第五讲 固液分离设备

二、制药企业常用的离心分离设备
<一>旋风分离器 1.旋风分离器的结构和原理 标准旋风分离器的主体上部为 圆筒形，下部为圆锥形，各部 件的尺寸均与圆筒直径成比例。 含尘气体沿切向进入圆筒，沿壁 高速旋转向下流动产生强大离心力，将颗粒甩向 器壁，脱尘后的气体由底部在圆筒中心区向上流出。
2 . 性能指标 ①临界粒径dc 旋风分离器能够分离出的最小颗粒直径称为临界粒径。
d s g

受力分析
颗粒受力分析及图表
<三>影响重力沉降的因素
1.颗粒形状 同一性质的固体颗粒，非球形颗粒的沉降阻力比球形颗 粒的大的多，因此其沉降速度较球形颗粒的要小一些。 2.干扰沉降 当颗粒的体积浓度>0.2% 时，干扰沉降不容忽视。 3.器壁效应 当容器较小时，容器的壁面和底面均能增加颗粒沉降时
（3） （ 103≤Ret <2×105）湍流区 对应各区的沉降速度 ut的计算式为： （1）滞流区 (2)过渡区
d 2 s g uz 18
u g 0.27 d s Re 0.6
18.5 过渡区 = 0.6 Re
=0.44

