1、2018/12/23,1,第六章 食品分离机械与设备,2018/12/23,2,不同物性物质的分离方法不同，分离一般采用过滤、蒸馏、重结晶、萃取、离心和吸附等。 食品生产中的分离主要包括以下几类： 固固分离：根据不同固体颗粒大小和密度等性质进行分离，如筛分，又可划分为分级的范畴； 固液分离：常用过滤机等机械； 固气分离：常用旋风分离器等； 液液分离：常用离心机等机械。,2018/12/23,3,从分离原理上，可将食品的分离分为两大类：,2018/12/23,4,第一节：过滤机械与设备,2018/12/23,5,过滤机械设备原理和特点,一、过滤原理： 1. 过滤阻力和推动力 过滤过程实际上就是过
2、滤推动力克服过滤阻力的过程。在过滤开始阶段，过滤阻力只来源于过滤介质和支撑物，随着过滤的进行，滤渣被截留形成滤饼，过滤阻力则由过滤介质阻力和滤饼阻力组成，过滤的推动力则是由滤饼和过滤介质所形成的过滤层两侧的压力差。,2018/12/23,6,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：过滤阶段、滤饼洗涤、滤饼干燥、滤饼卸除四个阶段。1、过滤阶段 有恒速和恒压两种方式。2、滤饼洗涤 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，目的在回收有价值的滤液或纯的滤饼。3滤饼干燥 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，尽量排出滤饼中的
3、洗液。4滤饼卸除 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。,2018/12/23,7,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。,2018/1
4、2/23,8,过滤机的分类过滤机按过滤推动力可分为：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。,大多数间歇式过滤机都是在加压下操作的，而几乎所有的连续式过滤机都是真空过滤机。,2018/12/23,
5、9,过滤机械与设备的结构及应用,一、板框压滤机 原理：利用滤板来支撑过滤介质，滤浆在加压强制进入滤板之间的空间力，并形成滤饼。,2018/12/23,10,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。滤板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。,2018/12/23,11,滤框,滤板,洗涤板,滤布,2018/12/23,12,板框组合示意图
6、,2018/12/23,13,板框压滤机工作原理及过程,2018/12/23,14,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。,其在食品工业有广泛的应用，特别适用于低浓度悬浮液、胶体悬浮液、分离液相黏度大或接近饱和状态的悬浮液的过滤。,2018/12/23,15,二、真空过滤机,真空过滤机常用的有：转鼓真空过滤机、转盘真空过滤机、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。 转鼓真空过
7、滤机适宜于过滤悬浮中颗粒度中等，黏度不太大的物料，操作过程中可通过调节转鼓转速来控制滤饼厚度和洗涤效果，滤布损耗较小。但是过滤推动力小，设备费用高。,2018/12/23,16,转盘真空过滤机 它是由一组安装在水平转轴上并随转轴旋转的转盘构成，其结构和操作原理与转鼓真空过滤机相同。 每一个转盘相当一个转鼓，各有其滤饼卸料装置，卸料较困难。 优点：过滤面积非常大，与其它过滤机相比，单位过滤面积占地面积小，滤布更换容易且耗量少，能耗低。 缺点：滤饼洗涤不良，洗涤水易与悬浮液在滤槽中相混。,2018/12/23,17,第二节：离心分离机械与设备,离心分离原理,2018/12/23,18,离心过滤：通
