发酵产物的纯化原理与技术.ppt

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1、第十二章第十二章 发酵产物的纯化原理与技术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。发酵产品多要求具有较高纯度。第一节第一节 蒸发蒸发一、蒸发的定义一、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。去的操作。溶剂在低于沸点温度下汽化被称为溶剂在低于沸点温度下汽化被称为自然蒸发自然蒸发，如海盐晒制；，如海盐晒制；溶剂在沸腾状态下汽化称溶剂在沸腾状态下汽化称沸腾蒸发沸腾蒸发。二、蒸发操作的目的二、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；）稀溶液增浓至近饱和状态，以便结晶制取纯固体

2、产品；（2）纯净溶剂的制取，此时蒸出的溶剂是产品；）纯净溶剂的制取，此时蒸出的溶剂是产品；（3）制备浓溶液。）制备浓溶液。三、蒸发操作的特点三、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。属于热交换设备。但与一般的传热过程比较，蒸发过程又具有其自身的特点，主要表现在：但与一般的传热过程比较，蒸发过程又具有其自身的特点，主要表现在：（1）溶液沸点升高

3、）溶液沸点升高被蒸发的料液是含有非挥发性溶质的溶液，在相同压力被蒸发的料液是含有非挥发性溶质的溶液，在相同压力下，下，溶液的沸点高于纯溶溶液的沸点高于纯溶剂的沸点剂的沸点。因此，当加热蒸汽温度一定，蒸发溶。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。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）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。蒸发过程中，溶

4、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有些物料在浓缩过程中可能结垢、析出结晶或产生泡沫结垢、析出结晶或产生泡沫；有些物料是；有些物料是热敏性热敏性的，在高温下易变性或分解；有些的，在高温下易变性或分解；有些物料具有较大的物料具有较大的腐蚀性腐蚀性或或较高的粘度较高的粘度等等等。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。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）能量利用与回收）能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

5、蒸汽的经济程度，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。也是蒸发器设计中的重要问题。四、影响蒸发过程的因素四、影响蒸发过程的因素1、溶液的浓度、溶液的浓度2、溶解度、溶解度3、物料的热敏性、物料的热敏性4、泡沫的形成、泡沫的形成5、压力和温度、压力和温度6、设备结垢与材料、设备结垢与材料五、蒸发的分类五、蒸发的分类1 1、按使用压力分类、按使用压力分类 加压、加压、常压、真空常压、真空2 2、按蒸汽利用分类、按蒸汽利用分类 单效、单效、多效、热泵多效、热泵3 3、按设备型式分类、按设备型式分类 中央中央循环管式、夹套式、盘管式、刮板式循环管

6、式、夹套式、盘管式、刮板式4 4、按物料启动情况分类、按物料启动情况分类 自然循环自然循环、强制循环、薄膜式、强制循环、薄膜式单效蒸发流程单效蒸发流程：3-3-中央循环管；中央循环管；不凝性气体不凝性气体冷却水冷却水二次蒸汽二次蒸汽料液料液加热蒸汽加热蒸汽冷凝水冷凝水完成液完成液水水 单效单效蒸发流程蒸发流程 蒸发流程蒸发流程1 12 23 34 45 51-1-加热管；加热管；2-2-加热室；加热室；4-4-蒸发室；蒸发室；5-5-除沫器；除沫器；6-6-冷凝器冷凝器二次蒸汽经冷凝后排出的蒸发操作称单效蒸发。二次蒸汽经冷凝后排出的蒸发操作称单效蒸发。六、蒸发的基本流程六、蒸发的基本流程多效蒸

7、发多效蒸发采用多效蒸发的目的是采用多效蒸发的目的是为了减少新鲜蒸气用量，具体方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法是将前一效的二次蒸气作为后一效的加热蒸气。以三以三效为例：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。种操作称为多效蒸发。根据溶液与二次蒸气的流向，可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。有不同的加料方法与相应的流程。不凝性气体不凝性气体第一效第一效第二

