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1、第十章第十章 蒸发与结晶设备蒸发与结晶设备一、蒸发一、蒸发（一）概述（一）概述1 1、定义、定义 蒸发是利用溶质与溶剂蒸发是利用溶质与溶剂挥发度挥发度的差异，提的差异，提高溶液浓度的一种方法。高溶液浓度的一种方法。蒸发必要条件：蒸发必要条件：不断供给热能；不断供给热能；不断排除蒸汽不断排除蒸汽 蒸发方式：蒸发方式：自然蒸发；自然蒸发；沸腾蒸发沸腾蒸发2 2、蒸发目的、蒸发目的 制取浓溶液制取浓溶液 得过饱和溶液得过饱和溶液 纯化溶剂纯化溶剂3 3、分类、分类（1 1）按操作压力：）按操作压力：常压常压 加压加压 减压（真空蒸发）减压（真空蒸发）（2 2）按蒸汽利用情况：）按蒸汽利用情况：单效蒸
2、发单效蒸发：凡是在蒸发器内蒸发所产生的：凡是在蒸发器内蒸发所产生的二次蒸汽不再加以利用，此种操作称为单二次蒸汽不再加以利用，此种操作称为单效蒸发。效蒸发。多效蒸发多效蒸发：若干个蒸发器串联起来，将前：若干个蒸发器串联起来，将前一个蒸发器产生的二次蒸汽引人后一个蒸一个蒸发器产生的二次蒸汽引人后一个蒸发器的加热室作为热源加以利用，此种操发器的加热室作为热源加以利用，此种操作称多效蒸发作称多效蒸发（3 3）按料液流程：）按料液流程：单程型：料液以液膜形式一次通过加热单程型：料液以液膜形式一次通过加热 室不进行循环蒸发室不进行循环蒸发 循环型：料液在蒸发器内做循环流动。循环型：料液在蒸发器内做循环流动
3、。自然循环、强制循环自然循环、强制循环（4 4）按加热部分的结构）按加热部分的结构 膜式膜式 非膜式非膜式（二）常用蒸发设备（二）常用蒸发设备 主体设备：蒸发器（加热器、分离器）主体设备：蒸发器（加热器、分离器）附属设备：冷凝器、除沫器、真空装置附属设备：冷凝器、除沫器、真空装置 疏水装置疏水装置 1 1、单程长管膜式真空蒸发器、单程长管膜式真空蒸发器 特点：料液不做循环流动；料液呈膜状流特点：料液不做循环流动；料液呈膜状流 动；真空操作；适用于热敏性物料动；真空操作；适用于热敏性物料 细长管束；细长管束；蒸汽壳程，料液管程蒸汽壳程，料液管程 根据物料流向不同分为：根据物料流向不同分为：升膜式
4、、降膜式升膜式、降膜式 、升降膜式、升降膜式（P145）升膜式：升膜式：料液预热至接近沸点后料液预热至接近沸点后进入蒸发器进入蒸发器 料液高度约为管高料液高度约为管高1/51/51/41/4 P146 P146 长管内液膜形成过长管内液膜形成过程：程：适用于：蒸发量大（稀适用于：蒸发量大（稀溶液）、热敏性物料、溶液）、热敏性物料、易起泡物料易起泡物料 不适用：易结晶结垢及不适用：易结晶结垢及粘度大溶液粘度大溶液12二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-分离器降膜式：降
5、膜式：结构与升膜式相似；关键：液体分布装置结构与升膜式相似；关键：液体分布装置 适用于：热敏性及浓度较大物料适用于：热敏性及浓度较大物料12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 头升降膜式升降膜式 稀溶液先经过升稀溶液先经过升膜区的浓缩，进入器顶，膜区的浓缩，进入器顶，进行汽液重新分布后，进行汽液重新分布后，初步浓缩后粘度较大的初步浓缩后粘度较大的溶液再经过降膜区，进溶液再经过降膜区，进一步浓缩，然后引入分一步浓缩，然后引入分离器进行汽液分离。离器进行汽液分离。加热
