蒸发与结晶设备
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蒸发皿简介介绍
收集过程
轻物质和重物质分别从蒸馏器的顶部和底部收集 。
结晶过程原理
冷却过程
将热的饱和溶液冷却到一定温度，使其中溶解的物质以固体形式 析出。
沉淀过程
随着温度下降，溶解度降低的物质首先析出，形成沉淀。
分离过程
将沉淀与溶液分离，得到纯净的晶体。
04
蒸发皿的操作步骤
蒸发皿的操作步骤
• 蒸发皿是实验室中常用的蒸发浓缩和结晶设备，用于分离和提纯物质。它的操作相对简单，但需要一定的技巧 和经验。下面将详细介绍蒸发皿的操作步骤。
其他领域
环境监测
蒸发皿可用于环境监测领域，通过对水样进行蒸发，测定水体中的污染物含量和种类。
材料科学
蒸发皿还被广泛应用于材料科学领域，用于研究材料的物理和化学性质随温度和压力的变化情况。
03
蒸发皿的工作原理
蒸发过程原理
加热过程
蒸发皿通过加热的方式使液体变 为气体，这个过程需要持续加热
直到液体完全变为气体。
智能化控制
应用智能传感器、控制器和优化算法，实现对蒸发皿的实时监控和自 动控制，提高生产效率。
07
蒸发皿与其他设备的比较
与蒸馏塔的比较
蒸馏塔是一种垂直分离设备，通常用于分离液体混合物，而蒸发皿则是一种用于蒸 发液体的设备。
蒸馏塔主要由塔身、冷凝器和再沸器等组成，而蒸发皿则主要由一个耐热的容器和 加热装置组成。
05
蒸发皿的维护与保养
蒸发皿的维护与保养
• 蒸发皿是一种用于蒸发、浓缩或蒸馏液体的实验室器皿，通 常由耐热的陶瓷或金属材料制成。蒸发皿广泛应用于化学、 生物、制药等领域，用于分离、纯化、浓缩样品或制备结晶 等实验操作。下面将对蒸发皿的维护与保养进行详细介绍。
轻物质和重物质分别从蒸馏器的顶部和底部收集 。
结晶过程原理
冷却过程
将热的饱和溶液冷却到一定温度，使其中溶解的物质以固体形式 析出。
沉淀过程
随着温度下降，溶解度降低的物质首先析出，形成沉淀。
分离过程
将沉淀与溶液分离，得到纯净的晶体。
04
蒸发皿的操作步骤
蒸发皿的操作步骤
• 蒸发皿是实验室中常用的蒸发浓缩和结晶设备，用于分离和提纯物质。它的操作相对简单，但需要一定的技巧 和经验。下面将详细介绍蒸发皿的操作步骤。
其他领域
环境监测
蒸发皿可用于环境监测领域，通过对水样进行蒸发，测定水体中的污染物含量和种类。
材料科学
蒸发皿还被广泛应用于材料科学领域，用于研究材料的物理和化学性质随温度和压力的变化情况。
03
蒸发皿的工作原理
蒸发过程原理
加热过程
蒸发皿通过加热的方式使液体变 为气体，这个过程需要持续加热
直到液体完全变为气体。
智能化控制
应用智能传感器、控制器和优化算法，实现对蒸发皿的实时监控和自 动控制，提高生产效率。
07
蒸发皿与其他设备的比较
与蒸馏塔的比较
蒸馏塔是一种垂直分离设备，通常用于分离液体混合物，而蒸发皿则是一种用于蒸 发液体的设备。
蒸馏塔主要由塔身、冷凝器和再沸器等组成，而蒸发皿则主要由一个耐热的容器和 加热装置组成。
05
蒸发皿的维护与保养
蒸发皿的维护与保养
• 蒸发皿是一种用于蒸发、浓缩或蒸馏液体的实验室器皿，通 常由耐热的陶瓷或金属材料制成。蒸发皿广泛应用于化学、 生物、制药等领域，用于分离、纯化、浓缩样品或制备结晶 等实验操作。下面将对蒸发皿的维护与保养进行详细介绍。
第七章--蒸发与结晶
一、结晶设备的结构及特点
➢ 按照生产作业方式，结晶器分成间歇和连续两大类； ➢ 按照形成过饱和溶液途径的不同，可将结晶设备分
为冷却结晶器、蒸发结晶器、真空结晶器、盐析结 晶器和其他结晶器五大类，其中前三类使用较广。 （一）冷却结晶器 冷却结晶设备是采用降温来使溶液进入过饱和（自 然起晶或晶种起晶），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 响比较大的物质结晶。结晶前先将溶液升温浓缩。
2．结晶罐
这是一类立式带有搅拌器的罐式结晶器，冷却采用夹 层，也可用装于罐内的鼠笼冷却管。在结晶罐中冷 却速度可以控制的比较缓慢。因为是间歇操作，结 晶时间可以任意调节，因此可得到较大的结晶颗粒， 特别适合于有结晶水的物料的晶析过程。
AC
A
A
D
4
D
5
D
3
2
1
1
C
B
B
CB
图11-24 结晶罐 浆式搅拌器 2-夹套 3-刮垢器 4-鼠笼冷却管 5-导液管 6-尖底搅拌耙
3．外加热式
二次蒸汽
蒸发器 5
2
加热蒸汽
1
完成液
3
料液
冷凝水
4 4．列文式蒸发器 这种蒸发器的结 构特点是在加热 室之上增设沸腾 6 室。
7
1 2
图11-4 外热式蒸发器
图11-5 列文式蒸发器
1-加热室 2-蒸发室 3-循环管 1-加热室 2-加热管 3-循环管 4-蒸发室
