生物工程设备08第八章 蒸发浓缩、结晶设备1
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2、连续式：使物料一次性、连续地通过 蒸发装置，又叫一次式或单程式。适用于 热敏性物料，处理量大，设备利用率高， 但浓度不易控制；
3、循环式：在连续式蒸发装置中，使一 部分浓缩液返回蒸发器，而使蒸发器内料 液浓度增加的一种操作方法。其浓度能得 到很好的控制；
三、节能方法：
由于蒸汽费用占整个蒸发设备运行费用 的一半以上，因此合理利用蒸汽，可以大 幅降低运行成本。常用的节能方法有多效 蒸发和二次蒸汽压缩：
在多效蒸发中配合以二次蒸汽压缩工艺， 可使生蒸汽耗量再一次降低，如采用五效 蒸发与两个热泵压缩相结合，可达到八效 蒸发的节能效果。
四、沸点升高
沸点升高是指在蒸发时液体的温度比蒸 发的二次蒸汽的温度高出的度数。
沸点升高产生的原因有：由于溶液中溶 质的存在，它的沸点比纯液体为高，而且 随着浓度的增大，沸点升高的数值也增大； 液体静压差的存在，使得沸点升高。
b、可促使溶剂迅速排除；
c、可采用低压蒸汽或废蒸汽作加热源；
d、操作温度低，适用于热敏性物料，热 损失小，设备及管道可无需保温;
但真空度越大，水的蒸发潜热越大，每 公斤水蒸发耗汽量越大，同时还增加了真 空发生装置的动力消耗，对于单效蒸发来 说，没有必要过高地提高真空度。
二、蒸发方式：
1、分批式：料液不断加入蒸发器，溶剂 不断蒸发，达到指定浓度后浓缩液一次出 料。加热时间长，不适应热敏性物料；
a、适用于粘度不大于500厘泊、易发泡、 热敏性物料，不适于有结晶析出或有结垢 的物料；
b、一次通过的浓缩比可达4；
c、总传热系数500-3600千卡/米2·小时·℃；
成膜过程：料液加热；沸腾发生；汽泡 汇集形成块状流；形成柱栓；形成环状流； 形成蒸汽柱，薄膜形成；形成喷雾流；出 现干壁；
成膜条件及特点：
多效蒸发是将各效的操作压力依次降低， 相应的液体沸点也依次降低，从而使二次 蒸汽作为下一效的加热蒸汽，通过几次利 用而达到节能目的的。
多效蒸发的流程根据物料走向与蒸汽走 向的关系分为：顺流、逆流、错流。
2、二次蒸汽压缩：由于产生的二次蒸汽温 度较低，用来作加热蒸汽时温度差太小， 影响了二次蒸汽的利用及多效蒸发的效果 和效数。采用热泵即：蒸汽喷射泵或机械 泵加压来升高二次蒸汽的压力，使二次蒸 汽得到更好的利用，达到节能的目的。
危害：降低了蒸发的温度差，使得加热 面积增大、液体蒸发达不到沸腾状态；在 多效蒸发中限制了较多效数的采用。
沸点升高的利用：
1、避免晶体的生成：在浓缩或结晶操作中， 蒸发易结晶和易结垢的物料时，在加热壁 上液膜容易达到过饱和浓度，引起加热壁 上物料的结晶、结垢。如果在加热管上保 留一定高度的液柱，加热管中的液体因获 得静压差而沸点升高。这样液柱上部的液 体沸腾，而在加热管中的液体并不沸腾， 避免了在加热管上晶体的析出。
a、加热管必须有足够的长度； b、温度差要合适； c、料液应在沸点温度下进入加热管； d、适用于有泡沫、热敏性和粘滞的料液； e、传热系数大、蒸发速度快、效率高；
（2）降膜式 蒸汽和液膜的方向向下，显著特征恰好
与升膜式相反。特点：
a、适用于粘度不大于1000厘泊、热敏性易 发泡的物料；
b、适用于多效蒸发和二次蒸汽压缩合用； c、一次通过的浓缩比不小于7； d、制造费用少，占地面积小；
2、传热系数高，热的利用率高； 3、动力消耗小，易于加工制造，维修方便， 节省材料，又满足强度要求；
4、根据物料不同的性质选择蒸发器类型； 物料的性质有：耐热性、结垢性、发泡
性、结晶性、腐蚀性、粘滞性。
六、蒸发设备
1、外循环蒸发器
加热室置于蒸发室外，通过循环管与之 连接。分自然循环型及强制循环型。
加热管H/D=20-70，循环速度比内循环式 快。
液体在加热管内开始沸腾上升至加热室 上部，然后与蒸汽一起进入蒸发室，二次 蒸汽经液沫分离后排出，液体经循环管下 降再进入加热管。
2、长管薄膜蒸发器
（1）升膜式：
