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第12章 蒸发与结晶设备 第1节 蒸发设备 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 （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。 （3）强制循环式蒸发器 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。 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。 （1）升膜式蒸发器 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。 （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。 （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。 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。 （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。 （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2节 结晶设备 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。 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。 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。 （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。 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