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1、第第12章章 蒸发与结晶设备蒸发与结晶设备第第1节节 蒸发设备蒸发设备一、蒸发概述一、蒸发概述1、蒸发操作的目的、蒸发操作的目的l（1）获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半）获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。成品。l（2）浓缩溶液至饱和状态，用于结晶操作以）浓缩溶液至饱和状态，用于结晶操作以获得固体溶质。获得固体溶质。l（3）除杂质，获得纯净的溶剂。）除杂质，获得纯净的溶剂。2、分类、分类l（1）按蒸发操作压力分为：常压，加压，）按蒸发操作压力分为：常压，加压，或者减压（真空）蒸发。或者减压（真空）蒸发。l（2）按二次蒸汽利用情况分为：单效蒸）按二次蒸汽利用情况分为：单效蒸发和多效蒸发。发
2、和多效蒸发。l 单效蒸发单效蒸发：将所产生的二次蒸汽不再利用，：将所产生的二次蒸汽不再利用，而直接送冷凝器冷凝以除去的蒸发操作产而直接送冷凝器冷凝以除去的蒸发操作产生的蒸汽。生的蒸汽。l 多效蒸发多效蒸发：将多个蒸发器串联，将产生的：将多个蒸发器串联，将产生的二次蒸汽通到另一压力较低的蒸发器作为二次蒸汽通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸汽，使加热蒸汽在蒸发过程中得到加热蒸汽，使加热蒸汽在蒸发过程中得到多次利用的蒸发过程称为多效蒸发。多次利用的蒸发过程称为多效蒸发。3、多效蒸发流程、多效蒸发流程l 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。l 逆流逆流：溶液与蒸汽的流
3、向相反，称逆流。溶液与蒸汽的流向相反，称逆流。l 错流错流：溶液与蒸汽在有些效间成并流，而溶液与蒸汽在有些效间成并流，而在有些效间成逆流。在有些效间成逆流。l 平流平流：每一效都加入原料液的方法。每一效都加入原料液的方法。并流流程并流流程逆流流程逆流流程二、蒸发设备二、蒸发设备l 蒸发设备中包括蒸发器和辅助设备。蒸发设备中包括蒸发器和辅助设备。（一）蒸发器（一）蒸发器l 按照溶液在加热室中的运动的情况，可将按照溶液在加热室中的运动的情况，可将蒸发器分为循环型和单程型（不循环）两蒸发器分为循环型和单程型（不循环）两类。类。1、循环型蒸发器、循环型蒸发器l 特点：溶液在蒸发器中循环流动，因而可特点
4、：溶液在蒸发器中循环流动，因而可以提高传热效果；操作稳定。以提高传热效果；操作稳定。1、循环型蒸发器、循环型蒸发器l 根据引起循环运动根据引起循环运动的原因不同，可分的原因不同，可分为为自然循环型自然循环型和和强强制循环型制循环型两类。两类。（1）中央循环管中央循环管式式（垂直短管式）（垂直短管式）l 结构：如图所示。结构：如图所示。1、循环型蒸发器、循环型蒸发器l 工作原理：中央粗管内溶液受热慢，密工作原理：中央粗管内溶液受热慢，密度大，下行；周围细管内溶液受热快，度大，下行；周围细管内溶液受热快，密度小，上行；循环流动的速度可达密度小，上行；循环流动的速度可达0.10.5m/s。（2）外热
5、式蒸外热式蒸发器发器l 结构：如图所示。结构：如图所示。其主要特点是采其主要特点是采用了长加热管用了长加热管（管长与直径之（管长与直径之比比50100），且），且液体下降管（又液体下降管（又称循环管）不再称循环管）不再受热。受热。l 优点：循环速度优点：循环速度较大（可达较大（可达1.5m/s）；加热）；加热室便于清洗和更室便于清洗和更换。换。l 优点：循环优点：循环速度大（速度大（23.5m/s），；），；可用于蒸发可用于蒸发粘度大，易粘度大，易结晶结垢的结晶结垢的物料；传热物料；传热系数较大。系数较大。l 缺点：能耗缺点：能耗大。大。（3）强制循环式蒸发器强制循环式蒸发器2、单程型蒸发器、
