濃縮程序理論

1、濃縮在生物程序中所生產(chǎn)的物質(zhì)常溶在溶劑（水）中成稀薄的溶液，必須經(jīng)過濃縮(concentrating)的過程將濃度提高。依照濃縮所需的能量大小次序?yàn)槟し蛛x(membrane separation)、蒸發(fā)(evaporation)與冷凍濃縮(freeze concentration)等三種程序。本章將探討膜分離與蒸發(fā)。冷凍濃縮是一種結(jié)晶分離的過程，待有機(jī)會(huì)探討結(jié)晶時(shí)再行討論。膜分離一、前言膜分離（membrane separation）利用具有一定選擇性透過特性的過濾介質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)的分離存化。膜在分離過程中，對(duì)于物質(zhì)做識(shí)別與滲透使混合物中各組成分之間產(chǎn)生分離；作為分隔的界面，將透過液和保留液分為互

2、不混合的兩相；作為反應(yīng)場(chǎng)，在膜表面及孔內(nèi)表面含有與特定溶質(zhì)具有相互作用能力的官能團(tuán)，通過物理作用、化學(xué)反應(yīng)或生化反應(yīng)提高膜分離的選擇性和分離速度。二、膜分離法及其原理膜分離法包含著非常豐富的內(nèi)容，在生物分離領(lǐng)域應(yīng)用的膜分離法包括微濾（microfiltration，mf）、超濾（ultra-filtration，uf）、逆滲透（reverse osmosis，ro）、透析（dialysis，ds）、電滲析（electrodialysis，ed）和滲透汽化（pervaporation，pv）等。（一）滲透壓與逆滲透一個(gè)容器中間用一張半透膜隔開。半透膜可透過溶劑（水），但不能透過溶質(zhì)。膜的兩側(cè)分別

3、加入純水和含溶質(zhì)的水溶液，若膜兩側(cè)壓力相等，在濃度差的作用下作為溶劑的水分子從溶質(zhì)濃度低（水濃度高）的一側(cè)向溶質(zhì)濃度高的一側(cè)透過，這種現(xiàn)象稱為滲透。促使水分子透過的推動(dòng)力稱為滲透壓。溶質(zhì)濃度越高，滲透壓越大，水分子由滲透壓小的一側(cè)向滲透壓大的方向移動(dòng)。如果欲使高滲透壓溶液中的溶劑（水）透過到低滲透壓左側(cè)，在右側(cè)所施加的壓力必須大于此滲透壓，這種操作稱為逆滲透。一般逆滲透的操作壓力常達(dá)到幾十個(gè)大氣壓。圖中側(cè)1為純水，右側(cè)2為水溶液中間以滲透膜隔開，分別為溶質(zhì)與溶劑的莫耳分率。水分子可以擴(kuò)散通過滲透膜，而溶質(zhì)分子無法透過。平衡時(shí)兩側(cè)的壓力差稱為滲透壓(osmotic pressure) 因?yàn)槠渲袨?/p>

4、純?nèi)軇┑哪w積。，為溶液中溶質(zhì)的莫耳分率，在稀薄溶液時(shí)所以溶液的滲透壓常表示成，或， 其中為溶質(zhì)的莫耳濃度。ro膜無明顯的孔道結(jié)構(gòu)，其透過機(jī)理尚不十分清楚。目前多采用熱力學(xué)方法解釋ro膜的透過機(jī)理，而不考慮膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，其中溶解-擴(kuò)散模型簡(jiǎn)單實(shí)用。該溶質(zhì)假設(shè)溶劑或溶質(zhì)首先溶解在膜中，然后擴(kuò)散通過ro膜。（二）超濾和微濾與ro膜一樣，超濾（uf）和微濾（mf）都是利用膜的篩分性質(zhì)，以壓差為傳質(zhì)推動(dòng)力。但與ro膜相比，uf膜和mf膜具有明顯的孔道結(jié)構(gòu)，主要用于截留高分子溶質(zhì)或固體微粒。uf膜的孔徑較mf膜小，主要用于處理不含固形成份的液料，其中分子量較小的溶質(zhì)和水分透過膜，而分子量較大的溶質(zhì)備