8、效第二效第三效第三效第一效第一效二次蒸汽二次蒸汽第二效第二效二次蒸汽二次蒸汽第三效第三效二次蒸汽二次蒸汽料液料液加热蒸气加热蒸气完成液完成液水水冷却水冷却水三效蒸发流程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可自动加料，后一效中的物料会产生自蒸发，可多蒸到后一效可自动加料，后一效中的物料会产生自蒸发，可多蒸出部分水汽，出部分水汽，溶液的黏度会随效数的增加而增大溶液的黏度会随效数的增加而增大，使，使传热系数传热系数逐效下降逐效下降，故不宜处理随浓度增加而，故不宜处理随浓度增加而黏度黏度增加较高的物料。增加较高

9、的物料。七、蒸发设备七、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排出二次蒸气，并使之与所夹带的液滴和雾沫相分离。相分离。蒸发的主体设备是蒸发的主体设备是蒸发器蒸发器，它主要由，它主要由加热室加热室和和蒸发室蒸发室组成。蒸发的辅助设备包括：使液沫进组成。蒸发的辅助设备包括：使液沫进一步分离的一步分离的除沫器除沫器，和使二次蒸气全部冷凝的，和使二次蒸气全部冷凝的冷凝器冷凝器。减压操作时还需。减压操作时还需真空装置真空装置。1、蒸、蒸

10、发发器器由于生由于生产产要求的不同，蒸要求的不同，蒸发设备发设备有多种不同的有多种不同的结结构型式。构型式。对对常用的常用的间间壁壁传热传热式蒸式蒸发发器，按溶液在器，按溶液在蒸蒸发发器中的运器中的运动动情况，大致可分情况，大致可分为为以下两大以下两大类类：（1）循）循环环型蒸型蒸发发器器（2）非循）非循环环型（型（单单程型）蒸程型）蒸发发器器（1 1）循环型蒸发器）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

11、是借助在加热室不同位置上溶液的受循环两种类型。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：蒸发器有以下几种：a.中央循环管式蒸发器，中央循环管式蒸发器，b.悬筐式蒸发器悬筐式蒸发器c.外热式蒸发器，外热式蒸发器，d.列文式蒸发器列文式蒸发器e.强制循环蒸发器。强制循环蒸发器。其中，前四种为自然循环蒸发器。其中，前四种为自然循环蒸发器。a.中央循中央循环环管式蒸管式蒸发发器器加热室由垂直管

12、束组成，中间加热室由垂直管束组成，中间由一根直径较大的由一根直径较大的中央循环管中央循环管。当管内液体被加热沸腾时，中当管内液体被加热沸腾时，中央循环管内气液混合物的平均央循环管内气液混合物的平均密度较大；而其余加热管内气密度较大；而其余加热管内气液混合物的平均密度较小。在液混合物的平均密度较小。在密度差的作用下，溶液由中央密度差的作用下，溶液由中央循环管下降，而由加热管上升，循环管下降，而由加热管上升，做自然循环流动。溶液的循环做自然循环流动。溶液的循环流动提高了沸腾表面传热系数，流动提高了沸腾表面传热系数，强化了蒸发过程。强化了蒸发过程。这种蒸发器结构紧凑，制这种蒸发器结构紧凑，制造方便，

13、传热较好，操作可靠造方便，传热较好，操作可靠等优点，应用十分广泛，有等优点，应用十分广泛，有“标准蒸发器标准蒸发器”之称。但是，由之称。但是，由于结构上的限制，其于结构上的限制，其循环度低循环度低一般在以下；一般在以下；清洗和维修也清洗和维修也不够方便不够方便。b.悬悬筐式蒸筐式蒸发发器器是是中央循环管蒸发器的改进中央循环管蒸发器的改进。其。其加热室像个悬筐，悬挂在蒸发器加热室像个悬筐，悬挂在蒸发器壳体的下部，可由顶部取出，壳体的下部，可由顶部取出，便便于清洗与更换于清洗与更换。加热介质由中央。加热介质由中央蒸汽管进入加热室，而在加热室蒸汽管进入加热室，而在加热室外壁与蒸发器壳体的内壁之间有外

