沉降分離法分離原理
離心分離與沉降分離皆是利用混合液密度差來(lái)分離料液的。離心分離的力為離心力,沉降分離的力為重力。離心操作時(shí)是將待分離的料液置于離心機(jī)中,借助于離心機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力,使料液中的固體與液體,或兩種密度不同,且不相混溶的液體,產(chǎn)生大小不同的離心力,從而達(dá)到分離的目的。
沉降分離法適用范圍
在制劑生產(chǎn)中遇到含水率較高、含不溶性微粒的粒徑很小或粘度很大的濾漿;或需將兩種密度不同且不相混溶的液體混合物分開(kāi),用沉降分離法和一般的濾過(guò)分離難以進(jìn)行或不易分開(kāi)時(shí),可考慮選用適宜的離心機(jī)進(jìn)行離心分離。
離心機(jī)的種類很多,外形、適應(yīng)性各異,根據(jù)其不同的特性可作如下分類。
(1)按分離因數(shù)a的大小分類
①常速離心機(jī):a<300O(一般600~1200),適用于易分離的混懸濾漿的分離及物料的脫水。
②高速離心機(jī):a=300O~5000,主要用于細(xì)粒子,粘度大的濾漿及乳濁液的分離。
③超高速離心機(jī):a>5000,主要用于微生物學(xué)、抗生素發(fā)酵液、動(dòng)物生化制品等的固相與液相的分離。超高速離心機(jī)中常拌有冷凍裝置,可使離心操作在低溫下進(jìn)行。
(2)按離心操作性質(zhì)分類
①濾過(guò)式離心機(jī):如三足式離心機(jī)。適用于懸浮液中固體和液體的分離。
②沉降式離心機(jī):如實(shí)驗(yàn)室用沉淀離心機(jī)。使用時(shí)應(yīng)注意管內(nèi)裝料重量對(duì)稱,偏重則損壞設(shè)備。
③分離式離心機(jī):如管式高速離心機(jī),能分離一般離心機(jī)難以分離的物料,特別適用于分離乳濁液、細(xì)粒子的懸浮液。
濾過(guò)分離法
濾過(guò)分離法系指將固-液混懸液通過(guò)多孔的介質(zhì),使固體粒子被介質(zhì)截留,液體經(jīng)介質(zhì)孔道流出,而達(dá)到固-液分離的方法。
沉降分離法濾過(guò)機(jī)理
濾過(guò)機(jī)理有兩種:
①過(guò)篩作用:料液中大于濾器孔隙的微粒全部被截留在濾過(guò)介質(zhì)的表面,如薄膜濾過(guò)。
②深層濾過(guò):微粒被截留在濾器的深層,其微粒往往小于濾過(guò)介質(zhì)空隙的平均大小,如砂濾棒、垂熔玻璃漏斗等。另外,在濾過(guò)時(shí)產(chǎn)生的濾渣可在濾材表面形成“架橋現(xiàn)象”,可集成具有間隙的致密濾層,濾液可通過(guò),而將大于間隙的微粒截留。實(shí)際操作中還常在料液中加助濾劑或凝聚劑等,以改善濾渣的性能,提高濾速。為保證濾液質(zhì)量,初濾液常要倒回料液中再濾,這種操作叫“回濾”。隨著濾過(guò)的進(jìn)行,固體顆粒沉積在濾材表面,通過(guò)架橋現(xiàn)象形成濾層,利于料液濾至澄清。
沉降分離法影響因素
料液經(jīng)一段很短的時(shí)間濾過(guò)后,由于“架橋”作用而形成致密的濾渣層,液體由間隙濾過(guò)。若將濾渣層中的間隙假定為均勻的毛細(xì)管聚束,那么,液體的流動(dòng)遵守泊稷葉(Poiseuille)公式,可用下式表示。
上式中,P為加于濾渣層的壓力;t為濾過(guò)時(shí)間;r為濾渣層毛細(xì)管的半徑、l為長(zhǎng)度;η為料液的粘度;V為濾液的體積。若把時(shí)間t移到等式的左項(xiàng),則左項(xiàng)(V/t)為濾過(guò)速度。
由上式并結(jié)合濾過(guò)時(shí)的實(shí)際情況,可以看出影響濾過(guò)速度的因素有:
(1)濾渣層兩側(cè)的壓力差(P),其值越大,則濾速越大。因此,常用加壓或減壓濾過(guò)法。實(shí)際操作中,濾過(guò)初期采用恒速濾過(guò)(恒定流量),當(dāng)濾液較澄清時(shí)采用恒壓濾過(guò)(濾餅已形成)。因?yàn)閷?duì)絮狀的、軟的、可壓縮的濾餅,增加壓力差濾速反而減慢。
(2)在濾過(guò)的初期,濾過(guò)速度與濾器的面積(πr2)成正比。