第九章蒸发和结晶解析.ppt

由蒸发器的传热方程可得  式中 Q-蒸发器的热流量，W；A-蒸发器的传热面积，m2 ;K-蒸发器的传热系数,W/（ m2 ·K）； -蒸发器的平均传热温差,K。由公式可见，计算传热面积需知传热温差和传热系数。 结构和原理：如图，其下部的加热室由垂直管束组成，中间由一根直径较大的中央循环管。当管内液体被加热沸腾时，中央循环管内气液混合物的平均密度较大；而其余加热管内气液混合物的平均密度较小。在密度差的作用下，溶液由中央循环管下降，而由加热管上升，做自然循环流动。溶液的循环流动提高了沸腾表面传热系数，强化了蒸发过程。 这种蒸发器结构紧凑，制造方便，传热较好，操作可靠等优点，应用十分广泛，有标准蒸发器之称。为使溶液有良好的循环，中央循环管的截面积，一般为其余加热管总截面积的40%～100%；加热管的高度一般为1～2m；加热管径多为25～75mm之间。但实际上，由于结构上的限制，其循环速度一般在0.4～0.5m/s以下；蒸发器内溶液浓度始终接近完成液浓度；清洗和维修也不够方便。 蒸发器的结构型式很多，选用时应结合具体的蒸发任务，如被蒸发溶液的性质、处理量、蒸浓程度等工艺要求，选择适宜的型式。 作用：进一步除去离开蒸发器的二次蒸气中夹带的液沫，避免造成产品损失、污染冷凝器和堵塞管道。 结构：常见的几种除沫器如图所示。 其中，（a）-(e)装于蒸发室顶部：（f）-（h）则在蒸发室之外，他们主要都是利用液体的惯性以达到气液的分离。 除了二次蒸气为有价值的产品需要回收，或者会严重污染冷却水的情况外，蒸发操作大多采用气液直接接触的混合式冷凝器来冷凝二次蒸气。常见的逆流高位冷凝器的构造如图。冷却水由顶部加入，依次经过各淋水板的小孔和溢流堰流下，在和底部进入并逆流上升的二次蒸气的接触过程中，使二次蒸气不断冷凝。水和冷凝液沿气压管（俗称大气腿）流至地沟排走。不凝性气体则由顶部抽出，并与夹带的液沫分离后去真空装置。 熟练掌握的内容： 单效蒸发过程及其计算（包括水分蒸发量、加热蒸气消耗量、有效温度差及传热面积的计算）；蒸发器的生产能力、生产强度和单位蒸气消耗量。 理解的内容： 蒸发操作的特点；多效蒸发操作的流程及最佳效数。 了解的内容： 蒸发过程的工业应用与分类；常用蒸发器的结构、特点和应用场合；蒸发器的选用；多效蒸发过程的计算。 二、结晶 结晶是指物质从液态(溶液或熔融体)或蒸气形成晶体的过程，是获得纯净固态物质的重要方法之一。 为数众多的生物化工产品都是应用结晶方法分离或提纯而得到的晶态物质。在医药、染料、精细化工生产中, 虽然结晶态产品产量相对较低，但具有异常重要的地位以及高额的产值。例如生物技术中抗生素、氨基酸、有机酸、蛋白质的制造，催化剂行业中超细晶体的生产以及新材料工业中超纯物质的净化都离不开结晶技术。 味精、速溶咖啡、青霉素、红霉素等产品的生产一般都包含有结晶过程。经过结晶后的产品,均有一定的外形,便于干燥、包装、运输、贮存等,从而可以更好地适应商品市场的需要。 相对于其他化工分离操作,结晶过程有以下特点： (1)纯度高 能从杂质含量相当多的溶液或多组分的熔融混合物中，分离出高纯或超纯的晶体。结晶产品在包装、运输、储存或使用上都较方便。 (2)选择性高 对于许多难分离的混合物系，例如同分异构体混合物，共沸物，热敏性物系等，使用其他分离方法难以奏效，而适用于结晶分离。 (3)能耗低、设备简单 结晶与精馏、吸收等分离方法相比,能耗低得多，因结晶热一般仅为蒸发潜热的1/3~1/10。又由于可在较低温度下进行，对设备材质要求较低，操作相对安全。一般无有毒或废气逸出,有利于环境保护。 (4)影响因素多 结晶是一个很复杂的分离操作，它是多相、多组分的传热-传质过程，也涉及到表面反应过程，尚有晶体粒度及粒度分布问题，结晶过程和设备种类繁多。 近20年来,结晶技术理论分析和工业技术与设备的开发取得了许多引人注目的进展。 结晶过程可分为溶液结晶、熔融结晶、升华和沉淀四类,其中溶液结晶和熔融结晶是化学工业中最常采用的结晶技术。本章将重点讨论这两类结晶。 1、结晶的基本原理 (1) 基本概念 固体从形状上分有晶形和无定形两种，食盐、蔗糖都是晶体，而木炭、橡胶等都为无定形物质。 晶形物质与无定形物质的区别在于它们的内部结构中的质点元素(原子、离子、分子)的排列方式互不相同，前者是质点元素作三维有序规则排列，后者是无规则排列。