蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備課件

第四章蒸發(fā)、結(jié)晶設(shè)備

第一節(jié)蒸發(fā)設(shè)備一.蒸發(fā)設(shè)備應(yīng)滿足的基本要求①充足熱源，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1.二次蒸汽排出口

2.冷凝液排出管

3.進料管

4.攪拌器

5.排料管

6.填料軸封

二.常壓蒸發(fā)設(shè)備夾套加熱式內(nèi)置加熱器式①傳熱強度大，操作時間短，設(shè)備利用率高。

②對鍋體的強度要求低，節(jié)約加工制造成本。

③由于不采用內(nèi)部機械攪拌裝置，不存在夾套加熱式攪拌器轉(zhuǎn)軸的密封問題。設(shè)備的操作及維護簡單，清洗容易，節(jié)約電能，鍋體設(shè)計簡單化。三、真空蒸發(fā)設(shè)備(熱敏性產(chǎn)品)引言：1.溶液在真空狀態(tài)下，低溫度下、溶劑汽化，這稱為真空蒸發(fā)濃縮.2.為了縮短受熱時間，并達到所要求的蒸發(fā)濃縮量，通常采用膜蒸發(fā)。膜蒸發(fā)濃縮時間,一般為幾秒到幾十秒。能較好的保證了產(chǎn)品質(zhì)量。3.管式薄膜蒸發(fā)器：液膜是在管壁加熱時形成的.按流動的方向分為：

①升膜式蒸發(fā)器:形成的液膜與蒸發(fā)的汽流的方向相同，由下而上的并流上升。

②降膜式蒸發(fā)器形成的液膜與蒸發(fā)的汽流的方向相同，由上而下并流向下。

③升降膜式蒸發(fā)器將蒸發(fā)器的加熱管分成兩部分，溶液先以升膜式進行蒸發(fā),再以降膜式進行蒸發(fā)1.管式升膜蒸發(fā)器避免了液體靜壓力導(dǎo)致沸點升高要有足夠的傳熱溫差和傳熱強度，來維持爬膜狀態(tài)。傳熱溫差過大或蒸發(fā)強度過高，同時形成"干壁"現(xiàn)象；導(dǎo)致蒸發(fā)器非正常運行。2.升膜形成原理及溶液在加熱管中產(chǎn)生爬膜的必要條件(2)套管式升膜蒸發(fā)器(3)套筒式升膜蒸發(fā)器(1)應(yīng)維持在爬膜狀態(tài)的溫度差。并控制一定的蒸發(fā)濃縮倍數(shù)，一般為5倍。保持真空度穩(wěn)定；

(2)對濃縮倍數(shù)要求高的工藝，如果物料非熱敏性，可進行回流;(3)適用于發(fā)泡性強、黏度較小的熱敏性物料較為適用。不適用于黏度較大,受熱后易產(chǎn)生積垢或濃縮時有晶體析出的物料；(4)升膜式蒸發(fā)器正常操作的關(guān)鍵是讓液體物料在管壁上形成連續(xù)不斷的液膜;(5)液面一般為加熱管高度的l／4～1／5，液面面太高，設(shè)備效率低，出料達不到要求的濃度;(6)控制適當(dāng)?shù)倪M料量和進料溫度.升膜蒸發(fā)器的特點和操作注意事項:4.降膜式蒸發(fā)器

1-料液分配器；2-加熱列管；3-蒸汽擋板；4-分離器；5-冷凝水液位計a-料液進口；b－加熱蒸汽進口；c-不凝性氣體排除口；d-冷凝水出口；e-濃縮液出口；f-二次蒸汽出口傳熱系數(shù)大，蒸發(fā)速度快，物料與加熱蒸汽之間的溫度差可以降到很?。锪峡梢詽饪s到較高的濃度，應(yīng)用日趨廣泛.

