1、.,中藥蒸發(fā)濃縮過程設(shè)備及熱能利用,.,1. 概 述,在中藥制藥工業(yè)等眾多的行業(yè)中，通常要 遇到將溶液蒸濃的工業(yè)操作。這種借加熱作用 使溶液中一部分溶劑汽化因而獲得濃縮的過程 稱為蒸發(fā)過程。蒸發(fā)的目的是為了使溶液中的 溶劑汽化，這種情況下，要求溶劑具有揮發(fā)性 而溶液中的溶質(zhì)則不應(yīng)具有揮發(fā)性。,.,2. 蒸發(fā)的基本理論,按照分子運動學(xué)說，當(dāng)溶液受熱時，靠近加熱面的分子獲得的動能勝過分子間的吸引力，故逸向液面上的空間，變?yōu)樽杂煞肿?，這就稱為氣化。因氣化而生成的蒸汽，倘若在逸向空間后不予除去 ，則蒸汽與溶液將漸漸趨于平衡狀態(tài)，使氣化不能繼續(xù)進行。所以進行蒸發(fā)的必備條件為熱能的不斷供給和所產(chǎn)生的蒸汽不

2、斷排除。,.,2. 蒸發(fā)的基本理論,在蒸發(fā)過程中，溶液中溶劑的氣化可分為在沸點時的氣化與低于沸點時的氣化，前者的速率遠超過后者，所以工業(yè)上的蒸發(fā)都在沸騰情況下進行的。在沸騰情況下進行溶劑的蒸發(fā)，仍需要熱能的不斷供給。蒸發(fā)單位重量溶劑所需的熱量，稱為蒸發(fā)潛熱，或氣化潛熱。如果是水溶液則溶劑為水。工業(yè)上采用的熱源通常為水蒸汽，所以遇到水溶液的蒸發(fā)時，一方面用蒸汽作為熱源以供給熱能，另一方面則水溶液本身蒸發(fā)時也產(chǎn)生蒸汽，為易于區(qū)別，前者稱為加熱蒸汽，后者稱為二次蒸汽。,.,3. 中藥蒸發(fā)濃縮設(shè)備,蒸發(fā)設(shè)備是實現(xiàn)蒸發(fā)操作的基礎(chǔ)。 隨著工業(yè)的需要和發(fā)展，蒸發(fā)器構(gòu)造的形式也逐步改進。先以橫管加熱式取代了夾

3、套加熱式，再改進成為豎管加熱式，而后者在廣泛使用中又繼續(xù)得到改進，為了避免溶液靜壓強的影響，創(chuàng)造了液膜蒸發(fā)器，為了提高生產(chǎn)強度，又創(chuàng)造了加熱室在外的蒸發(fā)器和強制循環(huán)蒸發(fā)器。此外，節(jié)省加熱蒸汽的辦法，除了將二次蒸汽加以利用成為多效蒸發(fā)外，還可借二次的絕熱壓縮，使其溫度升高而能再度用于原蒸發(fā)器，以作為加熱蒸汽，如此操作的蒸發(fā)器稱為熱泵蒸發(fā)器。這些改進和創(chuàng)造，都以蒸發(fā)的基本原理以及與其生產(chǎn)強度有關(guān)的許多因素的研究為依據(jù)。,.,3.1. 蒸發(fā)設(shè)備的類型,1. 加熱面形狀和位置夾套、蛇管、直管、加熱室在內(nèi)或在外； 2. 蒸發(fā)器本身的放置方法橫臥、豎立、傾斜。 3. 溶液的循環(huán)方法自然循環(huán)、強制循環(huán)。,.

