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文檔簡(jiǎn)介
第一節(jié)前言蒸發(fā):使含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸汽從而使溶液中溶質(zhì)濃度提高的過(guò)程。當(dāng)前1頁(yè),總共52頁(yè)。目的增加溶質(zhì)濃度,減少溶液體積,以便進(jìn)一步分離提純;蒸發(fā)得到的溶劑較為純凈,可以再利用或無(wú)污染排放。當(dāng)前2頁(yè),總共52頁(yè)。當(dāng)前3頁(yè),總共52頁(yè)。第二節(jié)蒸發(fā)當(dāng)前4頁(yè),總共52頁(yè)。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)的基本流程當(dāng)前5頁(yè),總共52頁(yè)。蒸發(fā)器:
加熱室
氣液分離器冷凝器:
換熱器一、蒸發(fā)的基本流程當(dāng)前6頁(yè),總共52頁(yè)。二、蒸發(fā)的操作方法
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)的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的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)的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))當(dāng)前7頁(yè),總共52頁(yè)。真空蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)溶液沸點(diǎn)低,可以用溫度較低的低壓蒸氣或廢蒸氣作加熱蒸氣;溶液沸點(diǎn)低,采用同樣的加熱蒸氣,蒸發(fā)器傳熱的平均溫度差大,所需的傳熱面?。环悬c(diǎn)低,有利于處理熱敏性物料,即高溫下易分解和變質(zhì)的物料;蒸發(fā)器的操作溫度低,系統(tǒng)的熱損失小。當(dāng)前8頁(yè),總共52頁(yè)。真空蒸發(fā)的缺點(diǎn)溶液溫度低,黏度大,沸騰的傳熱系數(shù)小,蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)小;蒸發(fā)器和冷凝器的內(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,以保持一定的真空度,因而需多耗能量。當(dāng)前9頁(yè),總共52頁(yè)。二、蒸發(fā)的操作方法
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,二次蒸氣所含的熱能未能利用。多效蒸發(fā):第一蒸發(fā)器中蒸出的二次蒸汽用作第二個(gè)蒸發(fā)器的加熱蒸氣,第二個(gè)蒸發(fā)器蒸出的二次蒸汽用作第三個(gè)蒸發(fā)器的加熱蒸氣,依此類推。當(dāng)前10頁(yè),總共52頁(yè)。當(dāng)前11頁(yè),總共52頁(yè)。三、蒸發(fā)器及蒸發(fā)系統(tǒng)1.蒸發(fā)器的分類
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)器的結(jié)構(gòu)與特征當(dāng)前12頁(yè),總共52頁(yè)。升膜蒸發(fā)器加熱室由垂直的長(zhǎng)管組成,管長(zhǎng)3~15m,直徑2.5~5cm。當(dāng)前13頁(yè),總共52頁(yè)。升膜蒸發(fā)器適用于相對(duì)蒸發(fā)量較大、熱敏性及易生泡沫的溶液;不適用于高黏度、有結(jié)晶析出或易結(jié)垢的溶液和濃溶液。當(dāng)前14頁(yè),總共52頁(yè)。降膜蒸發(fā)器當(dāng)前15頁(yè),總共52頁(yè)。降膜蒸發(fā)器適用于蒸發(fā)量較大濃度、黏度較大的溶液;不適用于有結(jié)晶析出或易結(jié)垢的溶液。當(dāng)前16頁(yè),總共52頁(yè)。旋轉(zhuǎn)刮板蒸發(fā)器當(dāng)前17頁(yè),總共52頁(yè)。旋轉(zhuǎn)刮板蒸發(fā)器適用于處理有結(jié)晶析出、易結(jié)垢、高黏度的溶液;結(jié)構(gòu)復(fù)雜、動(dòng)力消耗大。當(dāng)前18頁(yè),總共52頁(yè)。蒸發(fā)工藝的確定物料的性質(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、是否易結(jié)晶、結(jié)垢、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)出口的濃度與溫度、安裝現(xiàn)場(chǎng)的面積和高度、設(shè)備投資限額、要求連續(xù)或間歇生產(chǎn)等;
取決于物料主成分的損失和蒸發(fā)的能耗當(dāng)前19頁(yè),總共52頁(yè)。蒸發(fā)工藝的確定公用系統(tǒng)的情況—包括可以利用的熱源、蒸汽供應(yīng)量及壓力、能利用的冷卻水水量、水質(zhì)和溫度等。
