蒸发与结晶设备幻灯片.ppt

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1、蒸发与结晶设备蒸发与结晶设备第1页，共36页，编辑于2022年，星期二一、蒸发概述一、蒸发概述1、蒸发操作的目的、蒸发操作的目的l（1）获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半）获得浓缩的溶液直接作为化工产品或半成品。成品。l（2）浓缩溶液至饱和状态，用于结晶操作以）浓缩溶液至饱和状态，用于结晶操作以获得固体溶质。获得固体溶质。l（3）除杂质，获得纯净的溶剂。）除杂质，获得纯净的溶剂。第2页，共36页，编辑于2022年，星期二2、分类、分类l（1）按蒸发操作压力分为：常压，加压，或者）按蒸发操作压力分为：常压，加压，或者减压（真空）蒸发。减压（真空）蒸发。l（2）按二次蒸汽利用情况分为：单效蒸发）按

2、二次蒸汽利用情况分为：单效蒸发和多效蒸发。和多效蒸发。第3页，共36页，编辑于2022年，星期二l单效蒸发单效蒸发：将所产生的二次蒸汽不再利用，而：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。直接送冷凝器冷凝以除去的蒸发操作产生的蒸汽。l多效蒸发多效蒸发：将多个蒸发器串联，将产生的二次：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，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。过程称为多效蒸发。第4页，共36页，编辑于2022年，星期二3、多效蒸

3、发流程、多效蒸发流程l并流并流：溶液与蒸汽的流向相同，称并流。溶液与蒸汽的流向相同，称并流。l逆流逆流：溶液与蒸汽的流向相反，称逆流。溶液与蒸汽的流向相反，称逆流。l错流错流：溶液与蒸汽在有些效间成并流，而在溶液与蒸汽在有些效间成并流，而在有些效间成逆流。有些效间成逆流。l平流平流：每一效都加入原料液的方法。每一效都加入原料液的方法。第5页，共36页，编辑于2022年，星期二并流流程并流流程逆流流程逆流流程第6页，共36页，编辑于2022年，星期二二、蒸发设备二、蒸发设备l蒸发设备中包括蒸发器和辅助设备。蒸发设备中包括蒸发器和辅助设备。（一）蒸发器（一）蒸发器l按照溶液在加热室中的运动的情况，

4、可将蒸发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。器分为循环型和单程型（不循环）两类。1、循环型蒸发器、循环型蒸发器l特点：溶液在蒸发器中循环流动，因而可以提高特点：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。传热效果；操作稳定。第7页，共36页，编辑于2022年，星期二1、循环型蒸发器、循环型蒸发器l根据引起循环运动根据引起循环运动的原因不同，可分的原因不同，可分为为自然循环型自然循环型和和强强制循环型制循环型两类。两类。（1）中央循环管式中央循环管式（垂直短管式）（垂直短管式）l结构：如图所示。结构：如图所示。第8页，共36页，编辑于2022年

5、，星期二1、循环型蒸发器、循环型蒸发器l工作原理：中央粗管内溶液受热慢，密度大，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行；循环流动的速度可达0.10.5m/s。第9页，共36页，编辑于2022年，星期二（2）外热式蒸发外热式蒸发器器l结构：如图所示。结构：如图所示。其主要特点是采用其主要特点是采用了长加热管（管长了长加热管（管长与直径之比与直径之比50100），且液体下降），且液体下降管（又称循环管）管（又称循环管）不再受热。不再受热。l优点：循环速度较优点：循环速度较大（可达大（可达1.5m/

6、s）；）；加热室便于清洗和更加热室便于清洗和更换。换。第10页，共36页，编辑于2022年，星期二l优点：循环优点：循环速度大（速度大（23.5m/s），；），；可用于蒸发可用于蒸发粘度大，易粘度大，易结晶结垢的结晶结垢的物料；传热物料；传热系数较大。系数较大。l缺点：能耗缺点：能耗大。大。（3）强制循环式蒸发器强制循环式蒸发器第11页，共36页，编辑于2022年，星期二2、单程型蒸发器、单程型蒸发器l特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室，特点：溶液以液膜的形式一次通过加热室，不进行循环。不进行循环。l优点：溶液停留时间短，故特别适用于热优点：溶液停留时间短，故特别适用于热敏性物料的蒸发；温度

