制药工程原理与设备沉降与过滤详解演示文稿

制药工程原理与设备沉降与过滤详解演示文稿1化工原理》电子教案/目录本文档共70页；当前第1页；编辑于星期三\2点24分（优选）制药工程原理与设备沉降与过滤2化工原理》电子教案/目录本文档共70页；当前第2页；编辑于星期三\2点24分工业上常需要对非均相物系进行分离目的

1）回收有用的分散物质2）净化（精制）分散介质3）劳动保护和环境卫生的需要为了保护人类生态环境，要求排放的废气或废液浓度达到排放标准；很多含碳物质及金属细粉与空气形成爆炸物，必须除去这些物质以消除隐患。要求其含固量达到排放标准，以防止对大气、河流湖泊等水体的污染。

3本文档共70页；当前第3页；编辑于星期三\2点24分第二节颗粒沉降的阻力颗粒是指用有一定质量和形状、和环境具有明显边界的独立物系。可分微观颗粒和宏观颗粒颗粒，即使宏观意义上的亦种类繁多。本章所涉及的颗粒主要指宏观上的固体颗粒和液体颗粒。颗粒及颗粒（群）的性质4本文档共70页；当前第4页；编辑于星期三\2点24分一、颗粒的特性大小（粒径）形状表面积球形颗粒

非球形颗粒

直径d当量直径，如体积当量直径

de球形度

5本文档共70页；当前第5页；编辑于星期三\2点24分

非球形颗粒：工业上遇到的固体颗粒大多是非球形颗粒，常用颗粒的当量直径和球形度表示其特性。(1)体积当量直径：与实际颗粒体积相等的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的当量直径。即：(2)表面积当量直径：表面积等于实际颗粒表面积的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的表面积当量直径。即：

(3)比表面积当量直径:比表面积等于实际颗料比表面积的球形颗粒的直径定义为非球形颗粒的比表面积当量直径。即：

(4)形状系数：亦称球形度，用于表征颗粒的形状与球形的差异程度。它定义为体积与实际颗粒相等时球形颗粒表面积与实际颗粒的表面积之比，即：6本文档共70页；当前第6页；编辑于星期三\2点24分第二节颗粒沉降的阻力二、颗粒群的特性粒度分布-----频率分布曲线（见下图）、累计分布曲线(如图3-1所示)。频率分布曲线7本文档共70页；当前第7页；编辑于星期三\2点24分二、颗粒群的特性平均直径表面积平均直径

----每个颗粒平均表面积等于全部颗粒的表面积之

和除以颗粒的总数长度平均直径体积平均直径

----每个颗粒平均体积等于全部颗粒的体积之

和除以颗粒的总数体积表面积平均直径

----每个颗粒的平均比表面积等于全部颗粒的

比表面积平均值8本文档共70页；当前第8页；编辑于星期三\2点24分二、颗粒群的特性颗粒的密度

单位体积内粒子的质量称为密度，kg/m3。若粒子体积不包括颗粒之间的空隙，称为粒子的真密度，以表示。若粒子体积包括颗粒之间的空隙，称为粒子的堆积密度或表观密度，以表示。

颗粒的空隙率和相互影响将颗粒群中的空隙所占的比率称为空隙率。9本文档共70页；当前第9页；编辑于星期三\2点24分颗粒与流体相对运动的阻力流体流过颗粒时的运动阻力流体的流动方向和速度都沿圆柱周边而变化，流体在A点受壁面阻滞，速度为为零

全部动能变为压力能，因而此周围压力高而使流体沿圆柱表面流过，在AB范围，水流收缩，流线渐密，即从A到B流速逐渐增加，压力逐渐减小，在B点处压力最低，流速达到最大，过B点后，水流扩散，流线渐稀而流速渐减，压力又逐渐增加。10本文档共70页；当前第10页；编辑于星期三\2点24分颗粒与流体相对运动的阻力边界层分离

