1、,制藥工程教研室,制藥設(shè)備與工程設(shè)計,第七章 蒸發(fā)、干燥、結(jié)晶與膜處理設(shè)備,加熱蒸汽(生蒸汽) 二次蒸汽 單效蒸發(fā) 多效蒸發(fā) 常壓蒸發(fā) 加壓蒸發(fā) 減壓蒸發(fā),概 述,蒸發(fā)過程：將含有固體溶質(zhì)的稀溶液加熱沸騰進行濃縮，以獲得固體產(chǎn)品或制取溶劑。蒸發(fā)過程實際上是不揮發(fā)性的溶質(zhì)和揮發(fā)性的溶劑分離的過程。,蒸發(fā)過程的基本概念,概 述,蒸發(fā)操作是間壁兩側(cè)分別有蒸汽冷凝和液體沸騰的傳熱過程，蒸發(fā)器也是一種換熱器。,蒸發(fā)過程的特殊性,(1) 溶液中含有不揮發(fā)性溶質(zhì)，故溶液的蒸汽壓較純?nèi)軇┑恼羝麎簽榈?沸點高)，相同條件下，蒸發(fā)溶液的傳熱溫差就比蒸發(fā)純?nèi)軇┑膫鳠釡夭钚。?(2) 工業(yè)規(guī)模的蒸發(fā)量很大，需要耗用大

2、量的加熱蒸汽，應(yīng)充分利用二次蒸汽(多效蒸發(fā))，降低過程的能量消耗； (3) 溶液的特殊性決定了蒸發(fā)器的特殊結(jié)構(gòu)。例如，易結(jié)垢或析出結(jié)晶的溶液，設(shè)計上應(yīng)設(shè)法防止或減少垢層的生成，并應(yīng)使加熱面易于清洗。對熱敏性，高粘度或強腐蝕性的物料，應(yīng)設(shè)計或選擇適宜結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)器。,蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)及特點,蒸發(fā)裝置,循環(huán)型蒸發(fā)器,循環(huán)型和單程型,中央循環(huán)管式蒸發(fā)器,循環(huán)型蒸發(fā)器,懸筐式蒸發(fā)器,循環(huán)型蒸發(fā)器,外熱式蒸發(fā)器,循環(huán)型蒸發(fā)器,列文式蒸發(fā)器,循環(huán)型蒸發(fā)器,強制循環(huán)蒸發(fā)器,單程型蒸發(fā)器,升膜式蒸發(fā)器和降膜式蒸發(fā)器,單程型蒸發(fā)器,升-降膜式蒸發(fā)器,單程型蒸發(fā)器,刮板式冷凝器,浸沒燃燒式蒸發(fā)器,除沫器、冷凝器和真空裝

3、置,除沫器,除沫器、冷凝器和真空裝置,冷凝器及真空裝置,除沫器、冷凝器和真空裝置,疏水閥,防止加熱蒸汽和冷凝水一起排出加熱室外。 (1) 熱動力式 (2) 鐘形浮子式 (3) 脈沖式,1-冷凝水入口；2-冷凝水出口； 3-排出管；4-背壓室； 5-濾網(wǎng)；6-閥片,單效蒸發(fā),主要計算項目：蒸發(fā)器的水分蒸發(fā)量；傳熱負荷與加熱蒸汽的消耗量；傳熱溫度差；傳熱系數(shù)；傳熱面積。,物料衡算和熱量衡算,水分蒸發(fā)量,多效蒸發(fā),單效蒸發(fā)：1kg水/1kg多生蒸汽 二次蒸汽作為加熱蒸汽的條件：該蒸發(fā)器的操作壓力和溶液溫度應(yīng)低于前一蒸發(fā)器。 抽真空可方便地降低蒸發(fā)器的操作壓力和溶液溫度。 多效蒸發(fā)可提高生蒸汽的利用率

4、(經(jīng)濟性)，即同樣數(shù)量生蒸汽可蒸發(fā)比單效蒸發(fā)器更多水。,多效蒸發(fā)流程,并流加料蒸發(fā)流程,優(yōu)點： 后效蒸發(fā)室壓力較前效低，前效溶液可籍壓差流入后效，無需用泵輸送； 后效溶液沸點較前效低，溶液流入后效時，由于過熱而發(fā)生自蒸發(fā)(閃蒸)，可蒸發(fā)更多的溶液。,缺點： 后效溶液濃度較前效大，而沸點又較低，故粘度相對較大，使后效的傳熱系數(shù)較前效為小，在后兩效中尤為嚴(yán)重。,多效蒸發(fā)流程,逆流加料蒸發(fā)流程,優(yōu)點： 隨著溶液濃度的逐效提高，溶液的溫度也不斷提高，故各效溶液濃度比較接近，傳熱系數(shù)也大致相同。,缺點： 效間溶液需用泵輸送，能量消耗較大。 適用于粘度隨溫度和濃度變化比較大的溶液，但不適用于熱敏性物料的蒸

5、發(fā)。,多效蒸發(fā)流程,平流加料蒸發(fā)流程,料液分別加入各效，蒸發(fā)后完成液從各效分別排出，各效溶液的流向互相平行。,適用于蒸發(fā)過程中容易析出結(jié)晶的物料 (如食鹽水在較低濃度下即達到飽和狀態(tài)而有結(jié)晶析出)，可避免在各效間輸送含有大量結(jié)晶的溶液。,干燥概述,在制藥工業(yè)生產(chǎn)中所得到的固態(tài)產(chǎn)品或半成品往往含有過多的水分或有機溶劑 (濕份)，要制得合格的產(chǎn)品需要除去固體物料中多余的濕份。 例如： 合成藥工業(yè)中，在過飽和的有機藥物溶液中重結(jié)晶； 中藥制藥工業(yè)中，中藥制劑的顆粒分裝 除濕方法：機械脫水 (沉降或過濾)；干燥 (加熱使?jié)穹萜? 慣用做法：先采用機械方法把固體所含的絕大部分濕份除去，然后再通過加熱把

6、機械方法無法脫除的濕份干燥掉，以降低除濕的成本。,干燥方法的分類：根據(jù)加熱方法可分為傳導(dǎo)干燥、對流干燥和輻射干燥。,對流干燥過程舉例,對流干燥器：空氣通過送風(fēng)機吹入空氣預(yù)熱器，預(yù)熱后的熱空氣送入氣流干燥管，濕料由螺旋加料器推入干燥器并分散于熱氣流中，受氣流的輸送并進行干燥，干燥產(chǎn)品通過旋風(fēng)分離器從氣流中分離出來，濕廢氣體由引風(fēng)機抽出排空。,1-鼓風(fēng)機；2-預(yù)熱器； 3-氣流干燥管；4-加料斗； 5-螺旋加料器；6-旋風(fēng)分離器； 7-卸料閥；8-引風(fēng)機。,生產(chǎn)中最常用的是對流干燥。,干燥介質(zhì)：用來傳遞熱量（載熱體）和濕份（載濕體）的介質(zhì)。,由于溫差的存在，氣體以對流方式向固體物料傳熱，使?jié)穹萜?/p>

