第六章 非均相分離設(shè)備

第六章

非均相分離設(shè)備01沉降設(shè)備02過濾設(shè)備03膜分離設(shè)備目

錄第一節(jié)

沉降設(shè)備§6-1沉降設(shè)備知識目標(biāo)要求:1.掌握重力沉降、離心沉降的基本原理；2.掌握沉降室、連續(xù)沉降槽的結(jié)構(gòu)；3.掌握沉降室、連續(xù)沉降槽基本概念和所用設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)；4.了解沉降室生產(chǎn)能力的計算方法及影響過濾操作的主要因素?！?-1沉降設(shè)備能力目標(biāo)要求:1.能夠運用非均相混合物分離的基本原理，進行沉降過程的有關(guān)計算；2.熟練應(yīng)用所學(xué)的理論知識，解決實際生產(chǎn)操作問題。-6

-§6-1沉降設(shè)備重力沉降和離心沉降都是非均相物系常用分離方法。在外力的作用下，使密度不同的兩相發(fā)生相對運動而實現(xiàn)分離的操作稱為沉降。沉降操作的外力可以是重力，也可以是慣性離心力。細小顆粒在重力作用下的沉降速度通常非常緩慢，為增大分離速度，人為地使混合物高速旋轉(zhuǎn)，利用離心力的作用使分子顆粒迅速沉降實現(xiàn)分離的操作，稱為離心沉降。-7

-（1）沉降在某種力的作用下，利用連續(xù)相與分散相的密度差異，使之發(fā)生相對運動而分離的過程稱為沉降。（2）重力沉降如果顆?；蝾w粒群在流體中充分地分散，顆粒之間互不接觸、互不碰撞，除承受地球引力之外無其他作用力，在這種條件下發(fā)生的沉降稱為重力沉降。1、重力沉降速度一、重力沉降設(shè)備-8

-（3）球形顆粒的自由沉降速度如果顆粒在靜止流體中沉降時，不受其他顆粒的干擾及器壁的影響，而僅受自身重力、流體浮力和兩者相對運動時產(chǎn)生的阻力的作用，該種沉降稱為自由沉降。較稀的混懸液或含塵氣體中固體顆粒的沉降可視為自由沉降。1、重力沉降速度一、重力沉降設(shè)備-9

-（3）球形顆粒的自由沉降速度一個表面光滑的剛性球形顆粒置于靜止流體中，當(dāng)顆粒密度大于流體密度時，顆粒將下沉，若顆粒自由沉降，在沉降過程中，顆粒受到三個力的作用，如圖所示。1、重力沉降速度一、重力沉降設(shè)備一、重力沉降設(shè)備（3）球形顆粒的自由沉降速度ds——球形顆粒的直徑ρs——顆粒的密度ρ——流體的密度A——沉降顆粒沿沉降方向的最大投影面積

對于球形顆粒

u——顆粒相對流體沉降速度（m/s）

——沉降阻力系數(shù)1、重力沉降速度一、重力沉降設(shè)備1、重力沉降速度（3）球形顆粒的自由沉降速度當(dāng)顆粒沉降時，根據(jù)牛頓第二定律，可得沉降加速度表達式為：一、重力沉降設(shè)備1、重力沉降速度當(dāng)顆粒沉降的瞬間，u為零，阻力也為零，加速度為最大值；顆粒開始沉降后，隨著u的增大，阻力也隨之增大。當(dāng)沉降速度增大到一定值ut時，重力、浮力、阻力達到平衡，此時顆粒做勻速運動。

（3）球形顆粒的自由沉降速度對于微小顆粒，沉降的加速度階段非常短，可忽略不計。整個沉降過程可以視為勻速沉降過程，可直接將ut用于重力沉降的計算。

一、重力沉降設(shè)備1、重力沉降速度球形粒子自由沉降的

和Re的關(guān)系沉降阻力系數(shù)

是顆粒與流體相對運動時，以顆粒形狀及尺寸為特征的雷諾數(shù)Re的函數(shù)。

（3）球形顆粒的自由沉降速度一、重力沉降設(shè)備1、重力沉降速度（4）影響自由沉降速度的因素

1）顆粒形狀對于球形顆粒，顆粒直徑和顆粒密度越大，自由沉降速度越快。非球形顆粒的沉降速度，當(dāng)量直徑和顆粒密度越大，自由沉降速度越快。一、重力沉降設(shè)備1、重力沉降速度（4）影響自由沉降速度的因素

2）壁面效應(yīng)

當(dāng)顆?？拷鞅诔两禃r，由于器壁影響，其沉降速度比自由沉降速度小，這種影響稱為壁面效應(yīng)（當(dāng)容器尺寸遠大于顆粒尺寸，如超過100倍以上則可忽略不計。）

一、重力沉降設(shè)備1、重力沉降速度（4）影響自由沉降速度的因素

3）干擾沉降當(dāng)非均相物系中顆粒較多、顆粒之間距離較近時，顆粒之間會發(fā)生摩擦、碰撞等，從而使沉降速度下降，這種沉降稱為干擾沉降。干擾沉降速度比自由沉降?。w粒濃度<0.2%，可近似為自由沉降）一、重力沉降設(shè)備２、重力沉降設(shè)備（1）沉降室

沉降室是利用重力沉降的作用從含塵氣體中除去固體顆粒的設(shè)備。重力沉降室結(jié)構(gòu)一、重力沉降設(shè)備２、重力沉降設(shè)備（1）沉降室

