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第十章蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備
生物工程設(shè)備
第十章
蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備
蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備
10.1 10.2
蒸發(fā)設(shè)備 結(jié)晶設(shè)備
10.1
蒸發(fā)過(guò)程的特點(diǎn)是：
蒸發(fā)設(shè)備
① 蒸發(fā)是一種分離過(guò)程，可使溶液中的溶質(zhì)與溶劑得
到部分分離，但溶劑與溶質(zhì)分離是靠熱源傳遞熱量使溶液沸 騰汽化。 ② 被蒸發(fā)的物料是由揮發(fā)性溶劑和不揮發(fā)性溶質(zhì)組成 的溶液。
③ 溶劑的汽化要吸收能量，熱源耗量很大。如何充分
利用能量和降低能耗，是蒸發(fā)操作的一個(gè)十分重要的課題。 ④ 由于被蒸發(fā)溶液的種類和性質(zhì)不同，蒸發(fā)過(guò)程所需
的設(shè)備和操作方式也隨之有很大的差異。
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
10.1.1 管式薄膜蒸發(fā)器
1．升膜式蒸發(fā)器
升膜式蒸發(fā)器如圖10-1所示，是由很長(zhǎng)的加熱管束所組
成，管束裝在外殼中，實(shí)際上就是一臺(tái)立式固定管板換熱器。 它適用于蒸發(fā)量較大及有熱敏性和易生泡沫的溶液，其黏度 不大于50mPa·s；而不適用于有結(jié)晶析出或易結(jié)垢的物料。 在加熱器中，加熱蒸汽在管外，物料由蒸發(fā)器底部進(jìn)入
加熱管，受熱沸騰迅速汽化。
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
圖10-1 升膜式蒸發(fā)器
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
為了有效地形成升膜，上升的二次蒸汽速度必須維持高 速。常壓下加熱管出口處的二次蒸汽速度一般為20～50m/s， 減壓下可達(dá)100～160m/s。 對(duì)于加熱管子的直徑、長(zhǎng)度選擇要適當(dāng)。管徑不宜過(guò)大，
一般為25～80mm，管長(zhǎng)與管徑的比值一般為L(zhǎng)/B=100～500，
這樣才能使加熱面供應(yīng)足夠成膜的氣速。事實(shí)上由于蒸汽流 量和流速隨加熱管上升而增加，因此管徑越大，則管子需要
越長(zhǎng)。
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
2．降膜式蒸發(fā)器 降膜式蒸發(fā)器的加熱室可以是單根套管，或由管束及外 殼組成，如圖10-2所示。在降膜式蒸發(fā)器中，原料液是由加 熱室頂部加入，在重力作用下沿管內(nèi)壁成膜狀下降，到加熱 室底部成為被濃縮的產(chǎn)品。圖10-3所示為三種較常用的型式， 圖10-3（a）的導(dǎo)流管為一有螺旋形溝槽的圓柱體；圖10-3 （b）的導(dǎo)流棒下部是圓錐體，此圓錐體的底面向內(nèi)凹，以免 沿錐體斜面流下的液體再向中央聚集；圖10-3（c）所示的分 布器是靠齒縫使液體沿加熱管內(nèi)壁成膜狀流下；圖10-3（d） 所示，為旋液式分布裝置，用于強(qiáng)制循環(huán)降膜蒸發(fā)器中，料 液用泵打入分布裝置，因?yàn)榱弦河汕芯�方向進(jìn)入加熱管內(nèi)。
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
圖10-2 降膜式蒸發(fā)器
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
圖10-3 降膜蒸發(fā)器的各種分配器 （a）螺旋導(dǎo)流管 （b）導(dǎo)流棒（c）齒形溢流口 （d） 切線進(jìn)料旋流器
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
