制藥工程原理與設備沉降與過濾詳解演示文稿

1、制藥工程原理與設備沉降與過濾詳解演示文稿1化工原理電子教案/目錄第一頁，共七十頁。（優(yōu)選）制藥工程原理與設備沉降與過濾2化工原理電子教案/目錄第二頁，共七十頁。工業(yè)上常需要對非均相物系進行分離目的 1）回收有用的分散物質2）凈化（精制）分散介質3）勞動保護和環(huán)境衛(wèi)生的需要為了保護人類生態(tài)環(huán)境，要求排放的廢氣或廢液濃度達到排放標準；很多含碳物質及金屬細粉與空氣形成爆炸物，必須除去這些物質以消除隱患。要求其含固量達到排放標準，以防止對大氣、河流湖泊等水體的污染。 3第三頁，共七十頁。第二節(jié) 顆粒沉降的阻力顆粒是指用有一定質量和形狀、和環(huán)境具有明顯邊界的獨立物系?？煞治⒂^顆粒和宏觀顆粒顆粒，即使宏觀

2、意義上的亦種類繁多。本章所涉及的顆粒主要指宏觀上的固體顆粒和液體顆粒。顆粒及顆粒（群）的性質4第四頁，共七十頁。一、顆粒的特性大?。剑┬螤畋砻娣e球形顆粒 非球形顆粒 直徑d當量直徑，如體積當量直徑 de球形度 5第五頁，共七十頁。 非球形顆粒：工業(yè)上遇到的固體顆粒大多是非球形顆粒，常用顆粒的當量直徑和球形度表示其特性。(1)體積當量直徑：與實際顆粒體積相等的球形顆粒的直徑定義為非球形顆粒的當量直徑。即：(2)表面積當量直徑：表面積等于實際顆粒表面積的球形顆粒的直徑定義為非球形顆粒的表面積當量直徑。即： (3)比表面積當量直徑:比表面積等于實際顆料比表面積的球形顆粒的直徑定義為非球形顆粒的比

3、表面積當量直徑。即： (4)形狀系數：亦稱球形度，用于表征顆粒的形狀與球形的差異程度。它定義為體積與實際顆粒相等時球形顆粒表面積與實際顆粒的表面積之比，即：6第六頁，共七十頁。第二節(jié) 顆粒沉降的阻力二、顆粒群的特性粒度分布-頻率分布曲線（見下圖）、累計分布曲線(如圖3-1所示)。頻率分布曲線7第七頁，共七十頁。二、顆粒群的特性平均直徑表面積平均直徑 -每個顆粒平均表面積等于全部顆粒的表面積之 和除以顆粒的總數長度平均直徑體積平均直徑 -每個顆粒平均體積等于全部顆粒的體積之 和除以顆粒的總數體積表面積平均直徑 -每個顆粒的平均比表面積等于全部顆粒的 比表面積平均值8第八頁，共七十頁。二、顆粒群的

4、特性 顆粒的密度 單位體積內粒子的質量稱為密度，kg/m3。若粒子體積不包括顆粒之間的空隙，稱為粒子的真密度，以 表示。若粒子體積包括顆粒之間的空隙，稱為粒子的堆積密度或表觀密度，以 表示。 顆粒的空隙率和相互影響 將顆粒群中的空隙所占的比率稱為空隙率。9第九頁，共七十頁。顆粒與流體相對運動的阻力流體流過顆粒時的運動阻力 流體的流動方向和速度都沿圓柱周邊而變化，流體在A 點受壁面阻滯，速度為為零 全部動能變?yōu)閴毫δ?，因而此周圍壓力高而使流體沿圓柱表面流過，在AB范圍，水流收縮，流線漸密，即從A到B流速逐漸增加，壓力逐漸減小，在B點處壓力最低，流速達到最大，過B 點后，水流擴散，流線漸稀而流速漸

5、減，壓力又逐漸增加。10第十頁，共七十頁。顆粒與流體相對運動的阻力邊界層分離 -如圖，當流體流過非流線型物體時會發(fā) 生邊界層脫離壁面的現象，稱為11第十一頁，共七十頁。顆粒與流體相對運動的阻力S點下游的流體在逆壓作用下將倒流回來，它們在來流的沖擊下，就在點S附近形成明顯的旋渦，這旋渦象楔子一樣將邊界層與物面分離開來，就是邊界層分離 。ADS壓力逐漸減小壓力逐漸增大邊界層當流到點S時，速度減為零。12第十二頁，共七十頁。第三節(jié) 重力沉降一、沉降原理1、自由沉降極短，通常可以忽略該段的顆粒運動速度稱為沉降速度，用u0表示。加速段：等速段：浮力Fb 曳力Fd質量力Fc顆粒在流體中沉降時受力-單個顆粒

