中药蒸发浓缩过程设备及的热能利用

中药蒸发浓缩过程设备及热能利用1.概述

在中药制药工业等众多的行业中，通常要遇到将溶液蒸浓的工业操作。这种借加热作用使溶液中一部分溶剂汽化因而获得浓缩的过程称为蒸发过程。蒸发的目的是为了使溶液中的溶剂汽化，这种情况下，要求溶剂具有挥发性而溶液中的溶质则不应具有挥发性。2.蒸发的基本理论按照分子运动学说，当溶液受热时，靠近加热面的分子获得的动能胜过分子间的吸引力，故逸向液面上的空间，变为自由分子，这就称为气化。因气化而生成的蒸汽，倘若在逸向空间后不予除去，则蒸汽与溶液将渐渐趋于平衡状态，使气化不能继续进行。所以进行蒸发的必备条件为热能的不断供给和所产生的蒸汽不断排除。2.蒸发的基本理论

在蒸发过程中，溶液中溶剂的气化可分为在沸点时的气化与低于沸点时的气化，前者的速率远超过后者，所以工业上的蒸发都在沸腾情况下进行的。在沸腾情况下进行溶剂的蒸发，仍需要热能的不断供给。蒸发单位重量溶剂所需的热量，称为蒸发潜热，或气化潜热。如果是水溶液则溶剂为水。工业上采用的热源通常为水蒸汽，所以遇到水溶液的蒸发时，一方面用蒸汽作为热源以供给热能，另一方面则水溶液本身蒸发时也产生蒸汽，为易于区别，前者称为加热蒸汽，后者称为二次蒸汽。3.中药蒸发浓缩设备蒸发设备是实现蒸发操作的基础。随着工业的需要和发展，蒸发器构造的形式也逐步改进。先以横管加热式取代了夹套加热式，再改进成为竖管加热式，而后者在广泛使用中又继续得到改进，为了避免溶液静压强的影响，创造了液膜蒸发器，为了提高生产强度，又创造了加热室在外的蒸发器和强制循环蒸发器。此外，节省加热蒸汽的办法，除了将二次蒸汽加以利用成为多效蒸发外，还可借二次的绝热压缩，使其温度升高而能再度用于原蒸发器，以作为加热蒸汽，如此操作的蒸发器称为热泵蒸发器。这些改进和创造，都以蒸发的基本原理以及与其生产强度有关的许多因素的研究为依据。3.1.蒸发设备的类型1.加热面形状和位置——夹套、蛇管、直管、加热室在内或在外；2.蒸发器本身的放置方法——横卧、竖立、倾斜。3.溶液的循环方法——自然循环、强制循环。敞口倾倒式夹套蒸发锅这类蒸发锅是中药制药厂早期应用较多的一类，用来蒸发及熬浓提取液，其结构如图所示。它是一个圆底开口容器，底部设有夹层，内通蒸汽加热，使物料在常压下煮沸蒸发浓缩。夹套外侧两端附有耳轴，耳轴一端进蒸汽，另一端排除冷凝水。蒸发锅用轴承支持，轴经过蜗轮装置用人工可使锅反转，以将锅中浓缩的料液或清洗水倾倒排出。此蒸发锅对料液的粘度范围适应很广，清洗简便，但传热面积有限，由于是开口蒸发，排放的蒸汽对环境卫生有一定影响。敞口倾倒式夹套蒸发锅NZ真空浓缩器真空浓缩是指在密闭的容器中，通过抽真空以降低容器内部的压力，使液体沸腾温度降低的蒸发操作，它具有温度低，蒸发速度快，可防止热敏性物料的分解失效。一般减压后的温度在40~60℃时溶液就可沸腾。真空浓缩罐有采用搪玻璃反应釜改制成的，也有用不锈钢制造。此设备结构简单，操作方便，但处理量较小，料液受热时间较长。夹套式真空浓缩罐是中药生产中普遍采用的一种蒸发器。常用的有NZ真空浓缩器系列，它主要包括夹套浓缩罐、第一冷凝器、汽液分离器、第二冷凝器、冷却器、受液罐六个部件组成,全部由不锈钢制成。如图所示。

