蒸发与干燥

3．冷冻干燥技术
(3)冷冻干燥器的特点：
①因物料处于冷冻状态下干燥，水分以冰的状态直接升华成水蒸气， 故物料的物理结构和分子结构变化极小。 ②由于物料在低温真空条件下进行干燥操作，故对热敏感的物料， 也能在不丧失其酶活力或生物试样原来性质的条件下长期保存， 故干燥产品十分稳定。 ③因为干燥后的物料在被除去水分后，其原组织的多孔性能不变，
(2)二次蒸汽的再压缩
(3)额外蒸汽
(4)冷凝水显热的利用
四、蒸发的应用及节能
2．蒸发技术的应用：
抗生素生产中，薄膜蒸发日前广泛应
用于链霉素、庆大霉素、春雷霉素、新霉
素、博莱霉素、丝裂霉素、杆菌肽等抗生
素料液的浓缩。
在酒精、味精、柠檬酸工业中，采用
膜式多效蒸发系统浓缩高浓度有机废水。
第三节 干燥
一、概述 (一)干燥的方法
按照热能供给湿物料的方式不同，干燥可分为
以下几类：
1．导热干燥
2．辐射干燥
3．介质加热干燥
4．对流干燥
（一）干燥的方法
1．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，然后，所产
生的蒸汽被干燥介质带走，或用真空泵抽
走的干燥操作过程。又称间接加热干燥。
热能利用较高，但与传热壁面接触的
(2)工程技术要求：处理量，蒸发量，料液进出口的浓
度和温度，安装现场的面积和高度，设备投资，要求
连续或间歇生产等；
(3)公用系统的情况：热源，蒸汽供应量及压力，能利
用的冷却水之水量、水质和温度等。
四、蒸发的应用及节能
1、蒸发系统的节能技术：
料液蒸发时，能耗非常大。采用蒸发的节 能技术则可大大降低蒸发的能耗，蒸发节能主 要有以下几种： (1)多效蒸发
干燥的应用及节能
2．干燥技术的应用
由于生物技术产品多是热敏性物料，某些
产品还具有生物活性，因此，在干燥过程中控
制干燥温度和干燥时间特别重要。
2 单效蒸发和多放蒸发
根据二次蒸汽是否用来作为另一蒸发器的
加热蒸汽，蒸发过程可分为单效蒸发和多效蒸 发。 1）单效蒸发：约1kg蒸汽可蒸发1kg水。 2）多效蒸发：第一个蒸发器(称为第一效)中蒸出 的二次蒸汽用作第二个蒸发器(第二效)的加热 蒸汽，第二个蒸发器蒸出的二次蒸汽用作第三
个蒸发器 (第三效)的加热蒸汽，依此类推。
发
1、加热使溶液沸腾汽化； 2、不断排除水蒸气。
与此相应的蒸发系统是由蒸发器和冷凝器两部分组成的。 蒸发器是一个换热器，它由加热室和气液分离器两部分组成，
加热沸腾产生的二次蒸汽经气液分离器与溶液分离后引出。
冷凝器实际上也是换热器，它有直接接触式和问歇式两种类型， 二次蒸汽在冷凝器内冷凝后排出系统。 蒸发系统总的蒸发速度是内蒸发器的蒸发速度和冷凝器的冷凝速 度共同决定的。
(二)干燥的基本概念和原理
1．固体物料中的湿分：
(1)按照物料和水分于间的结合方式分：
化学结合水、物理化学结合水、机械结合水。
(2)按照物料中所含水分去除难度分：
结合水和非结合水。
(3)根据物料在一定条件下，水分能否用干燥方
法除去分：
平衡水和自由水。
(二)干燥的基本概念和原理
2 干燥的基本过程：（固体物料包括两个基本过程）
1．常压蒸发和减压蒸发
真空蒸发的缺点：
(1)溶液温度低，粘度大热系数小。 (2)蒸发器和冷凝器的内压力低于大气压，完成 冷凝水需用泵或大气腿徘出。 (3)需用真空泵抽出不凝性气体，保持一定真空度，需 液和
多耗能。
真空蒸发的 真空度取决于冷凝器中水的冷凝温 度和真空泵的能力。最低极限是冷凝水的饱和蒸汽压。
1、产品便于包装贮存运输；