3．升-降膜式蒸發(fā)器 將升膜蒸發(fā)器和降膜蒸發(fā)器裝在一個(gè)外殼中，就成為升 -降膜蒸發(fā)器，如圖10-4所示。 料液先經(jīng)升膜管再經(jīng)降膜管，汽液混合物進(jìn)
入汽液分離 器中進(jìn)行分離。在上升途中生成的蒸汽不僅能幫助降膜途中 的液體再分配，而且能加速與攪動(dòng)下降的液膜。下降后的汽 液混合物進(jìn)入外設(shè)的離心分離器中進(jìn)行分離。這種蒸發(fā)器常 用于溶液在濃縮過(guò)程中黏度變化大，或者廠房高度有一定限 制的情況。
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
1－預(yù)熱室；
2－升膜加熱室；
3－降膜加熱室； 4－分離室 5－凝液排出口 圖10-4 升-降膜式蒸發(fā)器
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
10.1.2 刮板式薄膜蒸發(fā)器
刮板式薄膜蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)圖如10-5所示，加熱管為一 粗圓管，中下部外側(cè)為加熱蒸汽夾套，內(nèi)部裝有可旋轉(zhuǎn)的 攪拌刮片，刮片端部與加熱管內(nèi)壁的間隙固定為0.75～
1.5mm。料液由蒸發(fā)器上部的進(jìn)料口沿切線方向進(jìn)入器內(nèi)，
被刮片帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，在加熱管內(nèi)壁上形成旋轉(zhuǎn)下降的液膜， 在此過(guò)程中溶液被蒸發(fā)濃縮，濃縮液由底部排出，二次蒸
汽上升至頂部經(jīng)分離進(jìn)入冷凝器。
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
刮板式薄膜蒸發(fā)器的優(yōu) 點(diǎn)是，依靠外力強(qiáng)制溶液成 膜下流，溶液停留時(shí)間短， 適合于處理高粘度、易結(jié)晶 或容易結(jié)垢的物料；如設(shè)計(jì) 得當(dāng)，有時(shí)可直接獲得固體 產(chǎn)品。缺點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜， 制造安裝要求高，動(dòng)力消耗 大，但傳熱面積卻不大（一 般只3～4m?，最大約20 m?）， 因而處理量較小。
圖10-5 刮板式薄膜蒸發(fā)器
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
10.1.3 離心式薄膜蒸發(fā)器
離心式薄膜蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)見圖10-6所示。離心式薄膜蒸 發(fā)器是一種具有旋轉(zhuǎn)的空心碟片的蒸發(fā)器，料液在碟片上形 成0.1～1mm厚的薄膜，由于離心力作用，加熱時(shí)間僅1min左 右。物料經(jīng)過(guò)過(guò)濾器，進(jìn)入可維持一定液面的貯槽，由螺桿 泵將料液輸送至蒸發(fā)器，由噴嘴將料液噴在離心盤背面，并 在離心力的作用下使其形成薄膜。離心轉(zhuǎn)鼓的夾層內(nèi)，通入 加熱蒸汽。濃縮液在通過(guò)膨脹式冷卻器時(shí)，冷卻為成品，由 濃縮液泵排出。二次蒸汽經(jīng)板式冷凝器冷凝，再經(jīng)真空泵排 出。
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
1－清洗管；2－進(jìn)料管；3－蒸發(fā)器
外殼；4－濃縮液槽；5－物料噴嘴； 6－上碟片；7－下碟片；8－蒸汽通
道；9－二次蒸汽排出管；10－馬達(dá)；
11－液力聯(lián)軸器；12－皮帶輪；13－ 排冷凝水管；14－進(jìn)蒸汽管；15－濃 縮液通道；16－離心轉(zhuǎn)
圖10-6 離心薄膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
10.1.4 循環(huán)式蒸發(fā)器
1．中央循環(huán)管式蒸發(fā)器
如圖10-7所示，中央循環(huán)管式蒸發(fā)器下部加熱室相當(dāng)于 垂直安裝的固定管板式列管換熱器，但其中心管直徑遠(yuǎn)大于
