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1、第十章第十章 蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備 第一節(jié)第一節(jié) 蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備第二節(jié)第二節(jié) 結(jié)晶設(shè)備結(jié)晶設(shè)備 第一節(jié)、第一節(jié)、蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備 在在發(fā)發(fā)酵酵工工業(yè)業(yè)中中，蒸蒸發(fā)發(fā)操操作作常常用用于于將將溶溶液液濃濃縮縮至至一一定定的濃度，使其他工序更為經(jīng)濟合理。的濃度，使其他工序更為經(jīng)濟合理。蒸蒸發(fā)發(fā)與與結(jié)結(jié)晶晶之之間間最最大大區(qū)區(qū)別別在在于于，蒸蒸發(fā)發(fā)過過程程溶溶質(zhì)質(zhì)沒沒有有發(fā)發(fā)生生相相變變，而而結(jié)結(jié)晶晶過過程程是是溶溶質(zhì)質(zhì)的的結(jié)結(jié)晶晶析析出出。生生物物工工業(yè)業(yè)中中的的蒸蒸發(fā)發(fā)濃濃縮縮操操作作,通通常常溶溶液液中中具具有有生生物物活活性性的的物物質(zhì)質(zhì)，或或?qū)囟容^為敏感的物質(zhì)溫度較為敏感的物質(zhì)

2、，應(yīng)特別注意。，應(yīng)特別注意。在減壓下進行的蒸發(fā)稱真空蒸發(fā)，發(fā)酵工業(yè)一般采在減壓下進行的蒸發(fā)稱真空蒸發(fā)，發(fā)酵工業(yè)一般采用真空蒸發(fā)，它具有以下優(yōu)點：用真空蒸發(fā)，它具有以下優(yōu)點：（）降低物料的沸騰溫度，（）降低物料的沸騰溫度，（）提高熱源與物料間的溫度差，加速蒸發(fā)過程；（）提高熱源與物料間的溫度差，加速蒸發(fā)過程；（）（）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)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)（）蒸發(fā)器損失于外界的熱量較小。（）蒸發(fā)器損失于外界的熱量較小。加熱蒸汽(生蒸汽)二次蒸汽單效蒸發(fā) 多效蒸發(fā) 概述概述(Introduction)(Introduction)蒸發(fā)過程：

3、將含有固體溶質(zhì)的稀溶液加熱沸騰進行濃縮，以獲得固體產(chǎn)品或制取溶劑。蒸發(fā)過程實際上是不揮發(fā)性的溶質(zhì)和揮發(fā)性的溶劑分離的過程。蒸發(fā)過程的基本概念 按照分子運動學(xué)說，當(dāng)液體受熱時，靠近加熱面的分子不斷地獲得動能。當(dāng)一些分子的動能大于液體分子之間的引力時，這些分子便會從液體表面逸出而成為自由分子，此即分子的汽化。一、一、蒸發(fā)方式分類蒸發(fā)方式分類1、按使用壓力分類、按使用壓力分類加壓、加壓、常壓、真空常壓、真空2、按蒸汽利用分類、按蒸汽利用分類單效、單效、多效、熱泵多效、熱泵3、按設(shè)備型式分類、按設(shè)備型式分類中中央央循循環(huán)環(huán)管管式式、夾夾套套式式、盤盤管管式式、刮刮板式板式4、按物料啟動情況分類、按物料

4、啟動情況分類自然自然循環(huán)、強制循環(huán)、薄膜式循環(huán)、強制循環(huán)、薄膜式 二、二、蒸發(fā)設(shè)備的要求蒸發(fā)設(shè)備的要求 1 1、充充足足的的加加熱熱熱熱源源，以以維維持持溶溶液液的的沸沸騰騰和和補補充充溶劑汽化所帶走的熱量。溶劑汽化所帶走的熱量。2 2、保證溶劑蒸汽，即、保證溶劑蒸汽，即二次蒸汽的迅速排除二次蒸汽的迅速排除。3 3、一定的、一定的熱交換面積熱交換面積，以保證傳熱量。，以保證傳熱量。三、常用蒸發(fā)設(shè)備結(jié)構(gòu)三、常用蒸發(fā)設(shè)備結(jié)構(gòu)蒸發(fā)器主要由加熱室及分離器組成。蒸發(fā)器主要由加熱室及分離器組成。1、循環(huán)型蒸發(fā)器（非膜式）、循環(huán)型蒸發(fā)器（非膜式）溶液都在蒸發(fā)器中作循環(huán)流動，因而可提高傳溶液都在蒸發(fā)器中作循環(huán)