含塵氣體進入沉降室后，流通截面積擴大，速率降低，只要顆粒能夠在氣體通過沉降室的時間內(nèi)沉到室底，便可從氣流中除去。

為滿足除塵要求，氣體通過沉降室的時間必須大于或等于顆粒沉降至沉降室底部所用的時間。一、重力沉降設(shè)備２、重力沉降設(shè)備（1）沉降室根據(jù)計算，沉降室生產(chǎn)能力只與沉降室的底面積及顆粒的沉降速度有關(guān)，與降塵室高度無關(guān)，所以沉降室一般采用扁平的幾何形狀，或在室內(nèi)多加幾層隔板，形成多層沉降室。

多層沉降室可提高含塵氣體的處理量。但是，操作時氣體通過隔板的氣體速度不能太大，否則會將沉降下來的塵粒重新卷起。一般情況下，氣體通過隔板時的流速可控制在0.5~1m/s。

一、重力沉降設(shè)備２、重力沉降設(shè)備

沉降室的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、阻力??；缺點是體積龐大，分離效率較低。普通沉降室只能分離粒徑在50μm以上的粗顆粒。一、重力沉降設(shè)備２、重力沉降設(shè)備（2）沉降槽

沉降槽是利用重力沉降原理來分離懸浮液的設(shè)備。沉降槽可提高懸浮液的濃度，并同時得到澄清的液體，故此類設(shè)備又稱為增稠器或澄清器。一、重力沉降設(shè)備２、重力沉降設(shè)備（2）沉降槽沉降槽是一個底部略呈錐狀的大直徑淺槽，料漿由伸入液面下的圓筒進料口送至液面以下0.3~1m處，并迅速分散至整個橫截面上，液體緩慢向上流動，清液經(jīng)溢流堰連續(xù)流出，稱為溢流，而顆粒則沉降至底部形成沉淀層，并由緩慢轉(zhuǎn)動的耙將其匯聚于底部中央的排渣口處連續(xù)排出。連續(xù)式沉降槽結(jié)構(gòu)一、重力沉降設(shè)備２、重力沉降設(shè)備（2）沉降槽

提高顆粒的沉降速度：1）向懸浮液中添加少量的電解質(zhì)或表面活性劑，使細顆粒發(fā)生凝聚或絮凝；

2）采用加熱、冷卻、振動等方法改變顆粒的粒度或相界面積，均有利于提高沉降速度。

一、重力沉降設(shè)備２、重力沉降設(shè)備（2）沉降槽

為獲得澄清液體，沉降槽應(yīng)具備足夠大的橫截面積，以確保液體向上流動的速度小于顆粒的沉降速度，并要求顆粒在設(shè)備中有足夠的停留時間。

連續(xù)式沉降槽適用于處理量較大且固體含量較低的大顆粒懸浮液料漿，常用于工業(yè)污水處理以及藥材浸取過程的后處理等，所得沉渣中一般含有50%左右的液體。這種設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、可連續(xù)操作且增稠物濃度較均勻等優(yōu)點，其缺點是設(shè)備龐大、占地面積大、分離效率較低等。一、重力沉降設(shè)備２、重力沉降設(shè)備課堂活動：

分別取石英砂和淀粉各10g置于燒杯中，分別向兩個燒杯加入150mL蒸餾水并攪拌均勻、靜置，觀察澄清情況，比較沉降速度，試說明其原因。二、離心沉降設(shè)備重力沉降設(shè)備一般較大，占地面積大，使用不方便。為了解決這些問題，工業(yè)上常常使用效率較高的離心沉降設(shè)備。依靠慣性離心力的作用，使流體中的顆粒產(chǎn)生沉降運動的過程稱為離心沉降。對于兩相密度差較小、顆粒粒度較細的非均相物系，在重力場中的沉降速度很低甚至完全不能分離，可利用離心沉降大大提高沉降速度。二、離心沉降設(shè)備１、離心沉降（1）離心沉降速度

當(dāng)固體顆粒處于離心場時，將受到四個力的作用，如圖所示。

固體顆粒在徑直方向上所受的作用力遠大于在垂直方向上所受的作用力，所以沿徑向運動沉降到器壁。顆粒在離心場種的受力情況二、離心沉降設(shè)備１、離心沉降（1）離心沉降速度

固體顆粒在徑向上受到三個力的作用，即慣性離心力Fc、向心力Ff和阻力Fd。設(shè)球形顆粒的直徑為ds，顆粒的密度為ρs，流體的密度為ρ，離心沉降速度為ur。二、離心沉降設(shè)備１、離心沉降（1）離心沉降速度

若這三個力達到平衡，則有:

此時，顆粒在徑向上相對于流體的速度，就是它在這個位置上的離心沉降速度。顆粒的離心沉降速度與重力沉降速度具有相似的關(guān)系式，只是重力加速度g換為隨徑向位置r變化的離心加速度。二、離心沉降設(shè)備１、離心沉降（1）離心沉降速度

在一定的條件下，重力沉降速度是一定的，而離心沉降速度隨著顆粒在半徑方向上的位置不同而變化。固體顆粒獲得的轉(zhuǎn)速越大，則離心沉降速度越大。所以增加離心機的轉(zhuǎn)速能顯著加快固體顆粒沉降速度。二、離心沉降設(shè)備１、離心沉降（2）離心分離因數(shù)

當(dāng)固體顆粒分別在重力場和離心場中作沉降運動時，其加速度存在著巨大的差別，生產(chǎn)上常用離心分離因數(shù)表示這種差別。離心加速度與重力加速度之比稱為離心分離因數(shù)，用Kc表示。二、離心沉降設(shè)備１、離心沉降（2）離心分離因數(shù)

離心分離因數(shù)是評判離心分離設(shè)備的性能指標(biāo)，其值越高，離心沉降效果越好。常用離心機的離心分離因數(shù)Kc值為10~105，高速管式離心機的分離能力較強，其Kc值一般為2×104左右。二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備

