蒸發(fā)與干燥技術(shù)-蒸發(fā)技術(shù)（藥物分離純化課件）

藥物分離與純化技術(shù)課程蒸發(fā)和干燥技術(shù)--蒸發(fā)概述蒸發(fā)概述-蒸發(fā)和干燥技術(shù)大綱1.概念2.蒸發(fā)方式及目的3.蒸發(fā)過程及特點(diǎn)蒸發(fā)概述-蒸發(fā)和干燥技術(shù)（一）概念

蒸發(fā)是將溶液加熱后，使其中部分溶劑汽化并被去除，從而提高溶液中溶質(zhì)的濃度或使溶液濃縮至飽和而析出溶質(zhì)，也就是使揮發(fā)性的溶劑與不揮發(fā)的溶質(zhì)進(jìn)行分離的一種重要的單元操作。其實(shí)質(zhì)是溶液中的溶劑由液態(tài)變成氣態(tài)，進(jìn)而與溶液中的溶質(zhì)實(shí)現(xiàn)分離的過程。蒸發(fā)概述-蒸發(fā)和干燥技術(shù)

1、蒸發(fā)的方式

蒸發(fā)的方式有自然蒸發(fā)與沸騰蒸發(fā)兩種。

（1）自然蒸發(fā)：指溶液中的溶劑在低于其沸點(diǎn)條件下汽化，此種蒸發(fā)僅在溶液表面進(jìn)行，故速率緩慢，效率很低。

（2）沸騰蒸發(fā)：指在高于沸點(diǎn)條件下的蒸發(fā)，溶液任何部分都發(fā)生汽化，效率高。（二）.蒸發(fā)方式及目的蒸發(fā)概述-蒸發(fā)和干燥技術(shù)2、蒸發(fā)操作的目的：（1）利用蒸發(fā)操作取得濃溶液，在制藥工業(yè)中，經(jīng)常需將藥物濃縮到一定濃度，如中藥丸劑的制?。唬?）通過蒸發(fā)操作制取過飽和溶液而得到結(jié)晶產(chǎn)品；（3）將溶液蒸發(fā)并將蒸汽冷凝、冷卻，以達(dá)到純化溶劑的目的。蒸發(fā)概述-蒸發(fā)和干燥技術(shù)（三）蒸發(fā)過程及特點(diǎn)

蒸發(fā)過程中需要不斷的供給熱能，以維持溶液的沸騰溫度和補(bǔ)充因溶劑汽化所帶走的熱能；需要及時(shí)排除汽化出來的溶劑蒸汽，同時(shí)，蒸發(fā)需要具有一定的熱交換面積。

工業(yè)上采用的熱源通常為水蒸氣，而蒸發(fā)的物料大多是水溶液，蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的蒸氣也是水蒸氣。為了易于區(qū)別，前者稱為加熱蒸氣，后者稱為二次蒸氣。蒸發(fā)概述-蒸發(fā)和干燥技術(shù)

在操作中，用冷凝方法將二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝熱的操作稱為單效蒸發(fā)。若將二次蒸汽引到下一效蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，以利用其冷凝熱，這種串聯(lián)蒸發(fā)操作稱為多效蒸發(fā)。

蒸發(fā)操作可以在加壓、常壓或減壓下進(jìn)行，工業(yè)上的蒸發(fā)操作經(jīng)常在減壓下進(jìn)行，這種操作稱為真空蒸發(fā)。蒸發(fā)概述-蒸發(fā)和干燥技術(shù)蒸發(fā)過程的實(shí)質(zhì)：傳熱壁面一側(cè)的蒸汽冷凝與另一側(cè)的溶液沸騰間的傳熱過程，溶劑的汽化速率由傳熱速率控制，故蒸發(fā)屬于熱量傳遞過程，但又有別于一般傳熱過程。蒸發(fā)過程具有以下特點(diǎn)：

（1）傳熱性質(zhì)

傳熱壁面一側(cè)為加熱蒸汽進(jìn)行冷凝，另一側(cè)為溶液進(jìn)行沸騰，故屬于避免兩側(cè)流體均有相變的恒溫傳熱過程。蒸發(fā)概述-蒸發(fā)和干燥技術(shù)（2）溶液性質(zhì)