7、；,在分壓差的作用下，濕份由物料表面向氣流主體擴散，并被氣流帶走。,對流干燥過程原理,溫度為 t、濕份分壓為 p 的濕熱氣體流過濕物料的表面，物料表面溫度 ti 低于氣體溫度 t。,注意：只要物料表面的濕份分壓高于氣體中濕份分壓，干燥即可進行，與氣體的溫度無關(guān)。氣體預(yù)熱并不是干燥的充要條件，其目的在于加快濕份汽化和物料干燥的速度，達到一定的生產(chǎn)能力。,H,t,q,W,ti,p,pi,M,干燥是熱、質(zhì)同時傳遞的過程,干燥過程的基本問題,(1) 干燥介質(zhì)用量的確定； (2) 干燥條件的優(yōu)化； (3) 干燥速率的強化； (4) 干燥方法的合理選擇。 解決這些問題需要掌握的基本知識有： (1) 濕分在

8、氣固兩相間的傳遞規(guī)律； (2) 濕氣體的性質(zhì)及在干燥過程中的狀態(tài)變化； (3) 物料的含水類型及在干燥過程中的一般特征； (4) 干燥過程中物料衡算關(guān)系、熱量衡算關(guān)系和速率關(guān)系。,恒速干燥段 物料溫度恒定在 tw，X 變化呈直線關(guān)系，氣體傳給物料的熱量全部用于濕份汽化。,預(yù)熱段 初始濕含量 X1 和溫度 1 變?yōu)?X 和 tw。物料吸熱升溫以提高汽化速率，但濕含量變化不大。,干燥曲線：物料濕含量 X 與干燥時間 的關(guān)系曲線。,干燥曲線和干燥速率曲線,A,濕含量X,Xc,tw,D,C,B,A,D,C,B,t,X*,物料表面溫度,干燥時間 ,預(yù)熱段,恒速段,降速段,降速干燥段 ：物料開始升溫，X

9、變化減慢，氣體傳給物料的熱量僅部分用于濕份汽化，其余用于物料升溫，當(dāng) X = X* ， = t。,物料的結(jié)構(gòu)和吸濕性,降速段干燥速率曲線的形狀因物料的結(jié)構(gòu)和吸濕性而異。,多孔性物料 ：濕份主要是藉毛細管作用由內(nèi)部向表面遷移。 非多孔性物料 ：借助擴散作用向物料表面輸送濕份，或?qū)穹菹仍趦?nèi)部汽化后以汽態(tài)形式向表面擴散遷移。如肥皂、木材、皮革等。 吸濕性物料 ：與水份的親合能力大。 非吸濕性物料 ： 不同物料的干燥機理不同，濕份內(nèi)擴散機理不同，干燥速率曲線的形狀不同，情況非常復(fù)雜，故干燥曲線應(yīng)由實驗的方法測定。,影響干燥過程的主要因素,物料尺寸和氣固接觸方式,減小物料尺寸，干燥面積增大，干燥速率加

10、快。,(c) 干燥介質(zhì)自下而上穿過物料層，可形成流化床 (好)。,(b) 干燥介質(zhì)自上而下穿過物料層，不能形成流化床 (中)；,(a) 干燥介質(zhì)平行掠過物料層表面 (差)；,干燥器,干燥器：實現(xiàn)物料干燥過程的機械設(shè)備。,被干燥物料的特點：,形狀：有板狀、塊狀、片狀、針狀、纖維狀、粒狀、粉狀，膏糊狀甚至液狀等； 結(jié)構(gòu)：多孔疏松型，緊密型； 耐熱性：熱敏性； 結(jié)塊：易粘結(jié)成塊的濕物料在干燥過程中能逐步分散，散粒性很好的濕物料在干燥過程中可能會嚴(yán)重結(jié)塊。,對產(chǎn)品的要求：,干燥程度：脫除表面水分，結(jié)合水分甚至結(jié)晶水分。要求的平均濕含量和干燥均勻性。 外觀：一定的晶型和光澤，不開裂變形等。,由于物料的多

11、樣性，年生產(chǎn)能力也有很大差別，故干燥器的形式也很多。,按加熱方式可將干燥器分為：,干燥器的選型應(yīng)考慮以下因素：,(1) 對流干燥器，如：洞道式干燥器、轉(zhuǎn)筒干燥器、氣流干燥器、流化床干燥器、噴霧干燥器等； (2) 傳導(dǎo)干燥器，如：滾筒式干燥器、耙式干燥器、間接加熱干燥器等； (3) 輻射干燥器，如：紅外線干燥器； (4) 介電加熱干燥器，如：微波干燥器。,(1) 保證物料的干燥質(zhì)量，干燥均勻，不發(fā)生變質(zhì)，保持晶形完整，不發(fā)生龜裂變形； (2) 干燥速率快，干燥時間短，單位體積干燥器汽化水分量大，能做到小設(shè)備大生產(chǎn)； (3) 能量消耗低，熱效率高，動力消耗低； (4) 干燥工藝簡單，設(shè)備投資小，操

12、作穩(wěn)定，控制靈活，勞動條件好，污染環(huán)境小。,干燥器,對流干燥器,(1) 并流干燥,(2) 逆流干燥,高濕含量物料在進口與高溫低濕氣體接觸，傳熱傳質(zhì)推動力大，干燥速度很快。低濕含量物料在出口與低溫高濕氣體接觸，推動力小，干燥速度較慢。適用于濕物料能承受強烈干燥而不發(fā)生龜裂、變形或表面結(jié)硬殼，而干物料又不能耐高溫，且產(chǎn)品濕含量較高的情況。,(3) 錯流干燥,進口端濕物料與低溫高濕的氣體接觸，出口端干物料與高溫低濕的氣體接觸，各處干燥推動力和干燥速度比較均勻，適用于濕物料不允許強烈干燥，而干物料又可以耐高溫，產(chǎn)品濕含量很低的場合。,干燥介質(zhì)垂直穿過物料層，氣體進入和流出物料層時，其溫度和濕度均有較大

13、變化，要求物料能耐高溫，并能承受快速干燥。,氣流干燥器,氣流干燥器的結(jié)構(gòu)與流程：,1 - 空氣過濾器 2 - 空氣加熱器 3 - 加料器 4 - 風(fēng)機 5 - 干燥管 6 - 旋風(fēng)分離器 7 - 除塵器,(1) 干燥速度快，固體物料分散懸浮在氣流中，氣固兩相間具有很大的傳熱傳質(zhì)面積。熱氣體進口速度高(20-40m/s)，氣固兩相間(尤其是加速段)相對速度很大，平均體積傳熱系數(shù) ha 為 3000-7000 W/(m3K)，比其它類型干燥器高幾倍至幾十倍，同等生產(chǎn)能力條件下，氣流干燥器的體積小得多。 (2) 氣固并流操作，符合干燥基本規(guī)律，即在恒速段干燥條件十分強烈，而在降速段內(nèi)擴散控制時，溫和

