真空蒸汽在热敏性药物浓缩的应用探讨

王国君, 徐世富

（浙江诚信医化设备有限公司，浙江 台州 318012）

饱和水蒸汽在工业热源中占有重要的地位，与热水或热油比较具有独特的优势。利用潜热快速、均匀地加热；压力和温度能精确地控制；传热系数高；来源于水，安全并且低成本。饱和水蒸汽按压力来划分，分为正压蒸汽和真空蒸汽。正压蒸汽在0.1～5 MPa的绝对压力范围内，温度在110～250 ℃。真空蒸汽是指气压小于大气压，温度低于100 ℃的蒸汽［1］，这种蒸汽的应用近年来得到了迅速的发展，像正压蒸汽一样使用，温度可以通过调节压力迅速改变，使精确控制温度成为可能，而热水不能实现这功能。

在精细化工、医药、食品等工业中，热敏性物料在较高温度或较长时间受热蒸发时易发生分解、聚合或异构化等化学反应，从而影响产品的质量以及收率。工业中，通常采用减压蒸发来降低热敏性物料的沸点，阻止热敏性物料的分解、聚合或少副反应［2］。选用持液量少，停留时间短的蒸发器以使降低热敏性物料变质的机率。为了提高其产品品质，不仅在合成的工艺了上优化，同时在设备上寻求高效率、适用性强的装备。常规设计都会采用热水做为热源。但热水传热系数低，设备体积大，占地空间大，传热不均匀等缺点。目前国内外在真空蒸汽的研究越来越多，对热敏性物料的浓缩提供了方便，不仅应用于医药化工，同时也可以应用于食品、取暖、电气等行业，有其广阔的前景。

乙酸乙酯是一种快干性溶剂，具有优异的溶解能力，是极好的工业溶剂。可用于硝酸纤维素、乙基纤维素、氯化橡胶和乙烯树脂、醋酸纤维素酯、醋酸丁酸纤维素和合成橡胶，也可用于复印机用液体硝基纤维墨水。可作粘接剂的溶剂、喷漆的稀释剂。在纺织工业中可用作清洗剂，在食品工业中可作为特殊改性酒精的香味萃取剂，还用作制药过程和有机酸的萃取剂。在香料工业中是重要的香料添加剂，可作调香剂的组分。也是制造染料、药物和香料的原料。是许多类树脂的高效溶剂，广泛应用于油墨、人造革生产中。能与醇、醚、氯仿、丙酮、苯等大多数有机溶剂混溶［3］。

1 热敏性药物浓缩工艺概况

某公司生产一种具有热敏性、高附加值的药物，该药物遇热不稳定，极易发生分解或聚合或氧化等变质反应，造成经济上重大损失，在工业生产中应当极力避免。该药物含乙酸乙酯溶剂，须将乙酸乙酯分离出去提高其质量含量，乙酸乙酯沸点77.1 ℃（101.3 kPa），本工艺要求蒸发温度控制在35 ℃左右，否则该药物易分解。加热介质温度控制在50～60 ℃。

2 蒸发器选型及加热介质选择

2.1 蒸发器选型—降膜式蒸发器

蒸发器的结构形式很多［4］，如夹套釜式蒸发器、中央循环管蒸发器、升膜蒸发器、降膜蒸发器、强制循环蒸发器、刮膜蒸发器等等，选用时应结合具体的蒸发任务，如被蒸发溶液的性质、处理量、蒸浓程度等工艺要求，选择适宜的形式［5］。例如对热敏性料液，要求较低的蒸发温度，并尽量缩短溶液在蒸发器内的停留时间，以选择膜式蒸发器为宜［6］；对于处理量不大的高粘度、有结晶析出或易结垢的溶液，则可选择刮板式蒸发器。如果在选型时有几种形式的蒸发器均能适应溶液的性质和蒸发要求，则应进一步作经济比较来确定更适宜的形式。本工艺采用降膜式蒸发器，物料在蒸发器中停留时间不到1 min,已蒸发的物料不再重复进入蒸发器内［7］。

2.2 操作条件选择—低温真空蒸发

根据试验结果及经验可知，在浓缩结晶过程中，热敏性物料的受热温度不能超过40 ℃，一般在工业生产中控制其料液温度不超过35 ℃，蒸发温度过高会造成原料变质或产品质量降低，由于受热敏性的限制，传热温差较少，产率较低，我们采用真空低温蒸发操作。在经济的真空度范围可将热敏性物料沸点降至35 ℃左右，适度加大了传热温差。

2.3 加热介质选择—真空蒸汽

对于热敏性物料浓缩，常规设计加热介质会选择热水。但热水加热传热系数低，受热不均匀，蒸发器面积大的设备需配置大型离心泵，能耗高。正压蒸汽温度大于100 ℃，传热系数高，受热均匀，但对物料有破坏作用。采用真空蒸发温度低于 100℃，为弥补上述缺点，加热介质选择真空蒸汽（又称负压蒸汽），是理想的加热介质。

