第六章-蒸發(fā)與結(jié)晶設(shè)備課件

第六章蒸發(fā)與結(jié)晶設(shè)備第六章蒸發(fā)與結(jié)晶設(shè)備1第一節(jié)蒸發(fā)一、蒸發(fā)定義二、蒸發(fā)分類三、蒸發(fā)設(shè)備第一節(jié)蒸發(fā)一、蒸發(fā)定義2第一節(jié)蒸發(fā)一、蒸發(fā)定義將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液沸騰汽化并移出蒸汽，從而使溶液中溶質(zhì)濃度提高的單元操作稱為蒸發(fā)。蒸發(fā)分離的依據(jù)利用溶劑具有揮發(fā)性而溶質(zhì)不揮發(fā)的特性使兩者實(shí)現(xiàn)分離。第一節(jié)蒸發(fā)一、蒸發(fā)定義3蒸發(fā)濃縮必須滿足的條件：充足的加熱熱源保證二次蒸汽迅速排出一定的熱交換面積蒸發(fā)濃縮必須滿足的條件：4二、蒸發(fā)的分類（一）按操作壓力分：常壓蒸發(fā)真空蒸發(fā)（減壓蒸發(fā)）二、蒸發(fā)的分類（一）按操作壓力分：5真空蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)：（１）降低物料的沸騰溫度；（２）提高熱源與物料間的溫度差，加速蒸發(fā)過(guò)程；（３）為二次蒸汽的利用創(chuàng)造條件，可采用雙效、多效真空蒸發(fā)；（４）蒸發(fā)器損失減少。真空操作的缺點(diǎn)：（１）溶液的沸點(diǎn)降低，使粘度增大，導(dǎo)致總傳熱系數(shù)下降（２）動(dòng)力消耗大。因需要有造成減壓的裝置真空蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)：6（二）按蒸發(fā)方式分：自然蒸發(fā)：溶液在低于溶液沸點(diǎn)的溫度條件下汽化。汽化只在溶液表面進(jìn)行，汽化面積小，傳熱速率低，汽化速率低沸騰蒸發(fā)：溶液在沸騰條件下汽化。汽化發(fā)生在溶液的各個(gè)部位。汽化面積大，傳熱速率高，汽化速率高本章討論沸騰傳熱（二）按蒸發(fā)方式分：7（三）按二次蒸汽是否被利于分：?jiǎn)涡д舭l(fā)：將二次蒸汽直接冷凝，而不利用其冷凝熱的操作多效蒸發(fā)：將二次蒸汽引到下一蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，以利用其冷凝熱的串聯(lián)操作（三）按二次蒸汽是否被利于分：8三、蒸發(fā)設(shè)備用來(lái)進(jìn)行蒸發(fā)的設(shè)備主要是蒸發(fā)器和冷凝器，基本流程如圖。蒸發(fā)器的作用是加熱溶液使水沸騰汽化，并移去，由加熱室和分離室兩部分組成。加熱室由傳熱管組成，中央設(shè)置一循環(huán)管，加熱用的飽和水蒸汽在加熱室管間冷凝放熱用于對(duì)管內(nèi)水溶液進(jìn)行加熱；分離室在加熱室上部，為一圓筒結(jié)構(gòu)，使受熱上升的溶液在此汽化并將汽液分離。冷凝器與蒸發(fā)器的分離室相通，其作用是將產(chǎn)生的水蒸汽冷凝而除去。