14、的干燥條件正好與之相適應(yīng)，可以使用高溫氣體作為干燥介質(zhì)而不會燒壞物料。 (3) 干燥時間短，物料從進入干燥器開始，到氣固兩相脫離接觸，整個干燥過程不超過1秒鐘，因而氣流干燥又稱為快速干燥或閃蒸干燥，特別適合于熱敏性物料的干燥。 (4) 氣流干燥器中，固體物料呈活塞流流動，每一顆粒子經(jīng)歷的干燥時間大致相同，因而干燥產(chǎn)品的濕含量均勻一致。 (5) 結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備投資少，占地面積小，操作方便，性能穩(wěn)定，維修量小。,氣流干燥器的特點,(1) 物料停留時間短，只適合于干燥非結(jié)合水分的干燥，故常被用作物料的預(yù)干燥； (2) 顆粒破碎現(xiàn)象比較嚴(yán)重，顆粒之間以及顆粒與器壁之間的碰撞與摩擦。故不適合于干燥晶形不

15、允許破壞的物料； (3) 氣固兩相分離任務(wù)很重，固體產(chǎn)品的放空損失較大，粉料排空對環(huán)境造成一定污染； (4) 氣固兩相接觸時間短，傳熱不充分，氣體放空損失大，熱效率較低； (5) 氣體通過干燥系統(tǒng)的流動阻力較大，因而風(fēng)機的動力消耗較高，故總能耗較高。,氣流干燥器的缺點,(1) 多級氣流干燥器,(2) 脈沖式氣流干燥器,(3) 旋風(fēng)式氣流干燥器,將多臺氣流干燥串聯(lián)使用，總管長相同的情況下，加速段增加。且各干燥器可選擇合適的氣體條件，有利于熱能的回收和合理利用。在淀粉、奶粉生產(chǎn)中被廣泛采用。,脈沖管內(nèi)氣速隨管徑變化而交替地增大和減小。由于慣性的作用，顆粒運動速度滯后氣體，使氣固兩相的相對速度增加。

16、,類似于旋風(fēng)分離器，但更長，氣流攜帶固體顆粒沿切線方向進入后作螺旋運動，使物料在瞬間得到干燥。適用于允許磨損的熱敏性物料（如制藥行業(yè)）。,氣流干燥器的傳熱強化,散粒狀濕物料從加料口加入，熱氣體穿過流化床底部的多孔氣體分布板，形成許多小氣流射入物料層。 將操作氣速控制在一定范圍內(nèi)時，顆粒物料懸浮在上升的氣流中形成沸騰狀流化床，料層內(nèi)顆粒物料的相互碰撞、混合劇烈，氣固兩相間的傳熱傳質(zhì)過程得到強化，使物料得以干燥。 干燥產(chǎn)品經(jīng)床側(cè)出料管卸出，濕廢氣體由引風(fēng)機從床層頂部抽出排空，用旋風(fēng)分離器分離所夾帶的少量細微粉。,流化床干燥器,又稱為沸騰床干燥器，是流態(tài)化技術(shù)在干燥作業(yè)上的應(yīng)用。,結(jié)構(gòu)及操作原理,濕

17、物料,廢氣,熱空氣,干品,流化床干燥器,(1) 氣流干燥與流態(tài)化干燥的區(qū)別在于操作氣速不同。氣流管中顆粒濃度較低，流化層中顆粒濃度較大； (2) 操作氣速低，但顆粒濃度高，氣固接觸面積很大，顆粒劇烈運動使氣膜受到強烈沖刷，表面更新速率很快，傳熱傳質(zhì)速率很高，體積傳熱系數(shù) ha 可達23007000 W/(m3K)； (3) 物料顆粒的劇烈運動和相互混合使床內(nèi)各處的溫度均勻一致，避免了物料的局部過熱，為物料的優(yōu)質(zhì)干燥提供了條件； (4) 物料停留時間任意可調(diào)，特別適合于干燥結(jié)合水分； (5) 連續(xù)操作時物料的停留時間分布很不均勻，部分物料因停留時間過短而干燥不充分(underdry)，部分顆粒因

18、停留時間過長而過分干燥(overdry)。,工業(yè)上常將流化床干燥器與氣流干燥器串聯(lián)使用，利用氣流干燥的閃蒸作用，迅速使物料的表面水分汽化，然后送入流化床干燥器中進一步脫除物料所含的結(jié)合水分。,流化床干燥器,XF系列沸騰干燥器 常州優(yōu)力干燥設(shè)備有限公司,流化床干燥器,流化床干燥器適用于散粒狀物料的干燥。 物料的粒徑一般為 0.16 mm，最佳粒徑為 0.53 mm。,(1) 醫(yī)藥藥品中的原料藥、壓片顆粒、中藥沖劑； (2) 化工原料中的塑料樹脂、檸檬酸和其它粉狀、顆粒狀物料的干燥除濕； (3) 食品、糧食加工、食品飲料沖劑、玉米胚芽、飼料等的干燥。,流化床干燥器,沸騰制粒干燥器,空氣由系統(tǒng)風(fēng)機從

19、過濾器、加熱器入口吸入，經(jīng)凈化、加熱后從制粒器下部篩網(wǎng)穿過，高速氣流維持粉末物料懸浮，形成穩(wěn)定的流化床； 粘結(jié)劑溶液經(jīng)輸液泵壓送到噴槍，呈霧狀噴射到干燥室中，使粉末凝聚成多孔狀顆粒； 粒子形成后，按預(yù)定周期在干燥器中干燥，含濕空氣經(jīng)干燥器頂部防靜電袋濾器脫除粉塵后排至室外。,結(jié)構(gòu)及工作原理,沸騰制粒干燥器,沸騰制粒干燥器,沸騰制粒方法是噴霧技術(shù)和流化技術(shù)綜合運用的成果，使傳統(tǒng)的混合、制粒、干燥過程在同一密閉容器中一次完成，故又稱為“一步制粒器”。,沸騰制粒干燥器的特點,(1) 粉末制粒后，改善了流動性，減少了粉塵的飛揚，同時獲得了溶解性良好的產(chǎn)品； (2) 由于混合、制粒、干燥過程一次完成，熱

