第七章蒸发、干燥、结晶与膜处理设备.pptx
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第七章--蒸发与结晶
一、结晶设备的结构及特点
➢ 按照生产作业方式，结晶器分成间歇和连续两大类； ➢ 按照形成过饱和溶液途径的不同，可将结晶设备分
为冷却结晶器、蒸发结晶器、真空结晶器、盐析结 晶器和其他结晶器五大类，其中前三类使用较广。 （一）冷却结晶器 冷却结晶设备是采用降温来使溶液进入过饱和（自 然起晶或晶种起晶），并不断降温，以维持溶液一 定的过饱和浓度进行育晶，常用于温度对溶解度影 响比较大的物质结晶。结晶前先将溶液升温浓缩。
2．结晶罐
这是一类立式带有搅拌器的罐式结晶器，冷却采用夹 层，也可用装于罐内的鼠笼冷却管。在结晶罐中冷 却速度可以控制的比较缓慢。因为是间歇操作，结 晶时间可以任意调节，因此可得到较大的结晶颗粒， 特别适合于有结晶水的物料的晶析过程。
AC
A
A
D
4
D
5
D
3
2
1
1
C
B
B
CB
图11-24 结晶罐 浆式搅拌器 2-夹套 3-刮垢器 4-鼠笼冷却管 5-导液管 6-尖底搅拌耙
3．外加热式
二次蒸汽
蒸发器 5
2
加热蒸汽
1
完成液
3
料液
冷凝水
4 4．列文式蒸发器 这种蒸发器的结 构特点是在加热 室之上增设沸腾 6 室。
7
1 2
图11-4 外热式蒸发器
图11-5 列文式蒸发器
1-加热室 2-蒸发室 3-循环管 1-加热室 2-加热管 3-循环管 4-蒸发室
5-除沫器 6-挡板 7-沸腾室
一、蒸发的分类
➢ 按操作空间的压力可分为常压、加压或减压蒸发。 ➢ 按蒸汽利用情况可分为单效蒸发、二效蒸发和多效
蒸发 ➢ 按操作流程可分为间歇式、连续式。 ➢ 按加热部分的结构可分为膜式和非膜式。
蒸发和结晶设备培训课件(ppt 65张)
有机酸等小分子的生产中，以作为精制的一种手段。 固体有结晶和无定形两种状态，两者的区别在于 它们的构成单位的排列方式不同，前者有规则，后
四、蒸发器的附属设备
1、汽液分离器（捕沫器） （1）装于蒸发器顶盖下面的分离器
(a)折流板式
（b）球形捕沫器
（c）丝网捕沫器
（d）离心式分离器
图11-13 汽液分离器
（2）装于蒸发器外面的分离器
(a)
(b)
(c)
(d)
图11-14 汽液分离器
2、冷凝与不凝气体的排除装置
2 6 接 真 空 泵
水
升膜式蒸发器：成膜方便，不存在液体分 配不匀的问题，但是不适合粘度大的液体 浓缩
降膜式蒸发器：成膜均匀度不如升膜式， 适合粘度较高的物料浓缩。
齿形溢流口 在加热管的上方管口周边 切成锯齿形，以增加液体的 溢流周边。当液面稍高于管 口时，则可以沿周边均匀地 溢流而下，由于加热管管口 高度一致，溢流周边比较大， 致使各管子间或管子的各向 溢流量比较均匀。当液位稍 有差别时，不致引起很大的 溢流差别，但当液位差别比 较大，液位高度有变化时， 深液分布还是不够均匀
第十章 蒸发和结晶设备
第一节 蒸发设备 第二节 结晶设备
第一节、蒸发设备
在发酵工业中，蒸发操作常用于将溶液浓缩至一定的 浓度，使其他工序更为经济合理。 蒸发与结晶之间最大区别在于，蒸发过程溶质没有 发生相变，而结晶过程是溶质的结晶析出。生物工业中 的蒸发浓缩操作 , 通常溶液中具有生物活性的物质，或 对温度较为敏感的物质，应特别注意。
在减压下进行的蒸发称真空蒸发，发酵工业一般采 用真空蒸发，它具有以下优点：
（１）降低物料的沸腾温度， （２）提高热源与物料间的温度差，加速蒸发过程； （３）为二次蒸汽的利用创造条件，可采用双效、多效真空蒸发 （４）蒸发器损失于外界的热量较小。
四、蒸发器的附属设备
1、汽液分离器（捕沫器） （1）装于蒸发器顶盖下面的分离器
(a)折流板式
（b）球形捕沫器
（c）丝网捕沫器
（d）离心式分离器
图11-13 汽液分离器
（2）装于蒸发器外面的分离器
(a)
(b)
(c)
(d)
图11-14 汽液分离器
2、冷凝与不凝气体的排除装置
2 6 接 真 空 泵
水