制藥化工生產(chǎn)中所用的離心沉降設(shè)備主要有旋風(fēng)分離器、旋液分離器和沉降離心機等。旋風(fēng)分離器

旋液分離器

沉降離心機二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備

旋風(fēng)分離器是利用慣性離心力從氣流中分離出含塵顆粒的設(shè)備。旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)：主體的上部為圓筒形，下部呈圓錐形，中央有一升氣管。（1）旋風(fēng)分離器

旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)示意圖二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備

旋風(fēng)分離器的工作原理：含塵氣體從側(cè)面的矩形進氣管切向進入旋風(fēng)分離器內(nèi)，由于圓筒形器壁的作用形成自上而下的旋轉(zhuǎn)運動，因氣體中塵粒的密度較大，故所受的離心力也大，被甩向外圍破撞器壁后失去動能而沉降下來，自錐底排出。因操作時分離器底部處于密封狀態(tài)，被凈化后的氣體到達底部后轉(zhuǎn)向中心，并形成自下而上的螺旋運動，從頂部的中央排氣管排出。（1）旋風(fēng)分離器

旋風(fēng)分離器的工作原理二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備

旋風(fēng)分離器分離性能指標(biāo)：

1）臨界粒徑2）氣體通過旋風(fēng)分離器的阻力（壓降）。（1）旋風(fēng)分離器

二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備

臨界粒徑：能夠完全被旋風(fēng)分離器分離下來的最小顆粒的直徑稱為臨界粒徑。臨界粒徑隨著氣速的增大而減小，故增加氣速可以提高分離效率，但氣速過大會將已經(jīng)沉降的顆粒卷起反而降低分離效率，同時也使流動阻力增加。（1）旋風(fēng)分離器

二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備

氣體通過旋風(fēng)分離器的阻力（壓降）：在實際工作中，考慮到設(shè)備的受壓及節(jié)能降耗的需要，氣體流動壓降應(yīng)盡可能降低。而壓降除了取決于設(shè)備結(jié)構(gòu)外，主要取決于氣速。氣速越小，壓降越低，但分離效率也越低。因此，在操作中需要選擇合適的氣速以同時滿足分離效率和壓降的要求。（1）旋風(fēng)分離器

二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備

旋風(fēng)分離器的安裝：

旋風(fēng)分離器需水平安裝，筒體、錐體和頂部任一截面都要保證同心，表面整齊光滑，避免局部發(fā)生嚴重磨損。在旋風(fēng)分離器的下方，必須安裝一個容積足夠大的粉塵接收器，防止收集到的微粒被氣流帶走。（1）旋風(fēng)分離器

二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備

旋風(fēng)分離器的操作：

啟動：啟動前要檢查旋風(fēng)分離器是否水平安裝，且各緊固件有無松動；檢查灰塵排放口是否密閉良好。

運行：進料；檢查壓降是否正常，不得偏高或偏低；檢查有無異常聲音、振動、泄漏和發(fā)熱。

停機：停止進料；清理旋風(fēng)分離器內(nèi)余料，必要時予以沖洗。（1）旋風(fēng)分離器

二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備（1）旋風(fēng)分離器

旋風(fēng)分離器常見故障及排除現(xiàn)象故障處理方法壓降偏高或偏低管道系統(tǒng)或鼓風(fēng)機設(shè)計不當(dāng)，氣流流速過高則壓降偏高，反之則壓降偏低。更換鼓風(fēng)機或増加流速限制設(shè)施。氣體泄漏進系統(tǒng)。對管道系統(tǒng)或分離器裝置的泄漏之處進行修理。旋風(fēng)分離器內(nèi)部阻塞。清理內(nèi)部阻塞。效率過低氣體泄露進入旋風(fēng)分離器。泄漏處進行修理，并確保卸灰閥運轉(zhuǎn)正常，密封可靠。內(nèi)部堵塞。拆卸清理。磨損腐蝕入口速度過高。降低流速。二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備

旋風(fēng)分離器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，沒有運動部件，而且分離效率較高，分離因數(shù)約為5~2500,一般可以分離5~75μm的非纖維、非黏性干燥粉塵，操作不受溫度、壓強的限制，但是對5μm以下的細微顆粒分離效率較低，價格低廉、性能穩(wěn)定，可滿足中等粉塵捕集要求，故廣泛應(yīng)用于制藥化工生產(chǎn)中。（1）旋風(fēng)分離器

二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備

旋液分離器的結(jié)構(gòu)和工作原理與旋風(fēng)分離器類似，用于懸浮液的分離。旋液分離器又稱水力旋流器，是一種利用離心力從液流中分離出固體顆粒的分離設(shè)備，主體由圓筒和圓錐兩部分構(gòu)成。（2）旋液分離器

旋液分離器的工作原理二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備

懸浮液經(jīng)入口管切向進入圓筒，形成螺旋狀向下運動的旋流，固體顆粒受慣性離心力的作用被甩向器壁，并隨旋流降至錐底的出口，由底部排出的增濃液稱為底流，清液或含有微細顆粒的液體則為上升的內(nèi)旋流，從頂部的中心管排出，稱為頂流。（2）旋液分離器

二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備（2）旋液分離器

旋液分離器結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備費用低，占地面積小，處理能力大，可用于懸浮液的增濃、分級操作，以及不互溶液體的分離、氣液分離、傳熱、傳質(zhì)和霧化等操作，在化工、制藥、石油、冶金、環(huán)保等工業(yè)部門被廣泛采用，但進料泵的動能消耗大，內(nèi)壁磨損大，進料流量和濃度的變化很容易影響分離性能。二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備