（3）湍流区
ut 1.74
（续上）
（3）过滤推动力|过滤介质两侧的压力差。 （4）过滤速率：单位时间内通过的滤液体积。 3.过滤方式分类： 常压过滤、加压过滤、减压过滤、离心过滤。 <二>过滤基本方程式 1.过滤基本方程式 过滤基本方程式表示过滤过程中某一瞬间的过滤速率与各 有关因素的相互关系。对于不可压缩性滤饼有如下计算式：
R——颗粒的旋转半径,单位是m。
2.离心分离因数
离心加速度与重力加速度之比称为离心分离因数，用Kc表示。
2 ut2 ut 因离心加速度 所以 kC = R Rg kC是离心分离的重要指标，是衡量离心机的分离能力大小的重要
参数，kC数值越大，则离心机分离能力越强。 说明： 因颗粒沉降速度ur与其密度相关，所以不同的颗粒在同一离心 场中具有相同加速度，但其沉降速度不同，可以进行分离。这就 是离心机的工作原理。
三、离心沉降设备
<一>原理 1.离心沉降速度 颗粒在离心场中受到离心力、向心力、阻力，重力可忽略不计。其 切向速度ut，离心沉降速度计算式可推导为：
离心沉降速度ur
在层流区符合斯托克斯定律，即：
4d s s ut2 3 R
d s2 s ut2 层流区沉降速度ur 18 R
气体流经旋风分离器的压降是由气体流经器内时的膨胀、 压缩、旋转、转向及对器壁的摩擦而消耗的能量。 ui2 压强降 p f
2 式中 为阻力系数，ui2是气体进口速度。
标准旋风分离器
8.0
<二>沉降离心机
1.碟片式离心机 ①结构：转轴、转鼓、倒锥形碟片 ②工作原理：密度大的重液沿碟片 向下流动，密度小的轻液向上流动， 重液、轻液分离后沿各自的流道排出。 ③分离因数为4000——10000，转速 4000——7000r/min，适合于液—液 两相高度分散的乳浊液的分离。
一、过滤基本方程式
<一>基本概念 1.过滤介质 使滤液通过，截留固体颗粒并支撑滤饼的材料。要求其具 有多孔性、耐腐蚀性及足够的机械强度。 工业常用的过滤介质：织物介质、多孔性固体、粒状介质。 2.滤饼的压缩性及助滤剂 （1）滤饼的压缩性：受里不变形的颗粒形成的滤饼称不 可压缩性滤饼，反之则称为可压缩性滤饼。发酵液悬浮颗 粒属于可压缩性颗粒 。 （2）助滤剂：减小过滤阻力、提高滤饼的刚性和孔隙率 的惰性材料。
总效率
C1 C2 0 100% C1
式中 C1、C2 —— 进、出口气体含尘浓度，g/m 3。 粒级效率是指对指定直径的颗粒分离的百分数。即： C1i C2i p 100% C1i 式中 C1i、C2i ——进、出口气体中粒径在第i段范围内的颗粒浓度，g/m 。
3
③压降Δ pf
２.高速管式离心机 ①结构：管状转鼓外壳 ②工作原理：高速旋转产生强大的 离心力是颗粒沉积到管壁，轻相沿管 中心向上排出，重相沿管壁向上排出。 ③特点：转速高，分离因数高达15000 ——65000。适用于固含量低于1%，颗 粒度小于5微米，黏度大的悬浮液澄清 或固液两相密度差较小的分离。
前言：
F F F F
b
d
0
<二>球形颗粒的自由沉降速度 自由沉降： 颗粒在重力沉降过程中不受周围颗粒和器壁影响的沉降。 干扰沉降： 固体颗粒在沉降过程中，因颗粒之间的相互影响而使颗 粒不能正常沉降的过程。
续上
球形颗粒在静止流体中沉降时，颗粒受到的作用力有重力、浮力和 阻力 当合力为零时，颗粒相对于流体的运动速度称为沉降速度，又称为 “终端速度。终端速度计算式：
二、过滤机械
<一>板框压滤机 1.结构：具凹凸沟槽的滤板、 滤框、紧装置。 2.操作过程： 装和、过滤、洗涤、卸渣和整理。 3.生产能力：
3600V 其中 T V 是一个操作周期内所获得的滤液体积m 3 板框压滤机的生产能力 Q T 是一个操作周期总时间，单位s.
<二>三足离心机 制药生产中广泛使 用三足过滤离心机。 1.原理：转鼓内壁开 有小孔，并在其上覆盖滤布，滤液穿过滤布而滤渣残留 在转鼓中，当滤渣积累到一定两后停机，从上或下卸出。 2.操作注意事项：启动前要盖紧盖子，完全停止运转后 才能卸渣。
第五章 固液分离设备
概述
混合物分为均相混合物和非均相混合物。非均相混合物的内部存在两种 以上的相态。其中固体颗粒、微滴称为分散相或分散物质；而气体、液体称为 连续相或分散介质。 非均相物系分离的依据是连续相与分散相具有不同的物理性质，因此可以 用机械的方法将两相分离。两种操作方式：沉降和过滤 （1）沉降分离 颗粒相对于流体（静止或运动）运动的过程称沉降分离。 分为重力沉降、离心沉降。 （2）过滤 流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程称过滤。 分为重力过滤、离心过滤、加压过滤和真空过滤，也可分为恒压过滤、先恒速 后恒压过滤。
ut
4 gd s 3
其中 是颗粒沉降时的阻力系数。并且是颗粒对流体作相对运动时的 雷诺数Re的函数。 与Re的关系可由实验测定，球形颗粒（φ s=1） 的沉降速度曲线分为三个区域，即：
（续上）
（1） （ 2）
滞流区
24 Re
（ 10-4< Ret≤2） （ 2< Ret <103 ）
第二节 过滤分离
制药生产中有多种过滤过程，如中药提取液中有效成分与 多糖及其他无效成分的分离，发酵液的预处理，液体制剂去除 热源等单元操作都是过滤过程。 按照过滤的原理不同可以分为滤饼过滤和深层过滤两种方。 滤饼过滤：固体堆积在滤材上并架桥形成滤饼层的过滤方式 。 、深层过滤：指颗粒沉积在床层内部的孔道壁上而并不形 成滤饼的过滤方式。
过滤基本方程式 dV A2 p dt r V Ve
式中 V滤液体积m 3；Ve过滤介质的当量体积或称虚拟体积m 3；
滤饼体积与滤液体积之比； r滤饼比阻； 粘度。
2.恒压过滤基本方程式 恒压过滤：是指过滤操作的总压差恒定。特点是随着过 滤时间的延长，滤饼厚度增大，过滤阻力增加，过滤速率降低。 根据过滤基本方程式可推导出其计算式：
多层降沉室生产力
VS （n 1 ）blut
<二>沉降槽
籍重力沉降从悬浮液中分离出固体颗粒的设备称为沉降槽。如 用于低浓度悬浮液分离时亦称为澄清器；用于中等浓度悬浮液的 浓缩时，常称为浓缩器或增稠器。 沉降槽适于处理颗粒不太小、浓度不太高，但处理量较大的悬 浮液的分离。这种设备具有结构简单，可连续操作且增稠物浓度 较均匀的优点，缺点是设备庞大，占地面积大、分离效率较低。
V 2 2VeV kA2t 式中： qe Ve A q 2 2qe q kt q是单位面积上得到的滤液量，m 3/m 2 。
式中k是过滤常数，t是过滤时间。 3.过滤常数k的测定： 过滤常数一般在恒压条件下测定。 在已知过滤面积的过滤 设备上，用待测悬浮液在恒压条件下实验测定。 2qe t 1 q q k k
<三>转筒真空过滤机
1.结构： 滤浆槽、蓝式转鼓、分配头、刮刀。 2.原理： 转鼓外壁覆盖有金属丝网，网上覆盖有滤布等过滤介质。 转鼓内部区域分了18个独立的扇形区，各有不同的操作功能。 过滤区：真空抽气装置把液体吸进转鼓，滤饼留在滤布上。 吸干区：吸干滤布上的液体。 洗涤区：洗涤滤布上的滤饼。 吹松区：鼓风把滤饼从滤布上吹松，利于刮刀刮落。 滤布复原区：压缩空气或蒸汽吹吸干净滤布。 3.适用范围：颗粒不太细粘性不太大的液体。不使用于高温液体。
的曳力，使颗粒的实际沉降速度较自由沉降速度低。
二、重力沉降设备
<一>沉降室
籍重力沉降从气流中除去尘粒的设备称为降尘室。
1.
气体停流时间
颗粒沉降时间 tk =
tg
h ut
l u
2.
3.沉降分离满足的基本条件为 4.降尘室的生产能力为 5.多层降尘室的生产能力为
tg
tk
生产能力 VS blut
9 R 临界直径dC N e s ui
其中
B? —旋风分离器进口宽度； N e ? —旋风分离器气流旋转圈数，一般取N e 0.5—3.0， 标准旋风分离器取3--5； ui ? —进口气体速度,m/s；
? —气体黏度，Pa S； s ? —固体密度，kg / m3
②分离效率η 分离效率有总效率和粒级效率。
第一节
前言
沉降分离
固体颗粒在重力场离心力场中因场效应而沉降。在制药生产 中，两种形式都存在，如中药提取液的离心分离和静置沉淀。沉 降分离是不彻底的分离。 互不相溶重液与轻液适用沉降分离法。