1、第四章第四章液液-固分离设备固分离设备4.1 4.1 液液-固分离设备概述固分离设备概述4.2 4.2 过滤设备及计算过滤设备及计算4.3 4.3 离心分离设备及计算离心分离设备及计算4.4 4.4 膜分离设备膜分离设备 过滤介质过滤介质：过滤介质起着支撑滤饼的作用，并能让滤液过滤介质起着支撑滤饼的作用，并能让滤液通过，对其基本要求是具有足够的机械强度和通过，对其基本要求是具有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力，同时，还应具有相应的尽可能小的流动阻力，同时，还应具有相应的耐腐蚀性和耐热性。耐腐蚀性和耐热性。织物介质；织物介质；堆积介质堆积介质；多孔固体介质；多孔固体介质；多孔膜多孔膜4.1.1
2、 4.1.1 过滤原理过滤原理滞流区或斯托克斯（滞流区或斯托克斯（Stokes)Stokes)定律区（定律区（1010-4-4ReRe1 1）,=24/=24/ReRe18)(2gduLSt式中：式中：u ut t-颗粒的自由沉降速度，颗粒的自由沉降速度，m/sm/s；d d 颗粒直径，颗粒直径，m m；S S、-分别为颗粒和流体的密度，分别为颗粒和流体的密度，Kg/mKg/m3 3；-液体粘度液体粘度离心沉降速度离心沉降速度 离心设备的一个重要技术指标是其所能达到的离心力离心设备的一个重要技术指标是其所能达到的离心力与重力的比值，称为与重力的比值，称为分离因数分离因数。分离因数是衡量离心。分
3、离因数是衡量离心程度的参数，用程度的参数，用Z Z表示表示 grgrNZ2224式中，式中，r r为离心半径，即从旋转轴心到沉降颗粒的距离，为离心半径，即从旋转轴心到沉降颗粒的距离，N N为离心机的转数为离心机的转数(s(s-1-1)。为旋转角速度（为旋转角速度（rad/srad/s）Z Z越大，越利越大，越利于分离于分离Z5000 高速离心机；高速离心机；Z：2104 2106 超速离心机；超速离心机；4.1.2 4.1.2 沉降原理沉降原理离心沉降和重力沉降只是对沉降的作用力不同，因离心沉降和重力沉降只是对沉降的作用力不同，因此，将式此，将式(1)(1)中的中的g g用用 2 2r r代替
4、，可得离心沉降速度代替，可得离心沉降速度u ut t为：为：18)(22rduLSt2Srdtdrut或：或：S：沉降系数，一般用斯维德贝格：沉降系数，一般用斯维德贝格(Svedbergs)单单位表示位表示,1S=10-13s。蛋白质分子量越大，。蛋白质分子量越大，S越大越大。4.1.3 4.1.3 液液-固分离设备类别固分离设备类别液液固固分分离离设设备备沉降设备：沉降设备：重力沉降重力沉降 离心沉降离心沉降 沉降槽沉降槽 管式管式 碟片式等碟片式等膜分离设备：膜分离设备：微滤器微滤器 超滤器超滤器 反渗透器等反渗透器等过滤设备：过滤设备：常压过滤机常压过滤机 加压过滤机加压过滤机 真空过滤
5、机真空过滤机 离心过滤机离心过滤机过滤设备 小型过滤实验装置小型过滤实验装置过滤设备过滤、离心与膜分离设备 小型过滤实验装置小型过滤实验装置 由多块带凸凹纹路的滤板和滤框交替排列由多块带凸凹纹路的滤板和滤框交替排列于机架而构成。板和框一般制成方形，其角端于机架而构成。板和框一般制成方形，其角端均开有圆孔，这样板、框装合，压紧后即构成均开有圆孔，这样板、框装合，压紧后即构成供滤浆、滤液或洗涤液流动的通道。框的两侧供滤浆、滤液或洗涤液流动的通道。框的两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤浆和滤饼覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤浆和滤饼的空间。的空间。4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机4