5-除沫器 6-挡板 7-沸腾室
一、蒸发的分类
➢ 按操作空间的压力可分为常压、加压或减压蒸发。 ➢ 按蒸汽利用情况可分为单效蒸发、二效蒸发和多效
蒸发 ➢ 按操作流程可分为间歇式、连续式。 ➢ 按加热部分的结构可分为膜式和非膜式。
第十章 蒸发和结晶设备2结晶设备
生物工程设备
第十章 蒸发和结晶设备
蒸发和结晶设备
10.1 蒸发设备 10.2 结晶设备
10.2 结晶设备
相对于其他化工分离操作，结晶过程有以下特点： ① 能从杂质含量相当多的溶液或多组分的熔融混合物中， 分离出高纯或超纯的晶体。 ② 对于许多难分离的混合物系，例如同分异构体混合物、 共沸物，热敏性物系等，使用其他分离方法难以奏效，而适 用于结晶。 ③ 结晶与精馏、吸收等分离方法相比，能耗低，因结晶 热一般仅为蒸发潜热的1/3～1/10。又由于可在较低的温度下 进行，对设备材质要求较低，操作相对安全。 ④ 结晶是一个很复杂的分离操作，它是多相、多组分的 传热-传质过程。
10.2 结晶设备
快速冷却不加晶种的情况见图10-10（a）所示，溶解度 迅速穿过介稳区达到过饱和曲线，即发生自然结晶现象，大 量细晶从溶液中析出，溶液很快下降到饱和曲线。缓慢冷却 不加晶种的情况见图10-10（b），虽然结晶速度比图10-10 （a）的情况慢，但能较精确地控制晶粒的生长，所得晶体尺 寸也较大，这是一种常见的刺激起晶法。图10-10（c）为快 速冷却加晶种的情况，溶液很快变成过饱和，在晶种生长的 同时，又生成大量细晶核，缓慢冷却加晶种的情况见图10-10 （d），整个操作过程始终将浓度控制在介稳区，没有自然晶 核析出，晶体能有规则地按一定尺寸生长，产品整齐完好。
10.2 结晶设备
3．结晶设备 （1）冷却式结晶器 ① 搅拌槽结晶器 图10-11和图10-12是冷却式搅拌槽结晶器的基本结构， 其中图10-11为夹套冷却式，图10-12为外部循环冷却式，此 外还有槽内蛇管冷却式。搅拌槽结晶器结构简单，设备造价 低。夹套冷却结晶器的冷却比表面积较小，结晶速度较低， 不适于大规模结晶操作。另外，因为结晶器壁的温度最低， 溶液过饱和度最大，所以器壁上容易形成晶垢，影响传热效 率。为消除晶垢的影响，槽内常设有除晶垢装置。
第十章 蒸发和结晶设备
蒸发和结晶设备
10.1 蒸发设备 10.2 结晶设备
10.2 结晶设备
相对于其他化工分离操作，结晶过程有以下特点： ① 能从杂质含量相当多的溶液或多组分的熔融混合物中， 分离出高纯或超纯的晶体。 ② 对于许多难分离的混合物系，例如同分异构体混合物、 共沸物，热敏性物系等，使用其他分离方法难以奏效，而适 用于结晶。 ③ 结晶与精馏、吸收等分离方法相比，能耗低，因结晶 热一般仅为蒸发潜热的1/3～1/10。又由于可在较低的温度下 进行，对设备材质要求较低，操作相对安全。 ④ 结晶是一个很复杂的分离操作，它是多相、多组分的 传热-传质过程。
10.2 结晶设备
快速冷却不加晶种的情况见图10-10（a）所示，溶解度 迅速穿过介稳区达到过饱和曲线，即发生自然结晶现象，大 量细晶从溶液中析出，溶液很快下降到饱和曲线。缓慢冷却 不加晶种的情况见图10-10（b），虽然结晶速度比图10-10 （a）的情况慢，但能较精确地控制晶粒的生长，所得晶体尺 寸也较大，这是一种常见的刺激起晶法。图10-10（c）为快 速冷却加晶种的情况，溶液很快变成过饱和，在晶种生长的 同时，又生成大量细晶核，缓慢冷却加晶种的情况见图10-10 （d），整个操作过程始终将浓度控制在介稳区，没有自然晶 核析出，晶体能有规则地按一定尺寸生长，产品整齐完好。
10.2 结晶设备
3．结晶设备 （1）冷却式结晶器 ① 搅拌槽结晶器 图10-11和图10-12是冷却式搅拌槽结晶器的基本结构， 其中图10-11为夹套冷却式，图10-12为外部循环冷却式，此 外还有槽内蛇管冷却式。搅拌槽结晶器结构简单，设备造价 低。夹套冷却结晶器的冷却比表面积较小，结晶速度较低， 不适于大规模结晶操作。另外，因为结晶器壁的温度最低， 溶液过饱和度最大，所以器壁上容易形成晶垢，影响传热效 率。为消除晶垢的影响，槽内常设有除晶垢装置。
蒸发与结晶工艺及其设备
措施：增加流速，高速流冲破泡沫。降低二次蒸汽流 速，防跑泡现象或设法分离回收泡沫，消除发泡。
➢ 腐蚀性 措施：不锈钢、石墨加热管或耐酸搪瓷夹层蒸发
器
➢ 结晶性 后果：浓度增加时 晶粒析出 传热 措施：夹套带搅拌浓缩器或强制循环 ➢ 粘滞性： 后果：浓度增大 粘度增大 流速 传热 措施：选用强制循环，刮板式或降膜式
应用：适合于易起泡沫的料液， 热敏性物料 ，不适用于易结晶结垢料液。
降膜式浓缩设备
1、结构组成：加热器、蒸发分 离室、液体分配器、循环管、冷 凝器、抽真空装置等。