14、壁与蒸发器壳体的内壁之间有环隙通道环隙通道，其作用类似于中央循，其作用类似于中央循环管。操作时，溶液沿环隙下降环管。操作时，溶液沿环隙下降而沿加热管上升，形成自然而沿加热管上升，形成自然 循环。循环。一般环隙截面积约为加热管总面一般环隙截面积约为加热管总面积的积的100150%，因而，因而溶液循环速溶液循环速度较高度较高（约为）。由于与蒸发器（约为）。由于与蒸发器外壳接触的是温度较低的沸腾液外壳接触的是温度较低的沸腾液 体，故其体，故其热损失较小热损失较小。悬筐式蒸。悬筐式蒸发器发器适用于蒸发易结垢或有晶体适用于蒸发易结垢或有晶体析出的溶液析出的溶液。它的缺点是。它的缺点是结构复结构复杂杂，单

15、位传热面需要的设备材料单位传热面需要的设备材料量较大量较大。c.外外热热式蒸式蒸发发器器这这种蒸种蒸发发器的特点是器的特点是加加热热室室与分离室分开与分离室分开，这样这样不不仅仅便便于清洗与更于清洗与更换换，而且可以，而且可以降降低蒸低蒸发发器的器的总总高度高度。因其加。因其加热热管管较长较长（管（管长长与管径之比与管径之比为为501），同），同时时由于循由于循环环管管内的溶液不被加内的溶液不被加热热，故，故溶液溶液的循的循环环速度大速度大，可达。，可达。d.列文式蒸列文式蒸发发器器在在加加热热室的上部增室的上部增设设一沸一沸腾腾室室。这这样样，加，加热热室内的溶液由于受到室内的溶液由于受到这

16、这一一段附加液柱的作用，只有上升到沸段附加液柱的作用，只有上升到沸腾腾室室时时才能汽化。在沸才能汽化。在沸腾腾室上方装室上方装有有纵纵向隔板向隔板，其作用是，其作用是防止气泡防止气泡长长大大。此外，因循。此外，因循环环管不被加管不被加热热，使，使溶液循溶液循环环的推的推动动力力较较大。循大。循环环管的管的高度一般高度一般为为78m，其截面，其截面积约为积约为加加热热管管总总截面截面积积的的200350%。因而循。因而循环环管内的流管内的流动动阻力阻力较较小，小，循循环环速度速度高高达达2 3m/s。列文蒸列文蒸发发器的器的优优点是循点是循环环速度大，速度大，传热传热效果好，由于溶液在加效果好，

17、由于溶液在加热热管中管中不沸不沸腾腾，可以避免在加，可以避免在加热热管中析出管中析出晶体，故适用于晶体，故适用于处处理有晶体析出或理有晶体析出或易易结结垢的溶液垢的溶液。其。其缺点是缺点是设备庞设备庞大，大，需要的厂房高需要的厂房高。此外，由于液。此外，由于液层层静静压压力大，故力大，故要求加要求加热热蒸汽的蒸汽的压压力力较较高高。e.强制循环蒸发器强制循环蒸发器这种蒸发器是利用外加动力这种蒸发器是利用外加动力（循环泵）使溶液沿一定方（循环泵）使溶液沿一定方向作高速循环流动。循环速向作高速循环流动。循环速度的大小可通过调节泵的流度的大小可通过调节泵的流量来控制。一般循环速度在量来控制。一般循环

18、速度在以上。以上。这种蒸发器的这种蒸发器的优点是传优点是传热系数大，对于粘度较大或热系数大，对于粘度较大或易结晶、结垢的物料，适应易结晶、结垢的物料，适应性较好性较好，但其，但其动力消耗较大动力消耗较大。（2）非循环型（单程型）蒸发器）非循环型（单程型）蒸发器又称膜式蒸发器。又称膜式蒸发器。特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。优点：溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的优点：溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的蒸发；蒸发；温度差损失较小，表面传热系数较大。温度差损失较小，表面传热系数较大。缺点：设计或操作不当时不易成膜，热流

