第二部分 第四章 蒸发与结晶设备
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蒸发结晶工艺及设备
蒸发结晶工艺及设备蒸发结晶工艺及设备一、引言蒸发结晶是一种常用的分离纯化技术，广泛应用于化工、制药、食品等行业。
本文将详细介绍蒸发结晶的工艺流程以及相关设备。
二、蒸发结晶工艺流程1. 原料准备在进行蒸发结晶之前，需要准备好相应的原料。
原料可以是溶液、悬浮液或浸出液等。
2. 进料与预热将原料通过进料系统加入到蒸发器中，并在进料系统中进行预热。
预热可以提高进入蒸发器的温度，促进溶质的溶解度。
3. 蒸发器蒸发器是进行蒸发过程的核心设备。
有多种类型的蒸发器可供选择，如单效、多效、闪蒸等。
根据具体情况选择适合的蒸发器。
4. 转移热量在蒸发过程中，需要通过传热介质将热量转移到原料中。
常用的传热介质有水、汽等。
传热介质与原料之间通过换热器进行热量交换。
5. 浓缩与结晶在蒸发过程中，水分逐渐蒸发，原料逐渐浓缩。
当溶质浓度达到一定程度时，开始出现结晶现象。
结晶可以通过控制温度、压力和溶质浓度来实现。
6. 结晶分离结晶后的固体颗粒需要与溶液分离。
常用的分离方式有离心、过滤、沉淀等。
选择合适的分离方式可以提高产品纯度和产量。
7. 溶剂回收在蒸发结晶过程中，溶剂会随着水分一起蒸发。
为了节约资源和降低成本，可以通过回收溶剂来减少损耗。
8. 产品收集与干燥结晶后的产物需要进行收集和干燥。
收集可以通过输送带、斗式提升机等设备实现，干燥可以通过空气流动、真空等方式进行。
三、蒸发结晶设备1. 蒸发器蒸发器是实现蒸发过程的核心设备。
常见的蒸发器有单效蒸发器和多效蒸发器。
单效蒸发器适用于低浓度溶液，多效蒸发器适用于高浓度溶液。
2. 换热器换热器用于传递热量，将热量从传热介质转移到原料中。
常见的换热器有管壳式换热器、板式换热器等。
3. 结晶器结晶器用于实现结晶过程。
常见的结晶器有搅拌结晶器、静态结晶器等。
搅拌结晶器通过搅拌来促进结晶，静态结晶器则通过控制温度和压力来实现。
4. 分离设备分离设备用于将固体颗粒与溶液分离。
常见的分离设备有离心机、过滤机等。
蒸发和结晶设备培训
蒸发和结晶设备培训培训将分为两个部分：蒸发设备和结晶设备。
首先，培训将重点介绍蒸发设备的工作原理、操作流程和安全注意事项。
员工将学习如何正确设置蒸发器的参数，监测蒸发过程中的温度和压力变化，以及如何进行设备的清洁和维护。
此外，员工还将学习如何正确处理蒸发过程中产生的废液，并确保符合环保标准。
接下来，培训将重点介绍结晶设备的原理和操作流程。
员工将学习如何正确调节结晶过程中的温度、浓度和搅拌速度，以确保产品的质量和产量。
他们还将学习如何识别和解决结晶过程中可能出现的问题，以及如何进行设备的日常保养和维护。
培训将采用理论教学与实际操作相结合的方式进行。
员工将有机会亲自操作蒸发和结晶设备，从而加深对设备操作流程和注意事项的理解。
培训结束后，员工将进行考核测试，以确保他们掌握了正确的操作技能和知识。
通过这次蒸发和结晶设备培训，公司希望能够提升员工的技能水平，提高生产效率，降低设备故障率，并确保产品质量达到标准。
同时，培训也将有助于营造一个安全、高效的工作环境，促进公司的可持续发展。
由于蒸发和结晶设备在工业生产中具有重要的作用，因此培训的目的不仅是为了提高员工的操作技能，还包括提高其对设备原理和工艺流程的理解。
在培训过程中，员工将学习如何识别并解决设备操作中可能出现的问题，了解如何进行设备维护和故障排除，并明白这些设备在整个生产流程中的重要性。
蒸发设备培训将涵盖各种类型的蒸发器，包括多效蒸发器、蒸发结晶器和闪蒸设备等。
培训将重点介绍每种类型蒸发器的适用范围、工作原理和优缺点。
员工将学习如何正确安装和设置蒸发器，并了解影响蒸发效率的因素，如温度、压力和物料浓度等。
此外，培训还将涵盖蒸发废水的处理和回收，帮助员工了解如何符合环保标准并实现资源利用的最大化。
对于结晶设备的培训，员工将学习如何合理控制结晶条件，包括溶液的浓度、温度、搅拌速度等参数的调节。
他们还将了解结晶过程中可能出现的问题，并学习如何通过调整操作参数来解决这些问题。
第二部分第四章蒸发与结晶设备
（一）蒸发的定义
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?蒸发是将溶液加热后，使其中部分溶剂汽化 并被移除，从而提高溶液浓度即溶液被浓缩 的过程。
?进行蒸发操作的设备称为蒸发器。
?为了便于区分，把作为热源的水蒸气称作加 热蒸汽或一次蒸汽，把从溶液中汽化出来的 蒸汽称做二次蒸汽。
（二）蒸发的目的