升膜式蒸发器：成膜方便，不存在液体分 配不匀的问题，但是不适合粘度大的液体 浓缩
降膜式蒸发器：成膜均匀度不如升膜式， 适合粘度较高的物料浓缩。
齿形溢流口 在加热管的上方管口周边 切成锯齿形，以增加液体的 溢流周边。当液面稍高于管 口时，则可以沿周边均匀地 溢流而下，由于加热管管口 高度一致，溢流周边比较大， 致使各管子间或管子的各向 溢流量比较均匀。当液位稍 有差别时，不致引起很大的 溢流差别，但当液位差别比 较大，液位高度有变化时， 深液分布还是不够均匀
第十章 蒸发和结晶设备
第一节 蒸发设备 第二节 结晶设备
第一节、蒸发设备
在发酵工业中，蒸发操作常用于将溶液浓缩至一定的 浓度，使其他工序更为经济合理。 蒸发与结晶之间最大区别在于，蒸发过程溶质没有 发生相变，而结晶过程是溶质的结晶析出。生物工业中 的蒸发浓缩操作 , 通常溶液中具有生物活性的物质，或 对温度较为敏感的物质，应特别注意。
在减压下进行的蒸发称真空蒸发，发酵工业一般采 用真空蒸发，它具有以下优点：
（１）降低物料的沸腾温度， （２）提高热源与物料间的温度差，加速蒸发过程； （３）为二次蒸汽的利用创造条件，可采用双效、多效真空蒸发 （４）蒸发器损失于外界的热量较小。
第七章蒸发、干燥、结晶与膜处理设备
抽真空可方便地降低蒸发器的操作压力和溶液温度。
多效蒸发可提高生蒸汽的利用率(经济性)，即同样数量生蒸 汽可蒸发比单效蒸发器更多水。
效数 单效 双效 三效 四效 五效
W/D 0.91 1.75 2.5 3.33 3.7
D/W 1.1 0.57 0.4
0.3 0.27
多效蒸发流程
并流加料蒸发流程
优点： 后效蒸发室压力较前效低， 前效溶液可籍压差流入后效， 无需用泵输送； 后效溶液沸点较前效低，溶 液流入后效时，由于过热而 发生自蒸发(闪蒸)，可蒸发 更多的溶液。
干燥过程的基本问题
(1) 干燥介质用量的确定； (2) 干燥条件的优化； (3) 干燥速率的强化； (4) 干燥方法的合理选择。
解决这些问题需要掌握的基本知识有：
(1) 湿分在气固两相间的传递规律； (2) 湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化； (3) 物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征； (4) 干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。
多效蒸发流 完成液从各效分别排出，各 效溶液的流向互相平行。
适用于蒸发过程中容易析出结晶的物料 (如食盐水在较低浓 度下即达到饱和状态而有结晶析出)，可避免在各效间输送含 有大量结晶的溶液。
干燥概述
在制药工业生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过多 的水分或有机溶剂 (湿份)，要制得合格的产品需要除去固体 物料中多余的湿份。 例如： 合成药工业中，在过饱和的有机药物溶液中重结晶； 中药制药工业中，中药制剂的颗粒分装 除湿方法：机械脱水 (沉降或过滤)；干燥 (加热使湿份汽化) 惯用做法：先采用机械方法把固体所含的绝大部分湿份除去， 然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份干燥掉，以降低 除湿的成本。
(2) 脉冲式气流干燥器 脉冲管内气速随管径变化而交替地增大和减 小。由于惯性的作用，颗粒运动速度滞后气 体，使气固两相的相对速度增加。
多效蒸发可提高生蒸汽的利用率(经济性)，即同样数量生蒸 汽可蒸发比单效蒸发器更多水。
效数 单效 双效 三效 四效 五效
W/D 0.91 1.75 2.5 3.33 3.7
D/W 1.1 0.57 0.4
0.3 0.27
多效蒸发流程
并流加料蒸发流程
优点： 后效蒸发室压力较前效低， 前效溶液可籍压差流入后效， 无需用泵输送； 后效溶液沸点较前效低，溶 液流入后效时，由于过热而 发生自蒸发(闪蒸)，可蒸发 更多的溶液。
干燥过程的基本问题
