蒸发和结晶.ppt

第九章产品精制
包括:蒸发浓缩、结晶与干燥等
蒸发是指用加热的方法,使溶液中部分溶剂汽化除去,从而提高溶液的浓度,或使溶液浓缩到饱和而析出溶质的一种操作过程。
结晶是指物质从液态(溶液或熔融体)或气态形成晶体的过程,是获得纯净固态物质的重要方法之一。
干燥是指从湿物料中除去湿分(水分或其它溶剂)的各种单元操作。
蒸发浓缩、结晶与干燥广泛应用于医药、化工、食品等行业,是相关产物分离过程中的重要的单元操作,各自有其相应的工艺理论和装备。
蒸发浓缩
第一节概述
第二节单效蒸发与真空蒸发
第三节多效蒸发
第四节蒸发设备
第五节蒸发过程和设备的强化与展望
第一节概述
一、蒸发及应用
1、蒸发的概念
利用加热的方法,使溶液中的溶剂部分汽化挥发从而将溶液浓缩的过程称为蒸发。蒸发操作广泛应用于化工、轻工、制药、食品等许多工业中。
2、蒸发操作的目的
(1)稀溶液的增浓直接制取液体产品,或者将浓缩的溶液再经进一步处理(如冷却结晶)制取固体产品,如青霉素、庆大霉素等提取液浓缩、以及各种果汁、牛奶的浓缩等等;
(2)纯净溶剂的制取,此时蒸出的溶剂是产品,例如海水蒸发脱盐制取淡水。
(3)同时制备浓溶液和回收溶剂,例如中药生产中酒精浸出液的蒸发。
单效蒸发流程:
3-中央循环管;
不凝性气体
冷却水
二次蒸汽
料液
加热蒸汽
冷凝水
完成液
水
硝酸铵水溶液蒸发流程
蒸发流程
1
2
3
4
5
1-加热管;
2-加热室;
4-蒸发室;
5-除沫器;
6-冷凝器
二、蒸发操作的特点
蒸发操作是从溶液中分离出部分溶剂,而溶液中所含溶质的数量不变,因此蒸发是一个热量传递过程,其传热速率是蒸发过程的控制因素。蒸发所用的设备属于热交换设备。
但与一般的传热过程比较,蒸发过程又具有其自身的特点,主要表现在:
(1)溶液沸点升高被蒸发的料液是含有非挥发性溶质的溶液,由拉乌尔定律可知,在相同的温度下,溶液的蒸汽压低于纯溶剂的蒸气压。换言之,在相同压力下,溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。因此,当加热蒸汽温度一定,蒸发溶液时的传热温度差要小于蒸发溶剂时的温度差。溶液的浓度越高,这种影响也越显著。在进行蒸发设备的计算时,必须考虑溶液沸点上升的这种影响。
(2)物料的工艺特性蒸发过程中,溶液的某些性质随着溶液的浓缩而改变。有些物料在浓缩过程中可能结垢、析出结晶或产生泡沫;有些物料是热敏性的,在高温下易变性或分解;有些物料具有较大的腐蚀性或较高的粘度等等。因此,在选择蒸发的方法和设备时,必须考虑物料的这些工艺特性。
(3)能量利用与回收蒸发时需消耗大量的加热蒸汽,而溶液汽化又产生大量的二次蒸汽,如何充分利用二次蒸汽的潜热,提高加热蒸汽的经济程度,也是蒸发器设计中的重要问题。
几个概念
* 加热蒸汽(生蒸汽):蒸发过程所用的加热蒸汽;
* 完成液:浓缩后的溶液;
* 单效蒸发:产生的二次蒸汽不加利用,直接冷凝排出;
* 多效蒸发:二次蒸汽作为串联使用的下一个蒸发器的加热蒸汽。
三、蒸发操作的分类
按操作方式:间歇式、连续式;
按二次蒸汽的利用情况:单效蒸发、多效蒸发;
按操作压力:常压、加压、减压(真空);
真空蒸发的优点:提高传热温差、利用低压蒸汽作为热源、对热敏性物料的蒸发有利。
第二节单效蒸发与真空蒸发
一、单效蒸发设计计算
确定水的蒸发量;
加热蒸汽消耗量;
蒸发器所需传热面积
1、蒸发水量的计算
加热蒸汽
D,Ts,H
原料
F,w0,
t0 ,c0 ,h0
二次蒸汽
W,T’,H’
冷凝液
D,Ts,hc
完成液(F-W),w1,t1,c1,h1
加热室
单效蒸发的物料衡算,热量衡算示意图
对蒸发器进行溶质物料衡算
得水的蒸发量:
完成液浓度:
2、蒸发器的传热面积
由蒸发器的传热方程可得 
式中Q-蒸发器的热流量,W;A-蒸发器的传热面积,m2 ;K-蒸发器的传热系数,W/( m2 ·K); -蒸发器的平均传热温差,K。由公式可见,计算传热面积需知传热温差和传热系数。
但在确定却有不同于一般换热器的计算方法