1、第二节 药液的浓缩设备,一.药液浓缩的基本原理药液的浓缩在化工操作单元中称为蒸发，因其含义更为广泛，故下面均称为蒸发。（一）蒸发的定义蒸发是通过汽化除去溶液中溶媒的操作过程。在药剂生产中蒸发主要在应用于三个方面：药液的浓缩；回收浸出操作的有机溶媒；制取饱和溶液，为溶质析出结晶创造条件。,（二）蒸发的分类1.按加热的方式可分为直接加热与间接加热蒸发。直接加热蒸发是将热载体直接通 入溶液之中，使溶剂汽化；间接加热蒸发是热能通过间壁传给溶液。2.按操作在力大小分可为常压蒸发，加压蒸发和减压蒸发。 3.按蒸发的效数可分为单效蒸发与多效蒸发 。,降膜式单效蒸发流程图,外循环单效蒸发器,三.多效蒸发(一)
2、 多效蒸发的原理多效蒸发是将一个蒸发器产生的二次蒸汽通入另一个蒸发器加热蒸汽使用，由于所 产生的二次蒸汽的压强和温度都比原加热蒸汽为低，但只要第二个蒸发器的料液压强和 沸点比第一个为低（存在温差），既可用来加热，此时第二个蒸发器的加热室相当于第 一个蒸发器产生二次蒸汽的冷凝器。第一个蒸发器称一效，第二个蒸发器称二效。如二 效产生地二次蒸汽再做另一个蒸发器的加热蒸汽使用则是三效了,这就是多效蒸发的原理。,（二） 多效蒸发的流程按加热蒸汽和二次蒸汽走向与原料液走向的相对关系，多效蒸发的流程可分为并流 操作，逆流操作和平流操作三种流程。,1.并流流程（1）定义：溶液与二次蒸汽的流向都相同。 （2）优
3、点：前一效的溶液可在此压强差下，自动流入后一效蒸发器中。省去效间溶液加压泵装置 。 （3）缺点：后效的溶液浓度大，粘度也大，传热系数K值较小。,2.逆流流程（1）定义：溶液与二次蒸汽的流向相反。 （2）优点：后效溶液浓度增大 。 （3）缺点：溶液不能自动从后效进入到前一效，因此必须由效间加压将溶液泵入各效蒸发器 。,3.平流流程（1）定义：进入每效蒸发器的料液都是新鲜原料液，只是加热蒸汽除第一效外，皆是前一效的二次蒸汽。 （2）适用：流程只适用于在蒸发过程中有结晶析出的过程，因为料液中一旦有固体析出，则不能在多效间输送 。,（三） 多效蒸馏水机用途：针剂中的蒸馏水的制备。原料：去离子水 。,多
4、效蒸馏水机工作原理,多效蒸馏水机,四、蒸发设备组成：蒸发器基本上是由加热室，分离室和除沫器三部分组成。 加热室可分夹套式，蛇管式和管壳式三种。目前多用管壳式，加热蒸汽走管间，料液走管内。 分离室也称蒸发室，分离室的作用是将加热室产生的夹有雾沫的二次蒸汽与雾滴分开，多是位于加热室上方的一个较大的空间。 除沫器分内置外置二种，作用是阻止细小液滴随二次蒸汽溢出。从结构上除沫器可分为离心式、挡板式和丝网式等。,夹套式,蛇管式,管壳式换热器,蒸发器,波纹形除沫器,（一）敞开式夹层罐 图318所示为一敞口蒸罐，是典型的常压设备。 工作原理：加热蒸汽通入夹套，冷凝水从夹套底部排除，产生的二次蒸汽直接排放在大
5、气 中。蒸发操作结束后，完成液的排出可通过夹层缸支撑轴上的蜗轮蜗杆传动，转动手柄即 可使缸体倾斜，而将完成液倒出。,可倾式夹层罐,（二）循环式蒸发器1.中央循环管式蒸发器,工作原理：加热室为一管壳式换热器，换热器中央装一管径比列管大得多的中央循环管。 由于管径大，管内横截面积大，单位体积溶液的传热面积小，接受的热量就少，温度相对 较低，中央管的液体密度相对列管中液体较大，这样在加热室内形成了液体从各管上升， 从中央管下降的自然循环。优点：构造简单，设备紧凑，便于清理检修。 适用范围：适用于粘度较大的料液。中央循环管式蒸发器又称为标准式蒸发器。,中央循环管式蒸发器,2.悬筐式蒸发器 比较：与中央
