沉降與過濾-制藥工程原理與設備課件

1、沉降與過濾-制藥工程原理與設備 第五章第五章 沉降與過濾沉降與過濾重點重點：過濾和沉降的基本理論、基本方程：過濾和沉降的基本理論、基本方程難難點點：過濾基本方程的應用：過濾基本方程的應用(yngyng)、過濾設備、過濾設備第一頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備p均相物系(honogeneous system): 均相混合物。物系內(nèi)部各處( ch)均勻且無相界面。如溶液和混合氣體都是均相物系。自然界的混合物分為(fn wi)兩大類：p非均相物系(non-honogeneous system): 非均相混合物。物系內(nèi)部有隔開不同相的界面(jimin)存在，且界面(jimin)兩側的物料

2、性質有顯著差異。如：懸浮液、乳濁液、泡沫液屬于液態(tài)非均相物系，含塵氣體、含霧氣體屬于氣態(tài)非均相物系。 概述概述第二頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備混合物均相混合物：所需分離的物質在同一相中，不能用機械 的方法分離；非均相混合物：由分散物質和連續(xù)物質組成的一個以上的相，可以用機械的方 法分離。相界面兩側的物質性質不同。 固體固體：固體混合固體液體：懸浮液 固體氣體：含塵氣體 液體氣體：含霧氣體液體液體：乳濁液非均相混合物第三頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備p分散相： 分散物質。在非均相物系中，處于(chy)分散狀態(tài)的物質。p連續(xù)相： 分散介質。包圍(bowi)著分散物

3、質而處于連續(xù)狀態(tài)的流體。非均相物系由非均相物系由分散相分散相和和連續(xù)連續(xù)(linx)相相組成組成第四頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備p非均相物系的分離(fnl)原理： 根據(jù)兩相物理性質(如密度(md)等)的不同而進行的分離。p非均相物系的分離(fnl)方法： 由于非均相物的兩相間的密度等物理特性差異較大，因此常采用機械方法進行分離。按兩相運動方式的不同，機械分離大致分為沉降和過濾兩種操作。第五頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備p 定義(dngy)：p沉降(chnjing)力場：重力、離心力。 在某種力場的作用下，利用分散(fnsn)物質與分散介質的密度差異，使之發(fā)生相

4、對運動而分離的單元操作。p 沉降操作分類：重力沉降、離心沉降。第一節(jié)第一節(jié) 沉降沉降 Settling第六頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備圖 流體繞過顆粒的流動uFdFd與顆粒運動(yndng)的方向相反 當流體相對于靜止的固體顆粒(kl)流動時，或者固體顆粒(kl)在靜止流體中移動時，由于流體的粘性，兩者之間會產(chǎn)生作用力，這種作用力通常稱為曳力（drag force)或阻力。只要顆粒與流體之間有相對運動(xin du yn dn)，就會產(chǎn)生阻力。對于一定的顆粒和流體，只要相對運動速度相同，流體對顆粒的阻力就一樣。一、顆粒運動時的阻力一、顆粒運動時的阻力第七頁，共九十五頁。沉降與

5、過濾-制藥工程原理與設備 流體密度； 流體粘度(zhn d)； dp顆粒的當量直徑； A 顆粒在運動方向上的投影面積； u 顆粒與流體相對運動速度。 阻力系數(shù)，是雷諾數(shù)Re的函數(shù)，由實驗確定。22uAFd)()(udRpe顆粒所受的阻力(zl)Fd可用下式計算第八頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備層流(cn li)區(qū)過渡(gud)區(qū)湍流(tunli)區(qū)tRe/248 . 0Re/5 .18t44.0第九頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備 tRe/248 . 0Re/5 .18t44.0層流(cn li)區(qū)（斯托克斯Stokes區(qū)，Re1） 注意：其中斯托克斯區(qū)的計算式是

6、準確的，其它兩個區(qū)域(qy)的計算式是近似的。過渡(gud)區(qū)（艾侖Allen區(qū)，1Re500）湍流區(qū)（牛頓Newton區(qū)，500Re105） 圖中曲線大致可分為三個區(qū)域，各區(qū)域的曲圖中曲線大致可分為三個區(qū)域，各區(qū)域的曲線可分別用不同的計算式表示為：線可分別用不同的計算式表示為：第十頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備 自由沉降（free settling）： 單個顆粒在流體中沉降，或者顆粒群在流體中分散得較好而顆粒之間互不接觸互不碰撞(pn zhun)的條件下沉降。 二二、重力沉降重力沉降 重力沉降重力沉降(gravity settling)：由地球引力由地球引力作用而發(fā)生的顆粒作