6、.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机结构组成结构组成:机架机架 压紧机构压紧机构 过滤机构过滤机构 4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机机架机架:机架是压滤机的基础部件，两端是止推板和机架是压滤机的基础部件，两端是止推板和压紧机，两侧的大梁将二者连接起来，大梁用压紧机，两侧的大梁将二者连接起来，大梁用以支撑滤板，滤框和压紧板。以支撑滤板，滤框和压紧板。止推板止推板；压紧板；大梁压紧板；大梁 4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机压紧机构压紧机构:手动压紧：手动压紧：千斤顶千斤顶机械压紧：机械压紧：电动机减速器、齿轮、丝杆和固定电动机减速器、齿轮、丝杆和固定螺母。
7、螺母。液压压紧：液压压紧：液压站、油缸、活塞、活塞杆以及液压站、油缸、活塞、活塞杆以及活塞杆与压紧板连接的法兰卡片。活塞杆与压紧板连接的法兰卡片。4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机过滤机构过滤机构:滤板滤板、滤框、滤布、滤框、滤布 4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机滤浆由总管入框框内形成滤饼 滤液穿过饼和布经每板上旋塞排出(明流)从板流出的滤液汇集于某总管排出(暗流)过滤4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机横穿洗涤：洗涤液由总管入板洗涤液由总管入板滤布滤布滤饼滤饼滤布滤布 非洗涤板非洗涤板排出排出洗涤面洗涤面=(1/2)过滤面积过滤面积洗涤液行程与滤液相
8、同。洗涤面洗涤液行程与滤液相同。洗涤面=过滤面过滤面置换洗涤：4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机明流过滤：明流过滤：每个滤板的下方出液孔上装有水每个滤板的下方出液孔上装有水咀，滤液直观地从水咀里流出。咀，滤液直观地从水咀里流出。暗流过滤：暗流过滤：每个滤板的下方设有出液通道孔，每个滤板的下方设有出液通道孔，若干块滤板出液孔连成一个出液通道，由止推若干块滤板出液孔连成一个出液通道，由止推板下方出液孔相连接的管道排出。板下方出液孔相连接的管道排出。4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机说明间歇操作间歇操作过滤、洗涤、卸渣、过滤、洗涤、卸渣、整理、装合整理、装合主要优缺点构造
9、简单，过滤面积大而占地省，过滤压力高（可达1.5MPa左右），便于用耐腐蚀性材料制造，便于洗涤。它的缺点是装卸、清洗劳动强度较大。型号：型号：例如：例如：XAMZG160/1250-30u型压滤机。型压滤机。X 是厢式压滤机（是厢式压滤机（B是板框式压滤机是板框式压滤机）；）；A 是指的滤液流出方式是是指的滤液流出方式是暗流暗流的（的（M既是既是明流明流）；）；Z 是自动（是自动（S是手动，是手动，Y是液压），是液压），G是隔膜滤板；是隔膜滤板；160 既是过滤面积既是过滤面积160平方米；平方米；1250 是指的滤板的外型尺寸是是指的滤板的外型尺寸是12501250；30 滤板的厚度，滤板的
10、厚度，U 塑料塑料 X 橡胶橡胶 铸铁省略铸铁省略4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机选用：选用：悬浮液的特性悬浮液的特性（黏度、含固量、处理量、流速等）、黏度、含固量、处理量、流速等）、处理要求、材质、明流或暗流、压紧方式等处理要求、材质、明流或暗流、压紧方式等无菌过滤：不锈钢、暗流（还有易挥发）无菌过滤：不锈钢、暗流（还有易挥发）浓度：高的选厚框浓度：高的选厚框尽量选自动压紧尽量选自动压紧滤布：料液滤布：料液pH值，固体粒径等因素选用合适的值，固体粒径等因素选用合适的滤布材质和孔径以保证低的过滤成本和高的过滤布材质和孔径以保证低的过滤成本和高的过滤效率，使用时，要保证滤布平整不
