制藥工程課件

1、第10章 機(jī)械分離設(shè)備,依靠機(jī)械作用力，對(duì)固—液、液—液、氣—液、氣—固等非均相混合物進(jìn)行分離的設(shè)備均稱為機(jī)械分離設(shè)備。 常用的非均相分離方法主要有以下三種：過濾法、沉降法、離心分離。 按分離的推動(dòng)力不同，機(jī)械分離設(shè)備可分為：加壓過濾、真空過濾、離心過濾、離心沉降、重力沉降、旋流分離等。,常壓過濾效率低，僅適用于易分離的物料，加壓和真空過濾機(jī)在制藥工業(yè)中被廣泛采用。 10．1 加壓過濾機(jī)

2、 在濾室內(nèi)施加高于常壓的操作壓力的過濾機(jī)稱為加壓過濾機(jī)，簡(jiǎn)稱壓濾機(jī)。壓濾機(jī)的過濾推動(dòng)力大、過濾速率高，單位過濾面積占地少，對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)、過濾面積的選擇范圍寬，應(yīng)用十分廣泛。 加壓過濾機(jī)按操作特點(diǎn)可分為間歇式和連續(xù)式兩類。,10．1．1 間歇式加壓過濾機(jī) 間歇式加壓過濾機(jī)的加料、過濾、洗滌、吹除、卸餅等操作過程是依次周期性間歇地進(jìn)行的，其價(jià)格低、適應(yīng)性強(qiáng)，

3、結(jié)構(gòu)形式多。最常用的有板框壓濾機(jī)、廂式壓濾機(jī)、加壓葉濾機(jī)以及筒式壓濾機(jī)等。10．1．1．1 板框壓濾機(jī)和廂式壓濾機(jī) (1)板框壓濾機(jī) 板框壓濾機(jī)是由多塊濾板與濾框交替重疊排列組成，也可豎直排列成立式結(jié)構(gòu)。濾板和濾框有矩形的、方形的或圓形的，可用金屬、塑料或木材等材料制成。濾板的表面上設(shè)有排液溝槽和支撐濾布用的凸起。在板與框加工平整的表面之間夾有濾布，兩塊濾布與濾框之間構(gòu)成濾室。,(2)廂式壓濾機(jī) 廂式壓濾機(jī)與板框壓濾

4、機(jī)相似，但是只有濾板，沒有濾框。每塊濾板均有凸起的周邊，代替濾框作用，故濾板表面呈凹形。兩塊濾板的凸緣相對(duì)合構(gòu)成濾室。廂式壓濾機(jī)濾板的中央大多開有圓孔，作為料漿供料通孔。濾液仍從各濾板邊角處開孔引出。廂式壓濾機(jī)與板框壓濾機(jī)相比，其機(jī)件少，單位過濾面積的造價(jià)可降低15％左右；由于密封面減少，密封更可靠。但是濾布安裝與清洗麻煩，濾布容易折損，操作成本較高。相比之下，大多用于大處理量的生產(chǎn)中。,10．1．2 加壓葉濾機(jī)

5、 加壓葉濾機(jī)主要用于懸浮液中固體含量較少(≤1％)，和需要液相而廢棄固相的場(chǎng)合，如用于制藥的分離過程等。與其他形式的加壓過濾機(jī)相比，具有以下特點(diǎn)。 ①濾葉等部件均采用不銹鋼制造。 ②槽體容易實(shí)現(xiàn)保溫或加熱，可用于過濾操作要求在較高溫度下進(jìn)行的場(chǎng)合。 ③密封性較好，操作比較安全，適用于易揮發(fā)液體的過濾。 ④濾布的損耗量低。,(1)立式垂直濾葉加壓葉濾機(jī) 立式垂直濾葉加壓葉濾機(jī)的濾葉通常為矩形，在下封頭處與水平放置的

6、集液管相連并密封，濾液由集液管引出機(jī)外。可在濾槽的上封頭內(nèi)裝噴淋系統(tǒng)，用以卸除濾餅。此外，集液管上可設(shè)置振動(dòng)機(jī)構(gòu)，以機(jī)械振動(dòng)卸除濾餅；也有將集液管設(shè)在頂部，濾葉懸吊在集液管下方，利用空氣反吹除渣。有時(shí)在排渣口附近還可專門設(shè)置清洗水管，以利卸渣。 (2)立式水平濾葉加壓葉濾機(jī) 立式水平濾葉加壓葉濾機(jī)適用于小規(guī)模、間歇性生產(chǎn)。立式濾槽與濾葉組間的間隙極小，密集組裝的濾葉中心孔相疊而成集液管，過濾結(jié)束時(shí)濾槽中幾乎沒有殘液，拆

