第六章 机械分离萃取与浸出设备

XAZ /800-UB系列
板框压滤机
XKZ系列全自动快开式压滤机
DY-Q 带式压榨过滤机
叶滤机 结构与原理：由起过滤作用 的滤叶和起密闭作用的筒体 构成，操作为间歇式。 滤叶有圆形和矩形等多种形 式，由金属丝网组成的框架 上覆以滤布构成，使用时可 将多块平行排列的滤叶组装 成一体插入箱体内。
滤浆
洗涤终了，若有必要可引入压缩空气使滤饼脱湿后再折开过 滤机卸出滤饼，结束一次过滤操作。然后清洗、整理、重新 组装、准备下一次操作。
板框压滤机
滤液 流出
1
2
3
滤板和滤框可为铸铁、碳 钢、不锈钢、塑料及木材 等，聚乙烯和聚丙烯是目 前较为广泛使用的材料。
5
料液 压入 4
常用规格的板框其厚度为25~60mm,边框长为0.2~2.0m，框数 由生产所需定，由数个至上百个不等。
制药设备与工程设计
制药工程教研室
第五章 机械分离、萃取与浸出设 备
机械分离设备
机械分离设备：依靠机械作用力，对固－液、液 －液、气－液、气－固等非均相混合物进行分 离的设备均称为机械分离设备。 常用的非均相分离方法主要有三种：
1.过滤法。使非均相物料通过过滤介质，将颗粒截留在 过滤介质上面而得到分离。 2.沉降法。颗粒在重力场或离心力场内，借自身的重力 或离心力得到分离。 3.离心分离。利用离心力的作用，使悬浮液中微粒分离。
叶滤机
NYB系列高效板式密闭过滤机
MYB型全自动板式密闭过滤机
叶滤机
WYB系列卧式叶片过滤机
SYB系列水平叶片过滤机
转筒真空过滤机
II 1 2 4 III 5 3
a.转动盘 b.固定盘
6 7
I
1－转筒； 2－滤饼； 3－割刀； 4－分配头 5－吸走滤液的真空凹槽； 6－吸走洗水的真空凹槽； 7－通入压缩空气的凹槽； I－过滤区； II－洗涤脱水区； III－卸渣区
式中 p1 是通过滤饼的压降、 p2 是通过过滤介质的压降。 根据欧根方程，过滤速度 u 与 p1 和 p2 的关系式为： 对滤饼层
dV 3 AdeV p1 u Adt 1501 2 L
2
式中 deV、A、 是滤饼颗粒及滤饼床层特征参数，令 滤饼比阻(单位厚度滤饼的阻力)，m-2 滤饼阻力
板框压滤机
通过直接给悬浮液加压，迫使其穿过过滤介 质来实现过滤的目的。其历史最久且已有超过 100种以上的 结构，最为常见的是板框式压滤机。
结构：由交替排列的滤 板、滤框与夹于板框之 间的滤布叠合组装压紧 而成。板框数视工艺要 求在机座长度范围内可 灵活调节。组装后，在 板框的四角位臵形成连 通的流道，由机头上的 阀门控制悬浮液、滤液 及洗液的进出。
离心过滤机
卧式活塞推料离心机 卧式刮刀离心机
三足式离心机
三足刮刀下离心机
过滤计算
过滤速度 对各种过滤操作方式与设备均可表示为：
u dV A dt
式中：dV —— dt 时间内通过过滤面的滤液量； A —— 过滤面积； u —— 单位时间内通过单位过滤面积的滤液量。 以现象方程的形式可写成：
过滤通量 过滤推动力 过滤阻力
过滤的操作方式
过滤：过滤操作中的主要阶段，在过程中滤饼不断增厚、阻 力不断上升，流体的通过能力则不断减小； 洗涤：无论是以滤饼还是滤液为产品，都有必要在卸料之前 用清液臵换滤饼中存留的滤液并且洗涤滤饼； 脱湿：以滤饼为产品时洗涤后还可用压缩空气进行脱湿； 卸料：将滤饼从过滤介质上移去； 清洗过滤介质：使被堵塞的网孔“再生”，以便重复使用。 根据使用的过滤设备、过滤介质及所处理的物系的性质和产 品收集的要求，过滤操作分为： 间歇式：对以上各步骤分阶段操作； 连续式：连续操作完成全部或其中部分阶段。 根据提供过滤推动力的方式，又有重力过滤、加压过滤、真 空过滤和离心过滤之分，其目的都是克服过滤阻力。
被截留在介质表面的颗粒形成滤渣层（滤饼），透过滤饼层的 则是被净化了的滤液。 随着滤饼的形成，真正起过滤介质作用的是滤饼，而非过滤介 质本身，故称作滤饼过滤。 滤饼过滤主要用于含固量较大（>1%）的场合。
过滤过程的机理
深层过滤：过滤介质一般为介质层较厚的滤床类（如沙层、 硅藻土等）。小于介质孔隙的颗粒可进入到介质内部，在长 而曲折的孔道中被截留并附着于介质之上。 深层过滤无滤饼形成，主要用于净化含固量很少（<0.1%） 的流体，如水的净化、烟气除尘等。
过滤过程可视作流体通过固定床的流动，且液体在滤饼空隙 中的流动多属层流，可用低 Re 数的固定床流速与压降的公 式进行描述。
过滤速度
对于过滤阻力和过滤速度均随时间而变的滤饼过 滤过程，若任意瞬时滤饼的厚度为 L，相应的滤液累积体积 为 V，过滤速度为 u，对应的推动力为
p p1 p 2
板框压滤机的操作压强一般在0.3~1.0Mpa之间。
