2022年醫(yī)學(xué)專題-第五章沉降與過(guò)濾-制藥工程原理與設(shè)備

第五章

沉降與過(guò)濾

重點(diǎn)：過(guò)濾和沉降的基本理論、基本方程難點(diǎn)：過(guò)濾基本方程的應(yīng)用(yìngyòng)、過(guò)濾設(shè)備

第一頁(yè)，共九十五頁(yè)。均相物系(honogeneoussystem):

均相混合物。物系內(nèi)部各處(ɡèchǔ)均勻且無(wú)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(fēnwéi)兩大類：非均相物系(non-honogeneoussystem):

非均相混合物。物系內(nèi)部有隔開(kāi)不同相的界面(jièmiàn)存在，且界面(jièmiàn)兩側(cè)的物料性質(zhì)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。

概述第二頁(yè)，共九十五頁(yè)?；旌衔锞嗷旌衔铮核璺蛛x的物質(zhì)在同一相中，不能用機(jī)械的方法分離；非均相混合物：由分散物質(zhì)和連續(xù)物質(zhì)組成的一個(gè)以上的相，可以用機(jī)械的方法分離。相界面兩側(cè)的物質(zhì)性質(zhì)不同。固體——固體：固體混合固體——液體：懸浮液固體——?dú)怏w：含塵氣體液體——?dú)怏w：含霧氣體液體——液體：乳濁液非均相混合物第三頁(yè)，共九十五頁(yè)。分散相：分散物質(zhì)。在非均相物系中，處于(chǔyú)分散狀態(tài)的物質(zhì)。連續(xù)相：分散介質(zhì)。包圍(bāowéi)著分散物質(zhì)而處于連續(xù)狀態(tài)的流體。非均相物系由分散相和連續(xù)(liánxù)相組成第四頁(yè)，共九十五頁(yè)。非均相物系的分離(fēnlí)原理：

根據(jù)兩相物理性質(zhì)(如密度(mìdù)等)的不同而進(jìn)行的分離。非均相物系的分離(fēnlí)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(jī)械方法進(jìn)行分離。按兩相運(yùn)動(dòng)方式的不同，機(jī)械分離大致分為沉降和過(guò)濾兩種操作。第五頁(yè)，共九十五頁(yè)。定義(dìngyì)：沉降(chénjiàng)力場(chǎng)：重力、離心力。

在某種力場(chǎng)的作用下，利用分散(fēnsàn)物質(zhì)與分散介質(zhì)的密度差異，使之發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而分離的單元操作。沉降操作分類：重力沉降、離心沉降。第一節(jié)沉降Settling第六頁(yè)，共九十五頁(yè)。圖流體繞過(guò)顆粒的流動(dòng)uFdFd與顆粒運(yùn)動(dòng)(yùndòng)的方向相反當(dāng)流體相對(duì)于靜止的固體顆粒(kēlì)流動(dòng)時(shí)，或者固體顆粒(kēlì)在靜止流體中移動(dòng)時(shí)，由于流體的粘性，兩者之間會(huì)產(chǎn)生作用力，這種作用力通常稱為曳力（dragforce)或阻力。只要顆粒與流體之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)(xiānɡduìyùndònɡ)，就會(huì)產(chǎn)生阻力。對(duì)于一定的顆粒和流體，只要相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度相同，流體對(duì)顆粒的阻力就一樣。一、顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力第七頁(yè)，共九十五頁(yè)。

ρ——流體密度；μ——流體粘度(zhāndù)；

dp——顆粒的當(dāng)量直徑；

A——顆粒在運(yùn)動(dòng)方向上的投影面積；

u——顆粒與流體相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。

——阻力系數(shù)，是雷諾數(shù)Re的函數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定。顆粒所受的阻力(zǔlì)Fd可用下式計(jì)算第八頁(yè)，共九十五頁(yè)。層流(cénɡliú)區(qū)過(guò)渡(guòdù)區(qū)湍流(tuānliú)區(qū)第九頁(yè)，共九十五頁(yè)。

層流(cénɡliú)區(qū)（斯托克斯Stokes區(qū)，Re<1）注意：其中斯托克斯區(qū)的計(jì)算式是準(zhǔn)確的，其它兩個(gè)區(qū)域(qūyù)的計(jì)算式是近似的。過(guò)渡(guòdù)區(qū)（艾侖Allen區(qū)，1<Re<500）湍流區(qū)（牛頓Newton區(qū)，500<Re<105）

圖中曲線大致可分為三個(gè)區(qū)域，各區(qū)域的曲線可分別用不同的計(jì)算式表示為：第十頁(yè)，共九十五頁(yè)。

自由沉降（freesettling）：

單個(gè)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(pènɡzhuànɡ)的條件下沉降。

二、重力沉降

重力沉降(gravitysettling)：由地球引力作用而發(fā)生的顆粒(kēlì)沉降過(guò)程，稱為重力沉降。

1沉降速度

1.1球形顆粒的自由沉降

第十一頁(yè)，共九十五頁(yè)。根據(jù)(gēnjù)牛頓第二定律，顆粒的重力沉降運(yùn)動(dòng)基本方程式應(yīng)為:u重力Fg阻力Fd浮力Fbp為顆粒密度第十二頁(yè)，共九十五頁(yè)。隨著顆粒向下(xiànɡxià)沉降，u逐漸增大，du/d