蒸汽和液膜在加热管中向上流动的是升 膜式蒸发器，显著特征是料液由加热管下 部进入，蒸发室在加热管的上部。特点 ：
1、供应足够的热能维持溶液的沸腾温度和 补充因溶剂汽化带走的热能。蒸发在沸腾 状态下进行，液体的给热系数高、传热速 度快。如：常压下，水在无相变情况下给 热系数不超过10000千卡/米2·小时·℃，而在 沸腾时给热系数可达50000千卡/米2·小时·℃；
2、蒸发操作大多在真空条件下进wenku.baidu.com，优点 是：
a、真空下液体的沸点降低，增大了温度 差，降低了加热面积;
料液分配器：料液进入加热管时要分配 均匀，使每根管都被液体呈薄层浸润，防 止干壁及液膜厚薄不均现象发生。料液分 配器在降膜蒸发器中起到了关键的作用。
料液分配器有：筛板式、螺旋槽塞式、 喇叭口式、锯齿式、旋液式、套管式。
（3）升降膜式
将底部进料处用隔板分隔两半，料液先 经升膜管上升再经降膜管，下降最后进入 汽液分离器分离。
2、利用沸点升高可测量和控制蒸发器内料 液的浓度。
五、蒸发设备的类型和选择原则
（一）类型
1、按照液体循环方式：自然循环型、强制 循环型、无循环型；
2、按液体在传热面上的形状：膜式、浸液 式；
3、按加热器的类型：直接加热型、夹套加 热型、管式加热型、板式加热型等；
（二）选择原则
1、满足工艺要求，浓缩比适当，收得率高， 保持溶液的特性；
第八章 蒸发浓缩、结晶设备
蒸发浓缩是利用加热的方法使溶液中的一 部分溶剂汽化后除去，得到浓度较高的料液 的一种操作过程。常用作沉析、结晶、干燥 等操作之前的预处理。
结晶是溶液中的溶质在一定条件下因分子 有规则的排列而结合成晶体的操作。它是溶 质提纯和得到固体颗粒的一种方法。
第一节 蒸发浓缩设备
一、蒸发条件
1、多效蒸发：采用多个蒸发器连用，将前 一个蒸发器产生的二次蒸汽用作后面一个 蒸发器的加热蒸汽的，称作多效蒸发。
理论上n效蒸发器每蒸发1kg水仅需1/n公 斤蒸汽，但实际上因热损失要大于该值如：
双效需0.57kg蒸汽，三效需0.4kg蒸汽， 四效需0.3kg蒸汽，五效需0.27kg蒸汽。
但效数增加相应的设备投资也随之增加， 四效以后节省的蒸汽并不显著。
3、循环式：在连续式蒸发装置中，使一 部分浓缩液返回蒸发器，而使蒸发器内料 液浓度增加的一种操作方法。其浓度能得 到很好的控制；
三、节能方法：
由于蒸汽费用占整个蒸发设备运行费用 的一半以上，因此合理利用蒸汽，可以大 幅降低运行成本。常用的节能方法有多效 蒸发和二次蒸汽压缩：
在多效蒸发中配合以二次蒸汽压缩工艺， 可使生蒸汽耗量再一次降低，如采用五效 蒸发与两个热泵压缩相结合，可达到八效 蒸发的节能效果。
四、沸点升高
沸点升高是指在蒸发时液体的温度比蒸 发的二次蒸汽的温度高出的度数。
沸点升高产生的原因有：由于溶液中溶 质的存在，它的沸点比纯液体为高，而且 随着浓度的增大，沸点升高的数值也增大； 液体静压差的存在，使得沸点升高。
b、可促使溶剂迅速排除；
c、可采用低压蒸汽或废蒸汽作加热源；
d、操作温度低，适用于热敏性物料，热 损失小，设备及管道可无需保温;
但真空度越大，水的蒸发潜热越大，每 公斤水蒸发耗汽量越大，同时还增加了真 空发生装置的动力消耗，对于单效蒸发来 说，没有必要过高地提高真空度。
二、蒸发方式：
1、分批式：料液不断加入蒸发器，溶剂 不断蒸发，达到指定浓度后浓缩液一次出 料。加热时间长，不适应热敏性物料；
a、适用于粘度不大于500厘泊、易发泡、 热敏性物料，不适于有结晶析出或有结垢 的物料；
b、一次通过的浓缩比可达4；
c、总传热系数500-3600千卡/米2·小时·℃；
成膜过程：料液加热；沸腾发生；汽泡 汇集形成块状流；形成柱栓；形成环状流； 形成蒸汽柱，薄膜形成；形成喷雾流；出 现干壁；
成膜条件及特点：
多效蒸发是将各效的操作压力依次降低， 相应的液体沸点也依次降低，从而使二次 蒸汽作为下一效的加热蒸汽，通过几次利 用而达到节能目的的。
多效蒸发的流程根据物料走向与蒸汽走 向的关系分为：顺流、逆流、错流。