优点：结构简单紧凑，过滤面积大并可承受较高的压差。 缺点：间歇式操作，所费的装、折、清洗时间较长，劳动强 度大，生产效率较低。 板框式压滤机主要用于含固量较多的悬浮液过滤。
板框压滤机
XAZ /2000-UB系列
嵌入式滤布的滤板
XASL /630-UB系列
p1 p2 dV p u A d t rL r m L m rL r m L m
滤饼厚度随时间的变化可通过滤饼体积与滤液体积成正比的 关系而表达为
L

A
V
—— 与单位体积滤液相当的滤饼体积
过滤介质阻力一般为定值且与滤饼阻力相比较小，但在过滤 刚开始的一段时间滤饼很薄，过滤介质的阻力相对较大。 可表达为比阻与滤饼相等、厚度为Le 的当量滤饼的阻力，即
清洗水 料浆
滤液 清洗水 浆料 阀门
开 关 启 闭 洗涤液
板框压滤机
非洗涤板 洗涤板 非洗涤板
悬浮液
滤液
板 框 板 框 板
过滤操作：过滤阶段悬浮液从通道进入滤框，滤液在压力下 穿过滤框两边的滤布、沿滤布与滤板凹凸表面之间形成的沟 道流下，既可单独由每块滤板上设臵的出液旋塞排出，称为 明流式；也可汇总后排出，称为暗流式。
3
1
滤液
2
淤泥
叶滤机
操作：悬浮液被加压送入或借真空泵进 行抽吸，滤液穿过滤布进入丝网构成的 中空部分并汇集于下部总管流出，颗粒 则沉积在滤布上形成滤饼，当滤饼达到 一定厚度时停止过滤。视悬浮液的性质 和操作压强的大小，滤饼厚度通常在 5~35mm之间。
滤浆
3
1
滤液
2
淤泥
过滤结束后，根据要求可通入洗涤液对滤饼进行洗涤，洗涤 液的行程和流通面积与过滤终了时滤液的行程和流通面积相 同，在洗涤液与滤液的性质接近的情况下，洗涤速率约为过 滤终了时速率。可用振动或压缩空气及清水等反吹卸滤渣。 优点：过滤面积大，设备紧凑，密闭操作，劳动条件较好。 不必每次循环装卸滤布，劳动强度也大大降低。 缺点：结构比较复杂，造价较高。
R rL
150 1 r 3 A d eV 2
2
u
dV p p 1 1 Adt rL R
过滤速度
对过滤介质层
u
dV p2 p2 Adt r m L m R m
式中：Lm 是过滤介质的厚度，rm 为过滤介质的比阻。 一般滤饼与过滤介质的过滤通道进入其两侧与滤布 形成的凹凸空间，穿过滤布、 滤饼和滤框另一侧的滤布后 排出。洗涤液的行程（包括 滤饼和滤布）约为过滤终了 时滤液行程的 2 倍，而流通 面积却为其1/2，故洗涤速率 约为过滤终了速率的1/4。
非洗涤板
洗涤液 洗涤板
非洗涤板
洗出液 板 框 板 框 板
过滤介质
多孔、理化性质稳定、耐用和可反复使用
织物介质 最常用的过滤介质，工业上称为滤布(网)，由天然 纤维、玻璃纤维、合成纤维或者金属丝编织而成。可截留的最 小颗粒视网孔大小而定，一般在几到几十微米范围。 多孔材料 制成片、板或管的各种多孔性固体材料，如素瓷、 烧结金属或玻璃、多孔性塑料以及滤纸和压紧的毡与棉等。此 类介质较厚，孔道细，能截留1～3mm的微小颗粒。 固体颗粒床层 由沙、木炭之类的固体颗粒堆积而成的床层， 称作滤床，用作过滤介质使含少量悬浮物的液体澄清。
单级活塞推料离心机示意图
离心过滤机有很多种类。上图是连续加料、分离、洗涤、卸 料的活塞推料离心机。推送器装在转鼓内部与转鼓一同旋转 并通过活塞杆与液压缸中往复运动的活塞相连。悬浮液由锥 形布料器均匀分布在转鼓端部区域，滤液经滤网和鼓壁上的 开孔甩出被收集，滤饼层则被往复运动的活塞推送器一段一 段地往前推送。在适当的轴向位臵引入洗水洗涤滤饼，洗液 分别收集，脱水后的滤饼则被推出机外。
多孔膜 由特殊工艺合成的聚合物薄膜，最常见的是醋酸纤维 膜与聚酰胺膜。膜过滤属精密过滤或超滤 (ultrafiltration) ， 可以分离5nm的微粒。 根据工艺要求和悬浮液的性质以及颗粒浓度、粒度分布等多方 面因素选择合适的过滤介质及其组合方式，往往关系到过滤操 作的成败。
过滤过程的机理
滤饼过滤 ( 表面过滤 ) ： 过滤介质为织物、 多孔材料或膜等，孔径可大于最小颗粒 的粒径。过滤初期，部分小颗粒可以进 入或穿过介质的小孔，后因颗粒的架桥 作用使介质的孔径缩小形成有效的阻挡。
带式水平真空过滤机
带式水平真空过滤机
DU 胶带真空水平过滤机工作原理
离心过滤机 结构与原理：在高速旋转的多孔转鼓内壁敷设滤布。悬浮液 中的液体在惯性离心力的作用下穿过颗粒层和滤布流到转鼓 外部空间。 推动力：设液层以与转鼓相同的半径 r 和角速度 匀速旋转， 则液体中会产生沿半径向外的离心加速度 r2。 分离因素：同一质量的流体所受的离心力与重力之比
2 mr 2 r 2 u T mg g rg
分离因素与转鼓半径和转速的平方成正比，通常可达数百、 数千，超高速离心机甚至可达5万以上。