5、流動，因而可提高傳熱效果。熱效果。（1）中央循環(huán)管式蒸發(fā)器）中央循環(huán)管式蒸發(fā)器中間有一根直徑很大的管子，稱為中央循環(huán)管。中間有一根直徑很大的管子，稱為中央循環(huán)管。由于中央循環(huán)管單位體積溶液由于中央循環(huán)管單位體積溶液占有的占有的傳熱面?zhèn)鳠崦姹绕渌訜峁軆?nèi)單比其他加熱管內(nèi)單位溶液占有的要位溶液占有的要小小，溶液汽化較，溶液汽化較少，因而加熱管內(nèi)形成的汽液混少，因而加熱管內(nèi)形成的汽液混合物的密度就比中央循環(huán)管中溶合物的密度就比中央循環(huán)管中溶液的密度小，從而使蒸發(fā)器中的液的密度小，從而使蒸發(fā)器中的溶液形成中央循環(huán)管下降、而由溶液形成中央循環(huán)管下降、而由其他加熱管上升的循環(huán)流動。其他加熱管上升的循環(huán)流動

6、。（2 2）懸筐式蒸發(fā)器）懸筐式蒸發(fā)器 （3 3）外加熱式蒸發(fā)器）外加熱式蒸發(fā)器（4 4）列文式蒸發(fā)器）列文式蒸發(fā)器 除了上述除了上述自然循環(huán)蒸發(fā)器外自然循環(huán)蒸發(fā)器外，在蒸發(fā)粘度大，易，在蒸發(fā)粘度大，易結(jié)晶和結(jié)垢的物料時，還常用到強制循環(huán)蒸發(fā)器。結(jié)晶和結(jié)垢的物料時，還常用到強制循環(huán)蒸發(fā)器。2 2、單程型蒸發(fā)器、單程型蒸發(fā)器 （沸點（沸點 、操作時間、操作時間 ）主要特點是：溶液在蒸發(fā)器中主要特點是：溶液在蒸發(fā)器中只通過加熱室一次，不只通過加熱室一次，不作循環(huán)流動作循環(huán)流動即成為濃縮液排出。溶液通過加熱室時，即成為濃縮液排出。溶液通過加熱室時，在管壁上呈膜狀流動，故習(xí)慣上又稱為在管壁上呈膜狀流動

7、，故習(xí)慣上又稱為液膜式蒸發(fā)液膜式蒸發(fā)液膜式蒸發(fā)液膜式蒸發(fā)器器器器。（1）升膜式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):加熱室由許多垂加熱室由許多垂直長管組成直長管組成加熱室由許多垂直長管加熱室由許多垂直長管組成，組成，加加熱熱管管直直徑徑為為25-50mm，管長和管徑之比約為管長和管徑之比約為100-150。上部有汽液分離室上部有汽液分離室。特點特點:形成的液膜與蒸發(fā)的氣流的方形成的液膜與蒸發(fā)的氣流的方向相同，由下而上的并流上升向相同，由下而上的并流上升 升膜式蒸發(fā)時膜的形成升膜式蒸發(fā)時膜的形成升膜式蒸發(fā)時膜的形成升膜式蒸發(fā)時膜的形成C、液相因混有蒸汽氣泡，使、液相因混有蒸汽氣泡，使液體靜壓頭下降，液體繼續(xù)受液體靜壓

8、頭下降，液體繼續(xù)受熱，溫度不斷升。氣泡增大，熱，溫度不斷升。氣泡增大，氣體上升的速度則加快。氣體上升的速度則加快。A、B溶液沸騰自然對流運動加溶液沸騰自然對流運動加熱階段熱階段:溫度升得越高對流越激溫度升得越高對流越激烈，溶液便開始沸騰時，產(chǎn)生烈，溶液便開始沸騰時，產(chǎn)生蒸汽氣泡分散于連續(xù)的液相中。蒸汽氣泡分散于連續(xù)的液相中。由于蒸汽氣泡的密度小，故氣由于蒸汽氣泡的密度小，故氣泡通過液體而上升。泡通過液體而上升。E、液體下降較多時，大、液體下降較多時，大個柱狀汽泡則被液層截斷。個柱狀汽泡則被液層截斷。D、當(dāng)氣泡繼續(xù)增大形成、當(dāng)氣泡繼續(xù)增大形成柱狀，占據(jù)管子中部的大柱狀，占據(jù)管子中部的大部分空間時