7、用而發(fā)生的顆粒(kl)沉降過程，稱為重力沉降過程，稱為重力沉降沉降。1 1 沉降速度沉降速度1.1 1.1 球形顆粒的自由沉降球形顆粒的自由沉降第十一頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備ddumFFFdbg243)(udgddupppp根據(jù)(gnj)牛頓第二定律，顆粒的重力沉降運動基本方程式應為:u重力 Fg阻力 Fd浮力 Fb2422udFpdgdFppg36gdFpb36p為顆粒密度第十二頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備 隨著顆粒向下(xin xi)沉降，u逐漸增大，du/d 逐漸減少。 當u增到一定數(shù)值ui時，du/d =0。顆粒開始作勻速沉降運動。3)(4ppt

8、gdu上式表明(biomng)：顆粒的沉降(chnjing)過程分為兩個階段：沉降速度（terminal velocity） ：也稱為終端速度，勻速階段顆粒相對于流體的運動速度。 當du/d =0時，令u= ut，則可得沉降速度計算式加速階段；勻速階段。第十三頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備 將不同流動區(qū)域的阻力系數(shù)分別(fnbi)代入上式，得球形顆粒在各區(qū)相應的沉降速度分別為： 層流區(qū)（Re1）18)(2ppgdtupptdgu3122225)(4ppdgtu)(3過渡區(qū)（1Re500）湍流區(qū)（500Re105）ut與dp有關。dp愈大，ut則愈大。層流區(qū)與過渡(gud)區(qū)中，

9、ut還與流體粘度有關。液體粘度約為氣體粘度的50倍，故顆粒在液體中的沉降速度比在氣體中的小很多。第十四頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備1.假設流體流動類型；2.計算沉降速度；3.計算Re，驗證與假設是否(sh fu)相符；4.如果不相符，則轉。如果相符，OK !求沉降速度通常(tngchng)采用試差法。沉降速度的求法：沉降速度的求法： 第十五頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備例：計算直徑為95m，密度為3000kg/m3的固體顆粒(kl)分別在20 的空氣和水中的自由沉降速度。smugdtpp/10797. 9310005. 11881. 9)2 .9983000(

10、)1098(18)(362計算(j sun)Re，核算流型：19244. 0Re33610005. 12 .99810797. 91095udp假設正確，計算(j sun)有效。解：在20 的水中： 20 水的密度為998.2kg/m3，粘度為1.00510-3 Pas先設為層流區(qū)。 第十六頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備18)(2ppgdtu1) 顆粒(kl)直徑dp:應用：啤酒生產(chǎn)，采用絮狀酵母，dput，使啤酒易于(yy)分離和澄清。均質乳化， dput，使飲料不易分層。加絮凝劑，如水中加明礬。2) 連續(xù)(linx)相的粘度：應用：加酶：清飲料中添加果膠酶，使 ut，易于分

11、離。增稠：濃飲料中添加增稠劑，使 ut，不易分層。加熱：2 2 影響沉降速度的因素影響沉降速度的因素( (以層流區(qū)為例以層流區(qū)為例) ) 第十七頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備4) 顆粒(kl)形狀在實際(shj)沉降中：非球形顆粒的形狀(xngzhun)可用球形度s 來描述。pSSss 球形度；S 顆粒的表面積，m2；Sp 與顆粒體積相等的圓球的表面積，m2。 不同球形度下阻力系數(shù)與Re的關系見課本圖示，Re中的dp用當量直徑de代替。球形度s越小，阻力系數(shù) 越大，但在層流區(qū)不明顯。ut非球ut球 。對于細微顆粒(d75m以上(yshng)顆粒-用于除去(ch q)510m 顆

12、粒第二十頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備 降塵室：利用重力沉降分離含塵氣體中塵粒的設備，是一種(y zhn)最原始的分離方法。一般作為預分離之用，分離粒徑較大的塵粒。降塵室的示意圖降塵降塵(jingchn)室室第二十一頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備假設顆粒運動的水平分速度與氣體的流速 u 相同；停留時間Tl/u沉降時間(shjin)TtH/ ut顆粒分離出來的條件是 l/uH/ utlHb凈化氣體含塵氣體uut降塵降塵(jingchn)室的室的計算計算第二十二頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備增稠器（沉降(chnjing)槽） 加料加料清液溢流清液溢流

13、水平水平清液清液擋板擋板 耙耙 稠漿稠漿 連續(xù)式沉降槽請點擊(din j)觀看動畫結構(jigu)：除塵原理：用于分離出液-固混合物與降塵室一樣，沉降槽的生產(chǎn)能力是由截面積來保證的，與其高度無關。故沉降槽多為扁平狀。 與降塵室相同第二十三頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備【例 3-1】 有一玉米淀粉水懸浮液，溫度C200，淀粉顆粒平均直徑為m15，淀粉顆粒吸水后的密度為3mkg1020，試求顆粒的沉降速度。 解：先假定沉降在層流區(qū)進行，故 18)(20gduPP 已知：36mkg1020,m1015m15Ppd 查出C200的水的sPa10005.1,mkg2 .99833代入上式