7、機(jī)方可卸餅。,10．1．2 連續(xù)式加壓過濾機(jī) 連續(xù)式加壓過濾機(jī)的加料、過濾、洗滌、吹除和卸餅等操作過程為同時(shí)連續(xù)進(jìn)行。與真空過濾相比，具有過濾速度高、含濕量低、環(huán)境潔凈且更適于自動(dòng)化控制操作等特點(diǎn)。,10. 1．2．1 轉(zhuǎn)鼓加壓過濾機(jī) 轉(zhuǎn)鼓加壓過濾機(jī)是在靜止外筒內(nèi)套裝轉(zhuǎn)鼓，外形及結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)相似。轉(zhuǎn)鼓與外筒之間由隔板分隔成過濾、洗滌、干燥、卸餅及濾布清洗等若干區(qū)域，操作時(shí)，用泵向過濾

8、區(qū)輸送料漿進(jìn)行過濾；然后用熱水或溶劑洗滌濾餅；在干燥區(qū)以過熱蒸汽或壓縮空氣置換濾餅中的殘液；在卸餅區(qū)有壓縮空氣自鼓內(nèi)向外反吹使濾餅剝離，并用刮刀卸餅；卸餅后的濾布用洗水噴嘴清洗。 轉(zhuǎn)鼓加壓過濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)是操作連續(xù)、濾餅含濕量低、洗滌效果好、洗水耗量低。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修較困難、造價(jià)高。 轉(zhuǎn)鼓加壓過濾機(jī)適于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。,10．1 ．2．2 連續(xù)式加壓葉濾機(jī) (1)立式連續(xù)加壓

9、葉濾機(jī) 立式濾槽沿周向分割成幾個(gè)濾室，幾組矩形濾葉沿立軸間歇升降并回轉(zhuǎn)，以跨過各濾室的隔墻。當(dāng)濾葉組進(jìn)入料漿室中，即進(jìn)行過濾并形成濾餅；濾葉組降入卸餅室中，可用空氣反吹卸料；運(yùn)行中連續(xù)供料，由閥門控制間歇排渣。該機(jī)型主要用于難過濾藥品的過濾，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間占據(jù)高度大。 (2)臥式連續(xù)加壓葉濾機(jī) 六組垂直圓盤形濾州裝在空心濾軸上，由齒輪箱拖動(dòng)其既進(jìn)行自轉(zhuǎn)又進(jìn)行公轉(zhuǎn)。濾槽內(nèi)保持一定的料漿高度，各組濾葉依次沉入料漿中完成

10、過濾和成餅過程。當(dāng)濾葉旋出液面后，密閉濾槽中的恒壓氣體進(jìn)一步使濾餅脫水，與過濾及脫水的圓盤相連的排液閥是關(guān)閉的，此時(shí)有吹氣閥與其相連，將濾餅吹落到輸送帶上。排渣管中的料位將控制排渣閥間歇打開，并將濾渣排出。這種機(jī)型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適于大規(guī)模生產(chǎn)和自動(dòng)化控制操作。,10. 1．2．3 動(dòng)態(tài)旋葉壓濾機(jī) 動(dòng)態(tài)壓濾機(jī)分為旋葉壓濾機(jī)和旋管壓濾機(jī)，是應(yīng)用動(dòng)態(tài)過濾原理，利用旋轉(zhuǎn)件產(chǎn)生高剪切力，從而限制濾餅層的厚度，獲得很高的過濾速度。

11、特別適合于高分散度、低濃度及可壓縮性物料的過濾。,10．2 真空過濾機(jī) 真空過濾機(jī)是用抽真空的方法抽取濾室內(nèi)的氣體，使濾室與大氣之間產(chǎn)生壓差，迫使濾液穿過過濾介質(zhì)，固體顆粒被過濾介質(zhì)截留，已達(dá)到固液分離的目的。 真空過濾機(jī)原理和加壓過濾機(jī)原理基本相同，所不同的是由于濾室內(nèi)過濾介質(zhì)的一側(cè)壓力低于大氣壓，推動(dòng)力較小。,10．2．1 真空抽濾器 真空抽濾器也稱吸濾缸，是在真空操作

