ВЫПАРИВАНИЕ ВЫПАРНЫЕ УСТАНОВКИ Выполнила-Камнева М А ПРЕЗЕНТАЦИЯ

ВЫПАРИВАНИЕ. ВЫПАРНЫЕ УСТАНОВКИ. Выполнила-Камнева М. А.

ПРЕЗЕНТАЦИЯ: ВЫПАРИВАНИЕ. ПЛАН РАБОТЫ. Общая характеристика процесса. • Однокорпусные выпарные установки. • Многокорпусные выпарные установки. • Схемы вакуум-выпарных установок, область использования и назначение их элементов. •

ВЫПАРИВАНИЕ. Выпаривание - концентрирование растворов при кипении за счет превращения в пар части растворителя. Образующийся при этом вторичный пар может быть использован как горячий теплоноситель в других аппаратах. Выпарные аппараты предназначены для повышения концентрации вещества, находящегося в растворе, или частичного выделения его в твердом виде из пересыщенного раствора выпариванием растворителя

Источником тепловой энергии при выпаривании могут служить любые теплоносители, хотя чаще всего используется насыщенный водяной пар, который называют греющим, или первичным. Греющий пар отдает тепло выпариваемому раствору через стенку ( «глухой» пар). Пар, образующийся при кипении выпариваемого раствора, называют вторичным.

Выпарные аппараты можно классифицировать по ряду признаков: по расположению поверхности нагрева - на горизонтальные, вертикальные и реже наклонные; по роду теплоносителя — с паровым обогревом, газовым обогревом, обогревом высокотемпературными теплоносителями (масло, даутерм, вода под высоким давлением), с электрообогревом (чаще всего применяют паровой обогрев); по способу подвода теплоносителя - с подачей теплоносителя внутрь трубок (кипение в большом объеме) или в межтрубное пространство (кипение внутри кипятильных труб); по режиму циркуляции - с естественной и искусственной (принудительной) циркуляцией; по кратности циркуляции - с однократной и многократной циркуляцией; по типу поверхности нагрева - с паровой рубашкой, змеевиковые и, наиболее распространенные, с трубчатой поверхностью различной конфигурации.

К КОНСТРУКЦИИ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ ДОЛЖНЫ БЫТЬ ПРЕДЪЯВЛЕНЫ СЛЕДУЮЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ: простота, компактность, надежность, технологичность изготовления, монтажа и ремонта; - стандартизация узлов и деталей; - соблюдение требуемого режима (температура, давление, время пребывания раствора в аппарате), получение полупродукта или продукта необходимого качества и требуемой концентрации, устойчивость в работе, по возможности более длительная работа аппарата между чистками при минимальных отложениях осадков на теплообменной поверхности, удобство обслуживания, регулирования и контроля за работой; высокая интенсивность теплопередачи, малый вес и невысокая стоимость одного квадратного метра поверхности нагрева.

В зависимости от свойств выпариваемого раствора и дальнейшего использования тепла вторичного пара выпаривание производят как при атмосферным давлением, так и при давлениях выше (избыточном) или ниже атмосферного (вакуум). Выпаривание под вакуумом имеет ряд преимуществ:

а) позволяет снизить температуру кипения раствора, что очень важно при выпаривании растворов, чувствительных к высоким температурам, а также высококипящих растворов, когда температура греющего агента не позволяет вести процесс при атмосферном давлении; б) при вакууме увеличивается разность температур между греющим агентом и кипящим раствором, что, при прочих равных условиях, позволяет уменьшить поверхность теплообмена аппарата; в) за счет понижения температуры кипения раствора при разрежении можно использовать греющий агент более низких рабочих параметров (температуры и давления); г) можно использовать в качестве греющего агента вторичный пар самой выпарной установки, что значительно снижает расход первичного греющего пара (см. многокорпусное выпаривание).

ВАКУУМ-АППАРАТЫ

УСТРОЙСТВО ВАКУУМ-ВЫПАРНОГО АППАРАТА Вакуум-выпарной аппарат представляет собой герметичную цилиндрическую емкость из нержавеющей пищевой стали, оснащенную перемешивающим устройством с приводом, тепловой рубашкой с теплоносителем. Разряжение в аппарате создается при помощи вакуум-насоса. На пульте управления находятся пускатели перемешивающего устройства, вакуум-насоса, терморегулятор с индикацией значения температуры продукта, пускатели ТЭНов (при электроподогреве). Разряжение в аппарате контролируется при помощи вакуометра. Предусмотрена возможность регулирования давления в аппарате.

