非均相物系的分離

1、制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件第第4章章 非均相物系的分離非均相物系的分離 4.1 概述概述 4.2 沉降沉降4.3 過濾過濾4.2.1 4.2.1 靜止流體中顆粒的自由沉降靜止流體中顆粒的自由沉降 4.2.3 4.2.3 離心沉降設(shè)備離心沉降設(shè)備4.2.2 重力沉降設(shè)備重力沉降設(shè)備制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件4.1 概述概述 一、非均相物系分離在制藥生產(chǎn)中的應(yīng)用一、非均相物系分離在制藥生產(chǎn)中的應(yīng)用1.回收有用的分散物質(zhì)回收有用的分散物質(zhì)回收催化反應(yīng)器中氣體夾帶的催化劑回收催化反應(yīng)器中氣體夾帶的催化劑2.凈化分散物質(zhì)凈化分散物質(zhì)除去催化反應(yīng)原料氣中的雜質(zhì)，以保證催

2、化劑的活除去催化反應(yīng)原料氣中的雜質(zhì)，以保證催化劑的活性性3.環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)用機(jī)械分離的方法處理廢液和用機(jī)械分離的方法處理廢液和廢氣廢氣去除容易構(gòu)成危險(xiǎn)隱患的漂浮粉塵去除容易構(gòu)成危險(xiǎn)隱患的漂浮粉塵制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件二二 、非均相物系的分離方法、非均相物系的分離方法 過濾：過濾：流體相對于固體顆粒床層運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)固流體相對于固體顆粒床層運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)固液分離的過程。液分離的過程。 沉降：沉降：在在外力外力作用下使顆粒相對于流體（靜止或運(yùn)作用下使顆粒相對于流體（靜止或運(yùn)動(dòng)）而實(shí)現(xiàn)分離的過程。動(dòng)）而實(shí)現(xiàn)分離的過程。 重力重力:重力沉降重力沉降離心力：離心沉降離

3、心力：離心沉降重力壓濾重力壓濾加壓過濾加壓過濾真空過濾真空過濾離心過濾離心過濾制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件4.2.1 4.2.1 靜止流體中顆粒的自由沉降靜止流體中顆粒的自由沉降 4.2 沉降沉降 4.2.3 4.2.3 離心沉降設(shè)備離心沉降設(shè)備4.2.2 重力沉降設(shè)備重力沉降設(shè)備制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件一、顆粒的一、顆粒的自由自由沉降運(yùn)動(dòng)沉降運(yùn)動(dòng) 1 1顆粒沉降運(yùn)動(dòng)中的受力分析顆粒沉降運(yùn)動(dòng)中的受力分析 直徑為直徑為dpdp，密度為，密度為 p p的球形顆粒的球形顆粒( (1) 1) 場力場力重力重力36ppdg離心力離心力33266pprppdadw r4

4、.2.1靜止流體中顆粒的自由沉降靜止流體中顆粒的自由沉降 制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件( (2) 2) 浮力浮力重力場重力場36pdg離心力場離心力場326pdw r( (3)3)曳力曳力 2224pdu2233366426ppppppdududgdgdd制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件2233366426ppppppdududgdgdd沉降過程的兩階段：沉降過程的兩階段：(1) 加速階段加速階段(2) 勻速階段勻速階段沉降速度沉降速度 制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件223306642ppppdudgdg43ptdgurudutsr342顆粒實(shí)際運(yùn)動(dòng)速

5、度在徑向上的分量顆粒實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度在徑向上的分量方向：由圓心指向外方向：由圓心指向外軌跡：逐漸擴(kuò)大的螺旋線軌跡：逐漸擴(kuò)大的螺旋線重力場重力場離心場離心場制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件公式成立假定條件公式成立假定條件 其它因素對其它因素對u ut t的影響的影響 顆粒為球形；顆粒為球形； 顆粒沉降時(shí)彼此相距較遠(yuǎn)，互不干擾顆粒沉降時(shí)彼此相距較遠(yuǎn)，互不干擾 容器壁對沉降的阻滯作用可以忽略容器壁對沉降的阻滯作用可以忽略 顆粒直徑不能小到受流體分子運(yùn)動(dòng)的影響顆粒直徑不能小到受流體分子運(yùn)動(dòng)的影響 43ptdgu243srdw ru制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件二、二、的計(jì)算的計(jì)算