12、下最簡(jiǎn)單的過濾設(shè)備。通常采用陶質(zhì)制品或搪瓷制品。缸體是圓筒形，上部敞口，中部有一塊過濾隔板，下部為濾液室，裝有真空接口和放濾液口，在隔板上鋪濾布，懸浮液從上部敞口放入，在真空抽濾下濾液通過濾布和過濾隔板的孔跟，進(jìn)入濾液室，濾渣留在濾布上。過濾后濾渣可以洗滌，濾干后濾渣從敞口取出。 吸濾缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠、價(jià)格低廉、耐腐蝕，濾渣可以洗滌。缺點(diǎn)是過濾面積小、速度慢、人工間歇操作、濾渣中含液量也較多。適用于懸浮液中含

13、固相量較少的場(chǎng)合。,10．2．2 轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī) 轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)是一種連續(xù)式的過濾機(jī)。其特點(diǎn)是把過濾、洗滌、吹干、卸渣和清洗濾布等幾個(gè)階段的操作在轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)過程中完成，轉(zhuǎn)筒每旋轉(zhuǎn)一周，過濾機(jī)完成一個(gè)循環(huán)周期。 轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)的主要部件是一個(gè)水平放置的回轉(zhuǎn)圓筒，簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)筒。筒上鉆有許多小孔，外面包上金屬網(wǎng)和濾布。筒的內(nèi)部用隔板分成12個(gè)互不相通的扇形格，一端與分配頭相接。,轉(zhuǎn)筒在操作時(shí)可以分成如

14、下幾個(gè)區(qū)域。 ①過濾區(qū)。浸在懸浮液內(nèi)的各個(gè)扇形格同真空管路相接通，由于轉(zhuǎn)筒內(nèi)外壓力差的作用，濾液穿過濾布后被吸入扇形格內(nèi)，經(jīng)分配頭被吸出，在濾布上則形成一層逐漸增厚的濾渣。 ②吸干區(qū)。當(dāng)扇形格離開懸浮液時(shí)，濾渣在真空下被吸干。 ③洗滌區(qū)。洗滌水噴灑在濾渣上，經(jīng)分配頭被吸出。濾渣被洗滌后被吸干。 ④吹松區(qū)。壓縮空氣從內(nèi)向外吹向?yàn)V渣，使其松動(dòng)，以便卸料。 ⑤濾布復(fù)原區(qū)。移近到刮刀濾渣被刮落下來。濾渣被

15、刮落后，可由扇形格內(nèi)部通入壓縮空氣或蒸汽，將濾布吹洗干凈，開始下一循環(huán)的操作。 各操作區(qū)域之間，都有不大的休止區(qū)域。這樣，當(dāng)扇形格從一個(gè)操作區(qū)域轉(zhuǎn)向另一個(gè)操作區(qū)域時(shí)，各操作區(qū)域不致互相連通。,轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是在于操作自動(dòng)化，單位過濾面積的生產(chǎn)能力大，只要改變過濾機(jī)的轉(zhuǎn)速便可以調(diào)節(jié)濾餅的厚度。缺點(diǎn)是過濾面積遠(yuǎn)小于板框壓濾機(jī)，設(shè)備結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，濾渣的含濕量比較高，一般為10％～30％，洗滌也不夠徹底等。轉(zhuǎn)筒

16、真空過濾機(jī)適用于顆粒不太細(xì)，黏性不太大的懸浮液，溫度太高的懸浮液。,10．3 過濾離心機(jī) 利用離心力作為推動(dòng)力分離液相非均相的過程稱為離心分離。其設(shè)備稱為離心機(jī)，有時(shí)也稱為離心設(shè)備。 用作固液分離的離心設(shè)備一般可分為兩類：①過濾離心裝置；②離心沉降機(jī)。,三足式離心機(jī) 三足式離心過濾機(jī)大多為過濾式離心機(jī)，是制藥廠中應(yīng)用較普遍的離心機(jī)。按卸料方式分有工人上部卸料和刮刀下部卸料