14、得： 163260sm1066.2807.910005.118)2 .9981020()1015(u 檢驗 Re 值：11096. 310005. 12 .9981066. 21015Re53660udP 計算結果表明， 與假設相符， 故算得的160sm1066. 2u 正確。 第二十四頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備第二節(jié)第二節(jié) 離心離心(lxn)沉降沉降離心沉降是靠慣性離心力作用(zuyng)而實現(xiàn)的沉降過程。特點：沉降速度快，分離效果好主要設備：分離氣固非均相混合物設備：旋風分離器分離液固非均相混合物設備：旋液分離器，沉降離心機第二十五頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原

15、理與設備離心沉降： 依靠慣性離心力的作用而實現(xiàn)的沉降過程 適于分離兩相密度(md)差較小，顆粒粒度較細的非均相物系。 重力場離心力場力場強度重力(zhngl)加速度guT2/R 方向指向(zh xin)地心 沿旋轉半徑從中心指向外周 Fg=mg 2TCuFmR作用力 慣性離心力場與重力場的區(qū)別 第二十六頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備一、離心力作用一、離心力作用(zuyng)下的沉降速度下的沉降速度r1r2ArCBuruut顆粒在旋轉流體中的運動當一個(y )球形顆粒繞中心軸作圓周運動時，就產(chǎn)生慣性離心力。如圖：球體直徑為d，切向運動速度為ut，球體距中心o點的距離為r，球形顆粒

16、s，流體。則顆粒(kl)在圖示位置受三個力作用: :o()慣性離心力從中心指向外周阻力 與離心力方向相反向心力 指向中心軸 點 相當于重力場中浮力達平衡時，顆粒在徑向上相對于流體的運動速度就是離心沉降速度ur慣性離心力向心力=阻力第二十七頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備236TcppuFdR離心力 236TbpuFdR浮 力 2422rpdudF阻力2223u()0642pTrppdudR顆粒(kl)在離心力場中沉降時，在徑向沉降方向上受力分析。若這三個力達到(d do)平衡，則有u離心力 Fc阻力 Fd浮力 Fb顆粒在離心力場中的受力分析2 2 離心離心(lxn)(lxn)沉降

17、速沉降速度度第二十八頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備24()3ppTrduuR離心沉降速度：顆粒在徑向上相對于流體的速度，就是這個(zh ge)位置上的離心沉降速度。 在離心沉降分離中，當顆粒(kl)所受的流體阻力處于斯托克斯區(qū)，離心沉降速度為:22p()18pTrduuR24R e4(10R e1)2p()18ptdug與重力沉降比較2()urTctuKuR g重Kc叫離心分離因數(shù)，表明同一顆粒在同一介質中離心場強度(qingd)與重力場強度(qingd)之比，無因次，是離心分離設備的重要性能參數(shù)。 第二十九頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備注意：離心沉降與重力沉降

18、的類比。比較ur，ut：Ur：是顆粒絕對運動速度在徑向上的分量，方向沿徑向向外，隨r方向及大小而變化，不是恒值。由于顆粒和流體(lit)同時做圓周運動，顆粒的實際運動軌跡是一個半徑逐漸擴大的螺旋線。離心沉降速度并不是顆粒的實際運動速度，只是其在徑向上的分量。 ut：恒值，方向向下旋風分離器用于分離氣體中的固體顆粒旋液分離器用于分離液體中的固體顆粒 重力沉降 離心沉降 降塵室用于分離氣體中的固體顆粒增稠器用于分離液體中的固體顆粒 第三十頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備旋風分離器是利用離心力作用凈制氣體(qt)的設備。 其結構簡單，制造方便；分離(fnl)效率高；可用于高溫含塵氣體的

19、分離；特點(tdin)：結構：外圓筒；內(nèi)圓筒；錐形筒。3 3 旋風分離器旋風分離器( (cyclone separator)cyclone separator)第三十一頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備含塵氣體從圓筒上部長方形切線進口進入。入口氣速約為1520m/s。含塵氣體沿圓筒內(nèi)壁作旋轉流動。顆粒的離心力較大，被甩向外層，氣流在內(nèi)層。氣固得以分離。在圓錐部分，旋轉半徑縮小而切向速度增大，氣流與顆粒作下螺旋運動。在圓錐的底部附近，氣流轉為上升(shngshng)旋轉運動，最后由上部出口管排出；固相沿內(nèi)壁落入灰斗。外圓筒內(nèi)圓筒錐形筒切向入口關風器(防止空氣進入)含塵氣體固相凈化氣體

20、外螺旋內(nèi)螺旋工作工作(gngzu)過過程程第三十二頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備標準旋風分離器的尺寸4/8/,2,22/, 4/, 2/2211DDDSDHDHDDDBDhH1H2SBDD1hui第三十三頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備雙聯(lián)四聯(lián) 用若干個小旋風分離器并來代替一個(y )大旋風分離器，可以提高分離效率。第三十四頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備 利用(lyng)離心力的作用，使懸浮液中固體顆粒增稠或使粒徑不同及密度不同的顆粒進行分級。結構和工作原理：與旋風分離器相似。4 4 旋液分離器旋液分離器( (hydraulic cyclone)h

