制藥工程原理與設備沉降與過濾詳解演示文稿

制藥工程原理與設備沉降與過濾詳解演示文稿1化工原理》電子教案/目錄當前第1頁\共有70頁\編于星期六\22點（優(yōu)選）制藥工程原理與設備沉降與過濾2化工原理》電子教案/目錄當前第2頁\共有70頁\編于星期六\22點工業(yè)上常需要對非均相物系進行分離目的

1）回收有用的分散物質(zhì)2）凈化（精制）分散介質(zhì)3）勞動保護和環(huán)境衛(wèi)生的需要為了保護人類生態(tài)環(huán)境，要求排放的廢氣或廢液濃度達到排放標準；很多含碳物質(zhì)及金屬細粉與空氣形成爆炸物，必須除去這些物質(zhì)以消除隱患。要求其含固量達到排放標準，以防止對大氣、河流湖泊等水體的污染。

3當前第3頁\共有70頁\編于星期六\22點第二節(jié)顆粒沉降的阻力顆粒是指用有一定質(zhì)量和形狀、和環(huán)境具有明顯邊界的獨立物系?？煞治⒂^顆粒和宏觀顆粒顆粒，即使宏觀意義上的亦種類繁多。本章所涉及的顆粒主要指宏觀上的固體顆粒和液體顆粒。顆粒及顆粒（群）的性質(zhì)4當前第4頁\共有70頁\編于星期六\22點一、顆粒的特性大?。剑┬螤畋砻娣e球形顆粒

非球形顆粒

直徑d當量直徑，如體積當量直徑

de球形度

5當前第5頁\共有70頁\編于星期六\22點

非球形顆粒：工業(yè)上遇到的固體顆粒大多是非球形顆粒，常用顆粒的當量直徑和球形度表示其特性。(1)體積當量直徑：與實際顆粒體積相等的球形顆粒的直徑定義為非球形顆粒的當量直徑。即：(2)表面積當量直徑：表面積等于實際顆粒表面積的球形顆粒的直徑定義為非球形顆粒的表面積當量直徑。即：

(3)比表面積當量直徑:比表面積等于實際顆料比表面積的球形顆粒的直徑定義為非球形顆粒的比表面積當量直徑。即：

(4)形狀系數(shù)：亦稱球形度，用于表征顆粒的形狀與球形的差異程度。它定義為體積與實際顆粒相等時球形顆粒表面積與實際顆粒的表面積之比，即：6當前第6頁\共有70頁\編于星期六\22點第二節(jié)顆粒沉降的阻力二、顆粒群的特性粒度分布-----頻率分布曲線（見下圖）、累計分布曲線(如圖3-1所示)。頻率分布曲線7當前第7頁\共有70頁\編于星期六\22點二、顆粒群的特性平均直徑表面積平均直徑

----每個顆粒平均表面積等于全部顆粒的表面積之

和除以顆粒的總數(shù)長度平均直徑體積平均直徑

----每個顆粒平均體積等于全部顆粒的體積之

和除以顆粒的總數(shù)體積表面積平均直徑

----每個顆粒的平均比表面積等于全部顆粒的

比表面積平均值8當前第8頁\共有70頁\編于星期六\22點二、顆粒群的特性顆粒的密度

單位體積內(nèi)粒子的質(zhì)量稱為密度，kg/m3。若粒子體積不包括顆粒之間的空隙，稱為粒子的真密度，以表示。若粒子體積包括顆粒之間的空隙，稱為粒子的堆積密度或表觀密度，以表示。

顆粒的空隙率和相互影響將顆粒群中的空隙所占的比率稱為空隙率。9當前第9頁\共有70頁\編于星期六\22點顆粒與流體相對運動的阻力流體流過顆粒時的運動阻力流體的流動方向和速度都沿圓柱周邊而變化，流體在A點受壁面阻滯，速度為為零

全部動能變?yōu)閴毫δ埽蚨酥車鷫毫Ω叨沽黧w沿圓柱表面流過，在AB范圍，水流收縮，流線漸密，即從A到B流速逐漸增加，壓力逐漸減小，在B點處壓力最低，流速達到最大，過B點后，水流擴散，流線漸稀而流速漸減，壓力又逐漸增加。10當前第10頁\共有70頁\編于星期六\22點顆粒與流體相對運動的阻力邊界層分離

