生物工程学Ch课件

1、生物工程学Ch第十一章第十一章 蒸发与结晶设备蒸发与结晶设备生物工程学Ch教学目的与要求教学目的与要求：了解蒸发和结晶的原理，掌握常用的蒸发和结晶设备。重点与难点重点与难点：蒸发设备的类型、结晶的方法和设备。 生物工程学Ch讲授内容：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生物工程学Ch思考题：1.概念:蒸发、结晶、溶解度曲线、过饱和蒸发、结晶、溶解度曲线、过饱和溶液曲线溶液曲线、2.升膜蒸发器形成爬膜的必要条件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.晶体起晶的方法晶体起晶的方

2、法？ 生物工程学Ch第一节 蒸发设备蒸发：将稀溶液加热沸腾，使溶剂汽化，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。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。 生物工程学Ch浓缩设备浓缩设备生物工程学Ch常压蒸发设备常压蒸发设备：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生物工程学Ch 夹套加热式麦芽汁煮沸锅夹套加热式麦芽汁煮沸锅 1人孔 2杠

3、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每立方米麦芽汁需要0.61.2m2加热面积加热面积生物工程学Ch 内置加热器式麦汁煮沸锅内置加热器式麦汁煮沸锅底部凸出内置加热器底部凸出内置加热器 中部内置加热器中部内置加热器生物工程学Ch真空蒸发设备真空蒸发设备： 溶液在真空条件下蒸发汽化，称为真空蒸发。蒸发温度降低。 对热敏性物料受热变化与加热温度和受热时间有关，采用薄膜蒸发器。蒸发时间短，一般几秒几十秒。真空蒸发的优

4、点真空蒸发的优点： 沸腾温度降低，减少物料高温带来的质变。 提高传热的温差，增加传热强度。 可采用双效或多效蒸发器，提高蒸汽利用 热损失减少。生物工程学Ch1.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生物工业常用的薄膜蒸发器生物工程学Ch管式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

5、 一个加热器装二组加热管先升膜操作，再降膜操作生物工程学Ch 适合于适合于起泡性强，黏度小的热敏性液起泡性强，黏度小的热敏性液体的浓缩体的浓缩，不适合于易产生积垢或浓缩后不适合于易产生积垢或浓缩后有结晶析出的液体的浓缩。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。生物工程学Ch升膜式管式薄膜蒸发器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加热管内液面高度1/41/5管长与直径的比值管长与直径的比值100500管径在管径在2580mm 不易过大不易过大不适

6、合：不适合： 黏度大于黏度大于0.05Pa.s易结垢、或有结晶析易结垢、或有结晶析出的物料出的物料生物工程学Ch 形成爬膜的动力：形成爬膜的动力：产生的二次蒸汽的拖产生的二次蒸汽的拖动力，需要克服液体的重力，所以二次蒸动力，需要克服液体的重力，所以二次蒸汽速度要高。汽速度要高。爬膜的形成过程爬膜的形成过程：升膜蒸发器正常操作的关键：形成爬膜。升膜蒸发器正常操作的关键：形成爬膜。生物工程学Ch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/

7、s生物工程学Ch采用套管式采用套管式 外管外管1173mm 内管内管893mm 高度高度1.4m即可即可加热管管径为加热管管径为2580mm，高径比高径比H/D为为100150为降低长度需增加加热面积生物工程学Ch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：液体如何分配均匀生物工程学Ch常用的分配器常用的分配器1.齿型溢流口齿型溢流口 2.导流棒导流棒3.旋液导流器旋液导流器 （螺纹导流管，切线进料旋流器）（螺纹导流管，切线进料旋流器）4.分配筛板分

8、配筛板1 2 3 3生物工程学Ch这三种薄膜蒸发器，以降膜蒸发器应用最这三种薄膜蒸发器，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。蒸汽与蒸发温度可降到最小。 应用最多的是应用最多的是25效降膜蒸发器，最效降膜蒸发器，最低能耗蒸发低能耗蒸发1kg水需加热蒸汽水需加热蒸汽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。生物工程学Ch升降膜蒸发器升降膜蒸发器 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二次蒸汽出口外加热蒸发器生物工

9、程学Ch最低能耗0.44kg生物工程学Ch第二节 结晶设备介绍几个概念：结晶结晶：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。生物工程学Ch结晶原理结晶原理 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

10、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。 以柠檬酸结晶为例生物工程学Ch -曲线曲线 饱和溶液曲线饱和溶液曲线- 过饱和溶液曲线过饱和溶液曲线浓缩浓缩折点折点36.61个结晶水个结晶水-曲线下方：不饱和溶液区曲线下方：不饱和溶液区-曲线上方：不稳定区曲线上方：不稳定区 两曲线中间为：介稳定区两曲线中间为：介稳定区区内接近区内接近-曲线：曲线：刺激起晶区刺激起晶区接近接近-曲线曲线 育晶区育晶区73%81%生物工程学Ch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

11、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。生物工程学Ch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/m31oFccdcKKdtrHr式中：晶体生长的速度m/（m2.s）生物工程学Ch起晶的方法：1.自然起晶自然起晶 很少采用很少采用2.刺激起晶刺激起晶 柠檬酸结晶柠檬酸结晶3.晶种起晶晶种起晶 味精味精 生物工程学Ch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

12、、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：生物工程学Ch制糖结晶锅生物工程学Ch外加热结晶锅生物工程学Ch立式结晶箱立式结晶箱 1电机电机 2减速器减速器 3.搅拌轴搅拌轴 4.进料口进料口 5.冷却蛇管冷却蛇管 6.框式搅拌器框式搅拌器 7.出料口出料口 转速转速8r/min生物工程学Ch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 ，具有一定的倾角生物工程学Ch总体积总体积3.5，圆筒直径，圆筒直径1.27m，长，

13、长2.8m,开口弦长开口弦长0.634m生物工程学Ch生物工程学Ch真空煮晶锅真空煮晶锅 1.二次蒸汽排出口二次蒸汽排出口 2. 汽液分离器汽液分离器 3 清洗孔清洗孔 4.视镜视镜 5 吸液管吸液管 6.人孔人孔 7.压力表孔压力表孔 8.蒸汽进口管蒸汽进口管 9.锚式搅拌器锚式搅拌器 10.排料阀排料阀 1l.轴封填料箱轴封填料箱 12搅拌轴搅拌轴二次蒸汽升汽管速度二次蒸汽升汽管速度815m/s或锅内二次蒸汽速度或锅内二次蒸汽速度13m/s底有半球型、碟型、锥型底有半球型、碟型、锥型密封要求严格（真空）密封要求严格（真空） 半球型底半球型底H/D=23生物工程学Ch设备计算：1.物料恒算：总物料 m1= m2+ m3+ m4m1m4 :原料溶液、母液、晶体、 蒸发溶剂量kgm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