蒸发与结晶设备

蒸发与结晶设备第一页，共三十六页，编辑于2023年，星期三一、蒸发概述1、蒸发操作的目的（1）获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。（2）浓缩溶液至饱和状态，用于结晶操作以获得固体溶质。（3）除杂质，获得纯净的溶剂。第二页，共三十六页，编辑于2023年，星期三2、分类（1）按蒸发操作压力分为：常压，加压，或者减压（真空）蒸发。（2）按二次蒸汽利用情况分为：单效蒸发和多效蒸发。第三页，共三十六页，编辑于2023年，星期三单效蒸发：将所产生的二次蒸汽不再利用，而直接送冷凝器冷凝以除去的蒸发操作产生的蒸汽。多效蒸发：将多个蒸发器串联，将产生的二次蒸汽通到另一压力较低的蒸发器作为加热蒸汽，使加热蒸汽在蒸发过程中得到多次利用的蒸发过程称为多效蒸发。第四页，共三十六页，编辑于2023年，星期三3、多效蒸发流程并流：溶液与蒸汽的流向相同，称并流。逆流：溶液与蒸汽的流向相反，称逆流。错流：溶液与蒸汽在有些效间成并流，而在有些效间成逆流。平流：每一效都加入原料液的方法。第五页，共三十六页，编辑于2023年，星期三并流流程逆流流程第六页，共三十六页，编辑于2023年，星期三二、蒸发设备蒸发设备中包括蒸发器和辅助设备。（一）蒸发器按照溶液在加热室中的运动的情况，可将蒸发器分为循环型和单程型（不循环）两类。1、循环型蒸发器特点：溶液在蒸发器中循环流动，因而可以提高传热效果；操作稳定。第七页，共三十六页，编辑于2023年，星期三1、循环型蒸发器根据引起循环运动的原因不同，可分为自然循环型和强制循环型两类。（1）中央循环管式（垂直短管式）结构：如图所示。第八页，共三十六页，编辑于2023年，星期三1、循环型蒸发器工作原理：中央粗管内溶液受热慢，密度大，下行；周围细管内溶液受热快，密度小，上行；循环流动的速度可达0.1～0.5m/s。第九页，共三十六页，编辑于2023年，星期三（2）外热式蒸发器结构：如图所示。其主要特点是采用了长加热管（管长与直径之比50～100），且液体下降管（又称循环管）不再受热。优点：循环速度较大（可达1.5m/s）；加热室便于清洗和更换。第十页，共三十六页，编辑于2023年，星期三优点：循环速度大（2～3.5m/s），；可用于蒸发粘度大，易结晶结垢的物料；传热系数较大。缺点：能耗大。（3）强制循环式蒸发器第十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期三2、单程型蒸发器——特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。——优点：溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的蒸发；温度差损失较小，表面传热系数较大。——缺点：设计或操作不当时不易成膜，热流量将明显下降；不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。第十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期三形成的液膜与蒸汽流的方向相同，由下而上的并流上升。适用于蒸发量大（较稀的溶液），热敏性及易起泡的溶液；不适用于较浓溶液、高粘度、易结晶、结垢的溶液。（1）升膜式蒸发器第十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期三（2）降膜式蒸发器形成的液膜与蒸汽流的方向相同，由上而下的并流下降。由蒸发器、分离器、液体分布器组成。适用于浓度较高，粘度较大的物料；不适用于易结晶的物料。第十四页，共三十六页，编辑于2023年，星期三（3）刮板式薄膜蒸发器①结构如图所示。②工作原理：料液自顶部进入蒸发器后，在刮板的搅动下分布于加热管壁，并呈模式旋转向下流动。二次蒸汽从上端抽出并加以冷凝，浓缩液由蒸发器底部放出。③缺点：结构复杂，制造要求高，加热面不大，且需要消耗一定的动力。④应用：适应高粘度，易结晶、结垢的浓溶液蒸发。第十五页，共三十六页，编辑于2023年，星期三3、二效升降膜式蒸发器结构：主要由升膜蒸发器、降膜蒸发器、分离器及高位计量罐、预热器等组成。应用：可用于多泡沫性料液的浓缩。第十六页，共三十六页，编辑于2023年，星期三（二）辅助设备蒸发辅助设备有除沫器、冷凝器、输水器、真空泵等。1、除沫器（1）作用进一步除去离开蒸发器的二次蒸气中夹带的液沫，避免造成产品损失、污染冷凝液和堵塞管道。