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蒸发的目的主要有三方面：
1．利用蒸发操作取得浓溶液；
（七）真空蒸发设备
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?为了缩短受热时间，并达到所要求的蒸发浓 缩量，通常采用膜蒸发，让溶液在蒸发器的 加热表面以很薄的液层流过，溶液很快受热 升温、汽化、浓缩，浓缩液迅速离开加热表 面。膜蒸发浓缩时间很短，一般为几秒到几 十秒。因受热时间短，较好地保证了产品质 量。
（1） 管式薄膜蒸发器
1、管式升膜蒸发器 2、套管式升膜蒸发器 3、套筒式升膜蒸发器
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采用减压或真空蒸发其优点如下：
（1）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。
（2）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。
（3）可利用二次蒸汽作为加热热源。
（4）蒸发器的热损失减少。
（五）蒸发设备的要求
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1、充足的加热热源，以维持溶液的沸腾和补充溶剂 汽化所带走的热量。
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升膜式蒸发器成膜原理
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?升膜式蒸发器正常操作的关键是让 液体物料在管壁上形成连续不断的 液膜。液膜在长管中形成过程如图 所示, 图a-h是分阶段解释在长管中 气、液两相的变化及液膜形成的过 程。GO
?为了减少升膜式蒸发器管长，可采用套管办 法来缩短管长。这是用于链霉素浓缩的蒸发 器，其传热面积为内、外管子面积总和。由 于间隙截面积小，而加热周边面积大，故溶 液进入加热管后，很快就能吸收足够的热量， 产生大量的蒸汽，并达到必要气流速度，使 溶液能沿着内、外管子壁面形成爬膜状况， 故加热管较短。
《蒸发与结晶设备》课件模板
1 8
3
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
二、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，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。 1、槽式结晶器 2、结晶罐
二次蒸汽
4
料液
1
2
冷凝水
3
液体的循 环
加热蒸汽
2
完成液
图 11-2 中 央 循 环 管 式 蒸 发 器 1-外 壳 2-加 热 室 3-中 央 循 环 管 4-蒸 发 室
（2）悬筐式蒸发器
加热蒸汽
二
次
3
蒸
汽
洗涤水
1
5
2
4
料液
冷凝水
完成液 图 11-3 悬 筐 式 蒸 发 器 1-外 壳 2-加 热 蒸 汽 管 3-除 沫 器 4-加 热 室 5-液 沫 回 流 管
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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
二、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，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。 1、槽式结晶器 2、结晶罐
二次蒸汽
4
料液
1
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冷凝水
3
液体的循 环
加热蒸汽
2
完成液
图 11-2 中 央 循 环 管 式 蒸 发 器 1-外 壳 2-加 热 室 3-中 央 循 环 管 4-蒸 发 室
（2）悬筐式蒸发器
加热蒸汽
二
次
3
蒸
汽
洗涤水
1
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料液
冷凝水
完成液 图 11-3 悬 筐 式 蒸 发 器 1-外 壳 2-加 热 蒸 汽 管 3-除 沫 器 4-加 热 室 5-液 沫 回 流 管
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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：