當(dāng)前20頁(yè),總共52頁(yè)。第三節(jié)干燥利用熱能使?jié)裎锪现袧穹制⑴懦羝?,從而得到較干物料的過(guò)程。當(dāng)前21頁(yè),總共52頁(yè)。目的產(chǎn)品便于包裝貯存運(yùn)輸;許多生物制品在濕分含量較低的狀態(tài)下較為穩(wěn)定,從而使生物制品有較長(zhǎng)的保質(zhì)期。當(dāng)前22頁(yè),總共52頁(yè)。一、概述當(dāng)前23頁(yè),總共52頁(yè)。(一)干燥的方法
導(dǎo)熱干燥熱能通過(guò)傳熱壁面以傳導(dǎo)的方式傳給濕物料,使其中的水分汽化,所產(chǎn)生的蒸汽被干燥的介質(zhì)帶走或用真空泵抽走的干燥操作過(guò)程。該法熱能利用較高,但與傳熱壁接觸的物料在干燥時(shí)易局部過(guò)熱而變質(zhì)。當(dāng)前24頁(yè),總共52頁(yè)。輻射干燥熱能以電磁波的形式由輻射器發(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)到干燥的目的。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的物料。當(dāng)前25頁(yè),總共52頁(yè)。介電加熱干燥是將需要干燥的物料放在高頻電場(chǎng)中,利用電場(chǎng)的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)部水分的擴(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的干燥。當(dāng)前26頁(yè),總共52頁(yè)。對(duì)流干燥熱能以對(duì)流的方式由熱干燥介質(zhì)傳給濕物料,使物料中的水分汽化,物料中的水分以氣態(tài)或液態(tài)形式擴(kuò)散到物料表面,然后汽化的蒸汽從表面擴(kuò)散到干燥介質(zhì)主體,再由介質(zhì)帶走的干燥過(guò)程。當(dāng)前27頁(yè),總共52頁(yè)。(二)干燥的基本理論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為濕物料表面的水蒸氣分壓;p為水蒸氣分壓;tw為物料表面溫度;δ為物料表面氣膜的厚度。當(dāng)前28頁(yè),總共52頁(yè)。2、濕空氣的性質(zhì)濕空氣是絕干空氣和水蒸氣的混合物。能用于干燥的濕空氣必須是不飽和空氣,從而可繼續(xù)容納水分。采用熱空氣作為干燥介質(zhì)的目的不僅是為了提供水分氣化所需的熱量,而且是為了降低空氣的相對(duì)濕度以提高空氣的吸濕能力。空氣性質(zhì)對(duì)物料的干燥影響很大,而且隨著干燥過(guò)程的進(jìn)行不斷發(fā)生變化。當(dāng)前29頁(yè),總共52頁(yè)??諝獾某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??諝獾臐穸仍叫?,t和tw的差值越大。(1)干球溫度與濕球溫度
①干球溫度(drybulbtemperature)是用普通溫度計(jì)在空氣中直接測(cè)得的溫度,常用t表示。②濕球溫度(wetbulbtemperature)是在溫度計(jì)的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)得的溫度,常用tw表示。當(dāng)前30頁(yè),總共52頁(yè)??諝獾某S眯再|(zhì):①空氣濕度(humidity,H)系單位質(zhì)量干空氣帶有的水蒸氣的質(zhì)量(kg水蒸氣/kg干空氣)。
H=0.622p/(P-p)式中,P為濕空氣的總壓,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
當(dāng)前31頁(yè),總共52頁(yè)。②相對(duì)濕度(relativehumidity,RH)
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之比的百分?jǐn)?shù),常用RH%表示。
RH%=p/ps×100%
飽和空氣的RH=100%;未飽和空氣的RH<100%;絕空氣的RH=0%;空氣的相對(duì)濕度直接反映空氣中濕度的飽和程度??諝獾某S眯再|(zhì):(2)濕度和相對(duì)濕度
當(dāng)前32頁(yè),總共52頁(yè)。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)生的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,是不能干燥的水分。平衡水分與物料的種類、空氣狀態(tài)有關(guān),根據(jù)干燥要求選擇適宜的空氣條件。②自由水分(freewater)系指物料所含的水分中多于平衡水分的部分,或稱游離水分,是能干燥除去的水分。3、物料中水分的性質(zhì)(1)平衡水分與自由水分當(dāng)前33頁(yè),總共52頁(yè)。