Вакуум-выпарной аппарат по желанию заказчика может быть изготовлен с конической, сферической или плоской верхней частью (крышкой), крепящейся на барашках. -Возможно изготовление аппарата со сварной верхней крышкой, т. е. рабочая емкость аппарата представляет собой цельный цилиндрический сосуд, заключенный в тепловую рубашку. Тепловая рубашка может быть выполнена как с электроподогревом теплоносителя (вода, глицерин), так и для обогрева паром. Для удобства контроля за процессом емкость может быть укомплектована смотровым люком в цилиндрическом корпусе выше тепловой рубашки. Для загрузки сырья и для удобства обслуживания возможно вмонтирование герметичного люка, либо на боковой поверхности выше тепловой рубашки, либо на крышке, крепящейся на барашках.

В фармацевтическом производстве находят применение два типа вакуум-испарителей, различающихся по способу нагрева: а) вакуум-испарители, в которых греющий пар находится в паровой рубашке, - шаровые вакуум-аппараты; б) вакуум-испарители с поверхностью нагрева, составленной из трубок, трубчатые вакуум-аппараты.

1. ШАРОВОЙ ВАКУУМ-АППАРАТ; 2. ТРУБЧАТЫЙ ВАКУУМ-АППАРАТ

Шаровые вакуум-аппараты. Устройство такого аппарата показано на (рис. ). Шаровой или овальной формы корпус аппарата 1 в нижней части снабжен паровой рубашкой 2, а в верхней - шлемом 3, соединяющимся с конденсатором. Корпус аппарата разъемный и состоит из двух частей, соединяющихся между собой разбортованными краями 8 с помощью болтов. Верхняя полусфера снабжена лазом 9, который служит для очистки внутренней поверхности аппарата, воздушным краном 10, термометром 11, вакуумметром 12 и двумя смотровыми стеклами 13(одно невидимое, так как находится с противоположной стороны и освещается электрической лампой). Греющий пар в паровую рубашку подают через штуцер 6, а конденсат отводят через штуцер 7. Вытяжку для сгущения подают в вакуум-аппарат через штуцер 4, а сгущенную, но еще подвижную жидкость спускают через трубу 5. Выпарная часть аппарата изготовляется из меди, алюминия или железа с эмалевым покрытием. Рубашка из литого железа приклепывается или привается к корпусу котла. Для получения густых жидкостей применяются вакуум-аппараты со съемной верхней половиной, опрокидывающейся выпарной чашей и мешалкой.

Трубчатые вакуум-аппараты. Из трубчатых вакуумаппаратов, конструкция которых отличается большим разнообразием, в фармацевтическом производстве нашли применение аппараты с вертикальными трубками (рис. ). Аппарат этого типа имеет цилиндрический корпус, в нижней части которого на расстоянии 0, 75 -1, 5 м друг от друга установлены две трубные решетки А, равные диаметру корпуса. В отверстиях трубных решеток ввальцованы многочисленные трубки диаметром 50 -75 мм. В середину трубной решетки ввальцована широкая труба диаметром до 500 мм, называемая циркуляционной трубой В. Греющий пар поступает в пространство между решетками и трубками через штуцер 1 и нагревает находящуюся внутри трубок жидкость. Конденсат вводится через штуцер 2, а неконденсирующиеся газы (воздух) - через штуцер 3. Вытяжка для выпаривания поступает в аппарат через штуцер 4. После сгущения вытяжку, не потерявшую подвижности, спускают через трубу 5. Выпариваемая жидкость заполняет все пространство под нижней решеткой, и на некоторой высоте все трубки, в том числе и циркуляционную трубу. В тонких трубках выпариваемая жидкость очень быстро закипает.

ВАКУУМ-ВЫПАРНАЯ УСТАНОВКА Типовая вакуум-выпарная установка, состоит из следующих составных частей: 1) вакуумаппарата (испаритель); 2) конденсатора; 3) приемников; 4) ресивера; 5) вакуум-насоса.

Так как соковый пар содержит пары ценного экстрагента. Для этой цели устанавливается поверхностные конденсатор, который может быть трубчатым или эмеевиковым, прямоточным или противоточным. Разрежение создается с помощью масляного или другой конструкции «сухого» вакуум-насоса. Приемники, или сборники, представляют собой цилиндрические сосуды, стенки которых рассчитаны на создаваемое в них разрежение

Обычно в установке имеются два сборника, из которых один находится в работе, а другой в это время в разгрузке. Достигается это путем перекрытия кранов. Между сборниками и вакуумнасосом устанавливается промежуточный сборник-ресивер, назначение которого заключается в предохранении насоса от попадания конденсата в случае переполнения (по недосмотру) приемника или переброса жидкости. В обычных же условиях ресивер играет роль буфера, создающего большую плавность работе всей установки.

