非均相物系的分离

1、制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件第第4章章 非均相物系的分离非均相物系的分离 4.1 概述概述 4.2 沉降沉降4.3 过滤过滤4.2.1 4.2.1 静止流体中颗粒的自由沉降静止流体中颗粒的自由沉降 4.2.3 4.2.3 离心沉降设备离心沉降设备4.2.2 重力沉降设备重力沉降设备制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件4.1 概述概述 一、非均相物系分离在制药生产中的应用一、非均相物系分离在制药生产中的应用1.回收有用的分散物质回收有用的分散物质回收催化反应器中气体夹带的催化剂回收催化反应器中气体夹带的催化剂2.净化分散物质净化分散物质除去催化反应原料气中的杂质，以保证催

2、化剂的活除去催化反应原料气中的杂质，以保证催化剂的活性性3.环境保护和安全生产环境保护和安全生产用机械分离的方法处理废液和用机械分离的方法处理废液和废气废气去除容易构成危险隐患的漂浮粉尘去除容易构成危险隐患的漂浮粉尘制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件二二 、非均相物系的分离方法、非均相物系的分离方法 过滤：过滤：流体相对于固体颗粒床层运动而实现固流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离的过程。液分离的过程。 沉降：沉降：在在外力外力作用下使颗粒相对于流体（静止或运作用下使颗粒相对于流体（静止或运动）而实现分离的过程。动）而实现分离的过程。 重力重力:重力沉降重力沉降离心力：离心沉降离

3、心力：离心沉降重力压滤重力压滤加压过滤加压过滤真空过滤真空过滤离心过滤离心过滤制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件4.2.1 4.2.1 静止流体中颗粒的自由沉降静止流体中颗粒的自由沉降 4.2 沉降沉降 4.2.3 4.2.3 离心沉降设备离心沉降设备4.2.2 重力沉降设备重力沉降设备制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件一、颗粒的一、颗粒的自由自由沉降运动沉降运动 1 1颗粒沉降运动中的受力分析颗粒沉降运动中的受力分析 直径为直径为dpdp，密度为，密度为 p p的球形颗粒的球形颗粒( (1) 1) 场力场力重力重力36ppdg离心力离心力33266pprppdadw r4

4、.2.1静止流体中颗粒的自由沉降静止流体中颗粒的自由沉降 制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件( (2) 2) 浮力浮力重力场重力场36pdg离心力场离心力场326pdw r( (3)3)曳力曳力 2224pdu2233366426ppppppdududgdgdd制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件2233366426ppppppdududgdgdd沉降过程的两阶段：沉降过程的两阶段：(1) 加速阶段加速阶段(2) 匀速阶段匀速阶段沉降速度沉降速度 制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件223306642ppppdudgdg43ptdgurudutsr342颗粒实际运动速

5、度在径向上的分量颗粒实际运动速度在径向上的分量方向：由圆心指向外方向：由圆心指向外轨迹：逐渐扩大的螺旋线轨迹：逐渐扩大的螺旋线重力场重力场离心场离心场制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件公式成立假定条件公式成立假定条件 其它因素对其它因素对u ut t的影响的影响 颗粒为球形；颗粒为球形； 颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰颗粒沉降时彼此相距较远，互不干扰 容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略容器壁对沉降的阻滞作用可以忽略 颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响颗粒直径不能小到受流体分子运动的影响 43ptdgu243srdw ru制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件二、二、的计算的计算

6、 （ 流体流过球形颗粒流体流过球形颗粒 ）层流区层流区(Stokes区区)过渡区过渡区(Allen区区)湍流区湍流区(牛顿区牛顿区)11000制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件 层流区层流区 Rep1 (Stokes区）区） 24/Rep 过渡区过渡区 1Rep1000 Allen区区 0.618.5/Rep表面曳力占主导地位表面曳力占主导地位不发生边界层分离不发生边界层分离开始发生边界层分离开始发生边界层分离颗粒后部形成旋涡颗粒后部形成旋涡尾流尾流尾流区压强低尾流区压强低形体形体曳力曳力增大增大制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件 湍流区湍流区1000Rep2105 牛顿区