2、二次蒸汽压缩：由于产生的二次蒸汽温 度较低，用来作加热蒸汽时温度差太小， 影响了二次蒸汽的利用及多效蒸发的效果 和效数。采用热泵即：蒸汽喷射泵或机械 泵加压来升高二次蒸汽的压力，使二次蒸 汽得到更好的利用，达到节能的目的。
危害：降低了蒸发的温度差，使得加热 面积增大、液体蒸发达不到沸腾状态；在 多效蒸发中限制了较多效数的采用。
沸点升高的利用：
1、避免晶体的生成：在浓缩或结晶操作中， 蒸发易结晶和易结垢的物料时，在加热壁 上液膜容易达到过饱和浓度，引起加热壁 上物料的结晶、结垢。如果在加热管上保 留一定高度的液柱，加热管中的液体因获 得静压差而沸点升高。这样液柱上部的液 体沸腾，而在加热管中的液体并不沸腾， 避免了在加热管上晶体的析出。
a、加热管必须有足够的长度； b、温度差要合适； c、料液应在沸点温度下进入加热管； d、适用于有泡沫、热敏性和粘滞的料液； e、传热系数大、蒸发速度快、效率高；
（2）降膜式 蒸汽和液膜的方向向下，显著特征恰好
与升膜式相反。特点：
a、适用于粘度不大于1000厘泊、热敏性易 发泡的物料；
b、适用于多效蒸发和二次蒸汽压缩合用； c、一次通过的浓缩比不小于7； d、制造费用少，占地面积小；
2、传热系数高，热的利用率高； 3、动力消耗小，易于加工制造，维修方便， 节省材料，又满足强度要求；
4、根据物料不同的性质选择蒸发器类型； 物料的性质有：耐热性、结垢性、发泡
性、结晶性、腐蚀性、粘滞性。
六、蒸发设备
1、外循环蒸发器
加热室置于蒸发室外，通过循环管与之 连接。分自然循环型及强制循环型。
加热管H/D=20-70，循环速度比内循环式 快。
液体在加热管内开始沸腾上升至加热室 上部，然后与蒸汽一起进入蒸发室，二次 蒸汽经液沫分离后排出，液体经循环管下 降再进入加热管。
2、长管薄膜蒸发器
（1）升膜式：
蒸汽和液膜在加热管中向上流动的是升 膜式蒸发器，显著特征是料液由加热管下 部进入，蒸发室在加热管的上部。特点 ：
1、供应足够的热能维持溶液的沸腾温度和 补充因溶剂汽化带走的热能。蒸发在沸腾 状态下进行，液体的给热系数高、传热速 度快。如：常压下，水在无相变情况下给 热系数不超过10000千卡/米2·小时·℃，而在 沸腾时给热系数可达50000千卡/米2·小时·℃；
2、蒸发操作大多在真空条件下进wenku.baidu.com，优点 是：
a、真空下液体的沸点降低，增大了温度 差，降低了加热面积;
料液分配器：料液进入加热管时要分配 均匀，使每根管都被液体呈薄层浸润，防 止干壁及液膜厚薄不均现象发生。料液分 配器在降膜蒸发器中起到了关键的作用。
料液分配器有：筛板式、螺旋槽塞式、 喇叭口式、锯齿式、旋液式、套管式。
（3）升降膜式
将底部进料处用隔板分隔两半，料液先 经升膜管上升再经降膜管，下降最后进入 汽液分离器分离。
2、利用沸点升高可测量和控制蒸发器内料 液的浓度。
五、蒸发设备的类型和选择原则
（一）类型
1、按照液体循环方式：自然循环型、强制 循环型、无循环型；
2、按液体在传热面上的形状：膜式、浸液 式；
3、按加热器的类型：直接加热型、夹套加 热型、管式加热型、板式加热型等；
（二）选择原则
1、满足工艺要求，浓缩比适当，收得率高， 保持溶液的特性；
第八章 蒸发浓缩、结晶设备
蒸发浓缩是利用加热的方法使溶液中的一 部分溶剂汽化后除去，得到浓度较高的料液 的一种操作过程。常用作沉析、结晶、干燥 等操作之前的预处理。
结晶是溶液中的溶质在一定条件下因分子 有规则的排列而结合成晶体的操作。它是溶 质提纯和得到固体颗粒的一种方法。
第一节 蒸发浓缩设备
一、蒸发条件
1、多效蒸发：采用多个蒸发器连用，将前 一个蒸发器产生的二次蒸汽用作后面一个 蒸发器的加热蒸汽的，称作多效蒸发。
理论上n效蒸发器每蒸发1kg水仅需1/n公 斤蒸汽，但实际上因热损失要大于该值如：
双效需0.57kg蒸汽，三效需0.4kg蒸汽， 四效需0.3kg蒸汽，五效需0.27kg蒸汽。
但效数增加相应的设备投资也随之增加， 四效以后节省的蒸汽并不显著。