生物工业下游技术第十章蒸发与干燥演示文稿

生物工业下游技术第十章蒸发与干燥演示文稿第一页，共五十一页。（优选）生物工业下游技术第十章蒸发与干燥第二页，共五十一页。目的增加溶质浓度，减少溶液体积，以便进一步分离提纯；蒸发得到的溶剂较为纯净，可以再利用或无污染排放。第三页，共五十一页。第四页，共五十一页。第二节蒸发第五页，共五十一页。蒸发过程：

加热使溶液沸腾汽化

不断排除水蒸气蒸发系统：

蒸发器和冷凝器一、蒸发的基本流程第六页，共五十一页。蒸发器：

加热室

气液分离器冷凝器：

换热器一、蒸发的基本流程第七页，共五十一页。二、蒸发的操作方法

1.常压蒸发和减压蒸发常压蒸发：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，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：冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压力低于大气压，系统中不凝性气体必须依靠用真空泵抽出。（降低溶液沸点）第八页，共五十一页。真空蒸发的优点溶液沸点低，可以用温度较低的低压蒸气或废蒸气作加热蒸气；溶液沸点低，采用同样的加热蒸气，蒸发器传热的平均温度差大，所需的传热面小；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；蒸发器的操作温度低，系统的热损失小。第九页，共五十一页。真空蒸发的缺点溶液温度低，黏度大，沸腾的传热系数小，蒸发器的传热系数小；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；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。第十页，共五十一页。二、蒸发的操作方法

2.单效蒸发和多效蒸发单效蒸发：二级蒸汽在冷凝器中用水冷却，冷凝成水而排出，二次蒸气所含的热能未能利用。多效蒸发：第一蒸发器中蒸出的二次蒸汽用作第二个蒸发器的加热蒸气，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气，依此类推。第十一页，共五十一页。第十二页，共五十一页。三、蒸发器及蒸发系统1.蒸发器的分类

膜式和非膜式蒸发器

膜式蒸发器：传热效果好、蒸发速度快、物料中热敏性成分不易破坏等特点。2.膜式蒸发器的结构与特征第十三页，共五十一页。升膜蒸发器加热室由垂直的长管组成，管长3～15m，直径2.5～5cm。第十四页，共五十一页。升膜蒸发器适用于相对蒸发量较大、热敏性及易生泡沫的溶液；不适用于高黏度、有结晶析出或易结垢的溶液和浓溶液。第十五页，共五十一页。降膜蒸发器第十六页，共五十一页。降膜蒸发器适用于蒸发量较大浓度、黏度较大的溶液；不适用于有结晶析出或易结垢的溶液。第十七页，共五十一页。旋转刮板蒸发器第十八页，共五十一页。旋转刮板蒸发器适用于处理有结晶析出、易结垢、高黏度的溶液；结构复杂、动力消耗大。第十九页，共五十一页。蒸发工艺的确定物料的性质—包括成分组成、黏度变化范围、热稳定性、发泡性、腐蚀性、是否易结晶、结垢、是否含有固体悬浮物等；工艺技术要求—包括处理量、蒸发量、料液进出口的浓度与温度、安装现场的面积和高度、设备投资限额、要求连续或间歇生产等；

取决于物料主成分的损失和蒸发的能耗第二十页，共五十一页。蒸发工艺的确定公用系统的情况—包括可以利用的热源、蒸汽供应量及压力、能利用的冷却水水量、水质和温度等。

第二十一页，共五十一页。第三节干燥利用热能使湿物料中湿分汽化并排除蒸汽，从而得到较干物料的过程。第二十二页，共五十一页。目的产品便于包装贮存运输；许多生物制品在湿分含量较低的状态下较为稳定，从而使生物制品有较长的保质期。第二十三页，共五十一页。一、概述第二十四页，共五十一页。（一）干燥的方法

导热干燥热能通过传热壁面以传导的方式传给湿物料，使其中的水分汽化，所产生的蒸汽被干燥的介质带走或用真空泵抽走的干燥操作过程。该法热能利用较高，但与传热壁接触的物料在干燥时易局部过热而变质。第二十五页，共五十一页。辐射干燥热能以电磁波的形式由辐射器发射至湿物料表面后，被物料所吸收转化为热能，而将水分加热汽化，达到干燥的目的。红外辐射干燥比热传导干燥生产强度大，设备紧凑，干燥时间短，产品干燥均匀且洁净。能耗大，适用于干燥表面积大而薄的物料。第二十六页，共五十一页。介电加热干燥是将需要干燥的物料放在高频电场中，利用电场的交互作用将湿物料加热，水分汽化，物料被干燥。传热过程将促进物料内部水分的扩散，干燥时间短，干燥产品均匀而洁净。由于干燥时物料内部温度高，不适用于热敏性物料的干燥。第二十七页，共五十一页。对流干燥热能以对流的方式由热干燥介质传给湿物料，使物料中的水分汽化，物料中的水分以气态或液态形式扩散到物料表面，然后汽化的蒸汽从表面扩散到干燥介质主体，再由介质带走的干燥过程。第二十八页，共五十一页。(二)干燥的基本理论1、干燥原理

①pw>p，进行干燥；②pw=p，干燥即行停止；③pw<p，吸湿。pw为湿物料表面的水蒸气分压；p为水蒸气分压；tw为物料表面温度；δ为物料表面气膜的厚度。第二十九页，共五十一页。2、湿空气的性质湿空气是绝干空气和水蒸气的混合物。能用于干燥的湿空气必须是不饱和空气，从而可继续容纳水分。采用热空气作为干燥介质的目的不仅是为了提供水分气化所需的热量，而且是为了降低空气的相对湿度以提高空气的吸湿能力。空气性质对物料的干燥影响很大，而且随着干燥过程的进行不断发生变化。第三十页，共五十一页。空气的常用性质：当空气达饱和时，t=tw。当空气未饱和时，t>tw。空气的湿度越小，t和tw的差值越大。(1)干球温度与湿球温度