20、效率高； (4) 產(chǎn)品的粒度能自由調(diào)節(jié)； (5) 設(shè)備無死角，卸料快速、安全、清洗方便。,沸騰制粒干燥器,沸騰制粒干燥器,FLCFLB型沸騰制粒干燥器 常州優(yōu)力干燥設(shè)備有限公司,GFG型沸騰制粒干燥器 常州優(yōu)力干燥設(shè)備有限公司,沸騰制粒干燥器,振動流化床干燥器,用途：用于干燥難以流化的物料。,物料自進料口進入，在振動力作用下，物料沿水平流化床拋擲向前連續(xù)運動，熱風(fēng)向上穿過流化床同濕物料換熱后，濕空氣經(jīng)旋風(fēng)分離器除塵后由排風(fēng)口排出，干燥物料由排料口排出。,振動流化床干燥器的特點,(1) 醫(yī)藥化工。如各種壓片顆粒、硼酸、硼砂、苯二酚、蘋果酸、馬來酸等。 (2) 食品建材。如酒糟、味精、砂糖、食鹽、

21、礦渣、豆瓣、種籽等。 (3) 物料的冷卻、增濕等。,(1) 物料受熱均勻，熱交換充分，干燥強度高，比普通干燥器節(jié)能30%左右； (2) 流態(tài)化穩(wěn)定，無死角和吹穿現(xiàn)象； (3) 可調(diào)性好，適應(yīng)面寬，料層厚度和在機內(nèi)移動速度以及振幅變更均可實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)； (4) 對物料表面損傷小，可用于易碎、顆粒不規(guī)則物料的干燥； (5) 全封閉結(jié)構(gòu)可有效防止物料與空氣間的交叉污染。,振動流化床干燥器的應(yīng)用范圍,振動流化床干燥器,振動流化床干燥器,振動流化床干燥器,ZLG系列振動流化床干燥器 常州優(yōu)力干燥設(shè)備有限公司,噴霧干燥器,用于干燥溶液、漿液或懸浮液。液狀物料由霧化器噴成霧狀細滴并分散于熱氣流中，使水分迅速

22、汽化而獲得微粒狀干燥產(chǎn)品。,噴霧干燥器,霧滴直徑通常僅為 3060m，每升料液具有 100600m2 的蒸發(fā)面積，故所需干燥時間很短（約為530s）。 特別適合于干燥熱敏性的物料，如牛奶、蛋制品、血漿、洗衣粉、抗菌素、酵母和染料等，已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、燃料、塑料及化學(xué)肥料等行業(yè)。,1 - 濾風(fēng)罩 2 - 送風(fēng)機 3 - 加熱器 4 - 料槽 5 - 供料泵 6 - 噴槍 7 - 干燥塔8 - 一級收塵器 9 - 二級收塵器 10 - 引風(fēng)機 11 - 濕式除塵器,噴霧干燥器,噴霧干燥器,1 - 濾風(fēng)罩 2 - 送風(fēng)機 3 - 加熱器 4 - 料槽 5 - 供料泵 6 - 噴槍 7 - 干燥

23、塔8 - 一級收塵器 9 - 二級收塵器 10 - 引風(fēng)機 11 - 濕式除塵器,霧化器的一般要求,霧化器是噴霧干燥器的關(guān)鍵部件，它將影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和能量消耗，好的霧化器應(yīng)具有霧滴直徑均勻，噴嘴結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力大，能量消耗低，操作方便等特點。,氣流式霧化器,壓縮空氣在噴嘴處達到音速并形成很低的壓力，抽送料液由噴嘴成霧狀噴出?？芍苽淞叫∮?5m 的微細顆粒，能處理粘度較大的料液，但動力消耗較大，裝置的生產(chǎn)能力較小。,噴霧干燥器,離心式霧化器,料液送入一高速旋轉(zhuǎn)的（400020000 rpm）裝有放射形葉片的圓盤中央，在離心力作用下加速從周邊（周向速度100160m/s）呈霧狀灑出。,優(yōu)點：

24、操作簡單，對物料的適應(yīng)能力強，操作彈性大，產(chǎn)品粒徑均勻。特別適合于處理固相含量較高的液體。 缺點：干燥器直徑較大，霧化器加工難度大，制造價格高。,噴霧干燥器,空氣通過加熱器轉(zhuǎn)化為熱空氣進入裝置在干燥室頂部的熱風(fēng)分配器，然后均勻地進入干燥室內(nèi)，并呈螺旋形轉(zhuǎn)動，同時將料液送至干燥室頂部的離心霧化器，將料液噴成極小的霧狀液滴，料液和熱空氣并流接觸、水份迅速蒸發(fā)，在極短的時間內(nèi)干燥為粉狀。成品經(jīng)干燥塔底部和旋風(fēng)分離器排出，廢氣由風(fēng)機抽出排空。,離心噴霧干燥工作原理及特點：,主要特點： 干燥速度快，料液經(jīng)霧化后，比表面積大大增加，在熱風(fēng)氣流中瞬間就可蒸發(fā)95-98%的水份，干燥時間僅需十幾秒到數(shù)十秒鐘，

25、特別適用于熱敏性物料的干燥。 所得產(chǎn)品為球狀顆粒，粒度均勻，流動性好，溶解性好，產(chǎn)品純度高，質(zhì)量好。 操作簡單，調(diào)節(jié)控制方便，容易實現(xiàn)自動化作業(yè)。生產(chǎn)過程簡化，操作環(huán)境衛(wèi)生，無粉塵飛揚。,高速離心霧化器,壓力式霧化器,應(yīng)用最為廣泛。用泵將料液加壓至 30-200atm 并通入噴嘴，噴嘴內(nèi)有螺旋室，液體在其中高速旋轉(zhuǎn)并從出口小孔處呈霧狀噴出。,優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，造價低，動力消耗低。 缺點：操作彈性小，產(chǎn)品粒徑不均勻，噴嘴容易因腐蝕或磨損而影響噴霧質(zhì)量。,噴霧干燥器,空氣經(jīng)過濾加熱,均勻分布后進入干燥塔;要處理的液體物料由泵送入噴嘴,在壓縮空氣的作用下霧化成微小液滴,擴散在熱空氣中,進行熱交換,快速

26、蒸發(fā)掉水分,形成固態(tài)物;并由熱空氣順流帶入回收系統(tǒng),經(jīng)過分離后得到干燥產(chǎn)品,濕熱空氣由風(fēng)機排入空中.,壓力噴霧干燥工作原理,直線型并流：對于易粘壁的物料，液滴隨氣流并行向下，可減少液滴撞向器壁的機會，但停留時間短，干燥器的塔身較高。 螺旋形并流：物料停留時間較長，塔身可較低，但離心力作用使液滴甩向器壁的機會增多。 逆流：廢氣從塔頂排出，為了減少未干液滴隨廢氣帶出，氣體速度不宜過高，故達到一定生產(chǎn)能力的干燥器直徑較大。,優(yōu)點：干燥速度快，干燥時間短，特別適合于熱敏性物料；由液體直接得到干燥產(chǎn)品，無需蒸發(fā)、結(jié)晶、固液機械分離等操作，故又稱為一步干燥法。 缺點：體積傳熱系數(shù)很低，ha約為3090W/