11、打折滤效率，使用时，要保证滤布平整不打折 4.2.1 4.2.1 板框式过滤机板框式过滤机又称真空鼓式过滤机又称真空鼓式过滤机转鼓真空过滤机由转鼓真空过滤机由转鼓、液槽、抽真转鼓、液槽、抽真空装置和喷气喷水空装置和喷气喷水装置组成。核心部装置组成。核心部件是转鼓和分布装件是转鼓和分布装置。置。4.2.2 4.2.2 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机过滤设备 真空过滤机真空过滤机转鼓外形是一个长圆筒，其内部顺圆筒轴心线转鼓外形是一个长圆筒，其内部顺圆筒轴心线用金属板隔成了用金属板隔成了18个扇形个扇形小区，每一个小区就小区，每一个小区就是一个过滤室，每一个过滤室都有一个通道与是一个过滤室，每一个过滤
12、室都有一个通道与转鼓轴颈端面连通，轴颈端面紧密地接触在气转鼓轴颈端面连通，轴颈端面紧密地接触在气体分布器上。体分布器上。气体分布器气体分布器是分布真空和压缩气是分布真空和压缩气体的设备，设计有四个气室。随着转鼓的转动，体的设备，设计有四个气室。随着转鼓的转动，每一个过滤室相继与分布器的各室接通，这样每一个过滤室相继与分布器的各室接通，这样就使过滤面形成四个工作区。就使过滤面形成四个工作区。4.2.2 4.2.2 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机（1）滤饼形成区）滤饼形成区 当转鼓上的过滤室转到料浆槽并浸没在料浆液当转鼓上的过滤室转到料浆槽并浸没在料浆液中时，过虑室与分配器一室相通，一室与真空相连中
13、时，过虑室与分配器一室相通，一室与真空相连，在真空抽吸下，滤液被吸入鼓内，并通过分配器，在真空抽吸下，滤液被吸入鼓内，并通过分配器流出管外，而转鼓表面上则形成滤饼层。此工作区流出管外，而转鼓表面上则形成滤饼层。此工作区成为滤并形成区。成为滤并形成区。（2）洗涤吸干区）洗涤吸干区 随着转鼓的转动，滤饼离开料浆液进入滤饼脱随着转鼓的转动，滤饼离开料浆液进入滤饼脱水区，在此区由于抽吸的作用，滤饼脱水，随后又水区，在此区由于抽吸的作用，滤饼脱水，随后又被洗水淋洗，且被抽吸干燥，在此区，进一步降低被洗水淋洗，且被抽吸干燥，在此区，进一步降低了滤饼中溶质的含量。了滤饼中溶质的含量。4.2.2 4.2.2
14、真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机（3）吹松脱落区）吹松脱落区 当已经淋洗干燥了的滤饼转到此区时，过滤当已经淋洗干燥了的滤饼转到此区时，过滤室与分布器的三号气室相通。三号气室与压缩空室与分布器的三号气室相通。三号气室与压缩空气相通，因此，转鼓表面上的滤饼层被吹松，并气相通，因此，转鼓表面上的滤饼层被吹松，并脱落下来，随后刮刀开始清除剩余的滤饼。脱落下来，随后刮刀开始清除剩余的滤饼。（4）再生区）再生区 在此区，压缩空气通过分布器进入再生区的在此区，压缩空气通过分布器进入再生区的过滤室，吹落滤布上的微细颗粒，使滤布再生，过滤室，吹落滤布上的微细颗粒，使滤布再生，以备进行下一轮过滤操作。以备进行下一轮过
15、滤操作。4.2.2 4.2.2 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机主要优缺点：主要优缺点：优点：连续操作，易实现自动，对处理量大优点：连续操作，易实现自动，对处理量大而容易过滤的料浆特别适宜。而容易过滤的料浆特别适宜。缺点：转筒体积庞大而过滤面积相形之下嫌缺点：转筒体积庞大而过滤面积相形之下嫌小；用真空吸液，过滤推动力不大，悬浮液小；用真空吸液，过滤推动力不大，悬浮液中黏度不能高，颗粒尺寸不能太小；辅助设中黏度不能高，颗粒尺寸不能太小；辅助设备多，能耗大。备多，能耗大。4.2.2 4.2.2 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机生产能力：生产能力：首先取决于转筒的面积（国产首先取决于转筒的面积（国产GP型固
