新版第七章蒸发与结晶设备

1、新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 第七章第七章 蒸发与结晶设备蒸发与结晶设备 v蒸发的目的：除去大部分水分，浓缩发酵液。蒸发的目的：除去大部分水分，浓缩发酵液。 v结晶的目的：获得纯净物质，尽可能提纯所得发酵产物纯度。结晶的目的：获得纯净物质，尽可能提纯所得发酵产物纯度。 v蒸发和结晶的区别：浓缩液中有无液蒸发和结晶的区别：浓缩液中有无液-固相变。固相变。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 本章重点： v理解的主要内容：1、麦芽汁煮沸锅的结构特 点及计算，2、管式薄膜蒸发器的原理、特点 及计算，3、结晶设备结晶的类型、特点及设 计，4、真空煮晶锅的结构、特点及设

2、计，5、 结晶设备的新技术、新动向。 v深刻掌握：1、薄膜蒸发器的特点、工作原理 及设计。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 本章习题：本章习题： v1.真空蒸发系统都由哪些设备组成？真空蒸发系统都由哪些设备组成？ v2.不凝气在蒸发系统如何排除？不凝气在蒸发系统如何排除？ 关键设备是什么？关键设备是什么？ v3.详述膜式蒸发罐的种类及其相应的结构。详述膜式蒸发罐的种类及其相应的结构。 v4.结晶设备一定是结晶罐吗？若不是，其结构特点有哪些特结晶设备一定是结晶罐吗？若不是，其结构特点有哪些特 征？征？ v5.例题例题7-1 要求浓缩单位为要求浓缩单位为4000u/l,蒸发器内蒸

3、发温度蒸发器内蒸发温度70， 处理量处理量500kg/h,500kg/h,混合冷凝器进口水温混合冷凝器进口水温2828 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 v 蒸发操作作为化工领域的重要的操作单元之一，蒸发操作作为化工领域的重要的操作单元之一， 在生物工业中被广泛采用。由于生物工业所生产的在生物工业中被广泛采用。由于生物工业所生产的 产品通常为具有生物活性的物质，或对温度较为敏产品通常为具有生物活性的物质，或对温度较为敏 感的物质，这是蒸发浓缩操作在生物工业中应特别感的物质，这是蒸发浓缩操作在生物工业中应特别 注意的问题。注意的问题。 v 在发酵工业中，蒸发操作常用于将溶液浓缩至

4、在发酵工业中，蒸发操作常用于将溶液浓缩至 一定的浓度，使其他工序更为经济合理，如将稀酶一定的浓度，使其他工序更为经济合理，如将稀酶 液浓缩到一定浓度在再进行沉淀处理或喷雾干燥，液浓缩到一定浓度在再进行沉淀处理或喷雾干燥， 或将稀溶液浓缩到规定浓度以符合工艺要求，如将或将稀溶液浓缩到规定浓度以符合工艺要求，如将 麦芽汁浓缩到规定浓度再进行发酵；或将溶液浓缩麦芽汁浓缩到规定浓度再进行发酵；或将溶液浓缩 到一定浓度以便进行结晶操作。到一定浓度以便进行结晶操作。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 v 结晶操作是获得纯净固体物质的重要方法之结晶操作是获得纯净固体物质的重要方法之 一。发酵

5、工业的许多产品，如谷氨酸钠，柠檬酸、一。发酵工业的许多产品，如谷氨酸钠，柠檬酸、 葡萄糖、核苷酸等都是用结晶的方法提纯精制的。葡萄糖、核苷酸等都是用结晶的方法提纯精制的。 v 蒸发与结晶之间最大区别在于，蒸发是将部蒸发与结晶之间最大区别在于，蒸发是将部 分溶剂从溶液中排出，使溶液浓度增加，溶液中分溶剂从溶液中排出，使溶液浓度增加，溶液中 的溶质没有发生相变，而结晶过程则是通过将过的溶质没有发生相变，而结晶过程则是通过将过 饱和溶液冷却、蒸发，或投入晶种使溶质结晶析饱和溶液冷却、蒸发，或投入晶种使溶质结晶析 出。结晶过程的操作与控制比蒸发过程要复杂的出。结晶过程的操作与控制比蒸发过程要复杂的 多

