生物工業(yè)下游技術(shù)第十章蒸發(fā)與干燥

生物工業(yè)下游技術(shù)第十章蒸發(fā)與干燥目得增加溶質(zhì)濃度,減少溶液體積,以便進(jìn)一步分離提純;蒸發(fā)得到得溶劑較為純凈,可以再利用或無(wú)污染排放。第二節(jié)蒸發(fā)蒸發(fā)過(guò)程:

加熱使溶液沸騰汽化

不斷排除水蒸氣蒸發(fā)系統(tǒng):

蒸發(fā)器和冷凝器一、蒸發(fā)得基本流程蒸發(fā)器:

加熱室

氣液分離器冷凝器:

換熱器一、蒸發(fā)得基本流程二、蒸發(fā)得操作方法

1、常壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)常壓蒸發(fā):冷凝器和蒸發(fā)器溶液側(cè)得操作壓力為大氣壓或略高于大氣壓,系統(tǒng)中不凝性氣體依靠本身得壓力從冷凝器中排出。真空蒸發(fā):冷凝器和蒸發(fā)器溶液側(cè)得操作壓力低于大氣壓,系統(tǒng)中不凝性氣體必須依靠用真空泵抽出。(降低溶液沸點(diǎn))真空蒸發(fā)得優(yōu)點(diǎn)溶液沸點(diǎn)低,可以用溫度較低得低壓蒸氣或廢蒸氣作加熱蒸氣;溶液沸點(diǎn)低,采用同樣得加熱蒸氣,蒸發(fā)器傳熱得平均溫度差大,所需得傳熱面小;沸點(diǎn)低,有利于處理熱敏性物料,即高溫下易分解和變質(zhì)得物料;蒸發(fā)器得操作溫度低,系統(tǒng)得熱損失小。真空蒸發(fā)得缺點(diǎn)溶液溫度低,黏度大,沸騰得傳熱系數(shù)小,蒸發(fā)器得傳熱系數(shù)小;蒸發(fā)器和冷凝器得內(nèi)壓力低于大氣壓,完成液和冷凝水需用泵排出;需用真空泵抽出不凝性氣體,以保持一定得真空度,因而需多耗能量。二、蒸發(fā)得操作方法

2、單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)單效蒸發(fā):二級(jí)蒸汽在冷凝器中用水冷卻,冷凝成水而排出,二次蒸氣所含得熱能未能利用。多效蒸發(fā):第一蒸發(fā)器中蒸出得二次蒸汽用作第二個(gè)蒸發(fā)器得加熱蒸氣,第二個(gè)蒸發(fā)器蒸出得二次蒸汽用作第三個(gè)蒸發(fā)器得加熱蒸氣,依此類推。11大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流三、蒸發(fā)器及蒸發(fā)系統(tǒng)1、蒸發(fā)器得分類

膜式和非膜式蒸發(fā)器

膜式蒸發(fā)器:傳熱效果好、蒸發(fā)速度快、物料中熱敏性成分不易破壞等特點(diǎn)。2、膜式蒸發(fā)器得結(jié)構(gòu)與特征升膜蒸發(fā)器加熱室由垂直得長(zhǎng)管組成,管長(zhǎng)3～15m,直徑2、5～5cm。升膜蒸發(fā)器適用于相對(duì)蒸發(fā)量較大、熱敏性及易生泡沫得溶液;不適用于高黏度、有結(jié)晶析出或易結(jié)垢得溶液和濃溶液。降膜蒸發(fā)器降膜蒸發(fā)器適用于蒸發(fā)量較大濃度、黏度較大得溶液;不適用于有結(jié)晶析出或易結(jié)垢得溶液。旋轉(zhuǎn)刮板蒸發(fā)器旋轉(zhuǎn)刮板蒸發(fā)器適用于處理有結(jié)晶析出、易結(jié)垢、高黏度得溶液;結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動(dòng)力消耗大。蒸發(fā)工藝得確定物料得性質(zhì)—包括成分組成、黏度變化范圍、熱穩(wěn)定性、發(fā)泡性、腐蝕性、就是否易結(jié)晶、結(jié)垢、就是否含有固體懸浮物等;工藝技術(shù)要求—包括處理量、蒸發(fā)量、料液進(jìn)出口得濃度與溫度、安裝現(xiàn)場(chǎng)得面積和高度、設(shè)備投資限額、要求連續(xù)或間歇生產(chǎn)等;

取決于物料主成分得損失和蒸發(fā)得能耗蒸發(fā)工藝得確定公用系統(tǒng)得情況—包括可以利用得熱源、蒸汽供應(yīng)量及壓力、能利用得冷卻水水量、水質(zhì)和溫度等。

第三節(jié)干燥利用熱能使?jié)裎锪现袧穹制⑴懦羝?從而得到較干物料得過(guò)程。目得產(chǎn)品便于包裝貯存運(yùn)輸;許多生物制品在濕分含量較低得狀態(tài)下較為穩(wěn)定,從而使生物制品有較長(zhǎng)得保質(zhì)期。一、概述(一)干燥得方法