7、牛顿区 0.44 形体阻力占主导地位，形体阻力占主导地位，表面曳力表面曳力可以忽略可以忽略阻力系数与阻力系数与ReRep p无关无关制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件三、沉降速度三、沉降速度( (或终端速度）或终端速度） 1.1.层流区层流区( (StokesStokes区区) ) 24Rep218pptdguStokesStokes公式公式tldugdpptpp/18)(18)(22Rep1制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件2. 2. 过渡区过渡区( (AllenAllen区区) ) 0.618.5Rep0.6Re0.269ppptgdu3. 3. 湍流区湍流区( (牛顿

8、区牛顿区) ) 0.441.74pptgdu* *离心力场中的离心力场中的u ut t，将，将g g替换为替换为ar r1Rep10001000Rep2105制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件一、降尘室一、降尘室 4.2.2 重力沉降设备重力沉降设备 降尘室降尘室1气体入口；气体入口；2气体出口；气体出口；3集尘斗集尘斗 颗粒在降尘室中的运动颗粒在降尘室中的运动制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件1.1.工作原理工作原理 气体入室气体入室减速减速颗粒一方面作沉降运动，另一方面随气体运动颗粒一方面作沉降运动，另一方面随气体运动沉降运动时间沉降运动时间气体停留时间气体停留时间气体

9、与固体颗粒分离气体与固体颗粒分离制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件2. 颗粒分离出来的条件颗粒分离出来的条件 降尘室最高点的颗降尘室最高点的颗粒降至底的时间粒降至底的时间 ttuH /气流通过降尘室的时间气流通过降尘室的时间 rVBHBHLLAHuuq颗粒分离出来的条件颗粒分离出来的条件 rt3. 处理能力处理能力 tVuHqAHVtqAu制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件4. 能能100%分离的最小颗粒为分离的最小颗粒为dpmin min18VpqdpAgVtqAudpmin颗粒的沉降速度颗粒的沉降速度utc=qV/A若颗粒处于若颗粒处于stokes区区218pptdgu

10、制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件 例例 采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。采用降尘室回收常压炉气中所含球形固体颗粒。降尘室底面积为降尘室底面积为1010，高，高1.6m1.6m。操作条件下气体密度。操作条件下气体密度为为0.5kg/m0.5kg/m3 3，粘度为，粘度为2 2 1010-5-5PaPa s s，颗粒密度为，颗粒密度为3000 3000 kg/mkg/m3 3。气体体积流量为。气体体积流量为5m5m3 3/s/s。试求：。试求： (1)(1)可完全回收的最小颗粒直径；可完全回收的最小颗粒直径； (2)(2)如将降尘室改为多层以完全回收如将降尘室改为多层以完全回

11、收2020 m m的颗粒，的颗粒，求多层降尘室的层数及板间距。求多层降尘室的层数及板间距。 制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件(1)可完全回收的最小颗粒直径可完全回收的最小颗粒直径min1878.2mVpqdpAg假设颗粒处于假设颗粒处于Stokes区区验证验证Rep1%)的悬浊的悬浊液中的颗粒。液中的颗粒。 制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件2. 深层过滤深层过滤 固体颗粒固体颗粒不形成滤饼而是不形成滤饼而是沉积于较厚的过滤介质内沉积于较厚的过滤介质内部部。颗粒尺寸小于介质孔隙，颗粒进入长而曲折的通道。颗粒尺寸小于介质孔隙，颗粒进入长而曲折的通道时，由于惯性和扩散作用，趋

12、向通道壁面并获静电力附时，由于惯性和扩散作用，趋向通道壁面并获静电力附于壁面。于壁面。 应用应用:处理固体含处理固体含量很少（颗粒体积分量很少（颗粒体积分数数0.1%）的悬浮液。）的悬浮液。 举例举例:饮水的饮水的净化净化 制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件三、过滤介质三、过滤介质 1. 1. 织物介质织物介质 滤布滤布( (织物、网织物、网) )，5-655-65 m m，工业，工业应用广应用广2.2.堆积介质堆积介质固体颗粒或纤维等堆积，固体颗粒或纤维等堆积，深层过滤深层过滤 3.3.多孔固体介质：具有微细孔道的固体，多孔固体介质：具有微细孔道的固体，1-31-3 m m4.4.