16、式型固式过滤机过滤面积由过滤机过滤面积由1、2、5、20m2四种）；四种）；对于特定的过滤机，提高对于特定的过滤机，提高转速转速和和浸入角浸入角度度均可提高其生产能力。均可提高其生产能力。但浸入角度过大会引起其它操作的面积但浸入角度过大会引起其它操作的面积减小，甚至难以操作；若转速过大，则每一减小，甚至难以操作；若转速过大，则每一周期中的过滤时间很短，使滤饼太薄，难于周期中的过滤时间很短，使滤饼太薄，难于卸渣，且功率消耗也很大。合适的转速需要卸渣，且功率消耗也很大。合适的转速需要通过实验来确定。通过实验来确定。4.2.2 4.2.2 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机一一.分类分类F按作用原理分类按
17、作用原理分类 过滤式过滤式:（分离机）：转鼓壁上有孔并装滤布（三足式）（分离机）：转鼓壁上有孔并装滤布（三足式）沉降式沉降式:（澄清机）：转鼓壁上无孔无滤布，碟片式、管（澄清机）：转鼓壁上无孔无滤布，碟片式、管式式 F按离心分离因素分类按离心分离因素分类 常速离心机，分离因素常速离心机，分离因素f小于小于3000 中速离心机，分离因素中速离心机，分离因素f 3000-50000 高速离心机，分离因素高速离心机，分离因素f大于大于50000 超高速离心机，分离因素超高速离心机，分离因素f大于大于20万万；4.3 离心分离设备离心分离设备管式离心机管式离心机 优点：转速可优点：转速可达达2 210
18、104 4r/min,r/min,离心力较大，离心力较大，设备简单，分离效率高，操作设备简单，分离效率高，操作稳定；稳定；缺点：沉降面积小，处理能力缺点：沉降面积小，处理能力低低(可达可达10m10m3 3/h)/h)碟片式离心机碟片式离心机 优点：沉降面优点：沉降面积大（碟片），提高处理能力积大（碟片），提高处理能力(最大最大300m300m3 3/h)/h)；缺点：转速较管式离心机低，约缺点：转速较管式离心机低，约1 110104 4r/min,r/min,结构复杂结构复杂 4.3 4.3 离心沉降设备离心沉降设备 4.3.1 管式离心机管式离心机 管式离心机转鼓的管式离心机转鼓的直径小直
19、径小而长度较长。而长度较长。其特点：其特点：l结构简单，运转可靠；结构简单，运转可靠；（D 40150mm，H/D 48）l转速高；一般在转速高；一般在10000转转/分以上分以上l分理效果好；离心分离因数可达分理效果好；离心分离因数可达1500065000 缺点：处理能力低缺点：处理能力低 由于直径小，不由于直径小，不致使转鼓内壁产生致使转鼓内壁产生过高的应力过高的应力适于处理直径适于处理直径0.1100m；固液；固液密度差大于密度差大于10Kg/m3，固相浓度小，固相浓度小于于5的难分离的悬浮液和液液的难分离的悬浮液和液液两相密度差较小的乳浊液两相密度差较小的乳浊液F国产离心机有国产离心机
20、有GQ型两种（型两种（沉降机沉降机 悬浮悬浮液）液），GF型（型（分离机分离机 乳浊液）乳浊液）F国产离心机有国产离心机有GQ型两种（型两种（沉降机沉降机 悬浮悬浮液）液），GF型（型（分离机分离机 乳浊液）乳浊液）管式离心机型号标记管式离心机型号标记FGQ105NA改型设计：改型设计：A第一次设计第一次设计材料：材料：N不锈钢；碳钢不标记不锈钢；碳钢不标记转鼓内经（转鼓内经（mm）澄清用（澄清用（Q）；分离用（）；分离用（F）管式离心机（管式离心机（G）管式离心机的计算管式离心机的计算212122222122,Lz,0z)(z)(rrrrQrrgrudtdzdtdrddrgrudtdrurr