6、。有的工厂将蒸发与结晶过程置于蒸发器中连多。有的工厂将蒸发与结晶过程置于蒸发器中连 续进行，这样虽然可以节约设备投资，但对结晶续进行，这样虽然可以节约设备投资，但对结晶 晶体质量、结晶提取率即产品提取率将造成负面晶体质量、结晶提取率即产品提取率将造成负面 影响。影响。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 第一节第一节 蒸发设备蒸发设备 一、蒸发设备的分类：一、蒸发设备的分类： v1按操作压力按操作压力 v按操作空间的压力可分为：常压、加压或减压蒸发。按操作空间的压力可分为：常压、加压或减压蒸发。 v减压蒸发也称真空蒸发。它是在减压或真空条件下减压蒸发也称真空蒸发。它是在减压或真空

7、条件下 进行的蒸发过程，真空使蒸发器内溶液的沸点降低，进行的蒸发过程，真空使蒸发器内溶液的沸点降低， 其装置如图其装置如图1所示。所示。 v 图中排气阀门是调节真空度的，在减压下当溶图中排气阀门是调节真空度的，在减压下当溶 液沸腾时，会出现冲料现象，此时可打开排气阀门，液沸腾时，会出现冲料现象，此时可打开排气阀门， 吸入部分空气，使蒸发器内真空度降低，溶液沸点吸入部分空气，使蒸发器内真空度降低，溶液沸点 升高，从而沸腾减慢。升高，从而沸腾减慢。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 冷凝器 冷却水出口 除沫器 温度计 观察窗 原料入口 蒸汽入口 浓缩液出口 冷凝水出口 排气阀 接受

8、器 冷却水 接真空泵 图11-1 真空蒸发装置 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 v采用减压或真空蒸发其优点如下：采用减压或真空蒸发其优点如下： v（1）由于减压沸点降低，加大了传热温度差，使）由于减压沸点降低，加大了传热温度差，使 蒸发器的传热推动力增加，使过程强化。蒸发器的传热推动力增加，使过程强化。 v（2）适用于热敏性溶液和不耐高温的溶液，即减）适用于热敏性溶液和不耐高温的溶液，即减 少或防止热敏性物质的分解。少或防止热敏性物质的分解。 v（3）可利用二次蒸汽作为加热热源。）可利用二次蒸汽作为加热热源。 v（4）蒸发器的热损失减少。）蒸发器的热损失减少。 v但另一方面，

9、在真空下蒸发需要增设一套抽真空的但另一方面，在真空下蒸发需要增设一套抽真空的 装置以保持蒸发室的真空度，从而消耗额外的能量。装置以保持蒸发室的真空度，从而消耗额外的能量。 保持的真空度愈高，消耗的能量也愈大。同时，随保持的真空度愈高，消耗的能量也愈大。同时，随 着压力的减小，溶液沸点降低，其粘度亦随之增大，着压力的减小，溶液沸点降低，其粘度亦随之增大， 常使对流传热系数减小，从而也使总传热系数减小。常使对流传热系数减小，从而也使总传热系数减小。 此外，由于二次蒸汽的温度的降低使得冷凝的传热此外，由于二次蒸汽的温度的降低使得冷凝的传热 温度差相应降低。温度差相应降低。 新版第七章蒸发与结晶设备新

10、版第七章蒸发与结晶设备 v3按操作流程按操作流程 v可分为间歇式、连续式。可分为间歇式、连续式。 v4按加热部分的结构按加热部分的结构 v可分为膜式和非膜式。可分为膜式和非膜式。 v薄膜蒸发具有传热效果好，蒸发速度快，无静压薄膜蒸发具有传热效果好，蒸发速度快，无静压 头产生使得沸点升高的现象等优点，因此，薄膜头产生使得沸点升高的现象等优点，因此，薄膜 式蒸发技术得到了很大的发展，成为目前蒸发设式蒸发技术得到了很大的发展，成为目前蒸发设 备的主流。备的主流。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 二、膜式真空蒸发二、膜式真空蒸发 v1 单程型蒸发器单程型蒸发器 v这一大类蒸发器的主要

