制藥分離工程第六章-非均相分離

1第六章非均相分離10/14/20232要求：1.理解過濾操作的基本原理、基本操作；2.掌握過濾設(shè)備的工作原理；3.掌握離心分離的原理及設(shè)備的性能；4.掌握重力沉降的原理；重點：1.板框過濾機的工作原理；2.離心分離的操作原理。10/14/20233混合物氣態(tài)：固體顆粒和氣體構(gòu)成的含塵氣體液體顆粒和氣體構(gòu)成的含霧氣體液態(tài)：不互溶液體構(gòu)成的乳濁液

固體顆粒和液體構(gòu)成的懸浮液均相混合物：溶液、混合氣體非均相混合物6.1概述1.混合物的分類10/14/202342.非均相的概念均相物系：物系內(nèi)部各處物料性質(zhì)均勻而且不存在相界面的混合物；非均相物系：凡物系內(nèi)部有隔開兩相的界面存在，而界面兩側(cè)的物料性質(zhì)截然不同者稱為～。3.非均相混合物的分離方法1）過濾

2）沉降重力沉降離心沉降10/14/202356.2物料的特性6.2.1

顆粒的特性1.單一顆粒的特性1）顆粒形狀d：顆粒的直徑；V：球形顆粒的體積；S：球形顆粒的表面積；a：比表面積。固體顆粒形狀多不規(guī)則，很少一致。在作理論計算時，常作球形處理。10/14/20236非球形顆粒（1）體積當量直徑（2）形狀系數(shù)

s＝S/Sp

s：形狀系數(shù)或球形度；Sp：顆粒的表面積；S：與該顆粒體積相等的圓球的表面積。72）比表面積

顆粒為小于毫米級的粒子，故單位體積顆粒表面比一般

固體大7-8個數(shù)量級。3）孔隙度

顆粒間的孔隙體積與表觀體積之比4）顆粒尺寸1）粒度分布2）顆粒的平均粒徑10/14/202385）顆粒密度6）黏性和散粒性粒子之間存在黏性力，使粒子在碰撞中產(chǎn)生凝集。

表現(xiàn)為分子力，毛細管黏附力，靜電力等。固體穿過液體內(nèi)的速度與固液間密度差成正比。10/14/202396.2.2液體的特性1）密度

在沉降分離中，分離推動力與固液相密度差成正比，

一般液體溫度，密度2）黏度一般液體溫度，黏度，通過加溫提高過濾速度。3）表面張力直接影響液體潤濕固體表面的程度，疏水性固體顆粒濾餅的含濕量較低。10/14/2023106.2.3懸浮液的特性當固體顆粒不溶于液體且混合在一起時，構(gòu)成懸浮液。1.密度不同于原來液體的密度。2.黏度懸浮液黏度隨液體中固相濃度而3.固相含量對黏度造成影響，還干涉沉降速度等。6.3過濾一、過濾的基本概念1、過濾及過濾推動力過濾：利用能讓液體通過而截留固體顆粒的多孔介質(zhì)（過濾介質(zhì)），使懸浮液中固液得到分離的單元操作。名詞：過濾介質(zhì)：過濾操作用的多孔物質(zhì)。濾漿（料漿）：所處理的懸浮液。濾餅（濾渣）：被截留的固體物質(zhì)。過濾推動力：過濾介質(zhì)兩側(cè)的壓力差。2、過濾方式（1）餅層過濾：固體沉積物在介質(zhì)表面堆積、架橋而形成濾餅層。濾餅層是有效過濾層,截留的固體顆粒。適用于：處理固體含量較高的混懸液。（2）深層過濾：過濾介質(zhì)是較厚的粒狀介質(zhì)的床層,過濾時懸浮液中的顆粒沉積在床層內(nèi)部的孔道壁面上,而不形成濾餅。適用于：生產(chǎn)量大而懸浮顆粒粒徑小或是粘軟的絮狀物。3、過濾介質(zhì)

過濾介質(zhì)：多孔性介質(zhì)，其作用：支撐濾餅或截留顆粒，使濾液通過。過濾介質(zhì)應(yīng)具有下列條件：

a）多孔性，孔道適當?shù)男?，對流體的阻力小，又能截住要分離的顆粒。

b)物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐熱，耐化學(xué)腐蝕。

c)足夠的機械強度，使用壽命長。

d)價格便宜。過濾介質(zhì)種類：織物介質(zhì)、多孔性固體介質(zhì)、顆粒狀介質(zhì)和微孔濾膜等。①織物介質(zhì)—

濾布(織物、網(wǎng))，截留的粒徑5μm以上，工業(yè)應(yīng)用廣泛②多孔固體介質(zhì)—具有微細孔道的固體，截留粒徑1～3μm的微細粒子③顆粒狀介質(zhì)—固體顆?；蚶w維等堆積，適用于深層過濾

