《制药工程原理与设备》沉降与过滤.ppt
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1、讲授人:史益强讲授人:史益强 Principles of Chemical Engineering制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤第四章第四章 沉降与过滤沉降与过滤settling andsettling and filtration filtration 讲授人:史益强讲授人:史益强制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤均相物系和非均相物系均相物系和非均相物系l液体:互溶液体、液体:互溶液体、悬浮液、泡沫液及乳浊液等悬浮液、泡沫液及乳浊液等存在相界面存在相界面l气体:全混气体、气体:全混气体、含尘气体、含雾气体等含尘气体、
2、含雾气体等分散相分散相(分散物质分散物质)连续相连续相(分散介质分散介质)概述概述机械分离机械分离非均相物系非均相物系分离目的:分离目的:l回收分散物质回收分散物质l净化分散介质净化分散介质l环保要求环保要求如液固分离、空气净化以及含尘气流中的药粉回收如液固分离、空气净化以及含尘气流中的药粉回收 制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤重力沉降重力沉降:在地球引力的作用下而发生的沉降:在地球引力的作用下而发生的沉降分离过程。分离过程。1.球形颗粒的自由沉降球形颗粒的自由沉降 颗粒受力分析:颗粒受力分析:第一节第一节 重力沉降重力沉降gravity settling
3、 制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤第一节第一节 重力沉降重力沉降gravity settling Fg FbFd=ma 沉降速度(终端速度沉降速度(终端速度settling volucity)ut 颗粒沉降过程:颗粒沉降过程:t=0,u=0,Fd为零为零,a具有最大值具有最大值 tuFda u增大至增大至ut时时 a=0 制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤2.阻力系数阻力系数 的确定的确定 第一节第一节 重力沉降重力沉降gravity settling 颗粒的流动雷诺数颗粒的流动雷诺数颗粒的球形度颗粒的球形度 与与Re及
4、及 之间之间的关系的关系 1)层流区层流区(10-4Re2)斯托克斯区斯托克斯区(Stokes)斯托克斯公式斯托克斯公式 制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤第一节第一节 重力沉降重力沉降gravity settling 颗粒的颗粒的 与与Re及及之间的关系之间的关系Re制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤2)过渡区过渡区(2Re500)艾伦区艾伦区(Allen)第一节第一节 重力沉降重力沉降gravity settling 艾伦公式艾伦公式 3)湍流区湍流区(500Re55mm制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章
5、 沉降与过滤沉降与过滤第三节第三节 过滤过滤filtrationfiltration 一、基本概念一、基本概念过滤过滤:以多孔材料为介质,在外力的作用下,使以多孔材料为介质,在外力的作用下,使悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截悬浮液中的液体通过介质的孔道而固体颗粒被截留,从而实现留,从而实现固、液分离固、液分离的操作。的操作。目的是获得清净的液体或固体产品,作为沉降、目的是获得清净的液体或固体产品,作为沉降、结晶、固液反应等操作的后续过程。结晶、固液反应等操作的后续过程。过滤属于机械分离操作,其分离速度较快,能过滤属于机械分离操作,其分离速度较快,能量消耗较低。量消耗较低。制药工程原理