13、多孔膜：有机膜、无机膜。多孔膜：有机膜、无机膜。1 1 m m以下以下 四、滤饼的可压缩性和助滤剂四、滤饼的可压缩性和助滤剂 不可压缩滤饼：不因所受的压力差而变形的滤饼不可压缩滤饼：不因所受的压力差而变形的滤饼 可压缩滤饼：滤饼在压差的作用下变形，使滤饼可压缩滤饼：滤饼在压差的作用下变形，使滤饼中的流动通道变小，阻力增大，这种滤饼称为中的流动通道变小，阻力增大，这种滤饼称为。 制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件五、过滤过程的特点五、过滤过程的特点 1. 过滤过程为一非稳态过程过滤过程为一非稳态过程 2. 过滤操作可作为拟稳态处理过滤操作可作为拟稳态处理 3. 过滤速率过滤速率 单位时

14、间、单位过滤面积所得的滤液量。单位时间、单位过滤面积所得的滤液量。dVdquAddq=V/A通过单位过滤面积的滤液总量，通过单位过滤面积的滤液总量，m3/m2 V过滤时间为过滤时间为时所获得滤液量时所获得滤液量 A过滤面积过滤面积 制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件4.3.2 过滤设备简介过滤设备简介 一、分类一、分类 1. 压滤和吸滤压滤和吸滤 如叶滤机、板框压滤机、回转真如叶滤机、板框压滤机、回转真空压滤机等空压滤机等2. 离心过滤离心过滤 有这种间歇卸渣和连续卸渣离心机有这种间歇卸渣和连续卸渣离心机 制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件二二 过滤设备过滤设备1 1板框过

15、滤机板框过滤机 (1)(1)结构与工作原理结构与工作原理 制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件1-1-非洗涤板；非洗涤板；2-2-框；框； 3-3-洗涤板；洗涤板； 四角均开孔四角均开孔组装组装: : 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滤布滤布框的两侧框的两侧滤浆由总管入框滤浆由总管入框框内形成滤饼框内形成滤饼 滤液穿过饼和布滤液穿过饼和布经每板上旋塞排出经每板上旋塞排出( (明流明流) )从板流出的滤液汇集于某总管排出从板流出的滤液汇集于某总管排出( (暗流暗流) )过滤过滤

16、制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件横穿洗涤：横穿洗涤：洗涤液由总管入板洗涤液由总管入板滤布滤布 滤饼滤饼 滤布滤布 非洗涤板非洗涤板排出排出洗涤面洗涤面=(1/2)=(1/2)过滤面积过滤面积洗涤液行程与滤液相同。洗涤面洗涤液行程与滤液相同。洗涤面= =过滤面过滤面置换洗涤：置换洗涤：说明说明间歇操作间歇操作过滤、洗涤、卸渣、整理、装合过滤、洗涤、卸渣、整理、装合主要优点主要优点: :构造简单，过滤面积大，构造简单，过滤面积大，主要缺点：间歇操作，劳动强度大主要缺点：间歇操作，劳动强度大制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件2 2叶滤机叶滤机 (1) 主要构件：矩形或圆形滤叶，

17、滤叶由金属丝主要构件：矩形或圆形滤叶，滤叶由金属丝网组成的框架覆以滤布所构成。网组成的框架覆以滤布所构成。 (2) 优点：结构紧凑、过滤面积大（优点：结构紧凑、过滤面积大（20100 m2）、）、劳动条件好劳动条件好 (3) 特点：洗涤液与滤液通的途径相同。特点：洗涤液与滤液通的途径相同。制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件()edqpdrqq4.3.3 间歇过滤的滤液量与过滤时间的关系间歇过滤的滤液量与过滤时间的关系 体积分数体积分数：m3固体固体/m3悬浮液悬浮液一、过滤速率一、过滤速率过滤压差过滤压差r滤饼的比阻滤饼的比阻23(1)/rK aqe形成厚度为形成厚度为Le的滤饼层时

18、单位过滤面积的滤液量的滤饼层时单位过滤面积的滤液量 制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件2 PKr2()edVdqKAddqq参数归并法参数归并法()edqpdrqq制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件二、过滤的两种操作方式二、过滤的两种操作方式 1. 恒压过滤恒压过滤 恒压差、变速率恒压差、变速率 2. 恒速过滤恒速过滤 恒速率、变压差恒速率、变压差制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件三、恒压过滤方程三、恒压过滤方程 )(2eqqKddq过滤开始就在恒压下操作过滤开始就在恒压下操作 00()2qeKqq dqd222eqKqq22eqqqK222eVVVKA制药过程原理及设备课件制药过程原理及设备课件Kqee/22()()eeqqK获得获得Ve滤液量所需的过滤时间滤液量所需的过滤时间e（过滤介质的比当量过滤时间过滤介质的比当量过滤时间) 此时过滤介质的厚