《蒸发与结晶设备》PPT课件
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《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
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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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新版第七章蒸发与结晶设备ppt课件
❖ 其缺点是结构复杂，动力消耗大，每平方米传热 面约需1.5～3kw。此外，受夹套传热面的限制， 其处理量也很小。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
4.离心薄膜式蒸发器 ❖ 图7-5
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2
液面
2
液面
1
（ a）
1
液面
1
（ b）
3
料
料
液
液
1
（ c）
（ d）
图 11-9 降 膜 蒸 发 器 的 液 体 分 布 器 1-加 热 管 2-导 流 管 3-旋 液 分 配 头
装置以保持蒸发室的真空度，从而消耗额外的能量。 保持的真空度愈高，消耗的能量也愈大。同时，随 着压力的减小，溶液沸点降低，其粘度亦随之增大， 常使对流传热系数减小，从而也使总传热系数减小。 此外，由于二次蒸汽的温度的降低使得冷凝的传热 温度差相应降低。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
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（3）升－降膜式蒸发器
３ ２
❖
将升膜和降膜式
蒸发器装在一个外壳中
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4.离心薄膜式蒸发器 ❖ 图7-5
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液面
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液面
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（ a）
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（ b）
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料
料
液
液
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（ c）
（ d）
图 11-9 降 膜 蒸 发 器 的 液 体 分 布 器 1-加 热 管 2-导 流 管 3-旋 液 分 配 头
装置以保持蒸发室的真空度，从而消耗额外的能量。 保持的真空度愈高，消耗的能量也愈大。同时，随 着压力的减小，溶液沸点降低，其粘度亦随之增大， 常使对流传热系数减小，从而也使总传热系数减小。 此外，由于二次蒸汽的温度的降低使得冷凝的传热 温度差相应降低。
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（3）升－降膜式蒸发器
３ ２
❖
将升膜和降膜式
蒸发器装在一个外壳中
《蒸发与结晶》课件
分子间的相互作用力包括范德华力、氢键、离子键等，这些作用力决定了分子或 离子的排列方式和晶体的结构。
结晶的应用
结晶在工业上有着广泛的应用，如制 备高纯度的化学物质、制造宝石和金 属等。通过控制结晶过程，可以获得 具有特定形状、结构和性能的晶体。
在生物学和医学领域，结晶也被用于 研究蛋白质的结构和功能，对于疾病 诊断和治疗具有重要意义。
蒸发的应用
01
02
03
04
蒸发在日常生活和工业生产中 有着广泛的应用，如晾晒衣物 、海水晒盐、冷却系统等。
在化工生产中，蒸发技术常用 于浓缩溶液、分离和提纯物质
等过程。
在食品工业中，蒸发技术用于 制备浓缩果汁、蜜饯等食品。
在农业上，蒸发过程对于土壤 水分的保持和植物生长具有重
要意义。
02
结晶
结晶的定义
结晶可以改变溶液的性质
结晶的形成可以改变溶液的物理性质，如密度、折射率等，从而影响蒸发的过 程和结果。
蒸发与结晶的相互影响
蒸发和结晶是相互关联的过程
蒸发和结晶在溶液的分离和纯化过程中常常同时存在，相互 影响。蒸发可以促进结晶的形成，而结晶的形成又会影响蒸 发的速率和过程。
蒸发与结晶的应用
在工业生产和科学研究中，蒸发与结晶是常用的分离和纯化 技术。通过控制蒸发和结晶的条件，可以得到不同形态和性 质的晶体，满足各种应用需求。
THANKS
感谢您的观看
03
蒸发与结晶的关系
蒸发对结晶的影响
蒸发促进结晶
蒸发过程可以去除溶液中的水分 ，降低溶液的浓度，使溶质的溶 解度降低，从而促进结晶的形成 。
ห้องสมุดไป่ตู้蒸发影响结晶形态
蒸发过程中，溶质的浓度和温度 不断变化，会影响结晶的形态， 如晶体的大小、形状和结构。
结晶的应用
结晶在工业上有着广泛的应用，如制 备高纯度的化学物质、制造宝石和金 属等。通过控制结晶过程，可以获得 具有特定形状、结构和性能的晶体。
在生物学和医学领域，结晶也被用于 研究蛋白质的结构和功能，对于疾病 诊断和治疗具有重要意义。
蒸发的应用
01
02
03
04
蒸发在日常生活和工业生产中 有着广泛的应用，如晾晒衣物 、海水晒盐、冷却系统等。
在化工生产中，蒸发技术常用 于浓缩溶液、分离和提纯物质
等过程。
在食品工业中，蒸发技术用于 制备浓缩果汁、蜜饯等食品。
在农业上，蒸发过程对于土壤 水分的保持和植物生长具有重
要意义。
02
结晶
结晶的定义
结晶可以改变溶液的性质
结晶的形成可以改变溶液的物理性质，如密度、折射率等，从而影响蒸发的过 程和结果。
蒸发与结晶的相互影响
蒸发和结晶是相互关联的过程
蒸发和结晶在溶液的分离和纯化过程中常常同时存在，相互 影响。蒸发可以促进结晶的形成，而结晶的形成又会影响蒸 发的速率和过程。
蒸发与结晶的应用