沉降離心機是利用離心沉降原理來分離懸浮液或乳濁液的設(shè)備，常見的有管式離心機、碟式離心機和冷凍離心機。（3）沉降離心機

管式離心機

碟式離心機

冷凍離心機二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備1）管式離心機

管式離心機的核心部件是直筒狀轉(zhuǎn)鼓，內(nèi)部裝有三個縱向平板，以帶動料液迅速達到與轉(zhuǎn)鼓相同的角速度。

（3）沉降離心機

管式離心機的結(jié)構(gòu)二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備1）管式離心機

分離乳濁液時，料液由加料管連續(xù)進入轉(zhuǎn)鼓，然后在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)自下而上運動。由于兩種液體的密度不同，在離心力的作用下，液體被分成內(nèi)、外兩層，其中外層為重液層，內(nèi)層為輕液層。當(dāng)液體運動至轉(zhuǎn)鼓頂部時，輕、重液體即由各自的溢流口排出。（3）沉降離心機

分離乳濁液的管式離心機二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備1）管式離心機

分離懸浮液時，懸浮液在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部自下而上運動，固相沉積于鼓壁上，而液體則由轉(zhuǎn)鼓上部的溢流口排出。當(dāng)固體在轉(zhuǎn)鼓上積累至一定數(shù)量的時候停止運行，然后卸下轉(zhuǎn)鼓進行清理。（3）沉降離心機

分離懸浮液的管式離心機二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備2）碟式離心機

碟式離心機的轉(zhuǎn)鼓裝在立軸上端，通過傳動裝置由電動機驅(qū)動而高速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有一組互相套疊在一起的碟形零件——碟片，碟片與碟片之間留有很小的間隙。（3）沉降離心機

圖6-8碟式離心機的結(jié)構(gòu)碟片式離心機二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備2）碟式離心機

懸浮液由位于轉(zhuǎn)鼓中心的進料管加入轉(zhuǎn)鼓，當(dāng)懸浮液流過碟片之間的間隙時，固體顆粒在離心力的作用下沉降到碟片上形成沉渣。分離顆粒后的液體成為輕相，由輕相排出口排出；沉渣沿碟片表面滑動而脫離碟片并積聚在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)直徑最大的部位形成重相，在碟式離心機停機后拆開轉(zhuǎn)鼓由人工清除，或由沉渣排出結(jié)構(gòu)從重相排出口排出。（3）沉降離心機

二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備2）碟式離心機

轉(zhuǎn)鼓中碟片的作用是縮短固體顆粒的沉降距離，擴大轉(zhuǎn)鼓的沉降面積，從而提高碟式離心機的生產(chǎn)能力。（3）沉降離心機

碟式離心機剖面圖二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備2）碟式離心機

分離乳濁液的碟式離心機，其碟片上開有小孔。工作時，料液由中心管加入，經(jīng)小孔流至碟片的間隙。在離心力的作用下，重液沿各碟片的斜面沉降，并向轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁移動，從重液出口連續(xù)排出；輕液則沿各碟片的斜面向上移動，匯集后從輕液出口排出。（3）沉降離心機

二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備2）碟式離心機

分離懸浮液的碟式離心機，其碟片上不開孔，設(shè)一個輕液排出口。工作時，固體顆粒沉積于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，澄清液由輕液排出口排出。（3）沉降離心機

二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備2）碟式離心機（3）沉降離心機

碟式離心機在制藥化工生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。例如，中藥煎煮液經(jīng)一次粗過濾后，可直接進入碟式離心機中進行分離除雜，分離后的藥液進入濃縮設(shè)備進行濃縮，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的連續(xù)化。碟式離心機的分離時間較短，整個生產(chǎn)過程可在密閉的管道和容器內(nèi)進行，可改善環(huán)境衛(wèi)生，提高藥品質(zhì)量。二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備3）冷凍離心機

冷凍離心機的整機主要由驅(qū)動電機、制冷系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、自動保護系統(tǒng)以及速度控制系統(tǒng)組成，主要配件是離心轉(zhuǎn)頭。（3）沉降離心機

冷凍離心機二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備3）冷凍離心機

離心轉(zhuǎn)頭是用來放置樣品容器的支架，有角式轉(zhuǎn)頭和甩平式轉(zhuǎn)頭兩種。角式轉(zhuǎn)頭設(shè)計有孔穴，與旋轉(zhuǎn)軸心之間夾角在20°~45°之間，其孔穴是用來放置樣品容器。角式轉(zhuǎn)頭在離心機高速旋轉(zhuǎn)時不會發(fā)生相對運動。甩平式轉(zhuǎn)頭的橫臂上懸掛著3~6個可自由活動的吊桶，吊桶內(nèi)放置離心試管。（3）沉降離心機

二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備（3）沉降離心機

3）冷凍離心機

冷凍離心機

二、離心沉降設(shè)備2、離心沉降設(shè)備3）冷凍離心機

高速冷凍離心機轉(zhuǎn)速可達25000r/min，分離因數(shù)為89000，分離效果好，是目前制藥工業(yè)，特別是生物制藥工業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的分離設(shè)備。

（3）沉降離心機

課堂小結(jié)1、重力沉降設(shè)備（1）重力沉降速度：沉降、重力沉降、球形顆粒

的自由沉降速度、影響自由沉降速度的因素（2）重力沉降設(shè)備：沉降室、沉降槽2、離心沉降設(shè)備（1）離心沉降：離心沉降速度、離心分離因數(shù)（2）離心沉降設(shè)備：旋風(fēng)分離器、旋液分離器、沉降離心機第二節(jié)