------如图，当流体流过非流线型物体时会发

生边界层脱离壁面的现象，称为~11本文档共70页；当前第11页；编辑于星期三\2点24分颗粒与流体相对运动的阻力S点下游的流体在逆压作用下将倒流回来，它们在来流的冲击下，就在点S附近形成明显的旋涡，这旋涡象楔子一样将边界层与物面分离开来，就是边界层分离。ADS压力逐渐减小压力逐渐增大边界层当流到点S时，速度减为零。12本文档共70页；当前第12页；编辑于星期三\2点24分第三节重力沉降一、沉降原理1、自由沉降极短，通常可以忽略该段的颗粒运动速度称为沉降速度，用u0表示。加速段：等速段：浮力Fb曳力Fd

质量力Fc颗粒在流体中沉降时受力---单个颗粒在无限流体

中的降落过程重力沉降速度：以球形颗粒为例

13本文档共70页；当前第13页；编辑于星期三\2点24分1、自由沉降10-4<Re2层流区如图2-1中的实线所示。

----斯托克斯定律

14本文档共70页；当前第14页；编辑于星期三\2点24分

过渡区

湍流区

湍流附面层区

此时边界层也呈紊流，实验结果显示不规则现象。艾伦定律牛顿定律15本文档共70页；当前第15页；编辑于星期三\2点24分非球形颗粒

16本文档共70页；当前第16页；编辑于星期三\2点24分沉降速度计算

试差法的计算步骤如下：先假设某种流型，再应用相应公式计算出，然后校核是否与假设流型相符。若流型不符，则需重新设定流型及计算。17本文档共70页；当前第17页；编辑于星期三\2点24分沉降速度影响因素

沉降公式中的因素如颗粒粒径、流体粘度、颗粒与流体密度差对沉降速度影响:显然流体粘度愈大，颗粒沉降速度愈小流动状态的影响：由不同流态所产生的三个沉降关系式，表明了流动状态对沉降速度的影响；颗粒浓度的影响颗粒形状的影响：在所有形状的颗粒中，球形可了阻力最小，非球形颗粒的阻力随与球形颗粒的偏离程度而增大。壁效应：当颗粒在靠近器壁的位置沉降时，由于器壁的影响，使其沉降速度较自由沉降速度小，该影响称为壁效应。壁效应以壁效应因子表示，的经验关联式为：18本文档共70页；当前第18页；编辑于星期三\2点24分二、沉降设备---用于除去>75m以上颗粒---用于除去>5～10m颗粒19本文档共70页；当前第19页；编辑于星期三\2点24分1．重力沉降设备降尘室则表明，该颗粒能在降尘室中除去。思考1：为什么气体进入降尘室后，流通截面积要扩大？思考2：为什么降尘室要做成扁平的？结构：除尘原理：为了增大停留时间。20本文档共70页；当前第20页；编辑于星期三\2点24分降尘室思考3：要想使某一粒度的颗粒在降尘室中被100%除去，必须满足什么条件？思考4：能够被100%除去的最小颗粒，必须满足什么条件？21本文档共70页；当前第21页；编辑于星期三\2点24分降尘室思考5：为什么降尘室要做成扁平的？可见，降尘室最大处理量与底面积、沉降速度有关,而与降尘室高度无关。故降尘室多做成扁平的。

注意!!

降尘室内气体流速不应过高，以免将已沉降下来的颗粒重新扬起。根据经验，多数灰尘的分离，可取u<3m/s，较易扬起灰尘的，可取u<1.5m/s。最大处理量------能够除去最小颗粒时的气体流量Vs22本文档共70页；当前第22页；编辑于星期三\2点24分降尘室降尘室优、缺点结构简单，设备庞大、效率低只适用于分离粗颗粒(直径75m以上)，或作为预分离设备。

作业：54页4题23本文档共70页；当前第23页；编辑于星期三\2点24分增稠器（沉降槽）请点击观看动画结构：除尘原理：用于分离出液-固混合物与降尘室一样，沉降槽的生产能力是由截面积来保证的，与其高度无关。故沉降槽多为扁平状。