(1)分配器(把液體均勻分配到各加熱管中,形成液膜)①齒形溢流口②導(dǎo)流棒③旋液導(dǎo)流器螺紋導(dǎo)流管切線進料旋流器④分配篩板是利用液體的自流作用進行分配，它在管板上方方一定距離水平安裝一塊篩孔板,篩孔對準(zhǔn)加熱管之間的管板，當(dāng)篩飯上保持一定液層時，液體從篩孔淋灑到管板上，液體離各加熱管口距離相等，就沿管板均勻流散到各管子邊沿，成薄膜狀沿管壁下流。1-升膜管，2-降膜管，3-冷凝水出口；4-料液進口；5－加熱蒸汽進口；6-二次蒸汽出口；7-濃縮液出口升降膜式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)升降膜蒸發(fā)器的優(yōu)點:(1)初期濃度低，可以爬膜，后期濃度高，通過降膜仍能形成膜。(2)經(jīng)升膜蒸發(fā)后的汽液混合物，進入降膜蒸發(fā)，有利于降膜的液體均勻分布，同時也加速物料的湍流和攪動,以進一步提高降膜蒸發(fā)的傳熱系數(shù);(3)用升膜來控制降膜的進料分配，有利于操作控制;(4)將兩個濃縮過程串聯(lián)，可以提高產(chǎn)品的濃縮比,降低設(shè)備高度.刮板式真空蒸發(fā)器1.馬達2.進料管3.加熱蒸汽進管4.排料管5.冷凝水排出口6.刮板7.分配盤8.除沫器9.二次蒸汽排出管刮板式蒸發(fā)器特點:(1)傳熱系數(shù)較高;(2)此設(shè)備適用于濃縮高黏度度物料或含有懸浮顆粒的料液，而不致出現(xiàn)結(jié)焦、結(jié)垢等現(xiàn)象;(3)液料在加熱區(qū)停留時間很短，一般只有幾秒至幾十秒;(4)結(jié)構(gòu)比較簡單，具有轉(zhuǎn)動裝置，且要求真空，故設(shè)備加工精度要求較高。刮板式蒸發(fā)器設(shè)計注意點(1)圓筒的直徑(300～500mm)不宜過大，雖然加大可相應(yīng)地加大傳熱面積，但同時加大了轉(zhuǎn)動軸傳遞的力矩，大大增加了功率消耗;(2)為了節(jié)省動力消耗，一股刮板蒸發(fā)器都造成長筒形。但直徑過小，既減少了加熱面積，同時又使蒸發(fā)空間不足，造成蒸汽流速過大，霧沫夾帶增加，特別是對泡沫較多的物料影響更大;(3)蒸發(fā)器加熱室的圓室的園筒內(nèi)表面必須經(jīng)過精加工(4)蒸發(fā)器上裝有良好機械軸封，一般為不透性石墨與不銹鋼的端面軸封安裝后進行真空試漏檢查，。(5)軸有足夠的機械強度，有時可采用空心軸。四、離心式薄膜蒸發(fā)器1-蒸發(fā)器2-離心轉(zhuǎn)鼓

3-O形密封墊圈4-加熱蒸發(fā)通道5-套環(huán)6-下碟片7-上碟片8-壓緊環(huán)9-進料管及噴嘴

10-視鏡11-濃縮液吸出管

12-套環(huán)的垂直通道

13-二次蒸汽排出管14-冷凝水排出管15-空心轉(zhuǎn)軸四.蒸發(fā)過程的節(jié)能1.常用多效蒸發(fā)、從理論上來說，蒸發(fā)可以做成很多效，但實際效數(shù)不能增加太多，最多達6～7效;2.增加傳熱系數(shù)，降低傳熱溫度差和減少蒸發(fā)過程物料的沸點上升。沸點因為濃度高升高不可避免,黏度變高和液柱變高,前者可通過結(jié)構(gòu)的改良來改善,后者可通過降低薄膜厚度來改善).第二節(jié)結(jié)晶設(shè)備

一、結(jié)晶原理和起晶方法（一）結(jié)晶原理1.晶體的特點物質(zhì)自溶液中成晶體狀態(tài)析出，或從熔融狀態(tài)受冷時成晶體狀態(tài)凝結(jié)的過程稱為結(jié)晶。

2溶解與結(jié)晶(1)溶解：吸熱（2）結(jié)晶：放熱（3）飽和溶液和溶解度溶解與結(jié)晶動態(tài)平衡，這時的溶液稱為飽和溶液，物質(zhì)溶解的量稱為溶解度；（4）工業(yè)生產(chǎn)中的結(jié)晶就是破壞溶解與結(jié)晶的動態(tài)平衡，使平衡偏向結(jié)晶方向常用方法：冷卻，蒸發(fā)濃縮3.過飽和溶液（1）通過實驗，給出的各種物質(zhì)溶解度與溫度關(guān)系的曲線稱為溶解度曲線。