6、 （ 流體流過球形顆粒流體流過球形顆粒 ）層流區(qū)層流區(qū)(Stokes區(qū)區(qū))過渡區(qū)過渡區(qū)(Allen區(qū)區(qū))湍流區(qū)湍流區(qū)(牛頓區(qū)牛頓區(qū))11000制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件 層流區(qū)層流區(qū) Rep1 (Stokes區(qū)）區(qū)） 24/Rep 過渡區(qū)過渡區(qū) 1Rep1000 Allen區(qū)區(qū) 0.618.5/Rep表面曳力占主導(dǎo)地位表面曳力占主導(dǎo)地位不發(fā)生邊界層分離不發(fā)生邊界層分離開始發(fā)生邊界層分離開始發(fā)生邊界層分離顆粒后部形成旋渦顆粒后部形成旋渦尾流尾流尾流區(qū)壓強(qiáng)低尾流區(qū)壓強(qiáng)低形體形體曳力曳力增大增大制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件 湍流區(qū)湍流區(qū)1000Rep2105 牛頓區(qū)

7、牛頓區(qū) 0.44 形體阻力占主導(dǎo)地位，形體阻力占主導(dǎo)地位，表面曳力表面曳力可以忽略可以忽略阻力系數(shù)與阻力系數(shù)與ReRep p無關(guān)無關(guān)制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件三、沉降速度三、沉降速度( (或終端速度）或終端速度） 1.1.層流區(qū)層流區(qū)( (StokesStokes區(qū)區(qū)) ) 24Rep218pptdguStokesStokes公式公式tldugdpptpp/18)(18)(22Rep1制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件2. 2. 過渡區(qū)過渡區(qū)( (AllenAllen區(qū)區(qū)) ) 0.618.5Rep0.6Re0.269ppptgdu3. 3. 湍流區(qū)湍流區(qū)( (牛頓

8、區(qū)牛頓區(qū)) ) 0.441.74pptgdu* *離心力場中的離心力場中的u ut t，將，將g g替換為替換為ar r1Rep10001000Rep2105制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件一、降塵室一、降塵室 4.2.2 重力沉降設(shè)備重力沉降設(shè)備 降塵室降塵室1氣體入口；氣體入口；2氣體出口；氣體出口；3集塵斗集塵斗 顆粒在降塵室中的運(yùn)動(dòng)顆粒在降塵室中的運(yùn)動(dòng)制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件1.1.工作原理工作原理 氣體入室氣體入室減速減速顆粒一方面作沉降運(yùn)動(dòng)，另一方面隨氣體運(yùn)動(dòng)顆粒一方面作沉降運(yùn)動(dòng)，另一方面隨氣體運(yùn)動(dòng)沉降運(yùn)動(dòng)時(shí)間沉降運(yùn)動(dòng)時(shí)間氣體停留時(shí)間氣體停留時(shí)間氣體

9、與固體顆粒分離氣體與固體顆粒分離制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件2. 顆粒分離出來的條件顆粒分離出來的條件 降塵室最高點(diǎn)的顆降塵室最高點(diǎn)的顆粒降至底的時(shí)間粒降至底的時(shí)間 ttuH /氣流通過降塵室的時(shí)間氣流通過降塵室的時(shí)間 rVBHBHLLAHuuq顆粒分離出來的條件顆粒分離出來的條件 rt3. 處理能力處理能力 tVuHqAHVtqAu制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件4. 能能100%分離的最小顆粒為分離的最小顆粒為dpmin min18VpqdpAgVtqAudpmin顆粒的沉降速度顆粒的沉降速度utc=qV/A若顆粒處于若顆粒處于stokes區(qū)區(qū)218pptdgu

10、制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件 例例 采用降塵室回收常壓爐氣中所含球形固體顆粒。采用降塵室回收常壓爐氣中所含球形固體顆粒。降塵室底面積為降塵室底面積為1010，高，高1.6m1.6m。操作條件下氣體密度。操作條件下氣體密度為為0.5kg/m0.5kg/m3 3，粘度為，粘度為2 2 1010-5-5PaPa s s，顆粒密度為，顆粒密度為3000 3000 kg/mkg/m3 3。氣體體積流量為。氣體體積流量為5m5m3 3/s/s。試求：。試求： (1)(1)可完全回收的最小顆粒直徑；可完全回收的最小顆粒直徑； (2)(2)如將降塵室改為多層以完全回收如將降塵室改為多層以完全回