其余管子的直徑，稱為中央循環(huán)管，其周圍的加熱管稱為沸
騰管，管內(nèi)溶液受熱沸騰大量汽化，形成汽液混合物并隨氣 泡向上運(yùn)動(dòng)。中央循環(huán)管的截面積約為沸騰管總
截面積的 40%～100%，此處對(duì)單位體積溶液的傳熱面積比沸騰管小得多。
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
1－外殼； 2－加熱室； 3－中央循環(huán)管； 4－蒸發(fā)室
圖10-7 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
2．強(qiáng)制循環(huán)式蒸發(fā)器
如圖10-8所示為強(qiáng)制循環(huán)式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)圖，在循環(huán)管
下部設(shè)置一個(gè)循環(huán)泵，通過(guò)外加機(jī)械能迫使溶液以較高的速 度（一般可達(dá)1.5～5.0m/s）沿一定方向循環(huán)流動(dòng)。溶液的循 環(huán)速度可以通過(guò)調(diào)節(jié)泵的流量來(lái)控制。顯然，由此帶來(lái)的問(wèn) 題是這類蒸發(fā)器的動(dòng)力消耗大，每m?傳熱面積消耗功率為
0.4～0.8kw。這種蒸發(fā)器宜于處理高黏度、易結(jié)垢或有結(jié)晶
析出的溶液。
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
1－加熱管； 2－循環(huán)泵； 3－循環(huán)管； 4－蒸發(fā)室； 5－除沫器； 圖10-8 強(qiáng)制循環(huán)式蒸發(fā)器
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
10.1.5 蒸發(fā)濃縮設(shè)備的操作要點(diǎn)及注意事項(xiàng)
1．蒸發(fā)系統(tǒng)的原始開車 原始開車包括檢查、洗凈、空試、接受物料和轉(zhuǎn)入正常開車。 （1）檢查 對(duì)全系統(tǒng)按流程全面檢查和確認(rèn)各設(shè)備、管 道、閥門、法蘭和各種計(jì)量、測(cè)量等儀表是否齊全。 （2）洗凈 由于安裝和檢修后的設(shè)備、管道內(nèi)比較臟， 開車前必須用自來(lái)水或較清潔的工業(yè)用水清洗。 （3）試車 對(duì)機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備和電氣設(shè)備均應(yīng)進(jìn)行空載和 加壓試車。 （4）接受物料 準(zhǔn)備工作就緒后，可按操作法規(guī)定接受 物料。
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
（5）正常開車（開車應(yīng)各段蒸發(fā)器逐步開車）
① 向蒸發(fā)器中緩慢引入加熱蒸汽，打開蒸發(fā)器惰性氣體 放空閥，排出空氣等惰性氣體。 ② 將蒸發(fā)器的溶液下流管的液封內(nèi)注滿水。 ③ 冷凝器加足夠的冷卻水。
④ 溶液儲(chǔ)槽準(zhǔn)備接受溶液。
⑤ 向蒸發(fā)器加溶液，緩慢提真空，逐漸加負(fù)荷，調(diào)節(jié)蒸 汽和冷卻水量。
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
2．蒸發(fā)系統(tǒng)停車 蒸發(fā)系統(tǒng)停車是指逐臺(tái)蒸發(fā)器停車，卸壓和卸物料力求 徹底，防止溶液系統(tǒng)結(jié)晶。 （1）將各段溶液槽液位降到最低，停止蒸發(fā)器運(yùn)轉(zhuǎn)； （2）蒸發(fā)器加水洗滌。排放系統(tǒng)內(nèi)溶液并加蒸汽吹除。 蒸發(fā)系統(tǒng)停車 （3）系統(tǒng)內(nèi)冷凝液全部排入蒸汽冷凝液槽，無(wú)液面時(shí)， 停止外送。 （4）停掉真空系統(tǒng)。 （5）洗滌、置換、吹除完畢，切斷冷卻水和低壓蒸汽與 外界總管的聯(lián)系。 （6）裝有溶液的各儲(chǔ)槽出口閥門掛上明顯的禁動(dòng)標(biāo)志。
10.1
蒸發(fā)設(shè)備
