固液分离设备

固液分离设备

汪雷 83

摘要：固液分离（solid-liquid separation）就是把生产中含水的中间或最终产品（包括排出物）的液相和固相分开，即从悬浮液中将固体颗粒与液相分离的作业。随着现代制药工业技术的发展，现代制药工业对固液分离的依赖性日益显现，本文概述了固液分离在制药工业领域应用的情况。简要评述了我国制药工业中固液分离设备的发展现状和国内外固液分离技术研究与发展的概况。

关键词：固液分离制药工业分离设备

引言

相系分为两大类：一是在连续相和分散相之间没有相界面、分离较难的均相物系。二是在连续相和分散相之间存在着明显的相界面非均相物系。非均相物系由分散相和连续相组成，两相物理性质不同，因此可以用机械的方法将两相分离。固液分离可以分为两大类 :一是沉降分离 ,一是过滤分离。沉降分离是颗粒相对于流体（静止或运动）运动的过程。过滤分离是流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程。

1、固液分离设备分类

固液分离设备也可以相应地分为两大类。在此基础上,根据推动力和操作特征进一步细分为若干种固液分离设备,如表1所示。品类繁多的固液分离设备使用户有更大范围的选择,对于固液分离的问题,一般总能找到最合适的固液分离设备。然而,正是由于种类很多,一般用户对各种设备性能和缺乏深刻理解,所以在选择最合适的固液分离设备时总有许多困难。由于设备选择不当,不能满足技术要求的情况并不少见。下文便介绍了一般常用的固液分离设备,和固液分离设备选择的一般方法。

当前除常用的固液分离设备与技术如真空过滤机和压滤机，过滤和沉降离心机，普通沉降浓密机（强化和高效浓度机），普通澄清机，有预涂层的过滤机、压滤机和深层床过滤机，上向式分离的气浮机，筛分、水力旋流器、磁分离、泡沫浮选以及凝聚和絮凝、助滤剂、洗涤、过滤介质及其选择等。

表一固液分离设备主要类型一览表[1]

2、沉降分离设备

沉降是依靠外力的作用，利用分散物质（固相）与分散介质（液相）的密度差异，使之发生相对运动，而实现固液分离的过程。分为重力沉降和离心沉降。重力沉降操作的外力是重力，适用于分离较大的固体颗粒；离心沉降操作的外力是惯性离心力，适于分离两相密度差较小，颗粒粒度较细的非均相物系。

A.颗粒沉降过程

<一>受力分析[2]

（

3） （ 103≤Re t <2×105） 对应各区的沉降速度 u t 的计算式为：

（1）滞流区 (2) 过渡区 （3）湍流区

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>% 时，干扰沉降不容忽视。

ζ湍流区 =0.44

()218s z d g u ρρμ

-=()0.60.27s e g d R u ρρρ

-=()1.74s t d g u ρρρ

-=

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

沉降时的曳力，使颗粒的实际沉降速度较自由沉降速度低。B.重力沉降设备

沉降槽[3]：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。

C.离心沉降设备

碟式离心机：可快速连续的对固液

和液液进分离，是立式离心机的一种，

转鼓装在立轴上端，通过传动装置由电动机驱动而高速旋转。转鼓内有一组互相套叠在一起的碟形零件--碟片。碟片与碟片之间留有很小的间隙。悬浮液（或乳浊液）由位于转鼓中心的进料管加入转鼓。当悬浮液（或乳浊液）流过碟片之间的间隙时，固体颗粒（或液滴）在离心机作用下沉降到碟片上形成沉渣（或液层）。沉渣沿碟片表面滑动而脱离碟片并积聚在转鼓内直径最大的部位，分离后的液体从出液口排出转鼓。碟片的作用是缩短固体颗粒（或液滴）的沉降距离、扩大转鼓的沉降面积，转鼓中由于安装了碟片而大大提高了分离机的生产能力。积聚在转鼓内的固体在分离机停机后拆开转鼓由人工清除，或通过排渣机构在不停机的情况下从转鼓中排出。

卧式螺旋沉降离心机[4]：卧螺离心机是一种卧式螺旋卸料、连续操作的沉降设备。本类离心机工作原理为：转鼓与螺旋以一定差速同向高速旋转，物料由进料管连续引入输料螺旋内筒，加速后进入转鼓，在离心力场作用下，较重的固相物沉积在转鼓壁上形成沉渣层。输料螺旋将沉积的固相物连续不断地推至转鼓锥端，经排渣口排出机外。较轻的液相物则形成内层液环，由转鼓大端溢流口连续溢出转鼓，经排液口排出机外。

3、过滤分离设备

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

元操作都是制药生产中的过滤分

离过程。按照过滤的原理不同可

以分为滤饼过滤和深层过滤两种

方法。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。

A.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：

B. 过滤设备

板框压滤机：混合液流经过滤介质（滤布），固体停留在滤布上，并逐渐在滤布上堆积形成过滤泥饼。而滤液部分则渗透过滤布，成为不含固体的清

液。与其它

固液分离设

备相比，压

滤机过滤后

的泥饼有更

高的含固率

和优良的分

离效果。

真空转鼓过滤机[5]: 它有一水平转鼓，鼓壁开孔，鼓面上铺以支承板和滤布，构成过滤面。过滤面下的空间分成若干隔开的扇形滤室。各

()

2e dV A p dt r V V μννμ∆=+33e 过滤基本方程式 式中 V 滤液体积m ；V 过滤介质的当量体积或称虚拟体积m ； 滤饼体积与滤液体积之比； r 滤饼比阻； 粘度。