4、,敞口傾倒式夾套蒸發(fā)鍋,這類蒸發(fā)鍋是中藥制藥廠早期應(yīng)用較多的一類，用來蒸發(fā)及熬濃提取液，其結(jié)構(gòu)如圖所示。它是一個圓底開口容器，底部設(shè)有夾層，內(nèi)通蒸汽加熱，使物料在常壓下煮沸蒸發(fā)濃縮。夾套外側(cè)兩端附有耳軸，耳軸一端進蒸汽，另一端排除冷凝水。蒸發(fā)鍋用軸承支持，軸經(jīng)過蝸輪裝置用人工可使鍋反轉(zhuǎn)，以將鍋中濃縮的料液或清洗水傾倒排出。此蒸發(fā)鍋對料液的粘度范圍適應(yīng)很廣，清洗簡便，但傳熱面積有限，由于是開口蒸發(fā)，排放的蒸汽對環(huán)境衛(wèi)生有一定影響。,.,敞口傾倒式夾套蒸發(fā)鍋,.,NZ真空濃縮器,真空濃縮是指在密閉的容器中，通過抽真空以降低容器內(nèi)部的壓力，使液體沸騰溫度降低的蒸發(fā)操作，它具有溫度低，蒸發(fā)速度快，可防

5、止熱敏性物料的分解失效。一般減壓后的溫度在4060時溶液就可沸騰。真空濃縮罐有采用搪玻璃反應(yīng)釜改制成的，也有用不銹鋼制造。此設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但處理量較小，料液受熱時間較長。夾套式真空濃縮罐是中藥生產(chǎn)中普遍采用的一種蒸發(fā)器。常用的有NZ真空濃縮器系列，它主要包括夾套濃縮罐、第一冷凝器、汽液分離器、第二冷凝器、冷卻器、受液罐六個部件組成,全部由不銹鋼制成。如圖所示。,.,NZ真空濃縮器,.,.,外循環(huán)式蒸發(fā)器,外循環(huán)蒸發(fā)器的特征在于加長的加熱管（管長與直徑之比L/D = 50100），并使加熱室安裝在蒸發(fā)器的外面，這樣就可以減低蒸發(fā)器的總長度，同時循環(huán)管沒有受到蒸汽加熱，使溶液的自然循環(huán)速

6、度較快（循環(huán)速度可達1.5m/s）。其外形結(jié)構(gòu)如圖,.,外循環(huán)式蒸發(fā)器,.,.,外循環(huán)式蒸發(fā)器的工業(yè)生產(chǎn)裝置,.,降膜式蒸發(fā)器,降膜式蒸發(fā)器其結(jié)構(gòu)如圖所示。物料加熱室頂部加入，經(jīng)液體分布器分布后呈膜狀向下流動。在管內(nèi)被加熱汽化，被汽化的蒸汽與液體一起由加熱管下端引出，經(jīng)氣液分離后即得到完成液。,.,降膜式蒸發(fā)器,.,升膜式蒸發(fā)器,升膜式蒸發(fā)器如圖，其加熱管束很長，可達310米。溶液由加熱管底部進入，并將液面維持在較低的位置，溶液被加熱沸騰而汽化，因而產(chǎn)生大量的 二次蒸汽泡沫，發(fā)生向上的推進作用，最終液體被上升的蒸汽拉成環(huán)狀薄膜，沿壁向上運動，非常劇烈，氣液混合物由管口高速沖出，這時溶液與泡沫的

7、混合物在管中的速度可達20m/s。這種高速度具有以下兩個優(yōu)點：（1）增加沸騰給熱系數(shù)，因此傳熱系數(shù)可以很大；（2）結(jié)垢不易生成，從而可以減慢蒸發(fā)器在操作期間因結(jié)垢的生成而減小傳熱系數(shù)的現(xiàn)象。被濃縮的液體經(jīng)氣液分離器后即排出蒸發(fā)器。,.,升膜式蒸發(fā)器,.,刮板蒸發(fā)器,這種蒸發(fā)器專為高粘度溶液的蒸發(fā)而設(shè)計的。蒸發(fā)器的加熱管為一根較粗的直立圓管，中、下部設(shè)有兩個夾套進行加熱，圓管中心裝有旋轉(zhuǎn)刮板。刮板的型式有兩種，一種是固定間隙式，刮板端部與加熱管內(nèi)壁留有約1mm左右的間隙。另一種是可擺動式轉(zhuǎn)子，刮板借旋轉(zhuǎn)離心力緊壓于液膜表面。 料液自頂部進入蒸發(fā)器后，在重力和刮板的攪動下分布于加熱管壁，并呈膜狀旋