8、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
9、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。,2018/12/23,19,离心过滤,2018/12/23,20,离心沉降,2018/12/23,21,离心分离,2018/12/23,22,2018/12/23,23,二、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：、过滤式离心机转鼓上有孔，n=10001500r/min，f不大。适于过滤
10、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浓或澄清。 3、按操作方式分：间歇式、连续式。,2018/12/23,24,卧式离心机,2018/12/23,25,2018/12/23,26,2018/12/23,27,卧式螺旋卸料沉降离心机,2018/12/23,28,卧式螺旋离心机的使用,主要有脱水用卧式螺旋离心机和澄清用卧式螺旋离心机。前者较后者转送低，螺经大，螺距大。 主要应用 应用于化工、轻工、食品和环保等行业，适用于对悬浮液的液体澄清、固体
11、脱水及废水处理等，并进行有效的沉渣输送。可连续分离操作，对物料的适应性强。,2018/12/23,29,立式离心机,2018/12/23,30,碟式离心分离机,2018/12/23,31,2. 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。,2018/12/23,32,2018/12/23,33,三足式离心分离机,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。,2018
12、/12/23,34,2018/12/23,35,GLZ型无基础立式刮刀卸料自动离心机是一种新型过滤式、刮刀下卸料、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。,2018/12/23,36,管式高速离心机,管式高速离心机具有很高的分离因数（1.5万6万），转鼓的转速可达80005万。 为尽量减小转鼓所受的应力，采用较小的鼓径，因而在一定的进料量下，悬浮液沿转鼓轴向运动的速度较大。为此，应增大转鼓的长度，以保证物料在鼓内有足够的沉降时间，于是导致转鼓成为直
13、径小而高度相对很大的管式构形。,2018/12/23,37,旋液分离器是一种利用离心沉降原理将非均相混合物中具有不同密度的相的机械分离设备。旋液分离器由进料管1 、溢流管2 、圆管3 和锥管4 等部分组成（图3-48）。,第三节 旋液分离机械与设备,2018/12/23,38,2018/12/23,39,旋液分离器和旋风分离器的比较,相同点：原理相同，都采用离心分离的方法除去内部杂质。结构相同，就单个分离器而言，其结构大致相同。 不同点：用途不同，旋液分离器用于从液体中分离固体杂质，旋风分离器用于从气体中分离固体杂质。设备体积不同，旋液分离器由于用于液体分离，其密度较大，故单个分离器的体积较小
14、；而旋风分离器由于用于气体分离，其密度较小，故分离器的体积较大。设备组装方式不同。为了提高生产率，旋液分离器一般多个分离器并联使用，而旋风分离器一般单个分离器即可使用。,2018/12/23,40,膜分离机械与设备,膜分离是近20年来迅速崛起的高新技术，利用天然或人工合成的高分子半透膜分离的方法，利用膜两侧的压力差或电位差为动力，使流体中的某些分子或离子透过半透膜或被半透膜截留下来，以获得或去除流体中某些成分的一种分离技术。 如果通过半透膜的不只是溶剂，而是有条件选择性地让某些溶质组分通过，因而溶液中不同溶质组分得到分离，该过程称为膜分离。 膜分离技术的核心是膜，膜的选择性是分离的关键，膜分离