過濾設(shè)備§6-2過濾設(shè)備知識目標(biāo)要求:1.掌握過濾操作的基本概念和所用設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)；2.了解影響過濾操作的主要因素。能力目標(biāo)要求:1.能夠運用非均相混合物分離的基本原理，進行過濾過程的有關(guān)計算；2.熟練應(yīng)用所學(xué)的理論知識，解決實際生產(chǎn)操作問題?！?-2過濾設(shè)備過濾是用來分離固液非均相混合物系的一種單元操作，常作為沉降、結(jié)晶、固液反應(yīng)等操作的后續(xù)過程。過濾屬于機械分離操作，與蒸發(fā)、干燥等非機械分離操作相比，其分離速度較快，能量消耗較低。尤其是當(dāng)液體非均相物系中含液體的量較少時，適合于采用過濾進行分離。此外，氣體凈化中，若顆粒微小且濃度低，也適合于采用過濾操作進行分離。一、基本知識1、過濾原理

過濾操作是利用一種具有眾多毛細孔的物體作為介質(zhì)，在介質(zhì)兩側(cè)壓差的推動下，使懸浮液中的液體通過介質(zhì)的毛細孔，將其中的固體微粒截留，從而達到固液兩相分離的目的。過濾操作所處理的懸浮液稱為濾漿；所用的多孔物質(zhì)稱為過濾介質(zhì)；通過介質(zhì)孔道的液體稱為濾液；被介質(zhì)截留的固體顆粒層稱為濾渣或濾餅。實驗室過濾裝置2、過濾推動力和阻力

實現(xiàn)過濾操作的外力可以是重力、壓力或慣性離心力。

一、基本知識重力（常壓）過濾加壓過濾真空過濾離心過濾過濾操作一、基本知識2、過濾推動力和阻力

過濾操作開始時，濾液流動所遇到的阻力只有過濾介質(zhì)。隨著過濾過程的不斷進行，在過濾介質(zhì)上形成濾渣以后，濾液流動所遇到的阻力有濾渣阻力和過濾介質(zhì)阻力。介質(zhì)阻力在過濾開始的時候較為顯著，至濾餅層沉積到一定厚度時，介質(zhì)阻力便可忽略不計。所以，過濾阻力主要決定于濾餅的厚度及其特性。濾餅厚度越大，微粒越細，則過濾阻力越大。一、基本知識3、過濾方式

（1）濾餅過濾當(dāng)懸浮液流動通過多孔介質(zhì)后，固體顆粒沉積在過濾介質(zhì)表面形成濾餅層，這種過濾稱為濾餅過濾。濾餅過濾示意圖一、基本知識3、過濾方式

（1）濾餅過濾在濾餅過濾過程中，固體顆粒比過濾介質(zhì)的孔徑大，在介質(zhì)孔道的上方相互之間架橋，其他顆粒在橋面沉積形成濾餅層，液體從固體顆粒之間的縫隙中穿流而過形成濾液，從而實現(xiàn)固液分離。濾餅過濾一、基本知識3、過濾方式

（2）深層過濾

當(dāng)懸浮液中的固體顆粒直徑小、含量低時，宜采用深層過濾的方法進行分離。固體顆粒進入并沉積在多孔介質(zhì)孔道內(nèi)，溶液經(jīng)孔道內(nèi)的縫隙進入濾液的分離過程稱為深層過濾。圖6-10深層過濾示意圖一、基本知識3、過濾方式

（2）深層過濾

深層過濾的多孔介質(zhì)可以由顆粒料堆積形成，也可由泡沫塑料、海綿、陶瓷等多孔材料制成。

用于深層過濾的介質(zhì)內(nèi)部具有曲折而狹長的通道，當(dāng)固體顆粒直徑小于過濾介質(zhì)孔道直徑時，顆粒將隨溶液進入介質(zhì)內(nèi)部的孔道中，并與介質(zhì)之間產(chǎn)生靜電引力和分子作用力，被吸附在孔道壁上。一、基本知識4、過濾介質(zhì)

過濾過程所用的多孔性介質(zhì)稱為過濾介質(zhì)。

過濾介質(zhì)的用途是使濾液通過，截留固體顆粒并支撐濾餅，要求具有多孔性、耐腐蝕性以及足夠的機械強度。工業(yè)常用過濾介質(zhì)主要有織物介質(zhì)、多孔性固體介質(zhì)、粒狀介質(zhì)和微孔濾膜等。一、基本知識4、過濾介質(zhì)

（1）織物介質(zhì)

織物介質(zhì)是由天然纖維（棉、毛、絲、麻等）或合成纖維、金屬絲等編織而成的篩網(wǎng)、濾布，一般可截留粒徑5μm以上的固體微粒?？椢锝橘|(zhì)在工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛。濾布一、基本知識4、過濾介質(zhì)（2）多孔性固體介質(zhì)

多孔性固體介質(zhì)是由陶瓷、金屬或玻璃的燒結(jié)物、塑料細粉黏結(jié)而成的多孔性塑料管，稱為濾板或濾器，一般可截留粒徑1~3μm的粒子。濾板一、基本知識4、過濾介質(zhì)（3）粒狀介質(zhì)

粒狀介質(zhì)是由砂石、木炭、石棉等各種固體顆?；蚍蔷幙椑w維堆積而成，適用于深層過濾，常用于過濾含固體顆粒較少的懸浮液，如制劑用水的預(yù)處理。顆粒活性炭一、基本知識4、過濾介質(zhì)（4）微孔濾膜

由高分子材料制成的薄膜狀多孔介質(zhì)，適用于精濾，可截留粒徑0.01μm以上的微粒，尤其適用于過濾除去0.02～10μm的混懸微粒。濾膜一、基本知識5、助濾劑濾餅