7、差损失较小，表面传热敏性物料的蒸发；温度差损失较小，表面传热系数较大。系数较大。l缺点：设计或操作不当时不易成膜，热流量缺点：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。将明显下降；不适用于易结晶、结垢物料的蒸发。第12页，共36页，编辑于2022年，星期二l形成的液膜与蒸汽流形成的液膜与蒸汽流的方向相同，由下而的方向相同，由下而上的并流上升。上的并流上升。l适用于蒸发量大（较稀适用于蒸发量大（较稀的溶液），热敏性及易的溶液），热敏性及易起泡的溶液；不适用于起泡的溶液；不适用于较浓溶液、高粘度、易较浓溶液、高粘度、易结晶、结垢的溶液。结晶、结垢的溶液。（1）升膜

8、式蒸发器升膜式蒸发器第13页，共36页，编辑于2022年，星期二（2）降膜式蒸发器降膜式蒸发器l形成的液膜与蒸汽形成的液膜与蒸汽流的方向相同，由流的方向相同，由上而下的并流下降。上而下的并流下降。l由蒸发器、分离器、由蒸发器、分离器、液体分布器组成。液体分布器组成。l适用于浓度较高，适用于浓度较高，粘度较大的物料；粘度较大的物料；不适用于易结晶的不适用于易结晶的物料。物料。第14页，共36页，编辑于2022年，星期二（3）刮板式薄膜蒸发器）刮板式薄膜蒸发器l 结构如图所示。结构如图所示。l 工作原理：料液自顶部进入蒸工作原理：料液自顶部进入蒸发器后，在刮板的搅动下分布于加发器后，在刮板的搅动下

9、分布于加热管壁，并呈模式旋转向下流动。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，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。浓缩液由蒸发器底部放出。l 缺点：结构复杂，制造要求高，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加热面不大，且需要消耗一定的动力。力。l 应用：适应高粘度，易结晶、应用：适应高粘度，易结晶、结垢的浓溶液蒸发。结垢的浓溶液蒸发。第15页，共36页，编辑于2022年，星期二3、二效升降、二效升降膜式蒸发器膜式蒸发器l结构：主要由升结构：主要由升膜蒸发器、降膜膜蒸发器、降膜蒸发器、分离器蒸发器、分离器及高位计量罐、及高位计量罐、预热

10、器等组成。预热器等组成。l应用：可用于多应用：可用于多泡沫性料液的浓泡沫性料液的浓缩。缩。第16页，共36页，编辑于2022年，星期二（二）辅助设备（二）辅助设备l蒸发辅助设备有除沫器、冷凝器、输水器、蒸发辅助设备有除沫器、冷凝器、输水器、真空泵等。真空泵等。1、除沫器、除沫器（1）作用）作用l进一步除去离开蒸发器的二次蒸气中夹带的液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沫，避免造成产品损失、污染冷凝液和堵塞管道。道。第17页，共36页，编辑于2022年，星期二l（2）类型）类型l常用的除沫器有两类：常用的除沫器有两类：l 蒸发器内除沫器：直接安装在蒸

11、发器顶部。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。式、丝网除沫器四种。l 蒸发器外除沫器：安装在蒸发器的外部。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。其形式有：隔板式除沫器、旋风式除沫器。第18页，共36页，编辑于2022年，星期二第第2节节 结晶设备结晶设备第19页，共36页，编辑于2022年，星期二一、结晶的过程和基本原理一、结晶的过程和基本原理1、结晶的过程、结晶的过程l溶质从溶液中结晶出来，要经历两个步骤：溶质从溶液中结晶出来，要经历两个步骤：l晶核形成晶

12、核形成：首先要产生微观的晶粒作为结晶：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。的核心，这个核心称为晶核。l晶体成长晶体成长：晶核形成后，晶核长大，成为宏：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。观的晶体，这个过程称为晶体成长。第20页，共36页，编辑于2022年，星期二2、结晶的动力、结晶的动力l成核过程和晶体成长过程，都以溶液的过饱和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。度作为推动力。3、成核形式、成核形式l成核可分为三种形式：初级均相成核、初级非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。均相成核及二次成核。l二次成核：在溶

13、液中含被结晶物质晶体的条件二次成核：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。工业结晶器中的成核大都属于接触成核。第21页，共36页，编辑于2022年，星期二4、工业结晶方法、工业结晶方法（1）不移除溶剂的结晶法）不移除溶剂的结晶法l亦称冷却结晶法。适用于溶解度随温度降低亦称冷却结晶法。适用于溶解度随温度降低而显著下降的物系。而显著下降的物系。（2）移除部分溶剂的结晶法）移除部分溶剂的结晶法l又分为蒸发结晶法和真空冷却结晶法。适用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