逐漸減少。當(dāng)u增到一定數(shù)值ui時(shí)，du/d=0。顆粒開(kāi)始作勻速沉降運(yùn)動(dòng)。上式表明(biǎomíng)：顆粒的沉降(chénjiàng)過(guò)程分為兩個(gè)階段：沉降速度（terminalvelocity）：也稱為終端速度，勻速階段顆粒相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)du/d

=0時(shí)，令u=ut，則可得沉降速度計(jì)算式加速階段；勻速階段。第十三頁(yè)，共九十五頁(yè)。將不同流動(dòng)區(qū)域的阻力系數(shù)分別(fēnbié)代入上式，得球形顆粒在各區(qū)相應(yīng)的沉降速度分別為：

層流區(qū)（Re<1）過(guò)渡區(qū)（1<Re<500）湍流區(qū)（500<Re<105）ut與dp有關(guān)。dp愈大，ut則愈大。層流區(qū)與過(guò)渡(guòdù)區(qū)中，ut還與流體粘度有關(guān)。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(yè)，共九十五頁(yè)。1.假設(shè)流體流動(dòng)類型；2.計(jì)算沉降速度；3.計(jì)算Re，驗(yàn)證與假設(shè)是否(shìfǒu)相符；4.如果不相符，則轉(zhuǎn)①。如果相符，OK!求沉降速度通常(tōngcháng)采用試差法。沉降速度的求法：

第十五頁(yè)，共九十五頁(yè)。例：計(jì)算直徑為95m，密度為3000kg/m3的固體顆粒(kēlì)分別在20℃的空氣和水中的自由沉降速度。計(jì)算(jìsuàn)Re，核算流型：假設(shè)正確，計(jì)算(jìsuàn)有效。解：在20℃的水中：20℃水的密度為998.2kg/m3，粘度為1.005×10-3Pas先設(shè)為層流區(qū)。

第十六頁(yè)，共九十五頁(yè)。1)顆粒(kēlì)直徑dp:應(yīng)用：啤酒生產(chǎn)，采用絮狀酵母，dp↑→ut↑↑，使啤酒易于(yìyú)分離和澄清。均質(zhì)乳化，dp↓→ut↓↓，使飲料不易分層。加絮凝劑，如水中加明礬。2)連續(xù)(liánxù)相的粘度：應(yīng)用：加酶：清飲料中添加果膠酶，使

↓→ut↑，易于分離。增稠：濃飲料中添加增稠劑，使

↑→ut↓，不易分層。加熱：2影響沉降速度的因素(以層流區(qū)為例)

第十七頁(yè)，共九十五頁(yè)。4)

顆粒(kēlì)形狀在實(shí)際(shíjì)沉降中：非球形顆粒的形狀(xíngzhuàn)可用球形度s

來(lái)描述。s——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(guān)系見(jiàn)課本圖示，Re中的dp用當(dāng)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(duì)于細(xì)微顆粒(d<0.5m)，應(yīng)考慮分子熱運(yùn)動(dòng)的影響，不能用沉降公式計(jì)算ut；沉降公式可用于沉降和上浮等情況。注意：第十八頁(yè)，共九十五頁(yè)。6)干擾沉降（hinderedsettling）：

當(dāng)非均相物系中的顆粒較多，顆粒之間相互距離較近時(shí)，顆粒沉降會(huì)受到其它(qítā)顆粒的影響，這種沉降稱為干擾沉降。干擾沉降速度比自由沉降的小。5)壁效應(yīng)

(walleffect)：

當(dāng)顆粒(kēlì)在靠近器壁的位置沉降時(shí)，由于器壁的影響，其沉降速度較自由沉降速度小，這種影響稱為壁效應(yīng)。第十九頁(yè)，共九十五頁(yè)。二、沉降(chénjiàng)設(shè)備---用于除去>75m以上(yǐshàng)顆粒---用于除去(chúqù)>5～10m顆粒第二十頁(yè)，共九十五頁(yè)。降塵室：利用重力沉降分離含塵氣體中塵粒的設(shè)備，是一種(yīzhǒnɡ)最原始的分離方法。一般作為預(yù)分離之用，分離粒徑較大的塵粒。降塵室的示意圖降塵(jiàngchén)室第二十一頁(yè)，共九十五頁(yè)。假設(shè)顆粒運(yùn)動(dòng)的水平分速度與氣體的流速u(mài)相同；停留時(shí)間T＝l/u沉降時(shí)間(shíjiān)Tt＝H/ut顆粒分離出來(lái)的條件是l/u≥H/utlHb凈化氣體含塵氣體uut降塵(jiàngchén)室的計(jì)算第二十二頁(yè)，共九十五頁(yè)。增稠器（沉降(chénjiàng)槽）請(qǐng)點(diǎn)擊(diǎnjī)觀看動(dòng)畫(huà)結(jié)構(gòu)(jiégòu)：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(lái)保證的，與其高度無(wú)關(guān)。故沉降槽多為扁平狀。與降塵室相同第二十三頁(yè)，共九十五頁(yè)。第二十四頁(yè)，共九十五頁(yè)。第二節(jié)離心(líxīn)沉降離心沉降是靠慣性離心力作用(zuòyòng)而實(shí)現(xiàn)的沉降過(guò)程。特點(diǎn)：沉降速度快，分離效果好主要設(shè)備：分離氣固非均相混合物設(shè)備：旋風(fēng)分離器分離液固非均相混合物設(shè)備：旋液分離器，沉降離心機(jī)第二十五頁(yè)，共九十五頁(yè)。離心沉降：