3．正常操作及操作注意事項(xiàng) 正常開車后，應(yīng)從以下幾個(gè)方面加以控制： （1）加強(qiáng)蒸發(fā)后溶液濃度的控制 （2）蒸發(fā)蒸汽中夾帶的產(chǎn)品溶液量的控制 為避免 蒸汽流速增加而引起損失量增加，應(yīng)掌握和控制幾個(gè)方 面。 （3）新鮮加熱蒸汽和冷卻水用量的控制。 （4）加強(qiáng)溶液泵的正常操作。 （5）真空泵的正常
操作。
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10.2
結(jié)晶設(shè)備
相對(duì)于其他化工分離操作，結(jié)晶過(guò)程有以下特點(diǎn)： ① 能從雜質(zhì)含量相當(dāng)多的溶液或多組分的熔融混合物中， 分離出高純或超純的晶體。 ② 對(duì)于許多難分離的混合物系，例如同分異構(gòu)體混合物、 共沸物，熱敏性物系等，使用其他分離方法難以奏效，而適 用于結(jié)晶。 ③ 結(jié)晶與精餾、吸收等分離方法相比，能耗低，因結(jié)晶 熱一般僅為蒸發(fā)潛熱的1/3～1/10。又由于可在較低的溫度下 進(jìn)行，對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求較低，操作相對(duì)安全。 ④ 結(jié)晶是一個(gè)很復(fù)雜的分離操作，它是多相、多組分的 傳熱-傳質(zhì)過(guò)程。
10.2
結(jié)晶設(shè)備
10.2.1 結(jié)晶原理與起晶方法
1．結(jié)晶基本原理
固體從形狀上分有晶體和非晶體兩種，食鹽、蔗糖都是 晶體，而木炭、橡膠等為非晶體。晶體物質(zhì)和非晶體物質(zhì)的 區(qū)別在于它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點(diǎn)元素（原子、離子、分子） 的排列方式互不相同，前者是質(zhì)點(diǎn)元素作三維有序排列，后
者是無(wú)規(guī)則排列。當(dāng)有效成分從液相中呈固體析出時(shí)，若環(huán)
境和控制條件不同，可以得到不同形狀的晶體，也可能是非 晶體。
10.2
結(jié)晶設(shè)備
按晶格空間結(jié)構(gòu)，可把晶體簡(jiǎn)單地分為立方晶系、四方 晶系、六方晶系、正交晶系等。而結(jié)晶體的形態(tài)可以是單一 晶系，也可以是兩種晶系的過(guò)度體。通常只有同類分子或離 子才能進(jìn)行有規(guī)律的排列，故結(jié)晶過(guò)程有高度的選擇性，結(jié) 晶溶液中大部分晶體會(huì)留在母液中，再通過(guò)過(guò)濾、洗滌等就 可得到純度高的晶體。但是，結(jié)晶過(guò)程是復(fù)雜的，有時(shí)會(huì)出 現(xiàn)晶體大小不一，形狀各異，甚至形成晶簇等現(xiàn)象。另外， 若結(jié)晶時(shí)有水合現(xiàn)象，則所得晶體中有一定的溶劑分子，稱 為結(jié)晶水。
10.2
結(jié)晶設(shè)備
溶液的結(jié)晶過(guò)程一般分為三個(gè)階段：即過(guò)飽和溶液的形 成、晶核的形成和晶體的成長(zhǎng)階段。因此，為了進(jìn)行結(jié)晶，
必須先使溶液達(dá)到過(guò)飽和后，過(guò)量的溶質(zhì)才會(huì)以固體的形態(tài)
結(jié)晶出來(lái)。因?yàn)楣腆w溶質(zhì)從溶液中析出，需要一個(gè)推動(dòng)力， 這個(gè)推動(dòng)力是一種濃度差，也就是溶液的過(guò)飽和度；晶體的
產(chǎn)生最初是形成極細(xì)小的晶核，然后這些晶核再成長(zhǎng)為一定
大小形狀的晶體。
10.2
結(jié)晶設(shè)備
圖10-9 超溶解度曲線及介穩(wěn)區(qū)
10.2
結(jié)晶設(shè)備
如圖10-9所示。溶解度與溫度的關(guān)系可以用飽和曲線AB
來(lái)表示，開始有晶核形成的過(guò)飽和濃度與溫度的關(guān)系用過(guò)飽 和曲線CD來(lái)表示。這兩條曲線將濃度-溫度圖分為三個(gè)區(qū)域。 （1）穩(wěn)定區(qū)（AB線以下的區(qū)域） 在此區(qū)中溶液尚未達(dá) 到飽和，不可能產(chǎn)生晶核。
