9+第九章+蒸发与结晶设备+2014.5.29+-CZM

升膜式蒸发器
优点：
溶液在蒸发器中不循环，停留时间很短，因而特 别适用于热敏性物料的蒸发； 整个溶液的浓度，不象循环型那样总是接近于完 成液的浓度，因而这种蒸发器的有效温差较大。 由于溶液呈膜状流动，因而对流传热系数较大。
缺点：
对进料负荷的波动相当敏感，当设计或操作不适
当时不易成膜，此时，对流传热系数将明显下降。
升膜式蒸发器
特点：
形成的液膜与蒸汽流的 方向相同，由下而上的 并流上升。 适用于蒸发量大（较稀 的溶液），热敏性及易 起泡的溶液；不适用于 较浓溶液、高粘度、易 结晶、结垢的溶液。
升膜式蒸发器特点
传热效率高 物料受热时间短；特别对于发泡性、粘度较 小的热敏性物料、蒸发量较大物料、比较合 适。 不适用于粘度较大0.05Pas以上、受热后易产 生积垢的、或浓缩后有结晶析出的物料。
蒸发室
加热 室
循环管
外热式蒸发器
结构：
如图所示。其主要特 点是采用了长加热管 （管长与直径之比 50～100），且液体下 降管（又称循环管） 不再受热。
优点：
循环速度较大（可达 1.5m/s）；加热室便 于清洗和更换。
对于循环型蒸发器，除了上述自然循环外，还 可以采用强制循环，循环速度的大小可通过泵的流 量调节来控制，一般在2.5m/s以上。
升 膜 式 蒸 发 器
对于加热管子直径、长度选择 要适当，管径不宜过大，一般在 25～28毫米之间，管长与管径之 比一般为 100－150 ，这样才能 使加热面供应足够成膜的汽速。
液膜形成过程
预热区(a 、b) ：
温度升至沸点 ，管中液面高度 (1/4~1/5)。
大气泡形成区(c 、d、e）：
• 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。 • 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。
升膜蒸发器
结构：
加热室由许多垂直长 管组成 管束直径为20～ 50mm; 高度为2～12m 高径比100～150 加热蒸汽走壳程 料液走管程 真空/常压操作。
对于热敏性的物质减少溶液在蒸发器内停留 时间。 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，并节能。
蒸发设备分类
连续式、间歇式 常压式、减压式、加压式 间壁式蒸发器：
中央循环管式 ---溶液在蒸发器中作 悬框式 自然循环式： 循 环 式 循环流动 列文式（外循环） 强制循环式 外热式
薄膜蒸发有关概念
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。 特点：浓缩时间很短，一般为几秒到几十秒，保证 了产品质量。
二次蒸汽
从溶液中汽化出来的蒸汽称为二次蒸汽 作为热源的水蒸汽做加热蒸汽或一次蒸汽
1、升膜式蒸发设备
雾沫夹带区(g)
液体蒸发时蒸汽会把溶 液以雾沫夹带离开液膜， “液膜”迅速减薄。
干壁区(h)
如果汽速进一步增加，
使液膜上升的速度赶不
上溶液蒸发速度，则加 热管上的液膜将会出现 局部被干燥、结疤、结 垢、结焦等不正常现象。
管膜式蒸发的最佳操作时机
形成爬膜到出现喷雾流之间(d到f)。 传热系数最大，最佳工作状态。
流动。 溶液通过加热室 时，在管壁上呈膜状流动 ，故习惯上又称为液膜式 直接接触式蒸发器：浸没燃烧蒸发器 蒸发器。
升膜式蒸发器-----价廉 ---溶液在蒸发器中只通过 加热室一次，不作循环 ） -----价廉 单 程 式 （ 膜 式降膜式蒸发器
升-降膜式蒸发器 刮板式蒸发器
常压蒸发设备
循环速度比标准式蒸发器大，可达 1.5m/s。
加热室
优点
这种蒸发器的加热室可由顶部取出进行清 洗、检修或更换，而且热损失也较小。
缺点
结构复杂，单位传热面积的金属消耗较。
列文式蒸发器（外循环式）
原理
加热室中的溶液不沸腾，在沸腾室内才开 始沸腾，因而溶液的沸腾汽化由加热室移到 了没有传热面的沸腾室，从而避免了加热管 内结晶或污垢的形成。溶液循环速度可达2.5 至3 m/s以上，故总传热系数亦较大。
单效和多效蒸发（按二次蒸气的利用情况分）
单效蒸发：
将二次蒸气不再利用而直接送到冷凝器冷凝以除去的蒸发操作。
多效蒸发 若将二次蒸气通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸气，则可提高加 热蒸气（生蒸气）的利用率，这种串联蒸发操作称为多效蒸发。
设计蒸发器的基本要求
应防止或减少浓溶液在加热表面上析出溶质 而形成结垢。
升膜蒸发器的操作注意事项
