生物工程设备 蒸发与结晶设备

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第十章蒸发与结晶设备 蒸发与结晶设备常压与真空蒸发设备常压蒸发设备真空蒸发设备蒸发浓缩的节能结晶设备结晶原理与起晶方法结晶设备 前言意义：蒸发和电渗析，离子交换，超滤一样是浓缩的方法之一，可达到浓缩过程经济合理的目的蒸发与结晶的区别：蒸发是将部分溶剂从溶液中排出，使溶液浓度增加，溶液中的溶质没有发生相变结晶过程是通过将过饱和溶液冷却，蒸发，或投入晶种是溶质结晶析出 第一节常压与真空蒸发设备原理：蒸发浓缩是将稀溶液中的部分溶剂气化并不断排除，使溶液浓度增加蒸发器设计的要求：1）充足的加热热源：2）保证溶剂蒸汽的迅速排除3）一定的热交换面积两种蒸发手段：常压蒸发及减压蒸发---真空蒸发真空蒸发的优点：1）物料沸腾温度降低，避免或减少物料受高温所产生的质变2）沸腾温度降低，提高了热交换的温度差，增加了传热强度3）为二次蒸汽的利用创造了条件，可采用双效或多效蒸发，提高热能利用率4）由于物料沸点降低，蒸发器热损失减少 一常压蒸发设备主要为啤酒厂的麦芽汁煮沸锅：将糊化，糖化，过滤后的麦芽汁煮沸，浓缩到一定的发酵糖度两种类型：夹套加热式和内置加热式--加热器位于锅体内夹套加热式麦芽汁煮沸锅流程图：排不凝性气体管冷凝槽搅拌器外夹套加热区中心加热区（耐压能力差）（较高温度）冷凝水排放管 常压蒸发设备麦芽汁煮沸锅夹套加热式 常压蒸发设备内置加热式列管式内加热器的煮沸锅具两段内加热器的煮沸锅 二真空蒸发设备针对受热后会发生化学或物理变化的热敏性物质及高温下蒸发浓缩时会发生呈色反应的大分子物质一：管式薄膜蒸发器：液体沿加热管壁成膜进行蒸发按液体流向：升膜式，降膜式，升降膜式二：降膜式蒸发器：1。齿形溢流口2。导流棒3。旋液导流器4。分配筛板三：刮板式蒸发器：四：离心式薄膜蒸发器： 液膜形成过程真空蒸发设备 升膜式蒸发器工作原理：物料从加热器下部进入，在加热管内被加热蒸发拉成液膜，浓度液在二次蒸汽带动下一起上升，从加热器上端沿汽液分离器筒体的切线方向进入分离器，浓缩液从分离器底部排出，二次蒸汽进入冷凝器。升膜式蒸发器真空蒸发设备 管式升膜蒸发器BM系列薄膜蒸发器：蒸发器为升膜式列管换热器。设备与物料接触部分均采用不锈钢制造，具有良好的耐腐蚀性能。 对于加热管子直径、长度选择要适当，管径不宜过大，一般在25～28毫米之间，管长与管径之比一般为100－150，这样才能使加热面供应足够成膜的汽速。 套管式升膜蒸发器套筒式升膜蒸发器 降膜式蒸发器工作原理：物料从加热管上部进入，经分配器导流管进入加热管，沿管壁成膜状向下流。 降膜式蒸发器的分配器齿形溢流口导流棒螺纹导流管切线进料旋流器 升降膜式蒸发器工作原理：物料先进入升膜加热管，沸腾蒸发后，汽液混合物上升至顶部，然后转入另一半加热管，再进行降膜蒸发，浓缩液从下部进入汽液分离器，分离后，二次蒸汽从分离器上部排入冷凝器，浓缩液从分离器下部出料。 有利于液膜体均匀分布。易达到升膜有利于操作。两个浓缩过程串联，可提高产品的浓缩比，减低设备高度。升降膜式蒸发器的特点 刮板式蒸发器刮板式蒸发器是通过旋转的刮板使液料形成液膜的蒸发设备。由转动轴、物料分配盘、刮板、轴承、蒸发室和夹套加热室等部分构成。 刮板式蒸发器工作原理液料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，同时受重力作用下流。 这种蒸发器传热系数较高。结构简单。设备加工精度高。圆筒的直径一般不大。一般选择在300～500毫米为宜。蒸发器加热室的圆筒内表面必须经过精加工。轴要有足够的机械强度。蒸发器在离心力场的作用下具有很高传热系数。