21、ydraulic cyclone)第三十五頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備l懸浮液從圓筒上部的切向進口進入(jnr)器內(nèi)，旋轉向下流動。工作(gngzu)過程：l液流中的顆粒受離心力作用，沉降到器壁，并隨液流下降到錐形底的出口(ch ku)，成為較稠的懸浮液而排出，稱為底流。l澄清的液體或含有較小較輕顆粒的液體，則形成向上的內(nèi)旋流，經(jīng)上部中心管從頂部溢流管排出，稱為溢流。第三十六頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備 5 5 沉降沉降(chnjing)(chnjing)式離心機式離心機 沉降式離心機是利用離心沉降的原理分離懸浮液或乳濁液的機械。沉降式離心機是利用離心沉降的

22、原理分離懸浮液或乳濁液的機械。 5.1 5.1 管式離心機（管式離心機（tubular-bowl centrifugetubular-bowl centrifuge） 轉鼓由轉軸帶動旋轉。乳濁液由底部進入，在轉鼓內(nèi)從下向上流動過程中，由于(yuy)兩種液體的密度不同而分成內(nèi)、外兩液層。外層為重液層，內(nèi)層為輕液層。到達頂部后，輕液與重液分別從各自的溢流口排出。第三十七頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備 分離乳濁液的碟式離心機：碟片上開有小孔。乳濁液通過小孔流到碟片的間隙。在離心力作用下，重液沿著每個碟片的斜面沉降，并向轉鼓內(nèi)壁移動(ydng)，由重液出口連續(xù)排出。而輕液沿著每個碟片的

23、斜面向上移動(ydng)，匯集后由輕液出口排出。 主要分離乳濁液中輕、重兩液相，例如油類脫水、牛乳脫脂等；也可以澄清含少量細小顆粒(kl)固體的懸浮液。5.2 5.2 碟式離心機（碟式離心機（disk-bowl centrifugedisk-bowl centrifuge）第三十八頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備工作(gngzu)原理： 離心機 煩人殼體內(nèi)設有可高速旋轉的 轉鼓，鼓壁上開有許多(xdu)小孔，內(nèi)側襯有一層或多層濾布。工作時，液體在離心力的作用下穿過濾布及壁上的小孔而排出，顆粒被截留于濾布表面。5.3 5.3 三足式離心機三足式離心機造價(zoji)低廉，抗震性好，

24、結構簡單，操作方便。分離粒徑為0.05 5mm。特點：第三十九頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備過濾介質: 過濾采用的多孔物質；濾漿: 所處理的懸浮液；濾液: 通過(tnggu)多孔通道的液體；濾餅或濾渣: 被截留的固體物質。 以某種多孔物質(wzh)為介質，在外力的作用下，使懸浮液中的液體通過介質的孔道，而固體顆粒被截留在介質上，從而實現(xiàn)固液分離的單元操作。 第三節(jié)第三節(jié) 過過 濾濾一、基本概念一、基本概念1 過濾過濾(gul)(filtration) 第四十頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備濾漿(slurry)：原懸浮液。濾餅(filter cake)：截留(ji

25、li)的固體物質。過濾介質(jizh)(filtering medium)：多孔物質。濾液(ly)(filterate)：通過多孔通道的液體。過濾操作示意圖(濾餅過濾)第四十一頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備 濾餅過濾過程(guchng)：(食用油脫色后出去活性炭和漂白土、牛奶去雜） 剛開始：有細小(xxio)顆粒通過孔道，濾液混濁。 開始后：迅速發(fā)生“架橋現(xiàn)象”，顆粒被攔截，濾液澄清。 所以，在濾餅過濾時真正起過濾作用的是濾餅本身，而非過濾介質。2 過濾過濾(gul)方式方式過濾的操作基本方式有兩種：過濾的操作基本方式有兩種： 濾餅過濾濾餅過濾和和深層過濾深層過濾2.1 2.1

26、 濾餅過濾濾餅過濾( (cake filtration)cake filtration)：餅層過濾餅層過濾第四十二頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備架橋現(xiàn)象注意：所選過濾介質的孔道(kngdo)尺寸一定要使“架橋現(xiàn)象”能夠過發(fā)生。餅層過濾適于處理(chl)固體含量較高的懸浮液。第四十三頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備特點：顆粒(粒子)沉積于介質(jizh)內(nèi)部。深層過濾過濾(gul)對象：懸浮液中的固體顆粒小而少。過濾(gul)介質：堆積較厚的粒狀床層。過濾原理：顆粒尺寸 介質通道尺寸，顆粒通過細長而彎曲的孔道，靠靜電和分子的作用力附著在介質孔道壁上,無濾餅堆積。應用