27、m2K，水分汽化強度僅為1020kg/m3h，故干燥器體積龐大，熱效率較低，動力消耗較大。,提高生產(chǎn)能力的方法： 采用過熱料液，在加壓下將料液預(yù)熱至200300進入霧化器，液滴通過吸收自身的顯熱而使部分水分汽化。,噴霧干燥器,食品工業(yè)奶粉、咖啡、速溶茶、蛋白質(zhì)、大豆、花生蛋白質(zhì)、水解物、玉米漿、玉米淀粉、葡萄糖、果膠、麥芽糖、山梨酸鉀等。醫(yī)藥工業(yè)中藥浸膏、藥膠、酵母、維生素、抗生素、淀粉酶、脂肪酶等。洗滌劑高級洗衣粉、普通級洗衣粉、肥皂粉、蘇打粉、乳化劑、增白劑等。,噴霧干燥器的應(yīng)用,廂式 (室式) 干燥器,小型的稱為烘箱，大型的稱為烘房，可同時處理多種物料。 通常在常壓或真空下間歇操作。廂內(nèi)

28、設(shè)有支架，濕物料放在矩形淺盤內(nèi)，或懸掛在支架上(板狀物料)，空氣經(jīng)加熱器預(yù)熱并均勻分配后，平行掠過物料表面，離開物料表面的濕廢氣體，部分排空，部分循環(huán)，與新鮮空氣混合后用作干燥介質(zhì)。,廂式 (室式) 干燥器,對各種物料的適應(yīng)性強，但物料得不到分散，氣固兩相接觸不好，干燥時間長。可用多孔底板淺盤，使氣體自上而下穿流通過物料層 (穿流型廂式干燥器)，以提高干燥速率。,優(yōu)點：對物料適應(yīng)性強，可以用于各種物料的干燥，適用于小規(guī)模多品種、干燥條件變動大的場合。 缺點：熱效率較低，產(chǎn)品質(zhì)量不易均勻。,廂式 (室式) 干燥器,廂式 (室式) 干燥器,洞道式干燥器,在一狹長的通道內(nèi)鋪設(shè)鐵軌，物料放置在一串小車

29、上，小車可以連續(xù)地或間歇地在進、出通道。 空氣連續(xù)地在洞道內(nèi)被加熱并強制地流過物料表面，流程可安排成并流或逆流，還可根據(jù)需要安排中間加熱或廢氣循環(huán)，干燥介質(zhì)可用熱空氣和煙道氣。 洞道式干燥器容積大，小車在洞道內(nèi)停留時間長，適用于具有一定形狀的比較大的物料如木材、皮革或陶器等的干燥。,結(jié)構(gòu)及工作原理,洞道式干燥器,帶式干燥器,結(jié)構(gòu)及原理,將物料通過布料機構(gòu) (如星型布料器、擺動帶、粉碎機或造粒機) 分布在輸送帶 (多為網(wǎng)狀) 上，輸送帶通過一個或幾個加熱單元組成的通道，每個加熱單元均配有空氣加熱和循環(huán)系統(tǒng)，每一個通道有一個或幾個排濕系統(tǒng)，在輸送帶通過時，熱空氣從上往下或從下往上通過輸送帶上的物料

30、，從而使物料能均勻干燥。傳送帶可以做成多層，帶寬1-3m，長為4-50m，干燥時間為5-120分鐘。,優(yōu)點：干燥過程中物料翻動少，對晶體形狀保持完好，適用于處理粒狀、塊狀和纖維狀物料；,缺點：熱效率較低，生產(chǎn)能力較小。,帶式干燥器,帶式干燥器,脫水蔬菜、顆粒飼料、味精、雞精、椰蓉、有機顏料、合成橡膠、丙稀纖維、藥品、藥材、小木制品、塑料制品、電子元器件老化、固化等。,帶式干燥器,典型產(chǎn)品,轉(zhuǎn)筒干燥器,結(jié)構(gòu)及工作原理,干燥器主體為一沿軸向裝有若干抄板的圓筒。圓筒略呈傾斜放置，在齒輪機構(gòu)的驅(qū)動下作旋轉(zhuǎn)運動； 物料由轉(zhuǎn)筒的較高一端送入，由較低端卸出，熱風(fēng)由轉(zhuǎn)筒的較低端吹入，由較高端排出，氣固兩相呈逆

31、流接觸； 隨著圓筒的旋轉(zhuǎn)，物料首先被炒板抄起然后灑下，以改善氣固兩相的傳熱傳質(zhì)，提高干燥速率； 物料濕含量較低，產(chǎn)品能承受高溫，宜采用逆流干燥。物料濕含量較高、產(chǎn)品濕含量不是很低的場合宜采用并流干燥。,轉(zhuǎn)筒干燥器,轉(zhuǎn)筒干燥器,轉(zhuǎn)筒干燥器的特點,國內(nèi)現(xiàn)有轉(zhuǎn)筒干燥器的直徑一般為0.5-3m，長度為2-27 m，長徑比為4-10，物料在轉(zhuǎn)筒內(nèi)的裝填量約為筒體容積的8-13%，物料沿轉(zhuǎn)筒軸向前進的速度為0.01-0.08m/s，其停留時間一般為1h左右。,(1) 機械化程度較高，生產(chǎn)能力較大； (2) 干燥介質(zhì)通過轉(zhuǎn)筒的阻力較?。?(3) 對物料的適應(yīng)性較強，操作穩(wěn)定方便，運行費用較低； (4) 裝置

32、比較笨重，金屬耗材多，傳動機構(gòu)復(fù)雜，維修量較大； (5) 設(shè)備投資高，占地面積大。,轉(zhuǎn)筒干燥器,雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機,真空狀態(tài)下的雙錐形回轉(zhuǎn)罐體，由夾套內(nèi)的蒸汽或熱水加熱，熱量通過罐體內(nèi)壁與濕物料接觸。蒸發(fā)水汽由真空泵從排氣管抽走。 由于罐體內(nèi)處于真空狀態(tài)，且罐體的回轉(zhuǎn)使物料不斷的上下、內(nèi)外翻動，提高了干燥速度、干燥效率和干燥的均勻性。,結(jié)構(gòu)及工作原理,雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機,適用于醫(yī)藥、食品、化工等行業(yè)的粉、粒狀物料的真空干燥和混合，尤其適用有下列要求的物料：,(1) 不能接受高溫的熱敏性物料； (2) 容易氧化，有危險的物料； (3) 需回收溶劑和有毒氣體的物料； (4) 要求殘留揮發(fā)物含量極低

