基本介紹
簡介,區別,蒸發,目的,分類,蒸發設備的要求,結晶,介紹,理論,
簡介
蒸發是指物質從液態轉化為氣態的相變過程，結晶是指物質從液態（溶液或熔融狀態）或氣態形成晶體。在化學中，蒸發是指通過加熱使溶液中的某種物質達到沸點並揮發出來的過程，結晶是指溶液中的溶質達到過飽和而析出晶體的過程。在化學中蒸發和結晶經常是在一起的，因為蒸發的目的一般就是讓溶液中溶劑揮發出來，從而使溶液中某種溶質達到過飽和，從而使其結晶。
區別
蒸發操作作為化工領域的重要的操作單元之一，在生物工業中被廣泛採用。由於生物工業所生產的產品通常為具有生物活性的物質，或對溫度較為敏感的物質，這是蒸發濃縮操作在生物工業中應特別注意的問題。
在發酵工業中，蒸發操作常用於將溶液濃縮至一定的濃度，使其他工序更為經濟合理，如將稀酶液濃縮到一定濃度在再進行沉澱處理或噴霧乾燥，或將稀溶液濃縮到規定濃度以符合工藝要求，如將麥芽汁濃縮到規定濃度再進行發酵；或將溶液濃縮到一定濃度以便進行結晶操作。
結晶操作是獲得純淨固體物質的重要方法之一。發酵工業的許多產品，如谷氨酸鈉，檸檬酸、葡萄糖、核苷酸等都是用結晶的方法提純精製的。
蒸發與結晶之間最大區別在於，蒸發是將部分溶劑從溶液中排出，使溶液濃度增加，溶液中的溶質沒有發生相變，而結晶過程則是通過將過飽和溶液冷卻、蒸發，或投入晶種使溶質結晶析出。結晶過程的操作與控制比蒸發過程要複雜的多。有的工廠將蒸發與結晶過程置於蒸發器中連續進行，這樣雖然可以節約設備投資，但對結晶晶體質量、結晶提取率即產品提取率將造成負面影響。
蒸發
目的
1．利用蒸發操作取得濃溶液；
2．通過蒸發操作製取過飽和溶液，進而得到結晶產品。
3．將溶液蒸發並將蒸汽冷凝、冷卻，以達到純化溶劑的目的。
分類
按操作壓力
按操作空間的壓力可分為：常壓、加壓或減壓蒸發。
減壓蒸發也稱真空蒸發。它是在減壓或真空條件下進行的蒸發過程，真空使蒸發器內溶液的沸點降低，其裝置排氣閥門是調節真空度的，在減壓下當溶液沸騰時，會出現沖料現象，此時可打開排氣閥門，吸入部分空氣，使蒸發器內真空度降低，溶液沸點升高，從而沸騰減慢。
採用減壓或真空蒸發其優點如下：
（1）由於減壓沸點降低，加大了傳熱溫度差，使蒸發器的傳熱推動力增加，使過程強化。 （2）適用於熱敏性溶液和不耐高溫的溶液，即減少或防止熱敏性物質的分解。 （3）可利用二次蒸汽作為加熱熱源。 （4）蒸發器的熱損失減少。
但另一方面，在真空下蒸發需要增設一套抽真空的裝置以保持蒸發室的真空度，從而消耗額外的能量。保持的真空度愈高，消耗的能量也愈大。同時，隨著壓力的減小，溶液沸點降低，其粘度亦隨之增大，常使對流傳熱係數減小，從而也使總傳熱係數減小。此外，由於二次蒸汽的溫度的降低使得冷凝的傳熱溫度差相應降低。
按蒸汽利用情況
可分為單效蒸發、二效蒸發和多效蒸發。
如前所述，要保證蒸發的進行，二次蒸汽必須不斷地從蒸發室中移除，若二次蒸汽移除後不再利用時，這樣的蒸發稱為單效蒸發；若二次蒸汽被引入另一蒸發器作為熱源，在另一蒸發器中被利用，稱為二效蒸發，依次類推，如蒸汽多次被利用串聯操作，則稱為多效蒸發。多效蒸發可提高初始加熱蒸汽的利用率。
按操作流程
可分為間歇式、連續式。
按加熱部分的結構
可分為膜式和非膜式。
薄膜蒸發具有傳熱效果好，蒸發速度快，無靜壓頭產生使得沸點升高的現象等優點，因此，薄膜式蒸發技術得到了很大的發展，成為目前蒸發設備的主流。
蒸發設備的要求
無論哪種類型的蒸發器都必須滿足以下基本要求：
1．充足的加熱熱源，以維持溶液的沸騰和補充溶劑汽化所帶走的熱量。
2．保證溶劑蒸汽，即二次蒸汽的迅速排除。
3．一定的熱交換面積，以保證傳熱量。
結晶
介紹
結晶是指溶質自動從過飽和溶液中析出形成新相的過程。這一過程不僅包括溶質分子凝聚成固體，並包括這些分子有規律的排列在一定晶格中，這種有規律的排列與表面分子化學鍵力變化有關。因此結晶過程又是一個表面化學反應過程。
結晶是製備純物質的有效方法。溶液中的溶質在一定條件下因分子有規律的排列而結合成晶體，晶體的化學成分均一，具有各種對稱的晶狀，其特徵為離子和分子在空間晶格的結點上成有規則的排列。固體
有結晶和無定形兩種狀態。兩者的區別就是構成單位（原子、離子或分子）的排列方式不同，前者有規則，後者無規則。在條件變化緩慢時，溶質分子具有足夠時間進行排列，有利於結晶形成；相反，當條件變化劇烈，強迫快速析出，溶質分子來不及排列就析出，結果形成無定形沉澱。通常只有同類分子或離子才能排列成晶體，所以結晶過程有很好的選擇性，通過結晶溶液中的大部分雜質會留在母液中，再通過過濾、洗滌等就可得到純度高的晶體。許多抗生素、胺基酸、維生素等就是利用多次結晶的方法製取高純度產品的。但是結晶過程是複雜的，有時會出現晶體大小不一，形狀各異甚至形成晶簇等現象，因此附著在晶體表面及空隙中的母液難以完全除去，需要重結晶，否則將直接影響產品質量。由於結晶過程成本低，設備簡單，操作方便，所以目前廣泛套用於微生物藥物的精製。
理論
由於物理或化學原因，使晶體表面溶解並重結晶，於是晶粒之間在接觸點上形成了固體聯結，即形成晶橋，而呈現結塊現象。
物理原因是晶體與空氣之間進行水分交換。如果晶體是水溶性的，則當某溫度下空氣中的水蒸氣分壓大於晶體飽和溶液在該溫度下的平衡蒸汽壓時，晶體就從空氣中吸收水分。晶體吸水後，在晶粒表面形成飽和溶液。當空氣中濕度降低時，吸水形成的飽和溶液蒸發，在晶粒相互接觸點上形成晶橋而粘連在一起。
化學原因是由於晶體與其存在的雜質或空氣中的氧、二氧化碳等產生化學反應，或在晶粒間的液膜中發生複分解反應。由於以上某些反應產物的溶解度較低而析出，而導致結塊。