11、特点是：这一大类蒸发器的主要特点是： v 溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不作循环 流动即成为浓缩液排出。溶液通过加热室时，在管流动即成为浓缩液排出。溶液通过加热室时，在管 壁上呈膜状流动，故习惯上又称为液膜式蒸发器壁上呈膜状流动，故习惯上又称为液膜式蒸发器 （实际上这一名称不够确切，因在循环型蒸发器的（实际上这一名称不够确切，因在循环型蒸发器的 加热管壁上溶液亦可作膜状流动）。根据物料在蒸加热管壁上溶液亦可作膜状流动）。根据物料在蒸 发器中流向的不同，单程型蒸发器又分为以下几种。发器中流向的不同，单程型蒸发器又分为以下几种。 新版第七章蒸发与结晶设备新

12、版第七章蒸发与结晶设备 （1）升膜式蒸发器）升膜式蒸发器 1 2 二次 蒸汽 加热 蒸汽 完成液 图11-8 降膜式蒸发器 1-蒸发器 2-分离器 3-液体分离器 3 料液 1 加热蒸汽 冷凝器 进 料 二次蒸汽 2 完成液 图11-7升膜式蒸发器 1-蒸发器 2-分离器 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 v升膜式蒸发器的加热室由许多垂直长管组成，如图。升膜式蒸发器的加热室由许多垂直长管组成，如图。 v 常用的热管直径为常用的热管直径为2550mm，管长和管径之比，管长和管径之比 约为约为100150。料液经预热后由蒸发器底部引入，。料液经预热后由蒸发器底部引入， 进到加热管内

13、受热沸腾后迅速汽化，生成的蒸汽在进到加热管内受热沸腾后迅速汽化，生成的蒸汽在 加热管内高速上升。溶液则被上升的蒸汽所带动，加热管内高速上升。溶液则被上升的蒸汽所带动， 沿管壁成膜状上升，并在此过程中继续蒸发，汽、沿管壁成膜状上升，并在此过程中继续蒸发，汽、 液混合物在分离器液混合物在分离器2内分离，完成液由分离器底部内分离，完成液由分离器底部 排出，二次蒸汽则在顶部导出。排出，二次蒸汽则在顶部导出。 v 为了能在加热管内有效的成膜，上升的蒸汽应为了能在加热管内有效的成膜，上升的蒸汽应 具有一定的速度。例如，常压下操作时适宜的出口具有一定的速度。例如，常压下操作时适宜的出口 汽速一般为汽速一般为

14、2050m/s，减压下操作时汽速则应更，减压下操作时汽速则应更 高。因此，如果从料液中蒸汽的水量不多，就难以高。因此，如果从料液中蒸汽的水量不多，就难以 达到上述要求的汽速，即升膜式蒸发器不适用于较达到上述要求的汽速，即升膜式蒸发器不适用于较 浓溶液的蒸发；它对粘度很大，易结晶或易结垢的浓溶液的蒸发；它对粘度很大，易结晶或易结垢的 物料也不适用。物料也不适用。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 管式升膜蒸发器管式升膜蒸发器 BM系列薄膜蒸发器系列薄膜蒸发器 ：蒸发器为升膜：蒸发器为升膜 式列管换热器。设备与物料接触部分式列管换热器。设备与物料接触部分 均采用不锈钢制造，具有良好

15、的耐腐均采用不锈钢制造，具有良好的耐腐 蚀性能。蚀性能。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 （2）降膜式蒸发器）降膜式蒸发器 v这种蒸发器（如图所示）和升膜式蒸发器的区别这种蒸发器（如图所示）和升膜式蒸发器的区别 在于，料液是从蒸发器的顶部加入，在重力作用在于，料液是从蒸发器的顶部加入，在重力作用 下沿管壁成膜状下降，并在此过程中不断被蒸发下沿管壁成膜状下降，并在此过程中不断被蒸发 而蒸浓，在其底部得到完成液。为了使液体在进而蒸浓，在其底部得到完成液。为了使液体在进 入加热管后能有效地成膜，每根管的顶部装有液入加热管后能有效地成膜，每根管的顶部装有液 体分布器，其型式很多，图中