9、，氣體以很大部分空間時，氣體以很大的速度上升，而液體受重的速度上升，而液體受重力作用沿氣泡邊緣下滑力作用沿氣泡邊緣下滑.f.溫度繼續(xù)上升，蒸發(fā)速度繼續(xù)溫度繼續(xù)上升，蒸發(fā)速度繼續(xù)增加，氣泡的上升速度激增，蒸增加，氣泡的上升速度激增，蒸汽的密度增大，由于重力作用，汽的密度增大，由于重力作用，滑流下來的液體很快受熱蒸發(fā)，滑流下來的液體很快受熱蒸發(fā)，未蒸發(fā)的濃縮液體也被高速氣流未蒸發(fā)的濃縮液體也被高速氣流拖帶上升，氣泡斷層不能形成，拖帶上升，氣泡斷層不能形成，蒸氣占據(jù)了整個管子中部空間，蒸氣占據(jù)了整個管子中部空間，液體只能分布于管壁，開始形成液體只能分布于管壁，開始形成液膜，這時稱為液膜，這時稱為“環(huán)

10、形流環(huán)形流”。g.變成帶有液體霧沫的噴霧環(huán)形變成帶有液體霧沫的噴霧環(huán)形流液體的上升是靠高速蒸汽氣流液體的上升是靠高速蒸汽氣流對液層的拖帶而形成，稱之流對液層的拖帶而形成，稱之為為“爬膜爬膜”現(xiàn)象。這時液膜沿管現(xiàn)象。這時液膜沿管壁上升不斷受熱蒸發(fā)，濃度不壁上升不斷受熱蒸發(fā)，濃度不斷增大，最后與蒸汽一齊離開，斷增大，最后與蒸汽一齊離開，管子越高則上升蒸發(fā)時間越長，管子越高則上升蒸發(fā)時間越長，溶液濃縮越大。溶液濃縮越大。gA操作控制在和之間操作控制在和之間h 如果汽速進一步如果汽速進一步增加，霧沫夾帶進增加，霧沫夾帶進一步嚴(yán)重，使液膜一步嚴(yán)重，使液膜上升的速度趕不上上升的速度趕不上溶液蒸發(fā)速度，則溶

11、液蒸發(fā)速度，則加熱管上的液膜將加熱管上的液膜將會出現(xiàn)局部被干燥、會出現(xiàn)局部被干燥、結(jié)疤、結(jié)垢、結(jié)焦結(jié)疤、結(jié)垢、結(jié)焦等現(xiàn)象?？梢姽苣さ痊F(xiàn)象?？梢姽苣な秸舭l(fā)的操作狀況式蒸發(fā)的操作狀況最好是形成爬膜到最好是形成爬膜到出現(xiàn)噴霧流之間出現(xiàn)噴霧流之間。升膜式蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)升膜式蒸發(fā)器的傳熱系數(shù) 升膜式蒸發(fā)的傳熱系數(shù)是不穩(wěn)定的，它升膜式蒸發(fā)的傳熱系數(shù)是不穩(wěn)定的，它是隨操作狀況而變化。一條加熱管中出現(xiàn)成是隨操作狀況而變化。一條加熱管中出現(xiàn)成膜過程有幾個階段，各階段的傳熱系數(shù)各不膜過程有幾個階段，各階段的傳熱系數(shù)各不相同。管子下部浸沒溶液的一段為加熱段，相同。管子下部浸沒溶液的一段為加熱段，內(nèi)部液體只靠自然對

12、流循環(huán)，故它的傳熱系內(nèi)部液體只靠自然對流循環(huán)，故它的傳熱系數(shù)很低，加熱段的長度隨進料溫度和溫度差數(shù)很低，加熱段的長度隨進料溫度和溫度差不同而變化。物料受熱后，沸騰傳熱系數(shù)也不同而變化。物料受熱后，沸騰傳熱系數(shù)也得到很大的提高，但傳熱系數(shù)是隨管子高度得到很大的提高，但傳熱系數(shù)是隨管子高度而變化的。而變化的。優(yōu)優(yōu)點點：濃濃縮縮物物料料時時間間短短，對對熱熱敏性物料影響小敏性物料影響小。缺缺點點：不不適適宜宜粘粘度度大大和和受受熱熱后后易易積積垢垢及及濃濃縮縮后后產(chǎn)產(chǎn)生生結(jié)結(jié)晶晶的的物物料。料。優(yōu)缺點優(yōu)缺點(2)降膜式蒸發(fā)器降膜式蒸發(fā)器旋液導(dǎo)流器（圖a螺紋導(dǎo)流管，圖d切線進料旋流棒）齒形溢流口（圖c

