中药制药设备机械分离设备

第四章机械分离设备国家卫生和计划生育委员会十二五规划教材机械分离的概念：依靠机械作用力，对固—液、液—液、气—液、气—固非均相混合物进行分离的设备称为机械分离设备。机械分离设备是非均相混合物分离的常用设备。非均相物系的机械分离设备推动力重力真空加压离心力过滤设备沉降设备重力过滤器重力沉降器真空过滤机加压过滤机过滤式离心机沉降式离心机旋流分离器过滤机：加压过滤机和真空过滤机统称为过滤机；

离心机：过滤式离心机和沉降式离心机统称为离心机;

沉降器：重力沉降器和旋流分离器统称为沉降器；本章主要介绍用于固—液分离、固—气分离的机械分离设备。重点以了解和理解各类设备的工作原理为主，为今后工作中遇到类似问题需要处理时提供思路和选择设备的依据。第一节过滤原理与设备一、基本概念1.过滤：是在推动力或者其他外力作用下使液-固或气-固混合物的流体强制通过多孔性过滤介质，将其中的悬浮固体颗粒加以截留，从而实现混合物的分离。过滤的方式很多，使用的物系也很广泛，固-液、固-气都很常见。本节着重介绍固-液混合相的过滤。2.料浆：又称滤浆，待过滤的悬浮液称为料浆或滤浆。3.过滤介质：过滤过程中使液体（或气体）通过而截留固体颗粒的多孔性材料称为过滤介质。4.滤渣：被截留在过滤介质上的固体称为滤渣。采用表面型过滤介质截留的滤渣又称为滤饼。5.滤液：通过过滤介质的液体称为滤液。1.滤饼过滤（表面过滤或饼层过滤）：滤液通过过滤介质，而颗粒被截留在过滤介质表面形成滤饼，滤饼层成为过滤介质的过滤称为滤饼过滤。所用的过滤介质称为表面型过滤介质，如滤纸、滤布、滤网等。二、过滤方式过滤方式分为滤饼过滤和深层过滤。2.深层过滤：过滤时固体颗粒沉淀在过滤介质的孔隙内，过滤介质表面不形成滤饼的过滤称为深层过滤。所用的过滤介质称为深层型过滤介质，如滤芯、颗粒状过滤床层等。三、过滤介质1、滤纸

是最简便、最常用的过滤材料.外用液体制剂经常使用滤纸过滤。2、滤布

作为过滤介质常用于精细过滤前的预滤。可由棉纱、丝或合成纤维编织而成。3、滤网

一般滤网的材料是不锈钢和黄铜，也可采用镍铜合金、青铜、镍甚至碳钢。4、烧结金属过滤介质将金属粉末烧结成多孔过滤介质，可过滤较细的颗粒。5、石棉滤材

可耐150度高温，主要用于无菌饮料、注射液的过滤。6、多孔塑料滤材

聚氯乙烯、聚丙烯或树脂可烧结成滤材。不耐高温。7、多孔玻璃滤材多孔玻璃滤材系烧结而成。8、多孔陶瓷滤材9、纤维素酯微孔滤膜孔径8~10um孔隙率80%，过滤速度高。四、助滤剂悬浮液中的颗粒情况不同，有的颗粒有一定刚性，其所形成的滤饼并不因所受的压力差而变形，这种率并成为不可压缩滤饼；有的颗粒则比较软，其所形成的滤饼在压力差作用下变形，使滤饼中的流动通道变小，阻力增加，这种滤饼成为可压缩滤饼。为减少可压缩滤饼的流动阻力，可采用某种助滤剂来改变滤饼结构，以增加滤饼刚性。常用助滤剂有硅藻土、珍珠岩、炭粉、纤维粉末。助滤剂的使用方法：1、先把助滤剂单独配成悬浮液，先行过滤形成助滤层再过滤药液。2、在悬浮液中加入助滤剂，一起过滤。当滤饼是产品时，不得使用助滤剂。真空过滤机用抽真空的方法降低过滤介质下游滤液一侧的压力，利用上有常压，下游低压之间的压力差进行过滤。