27、：適于處理生產(chǎn)能力大而懸浮液中顆粒小而且含量少的場合，如水處理和酒的過濾。2.2 深層過濾深層過濾(deep bed filtration)： 又稱深床過濾（又稱深床過濾（啤酒、果汁、色拉油過濾）啤酒、果汁、色拉油過濾）第四十四頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備織物介質(又稱濾布) 由棉、毛、麻、絲等天然纖維及合成纖維制成的織物，以及(yj)玻璃絲、金屬絲等織成的網(wǎng)；過濾介質(jizh)的分類：堆積(duj)介質(又稱粒狀介質） 由各種固體顆粒（細砂、硅藻土等）堆積而成， 多用于深床過濾；多孔固體介質 這類介質具有很多細微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。多用于含少量細微顆粒的懸浮液，

28、如白酒等的精濾。3 3 過濾介質過濾介質第四十五頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備過濾介質應具有(jyu)如下性質： 過濾介質(jizh)的作用(濾餅過濾)： 促使濾餅的形成，并支承濾餅。（1）多孔性，液體流過的阻力??；（2）有足夠(zgu)的強度；（3）耐腐蝕性和耐熱性；（4）孔道大小適當，能發(fā)生架橋現(xiàn)象。第四十六頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備不可壓縮濾餅：若顆粒由不易變形的堅硬固體組成，則當壓強差增大時，濾餅的結構(jigu)不發(fā)生明顯變化，單位厚度濾餅的流動阻力可視作恒定，這類濾餅稱為不可壓縮濾餅。 隨著過濾的進行，濾餅的厚度增大(zn d)，濾液的流動阻力亦

29、逐漸增大(zn d)，導致濾餅兩側的壓強差增大(zn d)。濾餅的壓縮性對壓強差有較大影響?？蓧嚎s濾餅：若濾餅為膠體(jio t)物質時，當壓強差增大時，濾餅則被壓緊，使單位厚度濾餅的流動阻力增大，此類濾餅稱為可壓縮濾餅。 4 濾餅的壓縮性和助濾劑濾餅的壓縮性和助濾劑第四十七頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備助濾劑：對于可壓縮濾餅，為了使過濾順利進行，可以將質地堅硬而能形成疏松濾餅的另一種固體顆?；烊霊腋∫夯蝾A涂于過濾介質上，以形成疏松餅層，使得濾液(ly)暢流，該種顆粒狀物質就稱為助濾劑。常用(chn yn)的助濾劑：硅藻土、珍珠巖、石棉、炭粉等。助濾劑的基本(jbn)要求：1、

30、能形成多孔餅層的剛性顆粒，使濾餅有良好的滲透性及較低的流體阻力。2、具有化學穩(wěn)定性。3、在操作壓強范圍內(nèi)具有不可壓縮性。第四十八頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備 dpde 對于顆粒層中不規(guī)則的通道，可以簡化成由一組當量(dngling)直徑為de的細管，而細管的當量直徑可由床層的空隙率和顆粒的比表面積來計算。二、過濾的基本理論二、過濾的基本理論1 濾液通過濾液通過(tnggu)餅層的流動餅層的流動第四十九頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備顆粒床層的特性可用空隙率、當量直徑(zhjng)等物理量來描述?？障堵剩簡挝?dnwi)體積床層中的空隙體積稱為空隙率。式中 床層的

31、空隙率，m3/m3。床層總體積床層空隙體積式中 顆粒的比表面，m2/m3。顆粒體積顆粒表面積a比表面積：單位(dnwi)體積顆粒所具有的表面積稱為比表面積。2 顆粒床層的特性顆粒床層的特性第五十頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備322()5(1)cpdVuAdaL式中 V 濾液量，m3； t 過濾時間(shjin)，s； A 過濾面積，m2。任一瞬間的過濾(gul)速度為：過濾(gul)速度:單位時間內(nèi)通過單位過濾面積的濾液體積， m3/m2s。3 過濾速率過濾速率第五十一頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備R濾餅(l bn)阻力，1/m, 其計算式為：322)1(5ar

32、由濾餅阻力和過濾介質阻力兩部分組成，單位厚度濾餅所具有的阻力稱為比阻，r表示(biosh)，反映顆粒形狀、尺寸及床層孔隙率對濾液流動的影響。若濾餅厚度為L，濾餅阻力為式中 r濾餅(l bn)的比阻，1/m2,對于不可壓縮濾餅，其計算式為：R=rL4 過濾阻力過濾阻力R=rLe過濾介質阻力：Le當量濾餅厚度，即與 過濾介質阻力相當?shù)臑V餅層厚度第五十二頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備()()cmmmppdVpAdRRRR 上式表明，可用濾液(ly)通過串聯(lián)的濾餅與濾布的總壓強降來表示過濾推動力，用兩層的阻力之和來表示總阻力。實際操作時，分為恒壓過濾和恒速過濾。式中：p 濾餅(l bn