6、蒸汽进料55二次蒸汽 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2 2、循环式薄膜蒸发器、循环式薄膜蒸发器 升膜式自然循环升膜式自然循环P147 P147 图图7-37-3 降膜式借助泵循环降膜式借助泵循环3 3、刮板式薄膜蒸发器、刮板式薄膜蒸发器 薄膜由机械作用形成薄膜由机械作用形成 下段下段（加热蒸发）加热蒸发）+上段上段(气液分气液分离离)下段：夹套下段：夹套+搅拌轴搅拌轴+刮板刮板 料液在加热蒸发段顶部加入，在料液在加热蒸发段顶部加入，在重力及旋转刮板作用下以螺旋状重力及旋转刮板作用下以螺旋状液膜形式下降，下降过程中被浓液膜
7、形式下降，下降过程中被浓缩，产生的二次蒸汽所带溶液被缩，产生的二次蒸汽所带溶液被刮板甩至器壁，重新被浓缩刮板甩至器壁，重新被浓缩(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4 4、离心式薄膜蒸发器、离心式薄膜蒸发器 P148 P148 图图7-57-5 主要结构：离心盘主要结构：离心盘 工作过程：工作过程：料液料液经泵送至蒸发器后由喷嘴喷至经泵送至蒸发器后由喷嘴喷至离心盘背面，在离心力作用下形成薄膜且迅速离心盘背面，在离心力作用下形成薄膜且迅速向盘的周边运动；离心盘夹套内
8、通入蒸汽后，向盘的周边运动；离心盘夹套内通入蒸汽后，对其表面液膜进行加热蒸发，所得对其表面液膜进行加热蒸发，所得浓缩液浓缩液汇集汇集于周边液槽内由泵排出；蒸汽放热后成于周边液槽内由泵排出；蒸汽放热后成冷凝水冷凝水，受离心力作用甩至夹套下边缘汇集，由中心轴受离心力作用甩至夹套下边缘汇集，由中心轴疏水装置排出；形成的二次蒸汽经离心盘中央疏水装置排出；形成的二次蒸汽经离心盘中央汇集上升，由真空泵抽出汇集上升，由真空泵抽出5 5、蒸发器附属设备、蒸发器附属设备（1 1）气液分离器（除沫器）气液分离器（除沫器）装于蒸发器顶盖下面的分离器装于蒸发器顶盖下面的分离器(a)折流板式（b）球形捕沫器（c）丝网捕
9、沫器（d）离心式分离器图11-13 汽液分离器 装于蒸发器外面的分离器装于蒸发器外面的分离器(a)(c)(b)(d)图11-14 汽液分离器（2 2）冷凝器）冷凝器 作用：冷凝二次蒸汽作用：冷凝二次蒸汽 分离二次蒸汽中不凝性气体分离二次蒸汽中不凝性气体 间接式、直接式（常用）（间接式、直接式（常用）（P149P149图图7-87-8）（3 3）真空装置）真空装置 喷射泵、往复式真空泵喷射泵、往复式真空泵6 6、多效蒸发、多效蒸发（1 1）工作原理：）工作原理：将若干个蒸发器串联起来，利用将各效蒸将若干个蒸发器串联起来，利用将各效蒸发器操作压力依次降低使相应的液体沸点也降发器操作压力依次降低使相
10、应的液体沸点也降低，从而使二次蒸汽作为下一效蒸发器的加热低，从而使二次蒸汽作为下一效蒸发器的加热蒸汽，通过若干次二次蒸汽利用而进行的操作。蒸汽，通过若干次二次蒸汽利用而进行的操作。（2 2）流程：）流程：P150P150 并流：并流：溶液与蒸汽的流向相同，称并流。溶液与蒸汽的流向相同，称并流。逆流：溶液与蒸汽的流向相反，称逆流。逆流：溶液与蒸汽的流向相反，称逆流。错流：溶液与蒸汽在有些效间成并流，而在有错流：溶液与蒸汽在有些效间成并流，而在有 些效间成逆流。些效间成逆流。平流：每一效都加入原料液的方法。平流：每一效都加入原料液的方法。二、结晶二、结晶1 1、定义、定义 指溶质从过饱和溶液中析出