在工业生产和科学研究中，蒸发与结晶是常用的分离和纯化 技术。通过控制蒸发和结晶的条件，可以得到不同形态和性 质的晶体，满足各种应用需求。
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03
蒸发与结晶的关系
蒸发对结晶的影响
蒸发促进结晶
蒸发过程可以去除溶液中的水分 ，降低溶液的浓度，使溶质的溶 解度降低，从而促进结晶的形成 。
ห้องสมุดไป่ตู้蒸发影响结晶形态
蒸发过程中，溶质的浓度和温度 不断变化，会影响结晶的形态， 如晶体的大小、形状和结构。
第九章蒸发和结晶PPT课件
但与一般的传热过程比较，蒸发过程又具有其自身的特点，主要表现 在： （1）溶液沸点升高 被蒸发的料液是含有非挥发性溶质的溶液，由拉乌尔 定律可知，在相同的温度下，溶液的蒸汽压低于纯溶剂的蒸气压。换言之， 在相同压力下，溶液的沸点高于纯溶剂的沸点。因此，当加热蒸汽温度一定， 蒸发溶液时的传热温度差要小于蒸发溶剂时的温度差。溶液的浓度越高，这 种影响也越显著。在进行蒸发设备的计算时，必须考虑溶液沸点上升的这种 影响。
列文蒸发器的优点是循环速度大，传热效果好，由于溶 液在加热管中不沸腾，可以避免在加热管中析出晶体，故 适用于处理有晶体析出或易结垢的溶液。其缺点力大，故要求加 热蒸汽的压力较高。
编辑版pppt
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28
e.强制循环蒸发器
上述各种蒸发器均为自然循环型蒸发器，即靠加热管 与循环管内溶液的密度差引起溶液的循环，这种循环速度 一般都比较低，不宜处理粘度大、易结垢及有大量析出 结 晶的溶液。对于这类溶液的蒸发，可采用图片所示的强制 循环型蒸发器。这种蒸发器是利用外加动力（循环泵）使 溶液沿一定方向作高速循环流动。循环速度的大小可通过 调节泵的流量来控制。一般循环速度在2.5m/s以上。
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8
第二节 单效蒸发与真空蒸发
一、单效蒸发设计计算 确定水的蒸发量；
二次蒸汽 W,T’,H’
加热蒸汽消耗量；
原料
蒸发器所需传热面积 1、蒸发水量的计算
对蒸发器进行溶质物料衡算
F,w0, t0 ,c0 ,h0
加热蒸汽
加热室
冷凝液
D,Ts,hc
F0w (FW )w 1L1w D,Ts,H
得水的蒸发量： 完成液浓度：
11
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：
列文蒸发器的优点是循环速度大，传热效果好，由于溶 液在加热管中不沸腾，可以避免在加热管中析出晶体，故 适用于处理有晶体析出或易结垢的溶液。其缺点力大，故要求加 热蒸汽的压力较高。
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e.强制循环蒸发器
上述各种蒸发器均为自然循环型蒸发器，即靠加热管 与循环管内溶液的密度差引起溶液的循环，这种循环速度 一般都比较低，不宜处理粘度大、易结垢及有大量析出 结 晶的溶液。对于这类溶液的蒸发，可采用图片所示的强制 循环型蒸发器。这种蒸发器是利用外加动力（循环泵）使 溶液沿一定方向作高速循环流动。循环速度的大小可通过 调节泵的流量来控制。一般循环速度在2.5m/s以上。
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第二节 单效蒸发与真空蒸发
一、单效蒸发设计计算 确定水的蒸发量；
二次蒸汽 W,T’,H’
加热蒸汽消耗量；
原料
蒸发器所需传热面积 1、蒸发水量的计算
对蒸发器进行溶质物料衡算
F,w0, t0 ,c0 ,h0
加热蒸汽
加热室
冷凝液
D,Ts,hc
F0w (FW )w 1L1w D,Ts,H
得水的蒸发量： 完成液浓度：
11
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：
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
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❖ 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
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2.4 蒸发与结晶ppt课件
气 循环管
加热管内液面高度1/4~1/5管长与直 径的比值100~500管径在25~80mm 不易过大
不适合： 黏度大于0.05Pa.s易结垢、 或有结晶析出的物料
14
爬膜的形成过程：
形成爬膜的动力：产生的二次蒸汽的拖动力，需要克服液体的重力，所以 二次蒸汽速度要高。 升膜蒸发器正常操作的关键：形成爬膜。
浆叶直径为罐径的1/3~1/2 ，具有一定的倾角
33
总体积3.5，圆筒直径1.27m，长2.8m,开口弦长0.634m
34
35
真空煮晶锅 1.二次蒸汽排出口 2. 汽液分离器 3 清洗孔 4.视镜 5 吸液管 6.人孔 7.压力表孔 8.蒸汽进口管 9.锚式搅拌器 10.排料阀 1l.轴封填料箱 12搅拌轴
溶液中质点在晶核上排 列是按一定的顺序排列的。
26
晶体形成的速度：
dd t K' rcK1coH rcF
式中：晶体生长的速度m/（m2.s）
K’——溶液溶质的扩散系数 K1 ——溶液常数 T ——绝对温度K H ——黏度 Pa.s r ——境界膜厚度m co ——过饱和溶液的浓度mol/m3 表面排列速度的当量浓度mol/m3
10
生
物
工
• 1.管式薄膜蒸发器
管内溶液被二次蒸汽拉成薄
业 常
膜
用
• 2.刮板式薄膜蒸发器
刮板刮成薄膜
的 薄 膜 蒸
• 3.离心式薄膜蒸发器
利用旋转的加热面
使进入的液体在离心力的作用下甩成薄膜。适合水分高，黏度小的
溶液浓缩。
发
器
11
• 管式薄膜蒸发器 • 按液体在管内的流动状态可分为
1.升膜式管式薄膜蒸发器 液膜和二次蒸汽自下向上并流上升 2.降膜式薄膜蒸发器 上向下并流下降 3.升降膜式薄膜蒸发器 加热管先升膜操作，再降膜操作
