第九章蒸发与结晶设备教学讲义
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第九章 蒸发与结晶设备
2020/6/14
计划
➢ 授课时间
4学时
➢ 单元目标与要求
熟悉常压蒸发的原理与设备结构及基本计算，掌 握结晶原理及方法和设备的操作控制过程。
➢ 授课内容
常压与真空蒸发设备，结晶设备。
➢ 重点和难点
结晶原理及方法和设备计算，结晶操作控制过程 。
2020/6/14
蒸发的定义
将溶液加热至沸腾，使溶剂汽 化并不断除去，溶质浓度增加。
2020/6/14
(3)分配器类型 筛板型、锯齿型、导流棒型、旋液导流
型
设备动画\5蒸发器\5-06降膜式液体分布器 .swf
2020/6/14
➢ 齿形溢流口 在加热管的上方管口周
边切成锯齿形，以增加液体 的溢流周边。当液面稍高于 管口时，则可以沿周边均匀 地溢流而下，由于加热管管 口高度一致，溢流周边比较 大，致使各管子间或管子的 各向溢流量比较均匀。当液 位稍有差别时，不致引起很 大的溢流差别，但当液位差 别比较大，液位高度有变化 时，深液分布还是不够均匀
但不适用于粘度 较大的和受热后易 产生积垢的，或浓 缩后有结晶析出的 物料。
管径一般在25～ 28毫米之间，管长 与管径之比一般为 2020/6/14 100－150 。
2020/6/14
(4)升膜式蒸发器的传热系数
升膜式蒸发的传热系数是不稳定的， 它是随操作状况而变化。一条加热管中 出现成膜过程有几个阶段，各阶段的传 热系数各不相同。管子下部浸没溶液的 一段为加热段，内部液体只靠自然对流 循环，故它的传热系数很低，加热段的 长度随进料温度和温度差不同而变化。 物料受热后，沸腾传热系数也得到很大 的提高，但传热系数是随管子高度而变 化的。
.swf • 设备动Байду номын сангаас\5蒸发器\5-03强制循环蒸发器
.swf
2020/6/14
第一节 常压与真空蒸发设备
2020/6/14
蒸发设备
常压蒸发设备 真空蒸发设备
2020/6/14
真空蒸发设备
真空蒸发定义
溶液在真空状态，较低温 度下沸腾、溶剂汽化的过程。
2020/6/14
热敏性物料特性及对蒸发的要求
2020/6/14
（5）优缺点
优点：浓缩物料时间短，对热敏 性物料影响小。 缺点：不适宜粘度大和受热后易 积垢及浓缩后产生结晶的物料。
2020/6/14
2、降膜式蒸发器
特点：形成的液膜与蒸发的汽流方向相 同，物料自上面进下面出。 • 结构： 与升膜式不同的关键部件是分配器
设备动画\5蒸发器\5-05降膜式蒸发器 .swf
f.温度继续上升，蒸发速度继续增加
，气泡的上升速度激增，蒸汽的密度
增大，由于重力作用，滑流下来的液
体很快受热蒸发，未蒸发的浓缩液体
也被高速气流拖带上升，气泡断层不
能形成，蒸气占据了整个管子中部空
间，液体只能分布于管壁，开始形成
液膜，这时称为“环形流”。
A操作控制在Ｆ和ｇ之间
g.变成带有液体雾沫的喷雾环形
结晶的定义
物质自溶液中形成晶体析出的过 程
2020/6/14
一、蒸发器的基本条件
充足的热源 溶剂蒸汽能迅速排除 一定的换热面积
2020/6/14
• 设备动画\5蒸发器\5-01中央循环管蒸发器 .swf
• 设备动画\5蒸发器\液体蒸发简化流程.swf • 设备动画\5蒸发器\5-02外加热式蒸发器
流液体的上升是靠高速蒸汽气
流对液层的拖带而形成，称之
为“爬膜”现象。这时液膜沿
管壁上升不断受热蒸发，浓度
不断增大，最后与蒸汽一齐离
开，管子越高则上升蒸发时间
2020/6/1越4 长，溶液浓缩越大。
g
g.变成带有液体雾沫的喷雾 环形流液体的上升是靠高 速蒸汽气流对液层的拖带 而形成，称之为“爬膜” 现象。这时液膜沿管壁上 升不断受热蒸发，浓度不 断增大，最后与蒸汽一齐 离开，管子越高则上升蒸 发时间越长，溶液浓缩越 大。
2020/6/14
3、旋液导流器 液体沿管壁周 边旋转向下 ，这样可以 减少管内各 向物料的不 均匀性，同 时又可以增 加液体流动 速度，减速 薄加热表面 的边界层， 降低热阻， 提高传热系 数。使液体 旋转进入加 热管的方法 如下：
