第十章蒸发和结晶设备.

第十章蒸发和结晶设备

2017-06-25

生物工程设备

第十章

蒸发和结晶设备

蒸发和结晶设备

10.1 10.2

蒸发设备结晶设备

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蒸发过程的特点是：

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① 蒸发是一种分离过程，可使溶液中的溶质与溶剂得

到部分分离，但溶剂与溶质分离是靠热源传递热量使溶液沸腾汽化。② 被蒸发的物料是由挥发性溶剂和不挥发性溶质组成的溶液。

③ 溶剂的汽化要吸收能量，热源耗量很大。如何充分

利用能量和降低能耗，是蒸发操作的一个十分重要的课题。④ 由于被蒸发溶液的种类和性质不同，蒸发过程所需

的设备和操作方式也随之有很大的差异。

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10.1.1 管式薄膜蒸发器

1．升膜式蒸发器

升膜式蒸发器如图10-1所示，是由很长的加热管束所组

成，管束装在外壳中，实际上就是一台立式固定管板换热器。它适用于蒸发量较大及有热敏性和易生泡沫的溶液，其黏度不大于50mPa・s；而不适用于有结晶析出或易结垢的物料。在加热器中，加热蒸汽在管外，物料由蒸发器底部进入

加热管，受热沸腾迅速汽化。

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图10-1 升膜式蒸发器

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为了有效地形成升膜，上升的二次蒸汽速度必须维持高速。常压下加热管出口处的二次蒸汽速度一般为20～50m/s，减压下可达100～160m/s。对于加热管子的直径、长度选择要适当。管径不宜过大，

一般为25～80mm，管长与管径的比值一般为L/B=100～500，

这样才能使加热面供应足够成膜的气速。事实上由于蒸汽流量和流速随加热管上升而增加，因此管径越大，则管子需要

越长。

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2．降膜式蒸发器降膜式蒸发器的加热室可以是单根套管，或由管束及外壳组成，如图10-2所示。在降膜式蒸发器中，原料液是由加热室顶部加入，在重力作用下沿管内壁成膜状下降，到加热室底部成为被浓缩的产品。图10-3所示为三种较常用的型式，图10-3（a）的导流管为一有螺旋形沟槽的圆柱体；图10-3 （b）的导流棒下部是圆锥体，此圆锥体的底面向内凹，以免沿锥体斜面流下的液体再向中央聚集；图10-3（c）所示的分布器是靠齿缝使液体沿加热管内壁成膜状流下；图10-3（d）所示，为旋液式分布装置，用于强制循环降膜蒸发器中，料液用泵打入分布装置，因为料液由切线方向进入加热管内。

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图10-2 降膜式蒸发器

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图10-3 降膜蒸发器的各种分配器（a）螺旋导流管（b）导流棒（c）齿形溢流口（d）切线进料旋流器

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3．升-降膜式蒸发器将升膜蒸发器和降膜蒸发器装在一个外壳中，就成为升 -降膜蒸发器，如图10-4所示。料液先经升膜管再经降膜管，汽液混合物进

入汽液分离器中进行分离。在上升途中生成的蒸汽不仅能帮助降膜途中的液体再分配，而且能加速与搅动下降的液膜。下降后的汽液混合物进入外设的离心分离器中进行分离。这种蒸发器常用于溶液在浓缩过程中黏度变化大，或者厂房高度有一定限制的情况。

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1－预热室；

2－升膜加热室；

3－降膜加热室； 4－分离室 5－凝液排出口图10-4 升-降膜式蒸发器

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10.1.2 刮板式薄膜蒸发器

刮板式薄膜蒸发器的结构图如10-5所示，加热管为一粗圆管，中下部外侧为加热蒸汽夹套，内部装有可旋转的搅拌刮片，刮片端部与加热管内壁的间隙固定为0.75～

1.5mm。料液由蒸发器上部的进料口沿切线方向进入器内，

被刮片带动旋转，在加热管内壁上形成旋转下降的液膜，在此过程中溶液被蒸发浓缩，浓缩液由底部排出，二次蒸

汽上升至顶部经分离进入冷凝器。

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刮板式薄膜蒸发器的优点是，依靠外力强制溶液成膜下流，溶液停留时间短，适合于处理高粘度、易结晶或容易结垢的物料；如设计得当，有时可直接获得固体产品。缺点是，结构较复杂，制造安装要求高，动力消耗大，但传热面积却不大（一般只3～4m?，最大约20 m?），因而处理量较小。

图10-5 刮板式薄膜蒸发器

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10.1.3 离心式薄膜蒸发器

离心式薄膜蒸发器的结构见图10-6所示。离心式薄膜蒸发器是一种具有旋转的空心碟片的蒸发器，料液在碟片上形成0.1～1mm厚的薄膜，由于离心力作用，加热时间仅1min左右。物料经过过滤器，进入可维持一定液面的贮槽，由螺杆泵将料液输送至蒸发器，由喷嘴将料液喷在离心盘背面，并在离心力的作用下使其形成薄膜。离心转鼓的夹层内，通入加热蒸汽。浓缩液在通过膨胀式冷却器时，冷却为成品，由浓缩液泵排出。二次蒸汽经板式冷凝器冷凝，再经真空泵排出。

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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－浓缩液通道；16－离心转

图10-6 离心薄膜蒸发器结构图

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10.1.4 循环式蒸发器

1．中央循环管式蒸发器

如图10-7所示，中央循环管式蒸发器下部加热室相当于垂直安装的固定管板式列管换热器，但其中心管直径远大于

其余管子的直径，称为中央循环管，其周围的加热管称为沸

腾管，管内溶液受热沸腾大量汽化，形成汽液混合物并随气泡向上运动。中央循环管的截面积约为沸腾管总

截面积的 40%～100%，此处对单位体积溶液的传热面积比沸腾管小得多。

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1－外壳； 2－加热室； 3－中央循环管； 4－蒸发室

图10-7 中央循环管式蒸发器

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2．强制循环式蒸发器

如图10-8所示为强制循环式蒸发器的结构图，在循环管

下部设置一个循环泵，通过外加机械能迫使溶液以较高的速度（一般可达

1.5～5.0m/s）沿一定方向循环流动。溶液的循环速度可以通过调节泵的流量来控制。显然，由此带来的问题是这类蒸发器的动力消耗大，每m?传热面积消耗功率为

0.4～0.8kw。这种蒸发器宜于处理高黏度、易结垢或有结晶

析出的溶液。

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1－加热管； 2－循环泵； 3－循环管； 4－蒸发室； 5－除沫器；图10-8 强制循环式蒸发器