固液分離設(shè)備

1、固液分離設(shè)備汪雷 2012170183摘要：固液分離（solid-liquid separation）就是把生產(chǎn)中含水的中間或最終產(chǎn)品（包括排出物）的液相和固相分開，即從懸浮液中將固體顆粒與液相分離的作業(yè)。隨著現(xiàn)代制藥工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代制藥工業(yè)對固液分離的依賴性日益顯現(xiàn)，本文概述了固液分離在制藥工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的情況。簡要評述了我國制藥工業(yè)中固液分離設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀和國內(nèi)外固液分離技術(shù)研究與發(fā)展的概況。關(guān)鍵詞：固液分離 制藥工業(yè) 分離設(shè)備引言相系分為兩大類：一是在連續(xù)相和分散相之間沒有相界面、分離較難的均相物系。二是在連續(xù)相和分散相之間存在著明顯的相界面非均相物系。非均相物系由分散相和連續(xù)相組成，

2、兩相物理性質(zhì)不同，因此可以用機械的方法將兩相分離。固液分離可以分為兩大類 :一是沉降分離 ,一是過濾分離。沉降分離是顆粒相對于流體（靜止或運動）運動的過程。過濾分離是流體相對于固體顆粒床層運動而實現(xiàn)固液分離的過程。1、 固液分離設(shè)備分類固液分離設(shè)備也可以相應(yīng)地分為兩大類。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)推動力和操作特征進一步細分為若干種固液分離設(shè)備,如表1所示。品類繁多的固液分離設(shè)備使用戶有更大范圍的選擇,對于固液分離的問題,一般總能找到最合適的固液分離設(shè)備。然而,正是由于種類很多,一般用戶對各種設(shè)備性能和缺乏深刻理解,所以在選擇最合適的固液分離設(shè)備時總有許多困難。由于設(shè)備選擇不當,不能滿足技術(shù)要求的情況并不

3、少見。下文便介紹了一般常用的固液分離設(shè)備,和固液分離設(shè)備選擇的一般方法。當前除常用的固液分離設(shè)備與技術(shù)如真空過濾機和壓濾機，過濾和沉降離心機，普通沉降濃密機（強化和高效濃度機），普通澄清機，有預(yù)涂層的過濾機、壓濾機和深層床過濾機，上向式分離的氣浮機，篩分、水力旋流器、磁分離、泡沫浮選以及凝聚和絮凝、助濾劑、洗滌、過濾介質(zhì)及其選擇等。表一 固液分離設(shè)備主要類型一覽表1分離原理推動力操作特征典型設(shè)備沉降重力連續(xù)操作連續(xù)沉降槽 ( 鼓 ) 連續(xù)濃縮器 連續(xù)澄清器 流化床澄清器 斜板分級機 螺旋分級機 , 逆流分級機 , 泡沫浮選器間隙操作間隙沉降槽 ( 鼓 ) 沉降桶 澄清池離心力靜止壁液固旋流器

4、液液 固旋流器 轉(zhuǎn)動壁連續(xù)卸料臥螺離心機 立螺離心機 碟式分離機 螺碟離心機 管式分離機 室式分離機 , 離心濃縮機間隙卸料敝液管離心機 刮刀卸料沉降離心機電磁力高梯度磁分離器 靜電分離器 電滲析脫水機過濾重力連續(xù)操作帶式過濾器 振動篩 格柵間隙操作重力過濾器 砂層過濾器 袋式過濾器真空連續(xù)操作轉(zhuǎn)鼓真空過濾機 圓盤真空過濾機 轉(zhuǎn)臺真空過濾 翻盤真空過濾機 帶式真空過濾機間隙操作真空吸濾器 真空葉濾機 努契過濾器加壓連續(xù)操作加壓轉(zhuǎn)鼓過濾機 加壓圈盤過濾機 加壓帶式過濾 旋葉濾機 , 連續(xù)壓濾機 , 螺旋壓濾機 , 螺旋壓榨機 , 錐盤壓榷機旋葉壓濾機 , 帶式壓間隙操作板框壓濾機，壓濾機，管式壓