蒸发
(1)温度差损失和有效温度差 结论： ▲当完成液浓度相同时，多效蒸发中各效温度差损失之和 大于单效蒸发； ▲当理论传热温度差一定时，多效蒸发的各效有效传热温 度差之和小于单效蒸发。
(2)经济性 结论： ▲多效蒸发的生蒸气经济性 （W/D） 理论值与效数成正 比，其经验值也随效数增多而增加，但不成正比。
加热蒸汽 D,Ts,H
加热室
冷凝液
D,Ts,hc
完成液（FW),w1,t1,c1,h
1
单效蒸发的物料衡算，热量衡算 示意图
2、加热蒸汽消耗量的计算
对蒸发器进行热量衡算得：
DH Fh0 WH 'Lh1 D hc QL 或Q D(H hc ) WH 'Lh1 Fh0 QL 式中Q 加热蒸汽消耗量，kg / h H 加热蒸汽的焓，kJ / kg H ' 二次蒸汽的焓，kJ / kg
逆流加料流程
加热 蒸气
不凝性气体 冷却水
料液
完成液
水
逆流加料蒸发流程
即加热蒸气走向与并流相同，而物料走向则与并流相反。 这种加料的特点是各效中的传热系数较均匀，适于处理黏度 随温度变化较大的物料。
平流加料流
料液
加热 蒸气
不凝性气体 冷却水
水
平流加料蒸发流程
即加热蒸气走向与并流相同，但原料液和完成液则分别从各 效中加入和排出。这种流程适用于处理易结晶物料。
几个概念 * 加热蒸汽(生蒸汽)：蒸发过程所用的加热蒸汽； * 完成液：浓缩后的溶液； * 单效蒸发 ：产生的二次蒸汽不加利用，直接冷凝排出； * 多效蒸发：二次蒸汽作为串联使用的下一个蒸发器的加热蒸汽。
三、蒸发操作的分类
按操作方式：间歇式、连续式； 按二次蒸汽的利用情况：单效蒸发、多效蒸发； 按操作压力：常压、加压、减压（真空）； 真空蒸发的优点：提高传热温差、利用低压蒸汽作为热源、 对热敏性物料的蒸发有利。
(2)经济性 结论： ▲多效蒸发的生蒸气经济性 （W/D） 理论值与效数成正 比，其经验值也随效数增多而增加，但不成正比。
加热蒸汽 D,Ts,H
加热室
冷凝液
D,Ts,hc
完成液（FW),w1,t1,c1,h
1
单效蒸发的物料衡算，热量衡算 示意图
2、加热蒸汽消耗量的计算
对蒸发器进行热量衡算得：
DH Fh0 WH 'Lh1 D hc QL 或Q D(H hc ) WH 'Lh1 Fh0 QL 式中Q 加热蒸汽消耗量，kg / h H 加热蒸汽的焓，kJ / kg H ' 二次蒸汽的焓，kJ / kg
逆流加料流程
加热 蒸气
不凝性气体 冷却水
料液
完成液
水
逆流加料蒸发流程
即加热蒸气走向与并流相同，而物料走向则与并流相反。 这种加料的特点是各效中的传热系数较均匀，适于处理黏度 随温度变化较大的物料。
平流加料流
料液
加热 蒸气
不凝性气体 冷却水
水
平流加料蒸发流程
即加热蒸气走向与并流相同，但原料液和完成液则分别从各 效中加入和排出。这种流程适用于处理易结晶物料。
几个概念 * 加热蒸汽(生蒸汽)：蒸发过程所用的加热蒸汽； * 完成液：浓缩后的溶液； * 单效蒸发 ：产生的二次蒸汽不加利用，直接冷凝排出； * 多效蒸发：二次蒸汽作为串联使用的下一个蒸发器的加热蒸汽。
三、蒸发操作的分类
按操作方式：间歇式、连续式； 按二次蒸汽的利用情况：单效蒸发、多效蒸发； 按操作压力：常压、加压、减压（真空）； 真空蒸发的优点：提高传热温差、利用低压蒸汽作为热源、 对热敏性物料的蒸发有利。
蒸发和结晶
Q A K t m
3、真空蒸发的优点：
降低溶液沸点，增大传热推动力，提高蒸发器生产强 度；真空操作，溶液沸点降低，可减少或防止热敏性物料 分解；降低对热源的要求。 缺点：溶液沸点降低，其粘性会增加，使得总传热系数下 降；真空设备增加动力消耗。
第三节
多效蒸发
如前所述，若把蒸发产生的二次蒸气引至另一操作 压力较低的蒸发器作为加热蒸气，并把若干个蒸发器串 联组合使用，这种操作称为多效蒸发。根据溶液与二次 蒸气的流向，可有不同的加料方法与相应的流程。以三 效为例，可以四种流程： 采用多效蒸发的目的是为了减少新鲜蒸气用量，具 体方法是将前一效的二次蒸气作为后一效的加热蒸气。
不凝性气体
逆流加料流程
冷却水
加热 蒸气
料液
完成液
水
逆流加料蒸发流程
即加热蒸气走向与并流相同，而物料走向则与并流相反。 这种加料的特点是各效中的传热系数较均匀，适于处理黏度 随温度变化较大的物料。
平流加料流程
不凝性气体 料液 冷却水
加热 蒸气
水
平流加料蒸发流程
即加热蒸气走向与并流相同，但原料液和完成液则分别从各 效中加入和排出。这种流程适用于处理易结晶物料。
（3）热泵蒸发：
单效蒸发时，可将二次蒸气 绝热压缩以提高其温度，然
后送回加热室作为加热蒸气
重新利用。热泵蒸发的节能 效果一般可相当于3～5效的