应维持在爬膜状态的温度差。并控制一定的蒸发浓缩 倍数，一般为5倍;保持真空度稳定 对浓缩倍数要求高的工艺，如果物料非热敏性，可进 行回流 适用于发泡性强、黏度较小的热敏性物料较为适用。 不适用于黏度较大, 受热后易产生积垢或浓缩时有晶体 析出的物料 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 液面一般为加热管高度的1／4～1／5，液面面太高， 设备效率低，出料达不到要求的浓度 控制适当的进料量和进料温度
中央循环管式蒸发器
（垂直短管式）
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， 密度小，上行；循环流动的速度 可达0.1～0.5m/s。
悬框式蒸发器（自然循环型）
原理
其截面积一 溶液沿加热管中央上升，而后循着 般为其它加 悬筐式加热室外壁与蒸发器内壁间 热管总截面 100～ 的环隙向下流动而构成循环。溶液 积的 150%
设备紧凑，传热系数高。
2.降膜式蒸发器
• 形成的液膜与蒸汽流 的方向相同，由上而 下的并流下降。 • 由蒸发器、分离器、 液体分布器组成。 • 适用于浓度较高，粘 度较大的物料；不适 用于易结晶的物料。
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”。
溶液在加热管中产“爬膜”必要条件
要有足够的传热温差和传热强度，使蒸发的二次蒸 汽量和蒸汽速度达到足以带动溶液成膜上升。 加热蒸汽和蒸发温度的温差20~35℃ 常压下二次蒸汽的气速达到20~50m/s 真空条件下100~160m/s
第九章 蒸发与结晶设备
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
蒸发
蒸发
将含有不挥发性溶质的 稀溶液中部分溶剂汽化、 除去的单元操作，称为 蒸发。
溶剂S
溶剂S
溶质A（不挥发）
加热
蒸发目的
利用蒸发操作取得浓溶液；将溶液蒸发并将 蒸汽冷凝、冷却，以达到纯化溶剂的目的。
自然对流运动加热阶段
沸腾区(b)
物料溶液开始沸腾，产 生蒸汽气泡分散于连续的 液相中;由于蒸汽气泡的密 度小，故气泡通过液体而
上升
气泡区 (C)
液体继续受热，温度不断
上升。随着气泡量的不断 增加，小气泡结合形成较 大的气泡，气体上升的速 度则加快。液相因混有蒸
汽气泡，使液体静压头下
降。
应用：广泛，适用于处
理量大、结垢不严重的物系。
优点：结构紧凑、制造方便、
料液 生蒸汽
其截面 积一般 为其它 加热管 总截面 积的40 ～ 100%
传热较好及操作可靠等，应用 十分广泛。
缺点：
（1）循环速度较低，管内流速 <0.5m/s；
（2）溶液在加热室中不断循环， 使其浓度始终接近完成液的浓 度，因而溶液粘度大、沸点高， 有效温度差小。 （3）设备的清洗和维修也不够 方便。
循环式蒸发设备
非循环式蒸发设备
一、常压蒸发设备
主要为啤酒厂的麦芽汁煮沸锅：
将糊化，糖化，过滤后的麦芽汁煮沸，浓缩到一定的发酵糖度 两种类型：夹套加热式和内置加热式(加热器位于锅体内) 夹套加热式麦芽汁煮沸锅流程图
排不凝性气体管 冷凝槽 搅拌器
外夹套加热区
（耐压能力差） 冷凝水排放管
气液湍流，气柱上升带动其周围的 部分液体一起运动。
爬膜区( f )‫‏‬ ：
气柱之间的液膜消失，蒸汽占据整 个管的中部空间，液体只能分布于 管壁，形成环状液膜，在上升的蒸 汽的拖带下形成“爬膜”。
膜消失（g、h )：
“干壁现象”非正常运行。
液膜形成过程
预热区(a)
加热管中液面一般为管 高度的1／4～1／5;
中心加热区
（ 较高温度）
麦芽汁煮沸锅
(夹套加热式)
夹套
麦芽汁煮沸锅
(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
二、循环式蒸发设备
中央循环管式 悬框式 列文式（外循环） 外热式 强制循环式
中央循环管式蒸发器（自然循环型）
针对受热后会发生化学或物理变化的热 敏性物质及高温下蒸发浓缩时会发生呈色 反应的大分子物质。
真空蒸发设备类型
管式薄膜蒸发器 升膜式 降膜式 升降式 刮板式蒸发器 离心式薄膜蒸发器
管式薄膜蒸发器
特点：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
柱状气泡(d)
当气泡继续增大形成柱状， 占据管子中部的大部分空间
时,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。
湍流区(e)
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。
爬膜区(f)
管 式 升 膜 蒸 发 器