(1) 干燥介质用量的确定； (2) 干燥条件的优化； (3) 干燥速率的强化； (4) 干燥方法的合理选择。
解决这些问题需要掌握的基本知识有：
(1) 湿分在气固两相间的传递规律； (2) 湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化； (3) 物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征； (4) 干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。
多效蒸发流 完成液从各效分别排出，各 效溶液的流向互相平行。
适用于蒸发过程中容易析出结晶的物料 (如食盐水在较低浓 度下即达到饱和状态而有结晶析出)，可避免在各效间输送含 有大量结晶的溶液。
干燥概述
在制药工业生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过多 的水分或有机溶剂 (湿份)，要制得合格的产品需要除去固体 物料中多余的湿份。 例如： 合成药工业中，在过饱和的有机药物溶液中重结晶； 中药制药工业中，中药制剂的颗粒分装 除湿方法：机械脱水 (沉降或过滤)；干燥 (加热使湿份汽化) 惯用做法：先采用机械方法把固体所含的绝大部分湿份除去， 然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份干燥掉，以降低 除湿的成本。
(2) 脉冲式气流干燥器 脉冲管内气速随管径变化而交替地增大和减 小。由于惯性的作用，颗粒运动速度滞后气 体，使气固两相的相对速度增加。
大学化学《化工原理 蒸发》课件
pm p p p gL / 2
p：液面上的压强； L：加热管底部以上液层高； ρ：液体的平均密度。
§7.2 单效蒸发
14
＝t( pp) t( p)
3. 管道流体阻力产生压降的影响
p < p′ 二次蒸汽饱和温度↓
⊿'''＝1℃ （三） 蒸发器的生产能力和生产强度
生产能力: 单位时间内蒸发的水量, 即蒸发量 kg/h 大小取决于传热速率 Q
（1）循环速度较低，管内流速<0.5m/s；
（2）溶液粘度大、沸点高，有效温差小。
（3）设备的清洗和维修也不够方便。 应用广泛，适用于处理量大、结垢不严重的物系。
§7.4 蒸发设备
2. 悬筐式蒸发器（自然循环型）
优点：加热室可由顶部取出进行 清洗、检修或更换， 而且热损失也较小。
适用于易结晶或结垢溶液的蒸发
23
二、多效蒸发与单效蒸发的比较
多效蒸发单位生蒸汽消耗量D/W比单效蒸发小，
操作费比单效蒸发小； 注意：
操作费减小的幅度并不与效数成正比，
效数越多，操作费减小的幅度成下降趋势。
多效蒸发生产能力比单效蒸发小， 生产强度比单效蒸发小，
设备费比单效蒸发大。
效数越多，设备费增大的幅度越大。
§7.3 多效蒸发
§7.4 蒸发设备
34
缺点：
❖液柱静压头效应引起的温度差损失较大，要求 加热蒸汽有较高的压力。
❖设备庞大，消耗的材料多，需要高大的厂房。
4. 强制循环蒸发器
循环速度的大小可通过泵的流量调节来控制, 一般在2.5m/s以上。 适宜蒸发粘度大、易结晶和结垢的物料。 能耗大。
§7.4 蒸发设备
35
（二）单程型蒸发器
新版第七章蒸发与结晶设备ppt课件
❖ 其缺点是结构复杂，动力消耗大，每平方米传热 面约需1.5～3kw。此外，受夹套传热面的限制， 其处理量也很小。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
4.离心薄膜式蒸发器 ❖ 图7-5
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2
液面
2
液面
1
（ a）
1
液面
1
（ b）
3
料
料
液
液
1
（ c）
（ d）
图 11-9 降 膜 蒸 发 器 的 液 体 分 布 器 1-加 热 管 2-导 流 管 3-旋 液 分 配 头