多效蒸发。
说明：该方法不适用于沸点 升高较大物料的蒸发。另外， 压缩机的投资费用较高等， 限制了它的应用。
第四节
蒸发设备
蒸发设备的作用是使进入蒸发器的原料液被加热， 部分气化，得到浓缩的完成液，同时需要排出二次蒸气， 并使之与所夹带的液滴和雾沫相分离。 蒸发的主体设备是蒸发器，它主要由加热室和蒸发
蒸发和结晶设备培训
蒸发和结晶设备培训介绍本文档旨在为需要了解蒸发和结晶设备的人员提供培训和指导。
蒸发和结晶是常见的工业过程，广泛应用于化工、食品制造等行业。
本文将介绍蒸发和结晶设备的工作原理、分类以及操作注意事项等内容。
蒸发设备工作原理蒸发是将溶液的溶质通过加热蒸发剂（如水）从溶液中分离出来的过程。
蒸发设备通常由加热器、蒸发器和冷凝器等组成。
加热器通过加热蒸发剂提供蒸发所需的热量。
加热器可以使用蒸汽、电加热元件等方式进行加热。
蒸发器是溶液进行蒸发的地方，通常是一个密闭的容器，通过加热器提供的热量使溶液中的溶质蒸发出来。
冷凝器用于冷却蒸汽，使其转化为液体状态。
分类根据蒸发器的工作原理和结构特点，蒸发设备可以分为多效蒸发器、单效蒸发器和薄膜蒸发器等。
1.多效蒸发器：多效蒸发器采用顺次利用蒸汽的方式进行加热，能够有效节约能源。
多效蒸发器通常由多台蒸发器组成，每台蒸发器都是在前一台蒸发器所产生的蒸汽的基础上进行加热。
多效蒸发器适用于溶液浓缩和废水处理等工艺。
2.单效蒸发器：单效蒸发器是最简单常见的蒸发设备，使用单一蒸汽进行加热。
单效蒸发器适用于蒸发量较小的情况。
3.薄膜蒸发器：薄膜蒸发器是在蒸发器内部形成一层薄膜，将溶液分离成溶质和溶剂。
薄膜蒸发器适用于溶液中含有易挥发的物质或需要进行特殊处理的情况。
操作注意事项1.在操作蒸发设备前，需要检查设备的运行状况和安全装置是否完好，确保操作安全。
2.根据溶液的性质和蒸发速度，选择合适的蒸发器类型和操作参数。
3.定期清洗和维护蒸发设备，防止结垢和堵塞影响设备的正常运行。
结晶设备工作原理结晶是将溶质在溶剂中结晶形成固体颗粒的过程。
结晶设备通常由混合槽、冷却器、搅拌器和过滤器等组成。
混合槽用于将溶液中的溶质溶解于溶剂中。
冷却器提供冷却条件，使溶液中的溶质逐渐结晶。
搅拌器用于促进溶质和溶剂的混合及结晶过程。
过滤器则用于分离固体晶体颗粒和溶剂。
分类根据结晶器的结构特点和操作方式，结晶设备可以分为真空结晶器、冷却结晶器和悬浮结晶器等。
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。
《蒸发与结晶设备》
• 结晶操作是获得纯净固体物质的重要 方法之一。
整理课件
蒸发与结晶之间区别
• 蒸发是将部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；
• 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出。
• 结晶过程的操作与控制比蒸发过程要复 杂得多。
整理课件
蒸发
• 蒸发浓缩是将稀溶液中的部分溶剂汽 化并不断排除，使溶液浓度增加。
• 按刮板的装置方式有固定式刮板和 离心式刮板之分；
• 离心式刮板是将刮板做成用活接头 连接或用沟槽嵌入,当轴旋转时，因 离心力的作用使刮板压向传热面， 根据离心力的大小和料液的粘度， 形成的膜具有不同的厚度（最薄可 达0.03毫米）。
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立 式 固 定 刮 板 蒸 发 器
离 心 式 嵌 入 刮 板 蒸 发 器
真空蒸发的优点
①物料沸腾温度降低，避免或减少物料 受高温所产生的质变。
②沸腾温度降低，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 用双效或多效蒸发，提高热能利用率
④由于物料沸点降低，蒸发器热损失减 少。
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一、管式薄膜蒸发器
• 这类蒸发器的特点是液体沿加热管壁 成膜而进行蒸发。
• 按液体的流动方向可分为：升膜式、 降膜式、升降膜式等。
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（一）升膜式蒸发浓 缩设备
• 升膜式蒸发浓缩设备是指 在蒸发器中形成的液膜与 蒸发的二次蒸汽气流方向 相同，由下而上并流上升。
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升膜式蒸发器
1.加热室 2.汽液分离器