15、技术所包含的方法有多种，较常使用的有： 超滤（ultrafiltration）简称UF法； 反渗透(reverse-osmosis) 简称RO法； 电渗析(electrodialysis) 简称ED法； 微孔过滤(microliltration) 简称MF法。,2018/12/23,41,膜分离设备的原理和特点,膜分离的原理 反渗透和超滤是以压力差为推动力的膜分离技术。水溶液与具有微孔德薄膜互相接触，由于膜的化学性质使它对水溶液中的溶质具有排斥作用，结果，靠近膜表面的浓度梯度急剧下降，在溶液-膜的界面上形成一层被吸附的纯水层。反渗透就是在压力存在下使水不断通过膜上的毛细孔渗出，溶质则被膜截留。
16、 特点 膜分离操作属于速率控制的传质过程，具有设备简单，可在室温或低温下操作、无相变、处理效率高、节能等优点，适用于热敏性的生物工程产物的分离、浓缩与纯化。,2018/12/23,42,2018/12/23,膜分离的应用范围,根据膜分离过程推动力的不同，大体上分为两类： 以压力为推动力的超滤和反渗透，以电力为推动力的电渗析，电渗析适用的是被称为离子交换摸得特殊半透膜。 膜分离技术目前已经被广泛地应用于海水、苦咸水淡化，超纯水制备，废水处理过程及食品工业中的牛奶、乳清蛋白、茶叶的浓缩和其他食品的精制、提纯与浓缩。此外在染料工业、化工和生物工程等亦被得到广泛应用。比如反渗透和超滤在医疗行业方面用于
17、血过滤、人工血液的制造、人参蜂王浆处理、中草药制剂的精制、病毒、酶、核酸、蛋白质等生理活性物质的浓缩、分离、精制以及计算的精制等。,2018/12/23,44,膜性能,膜是反渗透和超滤的主要材料，也是提高电渗析的主要材料，是膜分离技术的中心，膜分离技术的提高，关键取决于膜性能的改进。,2018/12/23,45,膜分离设备的原理,超滤设备的工作原理在超滤中，如果颗粒小道亚微细粒的程度，半透膜孔德大小也要趋近于能阻止溶液中大分子的通过，这种利用半透膜的微孔过滤以截留溶液中大溶质分子的操作为超滤，而这样的半透膜则被称为超滤膜，超滤的驱动力是压差，通常高达1.0MPa，在溶液侧加压，使溶剂和小分子透
18、过膜而得到分离。,2018/12/23,46,反渗透的工作原理 在没有外力的作用下，左侧溶剂分子会自动穿过半透膜流向右侧溶液。因溶剂的流动，在高浓度溶液区域形成一个渗透压头，达到渗透的平衡。如果在溶液的一侧加上一个大于渗透压的压力，则高浓度溶液区域的溶剂穿过半透膜流向低浓度溶液（或溶剂）的一侧，这种现象称为反渗透，它的动力也是压力。,反渗透膜原理演示动画 - 视频 - 优酷视频 - 在线观看,2018/12/23,47,电渗析工作原理 如图所示，进入1、3、5、7室的水中离子，在直流电场作用下做定向移动，阳离子向阴极移动，透过阳膜进入极水室以及2、4、6室，阴离子则向阳极移动，通过阳膜进入2、
19、4、6、8室。,2018/12/23,48,膜分离设备的结构及应用,2018/12/23,49,2018/12/23,50,久吾技术-集成膜分离技术动画,久吾技术-陶瓷滤膜技术动画,2018/12/23,51,超滤设备的应用,利用超滤进行食品的浓缩和提纯可充分保留食品原有风味和香味成分，因为没有物料相态的变化，对料液的物化结构没有破坏。 1、纯水和超纯水的制备 工业用水的初级纯化，污水和苦咸、海水淡化的处理。 2、生物制药 酶、病毒、毒素和各种蛋白质稀溶液的浓缩、脱盐和提纯，医用水处理，血液及生物制品的浓缩精制。 3、食品工业 饮料、饮用水的除菌净化，矿泉水的澄清制备，豆制品及乳制品加工，有价
20、值物质的回收，低度酒、果酒和饮料的澄清等。,2018/12/23,52,电渗析设备的结构及应用,2018/12/23,53,电渗析设备的应用,1、海水的浓缩和淡化； 2、加工厂废水、废液的脱盐，有价值物的回收； 3、有机物和无机物盐类的分离； 4、有机酸的精制、浓缩和回收； 5、脱盐饮料水的制备 6、牛乳、乳清和糖蜜的脱盐； 7、低盐酱油的制造； 8、果汁类饮料中柠檬酸和酒石酸的去除。,2018/12/23,54,超临界萃取设备,物质的分离一般采用的是过滤、蒸馏、离心、吸附、重结晶以及萃取等。,2018/12/23,55,超临界萃取设备的原理和特点,超临界流体 物质是以气、液和固3种形式存在，