19、量将明显下降；缺点：设计或操作不当时不易成膜，热流量将明显下降；不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。此类蒸发器主要有此类蒸发器主要有a.升膜式蒸发器；升膜式蒸发器；b.降膜式蒸发器；降膜式蒸发器；c.刮板式蒸发器。刮板式蒸发器。a.升膜式蒸升膜式蒸发发器器加热室由一根或数根垂直长管组加热室由一根或数根垂直长管组成。原料液经预热后由成。原料液经预热后由蒸发器的蒸发器的底部进入底部进入。当溶液受热沸腾后迅。当溶液受热沸腾后迅速汽化，所生成的二次蒸汽在管速汽化，所生成的二次蒸汽在管内高速上升，带动液体沿管内壁内高速上升，带动液体沿管内壁成膜状向上流动，上升的成膜状向上流动

20、，上升的液膜因液膜因受热而继续蒸发。故溶液自蒸发受热而继续蒸发。故溶液自蒸发器底部上升至顶部的过程中逐渐器底部上升至顶部的过程中逐渐被蒸浓，浓溶液进入分离室与二被蒸浓，浓溶液进入分离室与二次蒸汽分离后由分离器底部排出。次蒸汽分离后由分离器底部排出。常压下加热管出口处的二次蒸汽常压下加热管出口处的二次蒸汽速度不应小于速度不应小于10m/s，一般为，一般为2050m/s，减压操作时，有时，减压操作时，有时可达可达100160m/s或更高。或更高。升膜蒸发器适用于蒸发量较大升膜蒸发器适用于蒸发量较大（即稀溶液）、热敏性及易起泡（即稀溶液）、热敏性及易起泡沫的溶液，但不适于高粘度、有沫的溶液，但不适于

21、高粘度、有晶体析出或易结垢的溶液晶体析出或易结垢的溶液。b.降膜式蒸发器降膜式蒸发器与升膜蒸发器的区别在于原料液与升膜蒸发器的区别在于原料液由由加热管的顶部加入加热管的顶部加入。溶液在自。溶液在自身重力作用下沿管内壁呈膜状下身重力作用下沿管内壁呈膜状下流，并被蒸发浓缩，汽液混合物流，并被蒸发浓缩，汽液混合物由加热管底部进入分离室，经气由加热管底部进入分离室，经气液分离后，完成液由分离器的底液分离后，完成液由分离器的底部排出。部排出。为使溶液能在壁上均匀为使溶液能在壁上均匀成膜，在每根加热管的顶部均需成膜，在每根加热管的顶部均需设置液体布膜器。设置液体布膜器。降膜蒸发器可以蒸发浓度较高的降膜蒸发

22、器可以蒸发浓度较高的溶液，对于粘度较大的物料也能溶液，对于粘度较大的物料也能适用。但对于易结晶或易结垢的适用。但对于易结晶或易结垢的溶液不适用。溶液不适用。此外，由于液膜在此外，由于液膜在管内分布不易均匀，与升膜蒸发管内分布不易均匀，与升膜蒸发器相比，其传热系数较小。器相比，其传热系数较小。c.刮板式蒸刮板式蒸发发器器这种蒸发器是利用旋转刮片的刮带作用，使这种蒸发器是利用旋转刮片的刮带作用，使液体分布在加热管壁上。它的突出液体分布在加热管壁上。它的突出优点是对优点是对物料的适应性很强，例如对于高粘度、热敏物料的适应性很强，例如对于高粘度、热敏性和易结晶、结垢的物料都能适性和易结晶、结垢的物料都