NZ真空浓缩器外循环式蒸发器外循环蒸发器的特征在于加长的加热管（管长与直径之比L/D=50~100），并使加热室安装在蒸发器的外面，这样就可以减低蒸发器的总长度，同时循环管没有受到蒸汽加热，使溶液的自然循环速度较快（循环速度可达1.5m/s）。其外形结构如图外循环式蒸发器外循环式蒸发器的工业生产装置降膜式蒸发器降膜式蒸发器其结构如图所示。物料加热室顶部加入，经液体分布器分布后呈膜状向下流动。在管内被加热汽化，被汽化的蒸汽与液体一起由加热管下端引出，经气液分离后即得到完成液。降膜式蒸发器升膜式蒸发器升膜式蒸发器如图，其加热管束很长，可达3~10米。溶液由加热管底部进入，并将液面维持在较低的位置，溶液被加热沸腾而汽化，因而产生大量的二次蒸汽泡沫，发生向上的推进作用，最终液体被上升的蒸汽拉成环状薄膜，沿壁向上运动，非常剧烈，气液混合物由管口高速冲出，这时溶液与泡沫的混合物在管中的速度可达20m/s。这种高速度具有以下两个优点：（1）增加沸腾给热系数，因此传热系数可以很大；（2）结垢不易生成，从而可以减慢蒸发器在操作期间因结垢的生成而减小传热系数的现象。被浓缩的液体经气液分离器后即排出蒸发器。升膜式蒸发器刮板蒸发器这种蒸发器专为高粘度溶液的蒸发而设计的。蒸发器的加热管为一根较粗的直立圆管，中、下部设有两个夹套进行加热，圆管中心装有旋转刮板。刮板的型式有两种，一种是固定间隙式，刮板端部与加热管内壁留有约1mm左右的间隙。另一种是可摆动式转子，刮板借旋转离心力紧压于液膜表面。料液自顶部进入蒸发器后，在重力和刮板的搅动下分布于加热管壁，并呈膜状旋转向下流动。汽化的二次蒸汽在加热管上端无套管部分被旋转刮板分去液沫，然后由上部抽出并加以冷凝，浓缩液由蒸发器底部放出。旋转刮板式蒸发器的主要特点是借助外力强制料液成膜状流动，可适应高粘度、易结晶、结垢的浓溶液的蒸发，此时仍能获得较高的传热系数。某些场合下可将溶液蒸干，而由底部直接获得粉末状的固体产物。这种蒸发器的缺点是结构复杂，制造要求高，加热面不大，而且需消耗一定的动力。固定间隙策的刮板蒸腹发器转子式幅刮板蒸辰发器3.2.对蒸发萝设备的宵要求和刺选型（1）侨蒸发设时备选型喊时应考扬虑的几翅点工艺渗要求：1）尽匆量保证厌较大的撑传热系潜数；2）要适剧合溶液的怀一些特性厌，如粘度升、起泡性碌、热敏性肚、溶解度村随温度变潮化的特性之及腐蚀性流；3）能完杠善地分离掩液沫；4）尽败量减少蹄温差损稿失；5）尽量著减慢传热共面上污垢鸣的生成速筹度；6）能截排出溶脉液在蒸贪发过程状中所析歼出的结衣晶体；7）能袖方便地浙清洗传辨热面。3.2.爱对蒸发设金备的要求颂和选型（2）机械加傍工和设毕备价格楼的要求截：1）设割备的体架积和金悦属材料愁的消耗竟量小；2）机械翅加工和制然造，安装鼻应该合理掠和方便；3）检修细要容易；4）设乔备的使顺用寿命矿要长；5）有迅足够的却机械强陶度；6）操克作费用萝要低。3.2坏.对蒸掌发设备昌的要求怎和选型（3）巷蒸发物嫂料的特佳性：1）溶咸液的结乏垢性；2）溶停液的粘远度；3）溶浓液的热讽敏性；4）有今无结晶辆析出；5）溶蚕液的发猴泡性及仆腐蚀性窄。3.3.膛中药蒸孔发浓缩过条程的工艺纹组配单效蒸作发：蒸沟发过程泳仅利用得加热蒸庭汽（生辩蒸汽）进塔行一次投蒸发浓贿缩的操浮作过程；双效蒸报发：蒸配发过程赚除利用武生蒸汽猪外，同区时利用二返次蒸汽徐进行二东次蒸发衰浓缩的操作过喇程；多效蒸澡发：多锯次利用尼二次蒸啦汽进行省多次蒸妙发浓缩的取操作过良程。3.3.尾1.蒸发装缓置流程栋的确定1）效数的确顾定（1）抄经济上照的限制奸是指效奔数超过就一定值候则经济框上不合袖理。（2）晚技术上何的限制城是指效蜂数过多爷，蒸发饰操作将董难以进弦行。沸点升高沾较大通常巧为2~3时效。沸点升高北较小可取歉4~6效真正适应慕的效数，花还需要通屑过最优化为的方法来丸确。3.3.述1.蒸发装跟置流程箱的确定2）多效蒸营发装置敏中溶液跃流程的鬼选择在多效猪蒸发装刊置中，然溶液的易流程可挖以是并志流、逆疮流和平毕流，流芹程的选谨择，主象要根据甩溶液特佩性，操传作方式桶以及经识济程度风来决定圣。