与降尘室相同24本文档共70页；当前第24页；编辑于星期三\2点24分增稠器（沉降槽）属于干扰沉降愈往下沉降速度愈慢-----愈往下颗粒浓度愈高，其表观粘度愈大，对沉降的干扰、阻力便愈大；沉降很快的大颗粒又会把沉降慢的小颗粒向下拉，结果小颗粒被加速而大颗粒则变慢。有时颗粒又会相互聚结成棉絮状整团往下沉，这称为絮凝现象，使沉降加快。这种过程中的沉降速度难以进行理论计算，通常要由实验决定。因固-液密度相差不是很悬殊，故较难分离，因此，连续沉降槽的直径可以大到100m以上，高度却都在几米以内。

特点：请点击观看动画25本文档共70页；当前第25页；编辑于星期三\2点24分第四节离心沉降离心沉降速度对照重力场离心加速度ar=2r=ur2/r不是常量沉降过程没有匀速段，但在小颗粒沉降时，加速度很小，可近似作为匀速沉降处理颗粒受力：类似重力沉降速度推导，得：26本文档共70页；当前第26页；编辑于星期三\2点24分Rer=dur/

1或2层流区对照重力场数值约为几千～几万-----离心分离因数27本文档共70页；当前第27页；编辑于星期三\2点24分2．离心沉降设备旋风分离器：请点击观看动画结构：除尘原理：含尘气体以切线方向进入，速度为12～25ms-1，按螺旋形路线向器底旋转，接近底部后转而向上，成为气芯，然后从顶部的中央排气管排出。气流中所夹带的尘粒在随气流旋转的过程中逐渐趋向器壁，碰到器壁后落下，自锥形底落入灰斗（未绘出）。上部为圆筒形，下部为圆锥形。

28本文档共70页；当前第28页；编辑于星期三\2点24分旋风分离器

旋风除尘器内的气流及颗粒运动十分复杂，对于颗粒的分离捕集机理不得不作出许多简化假设，从而形成各种不同的分离机理模型。主要有转圈理论、平衡归理论和边界层理论。

29本文档共70页；当前第29页；编辑于星期三\2点24分旋风分离器能够从分离器内100%分离出来的最小颗粒的直径，用d表示。其满足：几点假设：假设器内气体速度恒定，且等于进口气速ui；假设颗粒沉降过程中所穿过的气流的最大

厚度等于进气口宽度B；假设颗粒沉降服从斯托克斯公式。uiui临界粒径＝30本文档共70页；当前第30页；编辑于星期三\2点24分旋风分离器结论：旋风分离器越细、越长，d越小n值与进口气速有关，对常用形式的旋风分离器，风速1225ms-1范围内，一般可取N=34.5，风速愈大，N也愈大。思考：从上式可见，气体，入口b，气旋圈数n

，进口气速u0

，临界粒径越小，why？31本文档共70页；当前第31页；编辑于星期三\2点24分旋风分离器评价旋风分离器性能的两个主要指标：小好，一般在5002000Pa左右32本文档共70页；当前第32页；编辑于星期三\2点24分气流通过旋风分离器时要有能量损失，压力损失可用下式计算：式中，为阻力系数，可按下式计算：33本文档共70页；当前第33页；编辑于星期三\2点24分旋液分离器Why?特点：

与旋风分离器相比，直径小、锥形部分长。请点击观看动画结构：返回目录34本文档共70页；当前第34页；编辑于星期三\2点24分第五节过滤一、概述过滤按其流体的性质分为含尘气体的过滤操作和悬浮液的过滤操作。

含尘气体的过滤操作是指通过含固体颗粒的气体与多孔性过滤介质的接触，固体颗粒被截留在过滤介质上而气体，从而实现固气分离的操作。主要用于产品精制、空气净化，如布袋式过滤器。悬浮液的过滤操作是使悬浮液与多孔性过滤介质接触，并使得固体颗粒被截留在过滤介质表面或内部而实现分离的操作。