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液膜的形成过程
（爬膜）
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•升膜式蒸发器正常操 作的关键是让液体物 料在管壁上形成连续 不断的液膜。
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蒸发与结晶之间区别
• 蒸发是将部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；
• 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出。
• 结晶过程的操作与控制比蒸发过程要复 杂得多。
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蒸发
• 蒸发浓缩是将稀溶液中的部分溶剂汽 化并不断排除，使溶液浓度增加。
• 按刮板的装置方式有固定式刮板和 离心式刮板之分；
• 离心式刮板是将刮板做成用活接头 连接或用沟槽嵌入,当轴旋转时，因 离心力的作用使刮板压向传热面， 根据离心力的大小和料液的粘度， 形成的膜具有不同的厚度（最薄可 达0.03毫米）。
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立 式 固 定 刮 板 蒸 发 器
离 心 式 嵌 入 刮 板 蒸 发 器
真空蒸发的优点
①物料沸腾温度降低，避免或减少物料 受高温所产生的质变。
②沸腾温度降低，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 用双效或多效蒸发，提高热能利用率
④由于物料沸点降低，蒸发器热损失减 少。
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一、管式薄膜蒸发器
• 这类蒸发器的特点是液体沿加热管壁 成膜而进行蒸发。
• 按液体的流动方向可分为：升膜式、 降膜式、升降膜式等。
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（一）升膜式蒸发浓 缩设备
• 升膜式蒸发浓缩设备是指 在蒸发器中形成的液膜与 蒸发的二次蒸汽气流方向 相同，由下而上并流上升。
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升膜式蒸发器
1.加热室 2.汽液分离器
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液膜的形成过程
（爬膜）
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•升膜式蒸发器正常操 作的关键是让液体物 料在管壁上形成连续 不断的液膜。
蒸发与结晶设备培训资料
第一节、蒸发设备
• 蒸发浓缩是将稀溶液中溶剂汽化离开液相，使溶 质的浓度增加。蒸发浓缩有常压蒸发、真空蒸发 等，但它们都必需满足下列要求：
1. 供应足够的热能，以维持溶液的沸腾温度和补 充因溶剂汽化所带走的热能。
2. 促使溶剂蒸汽迅速排除。 3. 一定的热交换面积，以保证传热量。
• 蒸发设备通常是指创造蒸发必要条件的设备组 合，它由蒸发器（具有加热界面和蒸发表面） 、冷凝器和抽气泵等组成。由于各种溶液的性 质不同，蒸发要求的条件差别很大。蒸发器有 很多种类和型式，必须考虑溶液如下几种的特 性，以适应不同的需要进行选用。
• 对于加热管直径、长度选择要适当。管径不宜过大 ，一般在25－80mm之间，管长与管径之比一般为 l/d=100－500，这样才能使加热面供应足够成膜的 汽速。事实上由于蒸汽流量和流速是沿加热管上升 而增加，故爬膜工作状况也是逐步形成的。因此管 径越大，则管子需要越长。但长管加热器结构比较 复杂，壳体应考虑热脓冷缩的应力对结构的影响， 需采用浮头管板或在加热器壳体加膨胀圈。有时可 采用套管办法来缩短管长。
• 2. 导流棒
• 在每根加热管的上端管口内插入一根呈八字形的导 流棒，如图所示。棒底的宽边与管壁成一定的均匀 间距，液体在均匀环形间距中流入加热管内周边， 形成薄膜。这样液体流过的通道不变，液体的流量 只受管板上液面高度变化所影响，这样分布比较均 匀，但遇有物料带颗粒时，则会造成堵塞的影响。
• 3．旋液导流器
• 再以阵膜式进行蒸发。
• 2. 刮板式薄膜式蒸发器 液膜是靠转动的刮板作用 在蒸发器内壁形成。
• 3. 离心薄膜蒸发器 利用旋转的加热面，使进入加 热面的溶液在离心力场作用下形成液膜。
(一)升膜式蒸发浓缩设备
