簡介中藥蒸發濃縮過程設備及熱能的利用

蒸發    時間:2014-03-13 09:02:11
簡介中藥蒸發濃縮過程設備及熱能的利用簡介
    在中藥製藥工業中,中藥生產過程是熱能消耗最大的操作過程,尤其是提取液的蒸發濃縮操作過程,能量消耗要佔過程總消耗的大部分。因此,蒸發操作是節能工作要重點關……
簡介中藥蒸發濃縮過程設備及熱能的利用正文

 在中藥製藥工業中,中藥生產過程是熱能消耗最大的操作過程,尤其是提取液的蒸發濃縮操作過程,能量消耗要佔過程總消耗的大部分。因此,蒸發操作是節能工作要重點關注的問題。中藥提取液的蒸發濃縮涉及到熱能的平衡和綜合利用,而節能工作又涉及到蒸發設備和蒸發工藝的更新、改造和發展。
1蒸發的基本理論
按照分子運動學說,當溶液受熱時,靠近加熱面的分子獲得的動能勝過分子間的吸引力,故逸向液面上空間的,變為自由分子,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於平衡狀態,使氣化不能繼續進行。所以,進行蒸發的必備條件為熱能的不斷供給和所產生的蒸汽不斷排除。
在蒸發過程中,溶液中溶劑的氣化可分為在沸點時的氣化與低於沸點時的氣化,前者的速率遠超過後者,所以工業上的蒸發都在沸騰情況下進行的。在沸騰情況下進行溶劑的蒸發,仍需要熱能的不斷供給。蒸發單位重量溶劑所需的熱量,稱為蒸發潛熱(或氣化潛熱)。如果是水溶液則溶劑為水。工業上採用的熱源通常為水蒸汽,所以遇到水溶液的蒸發時,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時也產生蒸汽,為易於區別,前者稱為加熱蒸汽,後者稱為二次蒸汽。
2中藥蒸發濃縮設備
蒸發設備是實現蒸發操作的基礎。隨著工業的需要和發展,蒸發器構造的形式也逐步改進。先以橫管加熱式取代了夾套加熱式,再改進成為豎管加熱式,而後者在廣泛使用中又繼續得到改進,為了避免溶液靜壓強的影響,創造了液膜蒸發器,為了提高生產強度,又創造了加熱室在外的蒸發器和強制循環蒸發器。此外,節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外,還可借二次的絕熱壓縮,使其溫度升高而能再度用於原蒸發器,以作為加熱蒸汽,如此操作的蒸發器稱為熱泵蒸發器。這些改進和創造,都以蒸發的基本原理以及與其生產強度有關的許多因素的研究為依據。
2.1蒸發設備的類型
以加熱面形狀和位置來分,有夾套、蛇管、直管,加熱室在內或在外;以蒸發器本身的放置方法來分,有橫卧、豎立、傾斜;以溶液的循環方法來分,有自然循環、強制循環。
2.2蒸發設備形式
2.3對蒸發設備的要求
(1)盡量保證較大的傳熱係數;(2)要適合溶液的一些特性,如粘度、起泡性、熱敏性、溶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)能排出溶液在蒸發過程中所析出的結晶體;(7)能方便地清洗傳熱面。
3中藥蒸發濃縮過程的工藝組配
蒸發裝置流程是指多效蒸發器的數目極其組合排列的方式,物料和蒸汽的流向,附屬設備如預熱器、冷凝器和真空泵的設置,以及為謀求進一步節省蒸汽和充分利用熱能而使用二次蒸汽所採用的方案和流程。
常用的多效蒸發器及其組配方式有:(1)單效蒸發,蒸發過程僅利用加熱蒸汽(生蒸汽)進行一次蒸發濃縮的操作過程;(2)雙效蒸發,蒸發過程除利用生蒸汽外,同時利用二次蒸汽進行二次蒸發濃縮的操作過程;(3)多效蒸發,多次利用二次蒸汽進行多次蒸發濃縮的操作過程。
3.1蒸發裝置流程的確定
3.1.1效數的確定
(1)經濟上的限制是指效數超過一定值后但經濟上是不合理的。
(2)技術上的限制是指效數過多,蒸發操作將難以進行。一般而言,若沸點升高較大通常採用2~3效,若沸點升高較小則可取4~6效。但選擇到真正適應的效數,還需要通過最優化的方法來確定。
3.1.2多效蒸發裝置中溶液流程的選擇
在多效蒸發裝置中,溶液的流程可以是併流、逆流和平流,流程的選擇,主要根據溶液特性,操作方式以及經濟程度來決定。
3.2蒸發濃縮過程的工藝組配
蒸發濃縮過程的工藝組配要根據工藝和產品的要求及物料的特性來確定,通常有下列幾種組配形式:(1)外循環單效蒸發;(2)雙循環或三循環多效蒸發;(3)降升膜雙效蒸發,如圖7所示;(4)雙降膜雙效蒸發,(5)一降二升三效蒸發;(6)三降膜三效蒸發。
4蒸發過程中的節能
蒸發過程也是一個熱平衡過程,理論上講,蒸發1L水需消耗1L水蒸汽,但在實際操作過程中,由於蒸汽的輸送及設備自身的傳熱阻力,因此存在相當的熱能損耗,蒸發1L水實際所消耗的蒸汽要遠遠大於1L的蒸汽量。所以,蒸發過程如何來節約能耗,除了減少過程的能量損耗外、主要就是要提高換熱設備的傳熱效果和充分考慮過程中二次蒸汽的合理利用。
4.1可考慮的節能措施
(1)改進蒸發設備的製作工藝:可考慮改進薄壁管件的焊接或其他加工工藝。
(2)選用高效的加熱設備:工藝中可考慮選用板式換熱器或其他高效加熱器作為蒸發操作的加熱元件。
(3)改進蒸發工藝和操作,充分有效地利用加熱蒸汽和二次蒸汽:合理選擇蒸發設備及工藝組配,工藝操作中儘力提高二次蒸汽的效能(如採用差壓操作,既一效正壓操作,二效負壓操作;或工藝中採用熱泵設備,絕熱壓縮,提高二次蒸汽的溫度等)。
4.2分離器(蒸發器)的改進和設想
要取得良好的蒸發效果,除了考慮選用高效的加熱設備和充分利用二次蒸汽外,分離器(蒸發器)的改造也是提高蒸發效率的一個很重要的關鍵環節,可從以下2個方面考慮對分離器(蒸發器)的改造:(1)擴大分離器內液體的分佈及蒸發麵積;(2)強化汽液分離的速度和效果。
5結語
中藥的提取濃縮過程是中藥生產中的耗能大戶,因此正確理解蒸發的基本理論,熟悉和掌握中藥蒸發濃縮設備的結構及工藝流程,對提高蒸發過程的節能效果十分重要,可採取有效措施改進和提高設備效能。   

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