制药工程课件

第10章机械分离设备依靠机械作用力，对固—液、液—液、气—液、气—固等非均相混合物进行分离的设备均称为机械分离设备。常用的非均相分离方法主要有以下三种：过滤法、沉降法、离心分离。按分离的推动力不同，机械分离设备可分为：加压过滤、真空过滤、离心过滤、离心沉降、重力沉降、旋流分离等。常压过滤效率低，仅适用于易分离的物料，加压和真空过滤机在制药工业中被广泛采用。10．1加压过滤机在滤室内施加高于常压的操作压力的过滤机称为加压过滤机，简称压滤机。压滤机的过滤推动力大、过滤速率高，单位过滤面积占地少，对物料的适应性强、过滤面积的选择范围宽，应用十分广泛。加压过滤机按操作特点可分为间歇式和连续式两类。10．1．1间歇式加压过滤机间歇式加压过滤机的加料、过滤、洗涤、吹除、卸饼等操作过程是依次周期性间歇地进行的，其价格低、适应性强，结构形式多。最常用的有板框压滤机、厢式压滤机、加压叶滤机以及筒式压滤机等。10．1．1．1板框压滤机和厢式压滤机(1)板框压滤机板框压滤机是由多块滤板与滤框交替重叠排列组成，也可竖直排列成立式结构。滤板和滤框有矩形的、方形的或圆形的，可用金属、塑料或木材等材料制成。滤板的表面上设有排液沟槽和支撑滤布用的凸起。在板与框加工平整的表面之间夹有滤布，两块滤布与滤框之间构成滤室。(2)厢式压滤机厢式压滤机与板框压滤机相似，但是只有滤板，没有滤框。每块滤板均有凸起的周边，代替滤框作用，故滤板表面呈凹形。两块滤板的凸缘相对合构成滤室。厢式压滤机滤板的中央大多开有圆孔，作为料浆供料通孔。滤液仍从各滤板边角处开孔引出。厢式压滤机与板框压滤机相比，其机件少，单位过滤面积的造价可降低15％左右；由于密封面减少，密封更可靠。但是滤布安装与清洗麻烦，滤布容易折损，操作成本较高。相比之下，大多用于大处理量的生产中。10．1．2加压叶滤机加压叶滤机主要用于悬浮液中固体含量较少(≤1％)，和需要液相而废弃固相的场合，如用于制药的分离过程等。与其他形式的加压过滤机相比，具有以下特点。①滤叶等部件均采用不锈钢制造。②槽体容易实现保温或加热，可用于过滤操作要求在较高温度下进行的场合。③密封性较好，操作比较安全，适用于易挥发液体的过滤。④滤布的损耗量低。(1)立式垂直滤叶加压叶滤机立式垂直滤叶加压叶滤机的滤叶通常为矩形，在下封头处与水平放置的集液管相连并密封，滤液由集液管引出机外。可在滤槽的上封头内装喷淋系统，用以卸除滤饼。此外，集液管上可设置振动机构，以机械振动卸除滤饼；也有将集液管设在顶部，滤叶悬吊在集液管下方，利用空气反吹除渣。有时在排渣口附近还可专门设置清洗水管，以利卸渣。(2)立式水平滤叶加压叶滤机立式水平滤叶加压叶滤机适用于小规模、间歇性生产。立式滤槽与滤叶组间的间隙极小，密集组装的滤叶中心孔相叠而成集液管，过滤结束时滤槽中几乎没有残液，拆机方可卸饼。10．1．2连续式加压过滤机连续式加压过滤机的加料、过滤、洗涤、吹除和卸饼等操作过程为同时连续进行。与真空过滤相比，具有过滤速度高、含湿量低、环境洁净且更适于自动化控制操作等特点。10.1．2．1转鼓加压过滤机转鼓加压过滤机是在静止外筒内套装转鼓，外形及结构与转鼓真空过滤机相似。转鼓与外筒之间由隔板分隔成过滤、洗涤、干燥、卸饼及滤布清洗等若干区域，操作时，用泵向过滤区输送料浆进行过滤；然后用热水或溶剂洗涤滤饼；在干燥区以过热蒸汽或压缩空气置换滤饼中的残液；在卸饼区有压缩空气自鼓内向外反吹使滤饼剥离，并用刮刀卸饼；卸饼后的滤布用洗水喷嘴清洗。转鼓加压过滤机优点是操作连续、滤饼含湿量低、洗涤效果好、洗水耗量低。缺点是结构复杂、维修较困难、造价高。转鼓加压过滤机适于大规模生产应用。10．1．2．2连续式加压叶滤机(1)立式连续加压叶滤机立式滤槽沿周向分割成几个滤室，几组矩形滤叶沿立轴间歇升降并回转，以跨过各滤室的隔墙。当滤叶组进入料浆室中，即进行过滤并形成滤饼；滤叶组降入卸饼室中，可用空气反吹卸料；运行中连续供料，由阀门控制间歇排渣。