17、兩種形式。 三足式離心機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作平穩(wěn)、占地面積小、過濾推動(dòng)力大、過濾速度快、濾渣可洗滌、濾渣含液量低。缺點(diǎn)是：需從轉(zhuǎn)筒上部卸除濾餅；需要比較繁重的體力勞動(dòng)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和制動(dòng)都在機(jī)身下部，易受腐蝕。 三足式離心機(jī)適用于過濾周期長(zhǎng)、處理量不大、但濾渣要求含液量低的過濾。對(duì)粒狀、結(jié)晶狀或纖維狀的物料脫水效果好，晶體不易磨損。操作的過濾時(shí)間可根據(jù)濾渣中濕含量的要求進(jìn)行控制，靈活方便，

18、故廣泛用于小批量、多品種物料的分離。,10．4 沉降離心機(jī) 沉降離心的原理：轉(zhuǎn)筒繞其垂直軸旋轉(zhuǎn)，此時(shí)液體和固體顆粒都受到兩個(gè)力的作用：向下的重力和水平方向的離心力。對(duì)于工業(yè)離心機(jī)，其離心力遠(yuǎn)大于重力，以致于實(shí)際上可忽略重力。 典型的沉降離心機(jī)有三足式沉降離心機(jī)和螺旋卸料沉降離心機(jī)兩種。,10．4．1 三足式沉降離心機(jī) 三足式沉降離心機(jī)工作原理：物料進(jìn)入高速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)鼓底

19、部，在離心力作用下，固體顆粒沉降至轉(zhuǎn)鼓壁，澄清的液體沿轉(zhuǎn)鼓向上流動(dòng)，經(jīng)攔液板連續(xù)溢流排出。當(dāng)沉渣達(dá)到一定厚度時(shí)停止進(jìn)料。澄清液先用撇液管撇出機(jī)外，剩下較干的沉渣經(jīng)轉(zhuǎn)鼓底的卸渣口排出；或者停車用人工從上部卸料；也可以用特殊噴嘴加入的液體重新制漿，然后將漿液排出機(jī)外。 該機(jī)型分離效率較低，一般只適宜處理較易分離的物料；該機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，適應(yīng)性強(qiáng)，操作方便。常用于中小規(guī)模的生產(chǎn)。,10．4．2 螺旋卸料沉降離心

20、機(jī)10．4．2．1 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī) (1)工作原理 臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)簡(jiǎn)稱臥螺離心機(jī)，其工作原理：轉(zhuǎn)鼓和和螺旋輸送器同軸心安裝在主軸承上，螺旋葉片外緣與轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁之間有微小間隙，由于差動(dòng)器的差動(dòng)作用，使螺旋與轉(zhuǎn)鼓有一轉(zhuǎn)速差。被分離的懸浮液從中心加料管進(jìn)入螺旋輸送器內(nèi)筒，然后再進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)。固體粒子在離心力的作用下沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面上，由螺旋推送到小端排出轉(zhuǎn)鼓。分離液由轉(zhuǎn)鼓大端的溢流孔排出。,10．4．2．2 立式

21、螺旋卸料沉降離心機(jī) 該機(jī)型的工作原理與臥螺離心機(jī)基本相同，主要是轉(zhuǎn)鼓的位置布置和支撐方式不同。被分離的物料從下部的中心進(jìn)料管經(jīng)螺旋輸送器內(nèi)筒的加料室進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，在離心力的作用下固相顆粒沉降到鼓壁內(nèi)表面，由螺旋輸送器向下推至轉(zhuǎn)鼓小端的排渣口排出，液相則沿螺旋通道向上流動(dòng)，澄清液由溢流口排出轉(zhuǎn)鼓，從機(jī)殼中部的排液管排出。,10. 5 離心分離機(jī)10. 5. 1 碟式分離機(jī) 碟式分離機(jī)

22、按分離原理分為離心澄清型和離心分離型兩類。澄清型用于懸浮液中分散有微米和亞微米固體顆粒的分離；分離型用于乳濁液的分離，即液—液分離。碟式分離器的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝許多倒錐形碟片，碟片數(shù)為30～100片。 分離乳濁液的碟式分離機(jī)，碟片上開有小孔，乳濁液通過小孔流到碟片間隙。在離心力作用下，重液傾斜沉向于轉(zhuǎn)鼓的器壁，由重液排出口流出。輕液則沿斜面向上移動(dòng)，匯集后由輕液排出口流出。10. 5. 2 管式分離機(jī)