可壓縮濾餅：柔性顆粒，縫隙極小，阻力大不可壓縮濾餅：剛性顆粒，縫隙大，阻力小一、基本知識5、助濾劑

引起過濾阻力增大的因素有以下幾個方面：1）壓力差增大，濾餅空隙結(jié)構(gòu)變形，使濾餅中的通道縮小，流動阻力增加；

2）具有黏性的顆粒形成較致密的濾餅層，流動阻力增大；3）顆粒直徑小，堵塞介質(zhì)通道。過濾示意圖一、基本知識5、助濾劑

阻力增大后過濾速度減小，此時可將質(zhì)地堅硬而能形成疏松床層的固體顆粒提前涂在過濾介質(zhì)表面，或摻入懸浮液中，以促進形成較為疏松的濾餅，使濾液得以暢流。這種預(yù)涂或摻入的固體顆粒物料稱為助濾劑。一、基本知識5、助濾劑

常用的助濾劑有硅藻土、炭粉、纖維粉末、石棉等。助濾劑的用量通常為截留固相質(zhì)量的1%~10%。硅藻土

炭粉

纖維粉末

石棉一、基本知識6、影響過濾速度的因素

（1）液體的黏稠性

液體的黏稠性越大，流動阻力越大，過濾速度越慢。由于溶液的黏性隨溫度的升高而降低，因此可采用趁熱或保溫過濾。應(yīng)先濾清液，后濾稠液，以減少過濾時間。

液體的黏稠性越大，介質(zhì)通道越容易堵塞，濾餅顆粒間縫隙也越小，則過濾阻力大、過濾效率低。一、基本知識6、影響過濾速度的因素

（2）過濾介質(zhì)的孔道

過濾介質(zhì)的孔道越長，孔徑越小，孔道數(shù)目越少，則過濾速度越慢。（3）過濾介質(zhì)壓力差

過濾介質(zhì)上、下壓力差越大，則過濾速度越快，因此常采用加壓或減壓的方法進行過濾。一、基本知識6、影響過濾速度的因素

（4）濾餅層厚度

濾餅層越厚濾速越慢，流體中存在大分子的膠體物質(zhì)時，容易引起濾孔的阻塞，影響濾速。為提高過濾效率，可選用助濾劑。二、板框壓濾機1、結(jié)構(gòu)和工作原理板框式壓濾機的主要部件是濾板和濾框，一般為正方形。板框壓濾機結(jié)構(gòu)示意圖板框壓濾機二、板框壓濾機1、結(jié)構(gòu)和工作原理

濾板和濾框的角上均開有小孔，裝配壓緊后可形成通道。組裝時將四角開孔的濾布置于板和框之間，再將板和框壓緊即可。濾板又分為過濾板和洗滌板兩種，為便于區(qū)別，常在板和框的外側(cè)有標(biāo)志。一般過濾板為一鈕，框為二鈕，洗滌板為三鈕，安裝時按鈕數(shù)1-2-3-2-1-2-3-2-1……順序排列。濾板和濾框的數(shù)量可根據(jù)需要自行調(diào)整，采用間歇操作。

濾板和濾框安裝示意圖二、板框壓濾機1、結(jié)構(gòu)和工作原理

過濾時，懸浮液在一定壓差下經(jīng)濾漿通道由濾框角端的暗孔進入濾框內(nèi)，濾液分別流經(jīng)兩側(cè)的濾布，再匯集到相鄰板的凹槽進入濾液通道排走，固體顆粒則被截留在框內(nèi)形成濾餅。待濾餅充滿濾框或過濾完成后，需對濾餅進行洗滌。洗滌時，應(yīng)關(guān)閉濾液出口，然后將洗滌水壓入洗水入口，洗水經(jīng)洗滌板上的暗孔進入板面和濾布之間，然后穿過一層濾布和整個濾餅層，對濾餅進行沖洗后，再穿過另一側(cè)的濾布，匯集到過濾板的凹槽由洗液出口排出。洗滌后可旋開壓緊裝置，取出板框卸掉濾餅、洗滌濾布，重新進入新一輪操作。

二、板框壓濾機1、結(jié)構(gòu)和工作原理

板框壓濾機的操作過程：

裝合→過濾→洗滌→卸液→整理

優(yōu)點：構(gòu)造簡單，過濾壓力高，便于用耐腐蝕材料制造，操作靈活，過濾面積大，占地小，過濾面積可根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)進行調(diào)節(jié)。

缺點：間歇操作，勞動強度大，生產(chǎn)效率低。二、板框壓濾機2、板框式壓濾機的安裝

（1）壓濾機周圍應(yīng)留有足夠空間，以便于操作和維護保養(yǎng)。

（2）壓濾機的安裝基礎(chǔ)應(yīng)采用水泥二次灌漿而成。機器安裝在混凝土基礎(chǔ)或鋼架上。安裝時以四橫梁為基礎(chǔ)校正水平。按照供方提供的底腳尺寸設(shè)計預(yù)埋孔，然后灌澆混凝土。

（3）止推板和支腳用地腳螺栓固定，油缸座不固定，保證主梁在受力狀況下有一定的軸向位移。如果兩端同時固定，有可能導(dǎo)致壓不緊或者損壞機架。二、板框壓濾機2、板框式壓濾機的安裝

（4）按照過濾的物料、壓力、溫度選擇材質(zhì)適宜的濾布。

（5）板框式壓濾機接通電源，檢查是否正常。機械傳動要檢查電機正反轉(zhuǎn)是否符合要求；減速箱、機頭油杯機油是否加滿；絲桿、齒輪潤滑油是否加好；液壓傳動檢查齒輪泵運轉(zhuǎn)聲音是否正常；液壓系統(tǒng)有無泄漏情況；活塞桿進出是否平穩(wěn)。

