固液分离设备.doc

固液分离设备汪雷 2012170183摘要：固液分离（solid-liquid separation）就就是把生产中含水得中间或最终产品（包括排出物）得液相与固相分开，即从悬浮液中将固体颗粒与液相分离得作业。随着现代制药工业技术得发展，现代制药工业对固液分离得依赖性日益显现，本文概述了固液分离在制药工业领域应用得情况。简要评述了我国制药工业中固液分离设备得发展现状与国内外固液分离技术研究与发展得概况。关键词：固液分离 制药工业 分离设备引言相系分为两大类：一就是在连续相与分散相之间没有相界面、分离较难得均相物系。二就是在连续相与分散相之间存在着明显得相界面非均相物系。非均相物系由分散相与连续相组成，两相物理性质不同，因此可以用机械得方法将两相分离。固液分离可以分为两大类 :一就是沉降分离 ,一就是过滤分离。沉降分离就是颗粒相对于流体（静止或运动）运动得过程。过滤分离就是流体相对于固体颗粒床层运动而实现固液分离得过程。1、 固液分离设备分类固液分离设备也可以相应地分为两大类。在此基础上,根据推动力与操作特征进一步细分为若干种固液分离设备,如表1所示。品类繁多得固液分离设备使用户有更大范围得选择,对于固液分离得问题,一般总能找到最合适得固液分离设备。然而,正就是由于种类很多,一般用户对各种设备性能与缺乏深刻理解,所以在选择最合适得固液分离设备时总有许多困难。由于设备选择不当,不能满足技术要求得情况并不少见。下文便介绍了一般常用得固液分离设备,与固液分离设备选择得一般方法。当前除常用得固液分离设备与技术如真空过滤机与压滤机，过滤与沉降离心机，普通沉降浓密机（强化与高效浓度机），普通澄清机，有预涂层得过滤机、压滤机与深层床过滤机，上向式分离得气浮机，筛分、水力旋流器、磁分离、泡沫浮选以及凝聚与絮凝、助滤剂、洗涤、过滤介质及其选择等。表一 固液分离设备主要类型一览表1分离原理推动力操作特征典型设备沉降重力连续操作连续沉降槽 ( 鼓 ) 连续浓缩器 连续澄清器 流化床澄清器 斜板分级机 螺旋分级机 , 逆流分级机 , 泡沫浮选器间隙操作间隙沉降槽 ( 鼓 ) 沉降桶 澄清池离心力静止壁液固旋流器 液液 固旋流器 转动壁连续卸料卧螺离心机 立螺离心机 碟式分离机 螺碟离心机 管式分离机 室式分离机 , 离心浓缩机间隙卸料敝液管离心机 刮刀卸料沉降离心机电磁力高梯度磁分离器 静电分离器 电渗析脱水机过滤重力连续操作带式过滤器 振动筛 格栅间隙操作重力过滤器 砂层过滤器 袋式过滤器真空连续操作转鼓真空过滤机 圆盘真空过滤机 转台真空过滤 翻盘真空过滤机 带式真空过滤机间隙操作真空吸滤器 真空叶滤机 努契过滤器加压连续操作加压转鼓过滤机 加压圈盘过滤机 加压带式过滤 旋叶滤机 , 连续压滤机 , 螺旋压滤机 , 螺旋压榨机 , 锥盘压榷机旋叶压滤机 , 带式压间隙操作板框压滤机，压滤机，管式压滤貌 魏躲加压叶滤机，离心力卸料加压圆盘过滤机，筒式滤机，预涂层过滤机离心力连续卸料活塞离心机，离心力卸料离心机，振动离心机 进动离心机， 螺旋过滤离心，导向通道式过滤离心机间隙卸料三足式离心机 刮刀离心机 上悬式离心机2、 沉降分离设备沉降就是依靠外力得作用，利用分散物质（固相）与分散介质（液相）得密度差异，使之发生相对运动，而实现固液分离得过程。分为重力沉降与离心沉降。重力沉降操作得外力就是重力，适用于分离较大得固体颗粒；离心沉降操作得外力就是惯性离心力，适于分离两相密度差较小，颗粒粒度较细得非均相物系。A. 颗粒沉降过程 <一>受力分析2 颗粒与流体在力场中作相对运动时，受到三个力得作用：质量力F、浮力Fb、曳力Fd。对于一定得颗粒与流体，重力F、浮力Fb一定，但曳力Fd却随着颗粒运动速度而变化。当颗粒运动速度u等于某一数值后达到匀速运动，这时颗粒所受得诸力之与为零。 <二>球形颗粒得自由沉降速度 自由沉降：颗粒在重力沉降过程中不受周围颗粒与器壁影响得沉降。干扰沉降：固体颗粒在沉降过程中，因颗粒之间得相互影响而使颗粒不能正常沉降得过程。球形颗粒在静止流体中沉降时，颗粒受到得作用力有重力、浮力与阻力。当合力为零时，颗粒相对于流体得运动速度称为沉降速度，又称为“终端速度。终端速度计算式：其中 就是颗粒沉降时得阻力系数。并且就是颗粒对流体作相对运动时得雷诺数Re得函数。 与Re得关系可由实验测定，球形颗粒（s=1）得沉降速度曲线分为三个区域，即：（1） （ 10-4< Ret2） （2） （ 2< Ret <103 ） （3） （ 103Ret <2×105） 对应各区得沉降速度 ut得计算式为：（1）滞流区 (2) 过渡区 （3）湍流区 颗粒受力分析及图表<三>影响重力沉降得因素 1、颗粒形状：同一性质得固体颗粒，非球形颗粒得沉降阻力比球形颗粒得大得多，因此其沉降速度较球形颗粒得要小一些。2、干扰沉降：当颗粒得体积浓度>0、2% 时，干扰沉降不容忽视。3、器壁效应：当容器较小时，容器得壁面与底面均能增加颗粒沉降时得曳力，使颗粒得实际沉降速度较自由沉降速度低。 B. 重力沉降设备沉降槽3：籍重力沉降从悬浮液中分离出固体颗粒得设备称为沉降槽。如用于低浓度悬浮液分离时亦称为澄清器；用于中等浓度悬浮液得浓缩时，常称为浓缩器或增稠器。 沉降槽适于处理颗粒不太小、浓度不太高，但处理量较大得悬浮液得分离。这种设备具有结构简单，可连续操作且增稠物浓度较均匀得优点，缺点就是设备庞大，占地面积大、分离效率较低。 C. 离心沉降设备碟式离心机：可快速连续得对固液与液液进分离，就是立式离心机得一种，转鼓装在立轴上端，通过传动装置由电动机驱动而高速旋转。转鼓内有一组互相套叠在一起得碟形零件-碟片。碟片与碟片之间留有很小得间隙。悬浮液（或乳浊液）由位于转鼓中心得进料管加入转鼓。当悬浮液（或乳浊液）流过碟片之间得间隙时，固体颗粒（或液滴）在离心机作用下沉降到碟片上形成沉渣（或液层）。沉渣沿碟片表面滑动而脱离碟片并积聚在转鼓内直径最大得部位，分离后得液体从出液口排出转鼓。碟片得作用就是缩短固体颗粒（或液滴）得沉降距离、扩大转鼓得沉降面积，转鼓中由于安装了碟片而大大提高了分离机得生产能力。积聚在转鼓内得固体在分离机停机后拆开转鼓由人工清除，或通过排渣机构在不停机得情况下从转鼓中排出。卧式螺旋沉降离心机4：卧螺离心机就是一种卧式螺旋卸料、连续操作得沉降设备。本类离心机工作原理为：转鼓与螺旋以一定差速同向高速旋转，物料由进料管连续引入输料螺旋内筒，加速后进入转鼓，在离心力场作用下，较重得固相物沉积在转鼓壁上形成沉渣层。输料螺旋将沉积得固相物连续不断地推至转鼓锥端，经排渣口排出机外。较轻得液相物则形成内层液环，由转鼓大端溢流口连续溢出转鼓，经排液口排出机外。3、 过滤分离设备中药提取液中有效成分与多糖及其她无效成分得分离，发酵液得预处理，液体制剂去除热源等单元操作都就是制药生产中得过滤分离过程。按照过滤得原理不同可以分为滤饼过滤与深层过滤两种方法。滤饼过滤：固体堆积在滤材上并架桥形成滤饼层得过滤方式 。深层过滤：指颗粒沉积在床层内部得孔道壁上而并不形成滤饼得过滤方式。 A. 过滤基本方程式：过滤基本方程式表示过滤过程中某一瞬间得过滤速率与各有关因素得相互关系。对于不可压缩性滤饼有如下计算式：B. 过滤设备板框压滤机：混合液流经过滤介质（滤布），固体停留在滤布上，并逐渐在滤布上堆积形成过滤泥饼。而滤液部分则渗透过滤布，成为不含固体得清液。与其它固液分离设备相比，压滤机过滤后得泥饼有更高得含固率与优良得分离效果。真空转鼓过滤机5: 它有一水平转鼓，鼓壁开孔，鼓面上铺以支承板与滤布，构成过滤面。过滤面下得空间分成若干隔开得扇形滤室。各滤室有导管与分配阀相通。