依靠慣性離心力的作用而實(shí)現(xiàn)的沉降過(guò)程

適于分離兩相密度(mìdù)差較小，顆粒粒度較細(xì)的非均相物系。

重力場(chǎng)離心力場(chǎng)力場(chǎng)強(qiáng)度重力(zhònglì)加速度guT2/R

方向指向(zhǐxiànɡ)地心

沿旋轉(zhuǎn)半徑從中心指向外周

Fg=mg

作用力

慣性離心力場(chǎng)與重力場(chǎng)的區(qū)別

第二十六頁(yè)，共九十五頁(yè)。一、離心力作用(zuòyòng)下的沉降速度r1r2ArCBuruut顆粒在旋轉(zhuǎn)流體中的運(yùn)動(dòng)當(dāng)一個(gè)(yīɡè)球形顆粒繞中心軸作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，就產(chǎn)生慣性離心力。如圖：球體直徑為d，切向運(yùn)動(dòng)速度為ut，球體距中心o點(diǎn)的距離為r，球形顆粒ρs，流體ρ。則顆粒(kēlì)在圖示位置受三個(gè)力作用達(dá)平衡時(shí)，顆粒在徑向上相對(duì)于流體的運(yùn)動(dòng)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(yè)，共九十五頁(yè)。顆粒(kēlì)在離心力場(chǎng)中沉降時(shí)，在徑向沉降方向上受力分析。若這三個(gè)力達(dá)到(dádào)平衡，則有u離心力Fc阻力Fd浮力Fb顆粒在離心力場(chǎng)中的受力分析2離心(líxīn)沉降速度第二十八頁(yè)，共九十五頁(yè)。離心沉降速度：顆粒在徑向上相對(duì)于流體的速度，就是這個(gè)(zhège)位置上的離心沉降速度。在離心沉降分離中，當(dāng)顆粒(kēlì)所受的流體阻力處于斯托克斯區(qū)，離心沉降速度為:與重力沉降比較Kc叫離心分離因數(shù)，表明同一顆粒在同一介質(zhì)中離心場(chǎng)強(qiáng)度(qiángdù)與重力場(chǎng)強(qiáng)度(qiángdù)之比，無(wú)因次，是離心分離設(shè)備的重要性能參數(shù)。第二十九頁(yè)，共九十五頁(yè)。注意：離心沉降與重力沉降的類比。比較ur，ut：Ur：是顆粒絕對(duì)運(yùn)動(dòng)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(liútǐ)同時(shí)做圓周運(yùn)動(dòng)，顆粒的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)半徑逐漸擴(kuò)大的螺旋線。離心沉降速度并不是顆粒的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度，只是其在徑向上的分量。ut：恒值，方向向下旋風(fēng)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(yè)，共九十五頁(yè)。旋風(fēng)分離器是利用離心力作用凈制氣體(qìtǐ)的設(shè)備。

其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便；分離(fēnlí)效率高；可用于高溫含塵氣體的分離；特點(diǎn)(tèdiǎn)：結(jié)構(gòu)：外圓筒；內(nèi)圓筒；錐形筒。3旋風(fēng)分離器(cycloneseparator)第三十一頁(yè)，共九十五頁(yè)。含塵氣體從圓筒上部長(zhǎng)方形切線進(jìn)口進(jìn)入。入口氣速約為15～20m/s。含塵氣體沿圓筒內(nèi)壁作旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。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(zhuǎn)半徑縮小而切向速度增大，氣流與顆粒作下螺旋運(yùn)動(dòng)。在圓錐的底部附近，氣流轉(zhuǎn)為上升(shàngshēng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(guān)風(fēng)器(防止空氣進(jìn)入)含塵氣體固相凈化氣體外螺旋內(nèi)螺旋工作(gōngzuò)過(guò)程第三十二頁(yè)，共九十五頁(yè)。標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的尺寸H1H2SBDD1hui第三十三頁(yè)，共九十五頁(yè)。雙聯(lián)四聯(lián)

用若干個(gè)小旋風(fēng)分離器并來(lái)代替一個(gè)(yīɡè)大旋風(fēng)分離器，可以提高分離效率。第三十四頁(yè)，共九十五頁(yè)。

利用(lìyòng)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(jìn)行分級(jí)。結(jié)構(gòu)和工作原理：與旋風(fēng)分離器相似。4旋液分離器(hydrauliccyclone)第三十五頁(yè)，共九十五頁(yè)。懸浮液從圓筒上部的切向進(jìn)口進(jìn)入(jìnrù)器內(nèi)，旋轉(zhuǎn)向下流動(dòng)。工作(gōngzuò)過(guò)程：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(chūkǒu)，成為較稠的懸浮液而排出，稱為底流。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(yè)，共九十五頁(yè)。

5沉降(chénjiàng)式離心機(jī)