8、轉(zhuǎn)向下流動。汽化的二次蒸汽在加熱管上端無套管部分被旋轉(zhuǎn)刮板分去液沫，然后由上部抽出并加以冷凝，濃縮液由蒸發(fā)器底部放出。 旋轉(zhuǎn)刮板式蒸發(fā)器的主要特點是借助外力強制料液成膜狀流動，可適應(yīng)高粘度、易結(jié)晶、結(jié)垢的濃溶液的蒸發(fā)，此時仍能獲得較高的傳熱系數(shù)。某些場合下可將溶液蒸干，而由底部直接獲得粉末狀的固體產(chǎn)物。這種蒸發(fā)器的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造要求高，加熱面不大，而且需消耗一定的動力。,.,固定間隙的刮板蒸發(fā)器,.,轉(zhuǎn)子式刮板蒸發(fā)器,.,.,.,3.2. 對蒸發(fā)設(shè)備的要求和選型,（1）蒸發(fā)設(shè)備選型時應(yīng)考慮的幾點工藝要求： 1）盡量保證較大的傳熱系數(shù)； 2）要適合溶液的一些特性，如粘度、起泡性、熱敏性、溶

9、解度隨溫度變化的特性及腐蝕性； 3）能完善地分離液沫； 4）盡量減少溫差損失； 5）盡量減慢傳熱面上污垢的生成速度； 6）能排出溶液在蒸發(fā)過程中所析出的結(jié)晶體； 7）能方便地清洗傳熱面。,.,3.2.對蒸發(fā)設(shè)備的要求和選型,（2） 機械加工和設(shè)備價格的要求： 1）設(shè)備的體積和金屬材料的消耗量小； 2）機械加工和制造，安裝應(yīng)該合理和方便； 3）檢修要容易； 4）設(shè)備的使用壽命要長； 5）有足夠的機械強度； 6）操作費用要低。,.,3.2.對蒸發(fā)設(shè)備的要求和選型,（3）蒸發(fā)物料的特性： 1）溶液的結(jié)垢性； 2）溶液的粘度； 3）溶液的熱敏性； 4）有無結(jié)晶析出； 5）溶液的發(fā)泡性及腐蝕性。,.,3

10、.3. 中藥蒸發(fā)濃縮過程的工藝組配,單效蒸發(fā)：蒸發(fā)過程僅利用加熱蒸汽（生蒸 汽）進行一次蒸發(fā)濃縮的操作過 程； 雙效蒸發(fā)：蒸發(fā)過程除利用生蒸汽外，同時 利用二次蒸汽進行二次蒸發(fā)濃縮 的操作過程； 多效蒸發(fā)：多次利用二次蒸汽進行多次蒸發(fā) 濃縮的操作過程。,.,3.3.1. 蒸發(fā)裝置流程的確定,1）效數(shù)的確定 （1）經(jīng)濟上的限制是指效數(shù)超過一定值則經(jīng)濟上不合理。 （2）技術(shù)上的限制是指效數(shù)過多，蒸發(fā)操作將難以進行。 沸點升高較大通常為23效。 沸點升高較小可取46效 真正適應(yīng)的效數(shù)，還需要通過最優(yōu)化的方法來確。,.,3.3.1. 蒸發(fā)裝置流程的確定,2）多效蒸發(fā)裝置中溶液流程的選擇 在多效蒸發(fā)裝置

11、中，溶液的流程可以是并流、逆流和平流，流程的選擇，主要根據(jù)溶液特性，操作方式以及經(jīng)濟程度來決定。,.,.,.,.,3.3.2蒸發(fā)濃縮過程的工藝組配,（1）外循環(huán)單效蒸發(fā) （2）雙降膜雙效蒸發(fā)； （3）降升膜雙效蒸發(fā)； （4）一降二升三效蒸發(fā)； （5）三降膜三效蒸發(fā)；,.,單 效 蒸 發(fā) 流 程,.,降 升 膜 雙 效 蒸 發(fā) 流 程,.,三 效 降 膜 蒸 發(fā) 流程,.,一降二升三效蒸發(fā)流程,.,雙效外循環(huán)真空蒸發(fā)器,.,三效濃縮器（蒸發(fā)器）,.,三 效 蒸 發(fā) 器,.,3.4.蒸發(fā)過程中的節(jié)能,蒸發(fā)過程也是一個熱平衡過程，理論上講，蒸發(fā)1公 斤水需消耗1公斤水蒸汽，實際過程中，由于有熱能的損

