第七章蒸發(fā)與結(jié)晶設(shè)備蒸發(fā)操作常用于將溶液濃縮至一定的濃度，使其他工序更為經(jīng)濟(jì)合理，如將稀酶液濃縮到一定濃度在再進(jìn)行沉淀處理或噴霧干燥，或?qū)⑾∪芤簼饪s到規(guī)定濃度以符合工藝要求，如將麥芽汁濃縮到規(guī)定濃度再進(jìn)行發(fā)酵；或?qū)⑷芤簼饪s到一定濃度以便進(jìn)行結(jié)晶操作。結(jié)晶操作是獲得純凈固體物質(zhì)的重要方法之一。發(fā)酵工業(yè)的許多產(chǎn)品，如谷氨酸鈉，檸檬酸、葡萄糖、核苷酸等都是用結(jié)晶的方法提純精制的。蒸發(fā)與結(jié)晶設(shè)備蒸發(fā)與結(jié)晶之間最大區(qū)別在于：

蒸發(fā)是將部分溶劑從溶液中排出，使溶液濃度增加，溶液中的溶質(zhì)沒有發(fā)生相變（液相），而結(jié)晶過程則是通過將過飽和溶液冷卻、蒸發(fā)，或投入晶種使溶質(zhì)結(jié)晶析出（固相）。蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備第一節(jié)蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)是將溶液加熱后，使其中部分溶劑汽化并被移除，從而提高溶液濃度即溶液被濃縮的過程。蒸發(fā)的方式有自然蒸發(fā)與沸騰蒸發(fā)兩種。自然蒸發(fā)是溶液中的溶劑在低于其沸點下汽化，此種蒸發(fā)僅在溶液表面進(jìn)行，故速率緩慢，效率低。沸騰蒸發(fā)是在沸點下的蒸發(fā)，溶液任何部分都發(fā)生汽化，效率高。進(jìn)行蒸發(fā)操作的設(shè)備稱為蒸發(fā)器。由于被蒸發(fā)的溶液大多是水溶液，蒸發(fā)過程成了用水蒸氣作為加熱劑去產(chǎn)生水蒸氣。為了便于區(qū)分，把作為熱源的水蒸氣稱作加熱蒸汽或一次蒸汽，把從溶液中汽化出來的蒸汽稱做二次蒸汽。蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備蒸發(fā)的分類：1．按操作壓力——常壓蒸發(fā)、減壓（真空）蒸發(fā)2．按蒸汽利用情況——單效蒸發(fā)、二效蒸發(fā)、多效蒸發(fā)3．按操作流程——間歇式蒸發(fā)、連續(xù)式蒸發(fā)4．按加熱部分的結(jié)構(gòu)——膜式蒸發(fā)、非膜式蒸發(fā)蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備蒸發(fā)設(shè)備的組成：蒸發(fā)器、冷凝設(shè)備、氣－液分離器、真空系統(tǒng)蒸發(fā)設(shè)備的要求：

1．充足的加熱熱源，以維持溶液的沸騰和補(bǔ)充溶劑汽化所帶走的熱量。

2．一定的熱交換面積，以保證傳遞熱量。

3．保證溶劑蒸汽，即二次蒸汽的迅速排除。蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備一、常壓蒸發(fā)設(shè)備麥芽汁煮沸鍋

加套加熱式、內(nèi)置加熱式蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備中央循環(huán)管式蒸發(fā)器蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備懸筐式蒸發(fā)器蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備外加熱式蒸發(fā)器■列文式蒸發(fā)器蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器

（物料黏度大、易結(jié)晶、結(jié)垢、泡沫多）蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備直接接觸傳熱的蒸發(fā)器

蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備二、真空蒸發(fā)設(shè)備真空（減壓）蒸發(fā)優(yōu)點：（1）由于減壓沸點降低，加大了傳熱溫度差，使蒸發(fā)器的傳熱推動力增加，使過程強(qiáng)化。（2）適用于熱敏性溶液和不耐高溫的溶液，即減少或防止熱敏性物質(zhì)的分解。（3）可利用二次蒸汽作為加熱熱源，進(jìn)行二效蒸發(fā)或多效蒸發(fā)。（4）蒸發(fā)器的熱損失減少。要保證蒸發(fā)的進(jìn)行，二次蒸汽必須不斷地從蒸發(fā)室中移除，若二次蒸汽移除后不再利用時，這樣的蒸發(fā)稱為單效蒸發(fā)；若二次蒸汽被引入另一蒸發(fā)器作為熱源，在另一蒸發(fā)器中被利用，稱為二效蒸發(fā)，依次類推，如蒸汽多次被利用串聯(lián)操作，則稱為多效蒸發(fā)。多效蒸發(fā)可提高初始加熱蒸汽的利用率。二效蒸發(fā)或多效蒸發(fā)必須在真空（減壓）條件下進(jìn)行。薄膜蒸發(fā)具有傳熱效果好、蒸發(fā)速度快等優(yōu)點。因此，薄膜式蒸發(fā)技術(shù)得到了很大的發(fā)展，成為目前蒸發(fā)設(shè)備的主流。蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備1、單程型膜式蒸發(fā)器

（1）升膜式蒸發(fā)器料液經(jīng)預(yù)熱后由蒸發(fā)器底部引入，進(jìn)到加熱管內(nèi)受熱沸騰后迅速汽化，生成的蒸汽在加熱管內(nèi)高速上升。溶液則被上升的蒸汽所帶動，沿管壁成膜狀上升，并在此過程中繼續(xù)蒸發(fā)，汽、液混合物在分離器內(nèi)分離，完成液由分離器底部排出，二次蒸汽則在頂部導(dǎo)出。常用的加熱管直徑為20～50mm，管長2～12m，管長和管徑之比約為100～150。加熱管中液面一般為管高度的1/4～1/5。

溶液在加熱管中產(chǎn)生爬膜的必要條件是要有足夠的傳熱溫差和傳熱強(qiáng)度。升膜式蒸發(fā)器不適用于較濃溶液的蒸發(fā)；它對粘度很大，易結(jié)晶或易結(jié)垢的物料也不適用。

蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備(2)降膜式蒸發(fā)器

料液是從蒸發(fā)器的頂部加入，在重力作用下沿管壁成膜狀下降，并在此過程中不斷被蒸發(fā)而蒸濃，在其底部得到完成液。為了使液體在進(jìn)入加熱管后能有效地成膜，每根管的頂部裝有液體分布器。降膜式蒸發(fā)器可以蒸發(fā)濃度較高的溶液，對于粘度較大的物料也能適用。但因液膜在管內(nèi)分布不易均勻，傳熱系數(shù)比升膜式蒸發(fā)器的較小。蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備(3)

升－降膜式蒸發(fā)器

將升膜和降膜式蒸發(fā)器裝在一個外殼中即成升—降膜式蒸發(fā)器。預(yù)熱后的料液先經(jīng)升膜式蒸發(fā)器上升，然后由降膜式蒸發(fā)器下降，在分離器中和二次蒸汽分離即得完成液。這種蒸發(fā)器多用于蒸發(fā)過程中溶液粘度變化很大、溶液中水分蒸發(fā)量不大和廠房高度有一定限制的場合。蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備（4）刮板式蒸發(fā)器一種利用外加動力成膜的蒸發(fā)器。蒸發(fā)器外殼帶有夾套，內(nèi)通入加熱蒸汽加熱。加熱部分裝有旋轉(zhuǎn)的刮板，刮板本身又可分為固定式和轉(zhuǎn)子式兩種，前者與殼體內(nèi)壁的間隙為0.5～1.5mm，后者與器壁的間隙隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)而變。料液由蒸發(fā)器上部沿切線方向加入（亦有加至與刮板同軸的甩料盤上的），在重力和旋轉(zhuǎn)刮板刮帶下，溶液在殼體內(nèi)壁形成下旋的薄膜，并在下降過程中不斷被蒸發(fā)，在底部得到完成液（或固體）。這種蒸發(fā)器的突出優(yōu)點是對物料的適應(yīng)性很強(qiáng)，例如，對高粘度和易結(jié)晶、結(jié)垢的物料都能適用。其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，動力消耗大，每平方米傳熱面約需1.5～3kw。此外，受夾套傳熱面的限制，其處理量也很小。蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備刮板式薄膜蒸發(fā)器

蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備（5）離心式薄膜蒸發(fā)器離心式薄膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)