6、单程型蒸发器l 特点：溶液以液膜的形式一次通过加特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。热室，不进行循环。l 优点：溶液停留时间短，故特别适用优点：溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的蒸发；温度差损失较小，于热敏性物料的蒸发；温度差损失较小，表面传热系数较大。表面传热系数较大。l 缺点：设计或操作不当时不易成膜，缺点：设计或操作不当时不易成膜，热流量将明显下降；不适用于易结晶、结热流量将明显下降；不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。垢物料的蒸发。l 形成的液膜与蒸汽形成的液膜与蒸汽流的方向相同，由流的方向相同，由下而上的并流上升。下而上的并流上升。l 适用于蒸发量大适用于蒸发量大（较
7、稀的溶液），（较稀的溶液），热敏性及易起泡的热敏性及易起泡的溶液；不适用于较溶液；不适用于较浓溶液、高粘度、浓溶液、高粘度、易结晶、结垢的溶易结晶、结垢的溶液。液。（1）升膜式蒸发器升膜式蒸发器（2）降膜式蒸发器降膜式蒸发器l 形成的液膜与蒸汽形成的液膜与蒸汽流的方向相同，由流的方向相同，由上而下的并流下降。上而下的并流下降。l 由蒸发器、分离器、由蒸发器、分离器、液体分布器组成。液体分布器组成。l 适用于浓度较高，适用于浓度较高，粘度较大的物料；粘度较大的物料；不适用于易结晶的不适用于易结晶的物料。物料。（3）刮板式薄膜蒸发器）刮板式薄膜蒸发器l 结构如图所示。结构如图所示。l 工作原理：料
8、液自顶部进工作原理：料液自顶部进入蒸发器后，在刮板的搅动入蒸发器后，在刮板的搅动下分布于加热管壁，并呈模下分布于加热管壁，并呈模式旋转向下流动。二次蒸汽式旋转向下流动。二次蒸汽从上端抽出并加以冷凝，浓从上端抽出并加以冷凝，浓缩液由蒸发器底部放出。缩液由蒸发器底部放出。l 缺点：结构复杂，制造要缺点：结构复杂，制造要求高，加热面不大，且需要求高，加热面不大，且需要消耗一定的动力。消耗一定的动力。l 应用：适应高粘度，易结应用：适应高粘度，易结晶、结垢的浓溶液蒸发。晶、结垢的浓溶液蒸发。3、二效升降、二效升降膜式蒸发器膜式蒸发器l 结构：主要由升结构：主要由升膜蒸发器、降膜膜蒸发器、降膜蒸发器、分
9、离器蒸发器、分离器及高位计量罐、及高位计量罐、预热器等组成。预热器等组成。l 应用：可用于多应用：可用于多泡沫性料液的浓泡沫性料液的浓缩。缩。（二）辅助设备（二）辅助设备l 蒸发辅助设备有除沫器、冷凝器、输水器、蒸发辅助设备有除沫器、冷凝器、输水器、真空泵等。真空泵等。1、除沫器、除沫器（1）作用）作用l 进一步除去离开蒸发器的二次蒸气中夹带进一步除去离开蒸发器的二次蒸气中夹带的液沫，避免造成产品损失、污染冷凝液的液沫，避免造成产品损失、污染冷凝液和堵塞管道。和堵塞管道。l（2）类型）类型l 常用的除沫器有两类：常用的除沫器有两类：l 蒸发器内除沫器：直接安装在蒸发器顶部。蒸发器内除沫器：直接
10、安装在蒸发器顶部。由于结构形式不同而有折流板式、球形、离由于结构形式不同而有折流板式、球形、离心式、丝网除沫器四种。心式、丝网除沫器四种。l 蒸发器外除沫器：安装在蒸发器的外部。蒸发器外除沫器：安装在蒸发器的外部。其形式有：隔板式除沫器、旋风式除沫器。其形式有：隔板式除沫器、旋风式除沫器。第第2节节 结晶设备结晶设备一、结晶的过程和基本原理一、结晶的过程和基本原理1、结晶的过程、结晶的过程l 溶质从溶液中结晶出来，要经历两个步骤：溶质从溶液中结晶出来，要经历两个步骤：l 晶核形成晶核形成：首先要产生微观的晶粒作为结：首先要产生微观的晶粒作为结晶的核心，这个核心称为晶核。晶的核心，这个核心称为晶
11、核。l 晶体成长晶体成长：晶核形成后，晶核长大，成为：晶核形成后，晶核长大，成为宏观的晶体，这个过程称为晶体成长。宏观的晶体，这个过程称为晶体成长。2、结晶的动力、结晶的动力l 成核过程和晶体成长过程，都以溶液的过饱成核过程和晶体成长过程，都以溶液的过饱和度作为推动力。和度作为推动力。3、成核形式、成核形式l 成核可分为三种形式：初级均相成核、初级成核可分为三种形式：初级均相成核、初级非均相成核及二次成核。非均相成核及二次成核。l 二次成核：在溶液中含被结晶物质晶体的条二次成核：在溶液中含被结晶物质晶体的条件下出现的成核。二次成核主要是接触成核，件下出现的成核。二次成核主要是接触成核，在工业结
