第八章蒸发与结晶设备课件

第八章蒸发与结晶设备第八章蒸发与结晶设备13.方式自然蒸发：溶液中的溶剂在低于其沸点下汽化，蒸发仅在溶液表面进行，蒸发速率低沸腾蒸发：溶液在沸点下蒸发，溶液任何部分都发生汽化，蒸发速率高工业生产上的蒸发设备都是在沸腾状态下进行3.方式自然蒸发：溶液中的溶剂在低于其沸点下汽化，蒸发仅在溶24.要求5.组成：加热蒸发室、分离器、冷凝器、抽气泵充分的热源，维持溶液的沸腾和补充溶剂汽化所需要的热量迅速排除二次蒸汽一定的传热面积，保证足够的传热量4.要求5.组成：加热蒸发室、分离器、冷凝器、抽气泵充分的热36.类型按蒸汽利用次数可分为：单效蒸发、双效蒸发、多效蒸发按操作方式可分为：分批式、连续式、循环式（部分、全部、自然、强制）按溶液在加热面上状态可分为：膜式、非膜式膜式蒸发特点：蒸发速度快，时间短按操作空间的压力可分为：常压蒸发、加压蒸发、减压蒸发6.类型按蒸汽利用次数可分为：单效蒸发、双效蒸发、多效蒸发按4真空蒸发特点蒸发温度低，适用于热敏性溶液，减少或防止热敏性物质的分解、变色、变性失活蒸发温度低，加大了传热温度差，使蒸发器的传热推动力增加，传热速率大蒸发温度低，可利用二次蒸汽作为加热热源蒸发温度低，与环境温差小，热损失减少真空蒸发需要增设抽真空装置，消耗额外的能量压力减小，溶液沸点降低，其粘度随之增大，使对流传热系数减小，影响传热速率真空蒸发特点蒸发温度低，适用于热敏性溶液，减少或防止热敏性物57.选型溶液的性质：

耐热性、粘滞性、结垢性、结晶性、发泡性、腐蚀性工艺要求：

保持溶液特性、收得率高溶液的处理量、浓缩比（蒸发量）经济性：结构简单、紧凑、造价低热效率高，动力消耗少使用方面：容易操作，清洗、维修方便7.选型溶液的性质：6二、常用蒸发设备1、常压蒸发设备夹套加热式麦芽汁煮沸锅二、常用蒸发设备夹套加热式麦芽汁煮沸锅7内加热式麦芽汁煮沸锅列管式内加热器的煮沸锅具两段内加热器的煮沸锅内加热式麦芽汁煮沸锅列管式内加热器的煮沸锅具两段内加热器的煮8煮沸锅与外加热器的组合方式1煮沸锅与外加热器的组合方式2外加热式麦芽汁煮沸锅煮沸锅与外加热煮沸锅与外加热外加热式麦芽汁煮沸锅92、真空蒸发设备真空蒸发：溶液在真空状态下蒸发（降低蒸发温度）膜式蒸发：溶液在加热面上呈膜状（缩短蒸发时间）类型：管式薄膜蒸发器刮板式薄膜蒸发器离心式薄膜蒸发器2、真空蒸发设备真空蒸发：溶液在真空状态下蒸发（降低蒸发温度10式中：G1—进入结晶器的物料量，kg/h类型：立式结晶罐、卧式结晶箱特点设备简单，操作方便，成本低，广泛φ—结晶设备最终时充填系数，溶液的处理量、浓缩比（蒸发量）在溶液自身重力作用下，溶液沿管内壁呈膜状向下流动大尺寸，靠近传热面）列管式内加热器的煮沸锅被进入管间的加热蒸汽加热蒸发、浓缩按操作方式可分为：分批式、连续式、循环式（部分、全部、自然、强制）冷却结晶设备：用降温方法使溶液进入过饱和热效率高，动力消耗少溶液蒸发时间短，适用于热敏性物料的蒸发按生产作业方式分为：分批的、连续的分布器：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体分布器按溶液在加热面上状态可分为：膜式、非膜式（1）管式薄膜蒸发器