刮板式蒸发器特点 离心式薄膜蒸发器：利用旋转的离心盘所产生的离心力对液体的周边分布作用而形成薄膜流程图：离心盘(由碟片，套环组成）冷凝水加热夹套小孔转鼓加热蒸气稀物料进料管碟片外表面液膜喷嘴浓缩液储罐环形液槽 离心式薄膜蒸发器离心式蒸发器是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。 离心式薄膜蒸发设备流程由物料平衡槽、进料螺杆泵、离心薄膜蒸发器、水力喷射泵、冷却水循环泵、浓缩液贮罐和出料螺杆泵。1.平衡槽2.进料螺杆泵3.蒸发器4.喷射泵5.水池6.水泵7.浓缩液贮罐8.出料螺杆泵 蒸发浓缩过程的节能采用多效蒸发，循环利用热能：将高能二次蒸汽用作加热介质去蒸发另外的物料而本身也被冷凝。热泵蒸发：用机械泵或用蒸汽喷射泵将低压蒸汽压缩成较高压力的蒸汽，重新利用加热蒸汽的办法。研制更理想的蒸发设备和效率更高的热泵。 第二节结晶设备一。结晶的原理1。晶体的特点晶体是具有一定几何晶形，一定颜色的固体物质从溶液中成晶体状态析出，或从熔融状态受冷时成晶体状态凝结的过程称为结晶晶体的特点：1。晶体上物质质点储存的能量最小2。质点只能在晶体的一定位置震动，且震动的平均位置不变，保证晶格不受破坏3。晶体是纯的，化学性质均一的固体，同一晶体内各个不同部位的结构和成分相同 结晶设备结晶设备的类型和特点结晶设备可分为浓缩结晶设备、冷却结晶设备和等电点结晶设备和真空结晶设备等。设计结晶设备应注意的条件应考虑溶液的性质、黏度、杂质的影响，结晶温度，结晶体的大小、形状及结晶长大速率特性等条件，以保证结晶良好，结晶速率快。 二起晶方法1。自然起晶将溶液用蒸发浓缩的方法排除大量溶剂，使溶液进入过饱和不稳定区，溶液即自然起晶，大量形成晶体当溶液浓度迅速下降，降到介稳定区的下部不再产生晶核，这时晶体只在已有晶面上长大2。刺激起晶法将溶液用蒸发浓缩的方法排除部分溶剂，使溶液浓度进入过饱和介稳定区，然后将溶液放出，使溶液受到突然冷却，进入不稳定区，溶液受到这样突然改变温度的刺激，自行结晶形成晶核。当晶核数量达到一定时，回升一些温度，进入介稳定区，停止晶核产生，再慢慢冷却，同时搅拌，使结晶器内溶液浓度均匀，并维持一定的过饱和浓度进行育晶，使晶体长大 二起晶方法3。晶种起晶法将溶液浓缩到介稳定区的过饱和浓度后，加入一定大小和数量的晶种，同时应用搅拌器搅动溶液使粒子均匀悬浮于溶液中，溶液中的饱和溶质就慢慢扩散到晶种周围，在晶种的各晶面排列，使晶体长大。要求晶体大小均匀4。其他起晶法：等电点起晶法利用当溶液pH到一定值时，氨基酸在溶液中溶解度最小的原则 二结晶设备一结晶设备的类型和特点按改变溶液浓度的方法分为：浓缩结晶设备蒸发溶剂，使浓缩溶液进入过饱和区起晶（自然起晶或晶种起晶）并不断蒸发，以维持溶液在一定的过饱和度进行育晶。结晶和蒸发同时进行，又叫煮晶设备冷却结晶设备等电点结晶设备 三。搅拌结晶箱的结构立式结晶箱：适用产量小，结晶周期较短的卧式结晶箱：适于常量大，结晶周期长的设备要求：冷却装置：冷却排管或冷却加套促使晶核悬浮或溶液浓度一致使晶体均匀的搅拌装置 三搅拌结晶箱的结构1。立式结晶箱2。等电点结晶罐3。卧式结晶箱4。真空煮晶锅优点：可以控制溶液的蒸发速度和进料速度，以维持溶液一定的过饱和度进行育晶，同时采用连续加入未饱和的溶液来补充溶质的量，使晶体长大。 结晶设备立式搅拌结晶箱立式搅拌结晶箱、蛇管式锚式搅拌器、夹套式 结晶设备卧式搅拌结晶箱卧式搅拌结晶箱 结晶设备连续式循环分级结晶器(Krystal结晶器) 结晶设备循环蒸发结晶器 结晶设备真空煮晶锅煮晶锅的结构比较简单，是一个带搅拌的夹套加热真空蒸发罐，整个设备由加热蒸发室、加热夹套、汽液分离器、搅拌器等4部分组成。 结晶设备结晶设备的新动向结晶设备的新动向就是实现结晶的连续化。连续结晶的要求：1.不形成结垢。2.设备内各部位溶液浓度均匀。3.避免促使晶核形成的刺激。4.连续结晶过程中同时具有各种大小粒子的晶体。5.及时清除影响结晶的杂质。6.设备内溶液的循环速度要恰当。 Thankyouforyourjoin