23、能适用。用。刮板薄刮板薄膜蒸发器的壳体外部装有膜蒸发器的壳体外部装有加热蒸汽夹套加热蒸汽夹套，其，其内部装有可旋转的内部装有可旋转的搅拌刮片搅拌刮片。料液由蒸发器。料液由蒸发器上部沿切线方向加入后，在重力和旋转刮片上部沿切线方向加入后，在重力和旋转刮片带动下，溶液在壳体内壁带动下，溶液在壳体内壁上形成下旋的薄膜，上形成下旋的薄膜，并在下降过程中不断被蒸发浓缩，在底部得并在下降过程中不断被蒸发浓缩，在底部得到完成液。到完成液。在某些情况下，在某些情况下，可将溶液蒸干而由底部直接可将溶液蒸干而由底部直接获得固体产物。获得固体产物。这类蒸发器的缺点是结构复杂，动力消耗大，这类蒸发器的缺点是结构复杂，

24、动力消耗大，传热面积小传热面积小，一般为，一般为34m2，最大不超过，最大不超过20m2，故其处理量较小。，故其处理量较小。2、蒸、蒸发发器的器的选选型型选型时应考滤以下因素。选型时应考滤以下因素。（1）溶液的粘度）溶液的粘度蒸发过程中溶液粘度变化的范围，是选型首要考虑的因素蒸发过程中溶液粘度变化的范围，是选型首要考虑的因素（2）溶液的热稳定性）溶液的热稳定性长时间受热易分解、易聚合以及易结垢的溶液蒸发时，应采长时间受热易分解、易聚合以及易结垢的溶液蒸发时，应采用滞料量少、停留时间短的蒸发器。用滞料量少、停留时间短的蒸发器。（3）有晶体析出的溶液）有晶体析出的溶液对蒸发时有晶体析出的溶液应采用

25、外加热式蒸发器或强制循对蒸发时有晶体析出的溶液应采用外加热式蒸发器或强制循环蒸发器。环蒸发器。（4）易发泡的溶液）易发泡的溶液易发泡的溶液在蒸发时会生成大量层层重叠不易破碎的泡沫，易发泡的溶液在蒸发时会生成大量层层重叠不易破碎的泡沫，充满了整个分离室后即随二次蒸汽排出，不但损失物料，而充满了整个分离室后即随二次蒸汽排出，不但损失物料，而且污染冷凝器。蒸发这种溶液宜采用外加热式蒸发器、强制且污染冷凝器。蒸发这种溶液宜采用外加热式蒸发器、强制循环蒸发器或升膜式蒸发器。若将中央循环管蒸发器和悬筐循环蒸发器或升膜式蒸发器。若将中央循环管蒸发器和悬筐蒸发器设计大一些，也可用于这种溶液的蒸发。蒸发器设计大

26、一些，也可用于这种溶液的蒸发。（5）有腐蚀性的溶液）有腐蚀性的溶液蒸发腐蚀性溶液时，加热管应采用特殊材质制成，蒸发腐蚀性溶液时，加热管应采用特殊材质制成，或内壁衬以耐腐蚀材料。若溶液不怕污染，也可采或内壁衬以耐腐蚀材料。若溶液不怕污染，也可采用直接接触式蒸发器。用直接接触式蒸发器。（6）易结垢的溶液）易结垢的溶液无论蒸发何种溶液，蒸发器长久使用后，传热面上无论蒸发何种溶液，蒸发器长久使用后，传热面上总会有污垢生成。垢层的导热系数小，因此对易结总会有污垢生成。垢层的导热系数小，因此对易结垢的溶液，应考虑选择便于清洗和溶液循环速度大垢的溶液，应考虑选择便于清洗和溶液循环速度大的蒸发器。的蒸发器。（