16、列出几种常见的分体分布器，其型式很多，图中列出几种常见的分 布器。布器。 v降膜式蒸发器可以蒸发浓度较高的溶液，对于粘降膜式蒸发器可以蒸发浓度较高的溶液，对于粘 度较大（例如在度较大（例如在0.050.45Ns/m2范围内）的物范围内）的物 料也能适用。但因液膜在管内分布不易均匀，传料也能适用。但因液膜在管内分布不易均匀，传 热系数比升膜式蒸发器的较小。热系数比升膜式蒸发器的较小。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 1 2 液面 液面 2 （a） 1 （b） 1 （c）（d） 液面 3 料 液 1 料 液 图11-9 降膜蒸发器的液体分布器 1-加热管 2-导流管 3-旋液分配

17、头 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 （3）升降膜式蒸发器）升降膜式蒸发器 v 将升膜和降膜式将升膜和降膜式 蒸发器装在一个外壳中蒸发器装在一个外壳中 即成升即成升降膜式蒸发器，降膜式蒸发器， 如图所示。预热后的料如图所示。预热后的料 液先经升膜式蒸发器上液先经升膜式蒸发器上 升，然后由降膜式蒸发升，然后由降膜式蒸发 器下降，在分离器中和器下降，在分离器中和 二次蒸汽分离即得完成二次蒸汽分离即得完成 液。这种蒸发器多用于液。这种蒸发器多用于 蒸发过程中溶液粘度变蒸发过程中溶液粘度变 化很大、溶液中水分蒸化很大、溶液中水分蒸 发量不大和厂房高度有发量不大和厂房高度有 一定限制的场

18、合。一定限制的场合。 加热蒸汽 进料 5 5 二次 蒸汽 图11-10升降膜式蒸发器 1-预热器 2-升膜加热器 3-降膜加热器 4-分离器 5-加热蒸汽冷凝排出口 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 v由于溶液在单程型蒸发器中呈膜状流动，因而对流由于溶液在单程型蒸发器中呈膜状流动，因而对流 传热系数大为提高，使得溶液能在加热室中一次通传热系数大为提高，使得溶液能在加热室中一次通 过不再循环就达到要求的浓度。过不再循环就达到要求的浓度。 v溶液不再循环，带来的好处有：（溶液不再循环，带来的好处有：（1 1）溶液在蒸发）溶液在蒸发 器中的停留时间很短，因而特别适用于热敏性物料器中的

19、停留时间很短，因而特别适用于热敏性物料 的蒸发；（的蒸发；（2 2）整个溶液的浓度，不像循环型那样）整个溶液的浓度，不像循环型那样 总是接近于完成液的浓度，因而其温度差损失相对总是接近于完成液的浓度，因而其温度差损失相对 地就较小；此外膜状流动时，液柱静压头引起的温地就较小；此外膜状流动时，液柱静压头引起的温 度差损失可以忽略不计；所以在相同操作条件下，度差损失可以忽略不计；所以在相同操作条件下， 这种蒸发器的有效温差较大。这种蒸发器的有效温差较大。 v其主要缺点是：对进料负荷的波动相当敏感，当设其主要缺点是：对进料负荷的波动相当敏感，当设 计或操作不适当时不易成膜，此时，对流传热系数计或操作

20、不适当时不易成膜，此时，对流传热系数 将明显下降；另外，它也不适用于易结晶和结垢物将明显下降；另外，它也不适用于易结晶和结垢物 料的蒸发。料的蒸发。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 2.循环式薄膜蒸发器循环式薄膜蒸发器 v图7-3 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 3刮板式蒸发器刮板式蒸发器 (a)固定刮板式 （b)转子式 1-夹套 2-刮板 图11-11 刮板式蒸发器 加热蒸汽 加热蒸汽 蒸汽 完成液 (a) 料液 二次蒸汽 冷凝水 完成液 (b) 1 冷凝水 冷凝水 2 料液 二次蒸汽 料液 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 v这是一种利用

21、外加动力成膜的单程型蒸发器，其结这是一种利用外加动力成膜的单程型蒸发器，其结 构如图所示。蒸发器外壳带有夹套，内通入加热蒸构如图所示。蒸发器外壳带有夹套，内通入加热蒸 汽加热。汽加热。 v加热部分装有旋转的刮板，刮板本身又可分为固定加热部分装有旋转的刮板，刮板本身又可分为固定 式和转子式两种，前者与壳体内壁的间隙为式和转子式两种，前者与壳体内壁的间隙为0.5 1.5mm，后者与器壁的间隙随转子的转数而变。，后者与器壁的间隙随转子的转数而变。 料液由蒸发器上部沿切线方向加入（亦有加至与刮料液由蒸发器上部沿切线方向加入（亦有加至与刮 板同轴的甩料盘上的），在重力和旋转刮板刮带下，板同轴的甩料盘上的