33、)與濾布兩側的總壓強差，稱為過濾壓強差。4 過濾(gul)推動力為克服過濾過程中的阻力，必須施加一定的外力，如：重力、離心力和壓強差等，即過濾推動力。制藥化工中常以壓強差為推動力。通常，濾餅與濾布的面積相同。所以兩層中的過濾速度應相等，則：第五十三頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備p定義：過濾操作在恒定壓強(yqing)下進行時稱為恒壓過濾。濾餅不斷變厚；阻力逐漸增加；推動力p 恒定(hngdng)；過濾速率逐漸變小。p特點(tdin)：三、恒壓過濾三、恒壓過濾第五十四頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備對于一定的懸浮液，設每獲得1m3濾液所形成濾餅(l bn)的體積為m

34、3，則濾餅厚度L：v 濾餅體積(tj)與相應的濾液體積(tj)之比，m3/ m3 即： 恒壓過濾恒壓過濾(gul)方程式的推導方程式的推導VLA若生成厚度為Le的濾餅層所獲得的濾液體積為Ve，則：LAVeeVLAVe過濾介質的虛擬濾液體積或當量濾液體積，m3第五十五頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備 恒壓過濾恒壓過濾(gul)方程式的推導方程式的推導對于不可(bk)壓縮濾餅，可以導出下列關系式：22ee=VKA22e+2V V=VKA虛擬過濾(gul)時間，即獲得體積為Ve的濾液所需時間，s eK過濾常數(shù)，由物料特性及過濾壓強差決定， m2/ s ，對于不可壓縮濾餅，K與壓強差P成

35、正比。恒壓過濾方程22ee=+VVKA 第五十六頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備令 q=V/A，qe=Ve/A恒壓過濾(gul)方程變?yōu)椋?eeq =K2eq +2q q=K2eeqq=+K qe介質常數(shù)，其值反應反應過濾(gul)介質阻力的大小， m3/m2當過濾介質(jizh)的阻力可忽略，即qe和 均為零時：e2q =K第五十七頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備 工業(yè)(gngy)上使用的典型過濾設備：按操作(cozu)方式分類：間歇過濾機、連續(xù)過濾機按操作壓強(yqing)差分類：壓濾、吸濾和離心過濾板框壓濾機（間歇操作）轉筒真空過濾機（連續(xù)操作）過濾式離心機四

36、、過濾設備四、過濾設備第五十八頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備結構(jigu)：濾板、濾框、夾緊機構、機架等組成。濾板：凹凸不平的表面，凸部用來支撐濾布，凹槽是濾液(ly)的流道。濾板右上角的圓孔，是濾漿通道；左上角的圓孔，是洗水通道。洗滌板：左上角的洗水通道與兩側表面(biomin)的凹槽相通， 使洗水流進凹槽；非洗滌板：洗水通道與兩側表面的凹槽不相通。1 板框壓濾機板框壓濾機 第五十九頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備 為了避免這兩種板和框的安裝次序有錯，在鑄造時常(shchng)在板與框的外側面分別鑄有一個、兩個或三個小鈕。非洗滌板為一鈕板，框帶兩個鈕板，框帶兩

37、個鈕，洗滌板為三鈕板。濾框：濾漿通道：濾框右上角的圓孔洗水通道：濾框左上角的圓孔第六十頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備濾漿洗水濾板濾框洗板濾布板框過濾機第六十一頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備 板框過濾機的操作是間歇式的，每個操作循環(huán)由裝合、過濾、洗滌(xd)、卸渣、整理五個階段。過濾(gul)過程1)、裝合： 將板與框按 1-2-3-2-1-2-3的順序，濾板的兩側表面(biomin)放上濾布，然后用手動的或機動的壓緊裝置固定，使板與框緊密接觸。 2)、過濾： 用泵把濾漿送進右上角的濾漿通道，由通道流進每個濾框里。濾液穿過濾布沿濾板的凹槽流至每個濾板下角的閥門排出

38、。固體顆粒積存在濾框內(nèi)形成濾餅，直到框內(nèi)充滿濾餅為止。第六十二頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備3)、洗滌： 將洗水送入洗水通道，經(jīng)洗滌板左上角的洗水進口，進入(jnr)板的兩側表面的凹槽中。然后，洗水橫穿濾布和濾餅，最后由非洗滌板下角的濾液出口排出。在此階段中，洗滌板下角的濾液出口閥門關閉。4)、卸渣、整理 打開板框，卸出濾餅(l bn)，洗滌濾布及板、框。 在洗液粘度與濾液粘度相近的情況下，且在壓差(y ch)相同時，洗滌液需穿越兩層濾布及整個板框內(nèi)的濾餅層，其流經(jīng)長度為過濾終了時濾液流經(jīng)長度的2倍，而流通截面積缺只有后者的一半，故洗滌速率約為過濾終了速率的1/4。第六十三頁，