1-蒸發(fā)器2-離心轉(zhuǎn)鼓3-O形密封墊圈4-加熱蒸發(fā)通道5-套環(huán)6-下碟片7-上碟片8-壓緊環(huán)9-進(jìn)料管及噴嘴10-視鏡11-濃縮液吸出管12-套環(huán)的垂直通道13-二次蒸汽排出管14-冷凝水排出管15-空心轉(zhuǎn)軸蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備三、蒸發(fā)器的配套設(shè)備（1）汽液分離器（捕沫器）

從蒸發(fā)器溢出的二次蒸汽帶有液沫，需要加以分離和回收。在分離室上部或分離室外面裝有阻止液滴隨二次蒸汽跑出的裝置，稱為分離器或捕沫器。圖：裝于蒸發(fā)器頂蓋下面的分離器

蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備圖：裝于蒸發(fā)器外面的分離器（a）隔板式，（b）（c）（d）旋風(fēng)分離器，其分離效果較好。

蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備（2）蒸汽冷凝器在蒸發(fā)操作過程中，二次蒸汽若是有用物料或會產(chǎn)生嚴(yán)重污染時，應(yīng)采用間壁式冷凝器回收；二次蒸汽不被利用時，必須冷凝成水方可排除，同時排除不凝性氣體。對于水蒸氣的冷凝，可采用汽、水直接接觸的混合式冷凝器。無論使用哪種冷凝器，都要設(shè)置真空裝置，不斷排除不凝性氣體并向系統(tǒng)提供一定的真空度。

蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備（3）真空裝置水環(huán)真空泵、往復(fù)式真空泵及噴射泵是常用作抽真空的設(shè)備。

水環(huán)泵

水力噴射泵

往復(fù)泵蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備多效蒸發(fā)將加熱蒸汽通入一蒸發(fā)器，則溶液受熱而沸騰，而產(chǎn)生的二次蒸汽其壓力與溫度較原加熱蒸汽（即生蒸汽）為低，但此二次蒸汽仍可設(shè)法加以利用。在多效蒸發(fā)中，則可將二次蒸汽當(dāng)作加熱蒸汽，引入另一個蒸發(fā)器，只要后者蒸發(fā)室壓力和溶液沸點均較原來蒸發(fā)器中的為低，則引入的二次蒸汽即能起加熱熱源的作用。同理，第二個蒸發(fā)器新產(chǎn)生的新的二次蒸汽又可作為第三蒸發(fā)器的加熱蒸汽。這樣，每一個蒸發(fā)器即稱為一效，將多個蒸發(fā)器連接起來一同操作，即組成一個多效蒸發(fā)系統(tǒng)。加入生蒸汽的蒸發(fā)器稱為第一效，利用第一效二次蒸汽加熱的稱為第二效，依此類推。

蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備熱泵技術(shù)：將二次蒸汽加以熱力蒸汽壓縮或利用機(jī)械式壓縮二次蒸汽的辦法，再用于下一效蒸發(fā)器的加熱技術(shù)，稱熱泵技術(shù)，是行之有效的節(jié)能方法。蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備蒸發(fā)器的選型