间歇式真空过滤机有真空叶滤机（一）真空过滤设备五、过滤设备刮刀式转筒真空过滤机_标清.mp41、结构转筒真空过滤机是以绕水平轴线慢速转动的圆柱形转筒作为过滤部件进行真空过滤的机械。转筒壁上钻有许多小孔，外面包上金属网和滤布。转筒内部用隔板分成多个（12~）互不相通的扇形格，每个扇形格都有管路通向分配头。典型设备——转筒真空过滤机2、原理转筒在操作时可以分成四个区域：

（1）过滤、吸干区：浸在悬浮液中的各个扇形格同真空管路接通，滤液穿过滤布后被吸入扇形格内，经分配头被吸出，在滤布上形成一层逐渐增厚的滤渣。当扇形格离开悬浮液时，格内仍与真空管路相接通，滤渣在真空下被吸干。（2）洗涤、吸干区：洗涤区段的各扇形格外面有洗涤水喷洒在滤渣上，内部同真空管路接通，滤渣被洗涤，洗液经分配头被吸出。吸干区各扇形格外面不再喷水，滤渣在真空下又被吸干。（3）吹松、卸料区：各扇形格经管路、分配头同压缩空气罐相通，压缩空气从扇形内部向外吹向滤渣层，使其松动。卸料区段扇形格外的滤渣被刮刀刮落下来。

（4）滤布复原区：压缩空气从扇形格内部向外将滤布吹洗干净。

各操作区域之间，都有一个稍大于扇形格的休止区域，以确保扇形格完全出了一个操作区域后才进入下一个操作区。加压过滤机，简称压滤机，对过滤介质上游料浆一侧施加高于常压的操作压力，利用上游压力、下游压力之间压力差进行过滤。

间歇式加压过滤机常用的有：板框压滤机、厢式压滤机、加压叶滤机等。

连续式加压过滤机常用的是连续式加压叶滤机。（二）加压过滤机典型设备——板框压滤机压紧手柄离心泵料液板框（1）结构压紧装置压紧板滤板滤框滤浆进口滤液出口支架板、框一角的通道和框上该角的暗孔供滤浆流入框中；框两侧装有滤布，空框与滤布就成了容纳滤液和滤饼的空间，滤板两侧凹凸表面的凸者支撑滤布，凹者供滤液流动；板上对角的暗孔和板、框上该角的通道供板上滤液流出。即“框进板出”。过滤时用泵把料浆从料浆通道经每个框角上的暗孔送入个框中，向框两侧流动，颗粒被滤布截留，液体通过滤渣层、滤布、板上的沟槽，从板角上的暗孔经滤液通道排出。（2）工作原理板框压滤机.mp4第二节离心原理与设备离心分离是利用离心力使液相非均一系分离的一种方法，可用于分离悬浮液或乳浊液。离心分离可分为离心过滤、离心沉降和离心分离。一、离心分离原理物体旋转时，与向心力大小相等而方向相反的力称为离心力。离心力即为物体运动方向改变时的惯性力。离心力=旋转物体的重量X转速2重力加速度X旋转半径同等条件下物体重量越大，离心力也就越大，因此，可以将非均相中的重相固体颗粒或不混溶的溶液中比重大的溶液推向外围，从而达到两相分离。增加转速可以双倍增加离心力,减小旋转半径也可以增加离心力。离心分离机有一个绕本身轴线高速旋转的圆筒，称为转鼓，通常由电动机驱动。悬浮液(或乳浊液)加入转鼓后，被迅速带动与转鼓同速旋转，在离心力作用下各组分分离，并分别排出。通常，转鼓转速越高，分离效果也越好。3、离心机的应用离心分离机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开；或将乳浊液中两种密度不同，又互不相溶的液体分开(例如从牛奶中分离出奶油)；它也可用于排除湿固体中的液体，例如用洗衣机甩干湿衣服；利用不同密度或粒度的固体颗粒在液体中沉降速度不同的特点，有的沉降离心机还可对固体颗粒按密度或粒度进行分级。2、离心分离设备的工作机理：4、离心机的分类（一）过滤式离心机过滤式离心机的转筒内壁上铺有由滤布和金属丝底网组成的过滤介质，并在转筒壁上开有许多孔。加入转筒内的悬浮液随转筒一同旋转，在离心力作用下，液体通过过滤介质和鼓壁上的孔被甩出转筒，固相颗粒被截留在过滤介质表面形成滤渣层，实现固相颗粒与液体的分离。二、常见离心设备过滤式离心机由于支撑形式、卸料方式和操作方法的不同而有多种结构形式。我们只介绍三足式离心机。1、结构三足式离心机是制药厂中应用较普遍的离心机。按卸料方式分为人工上卸料、抽吸上卸料、吊袋上卸料、人工下卸料、刮刀下卸料和翻转卸料。常用的是上不卸料，主要由柱脚、底盘、主轴、机壳及转筒等部件组成。三足式离心机2、工作原理离心机通过高速旋转，产生强大的离心力，分离混悬液时，在离心机启动后再将料液逐渐加入转筒；分离膏状物或成件物品甩干时，在离心机启动后将物料加入转筒内，并保证物料在四周均匀分布。3、三足式离心机的优点：结构简单、操作平稳、滤渣可洗涤、滤渣含液量低。过滤时间可根据滤渣含液量要求灵活控制，故广泛用于小批量、多品种物料的分离。缺点是传动机构和制动都在机身下部，易受腐蚀。三足式离心机.mp4用于分离乳浊液或含少量固体微粒的悬浮液的立式沉降离心机，称为分离式离心机，简称分离机。可分为碟式分离机、室式分离机、管式分离机。1、碟式分离机（二）分离式离心机碟式分离机是立式离心机，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的碟形零件--碟片。碟片与碟片之间留有很小的间隙。悬浮液(或乳浊液)由位于转鼓中心的进料管加入转鼓。当悬浮液(或乳浊液)流过碟片之间的间隙时，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的部位，分离后的液体从出液口排出转鼓。碟片的作用是缩短固体颗粒(或液滴)的沉降距离、扩大转鼓的沉降面积，转鼓中由于安装了碟片而大大提高了分离机的生产能力。积聚在转鼓内的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的情况下从转鼓中排出。碟式分离机原理演示.mp42、刮刀卸料离心机（室式分离机）立式、卧式刮刀卸料离心机.mp4管式分离机是圆筒形转鼓长径比大于或等于4的立式人工卸料高速沉降离心机。管式分离机有澄清型和分离型两种。3、管式分离机管式高速离心机.mp4（1）澄清型管式分离机工作原理