21、Qdtdzuggrz边界条件：粒子运动轨迹：rz4.3 4.3 离心沉降设备离心沉降设备 4.3.2 碟片式离心机碟片式离心机l结构复杂，价格昂贵；结构复杂，价格昂贵；l转速较管式离心机低；转速较管式离心机低；400012000r/minl分理效果较好；离心分离因数分理效果较好；离心分离因数300013000l沉降面积大；可达沉降面积大；可达10000200000m2，生产能力可达生产能力可达100m3/h。4.3 4.3 离心沉降设备离心沉降设备 4.3.2 碟片式离心机碟片式离心机 离心澄清机离心澄清机：依据离心沉降速度的不同将悬浮液中：依据离心沉降速度的不同将悬浮液中的液、固相分开的离心
22、机。的液、固相分开的离心机。离心分离机离心分离机：依据离心沉降速度的不同将轻重不同或：依据离心沉降速度的不同将轻重不同或互不溶解的两种液体分开的离心机。互不溶解的两种液体分开的离心机。区别是离心分离机的每只碟区别是离心分离机的每只碟片在离开轴线一定距离的圆周上片在离开轴线一定距离的圆周上开有几只对称分布的圆孔，许多开有几只对称分布的圆孔，许多这样的碟片叠置起来时，对应的这样的碟片叠置起来时，对应的园孔就形成垂直的通道。园孔就形成垂直的通道。碟片式离心机的计算碟片式离心机的计算tggrrnuQg3)(223231u ug g:取决于系统的性质（料液粘取决于系统的性质（料液粘度、密度，固体粒子大小
23、、密度、密度，固体粒子大小、密度等），与离心机特性无关。度等），与离心机特性无关。：取决于离心机特性（离心机：取决于离心机特性（离心机碟片数、间距，转速碟片数、间距，转速N N及半径及半径R R等），与系统的性质无关。等），与系统的性质无关。离心分离设备的放大离心分离设备的放大 以等效时间放大以等效时间放大 等效时间：依据离心力和离心时间的乘积来估计离心分离的难易程度。以几何特征参数放大以几何特征参数放大tftgrte02 对于管式离心机，其几何特征参数 对于碟片式离心机，其几何特征参数glrC222ctg3231322rrgZC f：分离因数 f愈大，t愈短离心分离设备的放大离心分离设备的放
24、大例例2：现生产一种新型蛋白质，需选用离：现生产一种新型蛋白质，需选用离心机，已知在实验室所用离心管内外经分心机，已知在实验室所用离心管内外经分别为别为5cm和和15cm，在，在2000r/min的转速下离的转速下离心分离心分离30min，请推荐一种工业离心机，每，请推荐一种工业离心机，每小时处理小时处理10立方米，性质与实验所用性质立方米，性质与实验所用性质相同的悬浮液。相同的悬浮液。良好膜分离设备应具备的条件良好膜分离设备应具备的条件膜面切相速度快，以减少浓差极化膜面切相速度快，以减少浓差极化单位体积中含膜面积大单位体积中含膜面积大容易拆洗和更换新膜容易拆洗和更换新膜保留体积小，无死角保留
25、体积小，无死角具有可靠的膜支撑装置具有可靠的膜支撑装置4.4 4.4 膜分离设备膜分离设备板式膜过滤器板式膜过滤器类似于板筐过滤机类似于板筐过滤机为减少浓差极化，滤为减少浓差极化，滤板的表面为凹凸型，板的表面为凹凸型，以形成湍流以形成湍流4.4 4.4 膜分离设备膜分离设备滤过液体滤过液体滤板滤板刚性多孔刚性多孔支撑板支撑板超滤膜超滤膜4.4 4.4 膜分离设备膜分离设备管式管式膜过滤器膜过滤器类似于列管式换热气，管子为膜类似于列管式换热气，管子为膜的支撑体的支撑体特点：特点：优点：结构简单，适应性强，优点：结构简单，适应性强，清洗，安装方便，单根管子可以清洗，安装方便，单根管子可以更换，耐高
26、压，无死角，适于处更换，耐高压，无死角，适于处理高黏度和固体含量高的料液。理高黏度和固体含量高的料液。缺点：压降大，单位体积所含缺点：压降大，单位体积所含过滤面积小。过滤面积小。中空纤维式膜分离器中空纤维式膜分离器4.4 4.4 膜分离设备膜分离设备内经内经 0.51.4mm 外经外经 1.12.3mm内压式和外压式操作内压式和外压式操作特点：特点：单位体积膜面积大，操作压力低（单位体积膜面积大，操作压力低（0.3MPa）单根损坏，需更换整个膜件，易堵塞，需预处理单根损坏，需更换整个膜件，易堵塞，需预处理 螺旋卷式膜分离器螺旋卷式膜分离器4.4 4.4 膜分离设备膜分离设备主要元件：主要元件：