5、濾貌 魏躲加壓葉濾機，離心力卸料加壓圓盤過濾機，筒式濾機，預(yù)涂層過濾機離心力連續(xù)卸料活塞離心機，離心力卸料離心機，振動離心機 進動離心機， 螺旋過濾離心，導(dǎo)向通道式過濾離心機間隙卸料三足式離心機 刮刀離心機 上懸式離心機2、 沉降分離設(shè)備沉降是依靠外力的作用，利用分散物質(zhì)（固相）與分散介質(zhì)（液相）的密度差異，使之發(fā)生相對運動，而實現(xiàn)固液分離的過程。分為重力沉降和離心沉降。重力沉降操作的外力是重力，適用于分離較大的固體顆粒；離心沉降操作的外力是慣性離心力，適于分離兩相密度差較小，顆粒粒度較細的非均相物系。A. 顆粒沉降過程 <一>受力分析2 顆粒與流體在力場中作相對運動時，受到三個力

6、的作用：質(zhì)量力F、浮力Fb、曳力Fd。對于一定的顆粒和流體，重力F、浮力Fb一定，但曳力Fd卻隨著顆粒運動速度而變化。當顆粒運動速度u等于某一數(shù)值后達到勻速運動，這時顆粒所受的諸力之和為零。 <二>球形顆粒的自由沉降速度 自由沉降：顆粒在重力沉降過程中不受周圍顆粒和器壁影響的沉降。干擾沉降：固體顆粒在沉降過程中，因顆粒之間的相互影響而使顆粒不能正常沉降的過程。球形顆粒在靜止流體中沉降時，顆粒受到的作用力有重力、浮力和阻力。當合力為零時，顆粒相對于流體的運動速度稱為沉降速度，又稱為“終端速度。終端速度計算式：其中 是顆粒沉降時的阻力系數(shù)。并且是顆粒對流體作相對運動時的雷諾數(shù)Re的函數(shù)

7、。 與Re的關(guān)系可由實驗測定，球形顆粒（s=1）的沉降速度曲線分為三個區(qū)域，即：（1） （ 10-4< Ret2） （2） （ 2< Ret <103 ） （3） （ 103Ret <2×105） 對應(yīng)各區(qū)的沉降速度 ut的計算式為：（1）滯流區(qū) (2) 過渡區(qū) （3）湍流區(qū) 顆粒受力分析及圖表<三>影響重力沉降的因素 1.顆粒形狀：同一性質(zhì)的固體顆粒，非球形顆粒的沉降阻力比球形顆粒的大的多，因此其沉降速度較球形顆粒的要小一些。2.干擾沉降：當顆粒的體積濃度>0.2% 時，干擾沉降不容忽視。3.器壁效應(yīng)：當容器較小時，容器的壁面和底面均能增加

8、顆粒沉降時的曳力，使顆粒的實際沉降速度較自由沉降速度低。 B. 重力沉降設(shè)備沉降槽3：籍重力沉降從懸浮液中分離出固體顆粒的設(shè)備稱為沉降槽。如用于低濃度懸浮液分離時亦稱為澄清器；用于中等濃度懸浮液的濃縮時，常稱為濃縮器或增稠器。 沉降槽適于處理顆粒不太小、濃度不太高，但處理量較大的懸浮液的分離。這種設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單，可連續(xù)操作且增稠物濃度較均勻的優(yōu)點，缺點是設(shè)備龐大，占地面積大、分離效率較低。 C. 離心沉降設(shè)備碟式離心機：可快速連續(xù)的對固液和液液進分離，是立式離心機的一種，轉(zhuǎn)鼓裝在立軸上端，通過傳動裝置由電動機驅(qū)動而高速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有一組互相套疊在一起的碟形零件-碟片。碟片與碟片之間留有很小的