装置以保持蒸发室的真空度，从而消耗额外的能量。 保持的真空度愈高，消耗的能量也愈大。同时，随 着压力的减小，溶液沸点降低，其粘度亦随之增大， 常使对流传热系数减小，从而也使总传热系数减小。 此外，由于二次蒸汽的温度的降低使得冷凝的传热 温度差相应降低。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
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（3）升－降膜式蒸发器
３ ２
❖
将升膜和降膜式
蒸发器装在一个外壳中
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4.离心薄膜式蒸发器 ❖ 图7-5
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2
液面
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1
（ a）
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料
料
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图 11-9 降 膜 蒸 发 器 的 液 体 分 布 器 1-加 热 管 2-导 流 管 3-旋 液 分 配 头
装置以保持蒸发室的真空度，从而消耗额外的能量。 保持的真空度愈高，消耗的能量也愈大。同时，随 着压力的减小，溶液沸点降低，其粘度亦随之增大， 常使对流传热系数减小，从而也使总传热系数减小。 此外，由于二次蒸汽的温度的降低使得冷凝的传热 温度差相应降低。
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（3）升－降膜式蒸发器
３ ２
❖
将升膜和降膜式
蒸发器装在一个外壳中
生物工程设备第7章蒸发与结晶设备
自 然 冷 却 敞 开 式 结 晶 器
搅 拌 冷 却 结 晶 器
连 续 式 冷 却 结 晶 器
搅 拌 蒸 发 结 晶 器
搅 拌 真 空 结 晶 器
浓缩倍数7倍 转速：700（r/min） 蒸发强度：300 kg水/m2hr 传热系数：3000-8000（kcal/m2hr℃）
or 12500-33440（kJ/m2hr℃）
三、强化簿膜蒸发器的操作关键
物料接近沸点温度进料 要取适当的温差 Δt=20~35℃ 足够和合适的真空度 足够的冷凝量 汽-液分离装置效果好
汽液分离器
冷凝装置 真空发生器
惯性力式汽液分离器 离心式汽液分离器 金属丝网除沫器 直接式 (雨滴型、水膜型、喷雾型 间接式 机械真空泵 水喷射泵
1.汽液分离器
汽液分离器
惯性力式汽液分离器 离心式汽液分离器 金属丝网除沫器
汽液分离器分离要求
分离效果好 压力损失小 结构简单 分离器外壁保温，以免二次蒸汽冷凝
第一节 蒸发设备
蒸发是用加热的方法，使溶液中的部分溶剂汽化并 除去，以提高溶液中溶质的浓度或使溶液浓缩到饱 和而析出溶质，是使挥发性的溶剂与不挥发的溶质 分离的一种重要的单元操作。
生物制药行业常用的蒸发器
非膜式蒸发器 膜式蒸发器
真空夹套式蒸发器 标准式蒸发器
升膜式蒸发器 降膜式蒸发器 升降膜式蒸发器 循环式蒸发器 刮板式簿膜蒸发器 离心式簿膜蒸发器
4190-20900（kJ/m2hr℃）
刮板式蒸发器结构和特性参数
设备 L/D=5-8 浓缩倍数3倍 蒸发强度： 200kg水/m2hr 刮板末端线速度：4-10（m/s） 刮板转速：230-1600（RPM） 传热系数： 6000（kcal/m2hr℃）or
干货来啦！图文演示22种蒸发、结晶设备结构原理
干货来啦！图文演示22种蒸发、结晶设备结构原理一、中央循环管式蒸发器中央循环管式蒸发器的结构其加热室由一垂直的加热管束（沸腾管束）构成，在管束中央有一根直径较大的管子，称为中央循环管，其截面积一般为加热管束总截面积的40~100%。