2、工作过程：物料从加热器顶 部进入，液体在重力作用下，沿 管内壁成液膜状下降浓缩，加热 蒸汽在管间传热和冷凝，将热量 传递给料液。料液被加热沸腾， 迅速汽化，汽液进入蒸发分离室 进行分离，二次蒸汽从分离器顶 部排出，浓缩液从底部抽出。
加热室底部，继续浓缩，另一部分达
到浓度要求的浓缩液可从分离室底部
放出。
1）、升膜式浓缩设备 （自然循环式） 1、升膜形成 a：开始加热，管壁受热升 温，密度下降，而管中心 的液体温度较低，使液体 在管内产生自然对流
c、液相因混有蒸汽气泡， 使液体静压头下降，液 体继续受热，温度不断 升。气泡增大，气体上 升的速度则加快。
物料底部进入，加热蒸汽在管间传
热和冷凝，将热量传递给料液。
料液被加热沸腾汽化，产生的二次
蒸汽和料液在管内高速上升，浓液被 管
高速上升的二次蒸汽带动，沿管壁成 式
膜状上升不断被加热蒸发。
升
料液从加热室底部至顶部出口处逐 膜
渐被浓缩，浓缩液进入蒸发分离室， 蒸
二次蒸汽从分离室顶部排出
发
浓缩液一部分通过循环管，再进入 器
升膜蒸发条件：
➢ 腐蚀性 措施：不锈钢、石墨加热管或耐酸搪瓷夹层蒸发
器
➢ 结晶性 后果：浓度增加时 晶粒析出 传热 措施：夹套带搅拌浓缩器或强制循环 ➢ 粘滞性： 后果：浓度增大 粘度增大 流速 传热 措施：选用强制循环，刮板式或降膜式
应用：适合于易起泡沫的料液， 热敏性物料 ，不适用于易结晶结垢料液。
降膜式浓缩设备
1、结构组成：加热器、蒸发分 离室、液体分配器、循环管、冷 凝器、抽真空装置等。
2、工作过程：物料从加热器顶 部进入，液体在重力作用下，沿 管内壁成液膜状下降浓缩，加热 蒸汽在管间传热和冷凝，将热量 传递给料液。料液被加热沸腾， 迅速汽化，汽液进入蒸发分离室 进行分离，二次蒸汽从分离器顶 部排出，浓缩液从底部抽出。
加热室底部，继续浓缩，另一部分达
到浓度要求的浓缩液可从分离室底部
放出。
1）、升膜式浓缩设备 （自然循环式） 1、升膜形成 a：开始加热，管壁受热升 温，密度下降，而管中心 的液体温度较低，使液体 在管内产生自然对流
c、液相因混有蒸汽气泡， 使液体静压头下降，液 体继续受热，温度不断 升。气泡增大，气体上 升的速度则加快。
物料底部进入，加热蒸汽在管间传
热和冷凝，将热量传递给料液。
料液被加热沸腾汽化，产生的二次
蒸汽和料液在管内高速上升，浓液被 管
高速上升的二次蒸汽带动，沿管壁成 式
膜状上升不断被加热蒸发。
升
料液从加热室底部至顶部出口处逐 膜
渐被浓缩，浓缩液进入蒸发分离室， 蒸
二次蒸汽从分离室顶部排出
发
浓缩液一部分通过循环管，再进入 器
升膜蒸发条件：
七水硫酸锌蒸发结晶装置
河北卓普化工设备制造有限公司专业生产各种三效蒸发器，MVR蒸发器，该设备为七水硫酸锌蒸发结晶装置，用于对硫酸锌溶液的蒸发及结晶。
处理背景：钢铁企业在生产过程中会产生各种钢灰，其中含锌量比较高的锌灰用于生产七水硫酸锌或者一水硫酸锌，也有使用含锌量比较高的锌渣或这其他含锌量高的溶液作为原料。
以前比较老的办法市采用带搅拌带盘管的搅拌釜进行蒸发浓缩，产量小，能耗比较高，结垢严重，蒸发能力差，占地面积大，劳动强度也大，间歇操作；但是也有优点，操作简单，设备投资比较低，处理结构堵塞比较简单。
河北卓普化工公司采用三效蒸发器或者MVR蒸发器处理七水硫酸锌的蒸发浓缩，一般采用强制循环蒸发器，蒸发防堵能力强，加热部分均采用间壁式换热器，由于蒸发强度大，占地面积小，劳动强度低，运行成本比原有大幅降低。
卓普公司在硫酸锌初始浓度比较低的情况小可以采用MVR蒸发器，在浓度较高后可以采用三效蒸发器，也可以单独采用MVR蒸发器蒸发七水硫酸锌溶液，其中能耗比值为三效蒸发器比传统搅拌釜蒸发硫酸锌溶液能耗降低3倍，MVR蒸发器蒸发七水硫酸锌又比三效蒸发器的能耗降低2倍，采用MVR蒸发器处理七水硫酸锌溶液的蒸发浓缩，比传统搅拌釜盘管蒸发大大降低大概6倍左右，大大的提高了设备效果与产量，大大降低了能耗，现今的竞争是白热化的竞争，是成本的竞争，积极采用先进技术，谁提前布局提前升级改造设备，谁最后有可能发展壮大。
其中如果生产七水硫酸锌可以单独使用三效蒸发器或者MVR蒸发器，生产一水硫酸锌一般是三效蒸发器或者MVR蒸发器起到预浓缩的作用，最后采用带盘管的蒸发结晶罐进行最终的蒸发结晶。
其中如果采用三效蒸发器，可以实现七水硫酸锌与一水硫酸锌的生产，其中使用三效蒸发器装置主要的流程设备配置一套三效蒸发设备，两套冷却结晶和脱水分离晶体与母液设备，浓缩液在结晶槽60～100℃离心脱水分离成一水硫酸锌，分离母液在另外的结晶槽继续冷却结晶到≤38℃，再次离心脱水分离成七水硫酸锌，低温母液返回净化工序；或在少生产或不安排生产七水硫酸锌时，离心脱水分离一水硫酸锌的结晶母液直接返回净化工序。
各类结晶设备的功能结构对比
各类结晶设备的功能结构对比
