文档介绍：蒸发与干燥技术
第十章
蒸发与干燥技术
第一节蒸发
第二节干燥
第一节蒸发
一、蒸发过程
蒸发的根本目的是使溶剂与溶质分离。从蒸发过程的机理看,溶剂的分离是靠供给溶剂汽化需要的热量使溶剂变成蒸汽,而从溶液中分离出来。因此蒸发过程的两个必要组成部分是加热使溶液沸腾汽化和不断排除水蒸汽。与此相应的蒸发系统是由蒸发器和冷凝器两部分组成的。蒸发器实质上是一个换热器,它由加热室和气液分离器两部分组成。加热沸腾产生的二次蒸汽经气液分离器与溶液分离后引出。为了防止液滴随蒸汽带出,一般在蒸发器的顶部设有汽液分离用的除沫装置。从蒸发器蒸出的蒸汽称为二次蒸汽,以便与加热用的蒸汽(加热蒸汽)相区别。冷凝器实际上也是换热器,它有直接接触式和间接式两种类型。
第一节蒸发
二次蒸汽进入冷凝器直接冷凝,冷却水从冷凝器顶加入,与上行的水蒸汽直接接触,将它冷凝成水从下部排出。二次蒸汽中含有的不凝性气体从冷凝器顶部排出。不凝性气体的来源有以下两方面:料液中溶解的空气和当系统减压操作时从周围环境中漏入的空气。蒸发系统总的蒸发速度是由蒸发器的蒸发速度和冷凝器的冷凝速度共同决定的,蒸发速度或冷凝速度发生变化,则系统总的蒸发速度也相应发生变化。因此,操作时必须保证蒸发器和冷凝器均工作正常。
料液在蒸发器中蒸发到要求的浓度后,称为完成液,从蒸发器底部放出,是过程的产品。如果溶液的沸点很高,不能用饱和水蒸汽加热,可以采用其它的加热方法,如高温载热体加热、熔盐加热、烟道气直接加热或电加热等。
第一节蒸发
2. 蒸发过程应考虑的因素
液体在任何温度下都可以蒸发,而且蒸发现象只发生于液体表面。因此蒸发过程中应该考虑以下一些因素:
(1)液体蒸发面的面积在一定温度下,单位时间内一定量蒸汽蒸发速度与蒸发面的大小成正比,即蒸发的表面积愈大,蒸发速度愈快。故常压蒸发时应采用直径大、锅底浅的广口蒸发锅。
(2)加热温度与液体温度应有一定的温度差根据热传导与分子动力学理论,汽化是由于分子受热后振动能力超过分子间内聚力而产生的。因此要使蒸发速度加快,必须使加热温度与液体温度间有一定的温度差,以使溶媒分子获得足够能量而不断汽化。
第一节蒸发
(3)搅拌液体的汽化在液面总是最大的。由于热量的损失,液体的温度下降最快,加之液体的挥发,浓度的增加也较快。液面温度下降和浓度升高造成液面粘滞度增加,因而液面往往产生结膜现象。结膜后不利于传热及蒸发,通过经常搅拌可以克服结膜现象,使蒸汽发散加快,提高蒸发速度。
(4)液面外蒸汽的浓度在温度、液面压力,蒸发面积等因素不变的前提下,蒸发速度与蒸发时液面上大气中的蒸汽浓度成反比。蒸汽浓度大,分子不易逸出,蒸发速度就慢,反之则快。故在蒸发浓缩的车间里应使用电扇、排风扇等通风设备,及时排除液面的蒸汽,以加速蒸发的进行。
第一节蒸发
(5)液面外蒸汽的温度蒸发速度可随着蒸发温度的增加而加快,例如15℃时1m3充分饱和的空气含12g水蒸汽,50℃时可含82g、75℃时则可含234g,即温度愈高,在单位体积的空气内,可能含有的水蒸汽愈多;反之,如将较高的温度下降及已饱和的蒸汽重新冷却,则一部分蒸汽又重新冷结为液体。因此,在蒸发液上部通入热风可促进蒸发。如片剂包糖衣时鼓入热风,即可加速水分的蒸发。
(6)液体表面的压力液体表面压力越大,蒸发速度越慢。所以,有条件者可以采用减压蒸发,即可加速蒸发,又可避免药物受高温而破坏。
第一节蒸发
二、蒸发的操作方法
1. 常压蒸发与减压蒸发
根据操作压力的不同,蒸发过程可分为常压蒸发和减压蒸发(真空蒸发)。常压蒸发是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。真空蒸发时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。
采用真空蒸发的基本目的是降低溶液的沸点。与常压蒸发相比,它有以下优点:
①溶液沸点低,可以用温度较低的低压蒸汽或废蒸汽作加热蒸汽;
②溶液沸点低,采用同样的加热蒸汽,蒸发器传热的平均温度差大,所需的传热面小;
③溶液沸点低,有利于处理热敏性物料,即高温下易分解和变质的物料;
④蒸发器的操作温度低,系统的热损失小。
第一节蒸发
真空蒸发的缺点:
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或大气腿排出;
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。
真空蒸发的操作压力(真空度)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