33、的物料； (5) 對結(jié)晶形狀有要求的物料； (6) 要求混合充分、均勻的物料；,雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機,雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機,工作原理： 經(jīng)加熱（或除濕）的空氣以適宜的噴動速度從干燥機底部進入攪拌破碎干燥室，對物料產(chǎn)生強烈的剪切、吹浮、旋轉(zhuǎn)作用，物料受到離心、剪切、碰撞、摩擦而被微?；?，形成較大的比表面積，強化了傳質(zhì)傳熱。在干燥室底部，較大較濕的顆粒團在攪拌器的作用下被機械破碎，濕含量較低、顆粒度較小的顆粒被旋轉(zhuǎn)氣流夾帶上升，在上升過程中進一步干燥，并被分級。,旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機,旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機,1.空氣過濾器 2.鼓風(fēng)機 3.加熱器 4.加料器 5.主機 6.旋風(fēng)分離器 7.二級收塵器 8.引風(fēng)機 9

34、.濕式除塵器,(1) 干燥器內(nèi)錐體結(jié)構(gòu)、氣流對器壁的沖刷和攪拌器的結(jié)構(gòu)，使其能處理有一定粘性的物料； (2) 由于干燥時間短，物料與熱空氣相對速度大且最熱空氣不與已干物料直接接觸，故適用處理熱敏性物料； (3) 干燥過程中物料受到破碎、沖刷、碰撞，表面積增大，強化了干燥；同時最熱空氣不直接接觸已干物料，可以使進風(fēng)溫度高于物料熔點，所以干燥強度高； (4) 通過干燥塔內(nèi)設(shè)置內(nèi)置物（旋流片、陶析環(huán)或分級器），并與進出風(fēng)溫度的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，可對終水份和成品細度加以有效控制。 (5) 系統(tǒng)在微壓下操作，消除操作環(huán)境污染，并可根據(jù)不同物料采用不同的除塵方式和除塵材質(zhì)（脈沖袋式除塵器、水浴除塵器、文丘里濕式除

35、塵器等）。,旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機,旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機,XZG 旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥機 常州優(yōu)力干燥設(shè)備有限公司,結(jié)構(gòu)及工作原理,利用物料中的水份在真空狀態(tài)下沸點降低的特點進行干燥。設(shè)備用蒸汽夾套間接加熱，水份受熱蒸發(fā)并被及時抽除。在干燥機殼體內(nèi)部，耙齒通過傳動軸帶動，耙齒端與軸線設(shè)計有一定夾角，主軸通過正向反向轉(zhuǎn)動使物料沿軸向移動以利于干燥及出料。,耙式真空干燥機,耙式真空干燥機,應(yīng)用范圍,(1) 特別適用于干燥熱敏性物料，在高溫下易氧化的物料、或干燥時易板結(jié)的物料，以及干燥中排出的蒸汽須回收的物料。 (2) 干燥完畢后物料為粉末狀，所以對于成品為粉末狀的物料較為適用，干燥完畢后可直接包裝，無需粉碎。 (3)

36、進料含水率可達90%，被干燥物料有漿狀、膏狀、粒狀、粉狀或纖維狀，干燥后物料水份可達1%，甚至0.5%。,特 點,(1) 適用性強，干燥速度快。由于耙式干燥機利用夾套加熱，較高真空排氣，所以幾乎對所有不同性質(zhì)、不同狀態(tài)物料都適用，特別適用于易爆、易氧化物料； (2) 產(chǎn)品質(zhì)量高，干燥過程耙齒不斷正反轉(zhuǎn)動，物料攪抖均勻； (3) 蒸汽耗量??； (4) 易于操作，可回收揮發(fā)氣體，減少了對環(huán)境的污染。,結(jié)晶是從蒸氣、溶液或熔融物中析出晶體的過程。 由于晶體與氣體、液體以及非晶體固體不同，所以晶體有其自身的共同規(guī)律和基本特性。,結(jié)晶,結(jié)晶操作的分類,溶液結(jié)晶、熔融結(jié)晶、升華結(jié)晶、反應(yīng)沉淀及鹽析等類型。

37、,(1) 能從雜質(zhì)含量較多的溶液中獲得高純度的固體產(chǎn)品； (2) 與蒸餾等單元操作相比，結(jié)晶操作過程的能耗較低（一般來講，結(jié)晶熱僅為汽化熱的1/31/7）； (3) 結(jié)晶操作可用于高熔點混合物、共沸物以及熱敏性物質(zhì)等難分離物系的分離。,結(jié)晶操作的特點,溶液結(jié)晶過程是涉及溶質(zhì)由液相轉(zhuǎn)入固相的相際傳質(zhì)過程，而且由于影響晶體成長的因素較多，使問題變得更為復(fù)雜。,基本概念和操作原理,晶核的生成,晶核的生成機理主要有三種：初級均相成核、初級非均相成核和二次成核。,晶體的成長機理可分為兩步： (1) 溶質(zhì)由溶液主體向晶體表面的擴散過程，其推動力為溶液主體與晶體表面溶質(zhì)的濃度差； (2) 溶質(zhì)在晶體表面以某

38、種方式嵌入空間晶格而組成有規(guī)則的結(jié)構(gòu)，并放出結(jié)晶熱。該過程也稱為表面反應(yīng)過程。,晶體的成長,結(jié)晶只可能在過飽和溶液中發(fā)生。,飽和溶液： 溶質(zhì)與溶液共存并處于相平衡狀態(tài)。其濃度即是該溫度下固體溶質(zhì)在溶劑中的溶解度(平衡濃度)。 不飽和溶液： 濃度飽和濃度的溶液。,溶解度與溶液的過飽和度,溶液的過飽和度：同一溫度下，過飽和溶液與飽和溶液的濃度差。,溶解度與溶液的過飽和度,絕對過飽和度 C,過飽和系數(shù) S,相對飽和度 ,溶液濃度控制在介穩(wěn)區(qū)： 晶核不能自發(fā)生成，則晶體的數(shù)量可由所加入的晶種量控制，可以得到顆粒較大而整齊的晶體。 溶液的濃度控制在不穩(wěn)區(qū)： 晶核可自發(fā)生成，大量的晶核使所得到的結(jié)晶產(chǎn)品粒

39、度較小。,結(jié)晶產(chǎn)品的要求 過程的能耗、產(chǎn)品的純度有一定的要求，并希望晶體有適當(dāng)?shù)牧６群洼^窄的粒度分布。,結(jié)晶操作的一些特點,微觀粒子的規(guī)則排列可按不同的方向發(fā)展，即各晶面可有不同的生長速率，由此可形成不同外形的晶體。 同一晶系的晶體在不同結(jié)晶條件下可得到外形不同的晶體。 晶體的外形、大小和顏色在很大程度上取決于結(jié)晶時的條件，如溫度變化、溶劑種類、pH值、結(jié)晶速率、溶液的過飽和度、少量的雜質(zhì)或添加劑以及晶體生長時的位置等。 例如氯化鈉在純水溶液中的結(jié)晶為立方體，但若在溶液中加入少量尿素，則得到的結(jié)晶為八面體。又如碘化汞由于結(jié)晶溫度的不同可以是黃色或紅色。,對,結(jié)晶操作的一些特點,晶體的洗滌,母液