结晶器的类型很多，按溶液获得过饱和状态的方法可分蒸发结晶器和冷却结晶器；按流动方式可分母液循环结晶器和晶浆循环结晶器；按操作方式可分连续结晶器和间歇结晶器。
1. 冷却式结晶器
（1）空气冷却式结晶器：空气冷却式结晶器是一种最简单的敞开型结晶器，靠顶部较大的敞开液面以及器壁与空气间的换热，以降低自身温度从而达到冷却析出结晶的目的，并不加晶种，也不搅拌，不用任何方法控制冷却速率及晶核的形成和晶体的生长。
这类结晶器构造最简单，造价最低，可获得高质量、大粒度的晶体产品，尤其适用于含多结晶水物质的结晶。
缺点是传热速率太慢，且属于间歇操作，生产能力较低，占地面积较大。
在产品量不太大而对产品纯度及粒度要求又不严时，仍被采用。
（2）搅拌式结晶槽：在空气冷却式结晶器的外部，装设传热夹套或在内部装设蛇管式换热器以促进传热，并增加动力循环装置，即成为强制循环冷却式结晶槽或搅拌式结晶槽。
晶浆强制循环于外冷却器与结晶槽之间，使晶浆在槽内能较好地混合，并能提高冷却面的热交换速率，这种结晶槽可以分批或连续操作。
为自然冷却，必要时可配备内部冷却器。
搅拌器可以从下方传动，也可以从上方传动。
晶浆在导流筒中可以向上流动，也可以向下流动。
这类结晶器内温度比较均匀，产生的晶体较少但粒度较均匀，也使冷却周期缩短，生产能力提高。
对于易在空气中氧化的物质的结晶，可用闭式槽，槽内通入惰性气体。
蒸发结晶车间安全注意事项
蒸发结晶车间安全注意事项蒸发结晶车间是一个涉及到高温、高压、腐蚀和结晶等复杂工艺过程的场所，因此需要特别注意安全。
以下是一些蒸发结晶车间的安全注意事项：
1. 严格遵守操作规程：严格按照操作规程进行操作，避免因操作不当而引发安全事故。
2. 注意个人防护：在进入蒸发结晶车间前，需要穿戴好相应的防护用品，如防护服、手套、口罩、眼镜等，以防止烫伤、腐蚀和污染等危害。
3. 注意观察设备运行情况：在设备运行过程中，需要时刻观察设备的运行情况，如发现异常情况应及时停机检查并处理。
4. 注意检查维修保养：定期对设备进行维修保养，确保设备的正常运行，避免因设备故障而引发安全事故。
5. 注意保持卫生整洁：蒸发结晶车间需要保持卫生整洁，防止杂物、积水等引起的滑倒、绊倒等安全事故。
6. 注意安全使用化学品：在蒸发结晶过程中，需要使用到各种化学品，应了解化学品的性质和使用方法，避免因误用而引发安全事故。
7. 注意应急处理：在发生安全事故时，需要及时采取应急措施，如停机、疏散人员、救助伤员等，以最大程度地减少事故损失。
总之，蒸发结晶车间的安全需要从多方面进行考虑和防范，只有严格遵守操作规程和注意安全防范措施，才能确保车间的安全运行。
蒸发结晶设备
（5）起晶过程： 一般认为由于质点的碰撞，首先由 几个质点结合成晶线，再扩大成晶面， 最后结合成微小的晶格，称为晶核（晶 芽）．其它质点连续排列在晶核上，使 晶核长大成晶体。
（6） 晶体长大时，溶液中质点的在晶核上排列的位置 有三种 ① 对着三面凹角，该处受三个最近的质点吸引，引力最 大。 ② 对着两面凹角，该处受两个最近质点的吸引，引力较 小 ③ 对着一个面，仅受这一质点的吸引，引力最小。
(1)分配器(把液体均匀分配到各加热管中, 形成液膜) ①齿形溢流口 ②导流棒
③旋液导流器 螺纹导流管 切线进料旋流器 ④分配筛板 是利用液体的自流作用进行 分配，它在管板上方方一定距 离水平安装一块筛孔板,筛孔对 准加热管之间的管板，当筛饭 上保持一定液层时，液体从筛 孔淋洒到管板上，液体离各加 热管口距离相等，就沿管板均 匀流散到各管子边沿，成薄膜 状沿管壁下流。
如图I－I：柠檬酸的饱和溶液曲线 （1）曲线下方为不饱和溶液区间， 曲线上的点为饱和点。 （2）在曲线上方的区间里，溶液浓 度超过了它们的饱和浓度。 (有晶体存在的溶液此区间是不会出 现的, 或只是暂时的，它应结晶析出， 回到饱和浓度的位置） （没有晶体存在的溶液，实验证明过 饱和溶液是存在的）。 所以上面的为过饱和曲线
3. 过饱和溶液 （1）通过实验，给出的各种物质溶解度与 温度关系的曲线称为溶解度曲线。 （2）溶解度曲线一般都是连续的，但有些物 质由于在不同温度下形成不同的化合物（水 合物），因此曲线出现折点。 如柠檬酸其折点温度为36.6℃ ，在超过 36.6℃时结晶的拧檬酸不带结晶水，而在36 6℃以下结晶的拧檬酸带一个结晶水。
第二节结晶设备
一、结晶原理和起晶方法 （一）结晶原理 1. 晶体的特点 物质自溶液中成晶体状态析出 自溶液中成晶体状态析出，或从 自溶液中成晶体状态析出 熔融状态受冷时成晶体状态凝结的过程 称为结晶。
第六章08蒸发与结晶
第六章 蒸发与结晶
第一节 常压与真空蒸发设备 第二节 结晶设备
第一节 常压与真空蒸发设备
一、蒸发目的 1)利用蒸发操作取得浓溶液； 2)将溶液蒸发并将蒸汽冷凝、冷却，以达
