第13章 蒸发与结晶设备

13.2.2冷却搅拌结晶器
图13-9 立式搅拌结晶器 1.冷却水出口；2-进料口；3-减速器； 4-搅拌轴；5-冷却蛇管；6-框式搅拌器； 7-冷却水进口；8-出料口
13.2.2冷却搅拌结晶器
2、卧式结晶器 卧式结晶器是一种应用广泛、生产能力较大的结晶器。其 结构为一敞式或闭式固定长槽，如图13-10所示，底为半 圆形。敞式结晶槽有额外的空气冷却作用。槽外具有水夹 套、槽内装有长螺距低速螺带搅拌器。
13.1.1 管式薄膜蒸发器
3、升降膜式蒸发器 升膜与降膜式蒸发器各 有优缺点，而升降膜蒸 发器可以互补不足。升 降膜式蒸发器是在一个 加热器内安装两组加热 管，一组作升膜式另一 组作降膜式，如图13-6 所示。
图13-6 升降膜式蒸发器 1—升膜管；2—降膜管；3—冷 凝水排出管； 4—进料管；5—加热蒸汽管
图13-8 离心薄膜蒸发器结构图 1—清洗管；2—进料管； 3—蒸发器外壳；4—浓缩液槽； 5—物料喷嘴；6—上碟片； 7—下碟片；8—蒸汽通道； 9—二次蒸汽排出管；10—马达； 11—液力联轴器；12—皮带轮； 13—排冷凝水管；14—进蒸汽管； 15—浓液通道；16—离心转鼓； 17—浓缩液吸管；18—清洗喷嘴
13.2.1 结晶设备的类型和特点
按结晶过程运转情况的不同，可分为间歇式结晶设备和 连续结晶设备两种。 间歇式结晶设备比较简单，结晶质量较好，结晶收得率 高，操作控制也比较方便，但设备利用率较低，操作的 劳动强度较大。 连续结晶设备比较复杂，结晶粒子比较细小，操作控制 也比较困难，消耗动力较多，若采用自动控制，将会得 到广泛推广。
13.1.2 刮板式蒸发器
刮板式蒸发器是通 过旋转的刮板使液 料形成液膜的蒸发 设备，蒸发器的结 构如图13-7所示。 它是由转动轴、物 料分配盘、刮板、 轴承、轴封、蒸发 室和夹套加热室等 部分构成。
图13-7 刮板式真空蒸发器
13.1.3 离心式薄膜蒸发器
这种设备是利用旋转的离心盘所产生的离心力对溶液的周边 分布作用而形成薄膜，设备的结构如图13-8所示。
13.1.1 管式薄膜蒸发器
图13-5 降膜蒸发器 (a) 加热器与分离器并联 (b) 加热器与分离器串联 (c) 分配头( 板 )详图 1-加热器 2-汽液分离器 3-料液分配头 ( 板 ) 4-管板 5-换热管 A-原料入口 B-二次蒸汽出口 C-浓缩液出口 D-加热蒸汽入口 E-冷凝液出口 F-水蒸气出口
13.2.1 结晶设备的类型和特点
结晶设备可改变溶液浓度的方法分为浓缩结晶设备、冷却结 晶设备和其他结晶设备。 浓缩结晶设备是采用蒸发溶剂，使浓缩溶液进入过饱和区起 晶(自然起晶或晶种起晶)，并不断蒸发，以维持溶液在一定 的过饱和度进行育晶。结晶过程与蒸发过程同时进行，故一 般称为煮晶设备。 冷却结晶设备是采用降温来使溶液进入过饱和区结晶(自然 起晶或晶种起晶)，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。结晶前先将溶液升温浓缩。 等电点结晶设备的形式与冷却结晶设备较相似，区别在于等 电点结晶时溶液比较稀薄；要使晶种悬浮，搅拌要求比较激 烈；同时要选用耐腐蚀材料，以防加酸调整pH的腐蚀作用； 传热面多采用冷却排管。
图13-10 长槽搅拌式连续 结晶器 1—槽；2—水槽；3—搅拌 器； 4，5—接管；6，7—冷却水 进口、出口
13.2.3 真空煮晶锅
对于结晶速度比较快，容易自然起晶，且要求结晶晶体较 大的产品，多采用真空煮晶锅进行煮晶。
煮晶锅的结构比较简单，是一个带搅拌的夹套加热真空蒸 发罐，如图13-11所示，整个设备可分为加热蒸发室、加 热夹套、汽液分离器、搅拌器等4部分。煮晶锅凡与产品 有接触的部分均应采用不锈钢制成，以保证产品质量。
第十三章 蒸发与结晶设备
13.1.1 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；按液体的流动方向可 分为：升膜式、降膜式、 升降膜式等。 1、升膜式蒸发器 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 。设备的基本结构如图 13-1所示。
