过滤、离心与膜分离设备
? 过滤速率的强化
? 发酵液的预处理
? 过滤介质选择
? 过滤设备
? 板框式及板式压滤机
? 真空过滤机
? 离心分离设备
? 分离原理与分离因数
? 常用离心机结构及选型
? 膜分离设备
? 膜分离方法
? 膜分离设备
过滤速率的强化
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 发酵液的预处理
目的,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，降低液体黏度，实现有效分离。
方法：
1.加热
2.凝聚和絮凝
3.加入盐类
4.调节 pH
5.加入助滤剂
过滤速率的强化
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 过滤介质选择
过滤介质特性,所能截留的固体粒子的大小和对滤液的
透过性。
常用过滤介质：
1.织物介质 (滤布 )：由棉、毛、麻等织成的天然纤维滤布和
合成纤维滤布；
2.粒状介质：硅藻土、珍珠岩石、细砂、活性碳、白土；
3.多孔固体介质：多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等。
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
过滤设备
? 板框式压滤机
板框压滤机结构图
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
过滤设备
? 板框式压滤机
滤板和滤框
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
过滤设备
? 板框式压滤机操作过程
过滤阶段 洗涤阶段
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
过滤设备
? 常用板框式压滤机类型
通常有 BMS,BAS,BMY,BAY类型。
BMS 40/635-25
板框压滤机
明流
手动压紧
过滤面积
滤框规格
框厚度
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
过滤设备
? 板式压滤机
凹腔板式压滤机
过滤设备
? 自动板框压滤机过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
过滤设备
? 自动板框压滤机过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
IFP自动板框压滤机工作原理图
降框、卸饼及洗刷滤布
过滤设备
? 真空过滤机过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备 动画演示
过滤设备
? 真空过滤机过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
转筒真空过滤机
过滤设备
? 真空过滤机过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
转筒结构及工作原理
动画演示
水平回转翻盘式真空过滤器
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 真空过滤机
动画演示
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 小型过滤实验装置及过滤的放大
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 小型过滤实验装置及过滤的放大
离心分离设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
离心分离设备
过滤离心分离设备
沉降式离心分离设备
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 离心分离原理与分离因数
常用的离心机有 管式离心机 和 碟式离心机 。
? 管式离心机
r2
r1
r
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
? ?
?
?
??
g
lrgd
d
lr
ss
ss
22
1
2
22
2
1
2
18
)(
18
)(
2V
????
???
?
悬浮液中微粒在轴向的运动速度：
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 离心分离原理与分离因数
? 碟式离心机的分离原理分离因数
900900
602
222
P
T
2
T
P
m r n
g
rnm
F
rnv
gr
mv
F
???
?
?
?
??
物料在离心机中所受离心力为：
离心分离因数：
gr
vrn
m
Ff 2T2P
900 ???
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 离心分离原理与分离因数
? 碟式离心机的分离原理分离因数
工业上根据离心分离因数大小将离心机分为三类：
①普通离心机,f＜ 3000，一般为 600～ 1200，可用于分
离 0.01 ～ 1.0mm固体颗粒；
②高速离心机,f＝ 3000～ 50000，可用于乳浊液的分离；
③超速离心机,f＞ 50000，适用于分散度较高的乳浊液
的分离。
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 常用离心机结构及选型
? 管式离心机的结构及操作
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 常用离心机结构及选型
? 碟式离心机的结构及操作
动画演示
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 常用离心机结构及选型
? 螺旋卸料离心机的结构及操作
动画演示
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 离心分离设备的放大
? 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。
tgrte ?? 0
2?
? 以几何特征参数放大
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
g
lrC 222 ???
