蒸發與結晶設備第1頁，課件共36頁，創作于2023年2月一、蒸發概述1、蒸發操作的目的（1）獲得濃縮的溶液直接作為化工產品或半成品。（2）濃縮溶液至飽和狀態，用于結晶操作以獲得固體溶質。（3）除雜質，獲得純凈的溶劑。第2頁，課件共36頁，創作于2023年2月2、分類（1）按蒸發操作壓力分為：常壓，加壓，或者減壓（真空）蒸發。（2）按二次蒸汽利用情況分為：單效蒸發和多效蒸發。第3頁，課件共36頁，創作于2023年2月單效蒸發：將所產生的二次蒸汽不再利用，而直接送冷凝器冷凝以除去的蒸發操作產生的蒸汽。多效蒸發：將多個蒸發器串聯，將產生的二次蒸汽通到另一壓力較低的蒸發器作為加熱蒸汽，使加熱蒸汽在蒸發過程中得到多次利用的蒸發過程稱為多效蒸發。第4頁，課件共36頁，創作于2023年2月3、多效蒸發流程并流：溶液與蒸汽的流向相同，稱并流。逆流：溶液與蒸汽的流向相反，稱逆流。錯流：溶液與蒸汽在有些效間成并流，而在有些效間成逆流。平流：每一效都加入原料液的方法。第5頁，課件共36頁，創作于2023年2月并流流程逆流流程第6頁，課件共36頁，創作于2023年2月二、蒸發設備蒸發設備中包括蒸發器和輔助設備。（一）蒸發器按照溶液在加熱室中的運動的情況，可將蒸發器分為循環型和單程型（不循環）兩類。1、循環型蒸發器特點：溶液在蒸發器中循環流動，因而可以提高傳熱效果；操作穩定。第7頁，課件共36頁，創作于2023年2月1、循環型蒸發器根據引起循環運動的原因不同，可分為自然循環型和強制循環型兩類。（1）中央循環管式（垂直短管式）結構：如圖所示。第8頁，課件共36頁，創作于2023年2月1、循環型蒸發器工作原理：中央粗管內溶液受熱慢，密度大，下行；周圍細管內溶液受熱快，密度小，上行；循環流動的速度可達0.1～0.5m/s。第9頁，課件共36頁，創作于2023年2月（2）外熱式蒸發器結構：如圖所示。其主要特點是采用了長加熱管（管長與直徑之比50～100），且液體下降管（又稱循環管）不再受熱。優點：循環速度較大（可達1.5m/s）；加熱室便于清洗和更換。第10頁，課件共36頁，創作于2023年2月優點：循環速度大（2～3.5m/s），；可用于蒸發粘度大，易結晶結垢的物料；傳熱系數較大。缺點：能耗大。（3）強制循環式蒸發器第11頁，課件共36頁，創作于2023年2月2、單程型蒸發器——特點：溶液以液膜的形式一次通過加熱室，不進行循環。——優點：溶液停留時間短，故特別適用于熱敏性物料的蒸發；溫度差損失較小，表面傳熱系數較大。——缺點：設計或操作不當時不易成膜，熱流量將明顯下降；不適用于易結晶、結垢物料的蒸發。第12頁，課件共36頁，創作于2023年2月形成的液膜與蒸汽流的方向相同，由下而上的并流上升。適用于蒸發量大（較稀的溶液），熱敏性及易起泡的溶液；不適用于較濃溶液、高粘度、易結晶、結垢的溶液。（1）升膜式蒸發器第13頁，課件共36頁，創作于2023年2月（2）降膜式蒸發器形成的液膜與蒸汽流的方向相同，由上而下的并流下降。由蒸發器、分離器、液體分布器組成。適用于濃度較高，粘度較大的物料；不適用于易結晶的物料。第14頁，課件共36頁，創作于2023年2月（3）刮板式薄膜蒸發器①結構如圖所示。②工作原理：料液自頂部進入蒸發器后，在刮板的攪動下分布于加熱管壁，并呈模式旋轉向下流動。二次蒸汽從上端抽出并加以冷凝，濃縮液由蒸發器底部放出。③缺點：結構復雜，制造要求高，加熱面不大，且需要消耗一定的動力。④應用：適應高粘度，易結晶、結垢的濃溶液蒸發。第15頁，課件共36頁，創作于2023年2月3、二效升降膜式蒸發器結構：主要由升膜蒸發器、降膜蒸發器、分離器及高位計量罐、預熱器等組成。應用：可用于多泡沫性料液的濃縮。第16頁，課件共36頁，創作于2023年2月（二）輔助設備蒸發輔助設備有除沫器、冷凝器、輸水器、真空泵等。1、除沫器（1）作用進一步除去離開蒸發器的二次蒸氣中夾帶的液沫，避免造成產品損失、污染冷凝液和堵塞管道。