13.1.1 管式薄膜蒸发器
升降膜蒸发器具有如下的特点： ① 符合物料的要求，初进入蒸发器，物料浓度较低，物 料蒸发内阻较小，蒸发速度较快，容易达到升膜的要求。 物料经初步浓缩，浓度较大，但溶液在降膜式蒸发中受重 力作用还能沿管壁均匀分布形成膜状。 ② 经升膜蒸发后的汽液混合物，进入降膜蒸发，有利于 降膜的液体均匀分布，同时也加速物料的湍流和搅动，以 进一步提高降膜蒸发的传热系数。 ③ 用升膜来控制降膜的进料分配，有利于操作控制。 ④ 将两个浓缩过程串联，可以提高产品的浓缩比，减低 设备高度。
13.2.3 真空煮晶锅
图13-11 真空煮晶锅 1—二次蒸汽排出管；2—汽液分离器； 3—清洗孔；4—视镜；5—吸液孔； 6—人孔；7—压力表孔；8—蒸汽进口管 ； 9—一锚式揽拌器； 10—排料阀； 11—轴封填料箱；12—搅拌轴
13.2.4 真空式结晶器
真空结晶器的操作原理是，把热溶液送入密封而且绝热的 容器中，在器内维持较高的真空度，使溶液的沸点低于进 液温度，于是此热溶液闪蒸，直到绝热降温到与器内压强 相对应的饱和温度为止。因此，这类结晶器既有冷却降温 作用，又有浓缩作用。 溶剂蒸发所消耗的汽化潜热由溶液降温释放出的显热及溶 质的结晶热所平衡。在这类结晶器里，溶液受冷却而无需 与冷却面接触，溶液被蒸发而不需设置换热面，避免了器 内产生大量晶垢的缺点。 图13-12所示的是一具有中央循环管和挡板的连续式真空 结晶器。
图13-3 管式升膜蒸发器
13.1.1 管式薄膜蒸发器
套管式升膜蒸发器如 图13-4所示。该蒸发 器用于低温浓缩链霉 素溶液，效果较好， 能自然循环，操作方 便。
图13-4 套管式升膜蒸发器
13.1.1 管式薄膜蒸发器
2、降膜式蒸发器 降膜蒸发器的结构与升膜蒸发器大致相同,如图13-5所示。 降膜蒸发器可用于浓度和粘度大的溶液。由于液体在蒸发器 中停留时间较升膜式蒸发器为短，故更适应热敏性溶液的蒸 发。
13.2.2冷却搅拌结晶器
冷却搅拌结晶设备比较简单，对于产量较小，结晶 周期较短的，多采用立式结晶箱。对于产量较大， 周期比较长的，多采用卧式结晶箱。设备应具有:冷 却装置，如冷却排管或冷却夹套；促使晶核悬浮和 溶液浓度一致，使结晶均匀的搅拌装置。
1、立式结晶器 这种结晶器如图13-9所示，为一具有平盖和圆锥形 底的筒形锅，锅内装有水夹套或蛇管。
图源自文库3-1 升膜式蒸发器 1—加热室；2—汽液分离器
13.1.1 管式薄膜蒸发器
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。液膜的形成过程如图13-2所示。
图13-2 加热管内液膜形成过程示意图
13.1.1 管式薄膜蒸发器
升膜式蒸发器的结构 如图13-3所示。是由 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。
13.2.4 真空式结晶器
图13-12 具有中央循环管和挡板的 真空式结晶器
思考题
1 2 3 4 蒸发器有哪些基本部件组成？各有什么作用？ 列举几种典型蒸发器，并说明其结构特点？ 结晶有几种方法？各有什么特点？ 真空结晶器的工作原理是什么？有什么优点？
13.1.4 蒸发器的选型
蒸发器的类型很多，选择时应考虑以下原则：① 满足 生产工艺要求，保证产品质量；② 生产能力大；③ 构 造简单，操作维修方便；④ 经济上，蒸发单位重量的 溶剂所需要加热的蒸汽量，其消耗的动力越小越好。 实际选型时，要考虑溶液增浓过程中溶液性质的变化。 例如是否有结晶生成，传热面上是否易生污垢，是否起 泡沫，以及粘度、热敏性及腐蚀等方面的问题。为此， 蒸发过程中有结晶析出的及易生成污垢的，宜采用循环 速度高的蒸发器；粘度大及流动性差的，宜采用强制循 环或刮板式蒸发器；若为热敏性，应缩短操作时间采用 膜式蒸发器。