特点：溶液沿加热管壁呈膜状流动进行蒸发，传热系数高溶液蒸发时间短，适用于热敏性物料的蒸发对进料负荷的波动相当敏感，设计或操作不当不易成膜不适用于易结晶、结垢物料的蒸发类型：升膜式、降膜式、升降膜式式中：G1—进入结晶器的物料量，kg/h（1）管式薄膜蒸发器11构造：由加热室和分离室组成加热室有许多垂直长管，常用的加热管直径为25～50mm，管长和管径之比约为100～150分离室在加热室的顶部侧面，与抽真空设备相连A、升膜式蒸发器构造：A、升膜式蒸发器12工作原理：升膜式蒸发器原料液预热至沸点或接近沸点，由加热室底部引入管内，被进入管间的加热蒸汽加热蒸发料液被高速上升的二次蒸汽所带动，沿加热管壁面呈膜状流动上升边上升边蒸发、浓缩进入分离室进行汽液分离工作原理：升膜式蒸发器原料液预热至沸点或接近沸点，由加热室底13液膜形成过程液膜形成过程14用途：用于处理需要较大蒸发量的稀溶液热敏性或易生泡的溶液不适于处理高粘度、有结晶析出或易结垢的溶液用途：用于处理需要较大蒸发量的稀溶液15B、降膜式蒸发器构造：由加热室和分离室组成加热室不但有许多垂直长管，还在管顶部设置液体分布器分离室在加热室的底部侧面，与抽真空设备相连B、降膜式蒸发器构造：16△t—冷却剂进出口的温度差，k当加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出时沸腾蒸发：溶液在沸点下蒸发，溶液任何部分都发生汽化，蒸发速率高按操作空间的压力可分为：常压蒸发、加压蒸发、减压蒸发离心式薄膜蒸发设备流程C1—料液的比热，kJ/kg·℃h2—浓缩液的焓，kJ/kg分离室在加热室的底部侧面，与抽真空设备相连△T—结晶器外壁与周围空气的温度差，K溶液的处理量、浓缩比（蒸发量）ρ—浓液的密度，kg/m3条件溶液处于过饱和状态r—温度为t2时二次蒸汽的蒸发潜热，kJ/kgC3—晶体的平均比热，kJ/（kg·K）不适用于易结晶、结垢物料的蒸发φ—结晶设备最终时充填系数，溶液的性质（溶解度与温度关系）料液转入另一半加热管，再进行降膜蒸发条件溶液处于过饱和状态齿形溢流口导流棒螺纹导流管切线进料旋流器分布器：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体分布器△t—冷却剂进出口的温度差，k齿形溢流口导流棒螺纹导流管切线17工作原理：原料液从顶部进入加热室经管端的液体分布器均匀地流入加热管内在溶液自身重力作用下，溶液沿管内壁呈膜状向下流动被进入管间的加热蒸汽加热蒸发、浓缩工作原理：原料液从顶部进入加热室18用途：用于处理粘度较大、不能形成升膜的浓溶液热敏性溶液不适于处理易结晶、结垢或粘度太大的溶液用途：用于处理粘度较大、不能形成升膜的浓溶液19C、升—降膜式蒸发器构造：由加热室和分离室组成加热室由升膜管束和降膜管束组合而成，蒸发器底部封头内有一隔板，将加热管束均分为二分离室在加热室的底部侧面，与抽真空设备相连C、升—降膜式蒸发器构造：20工作原理：物料先进入升膜加热管进行升膜蒸发，料液从底部上升至顶部料液转入另一半加热管，再进行降膜蒸发浓缩液从下部进入汽液分离器工作原理：物料先进入升膜加热管进行升膜蒸发，料液从底部上升至21特点：两个浓缩过程串联，可提高产品的浓缩比降低设备高度用途：适于处理粘度变化大的溶液厂房高度有一定限制的场合特点：用途：22结构：加热管是一根垂直的空心圆管圆管外有夹套，内通加热蒸汽圆管内装可以旋转的搅拌叶片（2）刮板式薄膜蒸发器结构：（2）刮板式薄膜蒸发器23工作原理：原料液沿切线方向进入管内受到离心力、重力及叶片的刮带作用在管内壁上形成旋转下降的薄膜被加热蒸发、浓缩，从底部排出工作原理：原料液沿切线方向进入管内24被进入管间的加热蒸汽加热蒸发、浓缩△T—结晶器外壁与周围空气的温度差，Kh1—料液的焓，kJ/kg应用于微生物代谢产物的精制C1—料液的比热，kJ/kg·℃待结晶溶液带入的热量：结晶体的大小、形状及晶体长大速率用于溶质的溶解度随温度变化不大不断蒸发，维持溶液在一定的过饱和度进行育晶采用冷却降温方法使溶液进入过饱和状态对进料负荷的波动相当敏感，设计或操作不当不易成膜式中：D—加热蒸汽消耗量，kg/hr—温度为t2时二次蒸汽的蒸发潜热，kJ/kg组成：加热蒸发室、分离器、冷凝器、抽气泵浓缩液从下部进入汽液分离器△t—冷却剂进出口的温度差，k△T—结晶器外壁与周围空气的温度差，K物料先进入升膜加热管进行升膜蒸发，料液从底部上升至顶部经济性：结构简单、紧凑、造价低进入分离室进行汽液分离冷却结晶设备：用降温方法使溶液进入过饱和特点：对物料的适应性很强，对高粘度和易结晶、结垢的物料都能适用结构复杂，动力消耗大，每平方米传热面约需1.5～3kw夹套传热面积较小，处理量小被进入管间的加热蒸汽加热蒸发、浓缩特点：结构复杂，动力消耗大25（3）离心式薄膜蒸发器工作原理：利用旋转离心盘所产生的离心力推动溶液呈膜状流动，同时被加热蒸发浓缩（3）离心式薄膜蒸发器工作原理：利用旋转离心盘所产生的离心力26离心式薄膜蒸发设备流程1.平衡槽2.进料螺杆泵3.蒸发器4.喷射泵5.水池6.水泵7.浓缩液贮罐8.出料螺杆泵离心式薄膜蒸发设备流程1.平衡槽2.进料螺杆泵3.蒸发27三、蒸发设备的计算溶质在蒸发过程中不会挥发，进料中的溶质将全部进入浓缩液溶质的物料衡算：在给定生产任务和确定的操作条件下，计算溶剂蒸发量、加热蒸汽消耗量和蒸发器的传热面积1.蒸发量三、蒸发设备的计算溶质在蒸发过程中不会挥发，进料中的溶质将全28水分蒸发量蒸发后溶液浓度：式中：F—溶液的进料量，kg/hW—水分的蒸发量，kg/hL—浓缩液流量，kg/hx1—料液中溶质的浓度，质量分率x2—浓缩液中溶质的浓度，质量分率水分蒸发量蒸发后溶液浓度：式中：F—溶液的进料量，kg/h292.加热蒸汽消耗量热量衡算：式中：D—加热蒸汽消耗量，kg/hHs—加热蒸汽的焓，kJ/kgh1—料液的焓，kJ/kgh2—浓缩液的焓，kJ/kghs—加热器中冷凝水的焓，kJ/kgH—二次蒸汽的焓，kJ/kgQL—