5、截留。因此，超濾是根據(jù)高分子溶質(zhì)之間或高分子與小分子溶質(zhì)之間分子量的差別進(jìn)行分離的方法。超濾過程中，膜兩側(cè)滲透壓差較小，所以操作壓力比逆滲透操作低，一般為0.11.0mpa。微濾一般用于懸浮液（粒子粒徑為0.1數(shù)）的過濾，在生物分離中，廣泛用于菌體的分離和濃縮。微濾過程中膜兩側(cè)的滲透壓差可忽略不計(jì)，由于膜孔徑較大，操作壓力比超濾更小，一般為0.050.5mpa。ro法適用于1nm以下小分子的濃縮；uf法適用于分離或濃縮直徑150nm的生物大分子（蛋白質(zhì)、病毒等）；mf法適用于細(xì)胞、細(xì)菌和微粒子的分離，目標(biāo)物質(zhì)的大小范圍為0.01m10m。（三）透析利用具有一定孔徑大小、高分子溶質(zhì)不能透過的親水

6、膜將含有高分子溶質(zhì)和其它小分子溶質(zhì)的溶液（左側(cè)）與純水或緩沖液（右側(cè)）分隔，由于膜兩側(cè)的溶質(zhì)濃度不同，在濃差的作用下，左側(cè)高分子溶液中的小分子溶質(zhì)（例如無機(jī)鹽）透向右側(cè)，右側(cè)中的水透向左側(cè)，這就是透析。透析法在臨床上常用于腎衰竭患者的血液透析。在生物分離方面，主要用于生物大分子溶液的脫鹽。由于透析過程以濃差為傳質(zhì)推動(dòng)力，膜的透過通量很小，不適用于大規(guī)模生物分離過程，而在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用較多。（四）電滲析電滲析是利用分子的荷電性質(zhì)和分子大小的差別進(jìn)行分離的膜分離法，可用于小分子電解質(zhì)（例如氨基酸、有機(jī)酸）的分離和溶液的脫鹽。電滲析操作所用的膜材料為離子交換膜，即在膜表面和孔內(nèi)共價(jià)鍵合有離子交換基團(tuán)，

7、如磺酸基（so3-）等酸性陽離子交換基和季銨基（n+r3）等堿性陰離子交換基。鍵合陽離子交換基的膜稱作陽離子交換膜，鍵合陰離子交換基的膜稱作陰離子交換膜。在電場(chǎng)的作用下，前者選擇性透過陽離子，后者選擇性透過陰離子。電滲析在工業(yè)上多用于海水和鹵水的淡化以及廢水處理。作為生物分離技術(shù)，電滲析可用于氨基酸和有機(jī)酸等生物小分子的分離純化，在生物反應(yīng)-分離耦合過程的應(yīng)用研究是電滲析技術(shù)發(fā)展的方向之一。（五）滲透汽化疏水膜的一側(cè)通入液料，另一側(cè)（透過側(cè)）抽真空或通入惰性氣體，使膜兩側(cè)產(chǎn)生溶質(zhì)分壓差。在分壓差的作用下，液料中的溶質(zhì)溶于膜內(nèi)，擴(kuò)散通過膜，再透過側(cè)發(fā)生汽化，汽化的溶質(zhì)被膜裝置外設(shè)置的冷卻器冷凝回

8、收。滲透汽化法根據(jù)溶質(zhì)間透過膜的速度不同，使混合物得到分離。滲透汽化又稱膜蒸餾。滲透汽化膜主要為多孔聚乙烯膜、聚丙烯膜和含氟多孔膜等。滲透汽化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，在乙醇、丁醇等揮發(fā)性發(fā)酵產(chǎn)物的發(fā)酵-分離耦合過程中的應(yīng)用開發(fā)研究非?；钴S。二、膜（一）膜的材質(zhì)天然高分子材料：主要是纖維素的衍生物，有醋酸纖維、硝酸纖維和再生纖維素等。其中醋酸纖維膜的截鹽能力強(qiáng)，常用作反滲透膜，也可用作微濾膜和超濾膜。但使用最高溫度和ph范圍有限。合成高分子材料：合成高分子膜，種類很多，主要有聚風(fēng)、聚丙烯青、聚酰并胺、聚酰胺、聚烯類和含氟聚合物等，聚風(fēng)是最常用的膜材料之一主要用于制造超濾膜。聚風(fēng)膜的特點(diǎn)是耐高溫，適用p