④微孔濾膜：由高分子材料制成的薄膜狀多孔介質(zhì)。適用于濾除0.02～10μm的混懸微粒。4、濾餅的壓縮性和助濾劑（1）濾餅的壓縮性濾餅不可壓縮濾餅:

可壓縮濾餅:顆粒有一定的剛性，所形成的濾餅并不因所受的壓力差而變形。顆粒比較軟，所形成的濾餅在壓差的作用下變形，使濾餅中的流動通道變小，阻力增大。（2）助濾劑助濾劑—具有一定剛性的顆粒或纖維狀的固體。加入助濾劑可減少可壓縮濾餅的流動阻力加入方法預(yù)涂用助濾劑配成懸浮液，在正式過濾前用它進行過濾，在過濾介質(zhì)上形成一層由助濾劑組成的濾餅。將助濾劑混在濾漿中一起過濾5、濾餅的洗滌

用洗滌液（通常為清水）進行濾餅洗滌，以回收濾餅中殘存的濾液或除去其雜質(zhì)。6、過濾速率及影響因素過濾速率—單位時間內(nèi)得到的濾液體積。主要影響因素：過濾面積、懸浮液的性質(zhì)、操作溫度和操作壓力。二、過濾設(shè)備

1、過濾設(shè)備的生產(chǎn)能力過濾機的生產(chǎn)能力通常用單位時間內(nèi)所得到的濾液體積來表示，有時也可用單位時間內(nèi)單位過濾面積上積聚的濾渣量表示。2、過濾機的構(gòu)造和操作按操作方式可分為間歇過濾機和連續(xù)過濾機；按過濾推動力產(chǎn)生的方式可分為壓濾機、真空過濾機和離心過濾機

（一）板框過濾機（1）結(jié)構(gòu)與工作原理主要工作部件:濾板濾框：2組裝:1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1濾布—框的兩側(cè)1.過濾板3.洗滌板

過濾：濾漿由總管入框框內(nèi)形成濾餅濾液穿過餅和布經(jīng)每板上旋塞排出(明流)或從板流出的濾液匯集于某總管排出(暗流)

洗滌：洗滌液由總管入板濾布濾餅濾布非洗滌板排出工作原理：（2）主要優(yōu)缺點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，設(shè)備緊湊，過濾面積大而占地小，操作壓強高，濾餅含水少，對各種物料的適應(yīng)能力強。缺點：間歇手工操作，勞動強度大，生產(chǎn)效率低10/14/2023256.4離心沉降離心沉降：依靠慣性離心力的作用從而實現(xiàn)沉降的過程。離心沉降效率較重力沉降效率高。6.4.1原理在離心力場中顆粒將與流體在離心力方向上作相對運動：1、慣性離心力:

相當于重力，區(qū)別為：加速度不同2、向心力（類似于重力場中浮力，方向為沿半徑指向旋轉(zhuǎn)中心）：

區(qū)別：加速度不同（1）構(gòu)造與工作原：旋風分離器是利用離心沉降原理從氣流中分離出顆粒的設(shè)備。人類是從自然界的旋風得到的啟示。6.4.2旋風分離器的操作原理

①構(gòu)造：對于標準形旋風分離器，只要規(guī)定出其中一個主要尺寸，如圓筒直徑D或進氣口寬度B，則其它各部分的尺寸亦確定。②、旋風分離器工作原理外旋流內(nèi)旋流（氣芯）適用范圍：去除氣流中＞5μm的顆粒10/14/2023313.旋風分離器的性能評價指標總效率粒級效率分離效果壓強降臨界直徑分離效率10/14/2023321）臨界粒徑定義：理論上在旋風分離器中能被完全分離下來的最小顆粒。

臨界直徑隨分離器尺寸的增大而增大，所以，分離效率隨分離器尺寸的增大而減小。當氣體處理量很大時，常將若干個小的旋風分離器并聯(lián)使用，以維持較高的分離效率。10/14/202333C1：旋風分離器進口氣體含塵濃度，g/m3；C2：旋風分離器出口氣體含塵濃度，g/m3。2）分離效率（1）總效率

0進入旋風分離器的全部顆粒中被分離下來顆粒的質(zhì)量分率。10/14/202334（2）粒級效率或分效率

p某種粒度的顆粒被分離下來的質(zhì)量分率。C1：旋風分離器進口氣體含塵濃度，g/m3；C2：旋風分離器出口氣體含塵濃度，g/m3。10/14/2023356.5

重力沉降分離重力沉降：在地球引力作用下，將懸浮液分離為固量較高的底流和清凈的溢流的過程。先決條件：固相和液相間存在密度差6.5.1原理10/14/202336影響沉降速度的因素（1）流體的黏度（2）顆粒的體積濃度（3）器壁效應(yīng)

D/d大于100時，可忽略器壁效應(yīng)，否則需考慮。（4）顆粒形狀10/14/2023376.5.2重力沉降設(shè)備1）降塵室(1)單層降塵室籍重力沉降從氣流中分離出塵粒的設(shè)備。10/14/202338工作原理：氣體