------如圖，當流體流過非流線型物體時會發(fā)

生邊界層脫離壁面的現(xiàn)象，稱為~11當前第11頁\共有70頁\編于星期六\22點顆粒與流體相對運動的阻力S點下游的流體在逆壓作用下將倒流回來，它們在來流的沖擊下，就在點S附近形成明顯的旋渦，這旋渦象楔子一樣將邊界層與物面分離開來，就是邊界層分離。ADS壓力逐漸減小壓力逐漸增大邊界層當流到點S時，速度減為零。12當前第12頁\共有70頁\編于星期六\22點第三節(jié)重力沉降一、沉降原理1、自由沉降極短，通?？梢院雎栽摱蔚念w粒運動速度稱為沉降速度，用u0表示。加速段：等速段：浮力Fb曳力Fd

質(zhì)量力Fc顆粒在流體中沉降時受力---單個顆粒在無限流體

中的降落過程重力沉降速度：以球形顆粒為例

13當前第13頁\共有70頁\編于星期六\22點1、自由沉降10-4<Re2層流區(qū)如圖2-1中的實線所示。

----斯托克斯定律

14當前第14頁\共有70頁\編于星期六\22點

過渡區(qū)

湍流區(qū)

湍流附面層區(qū)

此時邊界層也呈紊流，實驗結果顯示不規(guī)則現(xiàn)象。艾倫定律牛頓定律15當前第15頁\共有70頁\編于星期六\22點非球形顆粒

16當前第16頁\共有70頁\編于星期六\22點沉降速度計算

試差法的計算步驟如下：先假設某種流型，再應用相應公式計算出，然后校核是否與假設流型相符。若流型不符，則需重新設定流型及計算。17當前第17頁\共有70頁\編于星期六\22點沉降速度影響因素

沉降公式中的因素如顆粒粒徑、流體粘度、顆粒與流體密度差對沉降速度影響:顯然流體粘度愈大，顆粒沉降速度愈小流動狀態(tài)的影響：由不同流態(tài)所產(chǎn)生的三個沉降關系式，表明了流動狀態(tài)對沉降速度的影響；顆粒濃度的影響顆粒形狀的影響：在所有形狀的顆粒中，球形可了阻力最小，非球形顆粒的阻力隨與球形顆粒的偏離程度而增大。壁效應：當顆粒在靠近器壁的位置沉降時，由于器壁的影響，使其沉降速度較自由沉降速度小，該影響稱為壁效應。壁效應以壁效應因子表示，的經(jīng)驗關聯(lián)式為：18當前第18頁\共有70頁\編于星期六\22點二、沉降設備---用于除去>75m以上顆粒---用于除去>5～10m顆粒19當前第19頁\共有70頁\編于星期六\22點1．重力沉降設備降塵室則表明，該顆粒能在降塵室中除去。思考1：為什么氣體進入降塵室后，流通截面積要擴大？思考2：為什么降塵室要做成扁平的？結構：除塵原理：為了增大停留時間。20當前第20頁\共有70頁\編于星期六\22點降塵室思考3：要想使某一粒度的顆粒在降塵室中被100%除去，必須滿足什么條件？思考4：能夠被100%除去的最小顆粒，必須滿足什么條件？21當前第21頁\共有70頁\編于星期六\22點降塵室思考5：為什么降塵室要做成扁平的？可見，降塵室最大處理量與底面積、沉降速度有關,而與降塵室高度無關。故降塵室多做成扁平的。

注意!!

降塵室內(nèi)氣體流速不應過高，以免將已沉降下來的顆粒重新?lián)P起。根據(jù)經(jīng)驗，多數(shù)灰塵的分離，可取u<3m/s，較易揚起灰塵的，可取u<1.5m/s。最大處理量------能夠除去最小顆粒時的氣體流量Vs22當前第22頁\共有70頁\編于星期六\22點降塵室降塵室優(yōu)、缺點結構簡單，設備龐大、效率低只適用于分離粗顆粒(直徑75m以上)，或作為預分離設備。

