蒸发与干燥技术-蒸发技术（药物分离纯化课件）

药物分离与纯化技术课程蒸发和干燥技术--蒸发概述蒸发概述-蒸发和干燥技术大纲1.概念2.蒸发方式及目的3.蒸发过程及特点蒸发概述-蒸发和干燥技术（一）概念

蒸发是将溶液加热后，使其中部分溶剂汽化并被去除，从而提高溶液中溶质的浓度或使溶液浓缩至饱和而析出溶质，也就是使挥发性的溶剂与不挥发的溶质进行分离的一种重要的单元操作。其实质是溶液中的溶剂由液态变成气态，进而与溶液中的溶质实现分离的过程。蒸发概述-蒸发和干燥技术

1、蒸发的方式

蒸发的方式有自然蒸发与沸腾蒸发两种。

（1）自然蒸发：指溶液中的溶剂在低于其沸点条件下汽化，此种蒸发仅在溶液表面进行，故速率缓慢，效率很低。

（2）沸腾蒸发：指在高于沸点条件下的蒸发，溶液任何部分都发生汽化，效率高。（二）.蒸发方式及目的蒸发概述-蒸发和干燥技术2、蒸发操作的目的：（1）利用蒸发操作取得浓溶液，在制药工业中，经常需将药物浓缩到一定浓度，如中药丸剂的制取；（2）通过蒸发操作制取过饱和溶液而得到结晶产品；（3）将溶液蒸发并将蒸汽冷凝、冷却，以达到纯化溶剂的目的。蒸发概述-蒸发和干燥技术（三）蒸发过程及特点

蒸发过程中需要不断的供给热能，以维持溶液的沸腾温度和补充因溶剂汽化所带走的热能；需要及时排除汽化出来的溶剂蒸汽，同时，蒸发需要具有一定的热交换面积。

工业上采用的热源通常为水蒸气，而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸气也是水蒸气。为了易于区别，前者称为加热蒸气，后者称为二次蒸气。蒸发概述-蒸发和干燥技术

在操作中，用冷凝方法将二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝热的操作称为单效蒸发。若将二次蒸汽引到下一效蒸发器作为加热蒸汽，以利用其冷凝热，这种串联蒸发操作称为多效蒸发。

蒸发操作可以在加压、常压或减压下进行，工业上的蒸发操作经常在减压下进行，这种操作称为真空蒸发。蒸发概述-蒸发和干燥技术蒸发过程的实质：传热壁面一侧的蒸汽冷凝与另一侧的溶液沸腾间的传热过程，溶剂的汽化速率由传热速率控制，故蒸发属于热量传递过程，但又有别于一般传热过程。蒸发过程具有以下特点：

（1）传热性质

传热壁面一侧为加热蒸汽进行冷凝，另一侧为溶液进行沸腾，故属于避免两侧流体均有相变的恒温传热过程。蒸发概述-蒸发和干燥技术（2）溶液性质

有些溶液在蒸发过程中有晶体析出、易结垢、易生泡沫、高温下易分解或聚合；溶液的粘度在蒸发过程中逐渐增大，腐蚀性逐渐增强。（3）溶液沸点的改变含有不挥发溶质的溶液，其蒸汽压较同温度下溶剂低，换言之，在相同压强下，溶液的沸点高于纯水的沸点，故当加热蒸汽一定时，蒸发溶液的传热温度差要小于蒸发水的温度差。溶液浓度越高这种现象越显著。蒸发概述-蒸发和干燥技术（4）泡沫夹带二次蒸汽中常夹带大量泡沫，冷凝前必须除去，否则不但损失物料，而且污染冷凝设备。（5）能源利用

蒸发时产生大量二次蒸汽，如何利用它的潜热是蒸发操作中要考虑的关键问题之一，多效蒸发器就有效的解决了这个问题。蒸发流程、蒸发的分类、蒸发操作的特点概述一、蒸发的流程：

概述二、加热蒸汽和二次蒸汽：蒸发需要不断的供给热能。工业上采用的热源通常为水蒸气，而蒸发的物料大多是水溶液，蒸发时产生的蒸汽也是水蒸气。为了区别，将加热的蒸汽称为加热蒸汽，而由溶液蒸发出来的蒸汽称之为二次蒸汽。三、蒸发的分类①按蒸发操作空间的压力可分为：常压，加压，或者减压（真空）蒸发。②按二次蒸汽的利用情况可以分为单效蒸发和多效蒸发。概述四、蒸发操作的特点：1、溶液沸点升高