2020/6/14
（1）螺纹导流 管 在加热管
2020/6/14
➢ 导流棒
在每根加热管的上端管管 口插入一根呈八字形的导流 棒。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。
• 设备动画\5蒸发器\5-04升膜式蒸发器 .swf
2020/6/14
特点:形成的液膜与蒸发的气流的方 向相同，由下而上的并流上升 升膜式蒸发时膜的形成
2020/6/14
升膜式蒸发时膜的形成
A、B溶液沸腾自然对流运动加 热阶段:温度升得越高对流越激 烈，溶液便开始沸腾时，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。
2020/6/14
2020/6/14
如果汽速进一步增 加，雾沫夹带进一 步严重，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 等现象。可见管膜 式蒸发的操作状况 最好是形成爬膜到 出现喷雾流之间。
升膜式蒸发器的结 构:
这种蒸发器浓缩 物料的时间很短， 对热敏性物料质量 很少影响，
热敏性物料 对热过程敏感，受热后会引起产物发生化 学变化或物理变化而影响产品质量的物料 。
2020/6/14
薄膜式蒸发器
（一）分类
管式薄膜蒸发 器:升膜式、降 膜式、升降膜式 刮板式薄膜蒸发器 离心薄膜蒸发
2020/6/14
1. 升膜式蒸发器
结构:加热室由许多垂 直长管组成 加热室由许多垂直长 管组成， 加热管直径为25-50mm ， 管长和管径之比约为 100-150。 上部有汽液分离室。
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。
2020/6/14
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.
E、液体下降较多时，大个柱 状汽泡则被液层截断。
2020/6/14
2020/6/14
计划
➢ 授课时间
4学时
➢ 单元目标与要求
熟悉常压蒸发的原理与设备结构及基本计算，掌 握结晶原理及方法和设备的操作控制过程。
➢ 授课内容
常压与真空蒸发设备，结晶设备。
➢ 重点和难点
结晶原理及方法和设备计算，结晶操作控制过程 。
2020/6/14
蒸发的定义
将溶液加热至沸腾，使溶剂汽 化并不断除去，溶质浓度增加。
2020/6/14
(3)分配器类型 筛板型、锯齿型、导流棒型、旋液导流
型
设备动画\5蒸发器\5-06降膜式液体分布器 .swf
2020/6/14
➢ 齿形溢流口 在加热管的上方管口周
边切成锯齿形，以增加液体 的溢流周边。当液面稍高于 管口时，则可以沿周边均匀 地溢流而下，由于加热管管 口高度一致，溢流周边比较 大，致使各管子间或管子的 各向溢流量比较均匀。当液 位稍有差别时，不致引起很 大的溢流差别，但当液位差 别比较大，液位高度有变化 时，深液分布还是不够均匀
但不适用于粘度 较大的和受热后易 产生积垢的，或浓 缩后有结晶析出的 物料。
管径一般在25～ 28毫米之间，管长 与管径之比一般为 2020/6/14 100－150 。
2020/6/14
(4)升膜式蒸发器的传热系数
升膜式蒸发的传热系数是不稳定的， 它是随操作状况而变化。一条加热管中 出现成膜过程有几个阶段，各阶段的传 热系数各不相同。管子下部浸没溶液的 一段为加热段，内部液体只靠自然对流 循环，故它的传热系数很低，加热段的 长度随进料温度和温度差不同而变化。 物料受热后，沸腾传热系数也得到很大 的提高，但传热系数是随管子高度而变 化的。
.swf • 设备动Байду номын сангаас\5蒸发器\5-03强制循环蒸发器
.swf
2020/6/14
第一节 常压与真空蒸发设备
2020/6/14
蒸发设备
常压蒸发设备 真空蒸发设备
2020/6/14
真空蒸发设备
真空蒸发定义