当加热介质通入管间加热时，由于加热管内单位体积液体的受热面积大于中央循环管内液体的受热面积，因此加热管内液体的相对密度小，从而造成加热管与中央循环管内液体之间的密度差，这种密度差使得溶液自中央循环管下降，再由加热管上升的自然循环流动。
溶液的循环速度取决于溶液产生的密度差以及管的长度，其密度差越大，管子越长，溶液的循环速度越大。
但这类蒸发器由于受总高度限制，加热管长度较短，一般为1~2m，直径为25~75mm，长径比为20~40。
性能特点：中央循环管蒸发器具有结构紧凑、制造方便、操作可靠等优点，故在工业上的应用十分广泛，有所谓“标准蒸发器”之称。
但实际上，由于结构上的限制，其循环速度较低（一般在0.5m/s以下）；而且由于溶液在加热管内不断循环，使其浓度始终接近完成液的浓度，因而溶液的沸点高、有效温度差减小。
此外，设备的清洗和检修也不够方便。
二、外热式蒸发器外热式蒸发器的结构特点是加热室与分离室分开，这样不仅便于清洗与更换，而且可以降低蒸发器的总高度。
因其加热管较长（管长与管径之比为50~100），同时由于循环管内的溶液不被加热，故溶液的循环速度大，可达1.5m/s。
三、升膜蒸发器升膜式蒸发器的加热室由一根或数根垂直长管组成，通常加热管直径为25~50mm，管长与管径之比为100~150。
原料液经预热后由蒸发器的底部进入，加热蒸汽在管外冷凝。
当溶液受热沸腾后迅速汽化，所生成的二次蒸汽在管内高速上升，带动液体沿管内壁成膜状向上流动，上升的液膜因受热而继续蒸发。
故溶液自蒸发器底部上升至顶部的过程中逐渐被蒸浓，浓溶液进入分离室与二次蒸汽分离后由分离器底部排出。
常压下加热管出口处的二次蒸汽速度不应小于10m/s，一般为20~50m/s，减压操作时，有时可达100~160m/s或更高。
发酵工程设备课件 第七章 蒸发与结晶
管壁上的液体受热 不断蒸发，气柱不 断增大，最后气柱 之间的液膜消失， 蒸汽占据了整个管 的中部空间，形成 连续相，液体只能 分布于管壁，形成 环状液膜，并在上 升蒸汽的拖带下形 成“爬膜”。
图g:雾沫夹带区
液体蒸发时蒸汽会 把溶液以雾沫夹带 离开液膜， “液 膜”迅速减薄。
图h：干壁区
如果汽速进一步增 加，使液膜上升的速 度赶不上溶液蒸发速 度，则加热管上的液 膜将会出现局部被干 燥、结疤、结垢、结 焦等不正常现象。
二次蒸汽
• 从溶液中汽化出来的蒸汽称为二次蒸汽。
• 作为热源的水蒸汽做加热蒸汽或一次蒸汽，
升膜蒸发器
管束直径为20～ 50mm; 高度为2～12m 高径比100～150 加热蒸汽走壳程 料液走管程 真空/常压操作。
工作原理
物料从加热器下部的进料管进入，在 加热管内被加热蒸发拉成液膜，浓缩液在 二次蒸汽带动下一起上升，从加热器上端 沿汽液分离器筒体的切线方向进入分离 器，浓缩液从分离器底部排出，二次蒸汽 进入冷凝器。
降膜式蒸发器 结构和特性参数：
管径 20-50mm L/d=50-70 浓缩倍数7倍 蒸发强度 80-100kg水/m2hr 传热系数 4190-20900（kJ/m2hr℃）
• 因重力的影响增加了蒸汽的抽拉作用和液 膜的流动速度，所以在同样条件下降膜蒸 发器的液膜比升膜要薄，传热系数也较大。 传热系数4190-20900（kJ/m2hr℃）
1. 供应足够的热能，以维持溶液的沸腾温度和补 充因溶剂汽化所带走的热能。 2. 促使溶剂蒸汽迅速排除。 3. 一定的热交换面积，以保证传热量。
蒸发设备通常是指创造蒸发必要条件的设备组 合，它由蒸发器（具有加热界面和蒸发表面）、 冷凝器和抽气泵等组成。由于各种溶液的性质不 同，蒸发要求的条件差别很大。蒸发器有很多种 类和型式，必须考虑溶液如下几种的特性，以适 应不同的需要进行选用。
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制药设备与工程设计
制药工程教研室
第七章 蒸发、干燥、结晶 与膜处理设备
概述
蒸发过程：将含有固体溶质的稀溶液加热沸腾进行浓缩，以 获得固体产品或制取溶剂。蒸发过程实际上是不挥发性的溶 质和挥发性的溶剂分离的过程。
蒸发过程的基本概念
加热蒸汽(生蒸汽) 二次蒸汽 单效蒸发 多效蒸发 常压蒸发 加压蒸发 减压蒸发