三、蒸發(fā)設(shè)備用來(lái)進(jìn)行蒸發(fā)的設(shè)備主要是蒸發(fā)器和冷凝器，基本流程9第二節(jié)真空蒸發(fā)設(shè)備真空蒸發(fā)濃縮：溶液在真空狀態(tài)，較低溫度下即沸騰、溶劑汽化。薄膜蒸發(fā)：讓溶液在蒸發(fā)設(shè)備的加熱器內(nèi)以很薄的液層通過(guò)，溶液就會(huì)很快受熱升溫、汽化而濃縮，濃縮的溶液迅速離開(kāi)加熱表面。第二節(jié)真空蒸發(fā)設(shè)備真空蒸發(fā)濃縮：溶液在真空狀態(tài)，較低溫度下10薄膜蒸發(fā)器的分類：（１）管式薄膜蒸發(fā)器升膜式蒸發(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。降膜式蒸發(fā)器形成的液膜與蒸發(fā)的汽流的方向相同，由上而下并流下降。升降膜式蒸發(fā)器將同一蒸發(fā)器的加熱管分成兩程，溶液先以升膜式進(jìn)行蒸發(fā)，再以降膜式進(jìn)行蒸發(fā)。薄膜蒸發(fā)器的分類：（１）管式薄膜蒸發(fā)器11（２）刮板式蒸發(fā)器（３）離心式薄膜蒸發(fā)器（２）刮板式蒸發(fā)器12（一）升膜式蒸發(fā)濃縮設(shè)備１液膜形成過(guò)程（一）升膜式蒸發(fā)濃縮設(shè)備１液膜形成過(guò)程13１液膜形成過(guò)程

1）溶液在加熱的管子內(nèi)由下而上運(yùn)動(dòng)時(shí)，在管壁的液體受熱溫度升高，密度下降，而管子中心的液體溫度變化較小，管內(nèi)液體產(chǎn)生圖a所示的自然對(duì)流運(yùn)動(dòng)。2）當(dāng)溫度升到相應(yīng)沸騰溫度時(shí)，溶液便開(kāi)始沸騰，產(chǎn)生蒸汽氣泡分散于連續(xù)的液相中。由于蒸汽的密度小，故氣泡通過(guò)液體而上升（圖b)。１液膜形成過(guò)程143）當(dāng)溫度不斷上升，氣泡大量增加，蒸汽氣泡互相碰撞，小氣泡聚合成較大的氣泡于管子中部上升，氣泡增大，氣體上升的速度則加快，最后形成柱狀（圖c,d,e）。4）當(dāng)蒸汽所產(chǎn)生的氣泡很多，流速很快，蒸汽占據(jù)了整個(gè)管子中部空間，液體只能分布于管壁，形成環(huán)形液膜，液膜上升是靠高速蒸汽對(duì)流層的拖帶而形成，稱為“爬膜”現(xiàn)象（圖f)。如果液膜上升的速度趕不上溶液蒸發(fā)速度，加熱管上的液膜將會(huì)出現(xiàn)局部被干燥、結(jié)疤、結(jié)垢、結(jié)焦等現(xiàn)象（圖g,h)。3）當(dāng)溫度不斷上升，氣泡大量增加，蒸汽氣泡互相碰撞，小氣泡聚15溶液在加熱管中出現(xiàn)爬膜的條件是足夠傳熱溫差和傳熱強(qiáng)度，使蒸發(fā)的蒸汽和蒸汽速度達(dá)到足以帶動(dòng)溶液成膜上升。溶液在加熱管中出現(xiàn)爬膜的條件是足夠傳熱溫差和傳熱強(qiáng)度，使蒸發(fā)16料液經(jīng)預(yù)熱器加熱至接近沸點(diǎn)的溫度后加入器底。由于器內(nèi)處于真空狀態(tài)下，料液又經(jīng)過(guò)預(yù)熱，因此器底的料液很容易受熱汽化，蒸汽在管內(nèi)以很高的速度上升，并夾帶著部分還未汽化的料液以液膜的形式沿著管內(nèi)壁上升，且邊上升邊被濃縮。被蒸汽帶出的濃縮液在器頂?shù)钠悍蛛x器中進(jìn)行分離，二次蒸汽在分離器頂部被引出并在冷凝器中冷凝，濃縮液在分離器底部被引入濃縮液槽。2升膜式蒸發(fā)流程料液經(jīng)預(yù)熱器加熱至接近沸點(diǎn)的溫度后加入器底。由于器內(nèi)處于真空173適用范圍：適于處理蒸發(fā)量較大的稀溶液，熱敏性和易生泡沫的溶液；不適于濃度高、粘度大、有晶體析出溶液的蒸發(fā)。

