浓缩是使不锈钢浓缩罐溶液中的溶媒蒸发、溶液浓度增大的过程。蒸发一般情况下是用加热的方法,使溶液中部分溶媒气化并除去,从而提高浓缩液浓度的工艺操作。
一、影响蒸发的主要因素
影响蒸发的主要因素有温度、压力和蒸发面积等。在浓缩时我们常用单位时间内的蒸发量计算公式,来计算蒸发量。
单位时间内的蒸发量计算公式:
m=s(F-f)/p
式中m——单位时间内的蒸发量;
s——液体暴露的面积;
p——大气压力;
F——在一定温度下液体的饱和蒸汽压;
f——在一定温度下实际的饱和蒸汽压。
通过公式可以看出:m与p成反比(减压浓缩的优点),m与s(F-f)成正比(面积越大蒸发速度越快)。
要使蒸发速度加快,则要求加热温度与液体温度有一定的温度差(即加热的温度要绝对高于液体的温度),从而使溶媒分子获得足够的热能不断汽化。在同等条件下,液体暴露面积越大,蒸发速度就越快。在实际操作中我们可以将浓缩罐内的液面高度控制在加热器喷口的1/3处,用液体喷射的动力带动浓缩罐内液面的翻腾,来增加液体暴露面积。
减压蒸发又称真空蒸发。减压蒸发是指在密闭容器内,通过抽真空的方式来降低液体表面压力,使液体低温沸腾蒸发的操作方法。单效、多效浓缩器都可以进行减压蒸发。减压蒸发的优点是:减压蒸发的温度低,蒸发速度快(水在-0.08MPa时70℃左右便会沸腾),可以减少对热不稳定有效成分的损失,收膏时温度低,浸膏不易产生焦屑。因减压蒸发速度快,高效节能,是目前较为先进的蒸发方法之一。有时又将减压蒸发装置称为减压蒸馏装置,蒸发与蒸馏的区别在于蒸发不一定收集挥发的蒸汽,而蒸馏则是收集蒸汽。
二、浓缩设备
1、多效浓缩器
1.1、多效浓缩器的工作原理
双效浓缩器是将一次蒸发浓缩所产生的二次蒸汽作为下一步浓缩的热源,一次浓缩的药液通过串联管线进入下一效浓缩。以此类推还有三效、四效、五效浓缩器,其根本目的是为了节约能源。例如:单效浓缩器浓缩1t蒸发量需要1.2t蒸汽,双效浓缩器则只需要0.57t蒸汽,三效浓缩器只需要0.43t蒸汽。即用一次浓缩产生的蒸汽作为下次浓缩的热源来实现节能。如在真空条件下进行低温连续浓缩,节能效果更加明显,更适用于热敏性物料的浓缩。采用真空减压浓缩时,真空度的高低要根据设备结构、物料性质和生产工艺的不同来确定。浓缩水溶液时不回收蒸汽真空度高速度快,回收有机溶剂时真空度不要过高,以减少有机溶剂的损耗。多效浓缩器用作浓缩工艺时,第一冷凝器不要通入冷凝水,否则会产生内回流,使浓缩速度减慢。在回收乙醇时第一冷凝器要通入冷凝水使其产生冷凝作用,以利于乙醇的回收。出料时要注意,必须使设备恢复常压后才能进行出料操作。
多效浓缩器的缺点是残留多、清洗困难,第一效的浓缩温度高、对热敏性成分损失较多。
1.2、多效浓缩器的使用注意点
(1)为了加快浓缩速度,可采用真空减压浓缩,其真空度的高低要根据物料性质和生产工艺的不同确定;(2)回收有机溶剂时真空度不要过大,以减少有机溶剂的损耗;(3)设备用作浓缩工艺时,第一冷凝器不要通入冷凝水,否则会产生内回流,减慢浓缩速度,在回收乙醇时,第一冷凝器要通入冷凝水使其产生冷凝作用,以利于乙醇的回收;(4)出料时必须使设备恢复常压。
2、单效浓缩器(乙醇回收器)
因单效浓缩器乙醇回收能力大,有时也称之为乙醇回收器。但节能效果不如双效和多功能浓缩设备。单效浓缩器采用外加热自然循环与真空负压蒸发相结合的方式,蒸发速度快、可减压低温浓缩、浓缩比重大(可达1.3)、清洗方便(打开加热器的上盖即可进行清洗)。另外,单效浓缩器还有操作简单、占地面积小的特点。
2.1、能源消耗
单效浓缩器能源消耗大的主要原因在两个方面:(1)在加热器内加热稀溶液使溶液中溶媒蒸发所消耗的工业蒸汽;(2)使已经汽化的溶媒蒸汽再冷凝成溶媒液体时在冷凝器中所需要的冷却水。
前者需要供给热量,而后者需要带走热量。被加热的溶液所产生的溶媒蒸汽中含有大量的热能,在这里不但没有得到利用,相反还要消耗大量的冷却水来冷却它。产量越大需蒸发量越大,所需的加热蒸汽就越多,同时所消耗的冷却水也越多。这就是单效浓缩器耗能大的主要原因。
2.2、单效浓缩器的使用注意点
(1)回收乙醇时蒸发器内温度要控制在80℃以下,蒸发温度越高冷凝效果越差,回收率就越低,能耗就越多。(2)不锈钢浓缩设备减压浓缩时真空度不要太高,真空度过高会将汽化的乙醇吸走,造成有机溶液回收率降低。(3)真空度过高还会引起罐内药液过度沸腾,损失药液(没有汽水分离装置的可以通过加装汽水分离装置来改善)。(4)因空气和蒸汽冷凝后体积相差非常大,不能产生所需的压差,使用前要将设备内的大部分空气抽出(可结合真空上料一起完成),以免影响冷凝效果。(5)冷却循环水温度要低于40℃,温度越低冷凝效果越好。
在正常情况下,单效浓缩器乙醇回收的浓度可达85%左右,再经精馏可达90%~92%。
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