循环型蒸发器
外热式蒸发器
循环型蒸发器
列文式蒸发器
循环型蒸发器
强制循环蒸发器
单程型蒸发器
升膜式蒸发器和 降膜式蒸发器
单程型蒸发器
升-降膜式蒸发器
单程型蒸发器
刮板式冷凝器
浸没燃烧式蒸发器
除沫器、冷凝器和真空装置
除沫器
除沫器、冷凝器和真空装置
冷凝器及真空装置
除沫器、冷凝器和真空装置
疏水阀
Flash
概述
蒸发操作是间壁两侧分别有蒸汽冷凝和液体沸腾的传热过程， 蒸发器也是一种换热器。
蒸发过程的特殊性
(1) 溶液中含有不挥发性溶质，故溶液的蒸汽压较纯溶剂的蒸 汽压为低(沸点高)，相同条件下，蒸发溶液的传热温差就 比蒸发纯溶剂的传热温差小；
(2) 工业规模的蒸发量很大，需要耗用大量的加热蒸汽，应充 分利用二次蒸汽(多效蒸发)，降低过程的能量消耗；
8
6
3
1
2
7 干品 4
5
1-鼓风机；2-预热器； 3-气流干燥管；4-加料斗； 5-螺旋加料器；6-旋风分离器； 7-卸料阀；8-引风机。
对流干燥过程原理
温度为 t、湿份分压为 p 的湿热气体流过湿物料的表面，物
料表面温度 ti 低于气体温度 t。
H
由于温差的存在，气体以对流方式
t
向固体物料传热，使湿份汽化；
F x0 F W x1
F, x0, t0, h0
W, T’, H’
蒸发室
W
F
1
x0 x1
x1
F x0 F W
D, T, H
加
热
(F-WD, T, hw
多效蒸发
单效蒸发：1kg水/1kg多生蒸汽
二次蒸汽作为加热蒸汽的条件：该蒸发器的操作压力和溶液 温度应低于前一蒸发器。
防止加热蒸汽和冷凝水一 起排出加热室外。 (1) 热动力式 (2) 钟形浮子式 (3) 脉冲式
1-冷凝水入口；2-冷凝水出口； 3-排出管；4-背压室； 5-滤网；6-阀片
单效蒸发
主要计算项目：蒸发器的水分蒸发量；传热负荷与加热蒸汽 的消耗量；传热温度差；传热系数；传热面积。
物料衡算和热量衡算
水分蒸发量
干燥方法的分类：根据加热方法可分为传导干燥、对流干 燥和辐射干燥。
对流干燥过程举例
生产中最常用的是对流干燥。
对流干燥器：空气通过送风机吹入 空气预热器，预热后的热空气送入 气流干燥管，湿料由螺旋加料器推 入干燥器并分散于热气流中，受气 流的输送并进行干燥，干燥产品通 过旋风分离器从气流中分离出来， 湿废气体由引风机抽出排空。
ti
q
在分压差的作用下，湿份由物料表
面向气流主体扩散，并被气流带走。
pi
W
干燥是热、质同时传递的过程
干燥介质：用来传递热量（载热体） 和湿份（载湿体）的介质。
M
p
注意：只要物料表面的湿份分压高于气体中湿份分压，干燥 即可进行，与气体的温度无关。气体预热并不是干燥的充要 条件，其目的在于加快湿份汽化和物料干燥的速度，达到一 定的生产能力。
抽真空可方便地降低蒸发器的操作压力和溶液温度。
多效蒸发可提高生蒸汽的利用率(经济性)，即同样数量生蒸 汽可蒸发比单效蒸发器更多水。
效数 单效 双效 三效 四效 五效
W/D 0.91 1.75 2.5 3.33 3.7
D/W 1.1 0.57 0.4
0.3 0.27
多效蒸发流程
并流加料蒸发流程
优点： 后效蒸发室压力较前效低， 前效溶液可籍压差流入后效， 无需用泵输送； 后效溶液沸点较前效低，溶 液流入后效时，由于过热而 发生自蒸发(闪蒸)，可蒸发 更多的溶液。
(3) 溶液的特殊性决定了蒸发器的特殊结构。例如，易结垢或 析出结晶的溶液，设计上应设法防止或减少垢层的生成， 并应使加热面易于清洗。对热敏性，高粘度或强腐蚀性的 物料，应设计或选择适宜结构的蒸发器。
蒸发装置
蒸发器的结构及特点 循环型和单程型
循环型蒸发器
中央循环管式蒸发器
循环型蒸发器
悬筐式蒸发器
多效蒸发流程
平流加料蒸发流程
料液分别加入各效，蒸发后 完成液从各效分别排出，各 效溶液的流向互相平行。
适用于蒸发过程中容易析出结晶的物料 (如食盐水在较低浓 度下即达到饱和状态而有结晶析出)，可避免在各效间输送含 有大量结晶的溶液。
干燥概述