11、收2020 m m的顆粒，的顆粒，求多層降塵室的層數(shù)及板間距。求多層降塵室的層數(shù)及板間距。 制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件(1)可完全回收的最小顆粒直徑可完全回收的最小顆粒直徑min1878.2mVpqdpAg假設(shè)顆粒處于假設(shè)顆粒處于Stokes區(qū)區(qū)驗(yàn)證驗(yàn)證Rep1%)的懸濁的懸濁液中的顆粒。液中的顆粒。 制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件2. 深層過濾深層過濾 固體顆粒固體顆粒不形成濾餅而是不形成濾餅而是沉積于較厚的過濾介質(zhì)內(nèi)沉積于較厚的過濾介質(zhì)內(nèi)部部。顆粒尺寸小于介質(zhì)孔隙，顆粒進(jìn)入長而曲折的通道。顆粒尺寸小于介質(zhì)孔隙，顆粒進(jìn)入長而曲折的通道時(shí)，由于慣性和擴(kuò)散作用，趨

12、向通道壁面并獲靜電力附時(shí)，由于慣性和擴(kuò)散作用，趨向通道壁面并獲靜電力附于壁面。于壁面。 應(yīng)用應(yīng)用:處理固體含處理固體含量很少（顆粒體積分量很少（顆粒體積分?jǐn)?shù)數(shù)0.1%）的懸浮液。）的懸浮液。 舉例舉例:飲水的飲水的凈化凈化 制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件三、過濾介質(zhì)三、過濾介質(zhì) 1. 1. 織物介質(zhì)織物介質(zhì) 濾布濾布( (織物、網(wǎng)織物、網(wǎng)) )，5-655-65 m m，工業(yè)，工業(yè)應(yīng)用廣應(yīng)用廣2.2.堆積介質(zhì)堆積介質(zhì)固體顆粒或纖維等堆積，固體顆粒或纖維等堆積，深層過濾深層過濾 3.3.多孔固體介質(zhì)：具有微細(xì)孔道的固體，多孔固體介質(zhì)：具有微細(xì)孔道的固體，1-31-3 m m4.4.

13、多孔膜：有機(jī)膜、無機(jī)膜。多孔膜：有機(jī)膜、無機(jī)膜。1 1 m m以下以下 四、濾餅的可壓縮性和助濾劑四、濾餅的可壓縮性和助濾劑 不可壓縮濾餅：不因所受的壓力差而變形的濾餅不可壓縮濾餅：不因所受的壓力差而變形的濾餅 可壓縮濾餅：濾餅在壓差的作用下變形，使濾餅可壓縮濾餅：濾餅在壓差的作用下變形，使濾餅中的流動(dòng)通道變小，阻力增大，這種濾餅稱為中的流動(dòng)通道變小，阻力增大，這種濾餅稱為。 制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件五、過濾過程的特點(diǎn)五、過濾過程的特點(diǎn) 1. 過濾過程為一非穩(wěn)態(tài)過程過濾過程為一非穩(wěn)態(tài)過程 2. 過濾操作可作為擬穩(wěn)態(tài)處理過濾操作可作為擬穩(wěn)態(tài)處理 3. 過濾速率過濾速率 單位時(shí)

14、間、單位過濾面積所得的濾液量。單位時(shí)間、單位過濾面積所得的濾液量。dVdquAddq=V/A通過單位過濾面積的濾液總量，通過單位過濾面積的濾液總量，m3/m2 V過濾時(shí)間為過濾時(shí)間為時(shí)所獲得濾液量時(shí)所獲得濾液量 A過濾面積過濾面積 制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件4.3.2 過濾設(shè)備簡介過濾設(shè)備簡介 一、分類一、分類 1. 壓濾和吸濾壓濾和吸濾 如葉濾機(jī)、板框壓濾機(jī)、回轉(zhuǎn)真如葉濾機(jī)、板框壓濾機(jī)、回轉(zhuǎn)真空壓濾機(jī)等空壓濾機(jī)等2. 離心過濾離心過濾 有這種間歇卸渣和連續(xù)卸渣離心機(jī)有這種間歇卸渣和連續(xù)卸渣離心機(jī) 制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件二二 過濾設(shè)備過濾設(shè)備1 1板框過