9、間隙。懸浮液（或乳濁液）由位于轉(zhuǎn)鼓中心的進料管加入轉(zhuǎn)鼓。當懸浮液（或乳濁液）流過碟片之間的間隙時，固體顆粒（或液滴）在離心機作用下沉降到碟片上形成沉渣（或液層）。沉渣沿碟片表面滑動而脫離碟片并積聚在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)直徑最大的部位，分離后的液體從出液口排出轉(zhuǎn)鼓。碟片的作用是縮短固體顆粒（或液滴）的沉降距離、擴大轉(zhuǎn)鼓的沉降面積，轉(zhuǎn)鼓中由于安裝了碟片而大大提高了分離機的生產(chǎn)能力。積聚在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的固體在分離機停機后拆開轉(zhuǎn)鼓由人工清除，或通過排渣機構(gòu)在不停機的情況下從轉(zhuǎn)鼓中排出。臥式螺旋沉降離心機4：臥螺離心機是一種臥式螺旋卸料、連續(xù)操作的沉降設(shè)備。本類離心機工作原理為：轉(zhuǎn)鼓與螺旋以一定差速同向高速旋轉(zhuǎn)，物料由進料

10、管連續(xù)引入輸料螺旋內(nèi)筒，加速后進入轉(zhuǎn)鼓，在離心力場作用下，較重的固相物沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上形成沉渣層。輸料螺旋將沉積的固相物連續(xù)不斷地推至轉(zhuǎn)鼓錐端，經(jīng)排渣口排出機外。較輕的液相物則形成內(nèi)層液環(huán)，由轉(zhuǎn)鼓大端溢流口連續(xù)溢出轉(zhuǎn)鼓，經(jīng)排液口排出機外。3、 過濾分離設(shè)備中藥提取液中有效成分與多糖及其他無效成分的分離，發(fā)酵液的預(yù)處理，液體制劑去除熱源等單元操作都是制藥生產(chǎn)中的過濾分離過程。按照過濾的原理不同可以分為濾餅過濾和深層過濾兩種方法。濾餅過濾：固體堆積在濾材上并架橋形成濾餅層的過濾方式 。深層過濾：指顆粒沉積在床層內(nèi)部的孔道壁上而并不形成濾餅的過濾方式。 A. 過濾基本方程式：過濾基本方程式表示過濾過程

11、中某一瞬間的過濾速率與各有關(guān)因素的相互關(guān)系。對于不可壓縮性濾餅有如下計算式：B. 過濾設(shè)備板框壓濾機：混合液流經(jīng)過濾介質(zhì)（濾布），固體停留在濾布上，并逐漸在濾布上堆積形成過濾泥餅。而濾液部分則滲透過濾布，成為不含固體的清液。與其它固液分離設(shè)備相比，壓濾機過濾后的泥餅有更高的含固率和優(yōu)良的分離效果。真空轉(zhuǎn)鼓過濾機5: 它有一水平轉(zhuǎn)鼓，鼓壁開孔，鼓面上鋪以支承板和濾布，構(gòu)成過濾面。過濾面下的空間分成若干隔開的扇形濾室。各濾室有導(dǎo)管與分配閥相通。轉(zhuǎn)鼓每旋轉(zhuǎn)一周，各濾室通過分配閥輪流接通真空系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)，順序完成過濾、洗渣、吸干、卸渣和過濾介質(zhì)（濾布）再生等操作。在轉(zhuǎn)鼓的整個過濾面上，過濾區(qū)約占