转鼓每旋转一周，各滤室通过分配阀轮流接通真空系统与压缩空气系统，顺序完成过滤、洗渣、吸干、卸渣与过滤介质（滤布）再生等操作。在转鼓得整个过滤面上，过滤区约占圆周得1/3,洗渣与吸干区占1/2,卸渣区占1/6,各区之间有过渡段。过滤时转鼓下部沉浸在悬浮液中缓慢旋转。沉没在悬浮液内得滤室与真空系统连通，滤液被吸出过滤机，固体颗粒则被吸附在过滤面上形成滤渣。滤室随转鼓旋转离开悬浮液后，继续吸去滤渣中饱含得液体。当需要除去滤渣中残留得滤液时，可在滤室旋转到转鼓上部时喷洒洗涤水。这时滤室与另一真空系统接通，洗涤水透过滤渣层置换颗粒之间残存得滤液。滤液被吸入滤室，并单独排出，然后卸除已经吸干得滤渣。这时滤室与压缩空气系统连通，反吹滤布松动滤渣，再由刮刀刮下滤渣。压缩空气（或蒸汽）继续反吹滤布，可疏通孔隙，使之再生。4、 新式设备介绍6陶氏化学公司（NYSE:DOW）推出一种针对高难度水处理得获奖创新产品：TEQUATICTMPLUS精密颗粒过滤器。凭借其专利设计，TEQUATICTM PLUS精密颗粒过滤器将连续清洗、错流过滤以及离心分离与固体收集功能集成于一个装置中，此技术已经在诸多应用领域证明了其重要价值。a) 针对高难度水处理得技术 TEQUATICTM PLUS精密颗粒过滤器由陶氏化学公司得全资子公司Clean Filtration Technologies LLC（简称“CFT”）生产。TEQUATICTM PLUS精密颗粒过滤器在高难度水处理领域就是一项具有突破性得产品，能够可靠、稳定且经济地处理总悬浮固体颗粒（TSS）极高而且变化范围极大得原水，克服诸如滤芯、滤袋与多介质过滤器等传统技术存在得各种缺点。该技术可以处理固体颗粒含量从1到10,000毫克/升得原水而无须频繁更换滤片，即使就是在有油得情况下亦就是如此。TEQUATICTM PLUS精密颗粒过滤器不仅为水处理领域带来一系列全新得可能性，而且亦使客户能够在更广得范围内选择陶氏水处理及过程解决方案所提供得水净化与分离技术产品。b) 性能优势 与其它技术不同，TEQUATICTM PLUS精密颗粒过滤器可以在实现极高得水回收率（一般都不低于99%）得同时，稳定地过滤固体颗粒含量高而且变化极大得原水，设备维护量、污堵情况以及反冲洗周期均大幅度减少，而且不存在更换滤芯或滤袋得问题。c) 应用得多样性 TEQUATICTM PLUS精密颗粒过滤器专门针对非饮用水应用领域。其功能非常灵活，可作为一级过滤器、超滤（UF）与反渗透（RO）得预过滤器，亦可作为水再利用技术之后得后过滤器。d) 关键技术 TEQUATICTM PLUS精密颗粒过滤器利用原水进入过滤器后得压力，使水流在过滤室中快速冲刷，推动过滤室中得扇叶，将原水中较大得颗粒快速均匀地带入过滤室，通过离心力将较重得固体颗粒离心到过滤室得壁上，并且在重力得作用下渐渐沉降，进入下方得收集室。较为干净得过滤水则在压力作用下通过过滤膜，从上方流出。没有通过过滤膜得水则从下方再次进入循环。参考文献：1 李永改,彭安均,张鹏、 两种常用固液分离技术得分析与比较J、 科技信息、 2010(21)2 张俊福,余承烈、 高效固液分离设备得设计与试验J、 净水技术、 2005(01)3 张慧,孙世钢、 螺旋式固液分离设备得分类及应用J、 大连大学学报、 2004(04)4 余承烈、 一种高效固液分离设备J、 净水技术、 2004(03)5 艾光富,张传忠,解雷雷,盖涛,黄梅玲、 滚筒式固液分离装置得设计J、 科技信息、 2010(35)6Liu X X, Pan Q Y, Su H、 Study on Cross-Flow Solid-Liquid Separation TechnologyJ、 Advanced Materials Research, 2013, 712: 748-754、