热损失，kJ/h2.加热蒸汽消耗量热量衡算：式中：D—加热蒸汽消耗量，kg30加热蒸汽消耗量：式中：t1—料液温度，℃t2—蒸发器中溶液温度，℃C1—料液的比热，kJ/kg·℃C2—浓缩液的比热，kJ/kg·℃

当加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出时式中：R—加热蒸汽的蒸发潜热，kJ/kg

r—

温度为t2时二次蒸汽的蒸发潜热，kJ/kg加热蒸汽消耗量：式中：t1—料液温度，℃当加热蒸汽的冷凝液313.传热面积传热速率方程式中：A—蒸发器的传热面积，m2Q—传热量，WK—传热系数，W/m2·K△tm—平均传热温度差，K蒸汽冷凝和溶液沸腾之间是恒温差传热传热面积：3.传热面积式中：A—蒸发器的传热面积，m2蒸汽冷凝和溶液沸32第二节结晶设备一、概述1.条件溶液处于过饱和状态2.应用许多抗生素、氨基酸、维生素等都是利用多次结晶的方法制取高纯度产品3.特点设备简单，操作方便，成本低，广泛应用于微生物代谢产物的精制第二节结晶设备一、概述334.类型按生产作业方式分为：分批的、连续的按形成过饱和溶液途径分为：冷却结晶设备、蒸发结晶设备、真空结晶设备冷却结晶设备：用降温方法使溶液进入过饱和蒸发结晶设备：蒸发溶剂使溶液进入过饱和真空结晶设备：没有加热或冷却装置，料液在真空状态下自蒸发浓缩并同时降低温度4.类型按生产作业方式分为：分批的、连续的按形成过饱和溶液途345.选型溶液的性质（溶解度与温度关系）结晶体的大小、形状及晶体长大速率经济性5.选型溶液的性质（溶解度与温度关系）35二、常用结晶设备1.要求传热：无传热面、传热面要光滑混合：气流搅拌、机械搅拌（低转速，大尺寸，靠近传热面）内壁：光滑、无棱角二、常用结晶设备1.要求传热：无传热面、传热面要光滑混合：气362.冷却结晶设备工作原理：采用冷却降温方法使溶液进入过饱和状态不断降温，维持溶液一定的过饱和浓度进行育晶用途：用于温度对溶解度影响比较大的物质结晶类型：立式结晶罐、卧式结晶箱2.冷却结晶设备工作原理：37（1）立式结晶罐结构：机械搅拌器（框式、锚式）冷却装置（夹套式或罐内蛇管）（1）立式结晶罐结构：38特点间歇操作，结晶时间可以任意调节可得到较大的结晶颗粒生产能力较低过饱和度不能精确控制特点间歇操作，结晶时间可以任意调节39（2）卧式结晶箱结构：外部夹套冷却长螺距的螺旋搅拌器，推动结晶体向前运动箱的上部有活动的顶盖，保持箱内物料的洁净（2）卧式结晶箱结构：403.蒸发结晶设备工作原理：加热蒸发部分溶剂，使溶液浓缩进入过饱和区不断蒸发，维持溶液在一定的过饱和度进行育晶特点：用于溶质的溶解度随温度变化不大或者单靠温度变化进行结晶时结晶率较低3.蒸发结晶设备工作原理：特点：41蒸发结晶锅结构：锚式搅拌器加热夹套抽真空装置汽液分离器循环蒸发结晶器真空煮晶锅蒸发结晶锅循环蒸发结晶器真空煮晶锅424.真空结晶设备工作原理：料液在结晶器内闪蒸浓缩，蒸除部分溶剂蒸发吸热降低了自身温度特点：没有传热面积，避免了在传热表面上析出晶体省去了换热装置，其结构简单、投资较低4.真空结晶设备工作原理：特点：43三、结晶设备的计算1.物料衡算（结晶量）

