制药设备与工程设计教材
制药设备与工程设计是一门综合性很强的学科,它涉及到制药工程、机械工程、热力学、流体力学、材料科学等多个领域。本教材旨在为制药工程专业的学生提供一个系统的教学资源,涵盖了制药设备与工程设计的基本概念、原理和方法。
第七章 蒸发、干燥、结晶与膜处理设备
蒸发是制药工业中常用的固液分离方法,它可以将含有固体溶质的稀溶液加热沸腾,以获得固体产品或制取溶剂。蒸发过程实际上是不挥发性的溶质和挥发性的溶剂分离的过程。
蒸发器的结构及特点
蒸发器是蒸发过程中的核心设备,它可以将加热蒸汽转化为热能,从而实现溶液的蒸发。常见的蒸发器结构有循环型蒸发器、单程型蒸发器、中央循环管式蒸发器、悬筐式蒸发器、外热式蒸发器、列文式蒸发器、强制循环蒸发器等。
循环型蒸发器是最常见的一种蒸发器结构,它由一个或多个蒸发腔组成,每个蒸发腔都可以独立工作。循环型蒸发器的优点是可以实现连续蒸发,提高生产效率,但缺点是占用面积大,投资成本高。
单程型蒸发器是另一种常见的蒸发器结构,它由一个蒸发腔组成,可以实现单次蒸发。单程型蒸发器的优点是占用面积小,投资成本低,但缺点是生产效率低。
蒸发器的设计和选型需要考虑多个因素,如溶液的性质、加热蒸汽的压力和温度、蒸发器的材料和结构等。
蒸发过程的特殊性
蒸发过程有三个特殊性:(1)溶液中含有不挥发性溶质,故溶液的蒸汽压较纯溶剂的蒸汽压为低(沸点高);(2)工业规模的蒸发量很大,需要耗用大量的加热蒸汽,应充分利用二次蒸汽(多效蒸发),降低过程的能量消耗;(3)溶液的特殊性决定了蒸发器的特殊结构。例如,易结垢或析出结晶的溶液,设计上应设法防止或减少垢层的生成,并应使加热面易于清洗。
多效蒸发
多效蒸发是指使用多个蒸发器来实现蒸发过程的方法。多效蒸发可以提高生蒸汽的利用率(经济性),即同样数量生蒸汽可蒸发比单效蒸发器更多水。多效蒸发流程有并流加料蒸发流程、逆流加料蒸发流程和平流加料蒸发流程等。
并流加料蒸发流程的优点是后效蒸发室压力较前效低,前效溶液可籍压差流入后效,无需用泵输送;缺点是后效溶液浓度较前效大,而沸点又较低,故粘度相对较大,使后效的传热系数较前效为小,在后两效中尤为严重。
逆流加料蒸发流程的优点是随着溶液浓度的逐效提高,溶液的温度也不断提高,故各效溶液浓度比较接近,传热系数也大致相同;缺点是效间溶液需用泵输送,能量消耗较大。
平流加料蒸发流程的优点是料液分别加入各效,蒸发后完成液从各效分别排出,各效溶液的流向互相平行;缺点是占用面积大,投资成本高。
本章小结
本章我们讨论了蒸发、干燥、结晶与膜处理设备中关于蒸发的基本概念、原理和方法。我们了解了蒸发器的结构及特点,蒸发过程的特殊性和多效蒸发的方法。这些知识点对于制药工程专业的学生非常重要,可以帮助他们更好地理解和应用蒸发技术。