由于溶液含有不挥发性溶质，因此，在相同温度下，溶液的蒸气压比纯溶剂的小，也就是说，在相同压力下，溶液的沸点比纯溶剂的高，溶液浓度越高，这种影响越显著。2、物料及工艺特性

物料在浓缩过程中，溶质或杂质常在加热表面沉积、析出结晶而形成垢层，影响传热；有些溶质是热敏性的，在高温下停留时间过长易变质；有些物料具有较大的腐蚀性或较高的粘度等等。

3、能量回收

蒸发过程是溶剂汽化过程，由于溶剂汽化潜热很大，所以蒸发过程是一个大能耗单元操作。因此，节能是蒸发操作应予考虑的重要问题。多效蒸发流程多效蒸发多效蒸发操作蒸汽与物料的流向有多种组合，常见的有：并流：溶液与蒸汽的流向相同，称并流。逆流：溶液与蒸汽的流向相反，称逆流。错流：溶液与蒸汽在有些效间成并流，而在有些效间成逆流。平流：每一效都加入原料液的方法。下面以三效为例加以说明：（1）并流（顺流）流程

蒸汽流动方向：1→2→3

溶液流动方向：1→2→3

多效蒸发（1）并流流程优点：①由于前效的压强较后效高，p1>p2>p3，料液可借此压强差自动地流向后一效而无须泵送；②t1>t2>t3，溶液由前一效流入后一效处于过热状态会放出溶液的过热量形成自蒸发，可产生更多的二次蒸汽，因此第三效的蒸发量最大。缺点：溶液浓度，，w↑，μ↑，便使得溶液温度，，t↑，μ↓，便使得多效蒸发（2）逆流流程图

蒸汽流动方向：3→2→1

溶液流动方向：1→2→3

优点：w1＞w2＞w3，w

↑，μ

↑，μ1＞μ2＞μ

3

t1＞t2＞t3，t

↑，μ↓，μ1＜

μ2＜μ

3

w、t

对μ

的影响大致抵消，各效的K

基本不变。

缺点：①由于前效压强较后效高，

p1＞p2＞p3

，料液从后效往前一效要用泵输送。

②各效进料（末效除外）都较沸点低，自蒸发不会发生，所需要热量大。多效蒸发（3）错流流程溶液流向：3→1→2或2→3→1

蒸汽流向：1→2→3优点：兼有逆流与并流的优点。缺点：操作较复杂。

（4）平流流程

各效分别进料并分别出料，二次蒸汽多次利用，对易结晶的物料较合适（因为结晶体不便在效与效之间输送）。多效蒸发习题：一、填空题：1.多效并流蒸发过程中，前效压强一般（）后效压强。2.在三效并流加料蒸发流程中,从第一效到第三效，溶液浓度将愈来愈（）；溶液沸点将愈来愈（）二、选择题：1.采用多效蒸发的目的是()。A.增加溶液的蒸发量B.提高设备的利用率C.为了节省加热蒸汽消耗量D.使工艺流程更简单2.与单效蒸发比较，在相同条件下，多效蒸发()。A.生产能力更大B.热能利用的更充分C.设备费用更低D.操作更为方便药物分离与纯化技术课程蒸发和干燥技术--蒸发的操作方法蒸发的操作方法-蒸发和干燥技术大纲1.常压蒸发、加压蒸发与减压蒸发2.单效蒸发和多效蒸发3.间歇蒸发与连续蒸发蒸发的操作方法-蒸发和干燥技术（一）常压蒸发、加压蒸发与减压蒸发

根据操作压力的不同，蒸发过程可分为常压蒸发、加压蒸发和减压蒸发(真空蒸发)。

常压蒸发：指冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压力为大气压或略高于大气压，此时系统中不凝性气体依靠本身的压力从冷凝器中排出。蒸发的操作方法-蒸发和干燥技术（一）常压蒸发、加压蒸发与减压蒸发

加压蒸发：指操作压力高于大气压的操作，通常用于黏性较大的溶液，产生的二次蒸汽可作为其它加热设备的热源。

真空蒸发：冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压力低于大气压，此时系统中的不凝性气体必须用真空泵抽出。蒸发的操作方法-蒸发和干燥技术