? ? ??? c t g32 31322 ??? rrgZC
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 膜离心设备
? 膜分离方法
常见的膜分离过程有渗透、透析、电渗析、反渗透、
微过滤、超滤、气体透过等。
膜
进料 浓缩液
稀释液 浓缩液
渗透
膜
进料 纯化液
杂质 渗析液
进料
透析
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 膜分离方法
膜
盐水
进料 浓缩液
水
反渗透
膜
进料
水
微过滤
膜
进料 浓缩液
水
超滤
膜
进料 贫气
富气
气体透过
半透膜 半透膜 半透膜
(a) 渗透 (b) 平衡点和渗透压 (c) 反渗透
渗
透
压
压力
?反渗透原理
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
?超滤工作原理
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
超滤技术的优点是 操作简便，成本低廉，不需增加任
何化学试剂,尤其是超滤技术的实验条件温和，与蒸发、
冰冻干燥相比没有相的变化，而且不引起温度,pH的变
化，因而可以防止生物大分子的变性、失活和自溶。
在生物大分子的制备技术中，超滤主要用于生物大分
子的脱盐、脱水和浓缩等。
超滤法也有一定的局限性，它不能直接得到干粉制剂。
对于蛋白质溶液，一般只能得到 10～ 50％的浓度。
?超 滤
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 膜
? 工业应用膜应具有的条件：
1,较大的透过性； 2,较高的选择性；
3,机械强度好、耐热、化学性能稳定； 4,不被细菌污染
膜材料 pH范围 使用的上限温度 适用膜类型
醋酸纤维 3～ 8 40～ 45 反渗透膜
聚丙烯 2～ 10 45～ 50 超滤膜
聚烯烃 1～ 13 45～ 50 超滤膜
聚 砜 1～ 13 80 超滤膜
聚醚砜 1～ 13 90 超滤膜
几种常用膜的适用范围
?几种常用膜
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 膜分离过程
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 膜分离设备
? 板式膜过滤器
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 膜分离设备
? 管式膜过滤器
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 膜分离设备
? 中空纤维式膜分离器
动画演示
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 膜分离设备
? 螺旋卷式膜分离器
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
型式 优点 缺点
管式 易清洗、无死角，适宜于处理含固体较多的料液，单根管子可以调换
保留体积大，单位体积
中所含过滤面积较小，
压力较大
中空纤维
式
保留体积小，单位体积中所含过滤面
积大，可以逆洗，操作压力较低（小
于 0.25MPa）动力消耗较低
料液需要预处理，单根
纤维损坏时，需调换整
个模件
螺旋卷绕
式
单位体积中所含有过滤面积大，换新
膜容易
料液需要预处理，压力
降大，易污染，清洗困
难
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
?各种膜装置性能的比较
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
?膜技术在生物工程中的应用
? 收集细胞、滤除固体物质
? 产物的分离、浓缩和精制
? 小分子产品的生产
? 大分子产品的生产
小 结
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 过滤速率的强化
? 发酵液的预处理
? 过滤介质选择
? 过滤设备
? 板框式及板式压滤机
? 真空过滤机
? 离心分离设备
? 分离原理与分离因数
? 常用离心机结构及选型
? 膜分离设备
? 膜分离方法
? 膜分离设备
? 过滤速率的强化
? 发酵液的预处理
? 过滤介质选择
? 过滤设备
? 板框式及板式压滤机
? 真空过滤机
? 离心分离设备
? 分离原理与分离因数
? 常用离心机结构及选型
? 膜分离设备
? 膜分离方法
? 膜分离设备
过滤速率的强化
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 发酵液的预处理
目的,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，降低液体黏度，实现有效分离。
方法：
1.加热
2.凝聚和絮凝
3.加入盐类
4.调节 pH
5.加入助滤剂
过滤速率的强化
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 过滤介质选择
过滤介质特性,所能截留的固体粒子的大小和对滤液的
透过性。
常用过滤介质：
1.织物介质 (滤布 )：由棉、毛、麻等织成的天然纤维滤布和
合成纤维滤布；
2.粒状介质：硅藻土、珍珠岩石、细砂、活性碳、白土；
3.多孔固体介质：多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等。
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
过滤设备
? 板框式压滤机
板框压滤机结构图
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
过滤设备
? 板框式压滤机
滤板和滤框
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
过滤设备
? 板框式压滤机操作过程
过滤阶段 洗涤阶段
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
过滤设备
? 常用板框式压滤机类型
通常有 BMS,BAS,BMY,BAY类型。
BMS 40/635-25
板框压滤机
明流
手动压紧
过滤面积
滤框规格
框厚度
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
过滤设备
? 板式压滤机
凹腔板式压滤机
过滤设备
? 自动板框压滤机过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
过滤设备
? 自动板框压滤机过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
IFP自动板框压滤机工作原理图
降框、卸饼及洗刷滤布
过滤设备
? 真空过滤机过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备 动画演示
过滤设备
? 真空过滤机过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
转筒真空过滤机
过滤设备
? 真空过滤机过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
转筒结构及工作原理
动画演示
水平回转翻盘式真空过滤器
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 真空过滤机
动画演示
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 小型过滤实验装置及过滤的放大
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 小型过滤实验装置及过滤的放大
离心分离设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
离心分离设备
过滤离心分离设备
沉降式离心分离设备
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 离心分离原理与分离因数
常用的离心机有 管式离心机 和 碟式离心机 。
? 管式离心机
r2
r1
r
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
?