14、物系。于溶解度随温度变化不大的物系。第22页，共36页，编辑于2022年，星期二（3）盐析结晶法（改变溶质溶解度结晶法）盐析结晶法（改变溶质溶解度结晶法）l是通过物系中加入某些物质达到降低溶质溶解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。度的目的，从而使溶质结晶析出的方法。第23页，共36页，编辑于2022年，星期二二、常用结晶设备二、常用结晶设备（一）不移除溶剂的结晶器（一）不移除溶剂的结晶器冷却式冷却式结晶器结晶器1、搅拌式结晶器、搅拌式结晶器l在敞槽或结晶釜中安装搅拌器，使结晶器内温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

15、，可缩短度比较均匀，晶体虽小但粒度较均匀，可缩短冷却周期，提高生产能力。冷却周期，提高生产能力。l按照料液循环形式分为按照料液循环形式分为内循环式内循环式和和外循环式外循环式。第24页，共36页，编辑于2022年，星期二1-电动机；电动机；2-进料口；进料口；3-冷冷却夹套；却夹套；4-挡挡板；板；5-减速减速器；器；6-搅拌轴；搅拌轴；7-搅拌器搅拌器第25页，共36页，编辑于2022年，星期二2、长槽搅拌式连续结晶器、长槽搅拌式连续结晶器（1）结构）结构l主体是一敞口或闭式的长槽，底部半圆形。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槽外装有水夹套，槽内则

16、装有长螺距低速螺带搅拌器。全槽常由带搅拌器。全槽常由23个单元组成。个单元组成。第26页，共36页，编辑于2022年，星期二1结晶槽；结晶槽；2水槽（冷却水夹套）水槽（冷却水夹套）3搅拌器；搅拌器；4，5接管接管第27页，共36页，编辑于2022年，星期二（2）工作原理）工作原理l热而浓的溶液由结晶器的一端进入，并沿槽流动，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，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，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，最后由槽这些晶核随着

17、溶液流动而成长为晶体，最后由槽的另一端流出。的另一端流出。第28页，共36页，编辑于2022年，星期二（3）特点）特点l结构较简单，节省地面和材料，可以连续操作，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，生产能力大，体力劳动少；产生的晶体粒度均匀，大小可调节。大小可调节。l适用于葡萄糖、谷氨酸钠等卫生条件较高、产适用于葡萄糖、谷氨酸钠等卫生条件较高、产量较大的结晶。量较大的结晶。第29页，共36页，编辑于2022年，星期二3、直接接触冷却结晶器、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）特点：冷却剂与晶浆直接接触，避免冷却表面结

18、垢及结垢导致的换热器效率下降。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）常用的冷却介质：惰性的液态烃类，如乙烯、氟里昂等。烯、氟里昂等。（3）类型：釜式、回转式、湿壁塔式）类型：釜式、回转式、湿壁塔式第30页，共36页，编辑于2022年，星期二（4）回转式直接接触冷却结晶器）回转式直接接触冷却结晶器l 结构：如图所示。它的主体是一回转圆筒，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、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。减速器、风机、连续离心机、排气筒等。l 工作原理：待结晶的溶液与

19、冷空气在筒工作原理：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晶，冷却后的晶浆在离心机作用下分离出晶体。体。第31页，共36页，编辑于2022年，星期二第32页，共36页，编辑于2022年，星期二（二）移除部分溶剂的结晶器（二）移除部分溶剂的结晶器1、真空冷却结晶器、真空冷却结晶器（1）工作原理）工作原理l真空冷却结晶器是将热的饱和溶液加入一与外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

20、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。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。冷却到与器内压力相对应的平衡温度。第33页，共36页，编辑于2022年，星期二第34页，共36页，编辑于2022年，星期二（2）连续式真空结晶器）连续式真空结晶器l 结构：如图。主要包括蒸发锅、冷凝器、结构：如图。主要包括蒸发锅、冷凝器、循环管、进料循环泵、出料泵、蒸汽喷射泵循环管、进料循环泵、出料泵、蒸汽喷射泵等。等。l 特点特点l优点：构造简单，生产能力大，操作控制优点：构造简单，生产能力大，操作控制较容易。较容易。l缺点：必须使用蒸汽，冷凝耗水量较大，缺点：必须使用蒸汽，冷凝耗水量较大，操作费用和能耗较高。操作费用和能耗较高。第35页，共36页，编辑于2022年，星期二第36页，共36页，编辑于2022年，星期二