2、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。
蒸发和干燥是能耗较高的单元操作，在完成基本任
务的同时降低操作的能耗具有重要的意义，同时生物制 品多具有热敏性，如何减少蒸发和干燥过程中的损失也 是必须注意的。
第二节 蒸
一、蒸发的基本流程
蒸发过程的两个必要组成部分：
第十三章 蒸发与干燥
第一节
蒸发：
使含有不挥发溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸汽，而
前
言
使溶液中溶质浓度提高的过程。蒸发所用设备称为蒸发
器。
目的：
1、增加溶质浓度，减少溶液体积，以便进一步分离提纯； 2、蒸发得到的溶剂较为纯净，可以再利用或无污染排故。
第一节
目的：
前
言
干燥：指利用热能位湿物料中湿分汽化并排除蒸汽，从而得 到较干物料的过程。干燥所采用的设备称为干燥器。
(3)其他性质，如膏糊状物料的粘附件、触变性(即膏糊状物料在振
动场或在搅动条件下，物料可从塑性状态过渡到具有一定流动 性
的性质)，这些性质用于设计干燥器及加料器。
(二)干燥工艺
2．干燥器的选型
干燥器的选型是确定干燥工艺的一个重要
步骤。干燥器选 型是否恰当合理，是所确定的
干燥工艺是否成功的关键。
干燥器选型所要考虑的因素与决定干燥工
2 干燥的基本过程
(3)干燥过程分析
①恒速干燥段：
湿物料表面全为非结合水，其汽化与纯水同速。 ②降速干燥段： 除结合水，其产生的蒸汽压低，干燥速率下降。 总之，如果物料内部的水分能有足够的速度流向
表面，及时补充被干燥的水量，则物料表面依然可以
保持湿润，干燥速率也不变；若内部水分流出的速率 低于物料表面的汽化速率，则物料温度升高，或部分 表面变干，从而进入降速干燥阶段。
在下落过程中，水分被蒸发而成为粉末状或颗粒状的 产品。
(2)喷雾干燥的特点
①干燥速度十分迅速。
②液滴的温度不高，产品质量较好
③产品具有良好的分散性、流动性和溶解性。 ④生产过程简化，操作控制方便。 ⑤适宜于连续化大规模生产。
2．喷雾干燥技术
(3) 喷雾干燥的主要缺点：
①当热风温度低于150℃时，热容量系数低，
二、蒸发的操作方法
1．常压蒸发和减压蒸发：
真空蒸发时，冷凝器和蒸发器溶液侧的操作压力低于
大气压、此时系统中的不凝性气体必须用真空泵抽出。 目的：降低溶液的沸点。 与常压蒸发相比，它有以下优点： (1)溶液沸点低，可用温度较低的低压蒸汽或废蒸汽作加热
蒸汽。
(2)溶液沸点低，同样蒸汽，所需的传热面小。 (3)沸点低，有利于处理高温下易分解和变质的热敏性物料。 (4)蒸发器的操作温度低，系统的热损失小。
用将湿物料加热，水分汽化，物料被干
燥。
由于干燥时物料内部温度较高，因此，
这种方法一般不用于热敏性物料的干燥。
（一）干燥的方法
4．对流干燥
热能以对流给热的方式由热干燥介质
(通常是热空气)传给湿物科，使物料中的
水分汽化，物料内部的水分以气态或液态 形式扩散至物料表面，然后汽化的蒸汽从 表面扩散至干燥介质主体，再由介质带走 的干燥过程称为对流干燥。
2 干燥的基本过程
(4)干燥的副作用
①物料的收缩：
要注意干燥过程因物料收缩造成的物料体积缩小、形状变化
和表面裂纹。
②化学变化：
结晶无机物在强烈干燥时会失去它们的结晶水，任何热敏性
有机物在热空气中干燥时．容易发生某些氧化和热分解。
③生化变化：
物料温度的升高和结合水分的失去，所有具有生理活性和生 化特性的物料都会发生不同程度的不可逆变化。
蒸发强度小，干燥塔的体积比较庞大。
②废气中回收微粒的分离装置要求较高。