沉降式離心機(jī)是利用離心沉降的原理分離懸浮液或乳濁液的機(jī)械。

5.1管式離心機(jī)（tubular-bowlcentrifuge）轉(zhuǎn)鼓由轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。乳濁液由底部進(jìn)入，在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)從下向上流動(dòng)過(guò)程中，由于(yóuyú)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(dá)頂部后，輕液與重液分別從各自的溢流口排出。第三十七頁(yè)，共九十五頁(yè)。

分離乳濁液的碟式離心機(jī)：碟片上開(kāi)有小孔。乳濁液通過(guò)小孔流到碟片的間隙。在離心力作用下，重液沿著每個(gè)碟片的斜面沉降，并向轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁移動(dòng)(yídòng)，由重液出口連續(xù)排出。而輕液沿著每個(gè)碟片的斜面向上移動(dòng)(yídòng)，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(xì)小顆粒(kēlì)固體的懸浮液。5.2碟式離心機(jī)（disk-bowlcentrifuge）第三十八頁(yè)，共九十五頁(yè)。工作(gōngzuò)原理：離心機(jī)煩人殼體內(nèi)設(shè)有可高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓，鼓壁上開(kāi)有許多(xǔduō)小孔，內(nèi)側(cè)襯有一層或多層濾布。工作時(shí)，液體在離心力的作用下穿過(guò)濾布及壁上的小孔而排出，顆粒被截留于濾布表面。5.3三足式離心機(jī)造價(jià)(zàojià)低廉，抗震性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。分離粒徑為0.05～5mm。特點(diǎn)：第三十九頁(yè)，共九十五頁(yè)。過(guò)濾介質(zhì):

過(guò)濾采用的多孔物質(zhì)；濾漿:所處理的懸浮液；濾液:通過(guò)(tōngguò)多孔通道的液體；濾餅或?yàn)V渣:被截留的固體物質(zhì)。以某種多孔物質(zhì)(wùzhì)為介質(zhì)，在外力的作用下，使懸浮液中的液體通過(guò)介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固液分離的單元操作。

第三節(jié)

過(guò)濾

一、基本概念

1過(guò)濾(guòl(fā)ǜ)(filtration)

第四十頁(yè)，共九十五頁(yè)。濾漿(slurry)：原懸浮液。濾餅(filtercake)：截留(jiéliú)的固體物質(zhì)。過(guò)濾介質(zhì)(jièzhì)(filteringmedium)：多孔物質(zhì)。濾液(lǜyè)(filterate)：通過(guò)多孔通道的液體。過(guò)濾操作示意圖(濾餅過(guò)濾)第四十一頁(yè)，共九十五頁(yè)。

濾餅過(guò)濾過(guò)程(guòchéng)：(食用油脫色后出去活性炭和漂白土、牛奶去雜）剛開(kāi)始：有細(xì)小(xìxiǎo)顆粒通過(guò)孔道，濾液混濁。開(kāi)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(guò)濾時(shí)真正起過(guò)濾作用的是濾餅本身，而非過(guò)濾介質(zhì)。2過(guò)濾(guòl(fā)ǜ)方式

過(guò)濾的操作基本方式有兩種：

濾餅過(guò)濾和深層過(guò)濾

2.1濾餅過(guò)濾(cakefiltration)：餅層過(guò)濾第四十二頁(yè)，共九十五頁(yè)。架橋現(xiàn)象注意：所選過(guò)濾介質(zhì)的孔道(kǒngdào)尺寸一定要使“架橋現(xiàn)象”能夠過(guò)發(fā)生。餅層過(guò)濾適于處理(chǔlǐ)固體含量較高的懸浮液。第四十三頁(yè)，共九十五頁(yè)。特點(diǎn)：顆粒(粒子)沉積于介質(zhì)(jièzhì)內(nèi)部。深層過(guò)濾過(guò)濾(guòl(fā)ǜ)對(duì)象：懸浮液中的固體顆粒小而少。過(guò)濾(guòl(fā)ǜ)介質(zhì)：堆積較厚的粒狀床層。過(guò)濾原理：顆粒尺寸介質(zhì)通道尺寸，顆粒通過(guò)細(xì)長(zhǎng)而彎曲的孔道，靠靜電和分子的作用力附著在介質(zhì)孔道壁上,無(wú)濾餅堆積。應(yīng)用：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(chǎng)合，如水處理和酒的過(guò)濾。2.2深層過(guò)濾(deepbedfiltration)：

又稱深床過(guò)濾（啤酒、果汁、色拉油過(guò)濾）第四十四頁(yè)，共九十五頁(yè)?？椢锝橘|(zhì)(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(yǐjí)玻璃絲、金屬絲等織成的網(wǎng)；過(guò)濾介質(zhì)(jièzhì)的分類：堆積(duījī)介質(zhì)(又稱粒狀介質(zhì)）

由各種固體顆粒（細(xì)砂、硅藻土等）堆積而成，多用于深床過(guò)濾；多孔固體介質(zhì)

這類介質(zhì)具有很多細(xì)微孔道，如多孔陶瓷、多孔塑料等。多用于含少量細(xì)微顆粒的懸浮液，如白酒等的精濾。3過(guò)濾介質(zhì)第四十五頁(yè)，共九十五頁(yè)。過(guò)濾介質(zhì)應(yīng)具有(jùyǒu)如下性質(zhì)：