9、h范圍廣，耐氯能力強(qiáng)。聚酰胺膜的耐熱能力較高，對(duì)溫度和ph都有很好的穩(wěn)定性，使用壽命較長，常用于逆滲透。無機(jī)材料：主要有陶瓷、微孔玻璃、不銹鋼和碳素等?？讖?.1m以上的微濾膜和截留分子量10kd以上的超濾膜，以陶瓷材料的微濾膜最為常用。多孔陶瓷膜主要利用氧化鋁、硅膠、氧化鈦等陶瓷微粒燒結(jié)而成，膜厚方向不對(duì)稱。無機(jī)膜的特點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高，耐高溫、耐化學(xué)試劑和耐有機(jī)溶劑，但缺點(diǎn)是不易加工，造價(jià)較高。（二）膜的結(jié)構(gòu)特性膜的孔道結(jié)構(gòu)因膜材料和制造方法而異。膜的孔道結(jié)構(gòu)對(duì)膜的透過通量、耐污染能力等操作性能具有重要影響。早期的膜多為對(duì)稱膜（symmetric membrane），即膜截面的膜厚方向上孔道結(jié)

10、構(gòu)均勻。對(duì)稱膜的傳質(zhì)阻力大，透過通量低，并且容易污染，清洗困難。不對(duì)稱膜（asymmetric membrane）主要由起膜分離作用的表面活性層（0.20.5m）和起支撐強(qiáng)化作用的惰性層（50100m）構(gòu)成。惰性層孔徑很大，對(duì)透過流體無阻力。由于不對(duì)稱膜起膜分離作用的表面活性層很薄，孔徑微細(xì)，因此透過通量大、膜孔不易堵塞、容易清洗。目前的超濾和逆滲透膜多為不對(duì)稱膜。（三）逆滲透膜的通透物質(zhì)a做擴(kuò)散流動(dòng)時(shí)，通過某一個(gè)斷面的通透率(flux)為、，其單位分別是或。前者為公斤莫耳通透率，后者為質(zhì)量通透率。在下列公式中以足碼分別代表溶劑與溶質(zhì)，分別代表膜的高濃度側(cè)與低濃度側(cè)。逆滲透膜的通透最常使用的是

11、溶解擴(kuò)散模式，將膜本身看成一個(gè)獨(dú)立的相，溶劑（例如水）與溶質(zhì)分別溶入膜內(nèi)，并因濃度差而擴(kuò)散。膜之兩側(cè)水的濃度差很小，但壓力差很大所以化學(xué)位能差主要來自壓力差，所以擴(kuò)散通透率可以表示成：或?qū)懗善渲蟹Q為溶劑通量(solvent membrane permeability) ， 、分別為溶劑在膜內(nèi)的平均擴(kuò)散系數(shù)、平均濃度，以及溶劑的莫耳體積。是膜的厚度。稱為反射系數(shù)其值介于零到1之間，因?yàn)檫€是有少量溶質(zhì)會(huì)通過滲透膜，在理想狀態(tài)，溶質(zhì)完全不能通過滲透膜。在膜里面溶質(zhì)的濃度比膜外緊接的溶質(zhì)濃度低，其中存在一個(gè)線性關(guān)系，稱為分配系數(shù)。溶質(zhì)在膜中的擴(kuò)散可以看做稀薄液體中溶質(zhì)的擴(kuò)散現(xiàn)象其中溶質(zhì)透過膜的總通透量

12、為擴(kuò)散通透量以及由溶劑流動(dòng)所帶出的通透量的和而通透液溶質(zhì)的濃度可以寫成若定義阻比(rejection)r如下：其中（四）微濾與超濾膜的通透由過濾公式得溶液的通透率因此透過膜流出的溶質(zhì)通透量b.c. at at 解得三、膜裝置與操作（一）膜組件由膜、固定膜的支撐體、間隔物（spacer）以及收納這些部件的容器構(gòu)成的一個(gè)單元（unit）稱為膜組件（membrane module）或膜裝置。管式膜組件：管式膜是將膜固定在內(nèi)徑1025mm，長約3m的圓管狀多孔支撐體上構(gòu)成的，1020根管式膜并聯(lián)，或用管線串聯(lián)，收納再筒狀容器內(nèi)即構(gòu)成管式膜組件。管式膜組件的內(nèi)徑較大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于處理懸浮物含量較高的