導(dǎo)熱干燥熱能通過(guò)傳熱壁面以傳導(dǎo)得方式傳給濕物料,使其中得水分汽化,所產(chǎn)生得蒸汽被干燥得介質(zhì)帶走或用真空泵抽走得干燥操作過(guò)程。該法熱能利用較高,但與傳熱壁接觸得物料在干燥時(shí)易局部過(guò)熱而變質(zhì)。輻射干燥熱能以電磁波得形式由輻射器發(fā)射至濕物料表面后,被物料所吸收轉(zhuǎn)化為熱能,而將水分加熱汽化,達(dá)到干燥得目得。紅外輻射干燥比熱傳導(dǎo)干燥生產(chǎn)強(qiáng)度大,設(shè)備緊湊,干燥時(shí)間短,產(chǎn)品干燥均勻且潔凈。能耗大,適用于干燥表面積大而薄得物料。介電加熱干燥就是將需要干燥得物料放在高頻電場(chǎng)中,利用電場(chǎng)得交互作用將濕物料加熱,水分汽化,物料被干燥。傳熱過(guò)程將促進(jìn)物料內(nèi)部水分得擴(kuò)散,干燥時(shí)間短,干燥產(chǎn)品均勻而潔凈。由于干燥時(shí)物料內(nèi)部溫度高,不適用于熱敏性物料得干燥。對(duì)流干燥熱能以對(duì)流得方式由熱干燥介質(zhì)傳給濕物料,使物料中得水分汽化,物料中得水分以氣態(tài)或液態(tài)形式擴(kuò)散到物料表面,然后汽化得蒸汽從表面擴(kuò)散到干燥介質(zhì)主體,再由介質(zhì)帶走得干燥過(guò)程。(二)干燥得基本理論1、干燥原理

①pw>p,進(jìn)行干燥;②pw=p,干燥即行停止;③pw<p,吸濕。pw為濕物料表面得水蒸氣分壓;p為水蒸氣分壓;tw為物料表面溫度;δ為物料表面氣膜得厚度。2、濕空氣得性質(zhì)濕空氣就是絕干空氣和水蒸氣得混合物。能用于干燥得濕空氣必須就是不飽和空氣,從而可繼續(xù)容納水分。采用熱空氣作為干燥介質(zhì)得目得不僅就是為了提供水分氣化所需得熱量,而且就是為了降低空氣得相對(duì)濕度以提高空氣得吸濕能力?？諝庑再|(zhì)對(duì)物料得干燥影響很大,而且隨著干燥過(guò)程得進(jìn)行不斷發(fā)生變化?？諝獾贸Ｓ眯再|(zhì):當(dāng)空氣達(dá)飽和時(shí),t=tw。當(dāng)空氣未飽和時(shí),t>tw?？諝獾脻穸仍叫?t和tw得差值越大。(1)干球溫度與濕球溫度

①干球溫度(drybulbtemperature)就是用普通溫度計(jì)在空氣中直接測(cè)得得溫度,常用t表示。②濕球溫度(wetbulbtemperature)就是在溫度計(jì)得感溫球包以濕紗布放置在空氣中,傳熱和傳質(zhì)達(dá)到平衡時(shí)所測(cè)得得溫度,常用tw表示?？諝獾贸Ｓ眯再|(zhì):①空氣濕度(humidity,H)系單位質(zhì)量干空氣帶有得水蒸氣得質(zhì)量(kg水蒸氣/kg干空氣)。

H=0、622p/(P-p)式中,P為濕空氣得總壓,Pa;p為水蒸氣分壓;0、622為水分子量18與空氣分子量29之比。(2)濕度和相對(duì)濕度

②相對(duì)濕度(relativehumidity,RH)

就是指在一定總壓及溫度下,濕空氣中水蒸氣分壓p與飽和空氣中水蒸氣分壓ps之比得百分?jǐn)?shù),常用RH%表示。

RH%=p/ps×100%

飽和空氣得RH=100%;未飽和空氣得RH<100%;絕空氣得RH=0%;空氣得相對(duì)濕度直接反映空氣中濕度得飽和程度?？諝獾贸Ｓ眯再|(zhì):(2)濕度和相對(duì)濕度

根據(jù)物料中所含水分能否干燥來(lái)劃分平衡水分與自由水分。

①平衡水分

(equilibriumwater)系指在一定空氣條件下,物料表面產(chǎn)生得水蒸氣壓等于該空氣中水蒸氣分壓,此時(shí)物料所含水分為平衡水分,就是不能干燥得水分。平衡水分與物料得種類、空氣狀態(tài)有關(guān),根據(jù)干燥要求選擇適宜得空氣條件。②自由水分(freewater)系指物料所含得水分中多于平衡水分得部分,或稱游離水分,就是能干燥除去得水分。3、物料中水分得性質(zhì)(1)平衡水分與自由水分