過(guò)濾介質(zhì)(jièzhì)的作用(濾餅過(guò)濾)：

促使濾餅的形成，并支承濾餅。（1）多孔性，液體流過(guò)的阻力??；（2）有足夠(zúgòu)的強(qiáng)度；（3）耐腐蝕性和耐熱性；（4）孔道大小適當(dāng)，能發(fā)生架橋現(xiàn)象。第四十六頁(yè)，共九十五頁(yè)。不可壓縮濾餅：若顆粒由不易變形的堅(jiān)硬固體組成，則當(dāng)壓強(qiáng)差增大時(shí)，濾餅的結(jié)構(gòu)(jiégòu)不發(fā)生明顯變化，單位厚度濾餅的流動(dòng)阻力可視作恒定，這類濾餅稱為不可壓縮濾餅。隨著過(guò)濾的進(jìn)行，濾餅的厚度增大(zēnɡdà)，濾液的流動(dòng)阻力亦逐漸增大(zēnɡdà)，導(dǎo)致濾餅兩側(cè)的壓強(qiáng)差增大(zēnɡdà)。濾餅的壓縮性對(duì)壓強(qiáng)差有較大影響?？蓧嚎s濾餅：若濾餅為膠體(jiāotǐ)物質(zhì)時(shí)，當(dāng)壓強(qiáng)差增大時(shí)，濾餅則被壓緊，使單位厚度濾餅的流動(dòng)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第四十七頁(yè)，共九十五頁(yè)。助濾劑：對(duì)于可壓縮濾餅，為了使過(guò)濾順利進(jìn)行，可以將質(zhì)地堅(jiān)硬而能形成疏松濾餅的另一種固體顆?；烊霊腋∫夯蝾A(yù)涂于過(guò)濾介質(zhì)上，以形成疏松餅層，使得濾液(lǜyè)暢流，該種顆粒狀物質(zhì)就稱為助濾劑。常用(chánɡyònɡ)的助濾劑：硅藻土、珍珠巖、石棉、炭粉等。助濾劑的基本(jīběn)要求：1、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(xué)穩(wěn)定性。3、在操作壓強(qiáng)范圍內(nèi)具有不可壓縮性。第四十八頁(yè)，共九十五頁(yè)。

dpde

對(duì)于顆粒層中不規(guī)則的通道，可以簡(jiǎn)化成由一組當(dāng)量(dāngliàng)直徑為de的細(xì)管，而細(xì)管的當(dāng)量直徑可由床層的空隙率和顆粒的比表面積來(lái)計(jì)算。二、過(guò)濾的基本理論

1濾液通過(guò)(tōngguò)餅層的流動(dòng)第四十九頁(yè)，共九十五頁(yè)。顆粒床層的特性可用空隙率、當(dāng)量直徑(zhíjìng)等物理量來(lái)描述?？障堵剩?jiǎn)挝?dānwèi)體積床層中的空隙體積稱為空隙率。式中ε——床層的空隙率，m3/m3。式中α——顆粒的比表面，m2/m3。比表面積：?jiǎn)挝?dānwèi)體積顆粒所具有的表面積稱為比表面積。2顆粒床層的特性第五十頁(yè)，共九十五頁(yè)。式中V——濾液量，m3；

t——過(guò)濾時(shí)間(shíjiān)，s；

A——過(guò)濾面積，m2。任一瞬間的過(guò)濾(guòl(fā)ǜ)速度為：過(guò)濾(guòl(fā)ǜ)速度:單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位過(guò)濾面積的濾液體積，m3/m2s。3過(guò)濾速率第五十一頁(yè)，共九十五頁(yè)。R—濾餅(lǜbǐnɡ)阻力，1/m,其計(jì)算式為：由濾餅阻力和過(guò)濾介質(zhì)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(biǎoshì)，反映顆粒形狀、尺寸及床層孔隙率對(duì)濾液流動(dòng)的影響。若濾餅厚度為L(zhǎng)，濾餅阻力為式中r—濾餅(lǜbǐnɡ)的比阻，1/m2,對(duì)于不可壓縮濾餅，其計(jì)算式為：R=rL4過(guò)濾阻力R=rLe過(guò)濾介質(zhì)阻力：Le—當(dāng)量濾餅厚度，即與過(guò)濾介質(zhì)阻力相當(dāng)?shù)臑V餅層厚度第五十二頁(yè)，共九十五頁(yè)。上式表明，可用濾液(lǜyè)通過(guò)串聯(lián)的濾餅與濾布的總壓強(qiáng)降來(lái)表示過(guò)濾推動(dòng)力，用兩層的阻力之和來(lái)表示總阻力。實(shí)際操作時(shí)，分為恒壓過(guò)濾和恒速過(guò)濾。式中：Δp—濾餅(lǜbǐnɡ)與濾布兩側(cè)的總壓強(qiáng)差，稱為過(guò)濾壓強(qiáng)差。4過(guò)濾(guòl(fā)ǜ)推動(dòng)力為克服過(guò)濾過(guò)程中的阻力，必須施加一定的外力，如：重力、離心力和壓強(qiáng)差等，即過(guò)濾推動(dòng)力。制藥化工中常以壓強(qiáng)差為推動(dòng)力。通常，濾餅與濾布的面積相同。所以兩層中的過(guò)濾速度應(yīng)相等，則：第五十三頁(yè)，共九十五頁(yè)。定義：過(guò)濾操作在恒定壓強(qiáng)(yāqiáng)下進(jìn)行時(shí)稱為恒壓過(guò)濾。濾餅不斷變厚；阻力逐漸增加；推動(dòng)力Δp恒定(héngdìng)；過(guò)濾速率逐漸變小。特點(diǎn)(tèdiǎn)：三、恒壓過(guò)濾第五十四頁(yè)，共九十五頁(yè)。對(duì)于一定的懸浮液，設(shè)每獲得1m3濾液所形成濾餅(lǜbǐnɡ)的體積為νm3，則濾餅厚度L：v—濾餅體積(tǐjī)與相應(yīng)的濾液體積(tǐjī)之比，m3/m3即：