有些溶液在蒸發(fā)過程中有晶體析出、易結(jié)垢、易生泡沫、高溫下易分解或聚合；溶液的粘度在蒸發(fā)過程中逐漸增大，腐蝕性逐漸增強(qiáng)。（3）溶液沸點(diǎn)的改變含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液，其蒸汽壓較同溫度下溶劑低，換言之，在相同壓強(qiáng)下，溶液的沸點(diǎn)高于純水的沸點(diǎn)，故當(dāng)加熱蒸汽一定時(shí)，蒸發(fā)溶液的傳熱溫度差要小于蒸發(fā)水的溫度差。溶液濃度越高這種現(xiàn)象越顯著。蒸發(fā)概述-蒸發(fā)和干燥技術(shù)（4）泡沫夾帶二次蒸汽中常夾帶大量泡沫，冷凝前必須除去，否則不但損失物料，而且污染冷凝設(shè)備。（5）能源利用

蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生大量二次蒸汽，如何利用它的潛熱是蒸發(fā)操作中要考慮的關(guān)鍵問題之一，多效蒸發(fā)器就有效的解決了這個(gè)問題。蒸發(fā)流程、蒸發(fā)的分類、蒸發(fā)操作的特點(diǎn)概述一、蒸發(fā)的流程：

概述二、加熱蒸汽和二次蒸汽：蒸發(fā)需要不斷的供給熱能。工業(yè)上采用的熱源通常為水蒸氣，而蒸發(fā)的物料大多是水溶液，蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的蒸汽也是水蒸氣。為了區(qū)別，將加熱的蒸汽稱為加熱蒸汽，而由溶液蒸發(fā)出來的蒸汽稱之為二次蒸汽。三、蒸發(fā)的分類①按蒸發(fā)操作空間的壓力可分為：常壓，加壓，或者減壓（真空）蒸發(fā)。②按二次蒸汽的利用情況可以分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)。概述四、蒸發(fā)操作的特點(diǎn)：1、溶液沸點(diǎn)升高

由于溶液含有不揮發(fā)性溶質(zhì)，因此，在相同溫度下，溶液的蒸氣壓比純?nèi)軇┑男?，也就是說，在相同壓力下，溶液的沸點(diǎn)比純?nèi)軇┑母撸芤簼舛仍礁?，這種影響越顯著。2、物料及工藝特性

物料在濃縮過程中，溶質(zhì)或雜質(zhì)常在加熱表面沉積、析出結(jié)晶而形成垢層，影響傳熱；有些溶質(zhì)是熱敏性的，在高溫下停留時(shí)間過長易變質(zhì)；有些物料具有較大的腐蝕性或較高的粘度等等。

3、能量回收

蒸發(fā)過程是溶劑汽化過程，由于溶劑汽化潛熱很大，所以蒸發(fā)過程是一個(gè)大能耗單元操作。因此，節(jié)能是蒸發(fā)操作應(yīng)予考慮的重要問題。多效蒸發(fā)流程多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)操作蒸汽與物料的流向有多種組合，常見的有：并流：溶液與蒸汽的流向相同，稱并流。逆流：溶液與蒸汽的流向相反，稱逆流。錯(cuò)流：溶液與蒸汽在有些效間成并流，而在有些效間成逆流。平流：每一效都加入原料液的方法。下面以三效為例加以說明：（1）并流（順流）流程

蒸汽流動(dòng)方向：1→2→3

溶液流動(dòng)方向：1→2→3

多效蒸發(fā)（1）并流流程優(yōu)點(diǎn)：①由于前效的壓強(qiáng)較后效高，p1>p2>p3，料液可借此壓強(qiáng)差自動(dòng)地流向后一效而無須泵送；②t1>t2>t3，溶液由前一效流入后一效處于過熱狀態(tài)會(huì)放出溶液的過熱量形成自蒸發(fā)，可產(chǎn)生更多的二次蒸汽，因此第三效的蒸發(fā)量最大。缺點(diǎn)：溶液濃度，，w↑，μ↑，便使得溶液溫度，，t↑，μ↓，便使得多效蒸發(fā)（2）逆流流程圖