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• 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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17
（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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18
升膜式蒸发器
1.加热室 2.汽液分离器
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19
液膜的形成过程
（爬膜）
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• 加热段，内部液体只靠自然对流循环， 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，沸腾传热系数得到很大的 提高，但传热系数是随管子高度而变化的
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27
管式升膜蒸发器
管式升膜蒸发器 由蒸发加热管、二 次蒸汽液沫导管、 分离器和循环管4 部分组成。
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28
• 对于加热管子直径、长度选择要 适当。
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24
• 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。
• 为保证设备的正常操作，应维持在爬 膜状态的温度差，并且控制一定的蒸 发浓缩倍数，一般为 5倍。
• 保持真空度稳定。
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25
升膜蒸发器的特点
• 传热效率高。物料在蒸发器中受热时 间很短，对热敏性物料的影响相对较 小。
缓慢冷却（或蒸发），使溶质慢慢形 成晶体析出的过程。
• 结晶操作是获得纯净固体物质的重要 方法之一。
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3
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。
13
真空蒸发设备
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14
真空蒸发设备
• 生物工业中大部分中间产物和最终产 物是热敏性物质。
• 热敏性物质受热后所产生的变化与温 度的高低、受热时间长短相关。
• 生物工业中常采用低温蒸发，或在相 对较高的温度条件下瞬时蒸发。
• 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。
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• 此种蒸发器对于发泡性强、粘度较小 的热敏性物料较为适用。
• 不适用于粘度较大，受热后易产生积 垢或浓缩时有晶体析出的物料。
• 浓缩倍数不宜太大。
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26
升膜式蒸发的传热系数
• 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。
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(二)按料液流程
1、循环式 自然与强制循环
2、单程式
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(三)按加热器结构
1、盘管式浓缩器
2、中央循环管式浓缩器
3、升膜式浓缩器
4、降膜式浓缩器
5、片式浓缩器
6、刮板式浓缩器
7、外加热式浓缩器
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（四）按蒸发压力 （1）常压蒸发设备 （2）真空蒸发设备
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9
蒸发器的基本要求
• 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。
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29
套管式升 膜蒸发器
精选ppt
30
套筒式升 膜蒸发器
该设备用于 低温浓缩核 苷酸溶液效 果良好。
精选ppt
31
板式升膜蒸发器
板式升膜蒸发器的高度很小。 该设备结构紧凑，传热系数高。
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①充足的加热热源。
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。
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10
蒸发设备组成
• 蒸发设备一般由热交换器、蒸发 室、冷凝器和抽气泵等组成。
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11
蒸发器须考虑溶液的特性
（1） 耐热性 （2） 结垢性 （3） 发泡性 （4） 结晶性 （5） 腐蚀性 （6） 粘滞性
板 式 升 膜 管 断 面 图
32
板式升膜蒸发器
精选ppt
33
板式升膜蒸发器
精选ppt
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板式蒸发器特点
• 蒸发时间很短，2s左右； • 液流分布均匀，不易结垢； • 传热系数高，可达10.45～
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4
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。