到纯化溶剂的目的。
二、设计蒸发器必须满足基本要求：
1、应防止或减少浓溶液在加热表面上析出溶 质而形成结垢。
2、对于热敏性的物质减少溶液在蒸发器内停 留时间。
图d: 柱状气泡
当气泡继续增大形 成柱状，气体以很 大的速度上升，而 液体受重力作用沿 气泡边缘下滑。
图e：湍流区
液体下降较多时，大 个柱状汽泡则被液层 截断。此时液相仍然 是连续相。这时混合 流体处于一种强烈的 湍流状态，气柱向上 升并带动其周围的部 分液体一起运动。
图f : 爬膜区
管壁上的液体受热 不断蒸发，气柱不 断增大，最后气柱 之间的液膜消失， 蒸汽占据了整个管 的中部空间，形成 连续相，液体只能 分布于管壁，形成 环状液膜，并在上 升蒸汽的拖带下形 成“爬膜”。
浓物料
• 15 冷凝水出 • 16 热泵
第八章 蒸发与结晶设备 第二节 结晶设备
一、结晶设备 二 、结晶设备的新动向
一、结晶设备
• 结晶： • 结晶是制备纯物质有效的方法。（微生物药物
的精制。）
饱和区的划分和结晶方法
不稳区
浓
真空结晶
度 冷却结晶
T
T 亚稳区
S
蒸发结晶+ B
SA
温度过饱和度稳定区
降膜蒸发器均匀分布液体方法：
1）齿形溢流口 2）导流棒 3）旋液导流器
罗纹导流管 切线进料旋流器
• 齿形溢流口、导流棒、罗纹导流管、切线进料旋流 器
• 1、齿形溢流口
第一节 常压与真空蒸发设备 第二节 结晶设备
第一节 常压与真空蒸发设备
一、蒸发目的 1)利用蒸发操作取得浓溶液； 2)将溶液蒸发并将蒸汽冷凝、冷却，以达
到纯化溶剂的目的。
二、设计蒸发器必须满足基本要求：
1、应防止或减少浓溶液在加热表面上析出溶 质而形成结垢。
2、对于热敏性的物质减少溶液在蒸发器内停 留时间。
图d: 柱状气泡
当气泡继续增大形 成柱状，气体以很 大的速度上升，而 液体受重力作用沿 气泡边缘下滑。
图e：湍流区
液体下降较多时，大 个柱状汽泡则被液层 截断。此时液相仍然 是连续相。这时混合 流体处于一种强烈的 湍流状态，气柱向上 升并带动其周围的部 分液体一起运动。
图f : 爬膜区
管壁上的液体受热 不断蒸发，气柱不 断增大，最后气柱 之间的液膜消失， 蒸汽占据了整个管 的中部空间，形成 连续相，液体只能 分布于管壁，形成 环状液膜，并在上 升蒸汽的拖带下形 成“爬膜”。
浓物料
• 15 冷凝水出 • 16 热泵
第八章 蒸发与结晶设备 第二节 结晶设备
一、结晶设备 二 、结晶设备的新动向
一、结晶设备
• 结晶： • 结晶是制备纯物质有效的方法。（微生物药物
的精制。）
饱和区的划分和结晶方法
不稳区
浓
真空结晶
度 冷却结晶
T
T 亚稳区
S
蒸发结晶+ B
SA
温度过饱和度稳定区
降膜蒸发器均匀分布液体方法：
1）齿形溢流口 2）导流棒 3）旋液导流器
罗纹导流管 切线进料旋流器
• 齿形溢流口、导流棒、罗纹导流管、切线进料旋流 器
• 1、齿形溢流口
生物工程设备08第八章 蒸发浓缩、结晶设备1
第八章 蒸发浓缩、结晶设备
蒸发浓缩是利用加热的方法使溶液中的一 部分溶剂汽化后除去，得到浓度较高的料液 的一种操作过程。常用作沉析、结晶、干燥 等操作之前的预处理。
结晶是溶液中的溶质在一定条件下因分子 有规则的排列而结合成晶体的操作。它是溶 质提纯和得到固体颗粒的一种方法。
第一节 蒸发浓缩设备
一、蒸发条件
多效蒸发是将各效的操作压力依次降低， 相应的液体沸点也依次降低，从而使二次 蒸汽作为下一效的加热蒸汽，通过几次利 用而达到节能目的的。
多效蒸发的流程根据物料走向与蒸汽走 向的关系分为：顺流、逆流、错流。
2、二次蒸汽压缩：由于产生的二次蒸汽温 度较低，用来作加热蒸汽时温度差太小， 影响了二次蒸汽的利用及多效蒸发的效果 和效数。采用热泵即：蒸汽喷射泵或机械 泵加压来升高二次蒸汽的压力，使二次蒸 汽得到更好的利用，达到节能的目的。
2、传热系数高，热的利用率高； 3、动力消耗小，易于加工制造，维修方便， 节省材料，又满足强度要求；
4、根据物料不同的性质选择蒸发器类型； 物料的性质有：耐热性、结垢性、发泡
性、结晶性、腐蚀性、粘滞性。
六、蒸发设备
1、外循环蒸发器
加热室置于蒸发室外，通过循环管与之 连接。分自然循环型及强制循环型。
2、利用沸点升高可测量和控制蒸发器内料 液的浓度。
五、蒸发设备的类型和选择原则
（一）类型
1、按照液体循环方式：自然循环型、强制 循环型、无循环型；
2、按液体在传热面上的形状：膜式、浸液 式；
3、按加热器的类型：直接加热型、夹套加 热型、管式加热型、板式加热型等；
（二）选择原则
1、满足工艺要求，浓缩比适当，收得率高， 保持溶液的特性；
2、连续式：使物料一次性、连续地通过 蒸发装置，又叫一次式或单程式。适用于 热敏性物料，处理量大，设备利用率高， 但浓度不易控制；