22、），在重力和旋转刮板刮带下， 溶液在壳体内壁形成下旋的薄膜，并在下降过程中溶液在壳体内壁形成下旋的薄膜，并在下降过程中 不断被蒸发，在底部得到完成液。这种蒸发器的突不断被蒸发，在底部得到完成液。这种蒸发器的突 出优点是对物料的适应性很强，例如，对高粘度和出优点是对物料的适应性很强，例如，对高粘度和 易结晶、结垢的物料都能适用。易结晶、结垢的物料都能适用。 v其缺点是结构复杂，动力消耗大，每平方米传热面其缺点是结构复杂，动力消耗大，每平方米传热面 约需约需1.53kw。此外，受夹套传热面的限制，其。此外，受夹套传热面的限制，其 处理量也很小。处理量也很小。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发

23、与结晶设备 4.离心薄膜式蒸发器离心薄膜式蒸发器 v图7-5 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 (a)固定刮板式 （b)转子式 1-夹套 2-刮板 图11-11 刮板式蒸发器 加热蒸汽 加热蒸汽 蒸汽 完成液 (a) 料液 二次蒸汽 冷凝水 完成液 (b) 1 冷凝水 冷凝水 2 料液 二次蒸汽 料液 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 5.5.蒸发器的配套设备蒸发器的配套设备 v 蒸发器的附属设备有汽液分离器及冷凝与不凝蒸发器的附属设备有汽液分离器及冷凝与不凝 气体的排除装置。气体的排除装置。 v（1 1）汽液分离器（捕沫器）汽液分离器（捕沫器） v 从蒸发器溢

24、出的二次蒸汽带有液沫，需要加以从蒸发器溢出的二次蒸汽带有液沫，需要加以 分离和回收。在分离室上部或分离室外面装有阻止分离和回收。在分离室上部或分离室外面装有阻止 液滴随二次蒸汽跑出的装置，称为分离器或捕沫器。液滴随二次蒸汽跑出的装置，称为分离器或捕沫器。 v1 1装于蒸发器顶盖下面的分离器，如图，装置是使装于蒸发器顶盖下面的分离器，如图，装置是使 蒸汽的流动方向突变，从而分离了雾沫。（蒸汽的流动方向突变，从而分离了雾沫。（c c）是用）是用 细金丝，塑料丝等编成网带，分离效果好，压强降细金丝，塑料丝等编成网带，分离效果好，压强降 较小，可以分离直径小于较小，可以分离直径小于10m10m的液滴。

25、（的液滴。（d d）是蒸）是蒸 汽在分离器中作圆周运动，因离心作用将气流中液汽在分离器中作圆周运动，因离心作用将气流中液 滴分离出来。滴分离出来。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 (a)折 流 板 式 （ b） 球 形 捕 沫 器（ c） 丝 网 捕 沫 器（ d） 离 心 式 分 离 器 图 11-13 汽 液 分 离 器 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 2 2装于蒸发器外面的分离器，如图所示，（装于蒸发器外面的分离器，如图所示，（a a）是隔）是隔 板式，（板式，（b b）（）（c c）（）（d d）是旋风分离器，其分离效果）是旋风分离器，其分离效果 较

26、好。较好。 (a) (c)(b)(d) 图11-14 汽液分离器 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 （2）冷凝与不凝气体的排除装置）冷凝与不凝气体的排除装置 在蒸发操作过程中，二次蒸汽若是有用物在蒸发操作过程中，二次蒸汽若是有用物 料，应采用间壁式冷凝器回收；二次蒸汽不被料，应采用间壁式冷凝器回收；二次蒸汽不被 利用时，必须冷凝成水方可排除，同时排除不利用时，必须冷凝成水方可排除，同时排除不 凝性气体。对于水蒸气的冷凝，可采用汽、水凝性气体。对于水蒸气的冷凝，可采用汽、水 直接接触的混合式冷凝器。直接接触的混合式冷凝器。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 无论使