蒸汽流動(dòng)方向：3→2→1

溶液流動(dòng)方向：1→2→3

優(yōu)點(diǎn)：w1＞w2＞w3，w

↑，μ

↑，μ1＞μ2＞μ

3

t1＞t2＞t3，t

↑，μ↓，μ1＜

μ2＜μ

3

w、t

對μ

的影響大致抵消，各效的K

基本不變。

缺點(diǎn)：①由于前效壓強(qiáng)較后效高，

p1＞p2＞p3

，料液從后效往前一效要用泵輸送。

②各效進(jìn)料（末效除外）都較沸點(diǎn)低，自蒸發(fā)不會(huì)發(fā)生，所需要熱量大。多效蒸發(fā)（3）錯(cuò)流流程溶液流向：3→1→2或2→3→1

蒸汽流向：1→2→3優(yōu)點(diǎn)：兼有逆流與并流的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：操作較復(fù)雜。

（4）平流流程

各效分別進(jìn)料并分別出料，二次蒸汽多次利用，對易結(jié)晶的物料較合適（因?yàn)榻Y(jié)晶體不便在效與效之間輸送）。多效蒸發(fā)習(xí)題：一、填空題：1.多效并流蒸發(fā)過程中，前效壓強(qiáng)一般（）后效壓強(qiáng)。2.在三效并流加料蒸發(fā)流程中,從第一效到第三效，溶液濃度將愈來愈（）；溶液沸點(diǎn)將愈來愈（）二、選擇題：1.采用多效蒸發(fā)的目的是()。A.增加溶液的蒸發(fā)量B.提高設(shè)備的利用率C.為了節(jié)省加熱蒸汽消耗量D.使工藝流程更簡單2.與單效蒸發(fā)比較，在相同條件下，多效蒸發(fā)()。A.生產(chǎn)能力更大B.熱能利用的更充分C.設(shè)備費(fèi)用更低D.操作更為方便藥物分離與純化技術(shù)課程蒸發(fā)和干燥技術(shù)--蒸發(fā)的操作方法蒸發(fā)的操作方法-蒸發(fā)和干燥技術(shù)大綱1.常壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)與減壓蒸發(fā)2.單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)3.間歇蒸發(fā)與連續(xù)蒸發(fā)蒸發(fā)的操作方法-蒸發(fā)和干燥技術(shù)（一）常壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)與減壓蒸發(fā)

根據(jù)操作壓力的不同，蒸發(fā)過程可分為常壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)(真空蒸發(fā))。

常壓蒸發(fā)：指冷凝器和蒸發(fā)器溶液側(cè)的操作壓力為大氣壓或略高于大氣壓，此時(shí)系統(tǒng)中不凝性氣體依靠本身的壓力從冷凝器中排出。蒸發(fā)的操作方法-蒸發(fā)和干燥技術(shù)（一）常壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)與減壓蒸發(fā)

加壓蒸發(fā)：指操作壓力高于大氣壓的操作，通常用于黏性較大的溶液，產(chǎn)生的二次蒸汽可作為其它加熱設(shè)備的熱源。

真空蒸發(fā)：冷凝器和蒸發(fā)器溶液側(cè)的操作壓力低于大氣壓，此時(shí)系統(tǒng)中的不凝性氣體必須用真空泵抽出。蒸發(fā)的操作方法-蒸發(fā)和干燥技術(shù)

采用減壓蒸發(fā)的基本目的是降低溶液的沸點(diǎn)。與常壓蒸發(fā)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）可以用溫度較低的低壓蒸汽或廢蒸汽作加熱蒸汽；

（2）

采用同樣的加熱蒸汽，蒸發(fā)器傳熱的平均溫差大，所需的傳熱面小；

（3）有利于處理熱敏性物料；（4）蒸發(fā)器的操作溫度低，系統(tǒng)的熱損失小。（一）常壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)與減壓蒸發(fā)蒸發(fā)的操作方法-蒸發(fā)和干燥技術(shù)減壓蒸發(fā)的缺點(diǎn)包括：（1）溶液溫度低，粘度大，沸騰的傳熱數(shù)小，蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)?。唬?）蒸發(fā)器和冷凝器的內(nèi)壓力低于大氣壓，完成液和冷凝水需用泵排出；（3）需用真空泵抽出不凝性氣體，以保持一定的真空度，因而需多耗能量。（一）常壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)與減壓蒸發(fā)蒸發(fā)的操作方法-蒸發(fā)和干燥技術(shù)減壓蒸發(fā)的操作壓力取決于冷凝器中水的冷凝溫度和真空泵的能力。冷凝器操作壓力的最低極限是冷凝水的飽和蒸汽壓，所以它取決于冷凝水的溫度。真空泵的作用是抽走系統(tǒng)中的不凝性氣體，真空泵的能力越大，冷凝器內(nèi)的操作壓力可以越接近冷凝水的飽和蒸汽壓。