27、螺旋卷膜螺旋卷膜 它是将膜，支撑它是将膜，支撑材料，膜间隔材料依材料，膜间隔材料依次叠好，绕一中心管次叠好，绕一中心管卷紧即成一个膜组，卷紧即成一个膜组，若干膜组顺次连接装若干膜组顺次连接装一外壳内。一外壳内。操作时，料液在操作时，料液在膜表面通过间隔材料膜表面通过间隔材料沿轴线流动，透过液沿轴线流动，透过液流向中心管。流向中心管。特点：特点：优点优点：膜面积大，湍流状况好，换膜：膜面积大，湍流状况好，换膜容易，适于反渗透；容易，适于反渗透；缺点缺点：流体阻力大，清洗困难：流体阻力大，清洗困难 萃取方式和过程计算萃取方式和过程计算单级萃取单级萃取缺点：效率低缺点：效率低解决办法解决办法:v加大
28、萃取剂量，使产品浓度降低，加大萃取剂量，使产品浓度降低，萃取剂回收，处理工作量加大。萃取剂回收，处理工作量加大。v采用多级萃取。采用多级萃取。2 2、多级错流萃取、多级错流萃取多级逆流接触萃取多级逆流接触萃取萃取剂萃取剂L从第一级通入，逐次进入下一级，从第一级通入，逐次进入下一级，n级流出，浓度级流出，浓度yn料液料液H从第从第n级通入，逐次进入上一级，第一级流出，浓度级通入，逐次进入上一级，第一级流出，浓度x1分馏萃取分馏萃取多级逆流萃取的改进，进料从中间某一级加入。萃取剂多级逆流萃取的改进，进料从中间某一级加入。萃取剂L从从第一级加入，第一级加入，n级流出，浓度级流出，浓度yn；料液；料液
29、F从第从第k级加入，第一级加入，第一级流出，浓度级流出，浓度x1 ；重相；重相H从第从第n级加入（除不含溶质，与进级加入（除不含溶质，与进料组成相同）料组成相同）5 萃取设备萃取设备 要求：要求：提供适宜的传质条件，使两相充分有效地接触并伴有较高程度的湍流，保证两相之间迅速有效地进行传质，并使两相得到及时、完善的分离。分类：分类：（1）按两相接触方式划分 逐级接触浓度呈阶跃式变化，微分接触式浓度连续变化。（2）按外界是否输入机械能划分 重力流动设备、外加能量的设备。（3）按设备结构特点和形状划分 组件式由单级萃取设备组合；塔式板式塔、喷洒塔、填料塔。5.1 混合混合 澄清槽澄清槽（1）结构）结
30、构混合澄清器轻相重相重相轻相（2）优点）优点 处理量大，级效率高；结构简单，容易放大和操作；两相流量比范围大，运转稳定可靠，易于开、停工；对物系的适应性好，对含有少量悬浮固体的物料也能处理；易实现多级连续操作，便于调节级数。不需高大的厂房和 复杂的辅助设备。（3）缺点）缺点 占地大，溶剂储量大。需要动力搅拌和级间物流输送设备，设备费和操作费较高。（4）应用）应用 适用于所需级数少、处理量大的场合。5.2 塔式萃取设备塔式萃取设备（1）喷洒塔（喷淋塔）喷洒塔（喷淋塔）特点：特点：无塔内件，阻力小，结构简单，投资少易维护。但两相很难均匀分布，轴向反混严重，理论级数不超过12级，传质系数小。轻相重相
31、轻相重相（3）填料萃取塔）填料萃取塔特点：特点：填料萃取塔结构简单，造价低廉，操作方便，级效率较低，在工艺要求的理论级小于3，处理量较小时可考虑采用。填料萃取塔轻液轻液重液重液液液相界面填料（4）转盘萃取塔）转盘萃取塔特点：特点：结构简单，造价低廉，维修方便，操作弹性和通量较大，应用较广。轻液轻液重液重液界面格栅定环转盘 转盘萃取塔5.3 离心萃取器离心萃取器优点：优点：处理量大，效率较高，提供较多理论级，结构紧凑，占地面积小，应用广泛。缺点：缺点：能耗大，结构复杂，设备及维修费用高。应用：应用：适用于要求接触时间短，物流滞留量低，易乳化，难分相的物系。驱动槽轮轻相进重相出转鼓清洗通道栓塞轻相