6、循环管 式蒸发器的不同？特点：蒸发器的循环 效果比中央循环管的 要好，但构造较复杂， 价格较昂贵。适用范围：适用于易 结垢或有结晶析出的 溶液。,3.外加热式蒸发器工作原理：受热后沸腾溶液从加热室上升至蒸发室，分离出的液体部分经循环管返回加热 室。因循环管内液体不受热，使此处料液密度比加热室料液大很多，故而加快了循环速率， 流速可高达115m/s，传热系数也相应提高至14003500w/m2K。特点：此种蒸发器与前者相比除有较高的传热速率外，尚能降低整个蒸发器的高度，适应 能力强，但结构不紧凑，热效率教低。,WZI型外加热式真空蒸发器,4.强制循环蒸发器特点：是蒸发速率较高，料液能很好的循环。
7、 适用：粘度大易出结晶、泡沫和污垢的料液； 缺点：增加了动力设备和动力消耗。,强制循环蒸发器工作原理,强制循环蒸发器,（三）单程式蒸发器 热性物料的浓缩如采用循环式的蒸发器就不适合了，因为循环式蒸发器的料液在不断循环 加热才能形成完成液，致使料液受热时间长，影响药物的质量，故需要采用一种物料受热 时间短至几秒钟，就能达到浓缩要求的蒸发设备，单程式蒸发器就能满足这一要求。1.升膜式蒸发器,工作原理：当管内的原料液被加热时，贴近管壁处的料液受热沸腾后产生气泡，在继续受热后，小气泡汇集成大气泡，既而气泡破裂形成二次蒸汽柱，并急速上升，管内的液体被迅速上升的气体拉曳，在管壁形成液膜且随蒸汽而上升，此时
8、的状态称为爬膜。继续加热时产生的二次蒸汽越来越多，上升的气流速度进一步加大，管壁上的料液随蒸汽离开液膜变成喷雾流，此时管壁上的液膜变得更薄。薄膜蒸发器最好的操作状态就是爬膜和喷雾流。,工作条件：一般的薄膜蒸发形成爬膜的条件为：溶液应预热到接近沸点温度；常压蒸发时 二次蒸汽在管内的流速要在2050m/s之间，减压蒸发在100160m/s之间；加热蒸汽与料 液的温度差应为2035K。,特点：升膜式蒸发器的总传热系数可达6006000w/m2K。蒸发量非常大。适用范围：适用于较稀溶液的浓缩，不适用于粘度大及易结晶或结垢的料液的蒸发。,单效升膜式蒸发器,三效升膜式蒸发器,2.降膜式蒸发器,工作原理：其
9、料液与二次蒸汽运行方向与升膜蒸发器相反，从蒸发器上方进料，料液通过 液体均布器，平均流入各列管，料液靠重力和二次蒸汽的共同作用呈膜状由上至下流动。 二次蒸汽夹带完成液从蒸发器下部进入分离器，完成液从分离器底部放出。特点：降膜蒸发器的传热系数比升膜蒸发器要小，约为11003000w/m2K。但由于流液 方向与重力一致，故流速更快，在蒸发器中停留时间更短。适用范围：因此更适用于热敏性物料的蒸发操作。同时也可适用于粘度较高的料液的浓缩 操作。,单效降膜式蒸发器,三效降膜式蒸发器,3.回转式薄膜蒸发器,工作原理：料液从壳壁上方切向进入，在转动刮板、重力和离心力作用下，料液在壳壁形 成旋转下降的液膜，接
10、受壁面传入的热量产生蒸发，所形成的二次蒸汽从壳体上方排出。特点：这种形式的蒸发器由于膜的形成靠机械作用故操作弹性大。适用范围：特别适用于易结晶，结垢和高粘度的热敏性物料。缺点：设备加工精度高，刮板至壳壁的间隙仅为0.82.5mm;消耗动力比较大；传热面积 小，一般只有3-4m2,最大也不超过40m2,故蒸发量比较小。,回转式薄膜蒸发器,（四） 蒸发器的辅助设备1.除沫装置,作用：使液体从二次蒸汽中分离出来，以减少产品损失。分类：折流式、丝网式和离心式等。,丝网式除沫器,2.凝气与不凝气排除装置,蒸发出的二次蒸汽是有机溶媒。可用间壁冷凝器冷凝成液体回收使用，当二次蒸汽 为水蒸气时，则经冷凝后排出的仅是不凝气。水蒸气的冷凝可采用汽水直接接触的混合 式冷凝器。在减压蒸发时，冷凝器下方必须连接一大于10m的排水管，俗称“大气腿”， 否则在大气压的作用下，空气会从排出管下方进入冷凝器，使冷凝液不能自行排放。高 位逆流混合式冷凝器如图327所示。,
