蒸發(fā)與結(jié)晶設(shè)備

蒸發(fā)與結(jié)晶設(shè)備第1頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月一、蒸發(fā)概述1、蒸發(fā)操作的目的（1）獲得濃縮的溶液直接作為化工產(chǎn)品或半成品。（2）濃縮溶液至飽和狀態(tài)，用于結(jié)晶操作以獲得固體溶質(zhì)。（3）除雜質(zhì)，獲得純凈的溶劑。第2頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月2、分類（1）按蒸發(fā)操作壓力分為：常壓，加壓，或者減壓（真空）蒸發(fā)。（2）按二次蒸汽利用情況分為：單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)。第3頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月單效蒸發(fā)：將所產(chǎn)生的二次蒸汽不再利用，而直接送冷凝器冷凝以除去的蒸發(fā)操作產(chǎn)生的蒸汽。多效蒸發(fā)：將多個蒸發(fā)器串聯(lián)，將產(chǎn)生的二次蒸汽通到另一壓力較低的蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，使加熱蒸汽在蒸發(fā)過程中得到多次利用的蒸發(fā)過程稱為多效蒸發(fā)。第4頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月3、多效蒸發(fā)流程并流：溶液與蒸汽的流向相同，稱并流。逆流：溶液與蒸汽的流向相反，稱逆流。錯流：溶液與蒸汽在有些效間成并流，而在有些效間成逆流。平流：每一效都加入原料液的方法。第5頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月并流流程逆流流程第6頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月二、蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備中包括蒸發(fā)器和輔助設(shè)備。（一）蒸發(fā)器按照溶液在加熱室中的運(yùn)動的情況，可將蒸發(fā)器分為循環(huán)型和單程型（不循環(huán)）兩類。1、循環(huán)型蒸發(fā)器特點：溶液在蒸發(fā)器中循環(huán)流動，因而可以提高傳熱效果；操作穩(wěn)定。第7頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月1、循環(huán)型蒸發(fā)器根據(jù)引起循環(huán)運(yùn)動的原因不同，可分為自然循環(huán)型和強(qiáng)制循環(huán)型兩類。（1）中央循環(huán)管式（垂直短管式）結(jié)構(gòu)：如圖所示。第8頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月1、循環(huán)型蒸發(fā)器工作原理：中央粗管內(nèi)溶液受熱慢，密度大，下行；周圍細(xì)管內(nèi)溶液受熱快，密度小，上行；循環(huán)流動的速度可達(dá)0.1～0.5m/s。第9頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）外熱式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)：如圖所示。其主要特點是采用了長加熱管（管長與直徑之比50～100），且液體下降管（又稱循環(huán)管）不再受熱。優(yōu)點：循環(huán)速度較大（可達(dá)1.5m/s）；加熱室便于清洗和更換。第10頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點：循環(huán)速度大（2～3.5m/s），；可用于蒸發(fā)粘度大，易結(jié)晶結(jié)垢的物料；傳熱系數(shù)較大。缺點：能耗大。（3）強(qiáng)制循環(huán)式蒸發(fā)器第11頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月2、單程型蒸發(fā)器——特點：溶液以液膜的形式一次通過加熱室，不進(jìn)行循環(huán)。——優(yōu)點：溶液停留時間短，故特別適用于熱敏性物料的蒸發(fā)；溫度差損失較小，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大?！秉c：設(shè)計或操作不當(dāng)時不易成膜，熱流量將明顯下降；不適用于易結(jié)晶、結(jié)垢物料的蒸發(fā)。第12頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月形成的液膜與蒸汽流的方向相同，由下而上的并流上升。適用于蒸發(fā)量大（較稀的溶液），熱敏性及易起泡的溶液；不適用于較濃溶液、高粘度、易結(jié)晶、結(jié)垢的溶液。（1）升膜式蒸發(fā)器第13頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）降膜式蒸發(fā)器形成的液膜與蒸汽流的方向相同，由上而下的并流下降。由蒸發(fā)器、分離器、液體分布器組成。適用于濃度較高，粘度較大的物料；不適用于易結(jié)晶的物料。第14頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）刮板式薄膜蒸發(fā)器①結(jié)構(gòu)如圖所示。②工作原理：料液自頂部進(jìn)入蒸發(fā)器后，在刮板的攪動下分布于加熱管壁，并呈模式旋轉(zhuǎn)向下流動。二次蒸汽從上端抽出并加以冷凝，濃縮液由蒸發(fā)器底部放出。③缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造要求高，加熱面不大，且需要消耗一定的動力。④應(yīng)用：適應(yīng)高粘度，易結(jié)晶、結(jié)垢的濃溶液蒸發(fā)。第15頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月3、二效升降膜式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)：主要由升膜蒸發(fā)器、降膜蒸發(fā)器、分離器及高位計量罐、預(yù)熱器等組成。應(yīng)用：可用于多泡沫性料液的濃縮。