蒸发浓缩是利用加热的方法使溶液中的一 部分溶剂汽化后除去，得到浓度较高的料液 的一种操作过程。常用作沉析、结晶、干燥 等操作之前的预处理。
结晶是溶液中的溶质在一定条件下因分子 有规则的排列而结合成晶体的操作。它是溶 质提纯和得到固体颗粒的一种方法。
第一节 蒸发浓缩设备
一、蒸发条件
多效蒸发是将各效的操作压力依次降低， 相应的液体沸点也依次降低，从而使二次 蒸汽作为下一效的加热蒸汽，通过几次利 用而达到节能目的的。
多效蒸发的流程根据物料走向与蒸汽走 向的关系分为：顺流、逆流、错流。
2、二次蒸汽压缩：由于产生的二次蒸汽温 度较低，用来作加热蒸汽时温度差太小， 影响了二次蒸汽的利用及多效蒸发的效果 和效数。采用热泵即：蒸汽喷射泵或机械 泵加压来升高二次蒸汽的压力，使二次蒸 汽得到更好的利用，达到节能的目的。
2、传热系数高，热的利用率高； 3、动力消耗小，易于加工制造，维修方便， 节省材料，又满足强度要求；
4、根据物料不同的性质选择蒸发器类型； 物料的性质有：耐热性、结垢性、发泡
性、结晶性、腐蚀性、粘滞性。
六、蒸发设备
1、外循环蒸发器
加热室置于蒸发室外，通过循环管与之 连接。分自然循环型及强制循环型。
2、利用沸点升高可测量和控制蒸发器内料 液的浓度。
五、蒸发设备的类型和选择原则
（一）类型
1、按照液体循环方式：自然循环型、强制 循环型、无循环型；
2、按液体在传热面上的形状：膜式、浸液 式；
3、按加热器的类型：直接加热型、夹套加 热型、管式加热型、板式加热型等；
（二）选择原则
1、满足工艺要求，浓缩比适当，收得率高， 保持溶液的特性；
2、连续式：使物料一次性、连续地通过 蒸发装置，又叫一次式或单程式。适用于 热敏性物料，处理量大，设备利用率高， 但浓度不易控制；
重结晶和蒸发浓缩冷却结晶的区别
重结晶和蒸发浓缩冷却结晶的区别
重结晶是晶体或者固体溶解后再次结晶出来，是一个操作过程，用于提纯或者制作晶体。
蒸发浓缩冷却结晶是结晶操作的一种方式，一般用于溶解度随温度增大而变大的晶体结晶。
区别：
①重结晶是先将固体溶解再进行结晶，而冷却结晶本身就是液体，直接降温结晶。
②重结晶既可以是溶液中，可以是加热到熔融，而冷却结晶就是在溶液中。
③装置上，重结晶的装置要复杂得多。
重结晶的实验仪器：布氏漏斗、吸滤瓶、抽气管、安全瓶、锥形瓶、短颈漏斗、循环水真空泵、热水保温漏斗、玻璃漏斗、玻璃棒、表面皿、酒精灯、滤纸、量筒、刮刀。
第八章蒸发与结晶设备PPT优秀课件
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
33
5.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
34
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
T—离开结晶器的溶剂蒸汽温度，K
46
• 冷却剂带走的热量：Q7 G0C0t
• 散失的热量：
Q8 KAT
式中: G0—冷却剂用量，Kg C0—冷却剂的平均比热，kJ/（kg·K） △t—冷却剂进出口的温度差，k
K—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，K
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
1
4.要求：
❖ 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
x
49
❖ 选定设备的形式，如采用球形底的煮晶锅， 则：
V G x 2 G x V 1 V 21 1 2D 3 D 2H
一般H/D=2～3，取2.5时：D 3 24G 8.5 x
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
50
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
33
5.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
34
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
T—离开结晶器的溶剂蒸汽温度，K
46
• 冷却剂带走的热量：Q7 G0C0t
• 散失的热量：
Q8 KAT
式中: G0—冷却剂用量，Kg C0—冷却剂的平均比热，kJ/（kg·K） △t—冷却剂进出口的温度差，k
K—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，K