（2）溶解度曲線一般都是連續(xù)的，但有些物質(zhì)由于在不同溫度下形成不同的化合物（水合物），因此曲線出現(xiàn)折點。如檸檬酸其折點溫度為36.6℃，在超過36.6℃時結(jié)晶的擰檬酸不帶結(jié)晶水，而在366℃以下結(jié)晶的擰檬酸帶一個結(jié)晶水。如圖I－I：檸檬酸的飽和溶液曲線（1）曲線下方為不飽和溶液區(qū)間，曲線上的點為飽和點。（2）在曲線上方的區(qū)間里，溶液濃度超過了它們的飽和濃度。(有晶體存在的溶液此區(qū)間是不會出現(xiàn)的,或只是暫時的，它應(yīng)結(jié)晶析出，回到飽和濃度的位置）（沒有晶體存在的溶液，實驗證明過飽和溶液是存在的）。所以上面的為過飽和曲線（3）介于過飽和曲線與飽和曲線之間，這個區(qū)域稱為介穩(wěn)定區(qū)。（4）過飽和溶液曲線以上濃度的溶液很快自然起晶析出，故這區(qū)域為不穩(wěn)定區(qū)。

（5）介穩(wěn)區(qū)劃分為兩個部分的：接近過飽和曲線部分區(qū)域稱為刺激起晶區(qū)；接近飽和曲線部分稱為育晶區(qū)?！?）飽和曲線是通過溶解直到飽和的方法測定而過飽和曲線是通過測定自然起晶所對應(yīng)濃度，而確定的（1）晶體的形成與長大是比較復(fù)雜的過程，受溶質(zhì)質(zhì)點（或它們的水合物質(zhì)點）在溶液中的碰撞、吸引、擴散排列等因素的影響。（2）隨著溶質(zhì)濃度增加溶質(zhì)間引力增大。飽和狀態(tài)時，溶質(zhì)質(zhì)點間的吸引力與溶劑對溶質(zhì)的吸引力平衡。（3）在過飽和溶液中，溶質(zhì)質(zhì)點間的引力大于溶劑對溶質(zhì)的吸引力，不穩(wěn)定高能質(zhì)點互相碰撞，即會放出能量而聚合結(jié)晶；4.晶核的形成與晶體的長大過飽和溶液能穩(wěn)定存在的原因：過飽和度較小時，不穩(wěn)定的高能質(zhì)點不多，且是均勻分布于溶液中，聚合受到大量穩(wěn)定的低能溶質(zhì)質(zhì)點的障礙。

當(dāng)溶液的過飽和度超出過飽和曲線時，也就是溶液中不穩(wěn)定的高能質(zhì)點很多，多到足以不受穩(wěn)定的低能質(zhì)點影響，就能自然起晶。（5）起晶過程：一般認(rèn)為由于質(zhì)點的碰撞，首先由幾個質(zhì)點結(jié)合成晶線，再擴大成晶面，最后結(jié)合成微小的晶格，稱為晶核（晶芽）．其它質(zhì)點連續(xù)排列在晶核上，使晶核長大成晶體。（6）晶體長大時，溶液中質(zhì)點的在晶核上排列的位置有三種①對著三面凹角，該處受三個最近的質(zhì)點吸引，引力最大。②對著兩面凹角，該處受兩個最近質(zhì)點的吸引，引力較?、蹖χ粋€面，僅受這一質(zhì)點的吸引，引力最小。

（7）結(jié)晶過程中質(zhì)點排列過程：

①靠近晶核的不穩(wěn)定質(zhì)點必然首先排列于引力最大的（1）位置上，一個接一個，直至這一行列排完；

②再排相鄰一行的（2）位置，一個接一個，最后排完這一層面；

③再由（3）位置排起另一層面網(wǎng)，這樣晶面就平行向外推移長大。最后晶體長大形成平整的晶面，一致的晶棱和整齊的晶角尖；

④晶體成長的最終形態(tài)是使其總的表面能最小

5.結(jié)晶速度（1）境界膜：結(jié)晶過程中晶體周圍是溶質(zhì)質(zhì)點比較穩(wěn)定的溶液，這些溶液好像一層膜一樣包圍著晶核，通常稱這層膜為境界膜。（2）不穩(wěn)定的質(zhì)點只有通過擴散作用來穿越界膜，從而境界膜有阻礙作用。（3）而溶質(zhì)在溶液中的擴散作用是由溶液間的濃度差所決定的，境界膜溶液的濃度可認(rèn)為是飽和濃度，所以溶液的過飽和濃度的大小對溶質(zhì)質(zhì)點的擴散，對結(jié)晶速度影響很大。