39、共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備結構簡單，價格低廉，占地面積小，過濾面積大?？筛鶕?jù)需要增減濾板的數(shù)量，調(diào)節(jié)過濾能力。對物料的適應能力較強，由于操作壓力較高（310kg/cm2 ），對顆粒細小而液體粘度較大的濾漿，也能適用。間歇操作，生產(chǎn)能力低，卸渣清洗和組裝階段需用人力(rnl)操作，勞動強度大，所以它只適用于小規(guī)模生產(chǎn)。近年出現(xiàn)了各種自動操作的板框壓濾機，使勞動強度得到減輕。板框壓濾機的特點(tdin)：第六十四頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備結構(jigu)：p轉筒，扇形格(18格)； 濾室；分配頭；動盤(18個孔，分別與扇形格的18個通道相連)；定盤(三個凹槽：濾

40、液真空凹槽、洗水真空凹槽、壓縮空氣凹槽，分別將動盤的18個孔道分成三個通道)；p金屬網(wǎng)；p濾布；p濾漿槽。工作過程轉筒真空過濾機結構示意圖動盤定盤轉筒金屬網(wǎng)濾布濾餅攪拌器洗滌噴頭料漿槽刮刀2 2 轉筒真空轉筒真空(zhnkng)(zhnkng)過濾機過濾機（rotary-drum vacuum filterrotary-drum vacuum filter）第六十五頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備110987654321817161514131112動盤轉筒及分配(fnpi)頭的結構工作(gngzu)過程定盤18格分成6個工作區(qū)1區(qū)(17格)：過濾區(qū)；2區(qū)(810格)：濾液吸干區(qū)

41、；3區(qū)(1213格)：洗滌(xd)區(qū)；4區(qū)(14格)：洗后吸干區(qū)；5區(qū)(16格)：吹松卸渣區(qū)；6區(qū)(17格)：濾布再生區(qū)。l過濾區(qū)(12區(qū))，f 槽; l洗滌區(qū)(34區(qū))，g槽 ;l干燥卸渣區(qū)(56區(qū))，h 槽;f 槽h 槽g 槽第六十六頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備自動連續(xù)操作；適用于處理量大，固體顆粒(kl)含量較多的濾漿；真空下操作，其過濾推動力較低(最高只有1atm)，對于濾餅阻力較大的物料適應能力較差。 轉筒旋轉時，藉分配頭的作用，能使轉筒旋轉一周的過程中，每個扇形格室可依次(yc)進行過濾、洗滌、吸干、吹松卸渣等項操作。整個轉筒圓周在任何(rnh)瞬間都劃分為:特點

42、：工作過程過濾區(qū);洗滌區(qū);干燥卸渣區(qū)。第六十七頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備2、葉濾機屬間歇式洗滌和裝卸過程均較方便，占地面積小，過濾速度大，但濾餅的厚度一般不均勻(jnyn)，設備造價較高。濾葉一個操作(cozu)循環(huán)：過濾(gul)、洗滌、卸渣、整理重裝 特點： 濾 漿 濾 液 濾 葉 的 構 造結構：請點擊觀看動畫第六十八頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備五、濾餅五、濾餅(l bn)洗滌洗滌 濾餅存有間隙，其內(nèi)存有一定量的濾液，生產(chǎn)中一般(ybn)需對濾餅進行洗滌，通常洗滌液為清液，因此，濾餅層的厚度不變，若操作壓強差恒定，則洗滌液的體積流量恒定。洗滌速率為：

43、WWWVdVd VW為洗滌(xd)過程所消耗的洗滌(xd)液體積，m3； 為洗滌時間，sW 對于板框壓濾機， 洗滌時間以下式計算：288eWeWWVV Vqq VKAKA第六十九頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備五、板框壓濾機的生產(chǎn)能力五、板框壓濾機的生產(chǎn)能力(shn chn nn l)板框壓濾機的每一生產(chǎn)循環(huán)包括過濾、洗滌、卸渣、清洗和重裝等操作(cozu)，是典型的間歇操作(cozu)，其生產(chǎn)能力計算式：WDVVQT V為一個生產(chǎn)周期(zhuq)中所得到的洗滌液體積，m3； 、 分別一個生產(chǎn)周期內(nèi)的洗滌時間和輔助操作時間（卸渣、清洗和重裝），s。WD第七十頁，共九十五頁。沉降與

44、過濾-制藥工程原理與設備2zwDALBZVLBZVQ總過濾(gul)面積框內(nèi)總容積(rngj)操作(cozu)周期生產(chǎn)能力間歇過濾機的計算過濾時間過濾時間 =V=V2 2+2VeV/KA+2VeV/KA2 2由由q q2 2+q+qe eq=Kq=K =q =q2 2+q+qe eq/Kq/K洗滌時間 =8(V2+Ve)Vw/KA2W第七十一頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備n例例1 1：以某板框式壓濾機在恒壓條件下過濾含硅藻土：以某板框式壓濾機在恒壓條件下過濾含硅藻土的懸浮夜。過濾機的濾框尺寸為的懸浮夜。過濾機的濾框尺寸為81081081081025(25(mm)mm)，共有共有