6、在無限流體 中的降落過程重力沉降速度：以球形顆粒為例 13第十三頁，共七十頁。1、自由沉降10-475m以上顆粒-用于除去510m 顆粒19第十九頁，共七十頁。1重力沉降設備降塵室則表明，該顆粒能在降塵室中除去。思考1：為什么氣體進入降塵室后，流通截面積要擴大？思考2：為什么降塵室要做成扁平的？結構：除塵原理：為了增大停留時間。20第二十頁，共七十頁。降塵室思考3：要想使某一粒度的顆粒在降塵室中被100%除去，必須滿足什么條件？思考4：能夠被100%除去的最小顆粒，必須滿足什么條件？21第二十一頁，共七十頁。降塵室思考5：為什么降塵室要做成扁平的？ 可見，降塵室最大處理量與底面積、沉降速度有關

7、,而與降塵室高度無關。 故降塵室多做成扁平的。 注意! 降塵室內氣體流速不應過高，以免將已沉降下來的顆粒重新揚起。根據經驗，多數灰塵的分離，可取u3m/s，較易揚起灰塵的，可取u1.5m/s。最大處理量-能夠除去最小顆粒時的氣體流量Vs22第二十二頁，共七十頁。降塵室降塵室優(yōu)、缺點結構簡單，設備龐大、效率低只適用于分離粗顆粒(直徑75m以上)，或作為預分離設備。 作業(yè)：54頁4題23第二十三頁，共七十頁。增稠器（沉降槽）請點擊觀看動畫結構：除塵原理：用于分離出液-固混合物與降塵室一樣，沉降槽的生產能力是由截面積來保證的，與其高度無關。故沉降槽多為扁平狀。 與降塵室相同24第二十四頁，共七十頁。

8、增稠器（沉降槽）屬于干擾沉降愈往下沉降速度愈慢-愈往下顆粒濃度愈高，其表觀粘度愈大，對沉降的干擾、阻力便愈大；沉降很快的大顆粒又會把沉降慢的小顆粒向下拉，結果小顆粒被加速而大顆粒則變慢。有時顆粒又會相互聚結成棉絮狀整團往下沉，這稱為絮凝現象，使沉降加快。這種過程中的沉降速度難以進行理論計算，通常要由實驗決定。因固-液密度相差不是很懸殊，故較難分離，因此，連續(xù)沉降槽的直徑可以大到100 m以上，高度卻都在幾米以內。 特點：請點擊觀看動畫25第二十五頁，共七十頁。第四節(jié) 離心沉降離心沉降速度對照重力場 離心加速度ar=2r=ur2/r不是常量 沉降過程沒有勻速段，但在小顆粒沉降時，加速度很小，可近

9、似作為勻速沉降處理顆粒受力：類似重力沉降速度推導，得：26第二十六頁，共七十頁。Rer=dur/ 1或2 層流區(qū)對照重力場數值約為幾千幾萬-離心分離因數27第二十七頁，共七十頁。2離心沉降設備旋風分離器：請點擊觀看動畫結構：除塵原理： 含塵氣體以切線方向進入，速度為1225 ms-1，按螺旋形路線向器底旋轉，接近底部后轉而向上，成為氣芯，然后從頂部的中央排氣管排出。氣流中所夾帶的塵粒在隨氣流旋轉的過程中逐漸趨向器壁，碰到器壁后落下，自錐形底落入灰斗（未繪出）。上部為圓筒形，下部為圓錐形。 28第二十八頁，共七十頁。旋風分離器 旋風除塵器內的氣流及顆粒運動十分復雜，對于顆粒的分離捕集機理不得不作

10、出許多簡化假設，從而形成各種不同的分離機理模型。主要有轉圈理論、平衡歸理論和邊界層理論。 29第二十九頁，共七十頁。旋風分離器 能夠從分離器內100%分離出來的最小顆粒的直徑，用d表示。其滿足：幾點假設：假設器內氣體速度恒定，且等于進口氣速ui；假設顆粒沉降過程中所穿過的氣流的最大 厚度等于進氣口寬度B；假設顆粒沉降服從斯托克斯公式。uiui臨界粒徑30第三十頁，共七十頁。旋風分離器結論：旋風分離器越細、越長，d越小 n值與進口氣速有關，對常用形式的旋風分離器，風速1225 ms-1范圍內，一般可取N =34.5，風速愈大，N也愈大。 思考：從上式可見，氣體 ，入口b ，氣旋圈數n ，進口氣速