12、圓周的1/3,洗渣和吸干區(qū)占1/2,卸渣區(qū)占1/6,各區(qū)之間有過渡段。過濾時轉(zhuǎn)鼓下部沉浸在懸浮液中緩慢旋轉(zhuǎn)。沉沒在懸浮液內(nèi)的濾室與真空系統(tǒng)連通，濾液被吸出過濾機，固體顆粒則被吸附在過濾面上形成濾渣。濾室隨轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)離開懸浮液后，繼續(xù)吸去濾渣中飽含的液體。當需要除去濾渣中殘留的濾液時，可在濾室旋轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)鼓上部時噴灑洗滌水。這時濾室與另一真空系統(tǒng)接通，洗滌水透過濾渣層置換顆粒之間殘存的濾液。濾液被吸入濾室，并單獨排出，然后卸除已經(jīng)吸干的濾渣。這時濾室與壓縮空氣系統(tǒng)連通，反吹濾布松動濾渣，再由刮刀刮下濾渣。壓縮空氣（或蒸汽）繼續(xù)反吹濾布，可疏通孔隙，使之再生。4、 新式設(shè)備介紹6陶氏化學(xué)公司（NYSE:

13、DOW）推出一種針對高難度水處理的獲獎創(chuàng)新產(chǎn)品：TEQUATICTMPLUS精密顆粒過濾器。憑借其專利設(shè)計，TEQUATICTM PLUS精密顆粒過濾器將連續(xù)清洗、錯流過濾以及離心分離和固體收集功能集成于一個裝置中，此技術(shù)已經(jīng)在諸多應(yīng)用領(lǐng)域證明了其重要價值。a) 針對高難度水處理的技術(shù) TEQUATICTM PLUS精密顆粒過濾器由陶氏化學(xué)公司的全資子公司Clean Filtration Technologies LLC（簡稱“CFT”）生產(chǎn)。TEQUATICTM PLUS精密顆粒過濾器在高難度水處理領(lǐng)域是一項具有突破性的產(chǎn)品，能夠可靠、穩(wěn)定且經(jīng)濟地處理總懸浮固體顆粒（TSS）極高而且變化范圍

14、極大的原水，克服諸如濾芯、濾袋和多介質(zhì)過濾器等傳統(tǒng)技術(shù)存在的各種缺點。該技術(shù)可以處理固體顆粒含量從1到10,000毫克/升的原水而無須頻繁更換濾片，即使是在有油的情況下亦是如此。TEQUATICTM PLUS精密顆粒過濾器不僅為水處理領(lǐng)域帶來一系列全新的可能性，而且亦使客戶能夠在更廣的范圍內(nèi)選擇陶氏水處理及過程解決方案所提供的水凈化和分離技術(shù)產(chǎn)品。b) 性能優(yōu)勢 與其它技術(shù)不同，TEQUATICTM PLUS精密顆粒過濾器可以在實現(xiàn)極高的水回收率（一般都不低于99%）的同時，穩(wěn)定地過濾固體顆粒含量高而且變化極大的原水，設(shè)備維護量、污堵情況以及反沖洗周期均大幅度減少，而且不存在更換濾芯或濾袋的問

15、題。c) 應(yīng)用的多樣性 TEQUATICTM PLUS精密顆粒過濾器專門針對非飲用水應(yīng)用領(lǐng)域。其功能非常靈活，可作為一級過濾器、超濾（UF）和反滲透（RO）的預(yù)過濾器，亦可作為水再利用技術(shù)之后的后過濾器。d) 關(guān)鍵技術(shù) TEQUATICTM PLUS精密顆粒過濾器利用原水進入過濾器后的壓力，使水流在過濾室中快速沖刷，推動過濾室中的扇葉，將原水中較大的顆?？焖倬鶆虻貛脒^濾室，通過離心力將較重的固體顆粒離心到過濾室的壁上，并且在重力的作用下漸漸沉降，進入下方的收集室。較為干凈的過濾水則在壓力作用下通過過濾膜，從上方流出。沒有通過過濾膜的水則從下方再次進入循環(huán)。參考文獻：1 李永改,彭安均,張鵬. 兩種常用固液分離技術(shù)的分析與比較J. 科技信息. 2010(21)2 張俊福,余承烈. 高效固液分離設(shè)備的設(shè)計和試驗J. 凈水技術(shù). 2005(01)3 張慧,孫世鋼. 螺旋式固液分離設(shè)