第十章 蒸发和结晶设备.doc

第十章 蒸发和结晶设备 蒸发（或称浓缩）：将稀溶液通过加热蒸发，使溶剂汽化或将稀溶液通过电渗析、离子交换等办法将溶液提高浓度的过程。蒸发操作用于发酵滤液、树脂洗脱液及各种提取液的浓缩，以有利于下一工序的进行。 结晶：将高浓度的溶液或过饱和溶液缓慢冷却（或蒸发），使溶质慢慢形成晶体析出的过程。 第一节 蒸发设备 蒸发浓缩必须满足的条件 （１）供应足够的热能，以维持溶液的沸腾温度和补充因溶剂汽化所带走的热能， （２）促使溶剂蒸汽迅速排除。 蒸发设备由蒸发器（具有加热界面和蒸发表面）、冷凝器和抽气泵等组成。 溶液的下列特性对选择蒸发有影响： （１）耐热性、（２）结垢性、（３）结晶性、（４）发泡性、（５）腐蚀性、（６）粘滞性 蒸发的类型及减压蒸发的优点 　　蒸发可以在常压、加压或减压下进行。在减压下进行的蒸发称真空蒸发，发酵工业一般采用真空蒸发，它具有以下优点： （１）降低物料的沸腾温度， （２）提高热源与物料间的温度差，加速蒸发过程； （３）为二次蒸汽的利用创造条件，可采用双效、多效真空蒸发； （４）蒸发器损失于外界的热量较小。 一、真空蒸发设备 1.真空蒸发浓缩原理： 溶液在真空状态，较低温度下即沸腾、溶剂汽化。 2.薄膜蒸发： 让溶液在蒸发设备的加热器内以很薄的液层通过，溶液就会很快受热升温，汽化而浓缩，浓缩的溶液迅速离开加热表面。薄膜真空蒸发器具有传热系数大，浓缩效率高的优点，能保持产品原有的质量、风味和颜色，又可处理粘性大和易产生泡沫的溶液。 3.薄膜蒸发器的分类： （１）管式薄膜蒸发器　又分升膜式蒸发器，降膜式蒸发器，升降膜式蒸发器 （２）刮板式薄膜蒸发器 （３）离心薄膜蒸发器 （一）升膜式蒸发浓缩设备 １液膜形成过程 溶液在加热的管子内由下而上运动时，在管壁的液体受热温度升高，密度下降，而管子中心的液体温度变化较小，管内液体产生图a所示的自然对流运动。当温度升到相应沸腾温度时，溶液便开始沸腾，产生蒸汽气泡分散于连续的液相中。由于蒸汽的密度小，故气泡通过液体而上升。当温度不断上升，气泡大量增加，蒸汽气泡互相碰撞，小气泡聚合成较大的气泡于管子中部上升，气泡增大，气体上升的速度则加快，最后形成柱状。当蒸汽所产生的气泡很多，流速很快，蒸汽占据了整个管子中部空间，液体只能分布于管壁，形成环形液膜，液膜上升是靠高速蒸汽对流层的拖带而形成，称为“爬膜”现象。如果液膜上升的速度赶不上溶液蒸发速度，加热管上的液膜将会出现局部被干燥、结疤、结垢、结焦等现象。 溶液在加热管中出现爬膜条件是加热的蒸汽与物料温度要有足够的温度差，使蒸发的蒸汽和蒸汽速度达到足以带动溶液成膜上升。 A．升膜式长管蒸发器　 料液经预热器加热至接近沸点的温度后加入器底。由于器内处于真空状态下，料液又经过预热，因此器底的料液很容易受热汽化，蒸汽在管内以很高的速度上升，并夹带着部分还未汽化的料液以液膜的形式沿着管内壁上升，且边上升边被浓缩。被蒸汽带出的浓缩液在器顶的汽－液分离器中进行分离，二次蒸汽在分离器顶部被引出并在冷凝器中冷凝，浓缩在分离器底部被引入浓缩受槽。　适用于粘度不大于５０厘泊，而易于发泡的料　 B．降膜式蒸发器　 料液由顶部经液体分布装置均匀分布后进入加热管中以液膜状下降。随着液膜的下降，部分料液被汽化，蒸出的二次蒸汽由于管顶有料液封住，所以只能随着液膜往管底排出而在分离器中进行分离。溶液在器内的停留时间短，适合于高热敏或粘度较大的溶液。 降膜式蒸发器的分配器　降膜式蒸发器的效率很大程度上决定于液体分布的好坏。常用的液体分布方法有：１齿形溢流口（图a)，２导流棒（图b)；３旋液导流器（图c　螺纹导流管，图d　切线进料旋流棒）。 C、升降膜式蒸发器 是一种能获得高蒸发速率的蒸发器。稀溶液先经过升膜区的浓缩，进入器顶，进行汽液重新分布后，初步浓缩后粘度较大的溶液再经过降膜区，进一步浓缩，然后引入分离器进行汽－液分离。   二、刮板式蒸发器 刮板式蒸发器是通过旋转的刮板使料液形成液膜　的蒸发设备。料液从进料管以稳定的流量进入随轴旋转的分配盘中，在离心力的作用下，通过盘壁小孔被抛向器壁，受重力作用沿器壁下流，同时被旋转的刮板刮成薄膜，薄膜溶液在加热区受热，蒸发浓缩，同时受重力作用沿器壁下流，瞬间另一块刮板将浓缩料液翻动下推，并更新薄膜，物料不断形成新液膜蒸发浓缩，至液料离开加热室流到蒸发器底部，完成浓缩过程。浓缩过程产生的二次蒸汽可与浓缩液并流进入汽液分离器排除。由于采用刮板成膜、翻膜，且物料不断被搅动，更新加热表面和蒸发表面，传热系数高。适用于浓缩高粘度物料或含有悬浮颗粒的液料。 三、离心式薄膜蒸发器 利用旋转的离心盘所产生的离心力对溶液的周边分布作用而形成薄膜。杯形的离心转鼓内部叠放着几组梯形离心碟片，每组离心碟片由两片不同锥