恒壓過(guò)濾(guòl(fā)ǜ)方程式的推導(dǎo)若生成厚度為L(zhǎng)e的濾餅層所獲得的濾液體積為Ve，則：Ve—過(guò)濾介質(zhì)的虛擬濾液體積或當(dāng)量濾液體積，m3第五十五頁(yè)，共九十五頁(yè)。

恒壓過(guò)濾(guòl(fā)ǜ)方程式的推導(dǎo)對(duì)于不可(bùkě)壓縮濾餅，可以導(dǎo)出下列關(guān)系式：—虛擬過(guò)濾(guòl(fā)ǜ)時(shí)間，即獲得體積為Ve的濾液所需時(shí)間，s

K—過(guò)濾常數(shù)，由物料特性及過(guò)濾壓強(qiáng)差決定，m2/s

，對(duì)于不可壓縮濾餅，K與壓強(qiáng)差δP成正比。—恒壓過(guò)濾方程第五十六頁(yè)，共九十五頁(yè)。令q=V/A，qe=Ve/A恒壓過(guò)濾(guòl(fā)ǜ)方程變?yōu)椋簈e—介質(zhì)常數(shù)，其值反應(yīng)反應(yīng)過(guò)濾(guòl(fā)ǜ)介質(zhì)阻力的大小，m3/m2當(dāng)過(guò)濾介質(zhì)(jièzhì)的阻力可忽略，即qe和均為零時(shí)：第五十七頁(yè)，共九十五頁(yè)。工業(yè)(gōngyè)上使用的典型過(guò)濾設(shè)備：按操作(cāozuò)方式分類：間歇過(guò)濾機(jī)、連續(xù)過(guò)濾機(jī)按操作壓強(qiáng)(yāqiáng)差分類：壓濾、吸濾和離心過(guò)濾板框壓濾機(jī)（間歇操作）轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)（連續(xù)操作）過(guò)濾式離心機(jī)四、過(guò)濾設(shè)備第五十八頁(yè)，共九十五頁(yè)。結(jié)構(gòu)(jiégòu)：濾板、濾框、夾緊機(jī)構(gòu)、機(jī)架等組成。濾板：凹凸不平的表面，凸部用來(lái)支撐濾布，凹槽是濾液(lǜyè)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(cè)表面(biǎomiàn)的凹槽相通，使洗水流進(jìn)凹槽；非洗滌板：洗水通道與兩側(cè)表面的凹槽不相通。1板框壓濾機(jī)

第五十九頁(yè)，共九十五頁(yè)。為了避免這兩種板和框的安裝次序有錯(cuò)，在鑄造時(shí)常(shícháng)在板與框的外側(cè)面分別鑄有一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)小鈕。非洗滌板為一鈕板，框帶兩個(gè)鈕板，框帶兩個(gè)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(yè)，共九十五頁(yè)。濾漿洗水濾板濾框洗板濾布板框過(guò)濾機(jī)第六十一頁(yè)，共九十五頁(yè)。

板框過(guò)濾機(jī)的操作是間歇式的，每個(gè)操作循環(huán)由裝合、過(guò)濾、洗滌(xǐdí)、卸渣、整理五個(gè)階段。過(guò)濾(guòl(fā)ǜ)過(guò)程1)、裝合：將板與框按1-2-3-2-1-2-3的順序，濾板的兩側(cè)表面(biǎomiàn)放上濾布，然后用手動(dòng)的或機(jī)動(dòng)的壓緊裝置固定，使板與框緊密接觸。2)、過(guò)濾：用泵把濾漿送進(jìn)右上角的濾漿通道，由通道流進(jìn)每個(gè)濾框里。濾液穿過(guò)濾布沿濾板的凹槽流至每個(gè)濾板下角的閥門(mén)排出。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(yè)，共九十五頁(yè)。3)、洗滌：將洗水送入洗水通道，經(jīng)洗滌板左上角的洗水進(jìn)口，進(jìn)入(jìnrù)板的兩側(cè)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(mén)關(guān)閉。4)、卸渣、整理