（2）介穩(wěn)區(qū)（AB與CD之間的區(qū)域） 在該區(qū)不會(huì)自發(fā)產(chǎn)
生晶核，但如果向溶液中加入晶體，能誘導(dǎo)結(jié)晶產(chǎn)
生，晶體 也能生長(zhǎng)，這種加入的晶體稱為晶種。
10.2
結(jié)晶設(shè)備
（3）不穩(wěn)定區(qū)（CD線以上的區(qū)域） 在此區(qū)域中，溶
液能自發(fā)地產(chǎn)生晶核和進(jìn)行結(jié)晶。此外，大量的研究工作 證實(shí)，一個(gè)特定物系只有一條確定的溶解度曲線，但超溶 解度曲線的位置受到很多因素的影響，因此，超溶解度曲 線應(yīng)是一簇曲線，為表示這一特點(diǎn)，CD線用虛線表示。
圖中E代表一個(gè)欲結(jié)晶物系，分別使用冷卻法、蒸發(fā)法
和絕熱蒸發(fā)法進(jìn)行結(jié)晶，所經(jīng)途徑應(yīng)為EFH、EF′G′和 EF″G″。
10.2
結(jié)晶設(shè)備
2．工業(yè)生產(chǎn)中常用的起晶方法 結(jié)晶的首要條件是過(guò)飽和，創(chuàng)造過(guò)飽和條件下結(jié)晶，在 工業(yè)生產(chǎn)中常用的方法是：自然起晶法、刺激起晶法、和晶 種起晶法三種： （1）自然起晶法 在一定溫度下使溶液蒸發(fā)進(jìn)入不穩(wěn)定 區(qū)形成晶核，當(dāng)生成的晶核的數(shù)量符合要求時(shí)，加入稀溶液 使溶液濃度降低至介穩(wěn)區(qū)，使之不生成新的晶核，溶質(zhì)即在 晶核的表面長(zhǎng)大。它要求過(guò)飽和濃度高、蒸發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，且具 有蒸汽消耗多，不易控制，同時(shí)還可能造成溶液色澤加深等 現(xiàn)象。
10.2
結(jié)晶設(shè)備
（2）刺激起晶法 將溶液蒸發(fā)至介穩(wěn)區(qū)后，將其加以冷
卻，進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)，此時(shí)即有一定的晶核形成，由于晶核形 成使溶液濃度降低，隨即將其控制在介穩(wěn)區(qū)的養(yǎng)晶區(qū)使晶體 生長(zhǎng)。味精和檸檬酸結(jié)晶都可采用先在蒸發(fā)器中濃縮至一定 濃度后再放入冷卻器中攪拌結(jié)晶的方法。
（3）晶種起晶法 將溶液蒸發(fā)或冷卻到介穩(wěn)區(qū)的較低濃
度，投入一定量和一定大小的晶種，使溶液中的過(guò)飽和溶質(zhì) 在所加的晶種表面上長(zhǎng)大。
10.2
結(jié)晶設(shè)備
快速冷卻不加晶種的情況見圖10-10（a）所示，溶解度 迅速穿過(guò)介穩(wěn)區(qū)達(dá)到過(guò)飽和曲線，即發(fā)生自然結(jié)晶現(xiàn)象，大 量細(xì)晶從溶液中析出，溶液很快下降到飽和曲線。緩慢冷卻 不加晶種的情況見圖10-10（b），雖然結(jié)晶速度比圖10-10 （a）的情況慢，但能較精確地控制晶粒的生長(zhǎng)，所得晶體尺 寸也較大，這是一種常見的刺激起晶法。圖10-10（c）為快 速冷卻加晶種的情況，溶液很快變成過(guò)飽和，在晶種生長(zhǎng)的 同時(shí)，又生成大量細(xì)晶核，緩慢冷卻加晶種的情況見圖10-10 （d），整個(gè)操作過(guò)程始終將濃度控制在介穩(wěn)區(qū)，沒有自然晶 核析出，晶體能有規(guī)則地按一定尺寸生長(zhǎng)，產(chǎn)品整齊完好。
10.2
結(jié)晶設(shè)備
圖10-10 冷卻結(jié)晶幾種方法比較
10.2
10.2.2 結(jié)晶設(shè)備
1．結(jié)晶設(shè)備的類型、特點(diǎn)
結(jié)晶設(shè)備
結(jié)晶設(shè)備按改變?nèi)芤簼舛鹊姆椒ǚ譃橐瞥糠秩軇ㄕ?發(fā)）結(jié)晶器，不移除部分溶劑（冷卻）結(jié)晶器及其他結(jié)晶器。 在移除部分溶劑的結(jié)晶器中，溶劑的過(guò)飽和系借助于一 部分溶劑在沸
點(diǎn)時(shí)的蒸發(fā)或在低于沸點(diǎn)時(shí)的汽化而達(dá)到，適
用于溶解度隨溫度的降低變化不大的物質(zhì)的結(jié)晶，例如NaCl、