3 真空蒸汽浓缩热敏性药物工艺流程及要求

3.1 工艺流程

真空蒸汽降膜脱溶工艺流程图如图1所示。

采用离心泵将原料液输送至降膜蒸发器顶部经高效分布器分配进入表面光滑的降膜管［8-10］，以均匀的液膜状沿加热管的内壁向下流动，并与管外的真空水蒸汽进行热交换。料液很快被加热至沸点而沸腾，乙酸乙酯被蒸发并产生二次蒸汽，料液被浓缩，浓缩液与二次蒸汽一起向下流动，在二次蒸汽的诱导及分离器高真空的吸力下，被浓缩的物料及二次蒸汽以较快的速度沿切线方向进入分离器。在分离器离心力作用下，物料沿其周壁高速旋转，并均匀分布于周壁及锥底上，物料液表面积增大，加速了乙酸乙酯的进一步汽化。二次蒸汽及其夹带的物料液滴、经雾沫分离器进一步分离后，二次蒸汽导入冷凝器冷凝。冷凝后液体到溶剂贮罐内。整套工艺处真空状态下工作。

图1 真空蒸汽降膜脱溶工艺流程Fig.1 Process flow sheet of removing solvent with falling film evaporator

3.2 安装注意事项

降膜式蒸发器蒸发强度大，停留时间短。此蒸发器不仅在制造中严格保证设备水平度及垂直度，而且在安装过程中也确保设备水平度及垂直度，避免流体分布偏流，否则严重影响蒸发强度。

3.3 真空蒸汽发生器

真空水蒸汽系统由一台离心泵、蒸发器、正压饱和水蒸汽、温控系统、电磁阀、真空泵等组成，采用正压饱和水蒸气直接加热软水，使得软水在特定的真空度下汽化产生真空蒸汽，并在真空的牵引下进入蒸发器进行热交换，类似司孟华等介绍热泵蒸发原理［11］，可以通过温控器精确控制温度，确保不使热敏性药物受到破坏。此装置热量利用率高，产生蒸汽速率快。真空蒸汽设备必须配有真空泵，因为仅仅降低气压是不会使其低于大气压的［12］。

4 真空饱和水蒸汽的加热优点

本装备采用负压饱和水蒸汽具有以下优点：1）真空饱和水蒸汽像正压蒸汽使用一样，可以通过调节气压迅速改变蒸汽的温度，使精确控温成为可能，而热水则做不到这点［1］。2）蒸发器的有效温度差△Tm,对于一侧为水蒸汽冷凝、另一侧为液体沸腾情况，理论上温差即为加热蒸汽的饱和温度与液体在操作压强下的沸点之差。比热水加热温差△Tm值大。

3）流体在传热过程中有相变化，对流传热系数比无相变化时要大得多。4）真空饱和水蒸汽潜热较大，其潜热是随着温度的降低而增大的；5）受热均匀；6）热水中的杂质由于加热分解，相互反应而生成水渣形成水垢，降低传热系数，而水蒸汽基本无此现象。

5 结 论

真空蒸汽降膜蒸发浓缩工艺，采用降低加热介质的潜热及高效液体分布器的降膜式蒸发器以及换热器，解决了热敏性物料由于受热时间长，受热温度过高易变质的难题，使用专用低温蒸汽发生器，充分利用蒸汽资源，节约能量。采用低温真空蒸发、单效降膜蒸发器工艺处理热敏性物料，得到较高收率及较高质量的产品。

［1］百度文库.蒸汽是被广泛使用的热源[EB/OL].http://wenku.baidu.com/view/65355a0002020740be1e9b1d.html.

［2］宋星星，朱泽华，黄敬,等. 热敏性废碱液蒸发过程的强化［J］.化学工业与工程，2003， 20(2):123-125.

［3］解一军，杨宇婴.溶剂应用手册［M］. 第一版.北京：化学工业出版社，2009:234-235.

［4］时钧，汪家鼎，余国琮，等.化学工程手册［M］. 第二版 上卷.北京：化学工业出版社，1996:9-29.

［5］百度文库.蒸发过程及其特点[EB/OL]. http://wenku.baidu.com/view/1b9bb622bcd126fff7050b11.

［6］朱玉峰，王薇，崔海亭. 大型降膜蒸发器液体分布器的设计［J］.食品与机械，2007， 23(1):104-111.

［7］刘殿宇，翟志英. 用于乙酸乙酯蒸发的单效降膜式蒸发器的设计及应用［J］. 医药工程设计，2010，31（1）：10-12.

［8］ 巫振辉. 一种新型降膜蒸发器液体分布装置的设计［J］. 轻工机械，2004， (3):35-36.

［9］韦其兴. 三效逆流降膜蒸发装置运行总结［J］. 氯碱工业，2011，47（12）：25.

［10］李培国，叶志凤，陆晓庆. 双效薄膜蒸发技术处理氯化铵废水研究［J］. 杭州化工，2006， 36(3):27-28.

［11］司孟华，朱玉峰，张继军,等. 对羟基左旋苯甘氨酸三效热泵蒸发结晶工艺的开发研究［J］. 现代化工，2007， 27(4):49-53.

［12］中国石化集团上海工程有限公司.化工工艺设计手册［M］. 第四版.北京：化学工业出版社，2009: 656-663.