（4）可見晶體的生長是由溶液中溶質(zhì)的擴散和溶質(zhì)在晶核晶格上排列2個階段組成．

(5)偽晶

表面結(jié)晶速度小于擴散速度時，不穩(wěn)定的溶質(zhì)質(zhì)點來不及很好地排列，只受到繼續(xù)通過境界膜的不穩(wěn)定質(zhì)點的影響，故可能形成新的晶核，或不規(guī)則地附在晶核上生成偽晶。（5）結(jié)晶速度方程若溶質(zhì)的擴散速度與溶質(zhì)排列的表面結(jié)晶速度相等。則結(jié)晶的長大速度可用下式進行計算：（二）起晶方法1.自然起晶（1）方法：將溶液用蒸發(fā)濃縮的方法排除大量溶劑，使溶液濃度進入過飽和不穩(wěn)定區(qū)，溶液即自然起晶，大量生成晶體.(2)特點：結(jié)晶過程中由于起晶迅速，晶核數(shù)量難以控制，晶體粒子很?。煌瑫r要使溶液濃縮至不穩(wěn)定區(qū)，溶液的濃縮比增大，耗熱量增大，蒸發(fā)時間長，故這種方法現(xiàn)巳較少采用。2.刺激起晶法（1）將溶液用蒸發(fā)濃縮的方法排除部分溶劑，使溶液濃度進人過飽和介穩(wěn)定區(qū)；（2）然后將溶液放出．使溶液受到突然冷卻，進入不穩(wěn)定區(qū)，溶液受到這樣突然改變溫度的刺激，而自行結(jié)晶生成晶核、當(dāng)晶核的數(shù)量達到一定時，即改變條件，回升一些溫度，進入介穩(wěn)定區(qū)，停止晶核產(chǎn)生；（3）然后再慢慢冷卻，同時攪拌，使結(jié)晶器內(nèi)溶液濃度均勻，并維持一定的過飽和濃度進行育晶，使晶體長大。3.晶種起晶法（最廣泛應(yīng)用）（1）將溶液濃縮到介穩(wěn)定區(qū)的過飽和濃度后，加人一定大小和數(shù)量的晶種；（2）同時應(yīng)用攪拌器攪動溶液使粒子均勻懸浮于溶液中，溶液中的飽和溶質(zhì)就慢慢擴散到晶種周圍，排列到晶種上形成晶體?！?）晶種用量與晶種的粒子大小有關(guān)，晶種粒子較大，用量較多，粒子較小，用量較少；（2）晶種大，長出的晶體也大；（3）要提供足夠的晶面，以取得較大的結(jié)晶速度。4.化學(xué)方法改變?nèi)芤猴柡投鹊姆椒ㄈ绨被峤Y(jié)晶過程調(diào)pH（等電點）二.結(jié)晶設(shè)備1.類型（1）濃縮結(jié)晶設(shè)備（2）冷卻結(jié)晶設(shè)備（3）其它結(jié)晶設(shè)備（等電點結(jié)晶設(shè)備）2.設(shè)計結(jié)晶設(shè)備應(yīng)注意的條件：（1）保證結(jié)晶良好，結(jié)晶速度快。

（2）通常結(jié)晶設(shè)備應(yīng)有攪拌裝置:

①使結(jié)晶顆粒保持懸浮于溶液中;②同溶液有一個相對運動，以減薄晶體外部境界膜的厚度，提高溶質(zhì)點的擴散速度，以加速晶體長大。

(3)攪拌速度和攪拌器的形式應(yīng)選擇得當(dāng):①若速度太快，則會因刺激過劇烈而自然起晶，也可能使已長大了的晶體破碎，功率消耗也增大；②太慢則晶核會沉積。(3)攪拌器的形式很多，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)溶液流動的需要和功率消耗情況來選擇。

①對于一般煮晶鍋多采用錨式攪拌，配合溶液在沸騰時的自然循環(huán)，可使晶體懸浮;

煮晶鍋采用的錨式攪拌②立式結(jié)晶箱多采用框式攪拌器;

③臥式結(jié)晶箱多采用螺旋式攪拌器。

(4)當(dāng)晶體顆粒比較小，容易沉積時，為了防止堵塞，排料閥要采用流線形直通式，同時加大出口，以減少阻力，必要時安裝保溫夾層，防止突然冷卻而結(jié)塊。

煮晶鍋采用的流線形直通式排料閥(5)為防止攪拌軸的斷裂，應(yīng)安裝保險裝置，如保險連軸鞘等。遇結(jié)塊堵塞，阻力增大時，保險鞘即折斷，防止斷軸，燒壞馬達或減速裝置等嚴(yán)重事故。其他如排氣裝置、管道等應(yīng)適當(dāng)加大或嚴(yán)格保溫，以防止結(jié)晶的堵塞。