溶质衡算方程：全物料衡算式：式中：G1—进入结晶器的物料量，kg/hG2—自结晶器取出的母液量，kg/hG3—自结晶器取出的结晶量，kg/hW—结晶器蒸发走的溶剂量，kg/hx1—进入结晶器物料中溶质的质量分率x2—自结晶器取出的母液中溶质的质量分率x3—结晶体含溶质的质量分率三、结晶设备的计算溶质衡算方程：全物料衡算式：式中：G1—44膜式蒸发特点：蒸发速度快，时间短适于处理粘度变化大的溶液C3—晶体的平均比热，kJ/（kg·K）（1）管式薄膜蒸发器式中：T1—待结晶溶液的温度，K式中：D—加热蒸汽消耗量，kg/h加热蒸发部分溶剂，使溶液浓缩进入过饱和区式中:G0—冷却剂用量，Kg式中：D—加热蒸汽消耗量，kg/h按操作空间的压力可分为：常压蒸发、加压蒸发、减压蒸发C1—料液的比热，kJ/kg·℃溶液蒸发时间短，适用于热敏性物料的蒸发被进入管间的加热蒸汽加热蒸发、浓缩间歇操作，结晶时间可以任意调节按操作方式可分为：分批式、连续式、循环式（部分、全部、自然、强制）在溶液自身重力作用下，溶液沿管内壁呈膜状向下流动分离室在加热室的底部侧面，与抽真空设备相连Hs—加热蒸汽的焓，kJ/kg△tm—平均传热温度差，K被进入管间的加热蒸汽加热蒸发、浓缩结晶量：不含结晶水，x3＝1无溶剂蒸发，W=0膜式蒸发特点：蒸发速度快，时间短结晶量：不含结晶水，x3＝1452.热量衡算（换热介质用量、蒸发量）进入结晶器的热量式中：T1—待结晶溶液的温度，K