打開(kāi)板框，卸出濾餅(lǜbǐnɡ)，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(yāchà)相同時(shí)，洗滌液需穿越兩層濾布及整個(gè)板框內(nèi)的濾餅層，其流經(jīng)長(zhǎng)度為過(guò)濾終了時(shí)濾液流經(jīng)長(zhǎng)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(guò)濾終了速率的1/4。第六十三頁(yè)，共九十五頁(yè)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，占地面積小，過(guò)濾面積大?？筛鶕?jù)需要增減濾板的數(shù)量，調(diào)節(jié)過(guò)濾能力。對(duì)物料的適應(yīng)能力較強(qiáng)，由于操作壓力較高（3~10kg/cm2），對(duì)顆粒細(xì)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(rénlì)操作，勞動(dòng)強(qiáng)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(dòng)操作的板框壓濾機(jī)，使勞動(dòng)強(qiáng)度得到減輕。板框壓濾機(jī)的特點(diǎn)(tèdiǎn)：第六十四頁(yè)，共九十五頁(yè)。結(jié)構(gòu)(jiégòu)：轉(zhuǎn)筒，扇形格(18格)；

濾室；分配頭；動(dòng)盤(pán)(18個(gè)孔，分別與扇形格的18個(gè)通道相連)；定盤(pán)(三個(gè)凹槽：濾液真空凹槽、洗水真空凹槽、壓縮空氣凹槽，分別將動(dòng)盤(pán)的18個(gè)孔道分成三個(gè)通道)；金屬網(wǎng)；濾布；濾漿槽。工作過(guò)程轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖動(dòng)盤(pán)定盤(pán)轉(zhuǎn)筒金屬網(wǎng)濾布濾餅攪拌器洗滌噴頭料漿槽刮刀2轉(zhuǎn)筒真空(zhēnkōng)過(guò)濾機(jī)（rotary-drumvacuumfilter）第六十五頁(yè)，共九十五頁(yè)。110987654321817161514131112動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)筒及分配(fēnpèi)頭的結(jié)構(gòu)工作(gōngzuò)過(guò)程定盤(pán)18格分成6個(gè)工作區(qū)1區(qū)(1~7格)：過(guò)濾區(qū)；2區(qū)(8~10格)：濾液吸干區(qū)；3區(qū)(12~13格)：洗滌(xǐdí)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)。過(guò)濾區(qū)(1~2區(qū))，f槽;洗滌區(qū)(3~4區(qū))，g槽

;干燥卸渣區(qū)(5~6區(qū))，h

槽;f槽h槽g槽第六十六頁(yè)，共九十五頁(yè)。自動(dòng)連續(xù)操作；適用于處理量大，固體顆粒(kēlì)含量較多的濾漿；真空下操作，其過(guò)濾推動(dòng)力較低(最高只有1atm)，對(duì)于濾餅阻力較大的物料適應(yīng)能力較差。

轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，藉分配頭的作用，能使轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，每個(gè)扇形格室可依次(yīcì)進(jìn)行過(guò)濾、洗滌、吸干、吹松卸渣等項(xiàng)操作。整個(gè)轉(zhuǎn)筒圓周在任何(rènhé)瞬間都劃分為:特點(diǎn)：工作過(guò)程過(guò)濾區(qū);洗滌區(qū);干燥卸渣區(qū)。第六十七頁(yè)，共九十五頁(yè)。2、葉濾機(jī)屬間歇式洗滌和裝卸過(guò)程均較方便，占地面積小，過(guò)濾速度大，但濾餅的厚度一般不均勻(jūnyún)，設(shè)備造價(jià)較高。濾葉一個(gè)操作(cāozuò)循環(huán)：過(guò)濾(guòl(fā)ǜ)、洗滌、卸渣、整理重裝

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)：請(qǐng)點(diǎn)擊觀看動(dòng)畫(huà)第六十八頁(yè)，共九十五頁(yè)。五、濾餅(lǜbǐnɡ)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(yībān)需對(duì)濾餅進(jìn)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(qiáng)差恒定，則洗滌液的體積流量恒定。洗滌速率為：

VW為洗滌(xǐdí)過(guò)程所消耗的洗滌(xǐdí)液體積，m3；為洗滌時(shí)間，s對(duì)于板框壓濾機(jī)，洗滌時(shí)間以下式計(jì)算：第六十九頁(yè)，共九十五頁(yè)。五、板框壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力(shēnɡchǎnnénɡlì)板框壓濾機(jī)的每一生產(chǎn)循環(huán)包括過(guò)濾、洗滌、卸渣、清洗和重裝等操作(cāozuò)，是典型的間歇操作(cāozuò)，其生產(chǎn)能力計(jì)算式：