35本文档共70页；当前第35页；编辑于星期三\2点24分第五节过滤一、概述深层过滤这种过滤是在过滤介质内部进行的，介质表面无滤饼形成。过滤用的介质为粒状床层或素烧（不上釉的）陶瓷筒或板。此法适用于从液体中除去很小量的固体微粒，例如饮用水的净化。36本文档共70页；当前第36页；编辑于星期三\2点24分一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液----推动力：重力、压力、离心力

滤饼过滤37本文档共70页；当前第37页；编辑于星期三\2点24分一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤工业用过滤介质主要有：棉、麻、丝、毛、合成纤维、金属丝等编织成的滤布。过滤介质：多孔性介质、耐腐蚀、耐热并具有足够的机械强度。38本文档共70页；当前第38页；编辑于星期三\2点24分一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤滤饼的压缩性：

空隙结构易变形的滤饼为可压缩滤饼。

39本文档共70页；当前第39页；编辑于星期三\2点24分一、概述滤浆滤饼过滤介质滤液滤饼过滤使用时，可预涂，也可以混入待滤的滤浆中一起过滤。助滤剂能形成结构疏松、而且几乎是不可压缩的滤饼。可改善原滤饼的可压缩性和过于致密的缺点。助滤剂：----是颗粒细小、粒度分布范围较窄、坚硬而悬浮性好

的颗粒状或纤维固体，如硅藻土、纤维粉末、活性

炭、石棉。40本文档共70页；当前第40页；编辑于星期三\2点24分滤饼过滤的固体量、滤液量、滤渣量的关系滤饼过滤操作是使悬浮液通过过滤介质，得到含水很低的滤渣和几乎不含固体的滤液。悬浮液的质量=湿滤渣的质量+滤液的质量湿滤渣的质量=干固体的质量+水份的质量

若干固体密度为，

湿渣密度为，

滤液密度为，

设悬浮液所含有的干固体质量为m，湿滤渣与干固体质量之比为C，单位质量悬浮液所含的固体质量为X，单位体积滤液所相对应的固体量为w

41本文档共70页；当前第41页；编辑于星期三\2点24分由上面的条件，对湿滤渣和湿滤渣中的干固体及湿滤渣中含有的水而言，有：如果知道湿滤渣、干固体、滤液的密度，通过上式，可确定湿干渣质量之比。单位质量悬浮液具有的湿渣量为：单位质量悬浮液具有的滤液量为：42本文档共70页；当前第42页；编辑于星期三\2点24分因此，单位体积滤液所对应的干滤渣量为：43本文档共70页；当前第43页；编辑于星期三\2点24分二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的关系----即为流速，单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积过滤速度u滤饼过滤过程中，滤饼逐渐增厚，流动阻力也随之逐渐增大，所以过滤过程属于不稳定的流动过程。故

A44本文档共70页；当前第44页；编辑于星期三\2点24分二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的关系(1)细管长度l与床层高度L成正比(2)细管的内表面积等于全部颗粒的表面积，

流体的流动空间等于床层中颗粒之间的全部空隙体积。1、过滤基本方程的推导简化模型：假定：真实速度

u滤饼体积滤饼的比表面积颗粒的比表面积45本文档共70页；当前第45页；编辑于星期三\2点24分二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的关系滤饼内，雷诺数很小，属层流流动，------哈根-泊谡叶方程l、de表达式（见上页）由质量守恒得：滤饼截面积A46本文档共70页；当前第46页；编辑于星期三\2点24分二、过滤基本方程△p2△p1u------滤液量V～过滤时间的关系思考：影响过滤阻力的因素有哪些？影响过滤速度的因素有哪些？47本文档共70页；当前第47页；编辑于星期三\2点24分二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的关系

