发酵产物的纯化原理与技术

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1、第十二章发酵产物的纯化原理与技术发酵产品多要求具有较高纯度。第一节蒸发一、蒸发的定义蒸发是利用加热的方法使溶液中一部分易挥发性溶剂汽化并除去的操作。溶剂在低于沸点温度下汽化被称为自然蒸发，如海盐晒制；溶剂在沸腾状态下汽化称沸腾蒸发。二、蒸发操作的目的（1）稀溶液增浓至近饱和状态，以便结晶制取纯固体产品；（2）纯净溶剂的制取，此时蒸出的溶剂是产品；（3）制备浓溶液。三、蒸发操作的特点蒸发操作是从溶液中分离出部分溶剂，而溶液中所含溶质的数量不变。蒸发是一个热量传递过程，其传热速率是蒸发过程的控制因素。蒸发所用的设备属于热交换设备。但与一般的传热过程比较，蒸发过程

2、又具有其自身的特点，主要表现在：（1）溶液沸点升高被蒸发的料液是含有非挥发性溶质的溶液，在相同压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。因此，当加热蒸汽温度一定，蒸发溶液时的传热温度差要小于蒸发溶剂时的温度差。溶液的浓度越高，这种影响也越显著。在进行蒸发设备的计算时，必须考虑溶液沸点上升的这种影响。（2）物料的工艺特性蒸发过程中，溶液的某些性质随着溶液的浓缩而改变。有些物料在浓缩过程中可能结垢、析出结晶或产生泡沫；有些物料是热敏性的，在高温下易变性或分解；有些物料具有较大的腐蚀性或较高的粘度等等。因此，在选择蒸发的方法和设备时，必须考虑物料的这些工艺特性。（3）能

3、量利用与回收蒸发时需消耗大量的加热蒸汽，而溶液汽化又产生大量的二次蒸汽，如何充分利用二次蒸汽的潜热，提高加热蒸汽的经济程度，也是蒸发器设计中的重要问题。四、影响蒸发过程的因素1、溶液的浓度2、溶解度3、物料的热敏性4、泡沫的形成5、压力和温度6、设备结垢与材料五、蒸发的分类1、按使用压力分类加压、常压、真空2、按蒸汽利用分类单效、多效、热泵3、按设备型式分类中央循环管式、夹套式、盘管式、刮板式4、按物料启动情况分类自然循环、强制循环、薄膜式单效蒸发流程：3-中央循环管；不凝性气体冷却水二次蒸汽料液加热蒸汽冷凝水完成液水单效蒸发流程蒸发流程123451-加热管

4、；2-加热室；4-蒸发室；5-除沫器；6-冷凝器二次蒸汽经冷凝后排出的蒸发操作称单效蒸发。六、蒸发的基本流程多效蒸发采用多效蒸发的目的是为了减少新鲜蒸气用量，具体方法是将前一效的二次蒸气作为后一效的加热蒸气。以三效为例：若把蒸发产生的二次蒸气引至另一操作压力较低的蒸发器作为加热蒸气，并把若干个蒸发器串联组合使用，这种操作称为多效蒸发。根据溶液与二次蒸气的流向，可有不同的加料方法与相应的流程。不凝性气体第一效第二效第三效第一效二次蒸汽第二效二次蒸汽第三效二次蒸汽料液加热蒸气完成液水冷却水三效蒸发流程加热蒸气和原料液均顺次流经各效。这种加料的特点是前一效到后一效

5、可自动加料，后一效中的物料会产生自蒸发，可多蒸出部分水汽，溶液的黏度会随效数的增加而增大，使传热系数逐效下降，故不宜处理随浓度增加而黏度增加较高的物料。七、蒸发设备蒸发设备的作用是使进入蒸发器的原料液被加热，部分气化，得到浓缩的完成液，同时需要排出二次蒸气，并使之与所夹带的液滴和雾沫相分离。蒸发的主体设备是蒸发器，它主要由加热室和蒸发室组成。蒸发的辅助设备包括：使液沫进一步分离的除沫器，和使二次蒸气全部冷凝的冷凝器。减压操作时还需真空装置。1、蒸发器由于生产要求的不同，蒸发设备有多种不同的结构型式。对常用的间壁传热式蒸发器，按溶液在蒸发器中的运动情况，大致可

6、分为以下两大类：（1）循环型蒸发器（2）非循环型（单程型）蒸发器（1）循环型蒸发器这类蒸发器的特点是溶液在蒸发器内作循环流动。根据造成液体循环的原理的不同，又可将其分为自然循环和强制循环两种类型。前者是借助在加热室不同位置上溶液的受热程度不同，使溶液产生密度差而引起的自然循环；后者是依靠外加动力使溶液进行强制循环。目前常用的循环型蒸发器有以下几种：a.中央循环管式蒸发器，b.悬筐式蒸发器c.外热式蒸发器，d.列文式蒸发器e.强制循环蒸发器。其中，前四种为自然循环蒸发器。a.中央循环管式蒸发器加热室由垂直管束组成，中间由一根直径较大的中央循环管。当管内液体被

7、加热沸腾时，中央循环管内气液混合物的平均密度较大；而其余加热管内气液混合物的平均密度较小。在密度差的作用下，溶液由中央循环管下降，而由加热管上升，做自然循环流动。溶液的循环流动提高了沸腾表面传热系数，强化了蒸发过程。这种蒸发器结构紧凑，制造方便，传热较好，操作可靠等优点，应用十分广泛，有“标准蒸发器”之称。但是，由于结构上的限制，其循环度低一般在0.4～0.5m/s以下；清洗和维修也不够方便。b.悬筐式蒸发器是中央循环管蒸发器的改进。其加热室像个悬筐，悬挂在蒸发器壳体的下部，可由顶部取出，便于清洗与更换。加热介质由中央蒸汽管进入加热室，而在加热室外壁与蒸发器

8、壳体的内壁之间有环隙通道，其作用类似于中央循环管。操