 压 滤 机
板式或板框式压滤机结构简单， 板式或板框式压滤机结构简单，价格 过滤面积大，耐受压力高， 低，过滤面积大，耐受压力高，动力 消耗小。 消耗小。 适用于较难处理物料的过滤。 适用于较难处理物料的过滤。 这种压滤机不能连续操作， 这种压滤机不能连续操作，劳动强度 辅助操作时间长，滤布易损坏。 大，辅助操作时间长，滤布易损坏。
过滤、离心与膜分离设备课件
3.多孔固体介质：多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等。 6
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 ΔpF dτ μ r0＋R
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
备
平板式
保留体积小，能量消耗介于管式和螺 旋卷绕式之间
死体积大
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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。
滤
• 螺旋卸料离心机的结构及操作
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
动画演示
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过滤设备
过 ➢ 离心分离设备的放大
滤 、 离 心
• 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
与 估计离心分离的难易程
膜 度。
分 离 设
te
2r0
g
t
备
• 以几何特征参数放大
对于管式离心机，其 几何特征参数
C 2lr2 2
18
)g
2lrg12222
过滤设备
过 ➢ 离心分离原理与分离因数
滤
• 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：
过滤离心设备
2.调整pH
pH值直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，适当调节pH 值可改善其过滤特性。氨基酸、蛋白质等电点的调节；在膜过滤中， 发酵液中的大分子物质易与膜发生吸附，通过调整pH值改变易吸附分子 的电荷性质，即可减少堵塞和污染；细胞、细胞碎片及某些胶体物质 等在某个pH值下也可能趋于絮凝而成为较大颗粒，有利于过滤的进行。
A. 酸碱调节，使蛋白质与盐或离子形成沉淀。
在酸性溶液中，蛋白质与一些阴离子，如三氯乙酸盐、 水杨酸盐、钨酸盐、苦味酸盐、鞣酸盐、过氯酸盐等形成 沉淀；
在碱性溶液中，蛋白质与一些阳离子，如Ag+、Cu2+、 Zn2+、Fe3+和Pb2+等形成沉淀。
2. 变性法
① 加热， ② 大幅度调节pH值， ③ 加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。
细胞破碎设备
一、细胞破碎的原因：
微生物代谢产物大多分泌到胞外，如大多数小分 子代谢物、部分酶蛋白等。但有些目标产物如大多 数酶蛋白、类脂和部分抗生素等存在于胞内。 二、细胞破碎方法: 机械法和非机械法。
非机械法包括：溶菌酶法、化学法、干燥法等 三、机械破碎设备
(1)高速珠磨机
原理：将进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃 珠一起搅拌，由于研磨作用，使细胞破碎，释放出 内含物。 珠磨破碎过程要产生热量，易造成某些活性物质 的失活，一般在磨室装有夹套冷却装臵。 影响珠磨机细胞破碎的因素：搅拌器的转速、 料液的循环流速、细胞悬浮液的浓度、玻璃珠的 装臵和珠径以及温度等，珠体的大小应以细胞的大小、 浓度以及连续操作时不使珠体带出作为选择依据。
5.加入反应剂
（1）加入反应剂和某些可溶性盐类发生反应生成不溶性沉淀，如 CaSO4，AlPO4等。生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状结构， 沉淀本身可作为助滤剂，且能使胶状物和悬浮物凝固，改善过滤性能； （2）如发酵液中含有不溶性多糖物质，用酶将其转化为可溶性单糖，以 提高过滤速率。如万古霉素用淀粉作培养基，发酵液过滤前加入0.025% 的淀粉酶，搅拌30min后，再加2.5%硅藻土助滤剂，可提高过滤效率5倍。
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第五节：超过滤
一、基本原理 二、膜 三、超过滤设备
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一、基本原理
类型 一般过滤
项目
F
滤去粒径 10以上
微米
第六章：过滤与离心分离设备
第一节：过滤过程的基本特性和 过滤介质
第二节：过滤速度的强化 第三节：过滤设备 第四节：离心分离设备 第五节：超过滤
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二、过滤过程的分类
• 滤饼过滤 • 深层过滤
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三、过滤介质
• 过滤介质种类 1、棉织和合成纤维滤布、多孔复合膜； 2、多孔烧结金属板、金属丝编制物； 3、多孔陶瓷、硅藻土、珍珠岩粉。
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二、膜
• 材料 有机膜：醋酸纤维、芳香族聚酰胺、尼 龙等； 无机膜：多孔性陶瓷、多孔性金属等。
• 技术特性 对某一分子量溶质的阻留率；在一定压 力下对水的通透率。
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• 影响超过滤效果的因素 1、增高料液流速； 2、提高操作压力； 3、提高扩散系数； 4、操作时间。
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三、真空过滤机
• 转鼓式真空过滤机 • 滤布循环行进式转鼓真空过滤机
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第四节：离心分离设备
一、碟片式离心机的澄清 二、碟式离心机的分离 三、离心机的临界转速与工作转速 四、典型离心机简介
操作压力 0.3~0.5
MPa
介质孔径
微滤 MF 0.2~10
超过滤 UF
0.001~0.2
0.1~0.5 1以下
逐渐减小
反渗透 RO
0.0001以 下
1以上
原理 筛分
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筛分
溶解扩散 溶解扩散 毛细流动 毛细流动
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• 渗透压 • 反渗透 • 超过滤 • 浓差极化
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三、离心机的临界转速与工作转速
• 离心机产生振动的原因 • 临界转速与工作转速 • 挠性轴与刚性轴
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四、典型离心机简介
• 离心分离因数 fR2/g • 保留固体式离心澄清机 • 自动分批排渣的离心澄清机 • 喷嘴式离心澄清机 • 离心分离机 • 管式高速离心机 • 卧式螺旋卸渣离心澄清机
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• 过滤介质的技术特性 1、过滤介质所能截留的固体粒子大小。 合成纤维滤布截留的最小粒径，10微米； 硅藻土，1微米； 超滤膜，0.5微米以下。 2、过滤介质的通透性（过滤速度）。 用一定压差下，单位时间内通过单位过滤 面积所获得的滤液体积来表示，升/米2·时。
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二、加压过滤机
• 板框压滤机 • 凹腔板式压滤机 • 自动板框压滤机 • 硅藻土过滤机
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一、碟式离心机的澄清
• 碟式离心机与普通离心机 • 离心澄清与连续重力沉降槽 • 重力场中的沉降速度 • 连续重力沉降槽的最大许可生产能力 • 薄层分离 • 碟片间澄清分离
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二、碟式离心机的分离
• 离心分离 • 分离目标为轻液时碟片的开孔位置 • 分离目标为重液时碟片的开孔位置
第二节：过滤速度的强化
一、滤饼比阻力r0 二、滤饼比阻力的测定方法 三、r0与△p的关系及实验测定方法 四、过滤速度的强化源自2020/7/97
第三节：过滤设备
一、常压过滤机 二、加压过滤机 三、真空过滤机
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一、常压过滤机
• 平底筛板啤酒麦汁过滤槽 • 薄糟层过滤单元式过滤槽
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三、超过滤设备
• 板式膜过滤器 • 管式膜过滤器 • 中空纤维式膜过滤器 • 螺旋卷式膜过滤器
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