C1—待结晶溶液的平均比热，kJ/kg·Kq—单位质量结晶放出的热量，KJ/kgD—加热蒸汽用量，KgI2—加热蒸汽的焓，KJ/kgI1—冷凝水的焓，KJ/kg

待结晶溶液带入的热量：溶质结晶产生的热量：加热介质传入的热量：2.热量衡算（换热介质用量、蒸发量）式中：T1—待结晶溶液的46离开结晶器的热量母液带出的热量：式中:C2—母液的平均比热，kJ/（kg·K）T2—晶体与母液离开结晶器时的温度，KC3—晶体的平均比热，kJ/（kg·K）W—蒸发溶剂量，KJ/kgiT—温度为T的溶剂蒸气的热焓量，KJ/kgT—离开结晶器的溶剂蒸汽温度，K晶体带出的热量：溶剂蒸发带出的热量：离开结晶器的热量母液带出的热量：式中:C2—母液的平均比热47式中:G0—冷却剂用量，KgC0—冷却剂的平均比热，kJ/（kg·K）△t—冷却剂进出口的温度差，kK—散热系数，kJ/（m2·h·K）A—结晶器的表面积，m2△T—结晶器外壁与周围空气的温度差，Kτ—结晶时间，h散失的热量：冷却剂带走的热量：式中:G0—冷却剂用量，Kg散失的热量：冷却剂带走的热量：48冷却剂用量蒸发结晶，Q7＝0冷却结晶，Q3＝0，Q6＝0，Q8≈0加热蒸汽量：真空结晶，Q3＝0，Q7＝0，Q8≈0溶剂蒸发量：热量衡算式：热量衡算冷却剂用量蒸发结晶，Q7＝0冷却结晶，Q3＝0，Q6＝0493.结晶设备容积和尺寸式中：V—结晶设备总体积，m3ρ—浓液的密度，kg/m3φ—结晶设备最终时充填系数，对于煮晶锅一般为0.4～0.5x—结晶溶液中晶体的质量分数比τ—每批结晶操作总时间，h设备生产能力：结晶设备容积：3.结晶设备容积和尺寸式中：V—结晶设备总体积，m3设备生50选定设备的形式，如采用球形底的煮晶锅，则一般H/D=2～3，取2.5时：验算蒸发时器内二次蒸汽流速（1～3m/s），过大会造成雾沫夹带，需要修正选定设备的形式，如采用球形底的煮晶锅，则一般H/D=2～3，51三效蒸发流程图三效蒸发流程图52C2—浓缩液的比热，kJ/kg·℃真空结晶设备：没有加热或冷却装置，料液在真空状态下自蒸发浓缩并同时降低温度沸腾蒸发：溶液在沸点下蒸发，溶液任何部分都发生汽化，蒸发速率高式中：G1—进入结晶器的物料量，kg/h对物料的适应性很强，对高粘度和易结晶、结垢的物料都能适用用于处理粘度较大、不能形成升膜的浓溶液Hs—加热蒸汽的焓，kJ/kg类型：立式结晶罐、卧式结晶箱分离室在加热室的底部侧面，与抽真空设备相连式中：A—蒸发器的传热面积，m2A—结晶器的表面积，m2膜式蒸发特点：蒸发速度快，时间短溶液的处理量、浓缩比（蒸发量）料液在结晶器内闪蒸浓缩，蒸除部分溶剂压力减小，溶液沸点降低，其粘度随之增大，使对流传热系数减小，影响传热速率C0—冷却剂的平均比热，kJ/（kg·K）受到离心力、重力及叶片的刮带作用H—二次蒸汽的焓，kJ/kg料液转入另一半加热管，再进行降膜蒸发按操作方式可分为：分批式、连续式、循环式（部分、全部、自然、强制）（2）刮板式薄膜蒸发器料液被高速上升的二次蒸汽所带动，沿加热管壁面呈膜状流动上升物料先进入升膜加热管进行升膜蒸发，料液从底部上升至顶部按溶液在加热面上状态可分为：膜式、非膜式不适于处理高粘度、有结晶析出或易结垢的溶液冷却结晶设备：用降温方法使溶液进入过饱和r—温度为t2时二次蒸汽的蒸发潜热，kJ/kg式中：D—加热蒸汽消耗量，kg/h按形成过饱和溶液途径分为：冷却结晶设备、蒸发结晶设备、真空结晶设备不断蒸发，维持溶液在一定的过饱和度进行育晶真空结晶设备：没有加热或冷却装置，料液在真空状态下自蒸发浓缩并同时降低温度L—浓缩液流量，kg/h圆管外有夹套，内通加热蒸汽式中：A—蒸发器的传热面积，m2C0—冷却剂的平均比热，kJ/（kg·K）沸腾蒸发：溶液在沸点下蒸发，溶液任何部分都发生汽化，蒸发速率高在溶液自身重力作用下，溶液沿管内壁呈膜状向下流动热量衡算（换热介质用量、蒸发量）采用冷却降温方法使溶液进入过饱和状态K—散热系数，kJ/（m2·h·K）套管式升膜蒸发器套筒式升膜蒸发器C2—浓缩液的比热，kJ/kg·℃料液被高速上升的二次蒸汽所53第八章蒸发与结晶设备第八章蒸发与结晶设备543.方式自然蒸发：溶液中的溶剂在低于其沸点下汽化，蒸发仅在溶液表面进行，蒸发速率低沸腾蒸发：溶液在沸点下蒸发，溶液任何部分都发生汽化，蒸发速率高工业生产上的蒸发设备都是在沸腾状态下进行3.方式自然蒸发：溶液中的溶剂在低于其沸点下汽化，蒸发仅在溶554.要求5.组成：加热蒸发室、分离器、冷凝器、抽气泵充分的热源，维持溶液的沸腾和补充溶剂汽化所需要的热量迅速排除二次蒸汽一定的传热面积，保证足够的传热量4.要求5.组成：加热蒸发室、分离器、冷凝器、抽气泵充分的热566.类型按蒸汽利用次数可分为：单效蒸发、双效蒸发、多效蒸发按操作方式可分为：分批式、连续式、循环式（部分、全部、自然、强制）按溶液在加热面上状态可分为：膜式、非膜式膜式蒸发特点：蒸发速度快，时间短按操作空间的压力可分为：常压蒸发、加压蒸发、减压蒸发6.类型按蒸汽利用次数可分为：单效蒸发、双效蒸发、多效蒸发按57真空蒸发特点蒸发温度低，适用于热敏性溶液，减少或防止热敏性物质的分解、变色、变性失活蒸发温度低，加大了传热温度差，使蒸发器的传热推动力增加，传热速率大蒸发温度低，可利用二次蒸汽作为加热热源蒸发温度低，与环境温差小，热损失减少真空蒸发需要增设抽真空装置，消耗额外的能量压力减小，溶液沸点降低，其粘度随之增大，使对流传热系数减小，影响传热速率真空蒸发特点蒸发温度低，适用于热敏性溶液，减少或防止热敏性物587.选型溶液的性质：