二、板框壓濾機2、板框式壓濾機的安裝

（6）壓濾機的頭板安裝固定在壓濾機的止推板上，尾板安裝固定在壓濾機的壓緊板上，濾框和濾板交替安裝，按照要求整齊地排放在機架上，將加工好的濾布整齊地排在濾板上。

（7）濾板安裝時要檢查濾板序列、垂直和水平位置是否正確，濾板是否歪斜，濾板中心是否對齊，數(shù)量是否足夠。二、板框壓濾機3、板框式壓濾機的操作規(guī)程

（1）排板

（2）連接離心泵及各種管道

（3）過濾

（4）洗滌

（5）卸渣板框式壓濾機二、板框壓濾機4、板框壓濾機常見故障及排除板框壓濾機常見故障及排除現(xiàn)象故障處理方法漏液主軸磨損、濾板、濾框變形及橡膠膜損壞。調(diào)直或更換。進料壓力過高。調(diào)整進料壓力。壓緊面有雜質(zhì)。清除雜質(zhì)。進料口、出液口未擰緊。擰緊進出料管口。壓緊裝置失靈推力軸承損壞以至損壞螺桿。更換軸承、螺桿。大齒輪軸套螺母損壞。更換大齒輪軸套螺母。濾液渾濁或出液少濾布破損。更換或修補。壓緊面未壓著濾布。調(diào)整、鋪平濾布。三、轉(zhuǎn)筒真空過濾機1、結(jié)構(gòu)和工作原理

轉(zhuǎn)鼓真空過濾機主機由濾漿槽、轉(zhuǎn)筒、分配頭、刮刀等部件構(gòu)成。

轉(zhuǎn)鼓真空過濾機結(jié)構(gòu)示意圖三、轉(zhuǎn)筒真空過濾機1、結(jié)構(gòu)和工作原理轉(zhuǎn)鼓真空過濾機三、轉(zhuǎn)筒真空過濾機1、結(jié)構(gòu)和工作原理

轉(zhuǎn)鼓真空過濾機是連續(xù)式真空過濾設(shè)備，轉(zhuǎn)筒是一個轉(zhuǎn)軸呈水平放置的圓筒，圓筒一周為金屬網(wǎng)上覆以濾布構(gòu)成的過濾面，轉(zhuǎn)筒在旋轉(zhuǎn)的過程中，過濾面可依次浸入濾漿中。轉(zhuǎn)筒內(nèi)沿徑向分隔為若干各獨立的扇形格，每格都有單獨的孔道通至分配頭上。轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動時，借分配頭的作用使這些孔道依次與真空管及壓縮空氣管相通，因而，轉(zhuǎn)筒每旋轉(zhuǎn)一周，每個扇形格可依次完成過濾、洗滌、吸干、吹松、卸餅等操作。轉(zhuǎn)筒的過濾面積一般為5~40m2，浸沒部分占總面積的30%~40%，轉(zhuǎn)速約為0.1~3r/min。三、轉(zhuǎn)筒真空過濾機1、結(jié)構(gòu)和工作原理

分配頭是轉(zhuǎn)鼓真空過濾機的關(guān)鍵部件，由緊密貼合的轉(zhuǎn)動盤與固定盤構(gòu)成，轉(zhuǎn)動盤隨筒體一起轉(zhuǎn)動，固定盤內(nèi)側(cè)面開有若干長度不等的弧形凹槽，各凹槽分別與真空系統(tǒng)和吹氣系統(tǒng)相通。轉(zhuǎn)鼓真空過濾機結(jié)構(gòu)示意圖三、轉(zhuǎn)筒真空過濾機1、結(jié)構(gòu)和工作原理

操作時轉(zhuǎn)動盤與固定盤相對滑動旋轉(zhuǎn)，由固定盤上相連的不同作用的管路實現(xiàn)濾液吸出、洗滌水吸出及空氣壓入的操作。即當(dāng)轉(zhuǎn)筒上某些扇形格浸入料漿中時，與濾液吸出系統(tǒng)相通，進行真空吸濾，該部分扇形格離開液面時，繼續(xù)吸濾，吸走濾餅中殘余液體；當(dāng)轉(zhuǎn)到洗滌水噴淋處，與洗滌水吸出系統(tǒng)相通，在洗滌過程中將洗滌水吸走并脫水。在轉(zhuǎn)到與空氣壓入系統(tǒng)連接處時，濾餅被壓入的空氣吹并由刮刀刮下。在再生區(qū)，空氣將殘余濾渣從過濾介質(zhì)上吹除。

轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)一周，完成一個操作周期，連續(xù)旋轉(zhuǎn)便構(gòu)成連續(xù)的過濾操作。

三、轉(zhuǎn)筒真空過濾機2、轉(zhuǎn)鼓真空過濾機的特點

轉(zhuǎn)鼓真空過濾機的優(yōu)點是能連續(xù)自動操作，省人力，生產(chǎn)效率高，適用于處理易含過濾顆粒的濃懸浮液。對于難過濾的細、黏物料，采用助濾劑預(yù)涂的方式也比較方便。課堂小結(jié)1、基本知識

過濾原理、過濾推動力和阻力、深層過濾、過濾介質(zhì)、助濾劑、影響過濾速度的因素2、板框壓濾機（1）結(jié)構(gòu)和工作原理（2）板框式壓濾機的安裝（3）板框式壓濾機的操作規(guī)程3、轉(zhuǎn)筒真空過濾機（1）結(jié)構(gòu)和工作原理（2）轉(zhuǎn)筒真空過濾機的特點第三節(jié)