• 为了强化蒸发过程，工业上应用的蒸 发设备通常是在沸腾状态下进行的， 并且根据物料特性及工艺要求采取相 应的强化传热措施，以提高蒸发浓缩 的经济性。
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5
蒸发器的分类
(一)按二次蒸汽利用次数
1、单效浓缩装置 2、多效浓缩装置 3、带有热泵的浓缩装置
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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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16
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。
第四章 蒸发与结晶设备
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• 浓缩：从溶液中除去部分溶剂的 单元操作。
• 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。
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• 蒸发浓缩手段常与电渗析、离子交换、
超滤等浓缩方法共同配合使用，以达 到浓缩过程经济合理的目的。
• 结晶是将高浓度的溶液或过饱和溶液
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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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溶液在加热管中产 生爬膜的必要条件
• 溶液在加热管中产生爬膜的必要 条件是要有足够的传热温差和传 热强度，使蒸发的二次蒸汽量和 蒸汽速度达到足度差对蒸发器的传热系数影响较大
• 由于沸腾传热系数与液体流速成正比， 随着升膜速度的增加，传热系数不断 增大。
• 管内是汽液混合物，因液体静压强所 引起的沸点升高所产生的温差损失几 乎完全可以避免，增加了传热温度差， 传热强度增加。
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• 如传热温差过大或蒸发强度过高， 传热表面产生蒸汽量大于蒸汽离开 加热面的量，则蒸汽就会在加热表 面积积聚形成大气泡，甚至覆盖加 热面，使液体不能浸润管壁，这时 传热系数迅速下降，同时形成“干 壁”现象，导致蒸发器非正常运行。
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选择、设计蒸发设备时要满足：
（1）满足工艺要求，溶液的浓缩比恰当，浓 缩后的收得率高，保持溶液的特性。
（2）传热良好，传热系数高，热利用效率高
（3）结构合理紧凑，操作清洗方便，安全可 靠。
（4）动力消耗要小。
（5）易于加工制造，维修方便，既要节省材 料，又要保证足够的机械强度。
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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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• 加热段，内部液体只靠自然对流循环， 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，沸腾传热系数得到很大的 提高，但传热系数是随管子高度而变化的
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管式升膜蒸发器
管式升膜蒸发器 由蒸发加热管、二 次蒸汽液沫导管、 分离器和循环管4 部分组成。
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• 对于加热管子直径、长度选择要 适当。
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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。
• 为保证设备的正常操作，应维持在爬 膜状态的温度差，并且控制一定的蒸 发浓缩倍数，一般为 5倍。
• 保持真空度稳定。
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升膜蒸发器的特点
• 传热效率高。物料在蒸发器中受热时 间很短，对热敏性物料的影响相对较 小。
缓慢冷却（或蒸发），使溶质慢慢形 成晶体析出的过程。
• 结晶操作是获得纯净固体物质的重要 方法之一。
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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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真空蒸发设备
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真空蒸发设备
• 生物工业中大部分中间产物和最终产 物是热敏性物质。
• 热敏性物质受热后所产生的变化与温 度的高低、受热时间长短相关。
• 生物工业中常采用低温蒸发，或在相 对较高的温度条件下瞬时蒸发。
• 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。
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• 此种蒸发器对于发泡性强、粘度较小 的热敏性物料较为适用。
• 不适用于粘度较大，受热后易产生积 垢或浓缩时有晶体析出的物料。
• 浓缩倍数不宜太大。
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升膜式蒸发的传热系数