27、用哪种冷无论使用哪种冷 凝器，都要设置凝器，都要设置 真空装置，不断真空装置，不断 排除不凝性气体排除不凝性气体 并向系统提供一并向系统提供一 定的真空度。水定的真空度。水 环真空泵、往复环真空泵、往复 式真空泵及喷射式真空泵及喷射 泵是常用作抽真泵是常用作抽真 空的设备。空的设备。 4 1 7 3 8 6 2 水 蒸 汽 接 真 空 泵 图 11-15 高 位 逆 流 混 合 式 冷 凝 器 1-外 壳 2-进 水 口 3、 8-气 压 管 4-蒸 气 进 口 5-淋 水 板 6-不 凝 性 气 体 引 出 管 7-分 离 器 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 6.6.多效蒸

28、发多效蒸发 v若二次蒸汽被引入另一蒸发器作为热源，在若二次蒸汽被引入另一蒸发器作为热源，在 另一蒸发器中被利用，称为二效蒸发，依次另一蒸发器中被利用，称为二效蒸发，依次 类推，如蒸汽多次被利用串联操作，则称为类推，如蒸汽多次被利用串联操作，则称为 多效蒸发。多效蒸发可提高初始加热蒸汽的多效蒸发。多效蒸发可提高初始加热蒸汽的 利用率。利用率。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 v多效蒸发的原理：将二次蒸汽作为加热蒸汽多效蒸发的原理：将二次蒸汽作为加热蒸汽 引入为一效蒸发器。引入为一效蒸发器。 v效：每四个蒸发成为一效。多个蒸发器串联，效：每四个蒸发成为一效。多个蒸发器串联， 形成

29、多效。形成多效。 v多效蒸发的好处：减少蒸发所需的生蒸发量。多效蒸发的好处：减少蒸发所需的生蒸发量。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 多效蒸发设备常见流程多效蒸发设备常见流程 v并流：溶液和蒸汽并流。并流：溶液和蒸汽并流。 v逆流：溶液和蒸汽逆流。逆流：溶液和蒸汽逆流。 v错流：逆流和并流混用。错流：逆流和并流混用。 v平流平流 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 完成液 原料液 图11-17 并流加料蒸发流程 加热蒸汽 123 至冷凝器 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 加热蒸汽 完成液 图11-18 逆流加料蒸发流程 12 原料液 3 至冷凝

30、器 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 图11-19 平流加料蒸发流程 加热蒸汽 原料液 1 完成液完成液完成液 至冷凝器 23 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 水平管型 标准型 外热式(自然循环) 列文管 强制循环 升膜式 降膜式 刮板式 甩盘式 旋风式 板式 最廉 最廉 廉 高 高 廉 廉 最高 较高 最廉 高 良好 良好 高 高 高 高 良好 高 高 高 高 低 - 低 0.10.5 低 0.41.5 良好 1.52.5 良好 2.03.5 高 0.41.0 良好 0.41.0 高 - 低 - 良好 1.52.0 良好 - 长能 长能 较长 能 较长 能

31、-较难 短 尚能 短 尚能 短 尚能 较短尚能 短 较难 较短尚能 一般适 一般适 较大适 较大适 大 适 大 适 大 较适 较小 较适 较小适 较小适 较小适 适 不适不适不适 适尚适尚适稍适 较好 尚适尚适稍适 较好 尚适尚适稍适 好 适 尚适 适 好尚适良好不适 适不适良好不适 较好 不适良好不适 适不适较好不适 适尚适尚适 适 适不适尚适不适 蒸 发 器 形 式 造 价 总传热系数 稀 溶 液 高 粘 度 溶液在 管内 流速 m/s 停 留 时 间 完成 液浓 度能 否恒 定 浓 缩 比 处 理 量 稀 溶 液 高 粘 度 良好 良好 良好 良好 较高 高 高 高 较高 较高 良好 适