膜分離設(shè)備§6-3膜分離設(shè)備知識目標(biāo)要求:1.掌握膜分離過程；2.掌握常用膜的基本原理及其應(yīng)用；3.了解膜分離過程的分類、基本特征。能力目標(biāo)要求:1.能夠正確分析制藥生產(chǎn)過程，正確選擇合適的膜分離過程；2.熟練應(yīng)用所學(xué)的理論知識，解決實際生產(chǎn)操作問題?！?-3膜分離設(shè)備膜分離是在20世紀(jì)初出現(xiàn)，20世紀(jì)60年代后迅速崛起的一門分離新技術(shù)。膜分離技術(shù)由于兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，又有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級過濾及過濾過程簡單、易于控制等特征。一、膜分離技術(shù)

膜分離過程是用天然的或合成的、具有選擇透過性的薄膜為分離介質(zhì)，當(dāng)膜兩側(cè)存在某種推動力時，原料側(cè)液體或氣體混合物中的某一或某些組分選擇性地透過膜，以達到分離、分級、提純或富集的目的。1、膜分離過程一、膜分離技術(shù)

膜分離過程與其他傳統(tǒng)分離方法相比具有分離效率高、能耗較低、膜組件結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便、分離范圍廣等優(yōu)點，不僅適用于熱敏性物質(zhì)的分離、分級、濃縮與富集，而且適用于從病毒、細菌到微粒等各類有機物和無機物的分離及許多理化性質(zhì)相近的混合物的分離。1、膜分離過程一、膜分離技術(shù)

按照制造材質(zhì)，膜可分為有機高分子膜、無機膜。

按照分離顆粒直徑或質(zhì)量的大小，膜可分為微孔膜、超濾膜、納濾膜、反滲透膜和滲析膜等。2、膜的分類一、膜分離技術(shù)

（１）有機高分子膜

有機高分子膜材料主要包括纖維素類、聚酰胺類、聚四氟乙烯、聚氯乙烯。除此之外，還有聚砜、聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇等多種濾膜材料。2、膜的分類聚丙烯膜

聚四氟乙烯膜一、膜分離技術(shù)

（2）無機膜

無機膜可分為金屬膜材料和陶瓷膜材料。陶瓷膜材料主要包括A12O3、TiO2、ZrO2、SiO2等氧化物，以及胺化硅、碳化硅等非氧化物。2、膜的分類陶瓷膜一、膜分離技術(shù)

微濾、超濾、納濾、反滲透是四種較成功的膜分離技術(shù)。這些膜分離過程的設(shè)備和流程設(shè)計都相對比較成熟，在醫(yī)藥領(lǐng)域已有大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用和市場。其中微濾、超濾、納濾、反滲透相當(dāng)于過濾技術(shù)，用以分離溶解的溶質(zhì)或懸浮微粒的流體，因此也可稱為膜過濾技術(shù)。3、膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)一、膜分離技術(shù)

案例分析：

高速離心技術(shù)可使中藥水提液中懸浮的較大顆粒雜質(zhì)如藥渣、泥沙等得以沉淀分離，但藥液中非固體的大分子物質(zhì)需要用微濾技術(shù)進行除去。3、膜分離技術(shù)中藥液二、膜分離裝置

膜組件是按一定技術(shù)要求將膜及其支撐材料封裝在一起的組合構(gòu)件。它與相應(yīng)的構(gòu)架或容器、泵、閥門、儀表及管路等組成膜分離裝置。膜組件是膜分離裝置的核心部件。

膜組件二、膜分離裝置膜組件的基本要求為：1、流體流動速率均勻，無靜水區(qū)；2、具有良好的機械強度、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；3、具有盡可能高的裝填密度；低制造成本；4、膜或膜組件的裝拆、更換方便，容易維護；5、壓力損失小，能耗低。板框式膜組件管式膜組件螺卷式膜組件中空纖維式膜組件膜組件二、膜分離裝置

板框式膜分離裝置與板框式壓濾機相類似，由若干板框式膜組件重疊起來組成。板框式膜組件由板體、多孔薄板和膜三部分組成。1、板框式膜分離裝置板框式膜裝置二、膜分離裝置1、板框式膜分離裝置

板框式膜分離裝置的特點：板式膜裝置結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，體積比管式的小，其缺點是裝卸比較麻煩，單位體積膜的表面積小。二、膜分離裝置

管式膜分離裝置與多管式熱交換器相類似。它是將若干根直徑為10~20mm，長1~3m的反滲透管狀膜組件裝入多孔高壓管中構(gòu)成。

管式膜組件是將膜和支撐體均制成管狀，使二者組合，或者將膜直接刮制在支撐管的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，將數(shù)根膜管組裝在一起。2、管式膜分離裝置管式膜器二、膜分離裝置2、管式膜分離裝置

管式膜分離裝置的特點：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，安裝、維修方便；且水力條件好，不容易堵塞，清洗方便；能耐高壓，可以處理高粘度的原液。但管式膜分離裝置體積大，單位體積內(nèi)膜的表面積最小，而且兩頭需要較多的聯(lián)結(jié)部件，現(xiàn)在使用并不廣泛。二、膜分離裝置

螺卷式膜分離裝置主要由耐壓套管、膜組件、穿孔管組成。

螺卷式膜組件由平膜、導(dǎo)水墊層、格網(wǎng)組成。3、螺卷式膜分離裝置螺卷式膜分離裝置二、膜分離裝置3、螺卷式膜分離裝置

螺卷式膜分離裝置的特點：優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積的膜表面積大，操作方便。缺點是容易堵塞，不能拆洗，濃水難于循環(huán)，壓力損失大。三、膜分離技術(shù)的應(yīng)用