V為一個(gè)生產(chǎn)周期(zhōuqī)中所得到的洗滌液體積，m3；、分別一個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)的洗滌時(shí)間和輔助操作時(shí)間（卸渣、清洗和重裝），s。第七十頁(yè)，共九十五頁(yè)。總過(guò)濾(guòl(fā)ǜ)面積框內(nèi)總?cè)莘e(róngjī)操作(cāozuò)周期生產(chǎn)能力間歇過(guò)濾機(jī)的計(jì)算過(guò)濾時(shí)間=V2+2VeV/KA2由q2+qeq=K=q2+qeq/K洗滌時(shí)間=8(V2+Ve)Vw/KA2第七十一頁(yè)，共九十五頁(yè)。例1：以某板框式壓濾機(jī)在恒壓條件下過(guò)濾含硅藻土的懸浮夜。過(guò)濾機(jī)的濾框尺寸為810×810×25(mm)，共有33個(gè)框。已測(cè)出過(guò)濾常數(shù)(chángshù)K=10-4m2/s，qe=0.01m3/m2。若已知側(cè)到得濾液體積為8.66，所用洗水量為濾液量的1/6。求：1)過(guò)濾面積和濾框內(nèi)的總?cè)萘浚?)過(guò)濾所需的時(shí)間；3)洗滌時(shí)間；第七十二頁(yè)，共九十五頁(yè)。例2：以某板框式壓濾機(jī)在恒壓條件下過(guò)濾含硅藻土的懸浮夜。過(guò)濾機(jī)的濾框尺寸為810×810×25(mm)，共有37個(gè)框。已測(cè)出過(guò)濾常數(shù)K=10-4m2/s，qe=0.01m3/m2，te=1s。若已知單位面積上通過(guò)的濾液(lǜyè)量為0.15m3/m2，所用洗水量為濾液量的1/5。求：1)過(guò)濾面積和濾框內(nèi)的總?cè)萘浚?)過(guò)濾所需的時(shí)間；3)洗滌時(shí)間；4)生產(chǎn)能力Q(td=15min)。生產(chǎn)能力(shēnɡchǎnnénɡlì)：是指單位時(shí)間內(nèi)獲得的濾液量。第七十三頁(yè)，共九十五頁(yè)。解：1)過(guò)濾面積(miànjī)

A=2LBZ=2×0.81×0.81×37=48.6m2

濾框總?cè)莘e

Vz=LBZ=0.81×0.81×0.025×37=0.607m3

2)過(guò)濾(guòl(fā)ǜ)時(shí)間3)洗滌(xǐdí)時(shí)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/(5×10-4)=348s

第七十四頁(yè)，共九十五頁(yè)。第四節(jié)膜過(guò)濾膜分離法系指以壓力為推動(dòng)力，依靠膜的選擇性，將液體中的組分進(jìn)行(jìnxíng)分離的方法。膜過(guò)濾法的核心是膜本身，膜必須是半透膜，即能透過(guò)一種物質(zhì),而阻礙另一種物質(zhì)。第七十五頁(yè)，共九十五頁(yè)。膜的分類(fēnlèi)按孔徑大小：微濾膜、超濾膜、反滲透膜、納濾膜按膜結(jié)構(gòu)：對(duì)稱(duìchèn)性膜、不對(duì)稱(duìchèn)膜、復(fù)合膜按材料分：合成有機(jī)聚合物膜、無(wú)機(jī)材料膜第七十六頁(yè)，共九十五頁(yè)。膜組件(zǔjiàn)平板式管式中空纖維(xiānwéi)螺旋卷繞式將膜按一定的技術(shù)要求組裝在一起即成為膜組件(zǔjiàn)，是膜過(guò)濾裝置的核心部件。常見(jiàn)的膜組件(zǔjiàn)有以下幾種：第七十七頁(yè)，共九十五頁(yè)。78平板式膜組件(zǔjiàn)第七十八頁(yè)，共九十五頁(yè)。管式膜組件(zǔjiàn)第七十九頁(yè)，共九十五頁(yè)。第八十頁(yè)，共九十五頁(yè)。第八十一頁(yè)，共九十五頁(yè)。膜分離方法(fāngfǎ)及其原理微濾超濾納濾反滲透電滲析膜過(guò)濾的種類很多，常見(jiàn)(chánɡjiàn)的有以下幾種：第八十二頁(yè)，共九十五頁(yè)。微濾（MF）：以多孔細(xì)小薄膜為過(guò)濾介質(zhì)，壓力差為推動(dòng)力，使不溶性物質(zhì)得以分離的操作，孔徑分布范圍在0.025~14μm之間；超濾（UF）：分離介質(zhì)同上，但孔徑更小，為0.001~0.02μm，分離推動(dòng)力仍為壓力差，適合(shìhé)于分離酶、蛋白質(zhì)等生物大分子物質(zhì)；第八十三頁(yè)，共九十五頁(yè)。納濾：以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離300~1000小分子量的膜分離過(guò)程，孔徑分布在平均2nm；反滲透（RO）：是一種以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作，孔徑范圍在0.0001 ~0.001μm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：以電位差為推動(dòng)力，利用(lìyòng)離子交換膜的選擇透過(guò)性，從溶液中脫除或富集電解質(zhì)的膜分離操作；第八十四頁(yè)，共九十五頁(yè)。微濾超濾納濾反滲透懸浮顆粒大分子有機(jī)物糖類等小分子有機(jī)物，二價(jià)鹽或多價(jià)鹽單價(jià)鹽水各種膜的分離(fēnlí)特性第八十五頁(yè)，共九十五頁(yè)。第五節(jié)氣體凈化為保證藥品質(zhì)量，藥品必須在嚴(yán)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(guò)一系列的凈化處理。除去空氣中數(shù)量較多且較大的塵埃可采用機(jī)械除塵、洗滌除塵和過(guò)濾除塵等方法，較小的塵埃和細(xì)菌采用潔凈空氣凈化系統(tǒng)(xì