在制药工业生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过多 的水分或有机溶剂 (湿份)，要制得合格的产品需要除去固体 物料中多余的湿份。 例如： 合成药工业中，在过饱和的有机药物溶液中重结晶； 中药制药工业中，中药制剂的颗粒分装 除湿方法：机械脱水 (沉降或过滤)；干燥 (加热使湿份汽化) 惯用做法：先采用机械方法把固体所含的绝大部分湿份除去， 然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份干燥掉，以降低 除湿的成本。
干燥过程的基本问题
(1) 干燥介质用量的确定； (2) 干燥条件的优化； (3) 干燥速率的强化； (4) 干燥方法的合理选择。
解决这些问题需要掌握的基本知识有：
(1) 湿分在气固两相间的传递规律； (2) 湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化； (3) 物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征； (4) 干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。
干燥曲线和干燥速率曲线
干燥曲线：物料湿含量 X 与干燥时间 的关系曲线。
预热段
初始湿含量 X1 和温度 1 变为
X 和 tw。物料吸热升温以提高 汽化速率，但湿含量变化不大。
湿含量X
AB
预热段
C 降速段
Xc
恒速段
D X*
物料表面温度
恒速干燥段
物料温度恒定在 tw，X~ 变化
呈直线关系，气体传给物料 的热量全部用于湿份汽化。
缺点： 后效溶液浓度较前效大，而沸点又较低，故粘度相对较大， 使后效的传热系数较前效为小，在后两效中尤为严重。
多效蒸发流程
逆流加料蒸发流程
优点： 随着溶液浓度的逐效提高， 溶液的温度也不断提高，故 各效溶液浓度比较接近，传 热系数也大致相同。
缺点： 效间溶液需用泵输送，能量消耗较大。 适用于粘度随温度和浓度变化比较大的溶液，但不适用于热 敏性物料的蒸发。
制药工程教研室
第七章 蒸发、干燥、结晶 与膜处理设备
概述
蒸发过程：将含有固体溶质的稀溶液加热沸腾进行浓缩，以 获得固体产品或制取溶剂。蒸发过程实际上是不挥发性的溶 质和挥发性的溶剂分离的过程。
蒸发过程的基本概念
加热蒸汽(生蒸汽) 二次蒸汽 单效蒸发 多效蒸发 常压蒸发 加压蒸发 减压蒸发
循环型蒸发器
外热式蒸发器
循环型蒸发器
列文式蒸发器
循环型蒸发器
强制循环蒸发器
单程型蒸发器
升膜式蒸发器和 降膜式蒸发器
单程型蒸发器
升-降膜式蒸发器
单程型蒸发器
刮板式冷凝器
浸没燃烧式蒸发器
除沫器、冷凝器和真空装置
除沫器
除沫器、冷凝器和真空装置
冷凝器及真空装置
除沫器、冷凝器和真空装置
疏水阀
Flash
概述
蒸发操作是间壁两侧分别有蒸汽冷凝和液体沸腾的传热过程， 蒸发器也是一种换热器。
蒸发过程的特殊性
(1) 溶液中含有不挥发性溶质，故溶液的蒸汽压较纯溶剂的蒸 汽压为低(沸点高)，相同条件下，蒸发溶液的传热温差就 比蒸发纯溶剂的传热温差小；
(2) 工业规模的蒸发量很大，需要耗用大量的加热蒸汽，应充 分利用二次蒸汽(多效蒸发)，降低过程的能量消耗；
8
6
3
1
2
7 干品 4
5
1-鼓风机；2-预热器； 3-气流干燥管；4-加料斗； 5-螺旋加料器；6-旋风分离器； 7-卸料阀；8-引风机。
对流干燥过程原理
温度为 t、湿份分压为 p 的湿热气体流过湿物料的表面，物
料表面温度 ti 低于气体温度 t。
H
由于温差的存在，气体以对流方式
t
向固体物料传热，使湿份汽化；
F x0 F W x1
F, x0, t0, h0
W, T’, H’
蒸发室
W
F
1
x0 x1
x1
F x0 F W
D, T, H
加
热
(F-WD, T, hw
多效蒸发
单效蒸发：1kg水/1kg多生蒸汽
二次蒸汽作为加热蒸汽的条件：该蒸发器的操作压力和溶液 温度应低于前一蒸发器。
防止加热蒸汽和冷凝水一 起排出加热室外。 (1) 热动力式 (2) 钟形浮子式 (3) 脉冲式