第16頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）輔助設(shè)備蒸發(fā)輔助設(shè)備有除沫器、冷凝器、輸水器、真空泵等。1、除沫器（1）作用進(jìn)一步除去離開蒸發(fā)器的二次蒸氣中夾帶的液沫，避免造成產(chǎn)品損失、污染冷凝液和堵塞管道。第17頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）類型常用的除沫器有兩類：①蒸發(fā)器內(nèi)除沫器：直接安裝在蒸發(fā)器頂部。由于結(jié)構(gòu)形式不同而有折流板式、球形、離心式、絲網(wǎng)除沫器四種。②蒸發(fā)器外除沫器：安裝在蒸發(fā)器的外部。其形式有：隔板式除沫器、旋風(fēng)式除沫器。第18頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第2節(jié)結(jié)晶設(shè)備第19頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月一、結(jié)晶的過程和基本原理1、結(jié)晶的過程溶質(zhì)從溶液中結(jié)晶出來，要經(jīng)歷兩個步驟：晶核形成：首先要產(chǎn)生微觀的晶粒作為結(jié)晶的核心，這個核心稱為晶核。晶體成長：晶核形成后，晶核長大，成為宏觀的晶體，這個過程稱為晶體成長。第20頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月2、結(jié)晶的動力成核過程和晶體成長過程，都以溶液的過飽和度作為推動力。3、成核形式成核可分為三種形式：初級均相成核、初級非均相成核及二次成核。二次成核：在溶液中含被結(jié)晶物質(zhì)晶體的條件下出現(xiàn)的成核。二次成核主要是接觸成核，在工業(yè)結(jié)晶器中的成核大都屬于接觸成核。第21頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月4、工業(yè)結(jié)晶方法（1）不移除溶劑的結(jié)晶法亦稱冷卻結(jié)晶法。適用于溶解度隨溫度降低而顯著下降的物系。（2）移除部分溶劑的結(jié)晶法又分為蒸發(fā)結(jié)晶法和真空冷卻結(jié)晶法。適用于溶解度隨溫度變化不大的物系。第22頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）鹽析結(jié)晶法（改變?nèi)苜|(zhì)溶解度結(jié)晶法）是通過物系中加入某些物質(zhì)達(dá)到降低溶質(zhì)溶解度的目的，從而使溶質(zhì)結(jié)晶析出的方法。第23頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月二、常用結(jié)晶設(shè)備（一）不移除溶劑的結(jié)晶器——冷卻式結(jié)晶器1、攪拌式結(jié)晶器在敞槽或結(jié)晶釜中安裝攪拌器，使結(jié)晶器內(nèi)溫度比較均勻，晶體雖小但粒度較均勻，可縮短冷卻周期，提高生產(chǎn)能力。按照料液循環(huán)形式分為內(nèi)循環(huán)式和外循環(huán)式。第24頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月1-電動機(jī)；2-進(jìn)料口；3-冷卻夾套；4-擋板；5-減速器；6-攪拌軸；7-攪拌器第25頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月2、長槽攪拌式連續(xù)結(jié)晶器（1）結(jié)構(gòu)主體是一敞口或閉式的長槽，底部半圓形。槽外裝有水夾套，槽內(nèi)則裝有長螺距低速螺帶攪拌器。全槽常由2～3個單元組成。第26頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月1—結(jié)晶槽；2—水槽（冷卻水夾套）3—攪拌器；4，5—接管第27頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）工作原理熱而濃的溶液由結(jié)晶器的一端進(jìn)入，并沿槽流動，夾套中的冷卻水與之作逆流流動。由于冷卻作用，若控制得當(dāng)，溶液在進(jìn)口處附近即開始產(chǎn)生晶核，這些晶核隨著溶液流動而成長為晶體，最后由槽的另一端流出。第28頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）特點結(jié)構(gòu)較簡單，節(jié)省地面和材料，可以連續(xù)操作，生產(chǎn)能力大，體力勞動少；產(chǎn)生的晶體粒度均勻，大小可調(diào)節(jié)。適用于葡萄糖、谷氨酸鈉等衛(wèi)生條件較高、產(chǎn)量較大的結(jié)晶。第29頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月3、直接接觸冷卻結(jié)晶器（1）特點：冷卻劑與晶漿直接接觸，避免冷卻表面結(jié)垢及結(jié)垢導(dǎo)致的換熱器效率下降。（2）常用的冷卻介質(zhì)：惰性的液態(tài)烴類，如乙烯、氟里昂等。（3）類型：釜式、回轉(zhuǎn)式、濕壁塔式第30頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）回轉(zhuǎn)式直接接觸冷卻結(jié)晶器①結(jié)構(gòu)：如圖所示。它的主體是一回轉(zhuǎn)圓筒，略呈傾斜，筒內(nèi)裝有擋板。其他部件有電動機(jī)、減速器、風(fēng)機(jī)、連續(xù)離心機(jī)、排氣筒等。②工作原理：待結(jié)晶的溶液與冷空氣在筒內(nèi)逆向流過，在筒內(nèi)擋板作用下升舉并淋灑于冷空氣中，以擴(kuò)展冷卻表面，從而降溫結(jié)晶，冷卻后的晶漿在離心機(jī)作用下分離出晶體。第31頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）移除部分溶劑的結(jié)晶器1、真空冷卻結(jié)晶器（1）工作原理真空冷卻結(jié)晶器是將熱的飽和溶液加入一與外界絕熱的結(jié)晶器中，由于器內(nèi)維持高真空，故其內(nèi)部滯留的溶液的沸點低于加入溶液的溫度。這樣，當(dāng)溶液進(jìn)入結(jié)晶器后，經(jīng)絕熱閃蒸過程冷卻到與器內(nèi)壓力相對應(yīng)的平衡溫度。第33頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2