（1）溶液的粘度蒸發(fā)過程中溶液粘度變化的范圍，是選型首要考慮的因素。（2）溶液的熱穩(wěn)定性長時間受熱易分解、易聚合以及易結(jié)垢的溶液蒸發(fā)時，應(yīng)采用滯料量少、停留時間短的蒸發(fā)器。（3）有晶體析出的溶液對蒸發(fā)時有晶體析出的溶液應(yīng)采用外加熱式蒸發(fā)器或強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器。（4）易發(fā)泡的溶液易發(fā)泡的溶液在蒸發(fā)時會生成大量層層重疊不易破碎的泡沫，充滿了整個分離室后即隨二次蒸汽排出，不但損失物料，而且污染冷凝器。蒸發(fā)這種溶液宜采用外加熱式蒸發(fā)器、強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器或升膜式蒸發(fā)器。若將中央循環(huán)管蒸發(fā)器和懸筐蒸發(fā)器設(shè)計大一些，也可用于這種溶液的蒸發(fā)。（5）有腐蝕性的溶液蒸發(fā)腐蝕性溶液時，加熱管應(yīng)采用特殊材質(zhì)制成，或內(nèi)壁襯以耐腐蝕材料。若溶液不怕污染，也可采用直接接觸式蒸發(fā)器。（6）易結(jié)垢的溶液無論蒸發(fā)何種溶液，蒸發(fā)器長久使用后，傳熱面上總會有污垢生成。垢層的導(dǎo)熱系數(shù)小，因此對易結(jié)垢的溶液，應(yīng)考慮選擇便于清洗和溶液循環(huán)速度大的蒸發(fā)器。（7）溶液的處理量溶液的處理量也是選型應(yīng)考慮的因素。要求傳熱面積大于10m2時，不宜選用刮板攪拌薄膜蒸發(fā)器，要求傳熱面在20m2以上時，宜采用多效蒸發(fā)操作。蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備第二節(jié)結(jié)晶設(shè)備結(jié)晶是指溶質(zhì)自動從過飽和溶液中析出形成新相的過程。這一過程不僅包括溶質(zhì)分子凝聚成固體，并包括這些分子有規(guī)律的排列在一定晶格中，這種有規(guī)律的排列與表面分子化學(xué)鍵力變化有關(guān)。因此結(jié)晶過程又是一個表面化學(xué)反應(yīng)過程。蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備通常只有同類分子或原子才能排列成晶體，所以結(jié)晶過程有很好的選擇性，通過結(jié)晶溶液中的大部分雜質(zhì)會留在母液中，再通過過濾、洗滌等就可得到純度高的晶體。許多抗生素、氨基酸、維生素等就是利用多次結(jié)晶的方法制取高純度產(chǎn)品的。由于結(jié)晶過程成本低，設(shè)備簡單，操作方便，所以目前廣泛應(yīng)用于微生物藥物的精制。蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備結(jié)晶過程：（1）形成過飽和溶液，（2）晶核形成，（3）晶體生長。制備過飽和溶液的方法：（1）將熱的飽和溶液冷卻；（2）將溶劑蒸發(fā)；（3）化學(xué)反應(yīng)結(jié)晶；（4）鹽析結(jié)晶。蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備晶核的生成和晶體的生長：起晶時，由于質(zhì)點的碰撞，首先由幾個質(zhì)點結(jié)合成晶線，再擴(kuò)大成晶面，最后結(jié)合成微小的晶格，稱為晶核，其它質(zhì)點連續(xù)排列在晶核上，使晶核長大成晶體。起晶方法：（1）自然起晶（2）刺激起晶（3）晶種起晶蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備結(jié)晶過程是復(fù)雜的，有時會出現(xiàn)晶體大小不一，形狀各異甚至形成晶簇等現(xiàn)象，因此附著在晶體表面及空隙中的母液難以完全除去，需要重結(jié)晶，否則將直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備結(jié)晶設(shè)備的結(jié)構(gòu)與特點（1）冷卻結(jié)晶器

冷卻結(jié)晶設(shè)備是采用降溫來使溶液進(jìn)入過飽和（自然起晶或晶種起晶），并不斷降溫，以維持溶液一定的過飽和濃度進(jìn)行育晶，常用于溫度對溶解度影響比較大的物質(zhì)結(jié)晶。結(jié)晶前先將溶液升溫濃縮。蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備冷卻結(jié)晶設(shè)備蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備克里斯特爾結(jié)晶器蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備（2）蒸發(fā)結(jié)晶器

蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備是采用蒸發(fā)溶劑，使?jié)饪s溶液進(jìn)入過飽和區(qū)起晶（自然起晶或晶種起晶），并不斷蒸發(fā)，以維持溶液在一定的過飽和度進(jìn)行育晶。結(jié)晶過程與蒸發(fā)過程同時進(jìn)行，故一般稱為煮晶設(shè)備。

蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備（3）真空式結(jié)晶器

真空式結(jié)晶器比蒸發(fā)式結(jié)晶器要求有更高的操作真空度。另外真空式結(jié)晶器一般沒有加熱器或冷卻器，料液在結(jié)晶器內(nèi)閃蒸濃縮并同時降低了溫度，因此在產(chǎn)生過飽和度的機(jī)制上兼有蒸除溶劑和降低溫度兩種作用。由于不存在傳熱面積，