耐热性、粘滞性、结垢性、结晶性、发泡性、腐蚀性工艺要求：

保持溶液特性、收得率高溶液的处理量、浓缩比（蒸发量）经济性：结构简单、紧凑、造价低热效率高，动力消耗少使用方面：容易操作，清洗、维修方便7.选型溶液的性质：59二、常用蒸发设备1、常压蒸发设备夹套加热式麦芽汁煮沸锅二、常用蒸发设备夹套加热式麦芽汁煮沸锅60内加热式麦芽汁煮沸锅列管式内加热器的煮沸锅具两段内加热器的煮沸锅内加热式麦芽汁煮沸锅列管式内加热器的煮沸锅具两段内加热器的煮61煮沸锅与外加热器的组合方式1煮沸锅与外加热器的组合方式2外加热式麦芽汁煮沸锅煮沸锅与外加热煮沸锅与外加热外加热式麦芽汁煮沸锅622、真空蒸发设备真空蒸发：溶液在真空状态下蒸发（降低蒸发温度）膜式蒸发：溶液在加热面上呈膜状（缩短蒸发时间）类型：管式薄膜蒸发器刮板式薄膜蒸发器离心式薄膜蒸发器2、真空蒸发设备真空蒸发：溶液在真空状态下蒸发（降低蒸发温度63式中：G1—进入结晶器的物料量，kg/h类型：立式结晶罐、卧式结晶箱特点设备简单，操作方便，成本低，广泛φ—结晶设备最终时充填系数，溶液的处理量、浓缩比（蒸发量）在溶液自身重力作用下，溶液沿管内壁呈膜状向下流动大尺寸，靠近传热面）列管式内加热器的煮沸锅被进入管间的加热蒸汽加热蒸发、浓缩按操作方式可分为：分批式、连续式、循环式（部分、全部、自然、强制）冷却结晶设备：用降温方法使溶液进入过饱和热效率高，动力消耗少溶液蒸发时间短，适用于热敏性物料的蒸发按生产作业方式分为：分批的、连续的分布器：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体分布器按溶液在加热面上状态可分为：膜式、非膜式（1）管式薄膜蒸发器

特点：溶液沿加热管壁呈膜状流动进行蒸发，传热系数高溶液蒸发时间短，适用于热敏性物料的蒸发对进料负荷的波动相当敏感，设计或操作不当不易成膜不适用于易结晶、结垢物料的蒸发类型：升膜式、降膜式、升降膜式式中：G1—进入结晶器的物料量，kg/h（1）管式薄膜蒸发器64构造：由加热室和分离室组成加热室有许多垂直长管，常用的加热管直径为25～50mm，管长和管径之比约为100～150分离室在加热室的顶部侧面，与抽真空设备相连A、升膜式蒸发器构造：A、升膜式蒸发器65工作原理：升膜式蒸发器原料液预热至沸点或接近沸点，由加热室底部引入管内，被进入管间的加热蒸汽加热蒸发料液被高速上升的二次蒸汽所带动，沿加热管壁面呈膜状流动上升边上升边蒸发、浓缩进入分离室进行汽液分离工作原理：升膜式蒸发器原料液预热至沸点或接近沸点，由加热室底66液膜形成过程液膜形成过程67用途：用于处理需要较大蒸发量的稀溶液热敏性或易生泡的溶液不适于处理高粘度、有结晶析出或易结垢的溶液用途：用于处理需要较大蒸发量的稀溶液68B、降膜式蒸发器构造：由加热室和分离室组成加热室不但有许多垂直长管，还在管顶部设置液体分布器分离室在加热室的底部侧面，与抽真空设备相连B、降膜式蒸发器构造：69△t—冷却剂进出口的温度差，k当加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出时沸腾蒸发：溶液在沸点下蒸发，溶液任何部分都发生汽化，蒸发速率高按操作空间的压力可分为：常压蒸发、加压蒸发、减压蒸发离心式薄膜蒸发设备流程C1—料液的比热，kJ/kg·℃h2—浓缩液的焓，kJ/kg分离室在加热室的底部侧面，与抽真空设备相连△T—结晶器外壁与周围空气的温度差，K溶液的处理量、浓缩比（蒸发量）ρ—浓液的密度，kg/m3条件溶液处于过饱和状态r—温度为t2时二次蒸汽的蒸发潜热，kJ/kgC3—晶体的平均比热，kJ/（kg·K）不适用于易结晶、结垢物料的蒸发φ—结晶设备最终时充填系数，溶液的性质（溶解度与温度关系）料液转入另一半加热管，再进行降膜蒸发条件溶液处于过饱和状态齿形溢流口导流棒螺纹导流管切线进料旋流器分