27、7）溶液的处理量）溶液的处理量溶液的处理量也是选型应考虑的因素。要求传热面溶液的处理量也是选型应考虑的因素。要求传热面积大于积大于10m2时，不宜选用刮板搅拌薄膜蒸发器，要时，不宜选用刮板搅拌薄膜蒸发器，要求传热面在求传热面在20m2以上时，宜采用多效蒸发操作。以上时，宜采用多效蒸发操作。常常见见蒸蒸发发器器的的一一些些主主要要性性能能3、蒸发器的附属设备、蒸发器的附属设备（1）除沫器）除沫器作用：进一步除去离开蒸发器的二次蒸气中夹带的液沫，避作用：进一步除去离开蒸发器的二次蒸气中夹带的液沫，避免造成产品损失、污染冷凝器和堵塞管道。免造成产品损失、污染冷凝器和堵塞管道。结构：常见的几种除沫器如

28、图所示。结构：常见的几种除沫器如图所示。其中，（其中，（a）-(e)装于蒸发室顶部：（装于蒸发室顶部：（f）-（h）则在蒸发室之外，他们主）则在蒸发室之外，他们主要都是利用液体的惯性以达到气液的分离。要都是利用液体的惯性以达到气液的分离。（2）冷凝器）冷凝器除了二次蒸气为有价值的产品需要回收，或者会严除了二次蒸气为有价值的产品需要回收，或者会严重污染冷却水的情况外，重污染冷却水的情况外，蒸发操作大多采用气液直蒸发操作大多采用气液直接接触的混合式冷凝器来冷凝二次蒸气接接触的混合式冷凝器来冷凝二次蒸气。常见的如。常见的如逆流高位冷凝器。冷却水由顶部加入，依次经过各逆流高位冷凝器。冷却水由顶部加入，

29、依次经过各淋水板的小孔和溢流堰流下，在和底部进入并逆流淋水板的小孔和溢流堰流下，在和底部进入并逆流上升的二次蒸气的接触过程中，使二次蒸气不断冷上升的二次蒸气的接触过程中，使二次蒸气不断冷凝。水和冷凝液沿气压管流至地沟排走。凝。水和冷凝液沿气压管流至地沟排走。不凝性气体则由顶部抽出，并与夹带的液沫分离。不凝性气体则由顶部抽出，并与夹带的液沫分离。第二第二节节 结结晶晶一、一、结结晶概述晶概述 物物质质有有结结晶和无定形晶和无定形两种状两种状态态，区，区别别在于，构成在于，构成单单位的位的排列方式是否排列方式是否规则规则。利用可溶物利用可溶物质质的溶解性及其受温度的溶解性及其受温度变变化影响不同，

30、化影响不同，使溶使溶质质以晶体状以晶体状态态从溶液中析出的从溶液中析出的过过程。程。制制备纯备纯物物质质的有效方法，具有高度的的有效方法，具有高度的选择选择性。性。广泛广泛应应用于用于发发酵工酵工业业中。中。二、晶体性二、晶体性质质：连续连续、均一性。、均一性。各向异性。各向异性。对对称性。称性。三、物三、物质质形成晶体的条件：形成晶体的条件：要有能形成晶体的物要有能形成晶体的物质质。溶溶质质的的纯纯度。度。溶液的溶液的饱饱和度和度 形成晶体的必要条件：超形成晶体的必要条件：超过饱过饱和状和状态态，即当溶液，即当溶液达到达到某一某一过饱过饱和程度和程度时时，才能析出晶体。，才能析出晶体。饱饱和

31、程度用和程度用过饱过饱和率和率(过饱过饱和溶液和溶液浓浓度度与与饱饱和溶液和溶液浓浓度度之比之比)表示。表示。四、晶体形成四、晶体形成过过程程过饱过饱和溶液的形成（前提）和溶液的形成（前提）晶核的形成晶核的形成晶体的生晶体的生长长（以（以过饱过饱和度和度为为推推动动力）力）溶解吸溶解吸热热，结结晶放晶放热热。五、五、结结晶与温度、晶与温度、浓浓度的关系度的关系饱饱和曲和曲线线：表示物：表示物质质溶解度与温度的关系溶解度与温度的关系温度温度ABCDE不稳区不稳区介稳区介稳区稳定区稳定区1.1.稳定区稳定区(不饱和区不饱和区)：不会发：不会发生结晶生结晶2.2.不稳定区不稳定区(过饱和区过饱和区)