12、晶器中的成核大都属于接触成核。在工业结晶器中的成核大都属于接触成核。4、工业结晶方法、工业结晶方法（1）不移除溶剂的结晶法）不移除溶剂的结晶法l 亦称冷却结晶法。适用于溶解度随温度降低亦称冷却结晶法。适用于溶解度随温度降低而显著下降的物系。而显著下降的物系。（2）移除部分溶剂的结晶法）移除部分溶剂的结晶法l 又分为蒸发结晶法和真空冷却结晶法。适用又分为蒸发结晶法和真空冷却结晶法。适用于溶解度随温度变化不大的物系。于溶解度随温度变化不大的物系。（3）盐析结晶法（改变溶质溶解度结晶法）盐析结晶法（改变溶质溶解度结晶法）l 是通过物系中加入某些物质达到降低溶质溶是通过物系中加入某些物质达到降低溶质溶
13、解度的目的，从而使溶质结晶析出的方法。解度的目的，从而使溶质结晶析出的方法。二、常用结晶设备二、常用结晶设备（一）不移除溶剂的结晶器（一）不移除溶剂的结晶器冷却冷却式结晶器式结晶器1、搅拌式结晶器、搅拌式结晶器l 在敞槽或结晶釜中安装搅拌器，使结晶器内温在敞槽或结晶釜中安装搅拌器，使结晶器内温度比较均匀，晶体虽小但粒度较均匀，可缩短度比较均匀，晶体虽小但粒度较均匀，可缩短冷却周期，提高生产能力。冷却周期，提高生产能力。l 按照料液循环形式分为按照料液循环形式分为内循环式内循环式和和外循环式外循环式。1-电动机；电动机；2-进料口；进料口；3-冷却夹套；冷却夹套；4-挡板；挡板；5-减速器；减速
14、器；6-搅拌轴；搅拌轴；7-搅拌器搅拌器2、长槽搅拌式连续结晶器、长槽搅拌式连续结晶器（1）结构）结构l 主体是一敞口或闭式的长槽，底部半圆形。主体是一敞口或闭式的长槽，底部半圆形。槽外装有水夹套，槽内则装有长螺距低速槽外装有水夹套，槽内则装有长螺距低速螺带搅拌器。全槽常由螺带搅拌器。全槽常由23个单元组成。个单元组成。1结晶槽；结晶槽；2水槽（冷却水夹套）水槽（冷却水夹套）3搅拌器；搅拌器；4，5接管接管（2）工作原理）工作原理l 热而浓的溶液由结晶器的一端进入，并沿热而浓的溶液由结晶器的一端进入，并沿槽流动，夹套中的冷却水与之作逆流流动。槽流动，夹套中的冷却水与之作逆流流动。由于冷却作用，
15、若控制得当，溶液在进口由于冷却作用，若控制得当，溶液在进口处附近即开始产生晶核，这些晶核随着溶处附近即开始产生晶核，这些晶核随着溶液流动而成长为晶体，最后由槽的另一端液流动而成长为晶体，最后由槽的另一端流出。流出。（3）特点）特点l 结构较简单，节省地面和材料，可以连续结构较简单，节省地面和材料，可以连续操作，生产能力大，体力劳动少；产生的操作，生产能力大，体力劳动少；产生的晶体粒度均匀，大小可调节。晶体粒度均匀，大小可调节。l 适用于葡萄糖、谷氨酸钠等卫生条件较高、适用于葡萄糖、谷氨酸钠等卫生条件较高、产量较大的结晶。产量较大的结晶。3、直接接触冷却结晶器、直接接触冷却结晶器（1）特点：冷却
16、剂与晶浆直接接触，避免冷）特点：冷却剂与晶浆直接接触，避免冷却表面结垢及结垢导致的换热器效率下降。却表面结垢及结垢导致的换热器效率下降。（2）常用的冷却介质：惰性的液态烃类，如）常用的冷却介质：惰性的液态烃类，如乙烯、氟里昂等。乙烯、氟里昂等。（3）类型：釜式、回转式、湿壁塔式）类型：釜式、回转式、湿壁塔式（4）回转式直接接触冷却结晶器）回转式直接接触冷却结晶器l 结构：如图所示。它的主体是一回转圆结构：如图所示。它的主体是一回转圆筒，略呈倾斜，筒内装有挡板。其他部件筒，略呈倾斜，筒内装有挡板。其他部件有电动机、减速器、风机、连续离心机、有电动机、减速器、风机、连续离心机、排气筒等。排气筒等。l 工作原理：待结晶的溶液与冷空气在筒工作原理：待结晶的溶液与冷空气在筒内逆向流过，在筒内挡板作用下升举并淋内逆向流过，在筒内挡板作用下升举并淋洒于冷空气中，以扩展冷却表面，从而降洒于冷空气中，以扩展冷却表面，从而降温结晶，冷却后的晶浆在离心机作用下分温结晶，冷却后的晶浆在离心机作用下分离出晶体。离出晶体。（二）移除部分溶剂的结晶器（二）移除部分溶剂的结晶器1、真空冷却结晶器、真空冷却结晶器（1）