作業(yè)：54頁4題23當前第23頁\共有70頁\編于星期六\22點增稠器（沉降槽）請點擊觀看動畫結構：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24當前第24頁\共有70頁\編于星期六\22點增稠器（沉降槽）屬于干擾沉降愈往下沉降速度愈慢-----愈往下顆粒濃度愈高，其表觀粘度愈大，對沉降的干擾、阻力便愈大；沉降很快的大顆粒又會把沉降慢的小顆粒向下拉，結果小顆粒被加速而大顆粒則變慢。有時顆粒又會相互聚結成棉絮狀整團往下沉，這稱為絮凝現(xiàn)象，使沉降加快。這種過程中的沉降速度難以進行理論計算，通常要由實驗決定。因固-液密度相差不是很懸殊，故較難分離，因此，連續(xù)沉降槽的直徑可以大到100m以上，高度卻都在幾米以內(nèi)。

特點：請點擊觀看動畫25當前第25頁\共有70頁\編于星期六\22點第四節(jié)離心沉降離心沉降速度對照重力場離心加速度ar=2r=ur2/r不是常量沉降過程沒有勻速段，但在小顆粒沉降時，加速度很小，可近似作為勻速沉降處理顆粒受力：類似重力沉降速度推導，得：26當前第26頁\共有70頁\編于星期六\22點Rer=dur/

1或2層流區(qū)對照重力場數(shù)值約為幾千～幾萬-----離心分離因數(shù)27當前第27頁\共有70頁\編于星期六\22點2．離心沉降設備旋風分離器：請點擊觀看動畫結構：除塵原理：含塵氣體以切線方向進入，速度為12～25ms-1，按螺旋形路線向器底旋轉(zhuǎn)，接近底部后轉(zhuǎn)而向上，成為氣芯，然后從頂部的中央排氣管排出。氣流中所夾帶的塵粒在隨氣流旋轉(zhuǎn)的過程中逐漸趨向器壁，碰到器壁后落下，自錐形底落入灰斗（未繪出）。上部為圓筒形，下部為圓錐形。

28當前第28頁\共有70頁\編于星期六\22點旋風分離器

旋風除塵器內(nèi)的氣流及顆粒運動十分復雜，對于顆粒的分離捕集機理不得不作出許多簡化假設，從而形成各種不同的分離機理模型。主要有轉(zhuǎn)圈理論、平衡歸理論和邊界層理論。

29當前第29頁\共有70頁\編于星期六\22點旋風分離器能夠從分離器內(nèi)100%分離出來的最小顆粒的直徑，用d表示。其滿足：幾點假設：假設器內(nèi)氣體速度恒定，且等于進口氣速ui；假設顆粒沉降過程中所穿過的氣流的最大

厚度等于進氣口寬度B；假設顆粒沉降服從斯托克斯公式。uiui臨界粒徑＝30當前第30頁\共有70頁\編于星期六\22點旋風分離器結論：旋風分離器越細、越長，d越小n值與進口氣速有關，對常用形式的旋風分離器，風速1225ms-1范圍內(nèi)，一般可取N=34.5，風速愈大，N也愈大。思考：從上式可見，氣體，入口b，氣旋圈數(shù)n

，進口氣速u0

，臨界粒徑越小，why？31當前第31頁\共有70頁\編于星期六\22點旋風分離器評價旋風分離器性能的兩個主要指標：小好，一般在5002000Pa左右32當前第32頁\共有70頁\編于星期六\22點氣流通過旋風分離器時要有能量損失，壓力損失可用下式計算：式中，為阻力系數(shù)，可按下式計算：33當前第33頁\共有70頁\編于星期六\22點旋液分離器Why?特點：

與旋風分離器相比，直徑小、錐形部分長。請點擊觀看動畫結構：返回目錄34當前第34頁\共有70頁\編于星期六\22點第五節(jié)過濾一、概述過濾按其流體的性質(zhì)分為含塵氣體的過濾操作和懸浮液的過濾操作。

含塵氣體的過濾操作是指通過含固體顆粒的氣體與多孔性過濾介質(zhì)的接觸，固體顆粒被截留在過濾介質(zhì)上而氣體，從而實現(xiàn)固氣分離的操作。主要用于產(chǎn)品精制、空氣凈化，如布袋式過濾器。懸浮液的過濾操作是使懸浮液與多孔性過濾介質(zhì)接觸，并使得固體顆粒被截留在過濾介質(zhì)表面或內(nèi)部而實現(xiàn)分離的操作。