11、u0 ，臨界粒徑越小，why？31第三十一頁，共七十頁。旋風分離器評價旋風分離器性能的兩個主要指標：小好，一般在5002000Pa左右32第三十二頁，共七十頁。氣流通過旋風分離器時要有能量損失，壓力損失可用下式計算：式中，為阻力系數，可按下式計算：33第三十三頁，共七十頁。旋液分離器Why?特點： 與旋風分離器相比，直徑小、錐形部分長。請點擊觀看動畫結構：返回目錄34第三十四頁，共七十頁。第五節(jié) 過濾一、概述 過濾按其流體的性質分為含塵氣體的過濾操作和懸浮液的過濾操作。 含塵氣體的過濾操作是指通過含固體顆粒的氣體與多孔性過濾介質的接觸，固體顆粒被截留在過濾介質上而氣體，從而實現固氣分離的操作。

12、主要用于產品精制、空氣凈化，如布袋式過濾器。 懸浮液的過濾操作是使懸浮液與多孔性過濾介質接觸，并使得固體顆粒被截留在過濾介質表面或內部而實現分離的操作。 35第三十五頁，共七十頁。第五節(jié) 過濾 一、概述深層過濾 這種過濾是在過濾介質內部進行的，介質表面無濾餅形成。過濾用的介質為粒狀床層或素燒（不上釉的）陶瓷筒或板。 此法適用于從液體中除去很小量的固體微粒，例如飲用水的凈化。36第三十六頁，共七十頁。一、概述濾漿濾餅過濾介質濾液-推動力：重力、壓力、離心力 濾餅過濾37第三十七頁，共七十頁。一、概述濾漿濾餅過濾介質濾液濾餅過濾工業(yè)用過濾介質主要有： 棉、麻、絲、毛、合成纖維、金屬絲等編織成的濾布

13、。過濾介質：多孔性介質、耐腐蝕、耐熱并具有足夠的機械強度。38第三十八頁，共七十頁。一、概述濾漿濾餅過濾介質濾液濾餅過濾濾餅的壓縮性： 空隙結構易變形的濾餅為可壓縮濾餅。 39第三十九頁，共七十頁。一、概述濾漿濾餅過濾介質濾液濾餅過濾 使用時，可預涂，也可以混入待濾的濾漿中一起過濾。 助濾劑能形成結構疏松、而且?guī)缀跏遣豢蓧嚎s的濾餅。可改善原濾餅的可壓縮性和過于致密的缺點。 助濾劑：-是顆粒細小、粒度分布范圍較窄、堅硬而懸浮性好 的顆粒狀或纖維固體，如硅藻土、纖維粉末、活性 炭、石棉。40第四十頁，共七十頁。濾餅過濾的固體量、濾液量、濾渣量的關系 濾餅過濾操作是使懸浮液通過過濾介質，得到含水很低

14、的濾渣和幾乎不含固體的濾液。懸浮液的質量=濕濾渣的質量+濾液的質量 濕濾渣的質量=干固體的質量+水份的質量 若干固體密度為 ， 濕渣密度為 ， 濾液密度為 ， 設懸浮液所含有的干固體質量為m，濕濾渣與干固體質量之比為C，單位質量懸浮液所含的固體質量為X，單位體積濾液所相對應的固體量為w 41第四十一頁，共七十頁。由上面的條件，對濕濾渣和濕濾渣中的干固體及濕濾渣中含有的水而言，有： 如果知道濕濾渣、干固體、濾液的密度，通過上式，可確定濕干渣質量之比。單位質量懸浮液具有的濕渣量為：單位質量懸浮液具有的濾液量為：42第四十二頁，共七十頁。因此，單位體積濾液所對應的干濾渣量為： 43第四十三頁，共七十

15、頁。二、過濾基本方程-濾液量V過濾時間的關系-即為流速，單位時間內通過單位過濾面積的濾液體積過濾速度u 濾餅過濾過程中，濾餅逐漸增厚，流動阻力也隨之逐漸增大，所以過濾過程屬于不穩(wěn)定的流動過程。故 A44第四十四頁，共七十頁。二、過濾基本方程-濾液量V過濾時間的關系(1)細管長度l與床層高度L成正比(2)細管的內表面積等于全部顆粒的表面積， 流體的流動空間等于床層中顆粒之間的全部空隙體積。1、過濾基本方程的推導簡化模型：假定：真實速度 u濾餅體積濾餅的比表面積顆粒的比表面積45第四十五頁，共七十頁。二、過濾基本方程-濾液量V過濾時間的關系濾餅內，雷諾數很小，屬層流流動，-哈根-泊謖葉方程l、de