布器：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体分布器△t—冷却剂进出口的温度差，k齿形溢流口导流棒螺纹导流管切线70工作原理：原料液从顶部进入加热室经管端的液体分布器均匀地流入加热管内在溶液自身重力作用下，溶液沿管内壁呈膜状向下流动被进入管间的加热蒸汽加热蒸发、浓缩工作原理：原料液从顶部进入加热室71用途：用于处理粘度较大、不能形成升膜的浓溶液热敏性溶液不适于处理易结晶、结垢或粘度太大的溶液用途：用于处理粘度较大、不能形成升膜的浓溶液72C、升—降膜式蒸发器构造：由加热室和分离室组成加热室由升膜管束和降膜管束组合而成，蒸发器底部封头内有一隔板，将加热管束均分为二分离室在加热室的底部侧面，与抽真空设备相连C、升—降膜式蒸发器构造：73工作原理：物料先进入升膜加热管进行升膜蒸发，料液从底部上升至顶部料液转入另一半加热管，再进行降膜蒸发浓缩液从下部进入汽液分离器工作原理：物料先进入升膜加热管进行升膜蒸发，料液从底部上升至74特点：两个浓缩过程串联，可提高产品的浓缩比降低设备高度用途：适于处理粘度变化大的溶液厂房高度有一定限制的场合特点：用途：75结构：加热管是一根垂直的空心圆管圆管外有夹套，内通加热蒸汽圆管内装可以旋转的搅拌叶片（2）刮板式薄膜蒸发器结构：（2）刮板式薄膜蒸发器76工作原理：原料液沿切线方向进入管内受到离心力、重力及叶片的刮带作用在管内壁上形成旋转下降的薄膜被加热蒸发、浓缩，从底部排出工作原理：原料液沿切线方向进入管内77被进入管间的加热蒸汽加热蒸发、浓缩△T—结晶器外壁与周围空气的温度差，Kh1—料液的焓，kJ/kg应用于微生物代谢产物的精制C1—料液的比热，kJ/kg·℃待结晶溶液带入的热量：结晶体的大小、形状及晶体长大速率用于溶质的溶解度随温度变化不大不断蒸发，维持溶液在一定的过饱和度进行育晶采用冷却降温方法使溶液进入过饱和状态对进料负荷的波动相当敏感，设计或操作不当不易成膜式中：D—加热蒸汽消耗量，kg/hr—温度为t2时二次蒸汽的蒸发潜热，kJ/kg组成：加热蒸发室、分离器、冷凝器、抽气泵浓缩液从下部进入汽液分离器△t—冷却剂进出口的温度差，k△T—结晶器外壁与周围空气的温度差，K物料先进入升膜加热管进行升膜蒸发，料液从底部上升至顶部经济性：结构简单、紧凑、造价低进入分离室进行汽液分离冷却结晶设备：用降温方法使溶液进入过饱和特点：对物料的适应性很强，对高粘度和易结晶、结垢的物料都能适用结构复杂，动力消耗大，每平方米传热面约需1.5～3kw夹套传热面积较小，处理量小被进入管间的加热蒸汽加热蒸发、浓缩特点：结构复杂，动力消耗大78（3）离心式薄膜蒸发器工作原理：利用旋转离心盘所产生的离心力推动溶液呈膜状流动，同时被加热蒸发浓缩（3）离心式薄膜蒸发器工作原理：利用旋转离心盘所产生的离心力79离心式薄膜蒸发设备流程1.平衡槽2.进料螺杆泵3.蒸发器4.喷射泵5.水池6.水泵7.浓缩液贮罐8.出料螺杆泵离心式薄膜蒸发设备流程1.平衡槽2.进料螺杆泵3.蒸发80三、蒸发设备的计算溶质在蒸发过程中不会挥发，进料中的溶质将全部进入浓缩液溶质的物料衡算：在给定生产任务和确定的操作条件下，计算溶剂蒸发量、加热蒸汽消耗量和蒸发器的传热面积1.蒸发量三、蒸发设备的计算溶质在蒸发过程中不会挥发，进料中的溶质将全81水分蒸发量蒸发后溶液浓度：式中：F—溶液的进料量，kg/hW—水分的蒸发量，kg/hL—浓缩液流量，kg/hx1—料液中溶质的浓度，质量分率x2—浓缩液中溶质的浓度，质量分率水分蒸发量蒸发后溶液浓度：式中：F—溶液的进料量，kg/h822.加热蒸汽消耗量热量衡算：式中：D—加热蒸汽消耗量，kg/hHs—加热蒸汽的焓，kJ/kgh1—料液的焓，kJ/kgh2—浓缩液的焓，kJ/kghs—加热器中冷凝水的焓，kJ/kgH—二次蒸汽的焓，kJ/kgQL—

