过滤与离心设备课件PPT

第二节 过滤设备
过滤设备
按过滤推动力，可将过滤设备分为常 按过滤推动力， 压过滤机、 压过滤机、加压过滤机和真空过滤机 三类。 三类。 常压过滤效率低， 常压过滤效率低，仅适用于易分离的 物料， 物料，加压和真空过滤设备在生物工 业中被广泛采用。 业中被广泛采用。
一、板框式及板式压滤机
（一）板框式压滤机 板框式压滤机主要由许多滤板和滤框 间隔排列而组成。 间隔排列而组成。 板和框多做成正方形， 板和框多做成正方形，角端均开有小 孔。
板框压滤机
滤板和滤框
1-滤框 滤框 2-滤板 滤板 3-滤板外框架 滤板外框架 4-滤板栅 滤板栅 5-支撑格筛 支撑格筛 6-压盖框 压盖框
滤板及滤板角孔
滤板和滤框
（1）过滤板 ）
（2）滤框 ）
（3）洗涤板 ）
1.料液通道 2.滤液出口 3.滤液或洗液出口 4.洗液通道 料液通道 滤液出口 滤液或洗液出口 洗液通道
过滤操作条件优化
1．改善悬浮液的物理性质
主要是降低滤液粘度， 主要是降低滤液粘度，减少滤饼比阻 及滤饼层厚度。 及滤饼层厚度。
2. 优化操作条件
优化操作条件的目的主要是提高过滤 速率。 速率。
过滤速度的强化
1．降低滤饼比阻力r0 降低滤饼比阻力r 降低滤液黏度μ 2．降低滤液黏度μ 降低悬浮液中悬浮固体的浓度x 3．降低悬浮液中悬浮固体的浓度x0 4．热处理 讨论 关于提高过滤压力差ΔP ΔP是否是强化过滤的 关于提高过滤压力差ΔP是否是强化过滤的 好途径？ 好途径？
（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
第二章
过滤与离心设备
生物工业中，为了提取和精制发酵产物， 生物工业中，为了提取和精制发酵产物，往 往必须首先将悬浮液进行液固分离。 往必须首先将悬浮液进行液固分离。 微生物发酵的悬浮液中， 微生物发酵的悬浮液中，固体粒子的性质差 异很大，且具有一定的可压缩性。 异很大，且具有一定的可压缩性。 通常分离前先对悬浮液进行预处理， 通常分离前先对悬浮液进行预处理，再选择 适宜的分离手段和操作条件，达到分离的目的。 适宜的分离手段和操作条件，达到分离的目的。 液一固分离过程常采用沉降和过滤两种操作 来完成。 来完成。 沉降有重力沉降和离心沉降之分， 沉降有重力沉降和离心沉降之分，过滤则有 常压、加压、真空及离心过滤不同形式。 常压、加压、真空及离心过滤不同形式。
板框压滤机的特点
固相回收率高、滤液澄清度好。 ⑤ 固相回收率高、滤液澄清度好。 滤布的检查、洗涤、更换较方便。 ⑥ 滤布的检查、洗涤、更换较方便。 过滤操作压力大，可达IMPa IMPa， ⑦ 过滤操作压力大，可达IMPa，过滤操作稳 定。 造价低、投资小。 ⑧ 造价低、投资小。 间歇操作，辅助时间长，劳动强度大。 ⑨间歇操作，辅助时间长，劳动强度大。
若发酵液体积为V ），其湿 若发酵液体积为VF（m3），其湿 滤渣体积与发酵液体积之比为E 滤渣体积与发酵液体积之比为E，滤 箱的填充系数为K 箱的填充系数为K，则压滤机的台数 为：
VF • E VF • E n= = K • VP K • N • A•B•H
压滤机的选择应考虑以下2个方面： 压滤机的选择应考虑以下2个方面： 首先尽可能选用较薄的滤框。 首先尽可能选用较薄的滤框。 其次，压滤机台数的确定应从投资、 其次，压滤机台数的确定应从投资、 布置、操作等全面考虑。 布置、操作等全面考虑。 一般以选择较大规格者为适宜。 一般以选择较大规格者为适宜。
发酵液预处理的目的
增大悬浮液中固体粒子的尺寸； 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； 除去高价无机离子和杂蛋白质； 降低液体粘度。 降低液体粘度。
发酵液的预处理方法
加热 凝聚和絮凝 加入盐类 调节pH 调节pH 加入助滤剂
二、过滤介质选择及操作条件优化
（一）过滤介质选择
过滤介质除过滤作用外， 过滤介质除过滤作用外，还是滤饼的支 撑物 应具有足够的机械强度和尽可能小的流 动阻力。 动阻力。 过滤介质所能截留的固体粒子的大小以 及对滤液的透过性是过滤介质最主要的 技术特性
提高过滤速度的措施