澄清型用于澄清含少量分散固体粒子的悬浮液，悬浮液由下部进入转筒，在向上流动过程中，所含固体粒子在离心力的作用下沉积在转筒内壁，清液从转筒上部溢流排出。澄清型只有一个液体出口。（2）分离型管式分离机分离型用于轻、重两相对密度差小，分散性很高的乳浊液及液-液-固三相混合物的分离。乳浊液在离心力的作用下在转鼓内分为清液层和重液层，两相分界面位置可通过改变重液出口半径来调节，以适应不同的乳浊液和不同的分离要求。分离型管式分离机的液体收集器有清液和重液两个出口。工作原理沉降式离心机转鼓壁上无孔。转鼓带动物料旋转，物料受到远大于重力的离心力的作用，紧贴转鼓内壁，由于两相因密度不同，固体颗粒沉降到转鼓内表面形成沉淀层而与液体分层，两者分别取出达到分离。

沉降离心机有：三足式沉降离心机和螺旋卸料沉降离心机等。螺旋卸料沉降离心机是在全速下同时连续进料、分离、排液、排渣的离心机。（三）沉降式离心机螺旋卸料沉降离心机工作原理欲分离的悬浮液从中心加料管进入螺旋输送器，然后在进入转鼓内，固体颗粒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溢流排出。