第十七页，共三十六页，编辑于2023年，星期三（2）类型常用的除沫器有两类：①蒸发器内除沫器：直接安装在蒸发器顶部。由于结构形式不同而有折流板式、球形、离心式、丝网除沫器四种。②蒸发器外除沫器：安装在蒸发器的外部。其形式有：隔板式除沫器、旋风式除沫器。第十八页，共三十六页，编辑于2023年，星期三第2节结晶设备第十九页，共三十六页，编辑于2023年，星期三一、结晶的过程和基本原理1、结晶的过程溶质从溶液中结晶出来，要经历两个步骤：晶核形成：首先要产生微观的晶粒作为结晶的核心，这个核心称为晶核。晶体成长：晶核形成后，晶核长大，成为宏观的晶体，这个过程称为晶体成长。第二十页，共三十六页，编辑于2023年，星期三2、结晶的动力成核过程和晶体成长过程，都以溶液的过饱和度作为推动力。3、成核形式成核可分为三种形式：初级均相成核、初级非均相成核及二次成核。二次成核：在溶液中含被结晶物质晶体的条件下出现的成核。二次成核主要是接触成核，在工业结晶器中的成核大都属于接触成核。第二十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期三4、工业结晶方法（1）不移除溶剂的结晶法亦称冷却结晶法。适用于溶解度随温度降低而显著下降的物系。（2）移除部分溶剂的结晶法又分为蒸发结晶法和真空冷却结晶法。适用于溶解度随温度变化不大的物系。第二十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期三（3）盐析结晶法（改变溶质溶解度结晶法）是通过物系中加入某些物质达到降低溶质溶解度的目的，从而使溶质结晶析出的方法。第二十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期三二、常用结晶设备（一）不移除溶剂的结晶器——冷却式结晶器1、搅拌式结晶器在敞槽或结晶釜中安装搅拌器，使结晶器内温度比较均匀，晶体虽小但粒度较均匀，可缩短冷却周期，提高生产能力。按照料液循环形式分为内循环式和外循环式。第二十四页，共三十六页，编辑于2023年，星期三1-电动机；2-进料口；3-冷却夹套；4-挡板；5-减速器；6-搅拌轴；7-搅拌器第二十五页，共三十六页，编辑于2023年，星期三2、长槽搅拌式连续结晶器（1）结构主体是一敞口或闭式的长槽，底部半圆形。槽外装有水夹套，槽内则装有长螺距低速螺带搅拌器。全槽常由2～3个单元组成。第二十六页，共三十六页，编辑于2023年，星期三1—结晶槽；2—水槽（冷却水夹套）3—搅拌器；4，5—接管第二十七页，共三十六页，编辑于2023年，星期三（2）工作原理热而浓的溶液由结晶器的一端进入，并沿槽流动，夹套中的冷却水与之作逆流流动。由于冷却作用，若控制得当，溶液在进口处附近即开始产生晶核，这些晶核随着溶液流动而成长为晶体，最后由槽的另一端流出。第二十八页，共三十六页，编辑于2023年，星期三（3）特点结构较简单，节省地面和材料，可以连续操作，生产能力大，体力劳动少；产生的晶体粒度均匀，大小可调节。适用于葡萄糖、谷氨酸钠等卫生条件较高、产量较大的结晶。第二十九页，共三十六页，编辑于2023年，星期三3、直接接触冷却结晶器（1）特点：冷却剂与晶浆直接接触，避免冷却表面结垢及结垢导致的换热器效率下降。（2）常用的冷却介质：惰性的液态烃类，如乙烯、氟里昂等。（3）类型：釜式、回转式、湿壁塔式第三十页，共三十六页，编辑于2023年，星期三（4）回转式直接接触冷却结晶器①结构：如图所示。它的主体是一回转圆筒，略呈倾斜，筒内装有挡板。其他部件有电动机、减速器、风机、连续离心机、排气筒等。②工作原理：待结晶的溶液与冷空气在筒内逆向流过，在筒内挡板作用下升举并淋洒于冷空气中，以扩展冷却表面，从而降温结晶，冷却后的晶浆在离心机作用下分离出晶体。第三十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期三第三十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期三（二）移除部分溶剂的结晶器1、真空冷却结晶器（1）工作原理真空冷却结晶器是将热的饱和溶液加入一与外界绝热的结晶器中，由于器内维持高真空，故其内部滞留的溶液的沸点低于加入溶液的温度。这样，当溶液进入结晶器后，经绝热闪蒸过程冷却到与器内压力相对应的平衡温度。第三十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期三第三