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第十一章 蒸发与结晶设备,教学目的与要求：了解蒸发和结晶的原理，掌握常用的蒸发和结晶设备。 重点与难点：蒸发设备的类型、结晶的方法和设备。,讲授内容：,第一节 蒸发设备 常压蒸发设备 真空蒸发设备 第二节 结晶设备 结晶原理与方法 结晶设备,思考题： 1.概念:蒸发、结晶、溶解度曲线、过饱和溶液曲线、 2.升膜蒸发器形成爬膜的必要条件。 3.降膜蒸发器的操作关键及常用的分配器 4.晶体起晶的方法？,第一节 蒸发设备,蒸发：将稀溶液加热沸腾，使溶剂汽化，而将溶液浓缩的操作过程。 蒸发操作通常在沸腾状态下进行，沸腾状况下传热系数高， 蒸发速度快。 蒸发的基本要求： 1.供应足够的热量(热源和加热面积)，维持溶液沸腾和溶剂汽化带走 的热量。 2.保证溶剂蒸汽的迅速排除。,浓缩设备,常压蒸发设备：两种,1.夹套加热式麦汁煮沸锅,2.内置加热器式麦汁煮沸锅,底部凸出内置加热器式 中部内置加热器式,夹套加热式麦芽汁煮沸锅 1人孔 2杠杆 3二次蒸汽 4控制阀 5真空防止阀 6减压阀 7温度计 8压力表9视孔 10液位指示剂 11搅拌器 12放料阀 13蒸汽阀 14流体压力计 15减压阀 16内夹套 17外夹套 18不凝气排出管 19支架,每立方米麦芽汁需要0.61.2m2加热面积,内置加热器式麦汁煮沸锅 底部凸出内置加热器 中部内置加热器,1.管式薄膜蒸发器 管内溶液被二次蒸汽拉成薄膜 2.刮板式薄膜蒸发器 刮板刮成薄膜 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。,生物工业常用的薄膜蒸发器,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 管内液膜和二次蒸汽自下向上并流上升 2.降膜式薄膜蒸发器 管内液膜和二次蒸汽自上向下并流下降 3.升降膜式薄膜蒸发器 一个加热器装二组加热管先升膜操作，再降膜操作,适合于起泡性强，黏度小的热敏性液体的浓缩，不适合于易产生积垢或浓缩后有结晶析出的液体的浓缩。,1.升膜式管式薄膜蒸发器,结构：由四部分组成 蒸发加热管、二次蒸汽液沫导管、气液分离器、循环管。,一般单效浓缩可浓缩5倍。,升膜式管式薄膜蒸发器 蒸发加热管 二次蒸汽液沫导管 气液分离器 循环管,加热管内液面高度1/41/5管长与直径的比值100500管径在2580mm 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,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。,爬膜的形成过程：,升膜蒸发器正常操作的关键：形成爬膜。,形成爬膜的必要条件：,足够的传热温差和传热强度；产生的二次蒸汽量和蒸汽速度达到足以带动溶液成膜上升的程度。,加热蒸汽和蒸发温度的温差2035 常压下二次蒸汽的气速达到2050m/s 真空条件下100160m/s,采用套管式 外管1173mm 内管893mm 高度1.4m即可,加热管管径为2580mm，高径比H/D为100150,为降低长度需增加加热面积,料液由加热管的上部进，经分配器分配进入加热管沿管壁向下流。液体的运动靠本身的重力和二次蒸汽的拖带力。下降速度比较快，成膜的二次蒸汽速度比升膜式要低，黏度较高的液体也能成膜。,降膜蒸发器,关键：液体如何分配均匀,常用的分配器,1.齿型溢流口 2.导流棒 3.旋液导流器 （螺纹导流管，切线进料旋流器） 4.分配筛板,1,2,3,3,这三种薄膜蒸发器，以降膜蒸发器应用最为广泛，传热系数大，蒸发速度快，加热蒸汽与蒸发温度可降到最小。 应用最多的是25效降膜蒸发器，最低能耗蒸发1kg水需加热蒸汽0.125kg,升降膜式蒸发器,一个加热管内装两组加热器，一组升膜式 ，另一组降膜式。 先升膜操作，再降膜操作。,升降膜蒸发器 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,二次蒸汽出口,外加热蒸发器,最低能耗0.44kg,第二节 结晶设备,介绍几个概念： 结晶：物质自溶液中成结晶状态析出或从熔融状态受冷成晶体凝结的过程。 溶解度曲线：通过实验给出的各种物质饱和溶解度与温度的关系曲线。 过饱和溶液曲线：通过试验用纯的物质的过饱和溶液测定自然起晶的浓度与温度的关系曲线。,结晶原理 晶体是一种稳定的固体物质，是纯的化学均一性物质。对纯度要求较高的固体产品多采用结晶方法提取获得。 晶体放入溶剂中，晶体会溶解形成溶液，是一个溶解过程。当浓度增加到一定程度，高于饱和溶液浓度，晶体会重新结晶析出，这时结晶速度高于溶解速度。工业生产利用蒸发浓缩或冷却，使溶液浓度高于相同温度下的饱和溶液浓度。使结晶从溶液中析出。 以柠檬酸结晶为例,-曲线 饱和溶液曲线- 过饱和溶液曲线,浓缩,折点36.6,1个结晶水,-曲线下方：不饱和溶液区-曲线上方：不稳定区 两曲线中间为：介稳定区,区内接近-曲线：刺激起晶区 接近-曲线 育晶区,73%,81%,晶体的形成过程：,晶核的形成是由于溶液中的不稳定高能质点，相互碰撞，首先由几个质点相互结合形成晶线，再扩大成晶面，最后结合成晶格，称为晶核，其他质点在晶核上排列，形成晶体。 溶液中质点在晶核上排列是按一定的顺序排列的。,晶体形成的速度：,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 cF 晶核表面排列速度的当量浓度mol/m3,式中：晶体生长的速度m/（m2.s）,起晶的方法：,1.自然起晶 很少采用 2.刺激起晶 柠檬酸结晶 3.晶种起晶 味精,结晶设备：,按操作方式：,浓缩结晶设备 煮晶锅 冷却结晶设备 结晶箱 其他结晶设备 等电点结晶设备,间歇结晶设备 简单、方便 连续结晶设备 复杂、晶体小、不采用,改变溶液浓度方法分：,制糖结晶锅,外加热结晶锅,立式结晶箱 1电机 2减速器 3.搅拌轴 4.进料口 5.冷却蛇管 6.框式搅拌器 7.出料口,转速8r/min,等电点结晶罐 用于味精厂利用调节等电点来降低味精的溶解度，使味精析出。 立式大罐，高径比11.2可增至1.51.8， 可作成锥底或平底 关键是搅拌均匀，转速2836r/min 浆叶直径为罐径的1/31/2 ，具有一定的倾角,总体积3.5，圆筒直径1.27m，长2.8m,开口弦长0.634m,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,二次蒸汽升汽管速度815m/s 或锅内二次蒸汽速度13m/s,底有半球型、碟型、锥型密封要求严格（真空） 半球型底H/D=23,设备计算：,1.物料恒算：,总物料 m1= m2+ m3+ m4,m1m4 :原料溶液、母液、晶体、 蒸发溶剂量kg,m溶质 m11= m22 + m33,1 原料浓度（质量分数）2 母液浓度 （质量分数）3 结晶所含溶质的质