• 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。
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(二)按料液流程
1、循环式 自然与强制循环
2、单程式
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(三)按加热器结构
1、盘管式浓缩器
2、中央循环管式浓缩器
3、升膜式浓缩器
4、降膜式浓缩器
5、片式浓缩器
6、刮板式浓缩器
7、外加热式浓缩器
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（四）按蒸发压力 （1）常压蒸发设备 （2）真空蒸发设备
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蒸发器的基本要求
• 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。
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套管式升 膜蒸发器
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套筒式升 膜蒸发器
该设备用于 低温浓缩核 苷酸溶液效 果良好。
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板式升膜蒸发器
板式升膜蒸发器的高度很小。 该设备结构紧凑，传热系数高。
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①充足的加热热源。
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。
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蒸发设备组成
• 蒸发设备一般由热交换器、蒸发 室、冷凝器和抽气泵等组成。
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蒸发器须考虑溶液的特性
（1） 耐热性 （2） 结垢性 （3） 发泡性 （4） 结晶性 （5） 腐蚀性 （6） 粘滞性
板 式 升 膜 管 断 面 图
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板式升膜蒸发器
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板式升膜蒸发器
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板式蒸发器特点
• 蒸发时间很短，2s左右； • 液流分布均匀，不易结垢； • 传热系数高，可达10.45～
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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。
• 为了强化蒸发过程，工业上应用的蒸 发设备通常是在沸腾状态下进行的， 并且根据物料特性及工艺要求采取相 应的强化传热措施，以提高蒸发浓缩 的经济性。
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蒸发器的分类
(一)按二次蒸汽利用次数
1、单效浓缩装置 2、多效浓缩装置 3、带有热泵的浓缩装置
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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。
第四章 蒸发与结晶设备
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• 浓缩：从溶液中除去部分溶剂的 单元操作。
• 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。
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• 蒸发浓缩手段常与电渗析、离子交换、
超滤等浓缩方法共同配合使用，以达 到浓缩过程经济合理的目的。
• 结晶是将高浓度的溶液或过饱和溶液
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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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溶液在加热管中产 生爬膜的必要条件
• 溶液在加热管中产生爬膜的必要 条件是要有足够的传热温差和传 热强度，使蒸发的二次蒸汽量和 蒸汽速度达到足度差对蒸发器的传热系数影响较大
• 由于沸腾传热系数与液体流速成正比， 随着升膜速度的增加，传热系数不断 增大。
• 管内是汽液混合物，因液体静压强所 引起的沸点升高所产生的温差损失几 乎完全可以避免，增加了传热温度差， 传热强度增加。
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• 如传热温差过大或蒸发强度过高， 传热表面产生蒸汽量大于蒸汽离开 加热面的量，则蒸汽就会在加热表 面积积聚形成大气泡，甚至覆盖加 热面，使液体不能浸润管壁，这时 传热系数迅速下降，同时形成“干 壁”现象，导致蒸发器非正常运行。
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选择、设计蒸发设备时要满足：
（1）满足工艺要求，溶液的浓缩比恰当，浓 缩后的收得率高，保持溶液的特性。
（2）传热良好，传热系数高，热利用效率高
（3）结构合理紧凑，操作清洗方便，安全可 靠。
（4）动力消耗要小。
（5）易于加工制造，维修方便，既要节省材 料，又要保证足够的机械强度。
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