①干球温度(drybulbtemperature)是用普通温度计在空气中直接测得的温度，常用t表示。②湿球温度(wetbulbtemperature)是在温度计的感温球包以湿纱布放置在空气中，传热和传质达到平衡时所测得的温度，常用tw表示。第三十一页，共五十一页。空气的常用性质：①空气湿度(humidity，H)系单位质量干空气带有的水蒸气的质量(kg水蒸气/kg干空气)。

H=0.622p/(P-p)式中，P为湿空气的总压，Pa；p为水蒸气分压；0.622为水分子量18与空气分子量29之比。(2)湿度和相对湿度

第三十二页，共五十一页。②相对湿度(relativehumidity，RH)

是指在一定总压及温度下，湿空气中水蒸气分压p与饱和空气中水蒸气分压ps之比的百分数，常用RH%表示。

RH%=p/ps×100%

饱和空气的RH=100%；未饱和空气的RH<100%；绝空气的RH=0%；空气的相对湿度直接反映空气中湿度的饱和程度。空气的常用性质：(2)湿度和相对湿度

第三十三页，共五十一页。根据物料中所含水分能否干燥来划分平衡水分与自由水分。

①平衡水分

(equilibriumwater)系指在一定空气条件下，物料表面产生的水蒸气压等于该空气中水蒸气分压，此时物料所含水分为平衡水分，是不能干燥的水分。平衡水分与物料的种类、空气状态有关，根据干燥要求选择适宜的空气条件。②自由水分(freewater)系指物料所含的水分中多于平衡水分的部分，或称游离水分，是能干燥除去的水分。3、物料中水分的性质(1)平衡水分与自由水分第三十四页，共五十一页。

根据物料中所含水分的干燥难易程度来划分结合水分与非结合水分。①结合水分

(boundwater)系指以物理化学方式结合的水分，数字上等于RH=100%时物料的平衡水分。由于结合水分与物料结合力强，干燥速度缓慢，如动植物细胞壁内的水分、物料内毛细管中的水分、可溶性固体溶液中的水分等。②非结合水分(nonboundwater)系指以机械方式结合的水分，与物料结合力很弱，干燥速度较快。3、物料中水分的性质(2)结合水分与非结合水分第三十五页，共五十一页。干燥速度是单位时间、单位干燥面积上被干物料所能汽分的水分量。即水分量的减少值，其单位kg/(m2·s)。4.干燥速度第三十六页，共五十一页。5.水分含量的测定方法(1)测定水分含量时常用干燥失重测定法

①保干器干燥法，常用干燥剂为无水氯化钙、硅胶或五氧化二磷；②常压加热干燥；③减压干燥法等。(2)精确测定微量水分含量时，必须采用费休法或甲苯法。第三十七页，共五十一页。6.干燥的副作用物料的收缩化学变化生化变化第三十八页，共五十一页。第三十九页，共五十一页。（三）干燥工艺的确定物料的化学性质，如组成、热敏性、物料的毒性、可燃性、氧化性和酸碱性、摩擦带电性、吸水性等。物料的热性质，如物料含水量、粒度、导热系数等。其他性质，如膏糊状物料的黏附性、触变性等。第四十页，共五十一页。（四）生物工业常用的干燥技术第四十一页，共五十一页。气流干燥技术干燥强度大热效率高处理量大设备简单应用范围广第四十二页，共五十一页。第四十三页，共五十一页。喷雾干燥技术干燥速度十分迅速干燥过程中液滴的温度不高，产品质量好产品具有良好的分散性、流动性和溶解性生产过程简化，操作控制方便适用于连续化、大规模生产第四十四页，共五十一页。第四十五页，共五十一页。冷冻干燥技术物料的物理结构和分子结构变化极小；热敏性物料或酶制剂十分稳定；干燥后的物料可在短时间内恢复干燥前的原来状态；干燥后的物料水分很低，在常温下长期保存。第四十六页，共五十一页。学习要求喷雾干燥技术有哪些特点？冷冻干燥技术有哪些特点？蒸发和干燥技术都是比较传统的工业技术，它们用于生物技术产品的生产时应注意哪些问题？请分析某一具体生物技术产品的蒸发系统，探讨它的优缺点。第四十七页，共五十一页。热原指注射剂中存在的一种异物，注射于人体时，可产生寒颤、高热甚至休克等不良反应，其主要来源为革兰氏阴性菌产生的细菌内毒素。不同菌产生的细菌内毒素化学结构及生物特性并不相同，绝大多数属类脂多糖，可溶于水，耐热，能通过细菌滤器，纳克量即可使人体体温明显上升。此外，其他微生物产生的热物质、白细胞性致热物质和一些化学性发热物质也可能污染注射剂而产生热原反应，因此热原是这些发热物质的总称。第四十八页，共五十一页。热原检查法本法系将一定剂量的供试品，静脉注入家兔体内，在规定时间内，观察家兔体温升高的情况，以判定供试品中所含热原的限度是否符合规定。

第四十九页，共五十一页。供试用的家兔应健康无伤，体重1.7～3.0kg，雌兔应无孕。预测体温前7日即应用同一饲料饲养,在此期间内，体重应不减轻，精神、食欲、排泄等不得有异常现象。未经使用于热原检查的家兔；或供试品判定为符合规定,但组内升温达0.6℃的家兔；或3周内未曾使用的家兔，均应在检查供试品前3～7日内预