对发酵液进行预处理； 对发酵液进行预处理； 选择适当的过滤介质和操作条件。 选择适当的过滤介质和操作条件。
一、发酵液的预处理
发酵液的特点： 发酵液的特点：
生物工业生产中的培养基和发酵液， 生物工业生产中的培养基和发酵液， 粘度高、非牛顿性、 粘度高、非牛顿性、菌体细小且可压 缩。 由于菌体自溶会造成液体浑浊。 由于菌体自溶会造成液体浑浊。 高价无机离子和杂蛋白质较多。 高价无机离子和杂蛋白质较多。
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。
板框压滤机的最大操作压力可达 10× Pa，通常使用压力为3 10×105 Pa，通常使用压力为3～ Pa。 5×105Pa。 发酵液过滤时，处理量约为15～ 发酵液过滤时，处理量约为15～ 15 25L/（ 25L/（m2·h） h
板框压滤机的特点
结构简单、操作容易、故障少、保养方便， ① 结构简单、操作容易、故障少、保养方便， 机器使用寿命长，所需辅助设备少。 机器使用寿命长，所需辅助设备少。 对物料的适应性强， ② 对物料的适应性强，既能分离难以过滤的 低浓度悬浮液和胶体悬浮液， 低浓度悬浮液和胶体悬浮液，又能分离料 液粘度高和接近饱和状态的悬浮液。 液粘度高和接近饱和状态的悬浮液。 过滤面积选择范围广，可在3 ③ 过滤面积选择范围广，可在3～1250m2间 选用。 选用。 滤饼含湿量较低。 ④ 滤饼含湿量较低。
①考察需要处理的悬浮液的特性（处理量、粘 考察需要处理的悬浮液的特性（处理量、 含固量、滤速等）、处理要求、 ）、处理要求 度、含固量、滤速等）、处理要求、采用何 种材质的板框压滤机、明流还是暗流、 种材质的板框压滤机、明流还是暗流、压紧 方式等。也就是确定大致的型号范围。 方式等。也就是确定大致的型号范围。 计算板框压滤机的台数。 ②计算板框压滤机的台数。 评估过滤时间。 ③评估过滤时间。 ④综合场地、用电、人员配备等综合因素，确 综合场地、用电、人员配备等综合因素， 定板框压滤机的台数。 定板框压滤机的台数。
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。
板框压滤机结构图
1.固定端板 2.滤布 3.板框支座 4.可动端板 5.支撑横梁 固定端板 滤布 板框支座 可动端板 支撑横梁 ·过滤板 ：滤框 ┇洗涤板 过滤板
板框压滤机结构图
板框压滤机操作示意图 板框压滤机操作示意图 操作
（a）过滤阶段 ）
（b）洗涤阶段 ）
滤液流出的方式分明流和暗流。 滤液流出的方式分明流和暗流。 明流 明流过滤： 明流过滤：一旦某个滤室的滤布失 即关闭该水阀， 效，即关闭该水阀，停止该滤室的 工作， 工作，而不影响其他滤室的正常工 作。 暗流过滤：滤液收集是封闭的。 暗流过滤：滤液收集是封闭的。 滤饼洗涤： 明流双向洗涤和 滤饼洗涤：有明流双向洗涤和单向 洗涤、暗流双向洗涤和单向洗涤。 洗涤、暗流双向洗涤和单向洗涤。
（二）板式压滤机
较常见的是凹腔板式压滤机， 较常见的是凹腔板式压滤机，也称箱式压 凹腔板式压滤机 滤机。 滤机。 它全部由滤板并列组合而成，滤板具有板 它全部由滤板并列组合而成， 和框的双重作用。 和框的双重作用。 滤板通常为凹面形圆盘， 滤板通常为凹面形圆盘，滤板两侧各有一 凸出的边框，这样当两块滤板合拢时， 凸出的边框，这样当两块滤板合拢时，中 间的内脏即形成滤箱。 间的内脏即形成滤箱。
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。
滤饼体积 Ve Fl l x0 = = = = 滤液体积 V V q
上式可写成 ： dV
∆pF = • dτБайду номын сангаасµ r0l + R 1
过滤速率与过滤面积成正比， 过滤速率与过滤面积成正比，与过滤压差成 正比，而与滤液粘度成反比， 正比，而与滤液粘度成反比，且滤饼比阻 力愈大，过滤速率愈小，滤饼层愈厚， 力愈大，过滤速率愈小，滤饼层愈厚，过 滤速率越慢。 滤速率越慢。 这些参数均取决于悬浮液的物理性质、 这些参数均取决于悬浮液的物理性质、操 作条件或二者的共同作用。 作条件或二者的共同作用。