• 按液体的流动方向可分为：升膜式、 降膜式、升降膜式等。
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（一）升膜式蒸发浓 缩设备
• 升膜式蒸发浓缩设备是指 在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。
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升膜式蒸发器
1.加热室 2.汽液分离器
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液膜的形成过程
（爬膜）
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• 加热段，内部液体只靠自然对流循环， 传热系数很低，加热段的长度随进料温度 和温度差不同而变化。
• 物料受热后，沸腾传热系数得到很大的 提高，但传热系数是随管子高度而变化的
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管式升膜蒸发器
管式升膜蒸发器 由蒸发加热管、二 次蒸汽液沫导管、 分离器和循环管4 部分组成。
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• 对于加热管子直径、长度选择要 适当。
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• 升膜式蒸发器正常操作的关键是让液 体物料在管壁上形成连续不断的液膜。
• 为保证设备的正常操作，应维持在爬 膜状态的温度差，并且控制一定的蒸 发浓缩倍数，一般为 5倍。
• 保持真空度稳定。
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升膜蒸发器的特点
• 传热效率高。物料在蒸发器中受热时 间很短，对热敏性物料的影响相对较 小。
缓慢冷却（或蒸发），使溶质慢慢形 成晶体析出的过程。
• 结晶操作是获得纯净固体物质的重要 方法之一。
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蒸发与结晶之间区别
• 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；
• 结晶过程则是通过将过饱和溶液冷却、 蒸发，或投入晶种使溶质结晶析出。
• 结晶过程的操作与控制比蒸发过程要复 杂得多。
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真空蒸发设备
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真空蒸发设备
• 生物工业中大部分中间产物和最终产 物是热敏性物质。
• 热敏性物质受热后所产生的变化与温 度的高低、受热时间长短相关。
• 生物工业中常采用低温蒸发，或在相 对较高的温度条件下瞬时蒸发。
• 为了缩短受热时间，并达到所要求的 蒸发浓缩量，通常采用膜蒸发。
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• 此种蒸发器对于发泡性强、粘度较小 的热敏性物料较为适用。
• 不适用于粘度较大，受热后易产生积 垢或浓缩时有晶体析出的物料。
• 浓缩倍数不宜太大。
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升膜式蒸发的传热系数
• 升膜式蒸发的传热系数是不稳定的，它 是随操作状况而变化。
• 一条加热管中出现成膜过程有几个阶段， 各阶段的传热系数各不相同。
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(二)按料液流程
1、循环式 自然与强制循环
2、单程式
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(三)按加热器结构
1、盘管式浓缩器
2、中央循环管式浓缩器
3、升膜式浓缩器
4、降膜式浓缩器
5、片式浓缩器
6、刮板式浓缩器
7、外加热式浓缩器
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（四）按蒸发压力 （1）常压蒸发设备 （2）真空蒸发设备
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蒸发器的基本要求
• 管径不宜过大，一般在25～ 80mm之间，管长与管径之比一 般为L/D=100～500。
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套管式升 膜蒸发器
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套筒式升 膜蒸发器
该设备用于 低温浓缩核 苷酸溶液效 果良好。
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板式升膜蒸发器
板式升膜蒸发器的高度很小。 该设备结构紧凑，传热系数高。
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①充足的加热热源。
②保证溶剂蒸汽，即二次蒸汽的 迅速排除。
③一定的热交换面积，以保证传 热量。
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蒸发设备组成
• 蒸发设备一般由热交换器、蒸发 室、冷凝器和抽气泵等组成。
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蒸发器须考虑溶液的特性
（1） 耐热性 （2） 结垢性 （3） 发泡性 （4） 结晶性 （5） 腐蚀性 （6） 粘滞性
板 式 升 膜 管 断 面 图
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板式升膜蒸发器
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板式升膜蒸发器
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板式蒸发器特点
• 蒸发时间很短，2s左右； • 液流分布均匀，不易结垢； • 传热系数高，可达10.45～
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蒸发
• 蒸发浓缩是将稀溶液中的部分溶剂汽 化并不断排除，使溶液浓度增加。
• 为了强化蒸发过程，工业上应用的蒸 发设备通常是在沸腾状态下进行的， 并且根据物料特性及工艺要求采取相 应的强化传热措施，以提高蒸发浓缩 的经济性。
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蒸发器的分类
(一)按二次蒸汽利用次数
1、单效浓缩装置 2、多效浓缩装置 3、带有热泵的浓缩装置
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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。
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一、管式薄膜蒸发器
• 这类蒸发器的特点是液体沿加热管壁 成膜而进行蒸发。
第四章 蒸发与结晶设备
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• 浓缩：从溶液中除去部分溶剂的 单元操作。
• 生物工业所生产的产品通常为具 有生物活性的物质，或对温度较 为敏感的物质。
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• 蒸发浓缩手段常与电渗析、离子交换、
超滤等浓缩方法共同配合使用，以达 到浓缩过程经济合理的目的。
• 结晶是将高浓度的溶液或过饱和溶液
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•升膜式蒸发器正常操 作的关键是让液体物 料在管壁上形成连续 不断的液膜。
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溶液在加热管中产 生爬膜的必要条件
• 溶液在加热管中产生爬膜的必要 条件是要有足够的传热温差和传 热强度，使蒸发的二次蒸汽量和 蒸汽速度达到足度差对蒸发器的传热系数影响较大
• 由于沸腾传热系数与液体流速成正比， 随着升膜速度的增加，传热系数不断 增大。
• 管内是汽液混合物，因液体静压强所 引起的沸点升高所产生的温差损失几 乎完全可以避免，增加了传热温度差， 传热强度增加。
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• 如传热温差过大或蒸发强度过高， 传热表面产生蒸汽量大于蒸汽离开 加热面的量，则蒸汽就会在加热表 面积积聚形成大气泡，甚至覆盖加 热面，使液体不能浸润管壁，这时 传热系数迅速下降，同时形成“干 壁”现象，导致蒸发器非正常运行。
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选择、设计蒸发设备时要满足：
（1）满足工艺要求，溶液的浓缩比恰当，浓 缩后的收得率高，保持溶液的特性。
（2）传热良好，传热系数高，热利用效率高
（3）结构合理紧凑，操作清洗方便，安全可 靠。
（4）动力消耗要小。
（5）易于加工制造，维修方便，既要节省材 料，又要保证足够的机械强度。
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