KCl等。
10.2
結(jié)晶設(shè)備
2．結(jié)晶設(shè)備的選擇
（1）物系的溶解度與溫度之間的關(guān)系是選擇結(jié)晶器時(shí)首
先考慮的重要因素。要結(jié)晶的溶質(zhì)不外乎兩大類，第一類是 溫度降低時(shí)溶質(zhì)的溶解度下降幅度大，第二類溫度降低時(shí)溶 質(zhì)的溶解度下降幅度很小或者具有一個(gè)逆溶解度變化。對(duì)于 第二類溶質(zhì)，通常須用蒸發(fā)式結(jié)晶器，對(duì)某些具體物質(zhì)也可
用鹽析式結(jié)晶器。對(duì)于第一類溶質(zhì)，可選用冷卻式結(jié)晶器或
真空式結(jié)晶器。
10.2
結(jié)晶設(shè)備
（2）結(jié)晶產(chǎn)品的形狀、粒度及粒度分布范圍對(duì)結(jié)晶器的 選擇有重要影響。要想生產(chǎn)顆粒較大而且均勻的晶體，可選 擇具有粒度分級(jí)作用或產(chǎn)品能分級(jí)排出的混合結(jié)晶器。這類 結(jié)晶器生產(chǎn)的晶體也便于后續(xù)處理，最后獲得的結(jié)晶產(chǎn)品也 較純。 （3）費(fèi)用和占地大小也是需要考慮的重要因素。一般來(lái) 說(shuō)，連續(xù)操作的結(jié)晶器要比間歇操作的經(jīng)濟(jì)些，尤其產(chǎn)量大 時(shí)是這樣，如果生產(chǎn)速率大，用連續(xù)操作較好。蒸發(fā)式和真 空式雖然需要相當(dāng)大的頂部空間，但在同樣產(chǎn)量下，它們所 占地的面積比冷卻槽式結(jié)晶器小得多。
10.2
結(jié)晶設(shè)備
3．結(jié)晶設(shè)備 （1）冷卻式結(jié)晶器 ① 攪拌槽結(jié)晶器 圖10-11和圖10-12是冷卻式攪拌槽結(jié)晶器的基本結(jié)構(gòu)， 其中圖10-11為夾套冷卻式，圖10-12為外部循環(huán)冷卻式，此 外還有槽內(nèi)蛇管冷卻式。攪拌槽結(jié)晶器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備造價(jià) 低。夾套冷卻結(jié)晶器的冷卻比表面積較小，結(jié)晶速度較低， 不適于大規(guī)模結(jié)晶操作。另外，因?yàn)榻Y(jié)晶器壁的溫度最低， 溶液過(guò)飽和度最大，所以器壁上容易形成晶垢，影響傳熱效 率。為消除晶垢的影響，槽內(nèi)常設(shè)有除晶垢裝置。
10.2
結(jié)晶設(shè)備
圖10-11 加套冷卻式攪拌槽結(jié)晶器
10.2
結(jié)晶設(shè)備
圖10-12 外部循環(huán)冷卻式攪拌槽結(jié)晶器
10.2
② 回轉(zhuǎn)結(jié)晶器
結(jié)晶設(shè)備
如圖10-13所示，這種結(jié)晶器有八種標(biāo)準(zhǔn)尺寸，長(zhǎng)度為
4～12.5m，直徑為0.6～1.9m，相應(yīng)的處理量為400～3300L/h，
相應(yīng)的冷卻能力為58615～628020J/h，驅(qū)動(dòng)結(jié)晶器的功率為 4Kw，風(fēng)機(jī)的功率為4Kw。這種結(jié)晶器操作簡(jiǎn)單，僅僅偶然需 要調(diào)節(jié)一下進(jìn)料量。由于液體在設(shè)備中的滯留量的體積很小， 設(shè)備的啟、停都很迅速，可以間斷地工作而其經(jīng)濟(jì)效能不發(fā)
生變化，在停車時(shí)無(wú)凍結(jié)之慮。它所產(chǎn)生的晶粒較細(xì)，粒度
約為0.5mm，但離心分離并不困難。
10.2
結(jié)晶設(shè)備
圖10-13 回轉(zhuǎn)結(jié)晶器
10.2
結(jié)晶設(shè)備
（2）蒸發(fā)式結(jié)晶器 ① Krystal-Oslo 結(jié)晶器 蒸發(fā)結(jié)晶器由結(jié)晶器主體、蒸發(fā)室和外部加熱器構(gòu)成。 如圖10-14所示是一種常用的Kryst