6、与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤l滤浆滤浆slurry(料浆料浆)悬浮液悬浮液l滤液滤液filtrate l滤饼滤饼(滤渣滤渣)cake l过滤介质过滤介质medium 过滤过滤操作推动力操作推动力重力重力压强差压强差离心力离心力有无滤饼有无滤饼饼层过滤饼层过滤深层过滤深层过滤方式方式第三节第三节 过滤过滤一、基本概念一、基本概念制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤架桥现象架桥现象饼饼层层过过滤滤:起起分分离离作作用用的的是是滤滤饼饼层层,而而不不是是过过滤滤介介质质。适适用用于于分分离离颗颗粒粒含含量量较较高高(固固相相体体积积分率
7、分率1%1%)的悬浮液的悬浮液。第三节第三节 过滤过滤一、基本概念一、基本概念制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤深深层层过过滤滤:对对于于颗颗粒粒较较小小且且含含量量很很低低的的悬悬浮浮液液,可可用用较较厚厚的的粒粒状状床床层层(固固定定床床)作作为为过过滤滤介介质质进进行行过过滤滤。由由于于悬悬浮浮液液中中的的颗颗粒粒尺尺寸寸小小于于过过滤滤介介质质中中的的孔孔道道直直径径,因因此此当当颗颗粒粒随随液液体体进进入入床床层层内内细细长长而而弯弯曲曲的的孔孔道道时时,颗颗粒粒将将被被吸吸附附于于孔孔道道壁壁面面上上,在在过过滤滤介介质质床床层层之之上上并并不不
8、形形成成滤滤饼饼层层的的过滤。过滤。第三节第三节 过滤过滤一、基本概念一、基本概念制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤深床过滤深床过滤深深层层过过滤滤时时,真真正正起起过过滤作用的是过滤介质。滤作用的是过滤介质。深深层层过过滤滤适适用用于于颗颗粒粒很很小小、含含量量很很低低(固固相相体体积积分分率率0.1%)且且处处理理量量较较大大的的悬悬浮浮液液的的分分离离,如如自自来来水水的的净净化化、污污水水处处理理、浑浑浊浊药药液液的的澄澄清清以及分子筛脱色等。以及分子筛脱色等。第三节第三节 过滤过滤一、基本概念一、基本概念制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第
9、四章 沉降与过滤沉降与过滤过滤介质:过滤介质:l特性:特性:多孔多孔流阻小流阻小机械强度高机械强度高耐热、耐腐蚀耐热、耐腐蚀l分类:分类:织物介质织物介质(滤布滤布)多孔固体介质多孔固体介质粒状介质粒状介质织织物物介介质质包包括括由由棉棉、毛毛、丝丝、麻麻和和合合成成纤纤维维制制成成的的织织物物以以及及由由玻玻璃璃丝丝、金金属属丝丝等等织织成成的的网网,可可截截留留颗颗粒的最小直径为粒的最小直径为5 5 65 65 m m。粒粒状状介介质质有有砂砂、木木炭炭、分分子子筛筛等等细细小小而而坚坚硬硬的的颗颗粒状物质粒状物质,一般堆积成固定床层一般堆积成固定床层,用于深层过滤。用于深层过滤。多多孔孔
10、性性固固体体介介质质有有多多孔孔陶陶瓷瓷、多多孔孔塑塑料料及及多多孔孔金金属等制成的管或板属等制成的管或板,可截留颗粒的可截留颗粒的最小直径为最小直径为1 1 3 3 m m。第三节第三节 过滤过滤一、基本概念一、基本概念制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤化工原理课件化工原理课件第四章第四章 沉降与过滤沉降与过滤settling filtration 第三节第三节 过滤过滤一、基本概念一、基本概念织物介质织物介质粒状介质粒状介质 多孔性固体介质多孔性固体介质 多孔膜多孔膜滤饼种类:滤饼种类:l不可压缩滤饼:不可压缩滤饼:当当p p时时,(,(流阻流阻/滤饼厚
11、度滤饼厚度)const)constl可压缩滤饼:可压缩滤饼:当当p p时时,(,(流阻流阻/滤饼厚度滤饼厚度)助滤剂助滤剂l用法:用法:l常用:常用:硅藻土、珍珠岩粉、纤维粉末、碳粉和石棉粉硅藻土、珍珠岩粉、纤维粉末、碳粉和石棉粉l使用量一般不超过固体颗粒质量的使用量一般不超过固体颗粒质量的0.50.5。l一般以回收清净液体为目的的过滤,使用助滤剂是合一般以回收清净液体为目的的过滤,使用助滤剂是合适的。适的。防堵、减阻防堵、减阻预涂法预涂法预混法预混法第三节第三节 过滤过滤一、基本概念一、基本概念制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤第三节第三节 过滤过滤二、二