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
1
4.要求：
❖ 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
x
49
❖ 选定设备的形式，如采用球形底的煮晶锅， 则：
V G x 2 G x V 1 V 21 1 2D 3 D 2H
一般H/D=2～3，取2.5时：D 3 24G 8.5 x
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
50
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结晶设备
结晶设备的新动向
结晶设备的新动向就是实现结晶的连续化。 结晶设备的新动向就是实现结晶的连续化。
连续结晶的要求： 连续结晶的要求：
1. 不形成结垢。 不形成结垢。 2. 设备内各部位溶液浓度均匀。 设备内各部位溶液浓度均匀。 3. 避免促使晶核形成的刺激。 避免促使晶核形成的刺激。 4. 连续结晶过程中同时具有各种大小粒子的晶体。 连续结晶过程中同时具有各种大小粒子的晶体。 5. 及时清除影响结晶的杂质。 及时清除影响结晶的杂质。 6. 设备内溶液的循环速度要恰当。 设备内溶液的循环速度要恰当。
结晶设备
立式搅拌结晶箱
立式搅拌结晶箱、 立式搅拌结晶箱、蛇管式
锚式搅拌器、 锚式搅拌器、夹套式
结晶设备
卧式搅拌结晶箱
卧式搅拌结晶箱
结晶设备
连续式循环分级结晶器(Krystal结晶器 连续式循环分级结晶器 结器
结晶设备
真空煮晶锅
煮晶锅的结构比较简单， 煮晶锅的结构比较简单， 是一个带搅拌的夹套加热 真空蒸发罐， 真空蒸发罐，整个设备由 加热蒸发室、加热夹套、 加热蒸发室、加热夹套、 汽液分离器、搅拌器等4 汽液分离器、搅拌器等 部分组成。 部分组成。
真空蒸发设备
管式薄膜蒸发器
特点：液体沿加热管壁成膜而进行蒸发； 特点：液体沿加热管壁成膜而进行蒸发； 类型：升膜式、降膜式和升降膜式。 类型：升膜式、降膜式和升降膜式。
真空蒸发设备
•液膜形成过程 液膜形成过程
蒸发
•升膜式蒸发器 升膜式蒸发器
工作原理：物料从加 工作原理：
热器下部进入，在加热管 热器下部进入， 膜， 加热蒸发 膜， 在 蒸 下 升， 升，从加热器 器 进入 器， 器， 从 器 部 ， 蒸 进入 器
•刮板式蒸发器特点 刮板式蒸发器特点
这种蒸发器传热系数较高。 这种蒸发器传热系数较高。 结构简单。设备加工精度高。 结构简单。设备加工精度高。 圆筒的直径一般不大。 圆筒的直径一般不大。一般选 择在300～500毫米为宜。 择在300～500毫米为宜。 300 毫米为宜 蒸发器加热室的圆筒内表面必 须经过精加工。 须经过精加工。 轴要有足够的机械强度。 轴要有足够的机械强度。 蒸发器在离心力场的作用下具 国产离心式刮板薄膜蒸发器外观 有很高传热系数。 有很高传热系数。
导流棒
螺纹导流管
切线进料旋流器
•升降膜式蒸发器 升降膜式蒸发器
工作原理： 工作原理：物料先进入升膜加
热管，沸腾蒸发后， 热管，沸腾蒸发后，汽液混合物上升 至顶部，然后转入另一半加热管， 至顶部，然后转入另一半加热管，再 进行降膜蒸发，浓缩液从下部进入汽 进行降膜蒸发， 液分离器，分离后， 液分离器，分离后，二次蒸汽从分离 器上部排入冷凝器， 器上部排入冷凝器，浓缩液从分离器 下部出料。 下部出料。
刮板式蒸发器
刮板式蒸发器是通过旋转的刮板使液料形 刮板式蒸发器是通过旋转的刮板使液料形 成液膜的蒸发设备。 成液膜的蒸发设备。 由转动轴、物料分配盘、刮板、轴承、蒸 由转动轴、物料分配盘、刮板、轴承、 发室和夹套加热室等部分构成。 发室和夹套加热室等部分构成。
•刮板式蒸发器工作原理 刮板式蒸发器工作原理
•升降膜式蒸发器的特点 升降膜式蒸发器的特点
易达到升膜 均匀分布。 有利于液膜体 均匀分布。 有利于操作。 有利于操作。 两个浓缩过程串联，可提高产品的浓缩比， 两个浓缩过程串联，可提高产品的浓缩比， 减低设备高度。 减低设备高度。
三效顺流降膜蒸发器装置
双效降膜式真空浓缩蒸发器流程图
带热泵的四效蒸发器工艺流程图
液料从进料管以稳定 的流量进入随轴旋转 的分配盘中， 的分配盘中，在离心 力的作用下， 力的作用下，通过盘 壁小孔被抛向器壁， 壁小孔被抛向器壁， 受重力作用沿器壁下 流，同时被旋转的刮 板刮成薄膜， 板刮成薄膜，薄膜溶 液在加热区受热， 液在加热区受热，蒸 发浓缩， 发浓缩，同时受重力 作用下流。 作用下流。
蒸发与结晶设备
常压与真空蒸发设备
• 常压蒸发设备 • 真空蒸发设备 • 蒸发浓缩的节能
结晶设备
• 结晶原理与起晶方法 • 结晶设备
蒸发设备