13、料液，分離操作完成后的清洗比較容易。但是管式膜組件單位體積的過濾表面積（即比表面積）在各種膜組件中最小，這是它的主要缺點(diǎn)。平板模塊件：平板模塊件與板式換熱器或加壓過濾機(jī)相似，由多枚圓形或長方形平板膜以1mm左右的間隔重迭加工而成，膜間隙設(shè)多孔薄膜，供料液或?yàn)V液流動(dòng)。平板膜組件比管式膜組件比表面積大得多。在實(shí)驗(yàn)室中，經(jīng)常使用將一張平板膜固定在容器底部的攪拌槽式過濾器。螺旋卷式膜組件：螺旋卷式膜組件將兩張平板膜固定在多孔性濾液隔膜上（隔膜為濾液流路），兩端密封。兩張膜得上下分別裝設(shè)一張料液間隔（為料液流路），卷繞在空心管上，空心管用于濾液的回收。螺旋卷式膜組件的比表面積大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格較便宜。但

14、缺點(diǎn)是處理懸浮物濃度較高的料液時(shí)容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。中空纖維（毛細(xì)管）式膜組件：中空纖維膜組件由數(shù)百至數(shù)百萬根中空纖維膜固定在圓筒型容器內(nèi)構(gòu)成。內(nèi)徑為4080m的膜稱中空纖維膜，而內(nèi)徑為0.252.5mm的膜稱毛細(xì)管膜。兩種膜組件的結(jié)構(gòu)基本相同，中空纖維膜的耐壓能力較高，常用于逆滲透。由于中空纖維膜組件由許多極細(xì)的中空纖維構(gòu)成，采用外壓式操作時(shí)，流動(dòng)容易形成溝流效應(yīng)（channeling），凝膠吸附層的控制比較困難；采用內(nèi)壓式操作（料液走腔內(nèi)）時(shí)，為防止堵塞，需對(duì)料液進(jìn)行預(yù)處理，除去其中微粒。膜的清洗一般選用水，鹽溶液、稀酸、稀堿、表面活化劑、綜合劑、氧化劑和酶溶液等為清洗劑。具體采用何種清洗紀(jì)

15、要根據(jù)膜的性質(zhì)(耐化學(xué)試劑的特性)和污染物的性質(zhì)而定，即使用的清洗劑要具有良好的去污能力，同時(shí)又不能損害模的過濾性能。對(duì)于蛋白質(zhì)的嚴(yán)重吸附所引起的膜污染，用蛋白酶(如胃蛋白酶、胰蛋白酶等)溶液清洗，效果較好。中空纖維膜組件經(jīng)常采用反洗(back flushing)和循環(huán)清洗。反洗的具體操作方法是：對(duì)于內(nèi)壓式中空纖維膜組件，清洗液從一方通入，與正常膜分離操作時(shí)的透過方向相反。反洗操作中清洗液從膜孔較大的一側(cè)透向較小的一側(cè)，可除去堵塞膜孔的微粒。（二）操作應(yīng)用菌體分離微濾或超濾操作并行菌體的錯(cuò)流過濾分離是膜分離法的重要應(yīng)用之一。具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1) 透過通量大；(2) 濾液清凈，菌體回收率高；(3

16、) 不添加助濾劑或絮凝劑，回收的菌體純凈，有利于進(jìn)一步分離操作(如菌體破碎、胞內(nèi)產(chǎn)物的回收等)；(4) 適于大規(guī)模連續(xù)操作。(5) 易于進(jìn)行無菌操作，防止雜菌污染。小分子生物產(chǎn)物的回收氨基酸、抗生素、有機(jī)酸和動(dòng)物疫苗等發(fā)酸產(chǎn)品的相對(duì)分子質(zhì)量在2000以下，因此選用mwco為1*1043*104的超濾膜，可從發(fā)酸液中回收這些小分子酸產(chǎn)物，然后利用逆滲透法進(jìn)行濃縮和除去相對(duì)分子質(zhì)量更小的雜質(zhì)。此外，抗生素等發(fā)酸產(chǎn)物終場(chǎng)含有超過藥檢允許致熱源(pyrogen)，直接使用會(huì)引起恒溫動(dòng)物的體溫升高，熱源一般由細(xì)菌細(xì)胞壁產(chǎn)生，主要成分是脂多醣、脂蛋白等，相對(duì)分子質(zhì)量較大。使用mwco為1*104的超濾膜可