1-冷凝水入口；2-冷凝水出口； 3-排出管；4-背压室； 5-滤网；6-阀片
单效蒸发
主要计算项目：蒸发器的水分蒸发量；传热负荷与加热蒸汽 的消耗量；传热温度差；传热系数；传热面积。
物料衡算和热量衡算
水分蒸发量
干燥方法的分类：根据加热方法可分为传导干燥、对流干 燥和辐射干燥。
对流干燥过程举例
生产中最常用的是对流干燥。
对流干燥器：空气通过送风机吹入 空气预热器，预热后的热空气送入 气流干燥管，湿料由螺旋加料器推 入干燥器并分散于热气流中，受气 流的输送并进行干燥，干燥产品通 过旋风分离器从气流中分离出来， 湿废气体由引风机抽出排空。
ti
q
在分压差的作用下，湿份由物料表
面向气流主体扩散，并被气流带走。
pi
W
干燥是热、质同时传递的过程
干燥介质：用来传递热量（载热体） 和湿份（载湿体）的介质。
M
p
注意：只要物料表面的湿份分压高于气体中湿份分压，干燥 即可进行，与气体的温度无关。气体预热并不是干燥的充要 条件，其目的在于加快湿份汽化和物料干燥的速度，达到一 定的生产能力。
抽真空可方便地降低蒸发器的操作压力和溶液温度。
多效蒸发可提高生蒸汽的利用率(经济性)，即同样数量生蒸 汽可蒸发比单效蒸发器更多水。
效数 单效 双效 三效 四效 五效
W/D 0.91 1.75 2.5 3.33 3.7
D/W 1.1 0.57 0.4
0.3 0.27
多效蒸发流程
并流加料蒸发流程
优点： 后效蒸发室压力较前效低， 前效溶液可籍压差流入后效， 无需用泵输送； 后效溶液沸点较前效低，溶 液流入后效时，由于过热而 发生自蒸发(闪蒸)，可蒸发 更多的溶液。
(3) 溶液的特殊性决定了蒸发器的特殊结构。例如，易结垢或 析出结晶的溶液，设计上应设法防止或减少垢层的生成， 并应使加热面易于清洗。对热敏性，高粘度或强腐蚀性的 物料，应设计或选择适宜结构的蒸发器。
蒸发装置
蒸发器的结构及特点 循环型和单程型
循环型蒸发器
中央循环管式蒸发器
循环型蒸发器
悬筐式蒸发器
多效蒸发流程
平流加料蒸发流程
料液分别加入各效，蒸发后 完成液从各效分别排出，各 效溶液的流向互相平行。
适用于蒸发过程中容易析出结晶的物料 (如食盐水在较低浓 度下即达到饱和状态而有结晶析出)，可避免在各效间输送含 有大量结晶的溶液。
干燥概述
在制药工业生产中所得到的固态产品或半成品往往含有过多 的水分或有机溶剂 (湿份)，要制得合格的产品需要除去固体 物料中多余的湿份。 例如： 合成药工业中，在过饱和的有机药物溶液中重结晶； 中药制药工业中，中药制剂的颗粒分装 除湿方法：机械脱水 (沉降或过滤)；干燥 (加热使湿份汽化) 惯用做法：先采用机械方法把固体所含的绝大部分湿份除去， 然后再通过加热把机械方法无法脱除的湿份干燥掉，以降低 除湿的成本。
干燥过程的基本问题
(1) 干燥介质用量的确定； (2) 干燥条件的优化； (3) 干燥速率的强化； (4) 干燥方法的合理选择。
解决这些问题需要掌握的基本知识有：
(1) 湿分在气固两相间的传递规律； (2) 湿气体的性质及在干燥过程中的状态变化； (3) 物料的含水类型及在干燥过程中的一般特征； (4) 干燥过程中物料衡算关系、热量衡算关系和速率关系。
干燥曲线和干燥速率曲线
干燥曲线：物料湿含量 X 与干燥时间 的关系曲线。
预热段
初始湿含量 X1 和温度 1 变为
X 和 tw。物料吸热升温以提高 汽化速率，但湿含量变化不大。
湿含量X
AB
预热段
C 降速段
Xc
恒速段
D X*
物料表面温度
恒速干燥段
物料温度恒定在 tw，X~ 变化
呈直线关系，气体传给物料 的热量全部用于湿份汽化。
缺点： 后效溶液浓度较前效大，而沸点又较低，故粘度相对较大， 使后效的传热系数较前效为小，在后两效中尤为严重。
多效蒸发流程
逆流加料蒸发流程
优点： 随着溶液浓度的逐效提高， 溶液的温度也不断提高，故 各效溶液浓度比较接近，传 热系数也大致相同。
缺点： 效间溶液需用泵输送，能量消耗较大。 适用于粘度随温度和浓度变化比较大的溶液，但不适用于热 敏性物料的蒸发。