• 蒸发设备必须满足的基本要求： 蒸发设备必须满足的基本要求：
1.充分的加热热源，以维持溶液的沸腾和补充 充分的加热热源， 充分的加热热源 溶剂汽化所带走的热量； 溶剂汽化所带走的热量； 2.保证溶剂蒸汽，即二次蒸汽的迅速排除； 保证溶剂蒸汽，即二次蒸汽的迅速排除； 保证溶剂蒸汽 3.一定的热交换面积，以保证传热量。 一定的热交换面积，以保证传热量。 一定的热交换面积 •蒸发设备一般由热交换器（汽鼓）、蒸发室、 蒸发设备一般由热交换器（汽鼓） 蒸发室、 蒸发设备一般由热交换器 冷凝器和抽气泵等组成 等组成。 冷凝器和抽气泵等组成。
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
蒸发浓缩过程的节能
采用多效蒸发，循环利用热能： 采用多效蒸发，循环利用热能：将高能二次蒸汽用 作加热介质去蒸发另外的物料而本身也被冷凝。 作加热介质去蒸发另外的物料而本身也被冷凝。 热泵蒸发：用机械泵或用蒸汽喷射泵将低压蒸汽 热泵蒸发： 压缩成较高压力的蒸汽，重新利用加热蒸汽的办法。 压缩成较高压力的蒸汽，重新利用加热蒸汽的办法。 研制更理想的蒸发设备和效率更高的热泵。 研制更理想的蒸发设备和效率更高的热泵。
离心式薄膜蒸发器
离心式蒸发器是利用旋转的离心盘所产生的离心力
对溶液的周边分布作用而形成薄膜。 对溶液的周边分布作用而形成薄膜。
•离心式薄膜蒸发设备流程 离心式薄膜蒸发设备流程
由物料平衡槽、进料螺杆泵、离心薄膜蒸发器、 由物料平衡槽、进料螺杆泵、离心薄膜蒸发器、水 力喷射泵、冷却水循环泵、浓缩液贮罐和出料螺杆泵。 力喷射泵、冷却水循环泵、浓缩液贮罐和出料螺杆泵。
蒸发与结晶设备复习思考题
1、什么是多效蒸发及热泵蒸发 ？ 2、蒸发设备必须满足的基本要求？ 蒸发设备必须满足的基本要求？ 3、简述升膜式蒸发器的成膜机理和设计
要点。 要点。 4、设计一离心薄膜蒸发设备流程。 设计一离心薄膜蒸发设备流程。 5、说明结晶设备设计要注意的条件。 说明结晶设备设计要注意的条件。 6、 简述连续结晶应满足的要求。 简述连续结晶应满足的要求。
套 管 式 升 膜 蒸 发 器
套 筒 式 升 膜 蒸 发 器
•降膜式蒸发器 降膜式蒸发器
工作原理：物料从加 工作原理： 热管上部进入， 热管上部进入，经分配 器导流管进入加热管， 器导流管进入加热管， 沿管壁成膜状向下流。 沿管壁成膜状向下流。
•降膜式蒸发器的分配器 降膜式蒸发器的分配器
齿形溢流口
常压蒸发设备
麦芽汁煮沸锅 •夹套加热式 夹套加热式
常压蒸发设备
某啤酒厂糖化车间照片
常压蒸发设备
•内置加热式 内置加热式
列 管 式 内 加 热 器 的 煮 沸 锅
具 两 段 内 加 热 器 的 煮 沸 锅
真空蒸发设备
• 真空蒸发的优点： 真空蒸发的优点：
1.物料沸腾温度降低，避免或减少物料受高温 物料沸腾温度降低， 物料沸腾温度降低 所产生的质变； 所产生的质变； 2. 提高了热交换的温度差，增加了传热强度； 提高了热交换的温度差，增加了传热强度； 3.为二次蒸汽的利用创造了条件，可采用双效 为二次蒸汽的利用创造了条件， 为二次蒸汽的利用创造了条件 或多效蒸发，提高热能利用率； 或多效蒸发，提高热能利用率； 4.蒸发器热损失减少。 蒸发器热损失减少。 蒸发器热损失减少
升 膜 式 蒸 发 器
管 式 升 膜 蒸 发 器 BM系列薄膜蒸发器 ：蒸发器为升膜 系列薄膜蒸发器 式列管换热器。设备与物料接触部分 均采用不锈钢制造，具有良好的耐腐 蚀性能。
对于加热管子直径、长度选择要适当， 对于加热管子直径、长度选择要适当，管径 不宜过大，一般在25～ 毫米之间 毫米之间， 不宜过大，一般在 ～28毫米之间，管长与管 － 径之比一般为 100－150 ，这样才能使加热面供 径之比一般为 应足够成膜的汽速。 应足够成膜的汽速。
结晶设备
结晶原理
溶液中的溶质含量超过它饱和溶液中溶质含量时， 溶液中的溶质含量超过它饱和溶液中溶质含量时， 溶质质点间的引力起主要作用，溶质间彼此靠近、 溶质质点间的引力起主要作用，溶质间彼此靠近、碰 聚集放出能量，并按一定规律排列而析出。 撞、聚集放出能量，并按一定规律排列而析出。
起晶方法
• 自然起晶法 • 刺激起晶法 • 晶种起晶法
结晶设备
结晶设备的类型和特点
可分为浓缩结晶设备 结晶设备可分为浓缩结晶设备、 结晶设备可分为浓缩结晶设备、冷却结晶设备和等 电点结晶设备和真空结晶设备等 电点结晶设备和真空结晶设备等。
设计结晶设备应注意的条件
应考虑溶液的性质、黏度、杂质的影响， 应考虑溶液的性质、黏度、杂质的影响，结晶温 结晶体的大小、形状及结晶长大速率特性等条件， 度，结晶体的大小、形状及结晶长大速率特性等条件， 以保证结晶良好，结晶速率快。 以保证结晶良好，结晶速率快。