该机型主要用于难过滤药品的过滤，其结构复杂，空间占据高度大。(2)卧式连续加压叶滤机六组垂直圆盘形滤州装在空心滤轴上，由齿轮箱拖动其既进行自转又进行公转。滤槽内保持一定的料浆高度，各组滤叶依次沉入料浆中完成过滤和成饼过程。当滤叶旋出液面后，密闭滤槽中的恒压气体进一步使滤饼脱水，与过滤及脱水的圆盘相连的排液阀是关闭的，此时有吹气阀与其相连，将滤饼吹落到输送带上。排渣管中的料位将控制排渣阀间歇打开，并将滤渣排出。这种机型结构复杂，适于大规模生产和自动化控制操作。10.1．2．3动态旋叶压滤机动态压滤机分为旋叶压滤机和旋管压滤机，是应用动态过滤原理，利用旋转件产生高剪切力，从而限制滤饼层的厚度，获得很高的过滤速度。特别适合于高分散度、低浓度及可压缩性物料的过滤。10．2真空过滤机真空过滤机是用抽真空的方法抽取滤室内的气体，使滤室与大气之间产生压差，迫使滤液穿过过滤介质，固体颗粒被过滤介质截留，已达到固液分离的目的。真空过滤机原理和加压过滤机原理基本相同，所不同的是由于滤室内过滤介质的一侧压力低于大气压，推动力较小。10．2．1真空抽滤器真空抽滤器也称吸滤缸，是在真空操作下最简单的过滤设备。通常采用陶质制品或搪瓷制品。缸体是圆筒形，上部敞口，中部有一块过滤隔板，下部为滤液室，装有真空接口和放滤液口，在隔板上铺滤布，悬浮液从上部敞口放入，在真空抽滤下滤液通过滤布和过滤隔板的孔跟，进入滤液室，滤渣留在滤布上。过滤后滤渣可以洗涤，滤干后滤渣从敞口取出。吸滤缸结构简单、使用可靠、价格低廉、耐腐蚀，滤渣可以洗涤。缺点是过滤面积小、速度慢、人工间歇操作、滤渣中含液量也较多。适用于悬浮液中含固相量较少的场合。10．2．2转筒真空过滤机转筒真空过滤机是一种连续式的过滤机。其特点是把过滤、洗涤、吹干、卸渣和清洗滤布等几个阶段的操作在转筒的旋转过程中完成，转筒每旋转一周，过滤机完成一个循环周期。转筒真空过滤机的主要部件是一个水平放置的回转圆筒，简称转筒。筒上钻有许多小孔，外面包上金属网和滤布。筒的内部用隔板分成12个互不相通的扇形格，一端与分配头相接。转筒在操作时可以分成如下几个区域。①过滤区。浸在悬浮液内的各个扇形格同真空管路相接通，由于转筒内外压力差的作用，滤液穿过滤布后被吸入扇形格内，经分配头被吸出，在滤布上则形成一层逐渐增厚的滤渣。②吸干区。当扇形格离开悬浮液时，滤渣在真空下被吸干。③洗涤区。洗涤水喷洒在滤渣上，经分配头被吸出。滤渣被洗涤后被吸干。④吹松区。压缩空气从内向外吹向滤渣，使其松动，以便卸料。⑤滤布复原区。移近到刮刀滤渣被刮落下来。滤渣被刮落后，可由扇形格内部通入压缩空气或蒸汽，将滤布吹洗干净，开始下一循环的操作。各操作区域之间，都有不大的休止区域。这样，当扇形格从一个操作区域转向另一个操作区域时，各操作区域不致互相连通。转筒真空过滤机的最大优点是在于操作自动化，单位过滤面积的生产能力大，只要改变过滤机的转速便可以调节滤饼的厚度。缺点是过滤面积远小于板框压滤机，设备结构比较复杂，滤渣的含湿量比较高，一般为10％～30％，洗涤也不够彻底等。转筒真空过滤机适用于颗粒不太细，黏性不太大的悬浮液，温度太高的悬浮液。10．3过滤离心机利用离心力作为推动力分离液相非均相的过程称为离心分离。其设备称为离心机，有时也称为离心设备。用作固液分离的离心设备一般可分为两类：①过滤离心装置；②离心沉降机。三足式离心机三足式离心过滤机大多为过滤式离心机，是制药厂中应用较普遍的离心机。按卸料方式分有工人上部卸料和刮刀下部卸料两种形式。三足式离心机的优点是：结构简单、操作平稳、占地面积小、过滤推动力大、过滤速度快、滤渣可洗涤、滤渣含液量低。缺点是：需从转筒上部卸除滤饼；需要比较繁重的体力劳动；传动机构和制动都在机身下部，易受腐蚀。三足式离心机适用于过滤周期长、处理量不大、但滤渣要求含液量低的过滤。对粒状、结晶状或纤维状的物料脱水效果好，晶体不易磨损。操作的过滤时间可根据滤渣中湿含量的要求进行控制，灵活方便，故广泛用于小批量、多品种物料的分离。