3.攪拌結(jié)晶箱的結(jié)構(gòu)冷卻攪拌結(jié)晶設(shè)備比較簡單（1）對于產(chǎn)量較?。Y(jié)晶周期較短的，多采用立式結(jié)晶箱。（2）對于產(chǎn)量較大，周期比較長的，多采用臥式結(jié)晶箱?！O(shè)備應(yīng)具有：冷卻裝置，使結(jié)晶均勻的攪拌裝置。(1)立式結(jié)晶箱對于產(chǎn)量較小，結(jié)晶周期較短的，多采用立式結(jié)晶箱1.馬達2.減速器3.攪拌軸4.進料口5.冷卻蛇管6.框式攪拌器7.出料口立式攪拌結(jié)晶箱和等電點結(jié)晶罐的結(jié)構(gòu)立式攪拌夾套冷卻結(jié)晶器（2）等電點結(jié)晶罐結(jié)構(gòu)與立式結(jié)晶箱類似有pH調(diào)節(jié)接口（3）臥式結(jié)晶箱1.馬達2.減速器3.軸封4.軸5.左旋攪拌槳葉6.右旋攪拌葉槳7.夾套8.支腳9.排料閥產(chǎn)量較大，周期比較長的，多采用臥式結(jié)晶箱

臥式結(jié)晶箱的特點是：（1）體積大，晶體懸浮攪拌所消耗的動力較?。唬?）對于結(jié)晶速度較快的物料可串聯(lián)操作，進行連續(xù)結(jié)晶。※連續(xù)操作的最佳控制是使溶液在進口處即開始生成晶核，進入設(shè)備后很快就生成足夠的晶核，這些晶核懸浮在溶液中，隨著溶液在槽中的慢慢移動長大成晶體。最后從結(jié)晶槽的另一端排出。（4）真空煮晶鍋適于結(jié)晶速度比較快，容易自然起晶，且要求結(jié)晶晶體較大的產(chǎn)品；可控制溶液的蒸發(fā)速度和進料速度，結(jié)構(gòu)較簡單。1一電動機2一減速器3一排料閥4一夾套5一錨式攪拌器6一溫度計7一視鏡8一氣液分離器9一淋水管

10一比重計夾套式真空結(jié)晶罐技術(shù)參數(shù)公稱容積

VN(m3)

直徑

D(mm)

圓筒高

H1(mm)

總高

H(mm)

換熱面積

F(m2)

攪拌轉(zhuǎn)速

n(r/min)

電機功率

(KW)5.5

7

1600

1600

2650

2950

4250

4600

8.5/2段

10/2段

15

12

3.0

4.04.結(jié)晶設(shè)備的計算（1）物料衡算m1=m2+m3+m4m1－原料液的量m2－結(jié)晶后母液的量m3－結(jié)晶的量m4－蒸發(fā)的量（2）熱量衡算（熱量衡算確定加熱面積）進入結(jié)晶設(shè)備的熱量①原料液帶入的熱量Q1②結(jié)晶時放出的熱量Q2③加熱溶液的熱量Q3從結(jié)晶設(shè)備出去的熱量①母液帶走的熱量Q4②晶體帶走的熱量Q5③蒸汽帶走的熱量Q6④冷卻帶走的熱量Q7⑤結(jié)晶設(shè)備散發(fā)到周圍環(huán)境的熱量Q8（3）結(jié)晶時間計算實際生產(chǎn)中還有：溶液過渡到過飽和溶液的時間t1、起晶時間t2、輔助操作時間t3(4)設(shè)備容積和尺寸計算尺寸的確定要根據(jù)具體所選擇的設(shè)備5.結(jié)晶設(shè)備的新動向?qū)崿F(xiàn)結(jié)晶的連續(xù)化連續(xù)結(jié)晶的要求：(1)不形成結(jié)垢;(2)設(shè)備內(nèi)各部位溶液濃度均勻;(3)避免促使晶核形成的刺激;(4)連續(xù)結(jié)晶過程中同時具有各種大小粒子的晶體;(5)及時清除影響結(jié)晶的雜質(zhì);(6)設(shè)備內(nèi)溶液的循環(huán)速度要恰當(dāng)。

1-脫色液高位罐2-凝結(jié)水罐3-板式換熱器4-真空結(jié)晶罐5-育晶槽6-分離機7-味精母液罐8-水力噴射器9-吊車10-濕味精分配器11-味精干燥篩12一熱風(fēng)機13-旋風(fēng)分離器味精結(jié)晶整體過程1.了解蒸