17、有效的除去熱源。蛋白質(zhì)的回收、濃縮與純化胞外的蛋白質(zhì)在微濾除菌的同時(shí)即可以從濾液中回收，由于濾意清凈，對(duì)進(jìn)一步的分離純化操作相當(dāng)有利。蛋白質(zhì)的透過與其相對(duì)分子質(zhì)量、濃度、帶電性質(zhì)以及膜表面的吸附層結(jié)構(gòu)、溶液的ph、離子強(qiáng)度和膜的孔徑、結(jié)構(gòu)有關(guān)。需根據(jù)其特性，選擇合適的膜，并對(duì)料液進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理(如調(diào)節(jié)ph、離子強(qiáng)度等)，以提高目標(biāo)產(chǎn)物的回收率。超濾濃縮和分級(jí)分離酶、生產(chǎn)部分純化的酶制劑以實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模，其中的關(guān)鍵問題是如何抑制酶的失活和膜對(duì)酶的吸附。膜生物反應(yīng)器膜生物反應(yīng)器(membrane bioreactor , mbr)是膜分離過程與生物反應(yīng)過程耦合的生物反應(yīng)裝置，可應(yīng)用于動(dòng)植物細(xì)胞的高

18、密度培養(yǎng)、微生物發(fā)酵和酶反應(yīng)過程。中空纖維膜生物反應(yīng)器，用于動(dòng)物細(xì)胞的培養(yǎng)，細(xì)胞密度可達(dá)109/cm3，而利用一般的培養(yǎng)器細(xì)胞密度只能達(dá)到10107/cm3。在培養(yǎng)過程中，動(dòng)物細(xì)胞生長于中空纖維膜組件的過程，小分子產(chǎn)物(廢棄物)不斷排出，新鮮培養(yǎng)基連續(xù)灌注，可保證細(xì)胞長期穩(wěn)定并且高速度生產(chǎn)有用物質(zhì)。利用中空纖維生物反應(yīng)器培養(yǎng)雜交瘤細(xì)胞是工業(yè)生產(chǎn)單克隆抗體的主要方法之一。外循環(huán)式膜生物反應(yīng)器是一種連續(xù)全混釜型反應(yīng)器(cstr)，適用于連續(xù)微生物發(fā)酵和連續(xù)酶反應(yīng)過程。利用這種膜生物反應(yīng)器進(jìn)行s.cremoris的連續(xù)培養(yǎng)，菌體濃度可達(dá)到通常反應(yīng)器的近30倍。此外，外循環(huán)式膜生物反應(yīng)器還適用于淀粉和

19、纖維素等高分子物質(zhì)的酶解。由于高分子底物和酶被超濾膜完全截留，可以提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和酶的使用效率。（三）膜分離作業(yè)批式濃縮操作超濾或逆滲透常用批式操作，其過程可簡(jiǎn)化如下：由溶質(zhì)的質(zhì)量平衡得到初始條件為由溶液的質(zhì)量平衡得到 經(jīng)整理后得到 初始條件為因此得到所以作業(yè)前后的濃縮倍率cf與收率rec分別如下： 濾析過程(diafiltration)濾析或稱濾洗是利用膜分離將小分子洗除，在過程中加入與通透液同量的溶劑，使進(jìn)料槽內(nèi)溶液體積維持固定，又稱為固定體積濾析。濾析是人工腎臟的作業(yè)方式。v為定值，所以由進(jìn)料槽內(nèi)欲洗除小分子濃度與欲保留之大分子的質(zhì)量平衡可以得到 初始條件為可以解得 若以小分子洗除濃度

20、比表示成洗除液用量得到 則殘留的大分子濃度比為蒸發(fā)一、 前言蒸發(fā)(evaporation)加熱液體使其低沸點(diǎn)的揮發(fā)成分氣化成蒸汽從液體中分離的單元操作。蒸發(fā)過程是一種相變化的加工程序，但是蒸發(fā)速度的限制常決定于蒸發(fā)熱的供給，而不是液相與氣相化學(xué)位能不平衡產(chǎn)生的質(zhì)量輸送速度，且蒸發(fā)出來的氣體通常僅含溶劑，所以蒸發(fā)在單元操作的分類上歸屬于熱輸送類的單元操作，而非質(zhì)量輸送類的單元操作。蒸發(fā)后可以得到高濃度的溶液，以方便將溶質(zhì)干燥或結(jié)晶分離。在食品生化加工生產(chǎn)上蒸發(fā)常用于濃縮各種產(chǎn)品如牛奶、果汁、糖液、發(fā)酵液等等，其溶劑為水；較特殊的是使用蒸發(fā)操作將油脂的萃取液中的溶劑如己烷分離。二、 基本理論（一）