13、)，導(dǎo)流棒（圖b)；升膜、降膜式蒸發(fā)器的比較升升膜膜式式蒸蒸發(fā)發(fā)器器：成成膜膜方方便便，不不存存在在液液體體分分配配不不勻勻的的問問題題，但但是是不不適適合合粘粘度度大大的的液液體體濃縮濃縮降降膜膜式式蒸蒸發(fā)發(fā)器器：成成膜膜均均勻勻度度不不如如升升膜膜式式，適合粘度較高的物料濃縮。適合粘度較高的物料濃縮。齒形溢流口齒形溢流口 在加熱管的上方管口周在加熱管的上方管口周邊切成鋸齒形，以增加液體邊切成鋸齒形，以增加液體的溢流周邊。當(dāng)液面稍高于的溢流周邊。當(dāng)液面稍高于管口時，則可以沿周邊均勻管口時，則可以沿周邊均勻地溢流而下，由于加熱管管地溢流而下，由于加熱管管口高度一致，溢流周邊比較口高度一致，溢流

14、周邊比較大，致使各管子間或管子的大，致使各管子間或管子的各向溢流量比較均勻。當(dāng)液各向溢流量比較均勻。當(dāng)液位稍有差別時，不致引起很位稍有差別時，不致引起很大的溢流差別，但當(dāng)液位差大的溢流差別，但當(dāng)液位差別比較大，液位高度有變化別比較大，液位高度有變化時，深液分布還是不夠均勻時，深液分布還是不夠均勻 導(dǎo)流棒導(dǎo)流棒 在每根加熱管的上端管管口在每根加熱管的上端管管口插入一根呈八字形的導(dǎo)流棒。插入一根呈八字形的導(dǎo)流棒。棒底的寬邊與管壁成一定的均棒底的寬邊與管壁成一定的均勻間距，液體在均勻環(huán)形間距勻間距，液體在均勻環(huán)形間距中流入加熱管內(nèi)周邊，形成薄中流入加熱管內(nèi)周邊，形成薄膜。這樣液體流過的通道不變，膜。

15、這樣液體流過的通道不變，液體的流量只受管板上液面高液體的流量只受管板上液面高度變化所影響，這樣分布比較度變化所影響，這樣分布比較均勻，但遇有物料帶顆粒時，均勻，但遇有物料帶顆粒時，則會造成堵塞的影響則會造成堵塞的影響。旋液導(dǎo)流器旋液導(dǎo)流器 液體沿管壁周液體沿管壁周邊旋轉(zhuǎn)向下，邊旋轉(zhuǎn)向下，這樣可以減少這樣可以減少管內(nèi)各向物料管內(nèi)各向物料的不均勻性，的不均勻性，同時又可以增同時又可以增加液體流動速加液體流動速度，減速薄加度，減速薄加熱表面的邊界熱表面的邊界層，降低熱阻，層，降低熱阻，提高傳熱系數(shù)。提高傳熱系數(shù)。使液體旋轉(zhuǎn)進使液體旋轉(zhuǎn)進入加熱管的方入加熱管的方法如下：法如下：1）螺紋導(dǎo)流）螺紋導(dǎo)流管

16、管在加熱管在加熱管口插入刻有口插入刻有螺旋形溝槽螺旋形溝槽的導(dǎo)流管，的導(dǎo)流管，當(dāng)液體沿著當(dāng)液體沿著溝槽下流時，溝槽下流時，則使液體形則使液體形成一個旋轉(zhuǎn)成一個旋轉(zhuǎn)的運動方向。的運動方向。2）切線進料旋流器）切線進料旋流器旋流器插放在加旋流器插放在加熱管口上方，液熱管口上方，液體以切線方向進體以切線方向進入而形成旋流，入而形成旋流，但是設(shè)計時要注但是設(shè)計時要注意各切線進口的意各切線進口的均勻分布，否則均勻分布，否則會互相影響而會互相影響而造造成成進料不均勻進料不均勻 它它是是利利用用液液體體的的自自流流作作用用進進行行分分配配的的。在在管管板板上上方方一一定定距距離離水水平平安安裝裝一一塊塊篩篩孔孔板板，篩篩孔孔對對準(zhǔn)準(zhǔn)加加熱熱管管之之間間的的管管板板，當(dāng)當(dāng)篩篩板板上上面面保保持持一一定定液液層層時時，液液體體從從篩篩孔孔淋淋灑灑到到管管板板上上，液液體體離離各各加加熱熱管管口口距距離離相相等等，就就沿沿管管板板均均勻勻流流散散到到各各管管子子的的邊邊沿沿，成成薄薄膜膜狀狀沿沿管管壁壁下下流流。為為了了保保證證液液流流的的分分布布均均勻勻，可可采采用用二二層層或或三三層層篩篩板板，多多次