3.3嚷.2蒸踏发浓缩导过程的牙工艺组镰配（1）外百循环单效请蒸发（2）双槐降膜双效荡蒸发；（3）期降升膜容双效蒸捷发；（4）一炊降二升三腰效蒸发；（5）侵三降膜挥三效蒸乒发；单效数蒸发瓦流程降升鸭膜双谢效蒸奴发流毫程三效学降膜割蒸发仅流程一降二升艇三效蒸发隶流程双效外循筋环真空蒸嚼发器三效浓缩吧器（蒸发量器）三效炒蒸发茎器3.4.恭蒸发过程旷中的节能蒸发过程响也是一个扶热平衡过宪程，理论艳上讲，蒸往发1公斤水需消串耗1公斤违水蒸汽，毕实际过程征中，由于推有热能的匪损耗存在，范蒸发1公许斤水实际妇所消耗的票蒸汽远远移大于1公扭斤的蒸汽量规，所以，际蒸发过程尿如何来节替约能耗，锋除了减少过程的能削量损耗、心提高换热扑设备的传签热效果外鲜，主要就是要充分框考虑过程吵中二次蒸屡汽的合理搅利用。3.4.器1.可考彼虑的节能扑措施（1）改控进蒸发设枣备的制作嗽工艺；（2）选锅用高效的丸加热设备伯；（3）改绩进蒸发工栽艺和操作始，充分有亮效地利用加热册蒸汽和逼二次蒸控汽中药板式六单效蒸发如浓缩过程用板式换肠热器作为减蒸发的受饺热元件，武改变传统屡的用列管询式换热器变的加热方扔式，提高凉热传递的贵效果，增老加热能的笛利用率，（1）板料式单效蒸赵发装置的炮主要设备降配置：板式加败热器、斜板式冷鹅凝器、及分离器谷、冷凝衬液贮罐烫、循环雀泵等设援备。（2）板鞠式单效蒸盛发的工艺绝流程说明坊：提取液新由系统持的真空限作用进冈入分离烦器，到服达一定验量后（恒分离器斥液位计怒的上限啊液位后渔），关距闭进料睁阀门，恰开启浓苦缩循环东泵。根届据被蒸直发料液猜的性质拉，设定闪分离器冬内物料太的蒸发嘱温度，辞并由此勺温度俩候控制蒸分汽加热污量，提风取液由术分离器漠底部被敏浓缩循者环泵强蔑制打入宁板式加颠热器加碍热，受锣热后的答提取液备离开板辣式加热胳器，经容分离器俊内的片叨状喷淋僵器进入敲分离器足进行蒸甘发，蒸雕汽由分窑离器上叹端离开悉，进入彻冷凝器揉，冷凝蜻液进入增受液罐掏内，回标收使用驻；液体竖则再由边分离器蜓底部被度浓缩循乡丰环泵强括制打入魄板式加笔热器加舍热，当鱼分离器颜内的液漠位到达伯下限液技位时，尾开启进获料阀门口加料，奖直至上题限液位享后停止坚，以此浸循环，均直至被回浓缩液毯体密度职达到要衫求。两盖台冷凝静液贮罐逗连续切也换使用眨。板式单效辅蒸发工艺矿流程中药板式浅双效蒸发熔浓缩过程利用一效喘分离产生推的二次蒸斯汽来加热皱二效蒸发奸加热器，番可充分有效地利用共热能资源极；而双效冶蒸发采用支一效正压充操作和二瞒效负压操大作的工艺路吨线，更赶有效地衡利用了教二次蒸事汽的热丑能。（1）双甜效蒸发组葵合装置的俗主要设备触配置：板式加热淘器、板式羡冷凝器、爪分离器、固冷凝液贮拢罐、循环蚕泵等设备间。（2）双限效蒸发的他工艺流程董说明：提取液慈按蒸发姑要求确坏定流量夕后由输签送泵送灵入板式湿加热器装，受热躺后的提临取液离运开加热咬器，经答一效分味离器内沈的片状错喷淋器骗进入分告离器进雹行蒸发弓，蒸汽当由一效岔分离器摘上端离其开，进洽入二效备加热器宪，液体仰则由一胆效分离刊器下端梅离开，妥进入二激效加热岛器，利繁用一效片分离器节产生的酬二次蒸眉汽进行谁加热。伸控制一却效分离嗽器下端腾管道的拾阀门，牌应维持裂一效分出离器下铲端的液辉位，以晌保证一可效分离樱器内的旬正压操景作，保上证二次避整齐具饲有较高抖的热能揉。离开桃二效加化热器的花液体在腿真空作亭用下切午向进入掀二效分智离器进供行蒸发廉，蒸汽宽由二效北分离器调上端离童开，进硬入冷凝呜器，冷惨凝液进跳入受液畜罐内，盒回收使乡丰用；液益体则由侵二效分驶离器下享端离开碍，进入思浓缩液馆贮罐，帝待收膏辽