蒸发和结晶设备

特点： 1.符合物料要求。稀，蒸发内阻力小
，易达到升膜的要求，初步浓缩， 浓度较大，在降膜管道成膜效果好 2.用升膜来控制降膜的进料分配，有 利于操作控制。 3.可以提高产品浓缩比，减低设备高度。
二. 刮板式薄膜蒸发器
1.结构：▪ （１）管式薄膜蒸发器（液膜在管壁上形成）
又分升膜式、 降膜式、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）升膜式蒸发器 指蒸发器中形成的
液膜与蒸发的二次蒸 汽气流方向相同，由 下而上并流上升。
结构：由加热管、二 次蒸汽液沫导管、分 离器、二次蒸汽循环 管四部分组成。
加热蒸汽走壳程， 原料液走管程。
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，
否则分解。
真空蒸发浓缩：溶液在真空状态下，较低温度下 即沸腾、溶剂汽化。蒸发温度的 高低决定于真空度的大小。
▪ 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.与升膜式比较的优点：
（1）需要的温度差小≤5～100C； （2）对黏度大的易形成泡沫的料液同样
适用，但对结晶，易结垢的不适用 （3）浓缩比比升膜式大。
（三）升降膜式蒸发器 ▪ 兼顾了升膜和降膜式的优点.
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 浓缩后黏度较大的溶液再进入降膜区 ，进一步浓缩，然后进入分离器进行 汽液分离。
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
物料。
１.液膜形成过程
▪ 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（图b)。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（图 c,d,e）。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（图f)。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 （图g,h)。属于蒸发强度过高导致。
降膜式蒸发器的分配器结构相同于升膜式，不同之处
（1）降膜式需将料液预热到接近蒸发器内的沸
（2）降膜式需要设料液分配器
2. 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及分配装置： １齿形溢流口（图a)，缺点液位高度影响膜均匀性 ２导流棒（图b)；棒底宽度与管壁间距一定均匀，易堵； ３旋液导流器（图c 螺纹导流管，图d 切线进料旋流棒）
2．溶液在加热管中出现爬膜的必要条件是：
加热的蒸汽与物料温度要有足够的温度差和传热强度，使 蒸发的蒸汽量和蒸汽速度达到足以带动溶液成膜上升，且又 不出现过速、局部干燥。
３．影响爬膜的因素： （1）溶液的性质，黏度较大的不适合（产垢、结晶） （2）温度差的影响，主要影响传热系数；宜20～35 （3）真空度要维持稳定，维持合适的真空度； （4）蒸发物料的浓缩倍数也影响爬膜操作；宜5 （5）加热管直径和长度之比值也影响爬膜的形成。 要求d＝25～80mm，L/d＝100～500，保证加热面足够成
膜的汽速。粗时，也要也要加长。
（二）降膜式蒸发器
1。工作过程： 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。
▪
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，避免或 减少物料受高
温所产生的质变。 （２）提高热源与物料间的温度差，增加传热强度。 （３）为二次蒸汽的利用创造条件，可采 用 双效、
多效真空 蒸发，提高热能利用率； （４）由于物料沸点低，蒸发器损失于外界的热量
较少。
▪ 一.真空蒸发设备 适合于热敏性物料溶液的浓缩。
热敏性物质：受热后引起产物发生化学变化或物理 变化而影响产品质量的物料。
发酵工业大部分中间产物和最终产物都是热敏 性的高分子有机物或其中含有高分子有机物，如酶 加热失活－只能低温浓缩；发酵甘油，柠檬酸－低
浓时可以＞700C ，浓度＜35％ ，温度＜600C，
▪ 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。
（3）一定的热交换面积，以保证传热量。 蒸发装置一般由热交换器（俗称汽鼓）、蒸发室、 冷凝器和抽气泵等组成。
第六章 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