40、中含有各種雜質(zhì)，若附在晶體上則會影響結(jié)晶產(chǎn)品的純度。常用離心機或過濾機將晶體和母液進行分離，并用適當(dāng)?shù)娜芤簩w進行洗滌。 “晶簇” 包藏在晶簇中的母液很難用洗滌的方法除去。所以在結(jié)晶操作中應(yīng)盡量避免晶簇的形成。如對溶液進行攪拌。,再結(jié)晶現(xiàn)象,“熟化” (Ostwald ripening) 小晶體有因表面能過大而被溶解的傾向。在晶體粒度不一且溶液的過飽和度較低的情況下，小的晶體會被溶解，而較大的晶體則會繼續(xù)成長成外形更加完好的晶體。 在工業(yè)生產(chǎn)中常利用晶體的再結(jié)晶來得到粒度均勻的較大晶體，也稱為產(chǎn)品的“熟化” 。,將溶液冷卻使其達到過飽和狀態(tài)，適用于溶解度隨溫度降低并顯著減小的物質(zhì)，如KNO3

41、，NaNO3，MgSO4和Na2CO310H2O等。,結(jié)晶方法與設(shè)備,移除部分溶劑的結(jié)晶法,使溶液在常壓(沸點溫度)或減壓(低于正常沸點)下蒸發(fā)，溶液由于部分溶劑的汽化而濃縮，從而得到過飽和溶液。適用于溶解度隨溫度降低但變化不大的物質(zhì)，如氯化鈉、無水硫酸鈉等。,不移除部分溶劑的結(jié)晶法,有些物質(zhì)的結(jié)晶可將以上兩種方法結(jié)合起來使用，以便更快地使溶液達到過飽和狀態(tài)，并且可節(jié)約操作費用。,塔式結(jié)晶器,結(jié)晶方法與設(shè)備,搖籃式結(jié)晶器,轉(zhuǎn)筒式結(jié)晶器,蒸發(fā)式結(jié)晶器,真空式結(jié)晶器,真空式結(jié)晶器,將多孔性固體物料與流體(氣體或液體)混合物進行接觸，有選擇地使流體中的一種或多種組分附著于固體的內(nèi)外表面，從而達到與其

42、它組分分離的目的。 多孔性固體物料稱為吸附劑，附著于固體表面的組分稱為吸附質(zhì)。,吸 附,操作原理,物理吸附(范德華吸附)：吸附劑靠固體顆粒的表面力(可以是分子間引力即范德華力)使吸附質(zhì)分子單層或多層地附著在吸附劑表面。吸附熱在數(shù)值上與吸附質(zhì)的冷凝熱相當(dāng)(4262 kJ/mol)。物理吸附的吸附力較弱，容易脫附。 化學(xué)吸附：吸附劑與吸附質(zhì)之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，吸附是因吸附質(zhì)與吸附劑表面原子間的化學(xué)鍵合作用造成的。吸附所放出的熱較物理吸附的吸附熱為高，數(shù)值上與化學(xué)反應(yīng)熱相當(dāng)?；瘜W(xué)吸附的吸附力較強，一般不易脫附。,吸附的分類,吸 附,(1) 巨大的吸附面積 表面積越大，吸附能力越強。例如硅膠為500

43、m2/g，活性炭為1000 m2/g。 (2) 較高的選擇性 選擇性愈高，一次吸附的分離愈完全。例如木炭對SO2和NH3的吸附能力遠遠大于對空氣的吸附能力，故能從空氣中吸附分離SO2和NH3，使空氣凈化。 (3) 一定的機械強度 一定的機械強度和耐磨性可防止在運輸和操作過程中過多破碎，造成操作中流體通道的阻塞或流體污染。 (4) 適當(dāng)?shù)奈锢硖匦?流體阻力較小，流動性較好，適當(dāng)?shù)亩衙芏鹊取?(5) 一定的穩(wěn)定性 具有化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以適應(yīng)較大范圍的操作條件。 (6) 價廉易得。,工業(yè)吸附對吸附劑的要求,(1) 各種活性土 (漂白土、鐵釩土和酸性白土等) 由天然礦物經(jīng)硫酸處理活化，再干燥粉碎

44、后制成。其主要成分為硅藻土。多用于植物油或石油產(chǎn)品的脫色、脫硫和干燥等。 (2) 活性氧化鋁 由含水氧化鋁加熱脫水制成，為一種極性吸附劑。由于對水分子的吸附能力較大，故多用于氣體或液體的干燥。 (3) 硅膠 一種親水性吸附劑。硅膠是無定形多孔水合二氧化硅，多用于氣體或液體的脫水。,常用吸附劑,(4) 活性炭 由動物骨骼、煤、椰殼、核桃殼或木材等經(jīng)炭化、活化后制成。為非極性吸附劑，具有疏水性，可用于溶劑蒸氣的回收，油品和糖液的脫色，水的凈化以及氣體的脫臭等。 (5) 分子篩 能選擇性地讓尺寸小于孔徑的分子進入微孔，起到篩選分子的作用。常見的分子篩有天然沸石和上百種合成沸石，具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和

45、吸附選擇性，屬于強極性吸附劑。多用于氣體或液體的干燥和精制，混合物的吸附分離等。,常用吸附劑,吸附分離設(shè)備,接觸式吸附器,固定床吸附器,吸附分離設(shè)備,膜分離一般是指利用膜 (Membrane) 對流體混合物中不同組分的選擇性滲透的特點來分離流體混合物的操作過程,膜分離,(1) 分散得很細的固體，特別是與液體密度相近，膠狀的可壓縮的固體微粒； (2) 低分子量的不揮發(fā)的有機物、藥物與溶解的鹽類； (3) 對溫度、酸堿度等物理化學(xué)條件特別敏感的生物物質(zhì)。,膜分離的應(yīng)用領(lǐng)域,涉及氣體分離、水溶液分離、生化產(chǎn)品的分離與純化等操作的食品和飲料加工過程、工業(yè)污水處理、大規(guī)?？諝夥蛛x、濕法冶金、氣體和液體燃

46、料的生產(chǎn)及石油化工制品的生產(chǎn)等,常見的膜分離過程,膜的分類,膜的材質(zhì)與種類,膜的材質(zhì)與種類,膜的分離性能參數(shù),除了描述膜結(jié)構(gòu)中如孔徑分布，最大孔徑等孔的特性參數(shù)以外，其分離性能主要用膜的分離因素和膜的通量來表示,截留系數(shù) R,Cf 料液中某組分的濃度； Cp 透過液中該組分的濃度； R 該組分的截留系數(shù)。,名義分子量分割,是指 R = 0.95 那種組分的分子量，表示分子量大于或等于MWCO的分子基本上都能夠被截留。,膜分離的原理大多為對不同的微粒的選擇透過，故分離效率通常都很高。相對于蒸餾等分離過程，膜分離的分離系數(shù)要大得多。,膜分離過程的特點,分離效率高,膜分離過程中，被分離的物質(zhì)大都不發(fā)