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药用葡萄糖结晶罐
结晶设备的结构及特点
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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 浓缩结晶设备、冷却结晶设备和其他结晶设备。
（1）搅拌结晶箱
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冷却搅拌结晶设备比较简单，对于产量较小， 结晶周期较短的，多采用立式结晶箱。对于 产量较大，周期比较长的，多采用卧式结晶 箱。设备应具有：冷却装臵，如冷却排管或 冷却夹套；促使晶核悬浮和溶液浓度一致， 使结晶均匀的搅拌装臵。
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同时，由于液流加速方向与重力方向一致， 加速压头所引起的沸点升高也没有了。液 体的运动是靠本身的重力和二次蒸汽运动 的拖带力的作用，其下降的速度比较快， 因此成膜的二次蒸汽流速可以较小，对黏 度较高的液体也较易成膜。降膜比升膜具 有更多的优点，是目前越来越广泛采用的 一种型式。
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降膜蒸发器结构 1-料液分配器；2-加 热列管；3-蒸汽挡板； 4-分离器；5-冷凝水 液位计 a-料液进口； b－加热蒸汽进口； c-不凝性气体排除口； d-冷凝水出口；e-浓 缩液出口；f-二次蒸 汽出口
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降膜蒸发器的特点
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(1)可以浓缩高粘度的液体。 (2)停留时间短，可以处理热敏性物料。 (3)由于它的传热效果好，同时不存在因液体 静压而引起的沸点升高，可以在较低温差下 操作。 (4)加热管内高速流动的蒸汽使产生的泡沫极 易破坏消失，适用于容易发泡的料液。 (5)制造费用不高，投资少，占地面积小。
将加热器臵于锅体内部， 也称为内臵加热器麦芽汁 煮沸锅。 考虑到加工、清洗等因素， 加热器常采用列管式，对 于较大体积的麦芽汁煮沸 锅，采用带有中央循环管 的加热器为宜，以利于物 料循环及提高热交换效率。
列管式内加热器
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加热器可臵于锅的底部，锅 底向外凸出，以放臵加热器， 如上图所示，物料循环较好， 操作弹性大。或将加热器安 装在原有煮沸锅的中央，靠 近锅底，如下图所示，这种 结构形式，必须保证充足的 装液量，使加热器被完全浸 没。
1、管式升膜蒸发器 2、套管式升膜蒸发器 3、套筒式升膜蒸发器
1、管式升膜蒸发器
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升膜式蒸发浓缩设备是指在蒸发器中形成 的液膜与蒸发的二次蒸汽气流方向相同， 由下而上并流上升。 物料从加热器下部的进料管进入，在加热 管内被加热蒸发拉成液膜，浓缩液在二次 蒸汽带动下一起上升，从加热器上端沿汽 液分离器筒体的切线方向进入分离器，浓 缩液从分离器底部排出，二次蒸汽进入冷 凝器。
（3）刮板式真空蒸发器
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刮板式真空蒸发器是通过旋转的刮板使液料形成液 膜的蒸发设备。蒸发器的结构: 转动轴、物料分配 盘、刮板、轴承、轴封、蒸发室的夹套加热室等部 分构成。
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液料从进料管以稳定的流量进入 随轴旋转的分配盘中，在离心力 的作用下，通过盘壁小孔被抛向 器壁，受重力作用沿器壁下流， 同时被旋转的刮板刮成 薄膜， 薄膜溶液在加热区受热，蒸发浓 缩，同时受重力作用下流，瞬间 另一块刮板将浓缩液料翻动下推， 并更新薄膜，这样物料不断形成 新液膜蒸发浓缩，直到液料离开 加热室流到蒸发器底部，完成浓 缩过程。
3. 卧式结晶箱
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卧式结晶箱通常是U形半圆底的卧式长槽或 敞口的卧放圆筒长槽，可应用于谷氨酸钠的 助晶和葡萄糖的结晶。 槽内装有螺条形的搅拌桨叶二组，一组桨叶 为左旋向，另一组为右旋向，搅拌时可使两 边物料都产生一个向中心移动的运动分速度， 或向两边移动的运动分速度。