第17頁，課件共36頁，創作于2023年2月（2）類型常用的除沫器有兩類：①蒸發器內除沫器：直接安裝在蒸發器頂部。由于結構形式不同而有折流板式、球形、離心式、絲網除沫器四種。②蒸發器外除沫器：安裝在蒸發器的外部。其形式有：隔板式除沫器、旋風式除沫器。第18頁，課件共36頁，創作于2023年2月第2節結晶設備第19頁，課件共36頁，創作于2023年2月一、結晶的過程和基本原理1、結晶的過程溶質從溶液中結晶出來，要經歷兩個步驟：晶核形成：首先要產生微觀的晶粒作為結晶的核心，這個核心稱為晶核。晶體成長：晶核形成后，晶核長大，成為宏觀的晶體，這個過程稱為晶體成長。第20頁，課件共36頁，創作于2023年2月2、結晶的動力成核過程和晶體成長過程，都以溶液的過飽和度作為推動力。3、成核形式成核可分為三種形式：初級均相成核、初級非均相成核及二次成核。二次成核：在溶液中含被結晶物質晶體的條件下出現的成核。二次成核主要是接觸成核，在工業結晶器中的成核大都屬于接觸成核。第21頁，課件共36頁，創作于2023年2月4、工業結晶方法（1）不移除溶劑的結晶法亦稱冷卻結晶法。適用于溶解度隨溫度降低而顯著下降的物系。（2）移除部分溶劑的結晶法又分為蒸發結晶法和真空冷卻結晶法。適用于溶解度隨溫度變化不大的物系。第22頁，課件共36頁，創作于2023年2月（3）鹽析結晶法（改變溶質溶解度結晶法）是通過物系中加入某些物質達到降低溶質溶解度的目的，從而使溶質結晶析出的方法。第23頁，課件共36頁，創作于2023年2月二、常用結晶設備（一）不移除溶劑的結晶器——冷卻式結晶器1、攪拌式結晶器在敞槽或結晶釜中安裝攪拌器，使結晶器內溫度比較均勻，晶體雖小但粒度較均勻，可縮短冷卻周期，提高生產能力。按照料液循環形式分為內循環式和外循環式。第24頁，課件共36頁，創作于2023年2月1-電動機；2-進料口；3-冷卻夾套；4-擋板；5-減速器；6-攪拌軸；7-攪拌器第25頁，課件共36頁，創作于2023年2月2、長槽攪拌式連續結晶器（1）結構主體是一敞口或閉式的長槽，底部半圓形。槽外裝有水夾套，槽內則裝有長螺距低速螺帶攪拌器。全槽常由2～3個單元組成。第26頁，課件共36頁，創作于2023年2月1—結晶槽；2—水槽（冷卻水夾套）3—攪拌器；4，5—接管第27頁，課件共36頁，創作于2023年2月（2）工作原理熱而濃的溶液由結晶器的一端進入，并沿槽流動，夾套中的冷卻水與之作逆流流動。由于冷卻作用，若控制得當，溶液在進口處附近即開始產生晶核，這些晶核隨著溶液流動而成長為晶體，最后由槽的另一端流出。第28頁，課件共36頁，創作于2023年2月（3）特點結構較簡單，節省地面和材料，可以連續操作，生產能力大，體力勞動少；產生的晶體粒度均勻，大小可調節。適用于葡萄糖、谷氨酸鈉等衛生條件較高、產量較大的結晶。第29頁，課件共36頁，創作于2023年2月3、直接接觸冷卻結晶器（1）特點：冷卻劑與晶漿直接接觸，避免冷卻表面結垢及結垢導致的換熱器效率下降。（2）常用的冷卻介質：惰性的液態烴類，如乙烯、氟里昂等。（3）類型：釜式、回轉式、濕壁塔式第30頁，課件共36頁，創作于2023年2月（4）回轉式直接接觸冷卻結晶器①結構：如圖所示。它的主體是一回轉圓筒，略呈傾斜，筒內裝有擋板。其他部件有電動機、減速器、風機、連續離心機、排氣筒等。②工作原理：待結晶的溶液與冷空氣在筒內逆向流過，在筒內擋板作用下升舉并淋灑于冷空氣中，以擴展冷卻表面，從而降溫結晶，冷卻后的晶漿在離心機作用下分離出晶體。第31頁，課件共36頁，創作于2023年2月第32頁，課件共36頁，創作于2023年2月（二）移除部分溶劑的結晶器1、真空冷卻結晶器（1）工作原理真空冷卻結晶器是將熱的飽和溶液加入一與外界絕熱的結晶器中，由于器內維持高真空，故其內部滯留的溶液的沸點低于加入溶液的溫度。這樣，當溶液進入結晶器后，經絕熱閃蒸過程冷卻到與器內壓力相對應的平衡溫度。第33頁，課件共36頁，創作于2023年2