11、晶体，形成新相的指溶质从过饱和溶液中析出晶体，形成新相的过程过程2 2、饱和曲线和过饱和曲线饱和曲线和过饱和曲线 未饱和溶液未饱和溶液：若添加固体则固体溶解：若添加固体则固体溶解 饱和溶液饱和溶液：溶液恰好饱和，溶质既无溶解也无溶液恰好饱和，溶质既无溶解也无结晶，即溶质与溶液处于平衡状态，此溶液称结晶，即溶质与溶液处于平衡状态，此溶液称为饱和溶液为饱和溶液 过饱和溶液过饱和溶液：溶质浓度超过饱和溶解度时，该溶质浓度超过饱和溶解度时，该溶液称之为过饱和溶液溶液称之为过饱和溶液3 3、结晶过程、结晶过程形成过饱和溶液形成过饱和溶液P155P155形成晶核形成晶核 晶核：过饱和溶液中首先形成的极细微
12、晶核：过饱和溶液中首先形成的极细微的单元晶体的单元晶体 形成晶核过程理论上可分为两类：形成晶核过程理论上可分为两类：溶液过饱和之后自发形成的称一次成核溶液过饱和之后自发形成的称一次成核 加入晶种诱发的称二次成核加入晶种诱发的称二次成核晶体生长：晶核成长为一定形状晶体晶体生长：晶核成长为一定形状晶体4 4、工业常用的起晶方法、工业常用的起晶方法 自然起晶法自然起晶法：溶剂蒸发进入不稳定区形成晶核，：溶剂蒸发进入不稳定区形成晶核，当产生一定量的晶种后，加入稀溶液使溶液浓当产生一定量的晶种后，加入稀溶液使溶液浓度降至介稳区，新的晶种不再产生，溶质在晶度降至介稳区，新的晶种不再产生，溶质在晶种表面生长
13、。种表面生长。刺激起晶法刺激起晶法：将溶液蒸发至介稳区后，冷却，：将溶液蒸发至介稳区后，冷却，进入不稳定区，形成一定量的晶核，此时溶液进入不稳定区，形成一定量的晶核，此时溶液的浓度会有所降低，进入并稳定在介稳区使晶的浓度会有所降低，进入并稳定在介稳区使晶体生长。体生长。晶种起晶法晶种起晶法：将溶液蒸发后冷却至介稳区的较：将溶液蒸发后冷却至介稳区的较低浓度，加入一定量和一定大小的晶种，使溶低浓度，加入一定量和一定大小的晶种，使溶质在晶种表面生长质在晶种表面生长5 5、常用结晶设备、常用结晶设备 根据结晶方法不同可分为：根据结晶方法不同可分为：冷却结晶器冷却结晶器：采用降温来使溶液进入过饱和，采用
14、降温来使溶液进入过饱和，并不断降温，以维持溶液一定的过饱和浓度进行并不断降温，以维持溶液一定的过饱和浓度进行育晶，常用于温度对溶解度影响比较大的物质结育晶，常用于温度对溶解度影响比较大的物质结晶。晶。P156P156图图7-127-12、7-137-13 蒸发结晶器：蒸发结晶器：采用蒸发溶剂，使浓缩溶液进入采用蒸发溶剂，使浓缩溶液进入过饱和区起晶，并不断蒸发，以维持溶液在一定过饱和区起晶，并不断蒸发，以维持溶液在一定的过饱和度进行育晶。的过饱和度进行育晶。P156P156图图7-147-14 真空结晶器真空结晶器：一般没有加热器或冷却器，料液一般没有加热器或冷却器，料液在结晶器内闪蒸浓缩并同时降低了温度，因此在在结晶器内闪蒸浓缩并同时降低了温度，因此在产生过饱和度的机制上兼有蒸除溶剂和降低温度产生过饱和度的机制上兼有蒸除溶剂和降低温度两种作用。两种作用。P156P156图图7-157-15