3適用范圍：18（二）降膜式蒸發(fā)器料液由頂部經(jīng)液體分布裝置均勻分布后進(jìn)入加熱管中以液膜狀下降。隨著液膜的下降，部分料液被汽化，蒸出的二次蒸汽由于管頂有料液封住，所以只能隨著液膜往管底排出而在分離器中進(jìn)行分離。

（二）降膜式蒸發(fā)器料液由頂部經(jīng)液體分布裝置均勻分布后19適用范圍：適于處理濃度、粘度較大的溶液不適于處理易結(jié)晶、結(jié)垢的溶液。適用范圍：20降膜式蒸發(fā)器的分配器形式：

１齒形溢流口（圖a)；

２導(dǎo)流棒（圖b)；

３旋液導(dǎo)流器（圖c螺紋導(dǎo)流管，圖d切線進(jìn)料旋流棒）。

降膜式蒸發(fā)器的分配器形式：

１齒形溢流口（圖a)；

２導(dǎo)流21（三）升降膜式蒸發(fā)器稀溶液先經(jīng)過(guò)升膜區(qū)的濃縮，進(jìn)入器頂，進(jìn)行汽液重新分布后，初步濃縮后粘度較大的溶液再經(jīng)過(guò)降膜區(qū)，進(jìn)一步濃縮，然后引入分離器進(jìn)行汽－液分離。適于處理濃縮過(guò)程中粘度變化大的溶液、廠房有限制的場(chǎng)合。

（三）升降膜式蒸發(fā)器稀溶液先經(jīng)過(guò)升膜區(qū)的濃縮，進(jìn)入器頂，進(jìn)行22刮板式蒸發(fā)器是通過(guò)旋轉(zhuǎn)的刮板使料液形成液膜的蒸發(fā)設(shè)備。二刮板式蒸發(fā)器

刮板式蒸發(fā)器是通過(guò)旋轉(zhuǎn)的刮板使料液形成液膜的蒸發(fā)設(shè)備。二23刮板式蒸發(fā)器工作過(guò)程

料液從進(jìn)料管以穩(wěn)定的流量進(jìn)入隨軸旋轉(zhuǎn)的分配盤中，在離心力的作用下，通過(guò)盤壁小孔被拋向器壁，受重力作用沿器壁下流，同時(shí)被旋轉(zhuǎn)的刮板刮成薄膜，薄膜溶液在加熱區(qū)受熱，蒸發(fā)濃縮，同時(shí)受重力作用沿器壁下流，瞬間另一塊刮板將濃縮料液翻動(dòng)下推，并更新薄膜，物料不斷形成新液膜蒸發(fā)濃縮，至液料離開(kāi)加熱室流到蒸發(fā)器底部，完成濃縮過(guò)程。濃縮過(guò)程產(chǎn)生的二次蒸汽可與濃縮液并流進(jìn)入汽液分離器排除。刮板式蒸發(fā)器工作過(guò)程24特點(diǎn)：由于采用刮板成膜、翻膜，且物料不斷被攪動(dòng)，更新加熱表面和蒸發(fā)表面，傳熱系數(shù)高。適用于濃縮高粘度物料或含有懸浮顆粒的液料。特點(diǎn)：25三離心式薄膜蒸發(fā)器利用旋轉(zhuǎn)的離心盤所產(chǎn)生的離心力對(duì)溶液的周邊分布作用而形成薄膜。三離心式薄膜蒸發(fā)器26杯形的離心轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部疊放著幾組梯形離心碟片，每組離心碟片由兩片不同錐形、上下底都是空的碟片和套環(huán)組成，兩碟片上底在彎角處緊貼密封，下底分別固定在套環(huán)的上端和中部，構(gòu)成一個(gè)三角形的碟片間隙，它起加熱夾套的作用，加熱蒸汽由套環(huán)的小孔從轉(zhuǎn)鼓通入，冷凝水受離心力的作用，從小孔甩出流到轉(zhuǎn)鼓底部。離心碟組相隔的空間是蒸發(fā)空間，上大下小，并能從套環(huán)的孔道垂直連通，作為液料的通道，各離心碟組套環(huán)疊合面用O形墊圈密封，上加壓緊環(huán)將碟組壓緊。壓緊環(huán)上焊有擋板，它與離心碟片構(gòu)成環(huán)形液槽。離心式薄膜蒸發(fā)器