10．4沉降离心机沉降离心的原理：转筒绕其垂直轴旋转，此时液体和固体颗粒都受到两个力的作用：向下的重力和水平方向的离心力。对于工业离心机，其离心力远大于重力，以致于实际上可忽略重力。典型的沉降离心机有三足式沉降离心机和螺旋卸料沉降离心机两种。10．4．1三足式沉降离心机三足式沉降离心机工作原理：物料进入高速转动的转鼓底部，在离心力作用下，固体颗粒沉降至转鼓壁，澄清的液体沿转鼓向上流动，经拦液板连续溢流排出。当沉渣达到一定厚度时停止进料。澄清液先用撇液管撇出机外，剩下较干的沉渣经转鼓底的卸渣口排出；或者停车用人工从上部卸料；也可以用特殊喷嘴加入的液体重新制浆，然后将浆液排出机外。该机型分离效率较低，一般只适宜处理较易分离的物料；该机的结构简单，价格低，适应性强，操作方便。常用于中小规模的生产。10．4．2螺旋卸料沉降离心机10．4．2．1卧式螺旋卸料沉降离心机(1)工作原理卧式螺旋卸料沉降离心机简称卧螺离心机，其工作原理：转鼓和和螺旋输送器同轴心安装在主轴承上，螺旋叶片外缘与转鼓内壁之间有微小间隙，由于差动器的差动作用，使螺旋与转鼓有一转速差。被分离的悬浮液从中心加料管进入螺旋输送器内筒，然后再进入转鼓内。固体粒子在离心力的作用下沉降到转鼓内表面上，由螺旋推送到小端排出转鼓。分离液由转鼓大端的溢流孔排出。10．4．2．2立式螺旋卸料沉降离心机该机型的工作原理与卧螺离心机基本相同，主要是转鼓的位置布置和支撑方式不同。被分离的物料从下部的中心进料管经螺旋输送器内筒的加料室进入转鼓内，在离心力的作用下固相颗粒沉降到鼓壁内表面，由螺旋输送器向下推至转鼓小端的排渣口排出，液相则沿螺旋通道向上流动，澄清液由溢流口排出转鼓，从机壳中部的排液管排出。10.5离心分离机10.5.1碟式分离机碟式分离机按分离原理分为离心澄清型和离心分离型两类。澄清型用于悬浮液中分散有微米和亚微米固体颗粒的分离；分离型用于乳浊液的分离，即液—液分离。碟式分离器的转鼓内装许多倒锥形碟片，碟片数为30～100片。分离乳浊液的碟式分离机，碟片上开有小孔，乳浊液通过小孔流到碟片间隙。在离心力作用下，重液倾斜沉向于转鼓的器壁，由重液排出口流出。轻液则沿斜面向上移动，汇集后由轻液排出口流出。10.5.2管式分离机管式分离机适用于含固量低于1％、固相粒度小于5微米、黏度较大的悬浮液澄清，或用于轻液相与重液相密度差小、分散性很高的乳浊液及液—液—固三相混合物的分离。管式分离机的结构简单，体积小，运转可靠，操作维修方便，但是单机生产能力较小，需停车清除转鼓内的沉渣。10．6旋风分离器旋风分离器是利用气态非均相在作高速旋转时所产生的离心力，将粉尘从气流中分离出来的干式气固分离设备。目前已有螺旋型、蜗旋型、旁路型、扩散型、旋流型和多管式等各种形式的旋风分离器。10．6．1工作原理常用的(切流)切向导人式旋风分离器的分离原理。含尘气流一般以12～30m／s速度由进气管进入旋风分离器，气流将由直线运动变为圆周运动。旋转气流的绝大部分，沿器壁自圆筒体呈螺旋形向下朝锥体流动。此外，颗粒在离心力的作用下，被甩向器壁，尘粒一旦与器壁接触，便失去惯性力，而靠器壁附近的向下轴向速度的动量沿壁面下落，进入排灰管。旋转下降的外旋气流，在下降过程中不断向分离器的中心部分流入，形成向心的径向气流，这部分气流就构成了旋转向上的内旋流。内、外旋流的旋转方向是相同的。最后净化气经排气管排出器外，旋风分离器的主要特点是结构简单、操作弹性大，对于捕集5～10微米以上的粉尘，效率较高、管理维修方便，价格低廉。因此，广泛应用于工业生产中，特别是在粉尘颗粒较粗，含尘浓度较大，高温、高压条件下，或是在流化床反应器内作为内旋风分离器，或作为预分离器等方面，是极其良好的分离设备。但是它对细尘粒的分离效率较低。10．7袋式过滤器袋式过滤器简称袋滤器是利用过滤材料，使固体颗粒从含尘气体中分离出来的一种分离设备。由于一次性投资比电除尘器少，运行费用比高效湿式除尘器低