3．冷冻干燥技术
(1)冷冻干燥机理、冻干曲线及其控制 在冷冻干燥过程中，被干燥的产品首 先要进行预冻，然后在真空状态下进行升 华，使水分直接由冰变成汽而获得干燥。 (2)冷冻干燥器： ①医药品用冷冻干燥器； ②食品用冷冻干燥器。
故若添加水或汤，即可在短时间内基本恢复干燥前状态。
④因干燥后物料的残存水分很低，故若防湿包装优良，可在常温条 件下长期贮存。
干燥的应用及节能
1．干燥过程的节能：
(1)应用高效能的干燥装置，以提高物料的干燥速率和节能效果，从而
使整个生产工艺都得到了很大的改进。 (2)扩大干燥介质的种类。除热空气外，应用惰性气体、高温燃气，特 别是应用过热蒸汽作为干燥介质。 (3)应用干燥基础理论，以改进有关干燥过程。 (4)在干燥前尽量降低物料的湿含量。 (5)降低干燥过程中废气带走的热量（它占总热量支出的比例很大）， 可大大提高于燥过程的热效率。 (6)尽量采用高温干燥，在保证干燥物料质量的前提下。 (7)其他的措施。如改善保温，防止热风泄漏，防止物料的过度干燥， 部分废气循环和废热回收，采用热泵干燥器等。
三、蒸发器及蒸发系统
1．蒸发器的分类：
分为膜式蒸发器和非膜式蒸发器两大类。
2．膜式蒸发器的结构与特征： 1)升膜蒸发器：垂直长管组成，长3-15m，直径25-50mm。适用于
较稀的溶液，热敏性及易生泡沫的溶液，不适浓溶液。
2)降膜蒸发器：蒸发器顶部须设液体分布器。降膜蒸发器宜于浓度、
粘度较大的溶液。1)， 2)都不宜易析晶或易结垢溶液。
Байду номын сангаас
二、干燥器及干燥工艺
(一)干燥器： 种类繁多，如表。
二、干燥器及干燥工艺
(二)干燥工艺
1．干燥工艺的确定
(1)物料的化学性质，如组成、热敏性(软化点、熔点或分解点)、物
料的毒性、可燃性、氧化性和酸碱性(度)、吸水性等。
(2)物料的热性质，如物料含水率、假密度、真密度、比热容、导热 系数及粒度和粒度分布。原液浓度、粘度及表面张力等。
①对固体加热，以使湿分汽化的传热过程；
②湿分蒸汽由于其蒸汽分压较大而扩散进人气相的传质过程。
1）干燥速率：
单位干燥面积，单位时间内汽化的水量。
影响干燥速率的因素：
①物料的性质、结构和形状；
②干燥介质的温度和湿度； ③干燥操作条件； ④干燥器的结构型式。
2
干燥的基本过程
2）干燥曲线和干燥速度曲线： 通过实验求得。
3)旋转刮板蒸发器：宜于处理易结晶、易结垢、高粘度的溶液。
4)板式蒸发器：体积小，停留时间短，传热系数高， 加热面积可调，
易拆洗，宜于热敏性料液。 缺点：密封边长，压力小。
3．蒸发工艺的确定
热敏性成分的损失和蒸发的能耗等。
(1)料液的性质：成分组成，粘度，热稳定性，发泡性，
腐蚀性，是否易结垢、结晶，是否含有固体悬浮物等。
物料在干燥时易局部过热而变质。
（一）干燥的方法
2 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。
有电能辐射器(如专供发射红外线的 灯泡)和热能辐射器。
（一）干燥的方法
3．介质加热干燥
介电加热干燥是将需要干燥的物料置
于高频电场内，利用高频电场的交变作
艺基本相同。可参考表15-4所列干燥器 。可使 我们对不同的干燥器有进一步的了解。
(三)生物工业常用的干燥技术
1．气流干燥技术
气流干燥的特点：
(1)干燥强度大
(2)干燥时间短 (3)热效率高 (4)处理量大 (5)设备简单
(6)应用范围广
(三)生物工业常用的干燥技术
2．喷雾干燥技术
(1)喷雾干燥的原理：料液在热风中喷雾成细小液滴，