35當前第35頁\共有70頁\編于星期六\22點第五節(jié)過濾一、概述深層過濾這種過濾是在過濾介質(zhì)內(nèi)部進行的，介質(zhì)表面無濾餅形成。過濾用的介質(zhì)為粒狀床層或素燒（不上釉的）陶瓷筒或板。此法適用于從液體中除去很小量的固體微粒，例如飲用水的凈化。36當前第36頁\共有70頁\編于星期六\22點一、概述濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液----推動力：重力、壓力、離心力

濾餅過濾37當前第37頁\共有70頁\編于星期六\22點一、概述濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾工業(yè)用過濾介質(zhì)主要有：棉、麻、絲、毛、合成纖維、金屬絲等編織成的濾布。過濾介質(zhì)：多孔性介質(zhì)、耐腐蝕、耐熱并具有足夠的機械強度。38當前第38頁\共有70頁\編于星期六\22點一、概述濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾濾餅的壓縮性：

空隙結構易變形的濾餅為可壓縮濾餅。

39當前第39頁\共有70頁\編于星期六\22點一、概述濾漿濾餅過濾介質(zhì)濾液濾餅過濾使用時，可預涂，也可以混入待濾的濾漿中一起過濾。助濾劑能形成結構疏松、而且?guī)缀跏遣豢蓧嚎s的濾餅?？筛纳圃瓰V餅的可壓縮性和過于致密的缺點。助濾劑：----是顆粒細小、粒度分布范圍較窄、堅硬而懸浮性好

的顆粒狀或纖維固體，如硅藻土、纖維粉末、活性

炭、石棉。40當前第40頁\共有70頁\編于星期六\22點濾餅過濾的固體量、濾液量、濾渣量的關系濾餅過濾操作是使懸浮液通過過濾介質(zhì)，得到含水很低的濾渣和幾乎不含固體的濾液。懸浮液的質(zhì)量=濕濾渣的質(zhì)量+濾液的質(zhì)量濕濾渣的質(zhì)量=干固體的質(zhì)量+水份的質(zhì)量

若干固體密度為，

濕渣密度為，

濾液密度為，

設懸浮液所含有的干固體質(zhì)量為m，濕濾渣與干固體質(zhì)量之比為C，單位質(zhì)量懸浮液所含的固體質(zhì)量為X，單位體積濾液所相對應的固體量為w

41當前第41頁\共有70頁\編于星期六\22點由上面的條件，對濕濾渣和濕濾渣中的干固體及濕濾渣中含有的水而言，有：如果知道濕濾渣、干固體、濾液的密度，通過上式，可確定濕干渣質(zhì)量之比。單位質(zhì)量懸浮液具有的濕渣量為：單位質(zhì)量懸浮液具有的濾液量為：42當前第42頁\共有70頁\編于星期六\22點因此，單位體積濾液所對應的干濾渣量為：43當前第43頁\共有70頁\編于星期六\22點二、過濾基本方程------濾液量V～過濾時間的關系----即為流速，單位時間內(nèi)通過單位過濾面積的濾液體積過濾速度u濾餅過濾過程中，濾餅逐漸增厚，流動阻力也隨之逐漸增大，所以過濾過程屬于不穩(wěn)定的流動過程。故

A44當前第44頁\共有70頁\編于星期六\22點二、過濾基本方程------濾液量V～過濾時間的關系(1)細管長度l與床層高度L成正比(2)細管的內(nèi)表面積等于全部顆粒的表面積，

流體的流動空間等于床層中顆粒之間的全部空隙體積。1、過濾基本方程的推導簡化模型：假定：真實速度

u濾餅體積濾餅的比表面積顆粒的比表面積45當前第45頁\共有70頁\編于星期六\22點二、過濾基本方程------濾液量V～過濾時間的關系濾餅內(nèi)，雷諾數(shù)很小，屬層流流動，------哈根-泊謖葉方程l、de表達式（見上頁）由質(zhì)量守恒得：濾餅截面積A46當前第46頁\共有70頁\編于星期六\22點二、過濾基本方程△p2△p1u------濾液量V～過濾時間的關系思考：影響過濾阻力的因素有哪些？影響過濾速度的因素有哪些？47當前第47頁\共有70頁\編于星期六\22點二、過濾基本方程------濾液量V～過濾時間的關系