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（五）蒸发设备的要求
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1、充足的加热热源，以维持溶液的沸腾和补充溶剂 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。 3、一定的热交换面积，以保证传热量。
（六）常压蒸发设备
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啤酒厂麦芽汁煮沸锅： （1）夹套加热式麦芽汁煮沸锅 （2）内臵加热式麦芽汁煮沸锅
（1）夹套加热式麦芽汁煮沸锅 传统的夹套加热式 麦芽汁煮沸锅是圆筒球 底麦汁煮沸锅，圆形麦 汁煮沸锅容积小，其加 热夹套以紫铜制作，布 臵在锅的底部，锅的内 部只有搅拌器，锅体及 上封头均由紫铜板或不 锈钢板制作。
（三）蒸发的分类 按操作空间的压力： 常压、加压或减压蒸发 按蒸汽利用情况： 单效蒸发、二效蒸发和多效蒸发 按操作流程： 间歇式、连续式 按加热部分的结构： 膜式和非膜式
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（四）真空蒸发的优点
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采用减压或真空蒸发其优点如下： （1）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。 （2）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。 （3）可利用二次蒸汽作为加热热源。 （4）蒸发器的热损失减少。
（一）蒸发的定义
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蒸发是将溶液加热后，使其中部分溶剂汽化 并被移除，从而提高溶液浓度即溶液被浓缩 的过程。 进行蒸发操作的设备称为蒸发器。 为了便于区分，把作为热源的水蒸气称作加 热蒸汽或一次蒸汽，把从溶液中汽化出来的 蒸汽称做二次蒸汽。
（二）蒸发的目的
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蒸发的目的主要有三方面： 1．利用蒸发操作取得浓溶液； 2．通过蒸发操作制取过饱和溶液，进而得到 结晶产品。 3．将溶液蒸发并将蒸汽冷凝、冷却，以达到 纯化溶剂的目的。
第四章 蒸发与结晶设备
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一、蒸发设备
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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。 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。 蒸发与结晶之间最大区别在于，蒸发过程溶 质没有发生相变，而结晶过程是溶质的结晶析出。
（七）真空蒸发设备
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为了缩短受热时间，并达到所要求的蒸发浓 缩量，通常采用膜蒸发，让溶液在蒸发器的 加热表面以很薄的液层流过，溶液很快受热 升温、汽化、浓缩，浓缩液迅速离开加热表 面。膜蒸发浓缩时间很短，一般为几秒到几 十秒。因受热时间短，较好地保证了产品质 量。
（1） 管式薄膜蒸发器
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1.立式结晶箱
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立式结晶箱常用于生产量较小的柠檬酸结 晶。 其冷却装臵为夹套或蛇管，蛇管中通入冷 却水或冷冻盐水。 结晶时间一般为96h，这样得到的柠檬酸结 晶颗粒比较粗大均匀。结晶成熟后，晶体连 同母液一起从设备的锥底排料孔放出。
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2.等电点结晶罐