21、蒸發(fā)操作的熱、質(zhì)量平衡質(zhì)量平衡：.(1).(2)（假設(shè)蒸汽內(nèi)不含可溶物質(zhì)）能量平衡：（在時(shí)的蒸發(fā)潛熱）.(3)熱輸送量：.(4) (二)蒸發(fā)器的操作 蒸發(fā)器使用蒸汽加熱產(chǎn)品將產(chǎn)品的水分蒸發(fā)，為了保持足夠的溫度差以產(chǎn)生熱交換，蒸汽溫度必需高于產(chǎn)品溫度，以乳業(yè)使用的蒸發(fā)器為例溫度差大約為15。為了保持產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)品的加熱溫度必需愈低愈好，因此蒸發(fā)器通常是在真空壓力下操作，以真空泵抽取不凝結(jié)氣體（空氣），并以大氣管保持系統(tǒng)的真空。蒸發(fā)的蒸汽與加熱使用的蒸汽比值稱為蒸汽效率，因?yàn)椴煌瑴囟认碌恼羝舭l(fā)潛熱相近，且遠(yuǎn)大于蒸汽的顯熱，單效蒸發(fā)器的蒸汽效率略小余1。三、影響蒸發(fā)操作的一些因素（一） 溶液的焓與

22、沸點(diǎn)上升蒸發(fā)作業(yè)處理的材料大多為水溶液，其沸點(diǎn)略高于純水。稀薄溶液沸點(diǎn)上升的程度符合raoult定理，與重量摩耳濃度成正比。但是蒸發(fā)處理的溶液濃度高于稀薄溶液，其數(shù)值需靠實(shí)驗(yàn)測(cè)得，常見的有duhring表，但通常只有幾種常見的鹽水溶液比較容易找到；制糖相關(guān)的手冊(cè)有高濃度糖液的沸點(diǎn)上升度數(shù)。沸點(diǎn)上升使溶液產(chǎn)生過熱蒸汽，但過熱蒸汽凝結(jié)時(shí)則以飽和溫度凝結(jié)。有固體溶解時(shí)有很大的吸收或釋放溶解熱，這種物質(zhì)通常會(huì)列出溶液焓質(zhì)圖表，用以修正，但生物性材料較少使用。（二） 熱傳系數(shù)蒸發(fā)器的構(gòu)造是由熱交換器與分離器所構(gòu)成，在蒸汽側(cè)為凝結(jié)熱傳導(dǎo)，其有效熱傳導(dǎo)系數(shù)約達(dá)6000。產(chǎn)品側(cè)為主要的熱傳阻力，自然對(duì)流的管式

23、蒸發(fā)器，其有效熱傳導(dǎo)系數(shù)約在1100-3000，長管式的數(shù)值較大；強(qiáng)制對(duì)流式約為2000-11000。刮面熱交換器式常用來處理高黏度液體，其有效熱傳導(dǎo)系數(shù)約為700-2300。以經(jīng)驗(yàn)公式估算時(shí)，自然對(duì)流常采用圓管內(nèi)或外流體，以層流流動(dòng)的公式；強(qiáng)制對(duì)流者，則將產(chǎn)品流體流動(dòng)視為紊流。四、 多效蒸發(fā)器（一） 多效蒸發(fā)器的定義為提高蒸汽的使用效率，可以將蒸發(fā)器所蒸發(fā)出來的蒸汽凝結(jié)來加熱產(chǎn)品，以提高蒸汽效率。以下圖為例每一單位的加熱蒸汽s，可以蒸發(fā)產(chǎn)品蒸汽、各一單位，因此蒸汽效率約為3。（二） 多效蒸發(fā)器的操作多效蒸發(fā)器的的效數(shù)并非可以無限的增加。若每一效加熱蒸汽與產(chǎn)品保持15的溫差，在第一效使用85的