32、出重相进机械密封 波式离心萃取器示意图5.4 萃取设备的选择萃取设备的选择选择原则：（1）稳定性及停留时间 稳定性差 停留时间尽可能短离心萃取器；伴有较慢的化学反应时停留时间长混合-澄清槽。（2）所需理论级数 需理论级数少（23级）各种萃取设备；需理论级数45级 转盘塔和振动筛板塔；需理论级更多 离心萃取器或多级混合-澄清槽。（3）物系的分散与凝聚特性 物系易乳化，不易分相 离心萃取器；物系界面张力较小，或两相密度差较大 重力流动式。（4）生产能力 生产处理量小 填料塔；生产处理量大 筛板塔，转盘塔，混合-澄清槽等。（5）防腐蚀要求 具有腐蚀性 结构简单的填料塔；（6）建筑物场地要求 空间高度
33、有限 混合-澄清槽；占地面积有限 塔式萃取设备。一、离子交换概述一、离子交换概述 结构型式：罐式、塔式、槽式结构型式：罐式、塔式、槽式 操作方式：间歇式与连续式；操作方式：间歇式与连续式；两相接触方式：固定床、移动床、流化床两相接触方式：固定床、移动床、流化床6.1 离子交换设备离子交换设备一、离子交换概述一、离子交换概述 固定床设备是现今应用得最多的离子固定床设备是现今应用得最多的离子交换设备交换设备 优点：设备结构简单、操作管理方便、树优点：设备结构简单、操作管理方便、树脂磨损少等脂磨损少等 缺点：设备管线复杂、阀门多、树脂利用缺点：设备管线复杂、阀门多、树脂利用率相对较低率相对较低 连续
34、式设备连续式设备 6.1 离子交换设备离子交换设备固定床吸附操作固定床吸附操作F固定床吸附设备固定床吸附设备固定床吸附操作固定床吸附操作F穿透曲线穿透曲线(breakthrough curve)(breakthrough curve)固定床吸附操作固定床吸附操作特点：特点：优点：近似平推流，反混小，柱效率高优点：近似平推流，反混小，柱效率高缺点：无法处理含固体的料液，会堵塞床层缺点：无法处理含固体的料液，会堵塞床层，造成压力降增大，最终操作无法进行。，造成压力降增大，最终操作无法进行。因此，原料需预处理因此，原料需预处理膨胀床吸附操作膨胀床吸附操作 膨胀床吸附操作膨胀床吸附操作l膨胀床和流化床
35、的区别在于：膨胀床和流化床的区别在于：流化床的吸附剂粒子和液体在床层内混流化床的吸附剂粒子和液体在床层内混合程度高，吸附效率低；合程度高，吸附效率低；膨胀床的吸附剂粒子基本悬浮于固定的膨胀床的吸附剂粒子基本悬浮于固定的位置，液体的流动与固定床相似，接近位置，液体的流动与固定床相似，接近平推流，吸附效率高。平推流，吸附效率高。膨胀床吸附操作膨胀床吸附操作l床层的稳定膨胀和介质的平衡床层的稳定膨胀和介质的平衡 流速流速100100300cm/h300cm/h，床层膨胀到固定床的，床层膨胀到固定床的2 23 3倍倍l进料吸附：进料吸附：泵加料，保持恒定膨胀度，对流出泵加料，保持恒定膨胀度，对流出液中
36、目标产物进行检测和分析，确定吸附终点液中目标产物进行检测和分析，确定吸附终点l洗涤洗涤:缓冲液，洗去细胞及碎片，弱吸附杂质缓冲液，洗去细胞及碎片，弱吸附杂质l洗脱：洗脱：洗脱剂上入下出，分段收集，检测目标产洗脱剂上入下出，分段收集，检测目标产物活性峰位置及最大活性峰浓度。物活性峰位置及最大活性峰浓度。l再生和洗涤：再生和洗涤：5 5倍左右的清洗液，倍左右的清洗液，3h3h。膨胀床吸附操作膨胀床吸附操作l可形成稳定膨胀床的吸附剂主要有两类可形成稳定膨胀床的吸附剂主要有两类 一类是磁性粒子一类是磁性粒子 另一类是具有一定粒径或密度分布的吸另一类是具有一定粒径或密度分布的吸附剂，如：多孔玻璃和附剂，
37、如：多孔玻璃和 STREAMLINE STREAMLINE 产产品品流化床吸附操作流化床吸附操作l流化床流化床(Fluidized(Fluidized bed)bed)内吸附剂粒子内吸附剂粒子呈流化状态呈流化状态 l吸附过程可间歇或吸附过程可间歇或连续操作连续操作 流化床吸附操作流化床吸附操作l流化床的主要优点是压降小，可处理高粘度流化床的主要优点是压降小，可处理高粘度或含固体微粒的粗料液。不需特殊的吸附剂或含固体微粒的粗料液。不需特殊的吸附剂，操作简便。较容易进行连续化操作；，操作简便。较容易进行连续化操作；l流化床的缺点是床内固相和液相的返混剧烈流化床的缺点是床内固相和液相的返混剧烈，特别