热损失，kJ/h2.加热蒸汽消耗量热量衡算：式中：D—加热蒸汽消耗量，kg83加热蒸汽消耗量：式中：t1—料液温度，℃t2—蒸发器中溶液温度，℃C1—料液的比热，kJ/kg·℃C2—浓缩液的比热，kJ/kg·℃

当加热蒸汽的冷凝液在饱和温度下排出时式中：R—加热蒸汽的蒸发潜热，kJ/kg

r—

温度为t2时二次蒸汽的蒸发潜热，kJ/kg加热蒸汽消耗量：式中：t1—料液温度，℃当加热蒸汽的冷凝液843.传热面积传热速率方程式中：A—蒸发器的传热面积，m2Q—传热量，WK—传热系数，W/m2·K△tm—平均传热温度差，K蒸汽冷凝和溶液沸腾之间是恒温差传热传热面积：3.传热面积式中：A—蒸发器的传热面积，m2蒸汽冷凝和溶液沸85第二节结晶设备一、概述1.条件溶液处于过饱和状态2.应用许多抗生素、氨基酸、维生素等都是利用多次结晶的方法制取高纯度产品3.特点设备简单，操作方便，成本低，广泛应用于微生物代谢产物的精制第二节结晶设备一、概述864.类型按生产作业方式分为：分批的、连续的按形成过饱和溶液途径分为：冷却结晶设备、蒸发结晶设备、真空结晶设备冷却结晶设备：用降温方法使溶液进入过饱和蒸发结晶设备：蒸发溶剂使溶液进入过饱和真空结晶设备：没有加热或冷却装置，料液在真空状态下自蒸发浓缩并同时降低温度4.类型按生产作业方式分为：分批的、连续的按形成过饱和溶液途875.选型溶液的性质（溶解度与温度关系）结晶体的大小、形状及晶体长大速率经济性5.选型溶液的性质（溶解度与温度关系）88二、常用结晶设备1.要求传热：无传热面、传热面要光滑混合：气流搅拌、机械搅拌（低转速，大尺寸，靠近传热面）内壁：光滑、无棱角二、常用结晶设备1.要求传热：无传热面、传热面要光滑混合：气892.冷却结晶设备工作原理：采用冷却降温方法使溶液进入过饱和状态不断降温，维持溶液一定的过饱和浓度进行育晶用途：用于温度对溶解度影响比较大的物质结晶类型：立式结晶罐、卧式结晶箱2.冷却结晶设备工作原理：90（1）立式结晶罐结构：机械搅拌器（框式、锚式）冷却装置（夹套式或罐内蛇管）（1）立式结晶罐结构：91特点间歇操作，结晶时间可以任意调节可得到较大的结晶颗粒生产能力较低过饱和度不能精确控制特点间歇操作，结晶时间可以任意调节92（2）卧式结晶箱结构：外部夹套冷却长螺距的螺旋搅拌器，推动结晶体向前运动箱的上部有活动的顶盖，保持箱内物料的洁净（2）卧式结晶箱结构：933.蒸发结晶设备工作原理：加热蒸发部分溶剂，使溶液浓缩进入过饱和区不断蒸发，维持溶液在一定的过饱和度进行育晶特点：用于溶质的溶解度随温度变化不大或者单靠温度变化进行结晶时结晶率较低3.蒸发结晶设备工作原理：特点：94蒸发结晶锅结构：锚式搅拌器加热夹套抽真空装置汽液分离器循环蒸发结晶器真空煮晶锅蒸发结晶锅循环蒸发结晶器真空煮晶锅954.真空结晶设备工作原理：料液在结晶器内闪蒸浓缩，蒸除部分溶剂蒸发吸热降低了自身温度特点：没有传热面积，避免了在传热表面上析出晶体省去了换热装置，其结构简单、投资较低4.真空结晶设备工作原理：特点：96三、结晶设备的计算1.物料衡算（结晶量）

溶质衡算方程：全物料衡算式：式中：G1—进入结晶器的物料量，kg/hG2—自结晶器取出的母液量，kg/hG3—自结晶器取出的结晶量，kg/hW—结晶器蒸发走的溶剂量，kg/hx1—进入结晶器物料中溶质的质量分率x2—自结晶器取出的母液中溶质的质量分率x3—结晶体含溶质的质量分率三、结晶设备的计算溶质衡算方程：全物料衡算式：式中：G1—97膜式蒸发特点：蒸发速度快，时间短适于处理粘度变化大的溶液C3—晶体的平均比热，kJ/（kg·K）（1）管式薄膜蒸发器式中：T1—待结晶溶液的温度，K式中：D—加热蒸汽消耗量，kg/h加热蒸发部分溶剂，使溶液浓缩进入过饱和区式中:G0—冷却剂用量，Kg式中：D—加热蒸汽消耗量，kg/h按操作空间的压力可分为：常压蒸发、加压蒸发、减压蒸发C1—料液的比热，kJ/kg·℃溶液蒸发时间短，适用于热敏性物料的蒸发被进入管间的加热蒸汽加热蒸发、浓缩间歇操作，结晶时间可以任意调节按操作方式可分为：分批式、连续式、循环式（部分、全部、自然、强制）在溶液自身重力作用下，溶液沿管内壁呈膜状向下流动分离室在加热室的底部侧面，与抽真空设备相连Hs—加热蒸汽的焓，kJ/kg△tm—平均传热温度差，K被进入管间的加热蒸汽加热蒸发、浓缩结晶量：不含结晶水，x3＝1无溶剂蒸发，W=0膜式蒸发特点：蒸发速度快，时间短结晶量：不含结晶水，x3＝1982.热量衡算（换热介质用量、蒸发量）进入结晶器的热量式中：T1—待结晶溶液的温度，K

C1—待结晶溶液的平均比热，kJ/kg·Kq—单位质量结晶放出的热量，KJ/kgD—加热蒸汽用量，KgI2—加热蒸汽的焓，KJ/kgI1—冷凝水的焓，KJ/kg

待结晶溶液带入的热量：溶质结晶产生的热量：加热介质传入的热量：2.热量衡算（换热介质用量、蒸发量）式中：T1—待结晶溶液的99离开结晶器的热量母液带出的热量：式中:C2—母液的平均比热，kJ/（kg·K）T2—晶体与母液离开结晶器时的温度，KC3—晶体的平均比热，kJ/（kg·K）W—蒸发溶剂量，KJ/kgiT—温度为T的溶剂蒸气的热焓量，KJ/kgT—