16、表達式（見上頁）由質量守恒得：濾餅截面積A46第四十六頁，共七十頁。二、過濾基本方程 p2 p1u-濾液量V過濾時間的關系思考：影響過濾阻力的因素有哪些？ 影響過濾速度的因素有哪些？47第四十七頁，共七十頁。二、過濾基本方程-濾液量V過濾時間的關系 設每獲得單位體積濾液時，被截留在過濾介質上的濾餅體積為w（m3濾餅/m3濾液），則 令濾餅濾液1c思考：濾餅中全是固體物嗎？壓縮指數0a1（可壓縮濾餅）a=0（不可壓縮濾餅）48第四十八頁，共七十頁。二、過濾基本方程-過濾基本方程過濾常數，由實驗測定 pu思考：影響K的因素有哪些？ 影響Ve或qe的因素有哪些？-濾液量V過濾時間的關系49第四十九頁

17、，共七十頁。二、過濾基本方程-濾液量V過濾時間的關系影響K的因素：影響qe或Ve 的因素：濾餅性質（a、）濾漿性質（w、）推動力（p）過濾介質的性質（孔的結構、r0、厚度） pu50第五十頁，共七十頁。二、過濾基本方程-濾液量V過濾時間的關系2、恒壓過濾 pu 表觀速度特點： K為常數 積分得： 或若過濾介質阻力可忽略不計，則 或，過濾速度愈來愈小。恒壓過濾方程51第五十一頁，共七十頁。三、過濾常數的測定恒壓時：logplogK作圖求出壓縮指數s /qq圖52第五十二頁，共七十頁。四、濾餅洗滌洗滌阻力與哪些因素有關？與濾餅厚度、濾餅性質、洗滌液粘度、介質阻力有關 推動力、阻力不變洗滌速度為常數

18、。思考：洗滌過程與過濾過程的有何異同？53第五十三頁，共七十頁。四、濾餅洗滌若推動力相同，則：洗滌速度與過濾終了速度的關系?54第五十四頁，共七十頁。五、過濾設備及過濾計算過濾設備 55第五十五頁，共七十頁。五、過濾設備及過濾計算1、板框壓濾機濾框、濾板結構：洗板板框壓濾機框非洗板洗板1060塊不等，過濾面積約為280m2 請點擊觀看動畫濾框和濾板的左上角與右上角均有孔。 請點擊觀看動畫56第五十六頁，共七十頁。1、板框壓濾機洗板板框壓濾機框非洗板洗板一個操作循環(huán)：過濾濾液流出懸浮液入口洗滌液流出洗滌液入口洗滌卸渣、整理重裝思考：對板框壓濾機，下式中V、Ve、A怎么取值？半個框的？一個框的？還

19、是N個框的？均可。57第五十七頁，共七十頁。1、板框壓濾機屬間歇式特點：橫穿洗滌：Lw=2L， Aw=A/2洗板板框壓濾機框非洗板洗板洗滌液流出洗滌液入口58第五十八頁，共七十頁。1、板框壓濾機生產能力： 操作周期： 單位時間內獲得的濾液量或濾餅量 。其中：59第五十九頁，共七十頁。2、葉濾機屬間歇式置換洗滌：Lw=L ，Aw=A濾葉一個操作循環(huán)：過濾、洗滌、卸渣、整理重裝 特點：結構：請點擊觀看動畫思考：對葉濾機，下式中V、Ve、A怎么取值？一個濾葉的？還是N個的？均可。60第六十頁，共七十頁。2、葉濾機操作周期： 與板框機相同生產能力： 與板框機類似61第六十一頁，共七十頁。3、轉筒真空過濾機置換洗滌：Lw=L ，Aw=A屬連續(xù)式過濾、洗滌、吹松、刮渣轉筒-筒的側壁上覆蓋有金屬網，長、徑之比約為1/22，濾布-蒙在筒外壁上。分配頭-轉動盤、固定盤 浸沒于濾漿中的過濾面積約占全部面積的3040%轉速為0.1至23（轉/分） 一個操作循環(huán)：特點：結構：請點擊觀看動畫62第六十二頁，共七十頁。3、轉筒真空過濾機其中：操作周期： 生產能力： 思考：對轉筒真空過濾機，上式中V、Ve、A、 怎么取值？按過濾