設每獲得單位體積濾液時，被截留在過濾介質(zhì)上的濾餅體積為w（m3濾餅/m3濾液），則令濾餅濾液1c思考：濾餅中全是固體物嗎？壓縮指數(shù)0<a<1（可壓縮濾餅）a=0（不可壓縮濾餅）48當前第48頁\共有70頁\編于星期六\22點二、過濾基本方程-----過濾基本方程過濾常數(shù)，由實驗測定△pu思考：影響K的因素有哪些？影響Ve或qe的因素有哪些？------濾液量V～過濾時間的關系49當前第49頁\共有70頁\編于星期六\22點二、過濾基本方程------濾液量V～過濾時間的關系影響K的因素：影響qe或Ve

的因素：濾餅性質(zhì)（a、）濾漿性質(zhì)（w、）推動力（p）過濾介質(zhì)的性質(zhì)（孔的結構、、r0、厚度）△pu50當前第50頁\共有70頁\編于星期六\22點二、過濾基本方程------濾液量V～過濾時間的關系2、恒壓過濾△pu表觀速度特點：

K為常數(shù)

積分得：

或若過濾介質(zhì)阻力可忽略不計，則

或，過濾速度愈來愈小。恒壓過濾方程51當前第51頁\共有70頁\編于星期六\22點三、過濾常數(shù)的測定恒壓時：logp~logK作圖求出壓縮指數(shù)s

τ/q~q圖52當前第52頁\共有70頁\編于星期六\22點四、濾餅洗滌洗滌阻力與哪些因素有關？與濾餅厚度、濾餅性質(zhì)、洗滌液粘度、介質(zhì)阻力有關

推動力、阻力不變洗滌速度為常數(shù)。思考：洗滌過程與過濾過程的有何異同？53當前第53頁\共有70頁\編于星期六\22點四、濾餅洗滌若推動力相同，則：洗滌速度與過濾終了速度的關系?54當前第54頁\共有70頁\編于星期六\22點五、過濾設備及過濾計算過濾設備

55當前第55頁\共有70頁\編于星期六\22點五、過濾設備及過濾計算1、板框壓濾機濾框、濾板結構：洗板板框壓濾機框非洗板洗板1060塊不等，過濾面積約為280m2

請點擊觀看動畫濾框和濾板的左上角與右上角均有孔。

請點擊觀看動畫56當前第56頁\共有70頁\編于星期六\22點1、板框壓濾機洗板板框壓濾機框非洗板洗板一個操作循環(huán)：過濾濾液流出懸浮液入口洗滌液流出洗滌液入口洗滌卸渣、整理重裝思考：對板框壓濾機，下式中V、Ve、A怎么取值？半個框的？一個框的？還是N個框的？均可。57當前第57頁\共有70頁\編于星期六\22點1、板框壓濾機屬間歇式特點：橫穿洗滌：Lw=2L，Aw=A/2洗板板框壓濾機框非洗板洗板洗滌液流出洗滌液入口58當前第58頁\共有70頁\編于星期六\22點1、板框壓濾機生產(chǎn)能力：

操作周期：

單位時間內(nèi)獲得的濾液量或濾餅量。其中：59當前第59頁\共有70頁\編于星期六\22點2、葉濾機屬間歇式置換洗滌：Lw=L，Aw=A濾葉一個操作循環(huán)：過濾、洗滌、卸渣、整理重裝

特點：結構：請點擊觀看動畫思考：對葉濾機，下式中V、Ve、A怎么取值？一個濾葉的？還是N個的？均可。60當前第60頁\共有70頁\編于星期六\22點2、葉濾機操作周期：

與板框機相同生產(chǎn)能力：

與板框機類似61當前第61頁\共有70頁\編于星期六\22點3、轉(zhuǎn)筒真空過濾機置換洗滌：Lw=L，Aw=A屬連續(xù)式過濾、洗滌、吹松、刮渣轉(zhuǎn)筒---筒的側壁上覆蓋有金屬網(wǎng)，長、徑之比約為1/22，濾布---蒙在筒外壁上。分配頭---轉(zhuǎn)動盤、固定盤浸沒于濾漿中的過濾面積約占全部面積的3040%轉(zhuǎn)速為0.1至23（轉(zhuǎn)/分）

一個操作循環(huán)：特點：結構：請點擊觀看動畫62當前第62頁\共有70頁\編于星期六\22點3、轉(zhuǎn)筒真空過濾機其中：操作周期：

生產(chǎn)能力：

思考：對轉(zhuǎn)筒真空過濾機，上式中V