21、在不同的压力和温度下可以相的转换。在温度高于某一数值时，任何大的压力均不能使该纯物质由气相转化为液相，此时的温度即被称为临界温度Tc，而在临界温度下，气体能被液化的最低压力成为临界压力Pc。当物质所处的温度高于临界温度，压力大于临界压力时，该物质处于超临界状态。如果流体被加热或被压缩至其临界温度和临界压力以上状态时，向该状态气体加压，气体不会液化，只是密度增大，具有类似液体性质，同时还保留有气体性能，这种状态的流体称为超临界流体。,2018/12/23,56,超临界萃取原理,在临界点附近，压力和温度的微小变化都会引起气体密度很大的变化，超临界流体的密度相当于气体的数百倍，而其流动性和粘度仍接近
22、于气体，扩散系数却是液体扩散系数的数百倍，因而，在萃取过程中，具有类似气体的高的扩散性，又有类似于液体的溶解能力。在临界区域附近，操作压力和温度的微小变化，都会引起流体密度的大幅度变化，因而，也将影响其溶解能力，超临界萃取技术正是利用这个特性来溶解提取和分离物质。 特点： 萃取温度较低，制品不存在热分解问题；对温度和压力进行调节，可实现选择性萃取；对非挥发物质分离非常简单；制品中无溶剂残留问题；溶剂可以再生、循环使用，运行经济性较好；无环境污染问题。,2018/12/23,57,超临界流体萃取技术常以CO2为溶媒，其优点为： 其超临界状态容易实现；对食品和药品无毒性污染；有防止细菌活动的作用；
23、是惰性气体，不容易燃烧，化学性质稳定；价格低廉，经济性好。 基本流程： 1、首先将经过前处理的原料放入萃取釜； 2、CO2经过压缩机的升压，在设定的超临界状态被送入萃取釜； 3、在萃取釜内可溶性成分被溶解进入流动相，通过改变压力和温度，在分离釜中将CO2将可溶性成分分离； 4、分离了可溶性成分的CO2再经过压缩机或泵和热交换器，实现循环使用。,2018/12/23,58,超临界CO2萃取系统分类,1、根据萃取物和超临界流体的分离法，分为： （1）变压法 （2）变温法 （3）变温变压法 （4）吸附法 （5）水洗法 2、按萃取器的形状分为： （1）容器型 （2）柱型 3、按操作方式分为： 批式和连
24、续并流或逆流萃取,2018/12/23,59,分子蒸馏设备,分子蒸馏原理,2018/12/23,60,分子蒸馏技术作为一种与国际同步的高新分离技术，具有其它分离技术无法比拟的优点： 压力降更小； 更新、自洁加热面； 操作温度低（远低于沸点）、真空度高（空载0.1Pa）、受热时间短（以秒计）分离效率高等 特别适宜于高沸点、热敏性、易氧化物质的分离； 可有效地脱除低分子物质（脱臭）、重分子物质（脱色）及脱除混合物中杂质； 其分离过程为物理分离过程，可很好地保护被分离物质不被污染，特别是可保持天然提取物的原来品质； 分离程度高，高于传统蒸馏及普通的薄膜蒸发器； 操作方便、适应性强。,2018/12/
25、23,61,2018/12/23,62,分子蒸馏设备的结构及应用,2018/12/23,63,实验室开发的部分新产品,实验室用分子蒸馏设备,2018/12/23,64,用于食品工业的分子蒸馏装置,用于植物提取物的分子蒸馏装置,2018/12/23,65,分子蒸馏技术的应用,分子蒸馏具有独特的技术优势,可广泛地应用于国民经济的各个方面，特别适用于高沸点、热敏性及易氧化物料的分离。在食品中，用于分离混合油脂，可获纯度达到90%以上的单干油酯；可从动植物种提取天然产物如鱼油、米糠油、小麦胚芽油等，还可用于提取脂肪及其衍生物等，在香料生产，可用于处理天然香精，脱臭、脱色、提高纯度，使天然香料的品味大大提高。 1、利用分子蒸馏技术对低沸点、热敏性物料分离的工艺 2、利用分子蒸馏技术对高沸点、热敏性物料的分离 3、对于主产品为不挥发物，馏出物为少量低沸点组分物料的分离 4、常温下称固态或粘性很大的物质的分离,2018/12/23,66,本章思考题 1. 板框式过滤机的工作过程，特点？ 2. 旋风分离与旋液分离之间的差异？ 3. 离心分离的种类？离心过滤、离心分离和离心沉降之间的差异？ 4. 膜分离的原理和膜组件？ 5. 超临界二氧化碳萃取技术的原理和特点？ 6. 分子蒸馏的原理。,