设每获得单位体积滤液时，被截留在过滤介质上的滤饼体积为w（m3滤饼/m3滤液），则令滤饼滤液1c思考：滤饼中全是固体物吗？压缩指数0<a<1（可压缩滤饼）a=0（不可压缩滤饼）48本文档共70页；当前第48页；编辑于星期三\2点24分二、过滤基本方程-----过滤基本方程过滤常数，由实验测定△pu思考：影响K的因素有哪些？影响Ve或qe的因素有哪些？------滤液量V～过滤时间的关系49本文档共70页；当前第49页；编辑于星期三\2点24分二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的关系影响K的因素：影响qe或Ve

的因素：滤饼性质（a、）滤浆性质（w、）推动力（p）过滤介质的性质（孔的结构、、r0、厚度）△pu50本文档共70页；当前第50页；编辑于星期三\2点24分二、过滤基本方程------滤液量V～过滤时间的关系2、恒压过滤△pu表观速度特点：

K为常数

积分得：

或若过滤介质阻力可忽略不计，则

或，过滤速度愈来愈小。恒压过滤方程51本文档共70页；当前第51页；编辑于星期三\2点24分三、过滤常数的测定恒压时：logp~logK作图求出压缩指数s

τ/q~q图52本文档共70页；当前第52页；编辑于星期三\2点24分四、滤饼洗涤洗涤阻力与哪些因素有关？与滤饼厚度、滤饼性质、洗涤液粘度、介质阻力有关

推动力、阻力不变洗涤速度为常数。思考：洗涤过程与过滤过程的有何异同？53本文档共70页；当前第53页；编辑于星期三\2点24分四、滤饼洗涤若推动力相同，则：洗涤速度与过滤终了速度的关系?54本文档共70页；当前第54页；编辑于星期三\2点24分五、过滤设备及过滤计算过滤设备

55本文档共70页；当前第55页；编辑于星期三\2点24分五、过滤设备及过滤计算1、板框压滤机滤框、滤板结构：洗板板框压滤机框非洗板洗板1060块不等，过滤面积约为280m2

请点击观看动画滤框和滤板的左上角与右上角均有孔。

请点击观看动画56本文档共70页；当前第56页；编辑于星期三\2点24分1、板框压滤机洗板板框压滤机框非洗板洗板一个操作循环：过滤滤液流出悬浮液入口洗涤液流出洗涤液入口洗涤卸渣、整理重装思考：对板框压滤机，下式中V、Ve、A怎么取值？半个框的？一个框的？还是N个框的？均可。57本文档共70页；当前第57页；编辑于星期三\2点24分1、板框压滤机属间歇式特点：横穿洗涤：Lw=2L，Aw=A/2洗板板框压滤机框非洗板洗板洗涤液流出洗涤液入口58本文档共70页；当前第58页；编辑于星期三\2点24分1、板框压滤机生产能力：

操作周期：

单位时间内获得的滤液量或滤饼量。其中：59本文档共70页；当前第59页；编辑于星期三\2点24分2、叶滤机属间歇式置换洗涤：Lw=L，Aw=A滤叶一个操作循环：过滤、洗涤、卸渣、整理重装

特点：结构：请点击观看动画思考：对叶滤机，下式中V、Ve、A怎么取值？一个滤叶的？还是N个的？均可。60本文档共70页；当前第60页；编辑于星期三\2点24分2、叶滤机操作周期：

与板框机相同生产能力：

与板框机类似61本文档共70页；当前第61页；编辑于星期三\2点24分3、转筒真空过滤机置换洗涤：Lw=L，Aw=A属连续式过滤、洗涤、吹松、刮渣转筒---筒的侧壁上覆盖有金属网，长、径之比约为1/22，滤布---蒙在筒外壁上。分配头---转动盘、固定盘浸没于滤浆中的过滤面积约占全部面积的3040%转速为0.1至23（转/分）

一个操作循环：特点：结构：请点击观看动画62本文档共70页；当前第62页；编辑于星期三\2点24分3、转筒真空过滤机其中：操作周期：

生产能力：

思考：对转筒真空过滤机，上式中V、V