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g
lrgd
d
lr
ss
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22
1
2
22
2
1
2
18
)(
18
)(
2V
????
???
?
悬浮液中微粒在轴向的运动速度：
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 离心分离原理与分离因数
? 碟式离心机的分离原理分离因数
900900
602
222
P
T
2
T
P
m r n
g
rnm
F
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gr
mv
F
???
?
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??
物料在离心机中所受离心力为：
离心分离因数：
gr
vrn
m
Ff 2T2P
900 ???
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 离心分离原理与分离因数
? 碟式离心机的分离原理分离因数
工业上根据离心分离因数大小将离心机分为三类：
①普通离心机,f＜ 3000，一般为 600～ 1200，可用于分
离 0.01 ～ 1.0mm固体颗粒；
②高速离心机,f＝ 3000～ 50000，可用于乳浊液的分离；
③超速离心机,f＞ 50000，适用于分散度较高的乳浊液
的分离。
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 常用离心机结构及选型
? 管式离心机的结构及操作
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 常用离心机结构及选型
? 碟式离心机的结构及操作
动画演示
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 常用离心机结构及选型
? 螺旋卸料离心机的结构及操作
动画演示
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 离心分离设备的放大
? 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。
tgrte ?? 0
2?
? 以几何特征参数放大
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
g
lrC 222 ???
? ? ??? c t g32 31322 ??? rrgZC
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 膜离心设备
? 膜分离方法
常见的膜分离过程有渗透、透析、电渗析、反渗透、
微过滤、超滤、气体透过等。
膜
进料 浓缩液
稀释液 浓缩液
渗透
膜
进料 纯化液
杂质 渗析液
进料
透析
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 膜分离方法
膜
盐水
进料 浓缩液
水
反渗透
膜
进料
水
微过滤
膜
进料 浓缩液
水
超滤
膜
进料 贫气
富气
气体透过
半透膜 半透膜 半透膜
(a) 渗透 (b) 平衡点和渗透压 (c) 反渗透
渗
透
压
压力
?反渗透原理
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
?超滤工作原理
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
超滤技术的优点是 操作简便，成本低廉，不需增加任
何化学试剂,尤其是超滤技术的实验条件温和，与蒸发、
冰冻干燥相比没有相的变化，而且不引起温度,pH的变
化，因而可以防止生物大分子的变性、失活和自溶。
在生物大分子的制备技术中，超滤主要用于生物大分
子的脱盐、脱水和浓缩等。
超滤法也有一定的局限性，它不能直接得到干粉制剂。
对于蛋白质溶液，一般只能得到 10～ 50％的浓度。
?超 滤
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 膜
? 工业应用膜应具有的条件：
1,较大的透过性； 2,较高的选择性；
3,机械强度好、耐热、化学性能稳定； 4,不被细菌污染
膜材料 pH范围 使用的上限温度 适用膜类型
醋酸纤维 3～ 8 40～ 45 反渗透膜
聚丙烯 2～ 10 45～ 50 超滤膜
聚烯烃 1～ 13 45～ 50 超滤膜
聚 砜 1～ 13 80 超滤膜
聚醚砜 1～ 13 90 超滤膜
几种常用膜的适用范围
?几种常用膜
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 膜分离过程
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 膜分离设备
? 板式膜过滤器
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 膜分离设备
? 管式膜过滤器
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 膜分离设备
? 中空纤维式膜分离器
动画演示
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 膜分离设备
? 螺旋卷式膜分离器
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
型式 优点 缺点
管式 易清洗、无死角，适宜于处理含固体较多的料液，单根管子可以调换
保留体积大，单位体积
中所含过滤面积较小，
压力较大
中空纤维
式
保留体积小，单位体积中所含过滤面
积大，可以逆洗，操作压力较低（小
于 0.25MPa）动力消耗较低
料液需要预处理，单根
纤维损坏时，需调换整
个模件
螺旋卷绕
式
单位体积中所含有过滤面积大，换新
膜容易
料液需要预处理，压力
降大，易污染，清洗困
难
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
?各种膜装置性能的比较
过滤设备
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
?膜技术在生物工程中的应用
? 收集细胞、滤除固体物质
? 产物的分离、浓缩和精制
? 小分子产品的生产
? 大分子产品的生产
小 结
过
滤
、
离
心
与
膜
分
离
设
备
? 过滤速率的强化
? 发酵液的预处理
? 过滤介质选择
? 过滤设备
? 板框式及板式压滤机
? 真空过滤机
? 离心分离设备
? 分离原理与分离因数
? 常用离心机结构及选型
? 膜分离设备
? 膜分离方法
? 膜分离设备