溶液在真空状态，较低温 度下沸腾、溶剂汽化的过程。
2020/6/14
热敏性物料特性及对蒸发的要求
2020/6/14
（5）优缺点
优点：浓缩物料时间短，对热敏 性物料影响小。 缺点：不适宜粘度大和受热后易 积垢及浓缩后产生结晶的物料。
2020/6/14
2、降膜式蒸发器
特点：形成的液膜与蒸发的汽流方向相 同，物料自上面进下面出。 • 结构： 与升膜式不同的关键部件是分配器
设备动画\5蒸发器\5-05降膜式蒸发器 .swf
f.温度继续上升，蒸发速度继续增加
，气泡的上升速度激增，蒸汽的密度
增大，由于重力作用，滑流下来的液
体很快受热蒸发，未蒸发的浓缩液体
也被高速气流拖带上升，气泡断层不
能形成，蒸气占据了整个管子中部空
间，液体只能分布于管壁，开始形成
液膜，这时称为“环形流”。
A操作控制在Ｆ和ｇ之间
g.变成带有液体雾沫的喷雾环形
结晶的定义
物质自溶液中形成晶体析出的过 程
2020/6/14
一、蒸发器的基本条件
充足的热源 溶剂蒸汽能迅速排除 一定的换热面积
2020/6/14
• 设备动画\5蒸发器\5-01中央循环管蒸发器 .swf
• 设备动画\5蒸发器\液体蒸发简化流程.swf • 设备动画\5蒸发器\5-02外加热式蒸发器
流液体的上升是靠高速蒸汽气
流对液层的拖带而形成，称之
为“爬膜”现象。这时液膜沿
管壁上升不断受热蒸发，浓度
不断增大，最后与蒸汽一齐离
开，管子越高则上升蒸发时间
2020/6/1越4 长，溶液浓缩越大。
g
g.变成带有液体雾沫的喷雾 环形流液体的上升是靠高 速蒸汽气流对液层的拖带 而形成，称之为“爬膜” 现象。这时液膜沿管壁上 升不断受热蒸发，浓度不 断增大，最后与蒸汽一齐 离开，管子越高则上升蒸 发时间越长，溶液浓缩越 大。
2020/6/14
3、旋液导流器 液体沿管壁周 边旋转向下 ，这样可以 减少管内各 向物料的不 均匀性，同 时又可以增 加液体流动 速度，减速 薄加热表面 的边界层， 降低热阻， 提高传热系 数。使液体 旋转进入加 热管的方法 如下：
2020/6/14
（1）螺纹导流 管 在加热管
2020/6/14
➢ 导流棒
在每根加热管的上端管管 口插入一根呈八字形的导流 棒。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。
• 设备动画\5蒸发器\5-04升膜式蒸发器 .swf
2020/6/14
特点:形成的液膜与蒸发的气流的方 向相同，由下而上的并流上升 升膜式蒸发时膜的形成
2020/6/14
升膜式蒸发时膜的形成
A、B溶液沸腾自然对流运动加 热阶段:温度升得越高对流越激 烈，溶液便开始沸腾时，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。
2020/6/14
2020/6/14
如果汽速进一步增 加，雾沫夹带进一 步严重，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 等现象。可见管膜 式蒸发的操作状况 最好是形成爬膜到 出现喷雾流之间。
升膜式蒸发器的结 构:
这种蒸发器浓缩 物料的时间很短， 对热敏性物料质量 很少影响，
热敏性物料 对热过程敏感，受热后会引起产物发生化 学变化或物理变化而影响产品质量的物料 。
2020/6/14
薄膜式蒸发器
（一）分类
管式薄膜蒸发 器:升膜式、降 膜式、升降膜式 刮板式薄膜蒸发器 离心薄膜蒸发
2020/6/14
1. 升膜式蒸发器
结构:加热室由许多垂 直长管组成 加热室由许多垂直长 管组成， 加热管直径为25-50mm ， 管长和管径之比约为 100-150。 上部有汽液分离室。
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。
2020/6/14
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.
E、液体下降较多时，大个柱 状汽泡则被液层截断。
2020/6/14