调节转鼓转速、转鼓与螺旋的转速差、进料量、溢流孔径向尺寸等参数，可以改变分离液的含固量和沉渣的含湿量。卧式螺旋卸料离心机.mp4第三节气体非均相系的分离设备概述气体非均相系的分离设备，一般被称为“除尘器”，它是从含尘（固体微粒）气体中分离、捕集粉尘的装置与设备，用于气流输送机、粉碎机、干燥机、制粒机等，以回收产品、防止粉尘扩散、便于清洁、避免污染和交叉污染。按其工作原理，分为惯性除尘器、过滤式除尘器、湿式除尘器和电除尘器。一、惯性除尘器——旋风分离器利用惯性将粉尘从含尘气体中分离出来的除尘器。挡板式除尘器（降尘气道）、重力除尘器（降尘室）、离心式除尘器（除尘用的旋风分离器）等。此类设备也可以进行颗粒分级。1、结构如图所示，旋风分离器包括圆筒、切向进口管、锥形底及下出口、顶盖及中心的上出口（插入圆筒的深度超过进口管下沿）。2、原理：是利用流体作旋转运动所产生的离心力来分离气体中含有的少量固体微粒或液滴。含固体微粒或液滴的气体以切线方向进入圆筒中，沿圆筒的圆形内壁发生旋转运动而受到离心力，由于两相密度不同，固体微粒或液滴一边随气流向下旋转，一边沿径向外沉降，形成半径逐渐扩大的螺旋运动，最终与圆筒或锥形内壁碰撞后失去动能，滑落到锥形底下部的出口（经灰斗暂存），由旋转卸料器排出，气体和因太小而未能分离的固体微粒或小液滴到锥形底部后，又以小螺旋折返向上，由顶盖中心的出口排出。旋风分离器.mp4旋风分离器直径越小，分离能力越强（分离效率更高，分离界限粒径或称“切割粒径”更小），但生产能力越小（单位时间能处理的物料量越小），生产中常常在标准式旋风分离器的基础上，衍生出一些分离能力较大或生产能力较大、但结构比较复杂的形式。如多管旋风分离器将若干个规格相同的旋风分离器并联为一体，使用共同的进、出风管道和灰斗口，同时满足生产能力和分离效果的要求。二、过滤式除尘器——袋式除尘器利用多孔介质的过滤作用捕集含尘气体中粉尘的除尘器。1、结构主要由壳体、滤袋及其骨架、清灰装置、灰斗和排尘阀等部分组成。2、原理袋式除尘器主要是利用纤维滤料制作的袋状或筒状过滤元件来捕集含尘气体中的粉尘。含尘气体自下部进入袋滤器，气体由外向内穿过支撑于骨架上的滤袋，微粒被截留在滤袋的外表面，而净制的气体则汇集到顶部排出。过滤一段时间后，利用压缩空气的反吹系统进行清灰，脉冲气流从袋内向外吹出，使尘粒落入灰斗，由排灰阀排出。每次清灰时间很短，随后进入过滤阶段，如此自动进行循环操作。三、湿式除尘器湿式除尘器，俗称“水除尘器”，是以水为介质分离和捕集空气中粉尘的装置。利用液体的洗涤作用使粉尘从含尘气体中分离出来的除尘器。分为冲激式除尘器、文丘里除尘器、旋风水膜除尘器、泡沫除尘器、洗涤过滤式除尘器。它是使含尘气体与液体（一般为水）密切接触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞及其他作用捕集颗粒或使颗粒增大的装置。现代较先进的湿式除尘器是把水浴和喷淋两种形式合二为一。先是利用高压离心风机的吸力，把含尘气体压到装有一定高度水的水槽中，水浴会把一部分灰尘吸附在水中。经均布分流后，气体从下往上流动，而高压喷头则由上向下喷洒水雾，捕集剩余部分的尘粒。其过滤效率可达85%以上。冲激式除尘器喷射泵举例：沸腾干燥的粉尘处理系统五、电除尘器利用高压电场对荷电粉尘的吸附作用，把粉尘从含尘气体中分离出去的除尘器。可分为干式电除尘器和湿式电除尘器。由于袋除尘器除尘效率高，常在旋风分离器、电除尘器后作为末级除尘设备，形成旋风布袋复合式除尘器、静电布袋复合式除尘器。六、复合除尘器除沫（雾）器是脱除气流中雾（液滴）、沫（细小泡沫）的设备，用于除去空气被压缩后里面存在的水雾和油雾，蒸发器产生的二次蒸汽中的雾沫等场合。与除尘器的种类基本相同。（）1、按推动力不同分类，过滤不包括：重力过滤B.加压过滤C.深层过滤D.真空过滤E.离心过滤（）2、对加压过滤机描述错误的是A.对物料适应性强B.过滤