32、 适 尚适 尚适 好 尚适 好 好 尚适 适 尚适 易 生 泡 沫 易 结 垢 热 敏 性 有 结晶 析出 对溶液性质的适应性 表11-1蒸发器的主要性能 应视具体情况，选用适宜的蒸发器。下表列应视具体情况，选用适宜的蒸发器。下表列 出常见蒸发器的一些性能，供参考。出常见蒸发器的一些性能，供参考。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 一般选型时应考滤以下因素。一般选型时应考滤以下因素。 v1溶液的粘度溶液的粘度 v蒸发过程中溶液粘度变化的范围，是选型首要考虑蒸发过程中溶液粘度变化的范围，是选型首要考虑 的因素，各类蒸发器适用于溶液粘度的范围见上表。的因素，各类蒸发器适用于溶液粘度

33、的范围见上表。 v2溶液的热稳定性溶液的热稳定性 v长时间受热易分解、易聚合以及易结垢的溶液蒸发长时间受热易分解、易聚合以及易结垢的溶液蒸发 时，应采用滞料量少、停留时间短的蒸发器。时，应采用滞料量少、停留时间短的蒸发器。 v3有晶体析出的溶液有晶体析出的溶液 v对蒸发时有晶体析出的溶液应采用外加热式对蒸发时有晶体析出的溶液应采用外加热式 蒸发器或强制循环蒸发器。蒸发器或强制循环蒸发器。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 v4易发泡的溶液易发泡的溶液 v易发泡的溶液在蒸发时会生成大量层层重叠不易破碎的泡沫，易发泡的溶液在蒸发时会生成大量层层重叠不易破碎的泡沫， 充满了整个分离室

34、后即随二次蒸汽排出，不但损失物料，而充满了整个分离室后即随二次蒸汽排出，不但损失物料，而 且污染冷凝器。蒸发这种溶液宜采用外加热式蒸发器、强制且污染冷凝器。蒸发这种溶液宜采用外加热式蒸发器、强制 循环蒸发器或升膜式蒸发器。若将中央循环管蒸发器和悬筐循环蒸发器或升膜式蒸发器。若将中央循环管蒸发器和悬筐 蒸发器设计大一些，也可用于这种溶液的蒸发。蒸发器设计大一些，也可用于这种溶液的蒸发。 v5有腐蚀性的溶液有腐蚀性的溶液 v蒸发腐蚀性溶液时，加热管应采用特殊材质制成，蒸发腐蚀性溶液时，加热管应采用特殊材质制成， 或内壁衬以耐腐蚀材料。若溶液不怕污染，也可采或内壁衬以耐腐蚀材料。若溶液不怕污染，也可

35、采 用直接接触式蒸发器。用直接接触式蒸发器。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 v6 6易结垢的溶液易结垢的溶液 v无论蒸发何种溶液，蒸发器长久使用后，传无论蒸发何种溶液，蒸发器长久使用后，传 热面上总会有污垢生成。垢层的导热系数小，热面上总会有污垢生成。垢层的导热系数小， 因此对易结垢的溶液，应考虑选择便于清洗因此对易结垢的溶液，应考虑选择便于清洗 和溶液循环速度大的蒸发器。和溶液循环速度大的蒸发器。 v7溶液的处理量溶液的处理量 v溶液的处理量也是选型应考虑的因素。要求溶液的处理量也是选型应考虑的因素。要求 传热面积大于传热面积大于10m2时，不宜选用刮板搅拌薄时，不宜选用

36、刮板搅拌薄 膜蒸发器，要求传热面在膜蒸发器，要求传热面在20 m2以上时，宜采以上时，宜采 用多效蒸发操作。用多效蒸发操作。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 第二节第二节 蒸发设备的计算与设计蒸发设备的计算与设计 v例题例题7-1 7-1 现在要设计一个单流升膜真空蒸发器用来现在要设计一个单流升膜真空蒸发器用来 浓缩井冈霉素发酵滤液，滤液单位浓缩井冈霉素发酵滤液，滤液单位10000u/ml10000u/ml，要，要 求浓缩液单位为求浓缩液单位为30000u/ml30000u/ml；蒸发器内蒸发温度为；蒸发器内蒸发温度为 6060，处理量为，处理量为600kg/h600kg/h