12、 耗存在，蒸發(fā)1公斤水實際所消耗的蒸汽遠遠大于1公斤 的蒸汽量，所以，蒸發(fā)過程如何來節(jié)約能耗，除了減少 過程的能量損耗、提高換熱設(shè)備的傳熱效果外，主要就 是要充分考慮過程中二次蒸汽的合理利用。,.,3.4.1.可考慮的節(jié)能措施,（1）改進蒸發(fā)設(shè)備的制作工藝； （2）選用高效的加熱設(shè)備； （3）改進蒸發(fā)工藝和操作，充分有效地利 用加熱蒸汽和二次蒸汽,.,中藥板式單效蒸發(fā)濃縮過程,用板式換熱器作為蒸發(fā)的受熱元件，改變傳統(tǒng)的用列管式換熱器的加熱方式，提高熱傳遞的效果，增加熱能的利用率， （1）板式單效蒸發(fā)裝置的主要設(shè)備配置： 板式加熱器、板式冷凝器、分離器、冷凝液貯罐、循環(huán)泵等設(shè)備。 （2）板式單效

13、蒸發(fā)的工藝流程說明： 提取液由系統(tǒng)的真空作用進入分離器，到達一定量后（分離器液位計的上限液位后），關(guān)閉進料閥門，開啟濃縮循環(huán)泵。根據(jù)被蒸發(fā)料液的性質(zhì)，設(shè)定分離器內(nèi)物料的蒸發(fā)溫度，并由此溫度倆控制蒸汽加熱量，提取液由分離器底部被濃縮循環(huán)泵強制打入板式加熱器加熱，受熱后的提取液離開板式加熱器，經(jīng)分離器內(nèi)的片狀噴淋器進入分離器進行蒸發(fā)，蒸汽由分離器上端離開，進入冷凝器，冷凝液進入受液罐內(nèi)，回收使用；液體則再由分離器底部被濃縮循環(huán)泵強制打入板式加熱器加熱，當(dāng)分離器內(nèi)的液位到達下限液位時，開啟進料閥門加料，直至上限液位后停止，以此循環(huán)，直至被濃縮液體密度達到要求。兩臺冷凝液貯罐連續(xù)切換使用。,.,板式單

14、效蒸發(fā)工藝流程,.,中藥板式雙效蒸發(fā)濃縮過程,利用一效分離產(chǎn)生的二次蒸汽來加熱二效蒸發(fā)加熱器，可充分有 效地利用熱能資源；而雙效蒸發(fā)采用一效正壓操作和二效負壓操作的 工藝路線，更有效地利用了二次蒸汽的熱能。 （1）雙效蒸發(fā)組合裝置的主要設(shè)備配置： 板式加熱器、板式冷凝器、分離器、冷凝液貯罐、循環(huán)泵等設(shè)備。 （2）雙效蒸發(fā)的工藝流程說明： 提取液按蒸發(fā)要求確定流量后由輸送泵送入板式加熱器，受熱后的提取液離開加熱器，經(jīng)一效分離器內(nèi)的片狀噴淋器進入分離器進行蒸發(fā)，蒸汽由一效分離器上端離開，進入二效加熱器，液體則由一效分離器下端離開，進入二效加熱器，利用一效分離器產(chǎn)生的二次蒸汽進行加熱?？刂埔恍Х蛛x器下端管道的閥門，應(yīng)維持一效分離器下端的液位，以保證一效分離器內(nèi)的正壓操作，保證二次整齊具有較高的熱能。離開二效加熱器的液體在真空作用下切向進入二效分離器進行蒸發(fā)，蒸汽由二效分離器上端離開，進入冷凝器，冷凝液進入受液罐內(nèi)，回收使用；液體則由二效分離器下端離開，進入濃縮液貯罐，待收膏、醇