根據(jù)物料中所含水分得干燥難易程度來(lái)劃分結(jié)合水分與非結(jié)合水分。①結(jié)合水分

(boundwater)系指以物理化學(xué)方式結(jié)合得水分,數(shù)字上等于RH=100%時(shí)物料得平衡水分。由于結(jié)合水分與物料結(jié)合力強(qiáng),干燥速度緩慢,如動(dòng)植物細(xì)胞壁內(nèi)得水分、物料內(nèi)毛細(xì)管中得水分、可溶性固體溶液中得水分等。②非結(jié)合水分(nonboundwater)系指以機(jī)械方式結(jié)合得水分,與物料結(jié)合力很弱,干燥速度較快。3、物料中水分得性質(zhì)(2)結(jié)合水分與非結(jié)合水分干燥速度就是單位時(shí)間、單位干燥面積上被干物料所能汽分得水分量。即水分量得減少值,其單位kg/(m2·s)。4、干燥速度5、水分含量得測(cè)定方法(1)測(cè)定水分含量時(shí)常用干燥失重測(cè)定法

①保干器干燥法,常用干燥劑為無(wú)水氯化鈣、硅膠或五氧化二磷;②常壓加熱干燥;③減壓干燥法等。(2)精確測(cè)定微量水分含量時(shí),必須采用費(fèi)休法或甲苯法。6、干燥得副作用物料得收縮化學(xué)變化生化變化(三)干燥工藝得確定物料得化學(xué)性質(zhì),如組成、熱敏性、物料得毒性、可燃性、氧化性和酸堿性、摩擦帶電性、吸水性等。物料得熱性質(zhì),如物料含水量、粒度、導(dǎo)熱系數(shù)等。其她性質(zhì),如膏糊狀物料得黏附性、觸變性等。(四)生物工業(yè)常用得干燥技術(shù)氣流干燥技術(shù)干燥強(qiáng)度大熱效率高處理量大設(shè)備簡(jiǎn)單應(yīng)用范圍廣噴霧干燥技術(shù)干燥速度十分迅速干燥過(guò)程中液滴得溫度不高,產(chǎn)品質(zhì)量好產(chǎn)品具有良好得分散性、流動(dòng)性和溶解性生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)化,操作控制方便適用于連續(xù)化、大規(guī)模生產(chǎn)冷凍干燥技術(shù)物料得物理結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)變化極小;熱敏性物料或酶制劑十分穩(wěn)定;干燥后得物料可在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)干燥前得原來(lái)狀態(tài);干燥后得物料水分很低,在常溫下長(zhǎng)期保存。學(xué)習(xí)要求噴霧干燥技術(shù)有哪些特點(diǎn)？冷凍干燥技術(shù)有哪些特點(diǎn)？蒸發(fā)和干燥技術(shù)都就是比較傳統(tǒng)得工業(yè)技術(shù),她們用于生物技術(shù)產(chǎn)品得生產(chǎn)時(shí)應(yīng)注意哪些問(wèn)題？請(qǐng)分析某一具體生物技術(shù)產(chǎn)品得蒸發(fā)系統(tǒng),探討她得優(yōu)缺點(diǎn)。熱原指注射劑中存在得一種異物,注射于人體時(shí),可產(chǎn)生寒顫、高熱甚至休克等不良反應(yīng),其主要來(lái)源為革蘭氏陰性菌產(chǎn)生得細(xì)菌內(nèi)毒素。不同菌產(chǎn)生得細(xì)菌內(nèi)毒素化學(xué)結(jié)構(gòu)及生物特性并不相同,絕大多數(shù)屬類脂多糖,可溶于水,耐熱,能通過(guò)細(xì)菌濾器,納克量即可使人體體溫明顯上升。此外,其她微生物產(chǎn)生得熱物質(zhì)、白細(xì)胞性致熱物質(zhì)和一些化學(xué)性發(fā)熱物質(zhì)也可能污染注射劑而產(chǎn)生熱原反應(yīng),因此熱原就是這些發(fā)熱物質(zhì)得總稱。熱原檢查法本法系將一定劑量得供試品,靜脈注入家兔體內(nèi),在規(guī)定時(shí)間內(nèi),觀察家兔體溫升高得情況,以判定供試品中所含熱原得限度就是否符合規(guī)定。

供試用得家兔應(yīng)健康無(wú)傷,體重1、7～3、0kg,雌兔應(yīng)無(wú)孕。預(yù)測(cè)體溫前7日即應(yīng)用同一飼料飼養(yǎng),在此期間內(nèi),體重應(yīng)不減輕,精神、食欲、排泄等不得有異?，F(xiàn)象。未經(jīng)使用于熱原檢查得家兔;或供試品判定為符合規(guī)定,但組內(nèi)升溫達(dá)0、6℃得家兔;或3周內(nèi)未曾使用得家兔,均應(yīng)在檢查供試品前3～7日內(nèi)預(yù)測(cè)體溫,進(jìn)