37、，加热蒸汽，加热蒸汽9999，传热系，传热系 数数K=4600kJ/(mK=4600kJ/(m2 2h h););加热管采用加热管采用25252.52.5不锈钢，不锈钢， L/d=125,L/d=125,混合冷凝器进口水温混合冷凝器进口水温33 33 ，系统漏入空，系统漏入空 气量为气量为2kg/h,2kg/h,；物料性质与水的物性数据相似。求：；物料性质与水的物性数据相似。求： 设计一套升膜式真空蒸发器的流程；蒸发器的设计一套升膜式真空蒸发器的流程；蒸发器的 传热面积和列管的根数与长度分离器的直径和结传热面积和列管的根数与长度分离器的直径和结 构尺寸；真空系统的排气量（作为选用真空泵的构尺寸

38、；真空系统的排气量（作为选用真空泵的 重要参数）。重要参数）。 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 v解：解：设计蒸发流程设计蒸发流程 v升膜真空蒸发系统如图所示，主要设备包括料液储罐，进料升膜真空蒸发系统如图所示，主要设备包括料液储罐，进料 流量计，蒸发器，冷凝器，真空发生器等。流量计，蒸发器，冷凝器，真空发生器等。 v蒸发器的传热面积和列管的根数与长度蒸发器的传热面积和列管的根数与长度 v根据题意蒸发器温度根据题意蒸发器温度60 60 ，由，由6060查其饱和水蒸汽压强为查其饱和水蒸汽压强为 149.4mmHg149.4mmHg，相对真空度，相对真空度=760-149.4=6

39、10.6(mmHg).=760-149.4=610.6(mmHg).设计进料设计进料 温度低于沸点温度低于沸点3 34，进料温度为，进料温度为60-4=56 .60-4=56 . )(41 2 3943 Ct m v加热段面积加热段面积F1 )/(630 2 1 1 1 1 chmkJK tK Q F m 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 )/(8 .10048)5660(600187. 4 2 1 chmkJtcLQ f )(39. 0)41630/(8 .10048 2 1 mF v蒸发水量蒸发水量Ve及蒸发段的面积及蒸发段的面积F2 )/(4003/2600hkgVe v

40、Q2=Veie 查查60水的汽化潜热为水的汽化潜热为2355.2kJ/kg2355.2kJ/kg )/(9420802 .2355400 2 hkJQ m tK Q F 2 2 2 )/(4600 2 2 chmkJK 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 )(396099ctm )(25. 5 394600 942080 2 2 mF )(64. 525. 539. 0 2 21 mFFF )(76. 664. 52 . 12 . 1 2 mFF 设 v也可以用蒸发强度来计算也可以用蒸发强度来计算 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 v列管的根数与长度列管的根数与长

41、度 v选用选用252.5不锈钢管不锈钢管 vL=125d=125(0.025-0.005)=3(m) v根数根数n=F/(dL)=6.76/(0.0203.143)=36(根根) v分离器的直径和结构尺寸分离器的直径和结构尺寸 v取汽速取汽速w ws s=40m/s=40m/s mmmd smhm p p T TV V w V d e s 160),(165. 0 40785. 0 858. 0 )/(858. 0)/(3088 4 .149 760 273 333 4 .22 18 400 4 .22 18 758. 0 1 33 2 1 1 2 1 取 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸

42、发与结晶设备 ）（圆锥部高度 圆筒部高度 二次蒸汽进口 二次蒸汽出口 直径 比例，设计为根据汽液分离器的结构 mmDL mmDL mmd mmDd mmdd 8000 .2 )(6005 .1 )(160 )(2005 .0 )(4005 .21605 .2 2 1 1 2 12 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 3 3 21 2 2 3 1 1 21 /2038 )/(25.19 )3345(187. 41000 )45187. 44 .2606(400 )( )( /6 . 0 /2 2 )( 4 mgc hm ttc tciV L hmM hkgg ggGa GnGaGm pe 时空气在水中溶解度为 需要冷却水量 本系统处理量 系统漏入的空气量 （不凝气量）（不凝气中饱和气流量混合气流量 ）真空系统排气量（ 新版第七章蒸发与结晶设备新版第七章蒸发与结晶设备 .610 )/(781. 5384. 1397. 4 )4 .14960 208.50 2 .38)3345(1 . 0433)(1 . 04( )/(384. 1) 208.504 .149 208.50 622. 0(397. 4622. 0( )/(397. 4397. 0222 )/(397. 0 )/(397)25.196 .