38、是高径比较小的流化床，利用效率远，特别是高径比较小的流化床，利用效率远低于固定床和膨胀床。低于固定床和膨胀床。二、离子交换设备的结构二、离子交换设备的结构外形：外形：带有椭圆形封头（顶和底）的圆筒形设备带有椭圆形封头（顶和底）的圆筒形设备高径比（高径比（H/D）：）：一般为一般为24，也有高至，也有高至5的的树脂层高度：树脂层高度：约占圆筒高度的约占圆筒高度的5070%，留有空间，留有空间 ，已备，已备反冲时树脂层的扩胀。反冲时树脂层的扩胀。溶液分布装置：溶液分布装置：在交换罐的上部，以使含有被交换离子的在交换罐的上部，以使含有被交换离子的溶液、解吸液或再生剂能在整个罐截面上均匀地通过树溶液、
39、解吸液或再生剂能在整个罐截面上均匀地通过树脂层。脂层。底部装有多孔板、筛网及滤布以支持树脂层，或者用块石底部装有多孔板、筛网及滤布以支持树脂层，或者用块石英石或卵石直接铺于罐底以支持树脂层英石或卵石直接铺于罐底以支持树脂层 6.1 离子交换设备离子交换设备具有多孔支持板的离子交换罐具有多孔支持板的离子交换罐1-视镜视镜 2-进料口进料口 3-手口手口4-液体分布器液体分布器5-树脂层树脂层6-多孔板多孔板 7-尼龙层尼龙层 8-出液口出液口具有块石支持层的离子交换罐具有块石支持层的离子交换罐1-进料口进料口 2-视镜视镜 3-液位计液位计4-树脂层树脂层 5-卵石层卵石层 6-出液口出液口罐体
40、：罐体：钢板钢板内壁衬：内壁衬：橡胶。橡胶。附属管道：附属管道：硬聚硬聚氯乙烯管氯乙烯管阀门阀门:聚氯乙烯、聚氯乙烯、不锈钢或橡皮膜不锈钢或橡皮膜阀门。阀门。被交换溶液进口被交换溶液进口淋洗水、解吸液及再生剂进口淋洗水、解吸液及再生剂进口废液出口废液出口分布器分布器分布器分布器淋洗水、解吸液及再生剂出口，反洗水进口淋洗水、解吸液及再生剂出口，反洗水进口反吸附离子交换罐反吸附离子交换罐离子交换设备的计算 罐体积yVVt罐体积罐体积Vt：罐高径比一般取罐高径比一般取Hi/D=23。交换设备的放大1.根据交换罐负荷相同的原则放大；根据交换罐负荷相同的原则放大；2.根据交换罐中溶液空塔流速相同的原则放
41、大；根据交换罐中溶液空塔流速相同的原则放大；3.溶液通过床层的压力降溶液通过床层的压力降（一）（一）根据交换罐负荷相同的原则放根据交换罐负荷相同的原则放大大l单位树单位树脂床体积脂床体积中所通过的中所通过的溶液的体积溶液的体积流流量也可称为交换器负荷，可以用量也可称为交换器负荷，可以用ml（溶液（溶液）/ml（湿树脂）（湿树脂）min或或m3（溶液）（溶液）/m3（湿树脂）湿树脂）h表示表示。VQa（二）（二）根据交换罐中溶液空塔流速相根据交换罐中溶液空塔流速相同的原则放大同的原则放大l单位树脂床截面积上通过溶液的体积流量可以单位树脂床截面积上通过溶液的体积流量可以用用ml（溶液）（溶液）/c
42、m2min或或m3（溶液）（溶液）/m2h来来表示。此值即为溶液通过树脂床的线速度。根表示。此值即为溶液通过树脂床的线速度。根据此法放大时，要维持大设备与小设备的树脂据此法放大时，要维持大设备与小设备的树脂床层高度相同，仅直径加大，以保证两者线速床层高度相同，仅直径加大，以保证两者线速度相同，实际上也是保证两者接触时间相同。度相同，实际上也是保证两者接触时间相同。(三三)、液体通过固定床层的压力降计算、液体通过固定床层的压力降计算l正吸附时，溶液通过床层的压力降为：正吸附时，溶液通过床层的压力降为：l计算压力降可为输送设备选择或高位槽位计算压力降可为输送设备选择或高位槽位置提供参考。置提供参考。232)1(200pdHp层析设备 罐体积1柱层析装置柱层析装置进样系统（一般为恒压泵）进样系统（一般为恒压泵）层析柱层析柱收集器收集器检测系统检测系统死空气静水压参考点(b)(c)(a)操作压参考点图10-34 凝胶柱