ПОНЯТИЯ ОДНОКОРПУСНОГО И МНОГОКОРПУСНОГО ВЫПАРИВАНИЯ В химической технике выпаривание осуществляют либо в одном аппарате (однокорпусное выпаривание), либо в нескольких последовательно соединенных между собой аппаратах (многокорпусное выпаривание). Применяется также однокорпусное выпаривание с тепловым насосом.

ОДНОКОРПУСНОЕ ВЫПАРИВАНИЕ При однокорпусном выпаривании раствор выпаривается от исходной до конечной концентрации в одном и том же аппарате. Однокорпусное выпаривание применяют либо в небольших по масштабу производствах, либо при агрессивных растворах, требующих для изготовления аппарата дефицитных материалов, либо если экономия пара не имеет существенного значения.

СХЕМА УСТРОЙСТВА ВЫПАРНОГО АППАРАТА 1 – греющая камера; 2 – паровое пространство; 3 – греющие трубки; 4 – циркуляционная труба; 5 – каплеотбойник

Процесс выпаривания проводится периодически или непрерывно. В периодически действующих аппаратах загрузка исходного раствора, выпаривание его до необходимой более высокой концентрации и выгрузка упаренного раствора производятся последовательно. Опорожненный аппарат вновь наполняется исходным раствором и процесс повторяется. В аппаратах непрерывного действия исходный раствор непрерывно подается на выпаривание в аппарат, а упаренный раствор также непрерывно отводится из него. Аппараты непрерывного действия по сравнению с периодическими более экономичны в тепловом отношении

Выпаривание проводят в аппаратах различного типа. Выбор типа выпарного аппарата определяется физико – химическими свойствами раствора и режимом теплопередачи: с естественной циркуляцией раствора; с принудительной циркуляцией раствора (при выпаривании вязких растворов); пленочные аппараты (для выпарки чистых некристаллизующихся растворов и растворов, чувствительных к высоким температурам).

МНОГОКОРПУСНОЕ ВЫПАРИВАНИЕ Многокорпусное выпаривание позволяет более экономично проводить процесс выпаривания за счет многократного использования пара. Сущность многокорпусного выпаривания состоит в том, что процесс проводится в нескольких последовательно соединенных аппаратах, давление в которых поддерживается так, чтобы вторичный пар предыдущего аппарата можно было бы использовать в качестве греющего в последующем.

По взаимному направлению движения пара и выпариваемого раствора различают три основные схемы многокорпусных вакуумвыпарных установок: - с прямоточным питанием; - с противоточным питанием; - с параллельным питанием корпусов

-В схеме с прямоточным питанием корпусов раствор из корпуса в корпус и греющие пары движутся в одном направлении. Вследствие уменьшения давления от первого корпуса к третьему раствор перетекает естественным током (без насосов). -В схеме с противоточным питанием греющий пар и выпариваемый раствор движутся из корпуса в корпус в противоположных направлениях. Так как в этой схеме раствор поступает из корпуса с меньшим давлением в корпус с более высоким давлением, то для перемещения раствора необходимо устанавливать насосы. Это требует дополнительного расхода энергии, усложняет установку и затрудняет ее регулирование. -В схеме с параллельным питанием греющие пары перемещаются аналогично первым двум схемам, а исходный раствор подается одновременно во все корпуса, упаренный раствор также одновременно отбирается из всех корпусов. Эта схема применяется в основном при выпаривании кристаллизующихся растворов, которые трудно перемещать из корпуса в корпус вследствие закупоривания перепускных трубопроводов и арматуры.

МНОГОКОРПУСНАЯ ПРЯМОТОЧНАЯ ВЫПАРНАЯ УСТАНОВКА 1 -3 – корпуса установки; 4 – барометрический конденсатор; 5 – ловушка

МНОГОКОРПУСНАЯ ПРОТИВОТОЧНАЯ ВЫПАРНАЯ УСТАНОВКА : 1 -3 – корпуса установки; 4 – насосы

Многокорпусная выпарная установка с параллельным питанием корпусов (1 -3)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Т. С. Кондратьева «Технология лекарственных форм» в 2 х томах М. Медицина 1991 г. Руководство к лабораторным занятиям по аптечной технологии лекарственных форм. Под редакцией Т. С. Кондратьевой. М. Медицина 1986. И. И. Краснюк, Г. В. Михайлова «Практикум по технологии лекарственных форм» Москва, «Академия» 2006 г. Для высшего профессионального образования И. А. Муравьев. Технология лекарств. В 2 х томах. М. Медицина. 1980 г.