一般真空蒸發(fā)時(shí)，冷凝器的壓力為（10～20）kPa。（一）常壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)與減壓蒸發(fā)蒸發(fā)的操作方法-蒸發(fā)和干燥技術(shù)根據(jù)二次蒸汽是否用來作為另一蒸發(fā)器的加熱蒸汽，蒸發(fā)過程可分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)。單效蒸發(fā)的流程如圖所示，二次蒸汽在冷凝器中用水冷卻，冷凝成水而排出，二次蒸汽所含的熱能沒有利用，而是隨冷卻水直接排放至環(huán)境中。（二）單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)單效蒸發(fā)流程圖蒸發(fā)的操作方法-蒸發(fā)和干燥技術(shù)

多效蒸發(fā)中，第一個(gè)蒸發(fā)器中蒸出的二次蒸汽用作第二個(gè)蒸發(fā)器的加熱蒸汽，第二個(gè)蒸發(fā)器蒸出的二次蒸汽用作第三個(gè)蒸發(fā)器的加熱蒸汽，以此類推。二次蒸汽利用次數(shù)可根據(jù)具體情況而定，系統(tǒng)中串聯(lián)的蒸發(fā)器的數(shù)目稱為效數(shù)。（二）單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)三效蒸發(fā)的流程圖蒸發(fā)的操作方法-蒸發(fā)和干燥技術(shù)

間歇蒸發(fā)：指料液分批次送入蒸發(fā)器，完成濃縮后，將完成液排出后再加入需濃縮的料液。蒸發(fā)過程中溶液的沸點(diǎn)和濃度隨時(shí)間不斷改變，是一個(gè)非定態(tài)的蒸發(fā)過程，它適用于小批量、多品種的場合。

連續(xù)蒸發(fā)：指料液連續(xù)地加入蒸發(fā)器，完成液也連續(xù)地從分離器內(nèi)排出，是一個(gè)連續(xù)的、定態(tài)的蒸發(fā)過程，適用于大批量生產(chǎn)。（三）間歇蒸發(fā)與連續(xù)蒸發(fā)蒸發(fā)器的輔助設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)輔助設(shè)備有除沫器、冷凝器、輸水器、真空泵等。具體的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)可自己看書或是查閱相關(guān)資料，在課程設(shè)計(jì)中還會(huì)詳細(xì)用到。

蒸發(fā)設(shè)備

除沫器的主要型式蒸發(fā)設(shè)備習(xí)題：一、填空題：1.蒸發(fā)裝置上常用的真空裝置有（），（）和（）。2.疏水器的作用是（）。二、選擇題：1.下列不是蒸發(fā)設(shè)備所包含的構(gòu)件是()。A.加熱室B.分離室C.氣體分布器D.除沫器2.下列幾種蒸發(fā)器內(nèi)氣液分離裝置中，()分離效果最好，阻力降最小。A.鐘罩式B.折流板式C.球形式D.絲網(wǎng)捕集器蒸發(fā)器的型式與結(jié)構(gòu)蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)器主要由加熱室和分離室組成。加熱室有多種多樣的形式，以適應(yīng)各種生產(chǎn)工藝的不同要求。按照溶液在加熱室中的運(yùn)動(dòng)的情況，可將蒸發(fā)器分為循環(huán)型和單程型（不循環(huán)）兩類。（1）循環(huán)型蒸發(fā)器特點(diǎn)：溶液在蒸發(fā)器中循環(huán)流動(dòng)，因而可以提高傳熱效果。由于引起循環(huán)運(yùn)動(dòng)的原因不同。有分為自然循環(huán)型和強(qiáng)制循環(huán)型兩類。

自然循環(huán)：由于溶液受熱程度不同產(chǎn)生密度差引起。強(qiáng)制循環(huán)：用泵迫使溶液沿一定方向流動(dòng)。蒸發(fā)設(shè)備（1）循環(huán)型蒸發(fā)器①垂直短管式蒸發(fā)設(shè)備（1）循環(huán)型蒸發(fā)器②熱式加熱