47、生相變，與蒸發(fā)，蒸餾相比，操作所需能耗很小。,能 耗 低,膜分離設(shè)備本身沒有運動部件，且操作溫度和壓力不高。操作的可靠性主要取決于膜的性能。膜分離過程的操作十分簡便，從啟動到得到產(chǎn)品所需時間較短，故可以頻繁地啟停。,可 靠 性,膜分離設(shè)備的性能不受處理量大小的影響，即單位生產(chǎn)能力與分離效率，設(shè)備單價及操作費用關(guān)系不大。,規(guī)?？扇我庾兓?限制膜分離過程廣泛使用的一個重要因素。膜污染使膜的透過速率不斷降低，且使低分子量溶質(zhì)（鹽）的截留率增加，而最終使流動通道堵塞。所以制造不易發(fā)生膜污染的分離膜是非常重要的。,膜 污 染,膜被壓實，從而使膜的通道減少。反滲透過程中，由于操作壓差較大，故這一因素的影響

48、較為明顯。膜被壓實本不是真正意義上的膜污染，但因其與膜污染有同樣的效果，故也歸于此； 膜孔的有效直徑因被某些溶質(zhì)阻塞而減小，或部分孔道被完全堵塞； 膜表面附著一層凝膠層。,形成原因,膜 污 染,解決方法,選好膜的種類，考慮包括親水性、荷電性、膜孔結(jié)構(gòu)；必要時可對膜表面進行改性； 選擇適宜的膜組件，以保持較好的流動狀態(tài)（流速適當(dāng)大）； 對料液進行必要的預(yù)處理，例如預(yù)過濾，預(yù)滅菌及調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)膒H值等； 適時清洗，可以進行反沖（back flush）和化學(xué)清洗（無機酸、有機酸，螯合劑）。但應(yīng)注意頻繁的清洗會影響膜的壽命； 外加場控制，如電場、離心力場和超聲場。,假設(shè)溶液透過膜的過程可視為流體以層流的

49、方式通過曲折的毛細管的流動，其處理方式與過濾相似。對微濾，超濾等過程可用此模型。,膜內(nèi)傳質(zhì)的模型,流體流動模型,氣體分子運動平均自由程大于毛細管管徑，則氣體分子的擴散阻力取于分子與管壁之間的碰撞 (Knudsen擴散)。氣體膜分離可用此模型。,微孔擴散模型,水優(yōu)先吸附在親水性膜的外表面并與膜中的內(nèi)表面形成結(jié)合水，這類結(jié)合水不溶解鹽粒子，阻礙水合離子通過。此模型用于反滲透過程。,細毛細管模型,溶質(zhì)先溶解 (或吸附) 在原料一側(cè)膜表面，然后以擴散的方式通過膜，在膜另一側(cè)表面解吸?？捎糜谕ㄟ^致密均質(zhì)膜的傳質(zhì)過程，不要求致密層是有孔的。,溶解-擴散模型,膜分離過程,反滲透（Reverse Osmosi

50、s）,滲透現(xiàn)象：即純?nèi)軇┩ㄟ^半透膜由純?nèi)軇┮粋?cè)向溶液一側(cè)的自發(fā)流動過程。 滲透壓：滲透過程達平衡時半透膜兩側(cè)形成的壓差 。 反滲透：在濃溶液一側(cè)加壓，使膜兩側(cè)的壓差大于溶液的滲透壓(p)，溶劑從溶液一側(cè)向純?nèi)軇┮粋?cè)液流動。,反 滲 透,機 理,反滲透膜,主要為兩大類，醋酸纖維素膜 (如醋酸纖維素-三醋酸纖維素共混不對稱膜和三醋酸纖維素中空纖維膜) 和芳香族聚酰胺膜 (如芳香族聚酰胺復(fù)合膜和芳香族聚酰胺中空纖維膜)。從結(jié)構(gòu)上又可分為非對稱膜和復(fù)合膜。但無論哪種反滲透膜，其制膜材料必須是親水性的。反滲透膜的基本性能包括透水率、透鹽率和抗壓實性等 。,反滲透膜過程的推動力為壓力差。反滲透膜截留溶質(zhì)并

51、非靠膜的篩分作用，而是靠膜對溶質(zhì)和溶劑的親和力差異。就其分離機理而言，尚存在無孔機理與有孔機理之爭。反滲透過程中膜材料與被分離介質(zhì)間的化學(xué)特性比膜的結(jié)構(gòu)形態(tài)更為重要。,濃差極化,隨著反滲透過程的進行，溶劑不斷地從高濃度一側(cè)滲透到低濃度一側(cè)，而溶質(zhì)則被膜截留，使膜表面的溶質(zhì)濃度高于溶液主體濃度，在膜表面附近形成一溶質(zhì)的濃度梯度。該現(xiàn)象被稱為濃差極化。,反 滲 透,溶劑(水)的透過速率,Jw 溶劑的透過速率，kmol/(m2s)； A 純?nèi)軇?(水) 的透過系數(shù)，kmol/(m2sPa)； p 膜兩側(cè)的壓差，Pa； 膜兩側(cè)溶液的滲透壓之差，Pa。,溶劑(水)的透過速率即單位時間單位膜面積的水透過量

52、，與膜的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)（如厚度、化學(xué)成分和空隙率等）及系統(tǒng)條件（如溫度、膜兩側(cè)的壓差和溶液濃度等）有關(guān)。,反 滲 透,溶質(zhì) (鹽) 的透過速率,Js 溶質(zhì)的透過速率，kmol/(m2s)； B 溶質(zhì)的透過系數(shù)， m/ s； c3、c2 分別為膜兩側(cè)的濃度，kmol/ m3。,總透過速率,Js 和 Jw 比值的大小代表分離效果的好壞。比值越小則分離效果越好。,由于膜兩側(cè)溶液存在濃度差，故少量溶質(zhì)也會擴散透過膜。溶質(zhì)的透過速率可表示為,反 滲 透,微孔過濾,原理：壓力差的作用下，利用膜的孔徑的大小對微粒進行機械篩分和截留，而吸附截留的作用相對較小。,常用的膜是醋酸纖維素和硝酸纖維素等混合組成。其它商業(yè)化膜有再生纖維素膜，聚氯乙烯膜，聚酰胺膜和陶瓷膜等。 工業(yè)上主要用于無菌液體、超純水的生產(chǎn)和空氣過濾。,超 濾,原理：溶液在壓力差的作用下，溶劑和小于膜孔徑的溶質(zhì)由膜透過，而大于膜孔徑的溶質(zhì)則被截留，從而達到溶液的凈化、分離和濃縮。,超濾與微濾的不同之處在于能截留溶解的大分子，與反