24、蒸汽加熱，各效的蒸發(fā)溫度將分別為70、55、40，效數(shù)愈多溫度愈低。蒸發(fā)溫度愈低所需要的蒸發(fā)壓力也愈低，因此必需使用更好的真空系統(tǒng)。限制多效蒸發(fā)器效數(shù)的另一因子是沸點(diǎn)上升，產(chǎn)品被加熱時(shí)濃度增高而使沸點(diǎn)上升，沸點(diǎn)上升時(shí)產(chǎn)生過熱蒸汽，但蒸汽以飽和溫度凝結(jié)，使蒸汽凝結(jié)溫度與產(chǎn)品溫度的溫差變小而降低熱交換率。五、蒸汽再壓縮蒸發(fā)器所濃縮液體經(jīng)分離器分離出低壓蒸汽，除了如多效蒸發(fā)器供給下一效蒸發(fā)器加熱之用外，還可以經(jīng)過壓縮成高壓高溫的蒸汽供本效或其它效蒸發(fā)器使用，以提高蒸汽效率。熱蒸汽壓縮(thermal vapor recompression)與機(jī)械蒸汽壓縮(mechanical vapor compr

25、ession)等兩種方法最為常見，前者設(shè)備簡(jiǎn)單，但只能有限的提高蒸汽效率；后者能有效提高蒸汽效率，但設(shè)備精細(xì)、復(fù)雜而昂貴。（一） 熱蒸汽壓縮(thermal vapor recompression)熱壓縮機(jī)(thermalcompressor)是一個(gè)擴(kuò)張器(diffuser)，可以將高速流體的的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力。若具相反功能者，將高壓流體轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚倭黧w的器具稱為噴嘴(nozzle)。在熱壓縮機(jī)中少量的高壓蒸汽由噴嘴(1)（或稱推進(jìn)噴嘴propelling nozzle）噴入吸入室(2)(suction chamber)使吸入室產(chǎn)生低壓，吸入由蒸發(fā)器分離出的低壓蒸汽并混合。蒸汽因混入而使焓值與熵值

26、提高，再經(jīng)(3)(4)兩段，蒸汽流速逐漸降低，壓力隨之升高，在理想的過程中為一個(gè)等熵的過程。但實(shí)際上皆為不可能，過程中熵值都增高，因而由(1)到(2)的的膨脹過程焓值隨之減少，由(3)到(4)的的壓縮過程焓值隨之增加。圖 熱壓縮器假設(shè)從蒸發(fā)器分離，進(jìn)入混合室的蒸汽速度很小，從熱壓縮器出來的蒸汽速度也很小。由動(dòng)量守恒知：若過程中為絕熱則流體速度變化與焓的關(guān)系變化為：因此在實(shí)際應(yīng)用上，約為1，使用熱壓縮器可以得到加倍的蒸汽效率。（二） 機(jī)械式蒸汽壓縮(mechanical vapor compression)機(jī)械式蒸汽壓縮使用各種機(jī)械壓縮機(jī)，將蒸發(fā)器分離出的低壓飽和蒸汽，以機(jī)械壓縮成高壓的過飽和蒸

27、汽，在與部份冷凝水混合產(chǎn)生高壓的飽和蒸汽，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，以提高蒸汽效率。圖 機(jī)械式蒸汽壓縮系統(tǒng)由蒸發(fā)器的分離器分離出壓力為的低壓飽和蒸汽，其比容為，焓為。經(jīng)由壓縮機(jī)壓縮假設(shè)其過程為等熵，壓縮后壓力為，焓值則增加為如下：再實(shí)際壓縮時(shí)為非絕熱，因此所得焓值比理想壓縮高。壓縮后的蒸汽為過飽和蒸汽，在蒸發(fā)器的熱交換效率較低，因此以同等壓力的凝結(jié)水混合，如此可多得的蒸汽。蒸汽效率提高為：六、大氣管(barometric tube)圖 大氣管蒸發(fā)器的最后一效壓力大都低于大氣壓力，必須靠真空設(shè)備來維持低壓。由于蒸汽的體積過于龐大，必須先行凝結(jié)使真空泵只需要抽取不凝結(jié)氣體，如何使凝結(jié)水流出，又不使空氣流

28、入，常用左之大氣管，以水柱封住，以防大氣侵入。 as of microsoft® internet explorer 4.0, you can applmultimedia-style effects to your web pages using visual filters and transitions. you can apply visual filters and transitions to standard html controls, such as text containers, images, and other windowless objects. tra

29、nsitions are time-varying filters that create a transition from one visual state to another. by combining filters and transitions with basic scripting, you can create visually engaging and interactive documents.internet explorer 5.5 and later supports a rich variety of optimized filters. click the f