al-Oslo型常壓蒸發(fā)結(jié)晶 器。溶液經(jīng)外部循環(huán)加熱后送入蒸發(fā)室蒸發(fā)濃縮，達(dá)到過(guò)飽 和狀態(tài)，通過(guò)中心導(dǎo)管下降到結(jié)晶生長(zhǎng)槽中，大顆粒結(jié)晶發(fā) 生沉降，從底部排出產(chǎn)品晶漿。因此，Krystal-Oslo結(jié)晶器 也具有結(jié)晶分級(jí)能力。將蒸發(fā)室與真空泵相連，可進(jìn)行真空 絕熱蒸發(fā)。與常壓蒸發(fā)結(jié)晶器相比，真空蒸發(fā)結(jié)設(shè)備不設(shè)加 熱設(shè)備，進(jìn)料為預(yù)熱的溶液，蒸發(fā)室中發(fā)生絕熱蒸發(fā)。
10.2
結(jié)晶設(shè)備
圖10-14
Krystal-Oslo結(jié)晶器
10.2
結(jié)晶設(shè)備
② DTB型結(jié)晶器 如圖10-15所示為DTB（Draf tube＆baffled crystallizer）型結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)圖。它的中部有一導(dǎo)流筒， 在四周有一圓筒形擋板，在導(dǎo)流筒內(nèi)接近下端處有螺旋槳 （也可以看作內(nèi)循環(huán)軸流泵），以較低的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。懸浮液 在螺旋槳的推動(dòng)下，在筒內(nèi)上升至液體表面，然后轉(zhuǎn)向下方， 沿導(dǎo)流筒與擋板之間的環(huán)行通道流至器底，重又被吸入導(dǎo)流 筒的下端，反復(fù)循環(huán)，使料液充分混合。擋板與器壁間的環(huán) 隙為澄清區(qū)，該區(qū)不受攪拌的影響，使晶體得以從母液中沉 降分離，只有過(guò)量的微晶隨母液在澄清區(qū)的頂部排出器外， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微晶量的控制。
10.2
結(jié)晶設(shè)備
1－結(jié)晶器；2－導(dǎo)流管；
3－環(huán)形擋板；4－澄清區(qū)；
5－螺旋槳；6－淘洗腿； 7－加熱器；8－循環(huán)管；
9－噴射真空泵；10－大氣冷凝器
圖10-15 DTB型結(jié)晶器
10.2
結(jié)晶設(shè)備
DTB型結(jié)晶器由于設(shè)置了導(dǎo)流筒，形成了循環(huán)通道，只 需要很低的壓力差（約9.81×10?～1.96×10?Pa）就能推 動(dòng)內(nèi)循環(huán)過(guò)程，保持各截面上物料具有較高的流速，晶漿 密度可達(dá)30%～40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。對(duì)于真空冷卻法和蒸發(fā) 法結(jié)晶，沸騰液體的表面層是產(chǎn)生過(guò)飽和趨勢(shì)最強(qiáng)烈的區(qū) 域，在此區(qū)域中存在著進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)而大量產(chǎn)生晶核的危 險(xiǎn)。導(dǎo)流筒則把大量高濃度的晶漿直接送到溶液上層，使 表層中隨時(shí)存在著大量的晶體，從而有效地消耗不斷產(chǎn)生 的過(guò)飽和度，使之只能處在較低的水平。
10.2
結(jié)晶設(shè)備
③ DP結(jié)晶器 DP結(jié)晶器即雙螺旋槳（Double-propeller）結(jié)晶器， 如圖10-16所示。DP結(jié)晶器是對(duì)DTB結(jié)晶器的改良，內(nèi)設(shè)兩 個(gè)同軸螺旋槳。其中之一與DTB型一樣，設(shè)在導(dǎo)流管內(nèi)，驅(qū) 動(dòng)流體向上流動(dòng)，而另一個(gè)螺旋槳比前者大一倍，設(shè)在導(dǎo) 流管與鐘罩形擋板之間，驅(qū)動(dòng)液體向下流動(dòng)。由于是雙螺 旋槳驅(qū)動(dòng)流體內(nèi)循環(huán)，所以在低轉(zhuǎn)速下即可獲得較好的攪 拌循環(huán)效果，功耗較DTB結(jié)晶器低，有利于降低結(jié)晶的機(jī)械 破碎。
10.2
結(jié)晶設(shè)備
圖11-16 DP結(jié)晶器
【第十章蒸發(fā)和結(jié)晶設(shè)備】相關(guān)文章：
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