采用减压蒸发的基本目的是降低溶液的沸点。与常压蒸发相比，具有以下优点：

（1）可以用温度较低的低压蒸汽或废蒸汽作加热蒸汽；

（2）

采用同样的加热蒸汽，蒸发器传热的平均温差大，所需的传热面小；

（3）有利于处理热敏性物料；（4）蒸发器的操作温度低，系统的热损失小。（一）常压蒸发、加压蒸发与减压蒸发蒸发的操作方法-蒸发和干燥技术减压蒸发的缺点包括：（1）溶液温度低，粘度大，沸腾的传热数小，蒸发器的传热系数小；（2）蒸发器和冷凝器的内压力低于大气压，完成液和冷凝水需用泵排出；（3）需用真空泵抽出不凝性气体，以保持一定的真空度，因而需多耗能量。（一）常压蒸发、加压蒸发与减压蒸发蒸发的操作方法-蒸发和干燥技术减压蒸发的操作压力取决于冷凝器中水的冷凝温度和真空泵的能力。冷凝器操作压力的最低极限是冷凝水的饱和蒸汽压，所以它取决于冷凝水的温度。真空泵的作用是抽走系统中的不凝性气体，真空泵的能力越大，冷凝器内的操作压力可以越接近冷凝水的饱和蒸汽压。

一般真空蒸发时，冷凝器的压力为（10～20）kPa。（一）常压蒸发、加压蒸发与减压蒸发蒸发的操作方法-蒸发和干燥技术根据二次蒸汽是否用来作为另一蒸发器的加热蒸汽，蒸发过程可分为单效蒸发和多效蒸发。单效蒸发的流程如图所示，二次蒸汽在冷凝器中用水冷却，冷凝成水而排出，二次蒸汽所含的热能没有利用，而是随冷却水直接排放至环境中。（二）单效蒸发和多效蒸发单效蒸发流程图蒸发的操作方法-蒸发和干燥技术

多效蒸发中，第一个蒸发器中蒸出的二次蒸汽用作第二个蒸发器的加热蒸汽，第二个蒸发器蒸出的二次蒸汽用作第三个蒸发器的加热蒸汽，以此类推。二次蒸汽利用次数可根据具体情况而定，系统中串联的蒸发器的数目称为效数。（二）单效蒸发和多效蒸发三效蒸发的流程图蒸发的操作方法-蒸发和干燥技术

间歇蒸发：指料液分批次送入蒸发器，完成浓缩后，将完成液排出后再加入需浓缩的料液。蒸发过程中溶液的沸点和浓度随时间不断改变，是一个非定态的蒸发过程，它适用于小批量、多品种的场合。

连续蒸发：指料液连续地加入蒸发器，完成液也连续地从分离器内排出，是一个连续的、定态的蒸发过程，适用于大批量生产。（三）间歇蒸发与连续蒸发蒸发器的辅助设备蒸发设备蒸发辅助设备有除沫器、冷凝器、输水器、真空泵等。具体的结构与设计可自己看书或是查阅相关资料，在课程设计中还会详细用到。

蒸发设备

除沫器的主要型式蒸发设备习题：一、填空题：1.蒸发装置上常用的真空装置有（），（）和（）。2.疏水器的作用是（）。二、选择题：1.下列不是蒸发设备所包含的构件是()。A.加热室B.分离室C.气体分布器D.除沫器2.下列几种蒸发器内气液分离装置中，()分离效果最好，阻力降最小。A.钟罩式B.折流板式C.球形式D.丝网捕集器蒸发器的型式与结构蒸发设备蒸发器主要由加热室和分离室组成。加热室有多种多样的形式，以适应各种生产工艺的不同要求。按照溶液在加热室中的运动的情况，可将蒸发器分为循环型和单程型（不循环）两类。（1）循环型蒸发器特点：溶液在蒸发器中循环流动，因而可以提高传热效果。由于引起循环运动的原因不同。有分为自然循环型和强制循环型两类。

自然循环：由于溶液受热程度不同产生密度差引起。强制循环：用泵迫使溶液沿一定方向流动。蒸发设备（1）循环型蒸发器①垂直短管式蒸发设备（1）循环型蒸发器②热式加热