制药化工原理下

第六章蒸发1.概述溶剂S溶质A（不挥发）溶剂S加热

蒸发操作的目的：（1）获得浓缩的溶液（2）获得固体溶质（3）除去杂质

将含有不挥发性溶质的稀溶液中部分溶剂汽化、除去的单元操作什么是蒸发?1.概述溶剂S溶质A（不挥发）溶剂S加热蒸发过程的实质热量传递，不是质量传递溶剂的气化量和气化速率收到传热速率和传热量的控制1.概述蒸发的分类溶剂S溶质A（不挥发）溶剂水水蒸气加热二次蒸汽加热蒸汽1.概述蒸发的分类单效蒸发：二次蒸汽不作为另一蒸发器的加热蒸汽多效蒸发：二次蒸汽作为另一蒸发器的加热蒸汽1.按操作压力减压（真空蒸发）（沸点低）常压蒸发加压蒸发1.概述除沫器二次蒸汽蒸发室加热室中央循环管不凝性气体（生蒸汽）冷凝器单效蒸发单效蒸发的计算1、物料衡算物料衡算基础：进料液与完成液中的溶质质量不变单效蒸发的计算2、加热蒸汽消耗量若加热蒸汽冷凝为同温度下的饱和蒸汽依据热量衡算则有：单效蒸发的计算2、传热面积Q：蒸发器传热速率；K：总传热系数；S：传热面积；∆tm：传热平均温度差；T：加热蒸汽的饱和温度；t：溶液平均沸点；单效蒸发

蒸发过程的温度差损失两者温度有一差值两者温度有一差值溶液的沸点升高：一定压强下，溶液的沸点较纯水高，两者之差，称为溶液的沸点升高。稀溶液或有机溶液沸点升高值较小，无机盐溶液较大。对于同一种溶液，沸点升高值随溶液浓度及蒸发器内液柱高度而异，浓度越大，液柱越高，沸点升高值越大。单效蒸发

1、溶液的沸点升高导致的温度差损失单效蒸发

1、溶液的沸点升高导致的温度差损失温度差损失：溶液的沸点与同压强下纯水的沸点之差称为因溶液蒸汽压下降而引起的温度差损失；式中Δt——传热的有效温度差，℃

ΔtT

——理论上的传热温度差，℃

t——溶液的沸点，℃

T——纯水在操作沸点，℃

Ts——加热蒸气的温度，℃计算公式为：Δ‘=

ΔtT-

Δt如图6-4为不同浓度NaOH水溶液的沸点与对应压强下纯水的沸点的关系，由图可以看出，当NaOH水溶液浓度为零时，它的沸点线为一条对角线，即水的沸点线，其它浓度下溶液的沸点线大致为一组平行直线。6-4单效蒸发

1、溶液的沸点升高导致的温度差损失单效蒸发

2、液柱静压强导致的温度差损失液层内的溶液的沸点高于液面的，液层内部沸点与表面沸点之差即为因液柱静压强而引起的温度差损失。液位层液位差导致的沸点差异单效蒸发

3、管路阻力导致的温度差损失二次蒸气在离开前一效蒸发室流往后一效加热室的过程中要克服管道的流动阻力，从而导致蒸汽温度下降。此项温度差损失与蒸汽的流速、物性和管道的尺寸有关，一般取0.5~1.5℃。垢层热阻值可按经验数值估算。管外侧的蒸气冷凝传热系数可按膜式冷凝传热系数公式计算，管内侧溶液沸腾传热系数则按管内沸腾传热系数关联式计算。式中a——对流传热系数，W/(m2•℃)

d——管径，m

Ri——垢层热阻，m2•℃/W

b——管壁厚度，m

λ——管材的导热系数，W/(m•℃)

下标i表示管内侧、o表示外侧、m表示平均。基于传热外面积的总传热系数K0问：提高单效蒸发工作效率的方法有哪些？多效蒸发多效蒸发时要求后效的操作压强和溶液的沸点均较前效低，引入前效的二次蒸汽作为后效的加热介质，即后效的加热室成为前效二次蒸汽的冷凝器，仅第一效需要消耗生蒸汽。

一般多效蒸发装置的末效或后几效总是在真空下操作，由于各效（末效除外）的二次蒸汽都作为下一效的加热蒸汽，故提高了生蒸汽的利用率，即经济性。P二次蒸汽123多效蒸发多效蒸发-并流蒸发原料液加热蒸汽至冷凝器

完成液123冷凝水冷凝水冷凝水并流加料法的三效蒸发装置流程示意图并流加料法的三效蒸发多效蒸发-并流蒸发

蒸气和料液的流动方向一致，均从第一效到末效。缺点：沿料液流动方向浓度逐渐增高，致使传热系数下降，在后二效中尤为严重。优点：在操作过程中，蒸发室的压强依效序递减，料液在效间流动不需用泵；料液的沸点依效序递降，使前效料进入后效时放出显热，供一部分水汽化；料液的浓度依效序递增，高浓度料液在低温下蒸发，对热敏性物料有利。多效蒸发-逆流蒸发原料液加热蒸汽至冷凝器完成液123冷凝水冷凝水冷凝水逆流加料法的三效蒸发装置流程示意图料液与蒸气流动方向相反。原料由末效进入，用泵依次输送至前效，完成液由第一效底部取出。加热蒸气的流向仍是由第一效顺序至末效。优点：浓度较高的料液在较高温度下蒸发，粘度不高，传热系数较大。缺点：（1）各效间需用泵输送；

（2）无自蒸发；

（3）高温加热面上易引起结焦和营养物的破坏。多效蒸发-逆流蒸发多效蒸发-平流蒸发原料液加热蒸汽至冷凝器完成液123冷凝水冷凝水冷凝水完成液完成液平流加料法的三效蒸发装置流程示意图

原料液分别加入各效中，完成液也分别自各效底部取出，蒸气流向仍是由第一效流至末效。此种流程适用于处理蒸发过程中伴有结晶析出的溶液。多效蒸发-平流蒸发思考：1、当料液温度较高或最后浓缩液在高温下易被破坏时，宜采用哪一种流程？2、当进料几乎是饱和液时，宜采用哪一种流程？蒸发器的生产能力、生产强度和效数的限值生产能力：单位时间的传热量或蒸发的水分量，用Q或W表示。生产强度：单位时间、单位面积的传热量或蒸发的水分量，用q或W/A表示。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；多效蒸发生产能力比单效蒸发小，生产强度比单效蒸发小，故设备费比单效蒸发大。 多效蒸发的设备费大，效数越多，设备费增大的幅度越大。蒸发器的生产能力、生产强度和效数的限值——溶液在蒸发器中作循环流动。间壁式蒸发器中央循环管式蒸发器、悬筐式蒸发器、列文式蒸发器（外循环蒸发器）蒸发设备蒸发设备蒸发器加热室蒸发室除沫器冷凝器真空装置适用于处理量大、结垢不严重的物系。缺点：（1）循环速度较低，管内流速<0.5m/s；（2）溶液在加热室中不断循环，使其浓度始终接近完成液的浓度，因而溶液粘度大、沸点高，有效温度差小。（3）设备的清洗和维修也不够方便。蒸发设备外循环式蒸发器降膜蒸发器特点：热阻在管内垢层及管内沸腾传热一方蒸发设备--------