杯形的離心轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部疊放著幾組梯形離心碟片，每組離心碟片由兩片27運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)稀物料從進(jìn)料管進(jìn)入，由各個(gè)噴嘴分別向各碟片組下表面即下碟片的外表面噴出，均勻分布于碟片錐頂?shù)谋砻妫后w受離心力的作用向周邊運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散形成液膜，液膜在碟片表面即受熱蒸發(fā)濃縮，濃溶液到碟片周邊就沿套環(huán)的垂直通道上升到環(huán)形液槽，由吸料管抽出到濃縮液貯罐，并由螺桿泵抽送到下一工序。從碟片表面蒸發(fā)出的二次蒸汽通過(guò)碟片中部大孔上升，匯集進(jìn)入冷凝器。加熱蒸汽由旋轉(zhuǎn)的空心軸通入，并由小通道進(jìn)入碟片組間隙加熱室，冷凝水受離心力作用離開(kāi)冷凝表面，從小通道甩出落到轉(zhuǎn)鼓的最低位置，而從固定的中心管排出。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)稀物料從進(jìn)料管進(jìn)入，由各個(gè)噴嘴分別向各碟片組下表面即下28四、蒸發(fā)器的選型考慮以下原則：溶液的粘度：高粘度的溶液應(yīng)選用對(duì)其適應(yīng)性好的蒸發(fā)器，如強(qiáng)制循環(huán)型、降膜式、刮板攪拌薄膜式等；溶液的熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性差的物料，應(yīng)選用滯料量少，停留時(shí)間短的蒸發(fā)器，如各種膜式蒸發(fā)器四、蒸發(fā)器的選型考慮以下原則：29有晶體析出的溶液：選用溶液流動(dòng)速度大的蒸發(fā)器，以使晶體在加熱管內(nèi)停留時(shí)間短，不易堵塞加熱管，如外熱式、強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器易發(fā)泡的溶液：泡沫的產(chǎn)生，不僅損失物料，而且污染蒸發(fā)器，應(yīng)選用溶液湍動(dòng)程度劇烈的蒸發(fā)器，以抑制或破碎泡沫，如外熱式、強(qiáng)制循環(huán)式、升膜式等；條件允許時(shí)，也可將分離室加大。有晶體析出的溶液：選用溶液流動(dòng)速度大的蒸發(fā)器，以使晶體在加熱30有腐蝕性的溶液：蒸發(fā)此種物料，加熱管采用特殊材質(zhì)制成，或內(nèi)壁襯以耐腐蝕材料。若溶液不怕污染，也可采用浸沒(méi)燃燒蒸發(fā)器易結(jié)垢的溶液：蒸發(fā)器使用一段時(shí)間后，就會(huì)有污垢產(chǎn)生，垢層的導(dǎo)熱系數(shù)小，從而使傳熱速率下降。應(yīng)選用便于清洗和溶液循環(huán)速度大的增大器，如懸筐式、強(qiáng)制循環(huán)式、浸沒(méi)燃燒式等有腐蝕性的溶液：31溶液的處理量：溶液的處理量也是選型時(shí)應(yīng)考慮的因素。處理量小的，選用尺寸較大的單效蒸發(fā)，處理量大的，選用尺寸適宜的多效蒸發(fā)。溶液的處理量：溶液的處理量也是選型時(shí)應(yīng)考慮的因素。32第三節(jié)結(jié)晶設(shè)備一結(jié)晶原理與起晶方法二結(jié)晶設(shè)備由于結(jié)晶操作的質(zhì)量直接影響成品質(zhì)量，用于生化物質(zhì)的結(jié)晶設(shè)備一般為不銹鋼或搪玻璃設(shè)備，內(nèi)壁要求十分光滑，使晶體不易粘壁，并易于清洗或滅菌。結(jié)晶過(guò)程一般均需改變?nèi)芤旱臏囟?，故結(jié)晶設(shè)備均附有熱交換裝置，同時(shí)還附有機(jī)械攪拌或泵，以使溶液流動(dòng)，也使晶核能懸浮在溶液中而獲得大小均勻的晶體。第三節(jié)結(jié)晶設(shè)備33（一）結(jié)晶設(shè)備的類型和特點(diǎn)按改變?nèi)芤簼舛鹊姆椒ǚ譃闈饪s結(jié)晶設(shè)備、冷卻結(jié)晶設(shè)備和其他結(jié)晶設(shè)備。（一）結(jié)晶設(shè)備的類型和特點(diǎn)34濃縮結(jié)晶設(shè)備：采用蒸發(fā)溶劑，使?jié)饪s溶液進(jìn)入過(guò)飽和區(qū)起晶，并不斷蒸發(fā)，以維持溶液在一定的過(guò)飽和度進(jìn)行育晶。冷卻結(jié)晶設(shè)備：采用降溫來(lái)使溶液進(jìn)入過(guò)飽和區(qū)結(jié)晶，并不斷降溫，以維持溶液一定的過(guò)飽和濃度進(jìn)行育晶。濃縮結(jié)晶設(shè)備：采用蒸發(fā)溶劑，使?jié)饪s溶液進(jìn)入過(guò)飽和區(qū)起晶，并不35（二）設(shè)計(jì)結(jié)晶設(shè)備應(yīng)注意的條件１攪拌器的形式和轉(zhuǎn)速２排料閥（三）攪拌結(jié)晶箱的結(jié)構(gòu)１立式結(jié)晶箱冷卻裝置為蛇管，蛇管中通入冷卻水或冷凍鹽水。（二）設(shè)計(jì)結(jié)晶設(shè)備應(yīng)注意的條件１攪拌器的形式和轉(zhuǎn)速361立式攪拌結(jié)晶箱

