第六章08蒸发与结晶

• 外管ф117×4mm • 内管ф89×3mm • 管子间隙10mm • 链霉素浓缩 • 缩短管长
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，能吸收足够 的热量，产生大量的蒸汽，沿着内、外管子 壁面形成爬膜。
故加热管较短，只有1.4m.
套筒式升膜蒸发器
• 内外加热面同时通入蒸 汽加热，蒸发料液即在 筒间间隙爬膜上升。
• 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，
升膜蒸发器
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。
工作原理
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。
料液进口； • 5－加热蒸汽进口
6-二次蒸汽出口7浓缩液出口
升降膜式蒸发器
• 物料溶液先进入升膜加热管，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，再进行降膜蒸发，浓缩液从下部进入 汽液分离器，分离后，二次蒸汽从分离器上 部排出，浓缩液从分离器下部出料。
升降膜蒸发器的特点
1)符合物料的要求。 (2)经升膜蒸发后进入降膜蒸发，有利于降膜
热泵蒸发
• 借压缩机的绝热压缩作用,或借蒸汽喷射压 缩作用,将蒸发器所产生的二次蒸汽的饱和 温度提高,并送回原蒸发器用作加热蒸热。 因此,蒸汽的潜热可得到反复利用,除了在开 工时外,不需要另行供给加热蒸汽,即可进行 蒸发。
单效热泵蒸发流程
• 1 稀物料
• 2 输料泵 • 3 流量计 • 4 生蒸汽 • 5 液体分布器 • 6 加热室 • 7 气液分离器 • 8 冷凝器 • 9 大气平衡管 • 10 真空 • 11 冷却水进 • 12 液封槽 • 13 冷却冷凝水出14
• 圆筒间隙为4mm • 浓缩核苷酸溶液
2、降膜式蒸发器
• 物料溶液从加热管 子上部进入，经分 配器导流管进入加 热管，沿管壁成膜 状向下流 。
操作关键：液料分 配均匀。
为什么降膜蒸发器要配料液分 布装置?
料液进入加热列管时要均匀分配，使每根 管子的内壁都能被液体所润湿，否则容易 发生干壁现象而严重影响蒸发效果，甚至 使产品质量降低，阻塞加热管。因此降膜 蒸发器加热列管的上部都要设置料液分配 装置。
溶液在加热管中产生“爬膜”的必要条 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。
升膜式蒸发器 结构和特性参数：
• 管径 25-50mm L/d=100-500 浓缩倍数4-5倍 蒸发强度 60kg水/m2hr
传热系数 4190-15000（kJ/m2hr℃）
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”。
降膜式蒸发器 结构和特性参数：
管径 20-50mm L/d=50-70
浓缩倍数7倍 蒸发强度 80-100kg水/m2hr 传热系数 4190-20900（kJ/m2hr℃）
• 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。
传热系数4190-20900（kJ/m2hr℃）
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
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。
2、导流棒
液膜形成过程
在垂直加热管中气-液两 相的状态。
图a ： 预热区
加热管中液面一般为 管高度的1／4～1／ 5。
图b：沸腾区
物料溶液开始沸 腾，产生蒸汽气泡 分散于连续的液相 中。
图C ：气泡区
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。
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。
1、预热区(a 、b) 温度升至沸点 ，管中液面高度 (1/4~1/5)。
2、大气泡形成区(c 、d、e）：气液湍流，气柱上升带 动其周围的部分液体一起运动。
3、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”。
4、膜消失（g、h ) “干壁现象”非正常运行。
• 特点：
1) 由于减压，沸点降低，有利于溶液汽化。 蒸发器的热损失较少。
2) 适用于热敏性溶液和不耐高温的溶液； 3) 可利用二次蒸汽作为加热热源； 4) 需要有抽真空装置，保持真空度，消耗额
外能量。
真 空 蒸 发 设 备
蒸发流程主要设备
蒸发器 冷凝设备 气－液分离器（除沫器） 真空系统
图g:雾沫夹带区
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。
图h：干壁区
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。
d到f，传热系数最 大，最佳工作状态。
加热管内液膜形成的过程
• 物料的适应性很强，对于高黏度和易结 晶、结垢的物料都能适用。
• 传 热 系 数 较 高 ， 一 般 可 达 (4000 ～ 8000)kJ／(m2．h．℃)。
• 液料在加热区停留时间很短，一般只有 几秒至几十秒；
• 因具有转动装置，且要求真空，故设备 加工精度要求较高。
• 动力消耗大，处理量也很小。
1、结晶设备的类型
冷却结晶器 自然冷却敞开式结晶器 搅拌结晶器 连续式结晶器
蒸发结晶器
搅拌蒸发结晶器 循环式结晶器
真空结晶器 搅拌真空结晶器 循环式连续真空结晶器
2、设计结晶设备应注意的条件
1) 应考虑溶液的粘度、杂质的影响，结晶温度， 结晶体的大小、形状以及结晶长大速度等条 件。
国产LE-26型离心薄膜蒸发器技术参数
离心盘外径 650mm 离心盘组数 6组 加热面积 2.6m2 离心盘转速 600r/mim 电机功率 4kw 最大蒸发量 900 kg/h 传热系数 1.5×104kJ/h·℃ ·m2 物料浓缩比 5～10 加热蒸汽消耗量 1.1～1.2 kg蒸汽/（kg水份）
国产离心式刮板薄 膜蒸发器
刮板式蒸发器
• 工作原理： • 料液从进料管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，薄膜在加热区受热，蒸发浓缩，同时受 重力的作用下流，瞬间另一块刮板将浓缩料液 翻动下推，并更新薄膜。
刮板式蒸发器特点
降膜式蒸发器特点
• 1）可以浓缩高粘度的液体（1,000厘泊以 下）。
• 2)停留时间短，可以处理热敏性物料。 • 3)一次通过的浓缩比不大于7。 • 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。
3、升降膜式蒸发器
• 1-升膜管， • 2-降膜管， • 3-冷凝水出口；4-
(一)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
1、升膜式蒸发设备
• 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。
二次蒸汽
过饱和浓度
பைடு நூலகம்温度
起晶方法
1、自然起晶：（少用） 过饱和不稳定区
2、刺激起晶法： 过饱和介（亚）稳定区 温度、超声波等
3、晶种起晶： 过饱和介（亚）稳定区 晶种
结晶方法
• 冷却结晶： 将一定浓度的溶液冷至过饱和状态。
• 蒸发结晶： 将溶液加热蒸发至呈过饱和状态。
• 真空结晶： 利用真空使溶液蒸发，达到过饱和状态。
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比较合适。 • 不适用于粘度较大0.05Pas以上和受热
后易产生积垢的，或浓缩后有结晶析出 的物料。
常见的升膜蒸发器
• 管式升膜蒸发器 • 套管式升膜蒸发器 • 套筒升膜蒸发器 • 板式升膜蒸发器
套管式升膜蒸发器
3、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。
三、蒸发设备
1）常压蒸发设备： 麦芽汁煮沸锅 2）真空蒸发设备： 单流长管式薄膜蒸发器：
升膜式 降膜式 升降式 刮板式蒸发器 离心式薄膜蒸发器