23、 管式分離機(jī)適用于含固量低于1％、固相粒度小于5微米、黏度較大的懸浮液澄清，或用于輕液相與重液相密度差小、分散性很高的乳濁液及液—液—固三相混合物的分離。管式分離機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，操作維修方便，但是單機(jī)生產(chǎn)能力較小，需停車清除轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的沉渣。,,10．6 旋風(fēng)分離器 旋風(fēng)分離器是利用氣態(tài)非均相在作高速旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的離心力，將粉塵從氣流中分離出來的干式氣固分離設(shè)備。 目前已

24、有螺旋型、蝸旋型、旁路型、擴(kuò)散型、旋流型和多管式等各種形式的旋風(fēng)分離器。,10．6．1 工作原理 常用的(切流)切向?qū)耸叫L(fēng)分離器的分離原理。含塵氣流一般以12～30m／s速度由進(jìn)氣管進(jìn)入旋風(fēng)分離器，氣流將由直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)氣流的絕大部分，沿器壁自圓筒體呈螺旋形向下朝錐體流動(dòng)。此外，顆粒在離心力的作用下，被甩向器壁，塵粒一旦與器壁接觸，便失去慣性力，而靠器壁附近的向下軸向速度的動(dòng)量沿壁面下落，進(jìn)入排灰

25、管。旋轉(zhuǎn)下降的外旋氣流，在下降過程中不斷向分離器的中心部分流入，形成向心的徑向氣流，這部分氣流就構(gòu)成了旋轉(zhuǎn)向上的內(nèi)旋流。內(nèi)、外旋流的旋轉(zhuǎn)方向是相同的。最后凈化氣經(jīng)排氣管排出器外，,旋風(fēng)分離器的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作彈性大，對(duì)于捕集5～10微米以上的粉塵，效率較高、管理維修方便，價(jià)格低廉。因此，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，特別是在粉塵顆粒較粗，含塵濃度較大，高溫、高壓條件下，或是在流化床反應(yīng)器內(nèi)作為內(nèi)旋風(fēng)分離器，或作為預(yù)分離器等方面，是極其良

26、好的分離設(shè)備。但是它對(duì)細(xì)塵粒的分離效率較低。,10．7 袋式過濾器 袋式過濾器簡(jiǎn)稱袋濾器是利用過濾材料，使固體顆粒從含塵氣體中分離出來的一種分離設(shè)備。由于一次性投資比電除塵器少，運(yùn)行費(fèi)用比高效濕式除塵器低，而分離效率又比旋風(fēng)分離器高，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)裝置中。 袋式過濾器特點(diǎn)是：①除塵效率高，性能穩(wěn)定，可以捕集不同性質(zhì)的粉塵，入口濃度對(duì)其過濾性能影響不大，并不受處理氣量的限制②主要用于氣體

27、除塵，對(duì)1—5微米細(xì)微粒的分離效率可達(dá)99％以上③以有機(jī)纖維或無機(jī)纖維作為濾料，一般僅適用于250℃以下粉塵。,袋式過濾器種類很多，其分類如下： (1)按含塵氣流進(jìn)氣方式分類 可分為內(nèi)濾式和外濾式。內(nèi)濾式系粉塵被截留在濾袋內(nèi)。外濾式則反之，粉塵被截留在濾袋外。為防止濾袋被吹癟，外濾式在濾袋內(nèi)必須設(shè)置骨架。內(nèi)濾式一般適用于機(jī)械振打清灰方式，而外濾式適用于脈沖清灰和逆氣流反吹清灰。 (2)按含塵氣體的流向與被分離粉塵的下落

28、方向分類 可分為順流式和逆流式。 (3)按清灰方式分類 袋式過濾器可分為：機(jī)械振打式、氣環(huán)反吹式及脈沖袋式過濾器等。 (4)按過濾器內(nèi)的壓力分類 可分為負(fù)壓式和正壓式。 (5)按濾袋的形狀分類 可分為圓袋和扁袋兩種。,10．7．2 濾料的選擇 濾料有天然纖維，化學(xué)纖維以及纖維混合等多種，目前廣泛采用的是合成纖維，如滌綸、尼龍、維尼綸等。選擇濾料除必須考慮含塵氣體的溫度、濕度、酸堿性