1立式攪拌結(jié)晶箱372臥式攪拌結(jié)晶箱

2臥式攪拌結(jié)晶箱38２臥式結(jié)晶箱

為半圓底的臥式長(zhǎng)槽或敞口的臥放圓筒長(zhǎng)槽，用于谷氨酸鈉的助晶和葡萄糖的結(jié)晶。槽身外裝夾套，可通水冷卻，槽內(nèi)裝有螺條形的攪拌槳葉二組，一組槳葉為左旋向，另一組為右旋向，攪拌時(shí)可使兩邊物料都產(chǎn)生一個(gè)向中心移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)分速度，或向兩邊移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)分速度。槽身兩端端板裝有攪拌軸軸承，并裝有填料密封裝置，防止溶液滲漏。２臥式結(jié)晶箱39特點(diǎn)：容積大，動(dòng)力消耗較小，可串聯(lián)操作，進(jìn)行連續(xù)結(jié)晶。特點(diǎn)：容積大，動(dòng)力消耗較小，可串聯(lián)操作，進(jìn)行連續(xù)結(jié)晶。40設(shè)備組成：由加熱蒸發(fā)室、加熱夾套、汽液分離器、攪拌器等組成。煮晶鍋上部頂蓋多采用錐形，上接氣液分離器，以分離二次蒸汽所帶走的霧沫。攪拌裝置多采用錨式攪拌器。槳葉與鍋底形狀相似，與鍋底的間隙為２－５cm，轉(zhuǎn)速為６