45、3 33 3個框。已測出過濾常數(shù)個框。已測出過濾常數(shù)(chngsh)(chngsh)K K=10-4m=10-4m2 2/s/s，qe=0.01mqe=0.01m3 3/ /m m2 2。若已知側到得濾液體積為若已知側到得濾液體積為8.668.66，所用洗，所用洗水量為濾液量的水量為濾液量的1/1/6 6。求：。求：n 1) 1) 過濾面積和濾框內(nèi)的總容量；過濾面積和濾框內(nèi)的總容量；n 2) 2) 過濾所需的時間；過濾所需的時間；n 3) 3) 洗滌時間；洗滌時間；第七十二頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備例2：以某板框式壓濾機在恒壓條件下過濾含硅藻土的懸浮夜。過濾機的濾框尺寸為8

46、1081025(mm)，共有37個框。已測出過濾常數(shù)K=10-4m2/s，qe=0.01m3/m2，te=1s。若已知單位面積上通過的濾液(ly)量為0.15m3/m2，所用洗水量為濾液量的1/5。求： 1) 過濾面積和濾框內(nèi)的總容量； 2) 過濾所需的時間； 3) 洗滌時間； 4) 生產(chǎn)能力Q(td=15min)。生產(chǎn)能力(shn chn nn l)：是指單位時間內(nèi)獲得的濾液量。第七十三頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備解：1) 過濾面積(min j) A=2LBZ=20.810.8137=48.6m2 濾框總容積 Vz=LBZ=0.810.810.02537=0.607m3 3

47、330.15 48.6255 348 15 604.85 10/17.5/wdqAVTt ttQmsmh 2) 過濾(gul)時間 3) 洗滌(xd)時間 4) 生產(chǎn)能力 (q+qe )2=K(t+te) (0.15+0.01)2=10-4(+1) =255stw = 8(q+qe)qw/5K =8(0.15+0.01)0.15/(510-4)=348s 第七十四頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備第四節(jié)第四節(jié) 膜過濾膜過濾 膜分離法系指以壓力為推動力，依靠膜的選擇性，將液體中的組分進行(jnxng)分離的方法。膜過濾法的核心是膜本身，膜必須是半透膜，即能透過一種物質,而阻礙另一種物

48、質。第七十五頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備膜的分類(fn li)n按孔徑大?。何V膜、超濾膜、反滲透膜、納濾膜n按膜結構：對稱(duchn)性膜、不對稱(duchn)膜、復合膜復合膜n按材料分：合成有機聚合物膜、無機材料膜第七十六頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備膜組件(z jin)n平板式n管式n中空纖維(xinwi)n螺旋卷繞式 將膜按一定的技術要求組裝在一起即成為膜組件(z jin)，是膜過濾裝置的核心部件。常見的膜組件(z jin)有以下幾種：第七十七頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備78平板式膜組件(z jin)第七十八頁，共九十五頁。沉降與過

49、濾-制藥工程原理與設備管式膜組件(z jin)第七十九頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備第八十頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備第八十一頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備膜分離方法膜分離方法(fngf)及其原理及其原理n微濾n超濾n納濾n反滲透n電滲析 膜過濾的種類很多，常見(chn jin)的有以下幾種：第八十二頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備微濾（微濾（MF）：以多孔細小薄膜為過濾介質，壓力差為推動力，使不溶性物質得以分離的操作，孔徑分布范圍在0.02514m之間；超濾（超濾（UF）：分離介質同上，但孔徑更小，為0.0010.02 m，分離

50、推動力仍為壓力差，適合(shh)于分離酶、蛋白質等生物大分子物質；第八十三頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備納濾納濾：以壓力差為推動力，從溶液中分離3001000小分子量的膜分離過程，孔徑分布在平均2nm；反滲透（反滲透（RO）：是一種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作，孔徑范圍在0.00010.001 m之間；（由于分離的溶劑分子往往很小，不能忽略滲透壓的作用，故而成為反滲透）；電滲析電滲析：以電位差電位差為推動力，利用(lyng)離子交換膜的選擇透過性，從溶液中脫除或富集電解質的膜分離操作；第八十四頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備微濾超濾納濾反滲透懸浮顆粒大分子有機物糖類等小分子有機物，二價鹽或多價鹽單價鹽水第八十五頁，共九十五頁。沉降與過濾-制藥工程原理與設備第五節(jié)第五節(jié) 氣體凈化氣體凈化 為保證藥品質量，藥品必須在嚴格控制的潔凈環(huán)境中生產(chǎn)，因此，凡送入潔凈區(qū)的空氣都需要經(jīng)過一系列的凈化處理。