32、：结晶：结晶能自动生成能自动生成3.3.介稳区介稳区：结晶不能自动进行：结晶不能自动进行 向处于介稳区的溶液中向处于介稳区的溶液中加入晶体，能诱导结晶产生，加入晶体，能诱导结晶产生，晶体能生长。晶体能生长。六、影响晶体生成的因素：六、影响晶体生成的因素：1.过饱过饱和率和率影响晶核形成的速度和晶体生影响晶核形成的速度和晶体生长长速度速度(大小大小)。但但对对成核速度的影响比成核速度的影响比对对晶体生晶体生长长速度的影速度的影响大。响大。过饱过饱和率适中和率适中对对成核有利。成核有利。过饱过饱和率和率过过高高时时，形成小，形成小颗颗粒晶体。粒晶体。2.粘度：粘度：晶体生晶体生长长速度与溶液粘度成

33、反比速度与溶液粘度成反比(大，分子大，分子扩扩散慢，散慢，妨碍定向排列妨碍定向排列)。3.温度：温度：对对V成核成核的影响的影响V成核成核随随T而而，达最大后，随，达最大后，随T而而。对对晶体大小的影响晶体大小的影响影响影响较较大。温高大。温高时时，晶体，晶体较较大，相反大，相反则则小。小。T过过高高时时，导导致晶形和致晶形和结结晶水的晶水的变变化化4.搅搅拌拌促促进扩进扩散和成核，提高晶体生散和成核，提高晶体生长长速度。速度。搅搅拌拌强强度度应应有一定的极限。有一定的极限。5.冷却速度冷却速度影响晶核的生影响晶核的生长长和晶体的大小。和晶体的大小。与等与等电电点点结结晶晶选择选择在等在等电电

34、点附近。点附近。7.晶种晶种 能能诱导结诱导结晶，一般在晶，一般在结结晶开始前投入。晶开始前投入。第三第三节节 干燥干燥干燥通常是指将潮湿固体，半固体或干燥通常是指将潮湿固体，半固体或浓缩浓缩液中的水液中的水分（或溶分（或溶剂剂）蒸）蒸发发除去的除去的过过程。程。目的：除去水分，便于保存、包装和运目的：除去水分，便于保存、包装和运输输。注意：保持其活性，注意：保持其活性，营营养价养价值值及及药药效效。在干燥系在干燥系统统中，干燥介中，干燥介质质与被干燥物与被干燥物质质的温度呈的温度呈动动态态的平衡关系。的平衡关系。2.干燥干燥过过程与蒸程与蒸发过发过程的异同程的异同相同之相同之处处：都以加都以

35、加热热水分汽化水分汽化为为手段手段。不同之不同之处处：蒸蒸发发是液是液态态物料中的水分沸物料中的水分沸腾腾汽化。而干燥是固体或液体物料中的水分汽化。而干燥是固体或液体物料中的水分非沸非沸腾腾汽化。汽化。从干燥的从干燥的这这一特点，可得到以下一特点，可得到以下共共识识：干燥干燥过过程受：程受：传热规传热规律，水分性律，水分性质质，水气运，水气运转转和和转转化的影响。化的影响。干燥物料不一定是液干燥物料不一定是液态态，水分的运，水分的运动动和汽化可能受到和汽化可能受到物料物料层层的影响。的影响。水分未达到沸点就汽化，其蒸汽水分未达到沸点就汽化，其蒸汽压压比周比周围围汽体汽体压压强强小。小。蒸汽能否