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等电点结晶同普通冷却结晶一样，都是过 饱和溶液中溶质结晶析出过程，不同的只是 因谷氨酸同时带有正负电荷离子，在不同pH 溶液下它有不同溶解度的特性，通过用酸调 pH的办法来改变它的溶解度，使其变成过饱 和溶液结晶析出，只不过等电点罐为了适应 味精生产大型化的需要，设备做得比较大。
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另一种大型夹套加热式麦芽 汁煮沸锅锅底向内凹进，改 善了锅内物料的对流循环， 2个加热区采用不同的加热 温度，中心加热区能承受较 高的压力，使用较高的加热 温度。外夹套加热区圆周直 径大，耐压能力差，采用较 低压力的蒸汽进行加热。
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（2）内臵加热式麦芽汁煮沸锅
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升降膜蒸发器的特点
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（1）符合物料的要求，初时物料浓度较低，内阻较 小，蒸发速度较快。经初步浓缩后浓度较大，但 溶液在降膜式蒸发中受重力作用还能沿管壁均匀 分布形成膜状。 （2）经升膜蒸发后的汽液混合物，进入降膜蒸发， 有利于降膜的液体均匀分布，同时也加速物料的 湍流和搅动，以进一步提高降膜蒸发的传热系数。 （3）用升膜来控制降膜的进料分配，有利于操作控 制。 （4）将两个浓缩过程串联，可以提高产品的浓缩比， 减低设备高度。
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3、套筒式升膜蒸发器
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升膜式蒸发器也有采用大套筒形式。外加热 圆筒直径为300mm，内加热圆筒直径为282 mm，圆筒间隙为4mm。为保持各间隙一致成 膜均匀，内圆筒上焊上3个支撑点，内、外 加热面同时通入蒸汽加热时，蒸发液料即在 筒间间隙爬膜上升。该设备用于低温浓缩核 苷酸溶液效果良好。
4. 真空煮晶锅
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对于结晶速度比较快，容易自然起晶，且要 求结晶晶体较大的产品，多采用真空煮晶锅 进行煮晶，如谷氨酸钠、蔗糖等的结晶就采 用这种设备。 可以控制溶液的蒸发速度和进料速度，以维 持溶液一定的过饱和度进行育晶。 同时采用连续加入未饱和的溶液来补充溶质 的量，使晶体长大。
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（2）降膜式蒸发器
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降膜式蒸发器与升膜式蒸发器物的结构基本 相同，但由于液膜与蒸汽的流动方向是由上 到下，所以与升膜式蒸发器相反，进料口在 上面而分离器在下面。
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料液由顶部加入，通过液料分配器均匀地 分配到每根加热管中被加热蒸发，因重力 的影响增加了蒸汽的抽拉作用和液膜的流 动速度，所以在同样条件下降膜蒸发器的 液膜比升膜要薄，传热系数也较大。
1一马达 2一进料管 3一加 热蒸汽管 4一排料口 5一冷 凝水排出孔 6一刮板 7一分 配盘 8一除沫器 9一二次蒸 汽排出管
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（4）离心式薄膜蒸发器
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这种设备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。稀物 料从进料管进入，由各个喷嘴分别向各碟片 组下表面即下碟片的外表面喷出，均匀分布 于碟片锥顶的表面，液体受离心力的作用向 周边运动扩散形成液膜，液膜在碟片表面， 即受热蒸发浓缩，浓溶液到碟片周边就沿套 环的垂直通道上升到环形液槽，由吸料管抽 出到浓缩液贮罐。
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1-蒸发器 2-离 心转鼓 3-O形 密封垫圈 4-加 热蒸发通道 5套环 6-下碟片 7-上碟片 8-压 紧环 9-进料管 及喷嘴 10-视 镜 11-浓缩液 吸出管 12-套 环的垂直通道 13-二次蒸汽 排出管 14-冷 凝水排出管 15-空心转轴