12、、过滤基本方程式基本方程式l空隙率空隙率l比表面积比表面积床层的空隙率和颗粒的比表面积床层的空隙率和颗粒的比表面积 制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤过过滤滤速速度度u u:单单位位时时间间内内通通过过单单位位过过滤滤面面积积的滤液体积的滤液体积,m m s s-1-1 滤滤液液通通过过滤滤饼饼的的流流动动与与流流体体在在管管内内的的流流动动相相似似,由由于于流流动动阻阻力力很很大大,流流速速很很低低,因因此此滤滤液通过饼层的流动一般为层流液通过饼层的流动一般为层流。第三节第三节 过滤过滤二、二、过滤基本方程式基本方程式制药工程原理与设备第四章制药工程原理与
13、设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤过过滤滤速速率率:单单位位时时间间内内获获得得的的滤滤液液体体积积,m m3 3 s s-1-1。第三节第三节 过滤过滤二、二、过滤基本方程式基本方程式制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤滤滤饼饼阻阻力力R R:对对于于不不可可压压缩缩滤滤饼饼,a a及及 均均可可视视为常数。令为常数。令 代入代入rr滤滤饼饼的的比比阻阻,m,m-2-2,是是单单位位厚厚度度的的滤滤饼饼所所具具有有的的阻阻力力,其其数数值值反反映映了了颗颗粒粒形形状状、大大小小及及床床层层空空隙隙率率对对滤滤液液流流动动的的影影响响。R=rLR=rL滤滤饼饼的
14、的阻阻力力,m,m-1-1 。第三节第三节 过滤过滤二、二、过滤基本方程式基本方程式制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤过过滤滤介介质质阻阻力力R Rm m:与与其其厚厚度度及及致致密密程程度度有有关关,一一般般为为常常数数。滤滤液液穿穿过过过过滤滤介介质质的的速速度度关关系系式式L Le e虚虚拟拟滤滤饼饼厚厚度度或或当当量量滤滤饼饼厚厚度度,即即与过滤介质阻力相当的滤饼层厚度,与过滤介质阻力相当的滤饼层厚度,m m;R Rm m=rL=rLe e过滤介质的阻力,过滤介质的阻力,m m-1-1。第三节第三节 过滤过滤二、二、过滤基本方程式基本方程式制药工程原
15、理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤滤滤饼饼与与过过滤滤介介质质的的面面积积相相同同,两两层层中中的的过过滤速度应相等。滤速度应相等。滤滤饼饼与与过过滤滤介介质质两两侧侧的的总压强降(过滤总推动力)。总压强降(过滤总推动力)。第三节第三节 过滤过滤二、过滤基本方程式二、过滤基本方程式制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤 过过滤滤的的总总推推动动力力:总总压压强强降降,总总阻阻力力为为两两层层的的阻阻力力之之和和。过过滤滤时时,若若一一侧侧处处于于大大气气压压下下,则则过过滤滤压压强强差差即即为为另另一一侧侧表表压压的的绝绝对对值值,故称
16、为过滤的表压强。故称为过滤的表压强。第三节第三节 过滤过滤二、二、过滤基本方程式基本方程式制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤过滤基本方程式过滤基本方程式 为为获获得得1m1m3 3滤滤液液所所形形成成的的滤滤饼饼体体积积,任任一一时时间间的的滤滤饼饼厚厚度度L L与与获获得得的的滤滤液液体体积积V V之之间间的的关系为关系为 V Ve e过滤介质的虚拟滤液体积。过滤介质的虚拟滤液体积。第三节第三节 过滤过滤二、二、过滤基本方程式基本方程式制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤由由 不可压缩滤饼的过滤基本方程式不可压缩滤饼的过滤
17、基本方程式表表示示过过滤滤过过程程中中任任一一时时间间的的过过滤滤速速率率与与各各影响因素之间的关系。影响因素之间的关系。及及 第三节第三节 过滤过滤二、过滤基本方程式二、过滤基本方程式制药工程原理与设备第四章制药工程原理与设备第四章 沉降与过滤沉降与过滤可压缩滤饼的比阻与过滤压强差之间的关系可压缩滤饼的比阻与过滤压强差之间的关系 r ro o单位压强差下滤饼的比阻,单位压强差下滤饼的比阻,m m-2-2;ss滤滤饼饼的的压压缩缩性性指指数数,其其值值与与滤滤饼饼的的可可压压缩缩程度有关,无因次。程度有关,无因次。s=0s=0 1 1。不可压缩滤饼不可压缩滤饼 s=0 s=0。第三节第三节 过
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