蒸发与结晶工艺及其设备

蒸发与结晶工艺及其设备
概述
• 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。
• 蒸发的方式有自然蒸发与沸腾蒸发两种。自然蒸发 是溶液中的溶剂在低于其沸点下汽化，此种蒸发仅 在溶液表面进行，故速率缓慢，效率低。沸腾蒸发 是在沸点下的蒸发，溶液任何部分都发生汽化，效 率高。
• 缺点：能耗大 。
单程型蒸发器
• ——特点：溶液以液膜的形式一次通过加热 室，不进行循环。
• ——优点：溶液停留时间短，故特别适用于 热敏性物料的蒸发；温度差损失较小，表面 传热系数较大。
• ——缺点：设计或操作不当时不易成膜，热 流量将明显下降；不适用于易结晶、结垢物 料的蒸发。
膜式真空蒸发设备
并流流程 逆流流程
多效真空浓缩装置
三效浓缩 设备
循环型蒸发器
• 蒸发设备中包括蒸 发器和辅助设备
• 根据引起循环运动 的原因不同，可分 为自然循环型和强 制循环型两类。
• 特点：溶液在蒸发 器中循环流动，因 而可以提高传热效 果；操作稳定。
强制循环式蒸发器
• 优点：循环速 度大（2～ 3.5m/s），； 可用于蒸发粘 度大，易结晶 结垢的物料； 传热系数较大 。
2、满足工艺要求：如浓缩比，浓缩比的收缩率，能 否保持溶液特性；
3、传热效果好，传热系数高，热利用率高； 4、结构合理紧凑，操作清洗更换方便，且安全可靠
5、尽可能小的功率消耗，如搅拌动力或真空动 力消耗等
6、合理选择材质和制造维修方便； 7、有一定的安全防护措施；
真空浓缩装置
1、单效真空浓缩装置流程
e、液体下降较多时，大 个柱状汽泡则被液层截 断。
b: 当溶液开始沸腾时， 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。
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.
f.若温度能达到一定值， 滑流下来液体很快蒸 发，未蒸发的液体也 被高速气流拖带，二 次蒸汽占据整个管子 的中间空间，液体分 布于管壁，形成液膜 。
流程组成：浓缩锅、冷凝器、抽真空装置。
工作过程：
加热蒸汽
料液
浓缩锅
冷凝器 （不凝结气体）
二次蒸汽 真空装置
加热器
分离器
冷凝器
ห้องสมุดไป่ตู้
抽真空器
单效真空浓缩装置
多效蒸发流程
• 并流： 溶液与蒸汽的流向相同，称并流。 • 逆流： 溶液与蒸汽的流向相反，称逆流。 • 错流： 溶液与蒸汽在有些效间成并流，而
在有些效间成逆流。 • 平流： 每一效都加入原料液的方法。
升膜蒸发条件：
蒸汽与物料有足够的温差， 20~35C
二次汽速度：常压20~50m/s，减 压100~160m/s
浓缩倍数5
操作注意事项： 控制进料液量，经过一次浓缩蒸 发的水分量，不能大于进料量的 80%，若进料过多，管下部积液 过多；进料太少，会发生管壁结 焦现象。
特点：液体沿管壁成膜状向上流动，停留 时间较短，传热效率高，加热器安装在蒸 发分离室外，便于检修，但清洗不方便。 双效升膜式的浓缩装置可连续操作，具有 节约加热蒸汽和冷却水的优点。
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。
➢ 热敏性：酶等
后果：失活，产品质量降低。 措施：低温短时，各种薄膜式或真空度较高的蒸发
浓缩器
➢ 结垢性：
后果：积垢 热阻
蒸发效能
停产
措施：高速流防止积垢生成，采用流速大的升膜式
或强制循环的蒸发设备，或电磁防垢、化学防垢
，易于清洗。
➢ 发泡性：浓缩液中产生大量气泡
后果：溶液损失、产品损耗；污染其它设备，停产。
• 由于被蒸发的溶液大多是水溶液，蒸发过程成了用 水蒸气作为加热剂去产生水蒸气。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。
蒸发过程的完成有两个必要条件：
1）热能的供应：它包括维持沸腾的温度、补充因 溶剂汽化所带走的热量、设备消耗的热量等；
2）溶剂蒸汽的排除；
蒸发设备
进行蒸发操作的设备称为蒸发器。
1 按加热蒸汽被利用的次数分：单效、双效、多效
浓缩设备。
2 按浓缩料液的流程分：单程式和循环式两类，其
中循环式又有自然循环与强制循环两种。
3 按加热器的结构形式分：盘管式、中央循环管式、
升膜式、降膜式、刮板式浓缩。
4 按操作压力分：常压、真空
选择与要求
1、物料自身的特性
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
• 料液在管壁或器壁上分散成液膜的形式流动（上 升、下降或上升与下降组合），从而使蒸发面积
增加，提高浓缩效率。
• 优点： • 物料沸腾温度降低，减少物料高温质变 • 提高了热交换温差，增加了传热 • 为二次蒸汽的利用创造了条件，提高热能利用率 • 蒸发器热损失减少
升膜式浓缩设备
设备组成：加热器、蒸发分离室、 循环管、冷凝器、真空装置等。
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
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。