15、濾機(jī)板框過濾機(jī) (1)(1)結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)構(gòu)與工作原理 制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件1-1-非洗滌板；非洗滌板；2-2-框；框； 3-3-洗滌板；洗滌板； 四角均開孔四角均開孔組裝組裝: : 1-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-11-2-3-2-1-2-3-2-1-2-3-2-1濾布濾布框的兩側(cè)框的兩側(cè)濾漿由總管入框?yàn)V漿由總管入框框內(nèi)形成濾餅框內(nèi)形成濾餅 濾液穿過餅和布濾液穿過餅和布經(jīng)每板上旋塞排出經(jīng)每板上旋塞排出( (明流明流) )從板流出的濾液匯集于某總管排出從板流出的濾液匯集于某總管排出( (暗流暗流) )過濾過濾

16、制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件橫穿洗滌：橫穿洗滌：洗滌液由總管入板洗滌液由總管入板濾布濾布 濾餅濾餅 濾布濾布 非洗滌板非洗滌板排出排出洗滌面洗滌面=(1/2)=(1/2)過濾面積過濾面積洗滌液行程與濾液相同。洗滌面洗滌液行程與濾液相同。洗滌面= =過濾面過濾面置換洗滌：置換洗滌：說明說明間歇操作間歇操作過濾、洗滌、卸渣、整理、裝合過濾、洗滌、卸渣、整理、裝合主要優(yōu)點(diǎn)主要優(yōu)點(diǎn): :構(gòu)造簡單，過濾面積大，構(gòu)造簡單，過濾面積大，主要缺點(diǎn)：間歇操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大主要缺點(diǎn)：間歇操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件2 2葉濾機(jī)葉濾機(jī) (1) 主要構(gòu)件：矩形或圓形濾葉，

17、濾葉由金屬絲主要構(gòu)件：矩形或圓形濾葉，濾葉由金屬絲網(wǎng)組成的框架覆以濾布所構(gòu)成。網(wǎng)組成的框架覆以濾布所構(gòu)成。 (2) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、過濾面積大（優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、過濾面積大（20100 m2）、）、勞動(dòng)條件好勞動(dòng)條件好 (3) 特點(diǎn)：洗滌液與濾液通的途徑相同。特點(diǎn)：洗滌液與濾液通的途徑相同。制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件()edqpdrqq4.3.3 間歇過濾的濾液量與過濾時(shí)間的關(guān)系間歇過濾的濾液量與過濾時(shí)間的關(guān)系 體積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù)：m3固體固體/m3懸浮液懸浮液一、過濾速率一、過濾速率過濾壓差過濾壓差r濾餅的比阻濾餅的比阻23(1)/rK aqe形成厚度為形成厚度為Le的濾餅層時(shí)

18、單位過濾面積的濾液量的濾餅層時(shí)單位過濾面積的濾液量 制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件2 PKr2()edVdqKAddqq參數(shù)歸并法參數(shù)歸并法()edqpdrqq制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件二、過濾的兩種操作方式二、過濾的兩種操作方式 1. 恒壓過濾恒壓過濾 恒壓差、變速率恒壓差、變速率 2. 恒速過濾恒速過濾 恒速率、變壓差恒速率、變壓差制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件三、恒壓過濾方程三、恒壓過濾方程 )(2eqqKddq過濾開始就在恒壓下操作過濾開始就在恒壓下操作 00()2qeKqq dqd222eqKqq22eqqqK222eVVVKA制藥過程原理及設(shè)備課件制藥過程原理及設(shè)備課件Kqee/22()()eeqqK獲得獲得Ve濾液量所需的過濾時(shí)間濾液量所需的過濾時(shí)間e（過濾介質(zhì)的比當(dāng)量過濾時(shí)間過濾介質(zhì)的比當(dāng)量過濾時(shí)間) 此時(shí)過濾介質(zhì)的厚