液体在装置中的蒸发、结晶、热浓缩和干燥反应
从液体中分离有价值的物质
在许多情况下,剩余的固体就是您想通过蒸发和真空干燥分离出的有价值物质。有时情况正好相反:蒸发的介质是通过冷却凝结成液体的有价值的物质。
通常,只有在干燥物料先经过机械脱水后,真空混合干燥的热干燥才具有经济意义。机械脱水的方法包括过滤漏斗、厢式压滤机、真空膜过滤器或离心机等。一些液体既是溶液又是悬浮液,不能进行机械脱水,必须通过蒸发浓缩。
搅拌器在蒸发器中偶尔会出现问题。
间歇式蒸发器是可加热的真空密封容器。根据需要,它们可配备可加热的内部装置。为了更有效地传递热量,可以安装液体搅拌器。这种液体搅拌器可以改善物质和热量的交换。然而,随着液体粘度的增加,其混合效率会下降。在某些情况下,液体甚至可能变得粘稠和粘滞,或者产品可能会表现出类似于口香糖或湿沙的流动行为。这可能会阻塞和损坏液体搅拌器。为了搅拌/混合这种流动性差的分散体,amixon®开发了特殊的SinConvex®和SinConcave®螺旋搅拌工具。
amixon®搅拌工具同样适用于固体和液体。amixon®真空混合干燥器还可以混合、蒸发、浓缩和干燥粘稠的悬浮液/液体。
蒸气压的测定
下文将确定包含盐类和细分散固体的复杂液体的蒸气压。该方法的目的是分离固体和分离包含在复杂悬浮液/溶液中的液体成分,这些成分是水、醋酸铁、氯化钙、高锰酸钙、铬、碳酸钠、氯化钠、氟化钠、磷酸氢钠、氢氧化钠、硝酸钠、硫酸钠、二氧化硅、金属皂等。
等压法
如今可能已经有用于确定蒸气压的自动化系统。。不过,我们还是有必要了解一下实验装置。这里使用等压容器来确定蒸气压,该实验装置允许在仅几毫巴的绝对压力下精确确定蒸气压。
待测液体/悬浮液位于虹吸管和样品容器中,液体用作隔离介质。虹吸管和容器都位于温控容器中,该容器视野良好。通过阀门(a)和(b)调节真空,使虹吸管中的两个液面处于同一高度。如此调节的系统压力即为液体的蒸气压,数值会随着悬浮液的温度及浓度变化而变化。
蒸气压曲线的计算
克劳修斯-克拉佩龙的简化公式以修正的直线方程描述了液体蒸气压随温度变化的依赖关系。为了对实验结果进行图形分析,使用了一个合适的图表,该图表直观地展示了克劳修斯-克拉佩龙公式。在横坐标上,温度以开尔文为单位的倒数(乘以1000)表示。如果在纵坐标上以对数形式表示压力,则液体的蒸气压将显示为平行的直线。直线的斜率是液体焓的量度。
根据图表可以得出三个有趣的结论:
- 悬浮液中含有多少种不同的液体? 在本例中,测量点的相对直线表明该悬浮液的液相仅由一种液体组成。
- 这是什么类型的液体? 由于直线的斜率与水的斜率相同,所以无论浓度如何,都很可能是水。
- 从蒸发到真空干燥的固体浓度是多少? 可以看到,随着悬浮液浓度的增加,蒸汽压减小。当系统压力为295 毫巴时,12%的悬浮液在70°C时已经开始蒸发。蒸发过程中,压力必须降低到144 毫巴。蒸发大约在80%到85%的固体含量时结束,然后开始干燥湿固体分散体。
在本例中,很容易确定所需的蒸发能量。所需的热量与水在70℃时的汽化热相似:大约为2333 kJ/kg。在此过程中,暂时忽略了由于辐射造成的热量损失。
蒸发、浓缩、高效真空混合干燥
批次蒸发器和真空混合干燥器在高填充率下运行时都具有良好的效率。在本例中,amixon® 混合干燥器在蒸发过程中一旦低于某个填充率,就会不断地用悬浮液进行补充,这可以通过多次步骤或连续进行。固体浓度会继续增加,因此这是一个连续的蒸发过程。只有当设备达到最大填充率时,过程才会结束。最终的固体干燥也在高填充率下进行。
这意味着蒸发和干燥都可以在一个紧凑的设备中进行,非常方便。同一设备也可以用于冷却干燥物,随后将固体批次装入袋子、大袋或散装容器中。
以后我们再介绍外围设备组件的设计,如蒸汽过滤器、冷凝器、热源和搅拌器/混合器驱动的尺寸。
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