36、大量排出，要受周蒸汽能否大量排出，要受周围围汽体条件的影响。汽体条件的影响。干燥是干燥是传热传热和和传质传质相相结结合的操作，干燥速度由合的操作，干燥速度由传热传热速速率和率和传质传质速率共同控制。速率共同控制。二、常用的干燥方法及干燥二、常用的干燥方法及干燥过过程程对对流加流加热热干燥法干燥法接触加接触加热热干燥法干燥法冷冷冻冻升升华华干燥法干燥法 冷冷冻冻 升升华华 剩余水分蒸剩余水分蒸发发三、影响干燥速率的因素：三、影响干燥速率的因素：1、湿物料的性、湿物料的性质质和形状和形状主要是指物料的物理主要是指物料的物理结结构（构（导热导热性能），化性能），化学学组组成、形状和大小（决定水的存在

37、状况），成、形状和大小（决定水的存在状况），物料物料层层的厚度、水分的的厚度、水分的结结合方式。合方式。2.湿物料本身的温度湿物料本身的温度一般来一般来说说，越高，速度越快，越高，速度越快(温度越高，水分运温度越高，水分运动动速率越快速率越快)。3.干燥介干燥介质质的温度的温度通常：越高，速度越快，不能无限制的提高，通常：越高，速度越快，不能无限制的提高，应应低于物料低于物料的的变质变质(分解、焦化、熔融分解、焦化、熔融)温度。干燥介温度。干燥介质质的的进进出口温差越出口温差越小，干燥小，干燥V，但，但热热的利用效率下降。的利用效率下降。4.干燥介干燥介质质和被干燥物料的接触情况和干燥器和被干

38、燥物料的接触情况和干燥器类类型型喷雾喷雾、沸、沸腾腾等不同而异。等不同而异。四、工业发酵中常用的干燥过程四、工业发酵中常用的干燥过程1 1、气流干燥、气流干燥（1 1）特点特点：干燥强度大，时间短干燥强度大，时间短 设备简单，生产能力大，可整合多工序设备简单，生产能力大，可整合多工序 物料要求物料要求（2 2）几种气流干燥器几种气流干燥器l长管式气流干燥流程长管式气流干燥流程l短管式气流干燥流程短管式气流干燥流程l旋风式气流干燥流程旋风式气流干燥流程2 2、沸腾干燥、沸腾干燥原理：气流使固液两相脉动或湍动，水分挥发原理：气流使固液两相脉动或湍动，水分挥发（1 1）特点特点快速，物料短时受热快速

39、，物料短时受热传热系数大，生产能力高传热系数大，生产能力高设备简单，自动化设备简单，自动化可调节物料受热时间可调节物料受热时间对物料及其中颗粒的物理特性有一定要求对物料及其中颗粒的物理特性有一定要求纵向返混纵向返混停留时间不均停留时间不均（2 2）设备与应用设备与应用根据物料特性选用加料器根据物料特性选用加料器单层沸腾干燥流程单层沸腾干燥流程喷雾沸腾造粒干燥流程喷雾沸腾造粒干燥流程3 3、喷雾干燥、喷雾干燥物料雾化，水分急速蒸发物料雾化，水分急速蒸发特点特点：快速优质快速优质可得无菌粉末态产品，可通过改变操作条件控制可得无菌粉末态产品，可通过改变操作条件控制粉末物理性质粉末物理性质自动化，连续化自动化，连续化昂贵，耗能昂贵，耗能常见应用方式常见应用方式l压力喷雾干燥压力喷雾干燥l离心喷雾干燥离心喷雾干燥l气流喷雾干燥气流喷雾干燥4 4、冷冻升华干燥冷冻升华干燥低温低压升华水分低温低压升华水分特点特点：保持产品活性、形态、溶解度保持产品活性、形态、溶解度效率低，投入大效率低，投入大设备结构：设备结构：冷冻部分冷冻部分真空部分真空部分 去除水汽部分去除水汽部分加热部分加热部分5 5、真空干燥、真空干燥负压下加热去除水分负压下加热去除水分低温干燥低温干燥快速快速可回收溶剂可回收溶剂无空气氧化无空气氧化设备分为间歇式和连续式设备分为间歇式和连续式