根據(jù)物料中所含水分的干燥難易程度來(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)合的水分,數(shù)字上等于RH=100%時(shí)物料的平衡水分。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)的水分、物料內(nèi)毛細(xì)管中的水分、可溶性固體溶液中的水分等。②非結(jié)合水分(nonboundwater)系指以機(jī)械方式結(jié)合的水分,與物料結(jié)合力很弱,干燥速度較快。3、物料中水分的性質(zhì)(2)結(jié)合水分與非結(jié)合水分當(dāng)前34頁(yè),總共52頁(yè)。干燥速度是單位時(shí)間、單位干燥面積上被干物料所能汽分的水分量。即水分量的減少值,其單位kg/(m2·s)。4.干燥速度當(dāng)前35頁(yè),總共52頁(yè)。5.水分含量的測(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。當(dāng)前36頁(yè),總共52頁(yè)。6.干燥的副作用物料的收縮化學(xué)變化生化變化當(dāng)前37頁(yè),總共52頁(yè)。當(dāng)前38頁(yè),總共52頁(yè)。(三)干燥工藝的確定物料的化學(xué)性質(zhì),如組成、熱敏性、物料的毒性、可燃性、氧化性和酸堿性、摩擦帶電性、吸水性等。物料的熱性質(zhì),如物料含水量、粒度、導(dǎo)熱系數(shù)等。其他性質(zhì),如膏糊狀物料的黏附性、觸變性等。當(dāng)前39頁(yè),總共52頁(yè)。(四)生物工業(yè)常用的干燥技術(shù)當(dāng)前40頁(yè),總共52頁(yè)。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)用范圍廣當(dāng)前41頁(yè),總共52頁(yè)。當(dāng)前42頁(yè),總共52頁(yè)。噴霧干燥技術(shù)干燥速度十分迅速干燥過(guò)程中液滴的溫度不高,產(chǎn)品質(zhì)量好產(chǎn)品具有良好的分散性、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)當(dāng)前43頁(yè),總共52頁(yè)。當(dāng)前44頁(yè),總共52頁(yè)。冷凍干燥技術(shù)物料的物理結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)變化極??;熱敏性物料或酶制劑十分穩(wěn)定;干燥后的物料可在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)干燥前的原來(lái)狀態(tài);干燥后的物料水分很低,在常溫下長(zhǎng)期保存。當(dāng)前45頁(yè),總共52頁(yè)。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)都是比較傳統(tǒng)的工業(yè)技術(shù),它們用于生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(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)品的蒸發(fā)系統(tǒng),探討它的優(yōu)缺點(diǎn)。當(dāng)前46頁(yè),總共52頁(yè)。熱原指注射劑中存在的一種異物,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)生的細(xì)菌內(nèi)毒素。不同菌產(chǎn)生的細(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,其他微生物產(chǎn)生的熱物質(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),因此熱原是這些發(fā)熱物質(zhì)的總稱。當(dāng)前47頁(yè),總共52頁(yè)。熱原檢查法本法系將一定劑量的供試品,靜脈注入家兔體內(nèi),在規(guī)定時(shí)間內(nèi),觀察家兔體溫升高的情況,以判定供試品中所含熱原的限度是否符合規(guī)定。
當(dāng)前48頁(yè),總共52頁(yè)。供試用的家兔應(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)使用于熱原檢查的家兔;或供試品判定為符合規(guī)定,但組內(nèi)升溫達(dá)0.6℃的家兔;或3周內(nèi)未曾使用的家兔,均應(yīng)在檢查供試品前3~7日內(nèi)預(yù)測(cè)體溫,進(jìn)行挑選。供試用家兔當(dāng)前49頁(yè),總共52頁(yè)。挑選試驗(yàn)的條件與檢查供試品時(shí)相同,僅不注射藥液,每隔30分鐘測(cè)量體溫1次,共測(cè)8次,8次體溫均在38.0~39.6℃的范圍內(nèi),且最高與最低體溫的差不超過(guò)0.4℃的家兔,方可供熱原檢查用。用于熱原檢查后的家兔,如供試品判定為符合規(guī)定,至少應(yīng)休息2日方可供第2次檢查用。如供試品判定為不符合規(guī)定,則組內(nèi)全部家兔不再使用。每一家兔的使用次數(shù),用于一般藥品的檢查,不應(yīng)超過(guò)10次。
當(dāng)前50頁(yè),總共52頁(yè)。試驗(yàn)前的準(zhǔn)備
在作熱原檢查前1~2日,供試用家兔應(yīng)盡可能處于同一溫度的環(huán)境中,實(shí)驗(yàn)室和飼養(yǎng)室的溫度相差不得大于5℃,實(shí)驗(yàn)室的溫度應(yīng)在17~28℃,在試驗(yàn)全部過(guò)程中,應(yīng)注意室溫變化不得大于3℃,避免
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