生化工程设备-第二篇-第四章-蒸发与结晶设备-第一节,第二节

第四章 蒸发与结晶设备--第一节，第二节

第四章 蒸发与结晶设备

蒸发是浓缩操作的一种子段，为化工 领域的重要操作单元之一，在生物工 业中被广泛 采用。由于生物工业所生 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，这是蒸发 浓缩操作在生物工业中应用时要特别 注重的问题。

在实际应用过程中，综合考虑生产成本、 产品质量和设备投资等因素，蒸发手段 常与 电渗析、离子交换、超滤等其他浓 缩方法共同配合使用，以达到浓缩过程 经济合理的目 的。蒸发仅是浓缩的方法 之一，而不是目的，在设汁或选择浓缩 设备、工艺流程时，应充 分应用或创造 性利用现有的科技成果，使设计和选型 先进、经济、合理。

在发酵工业中.蒸发操作常用于将稀溶液浓缩到规 定浓度以符合工艺要求，如将麦芽 汁浓缩到规定 浓度再进行发酵；或将济液浓缩至-定的浓度，使 其他工序更为经济合理， 如将谷氨酸发酵液浓缩 到一定浓度再进行冷冻等电操作，或将溶液浓缩 一定浓度以便进行结晶操作。 结晶操作是获得纯净固体物质的重要方法之一。 发酵工业的许多产品，如谷氨酸一纳 盐、柠檬酸、 葡萄糖、核苷酸等都是用结晶的方法提纯精制的。

蒸发与结晶之间最大区别在于，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，而结晶过程则是 通过将过饱和溶液冷却、蒸发，或投入晶种 使溶质成为晶体析出。结晶过程的操作与控 制比蒸发过程要复杂得多。 本章将对生物工业中常用的蒸发、结晶设备 的工作原理、设计及选型进行分析讨论。

第一节 常压与真空蒸发设备

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，因 为沸腾状态下传热系数高，传热 速度 快。并且根据物料特性及王艺要求采 取相应的强化传热措施，以提高蒸发 浓缩的经济性。

无论是哪种类型的蒸发器都必须满足 以下基本要求: ①热能的不断供给，以维持溶 液的沸 腾和补充溶剂汽化所带走的热量； ②溶剂蒸汽(即二次蒸汽)的不断排除; ③一定的热交换面积，以保证传热量。

蒸发可以在常压或负压(减压)状态下进行，在负压 状态下进行的常称为真空蒸发。 在生物工业中通常采用真空蒸发，这是因为真空 蒸发具有以下优点： ①物料沸腾温度降 低，避免或减少物料受高温发 生质变; ②沸腾温度降低，提高了加热蒸汽和溶液热交换 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

常压蒸发设备在工业中的应用已逐渐减少。在生物工业中 的应用实例之一为啤酒厂的麦汁煮沸锅。它的主要作用是 将糊化、糖化、过滤后麦芽汁煮沸、浓缩到→定的发酵糖 度。麦汁煮沸锅具有多种形式，从形状分有因筒球底、因 筒凹底和矩形不等边底等，从加 热形式分为夹套加热式、 内置加热式和外置加热式。无论什么结构的麦汁煮沸锅， 其上部 形式如同啤酒糖化锅和糊化锅.呈球形、碟形或锥 形封头，封头中央有一圆简形排气管， 排气管要有-定的 大小和高度，其大小可按二次蒸汽排出的阻力进行计算， 通常采用液体 蒸发面的1/30~1/50。排出的二次蒸汽会 在排气管壁上冷凝，冷凝液由集液槽排除，使 其不致重新 流入锅内。排气管道装有调节风门，以防止室外冷空气倒 流，影响产品质量。 通气管内附有可开关的闸板。

(一)夹套加热式麦汁煮沸锅

传统的圆筒球底麦汁煮沸锅，容积小，由紫铜板 或不锈钢板制作.可分为锅体、加热 夹套、搅拌装 置3个基本组成部分，有的锅内增设加热盘管，同 啤酒糖化锅很相似。 圆形凹底麦汁煮沸锅，锅底为凹形(图24-1) ,其 加热面较球j良大得多，且分为两个加热区，这样 设计可以促进麦汁的对流和加强煮沸强度。两个 加热区采用不同的加热温 度，中心加热区能放受 较高的压力，使用较高的加热温度.外夹套加热区 圆周直径大，耐压能力差，采用较低压力的蒸汽 进行加热。

每个加热区分别装有进蒸汽管、排冷守 凝水管和 排不凝性气体管。进气管的位 置约在夹层中上部，使蒸汽分布均匀。 冷凝水排放管位于夹 层的最低位置，使 冷凝水能排除于净，避免怜凝水的积存 而降低传热系数。排不凝性气体 管位于 夹套的最高位宜.使不凝性气体能排除干 净，一般紫铜板的麦芽汁煮沸锅的加热 面 积为0.1~1m2/m3麦芽汁，不锈钢制的 设备传热面积为0. 6~1. 2m2/m3麦芽汁， 因为不 锈钢导热性能比铜差。

由于有两个加热区，可以实现麦汁的自 然对流。安装搅拌器的作用主要是使物 料受热 均匀，沸腾前加速物料的对流， 提高传热系数，同时减缓固体物料沉淀 在加热表面而造成 的过热和积垢现象"常 用的搅拌器为后弯曲的圆周曲面搅拌器， 由面形状与锅底相似，离 锅璧5--10cm, 转速一般为:33--40r/min。 这种型式的锅也有利于自动清洗。

(二)内置加热式麦汁煮沸锅

随着煮沸锅容量不断增大，其底部夹套加热 面积的比例则相对减小

,以致不能满足麦汁 煮沸锅丁艺需要.而且大型的铜锅不易加工， 其强度小， 且价格昂贵，目前已改用不锈 钢 制造。不锈钢的热导率较紫铜的热导率低得 多.为了加强煮沸效果，改善麦汁对流情 况， 不锈钢煮沸锅的锅壁在常加设由半园管或槽 型钢组成的加热层。底部加热层与锅壁加热 层通常是分开的，采用不同的蒸汽压力。此 外，也可在锅内部装置各种型式的内加热器。

加热器可置于锅的底部，锅底向外凸出，以放置 加热器，如图2-4-2 (1)所示，加热 器占锅容积 的4%~5%,加热面大，一般为1. 1 ~ 1. 2m2/m3 麦汁.每小时蒸发盘可达 10%左右。物料循环较好， 操作弹性大，洗涤时洗涤液耗量少。 列管式内加热器是目前啤酒厂普遍采用的内加热 器.这种内加热器由许多不锈钢加热排管 所构成， 如图2-4-2 (2)所示.也可采用蛇管加热器，为了符 合多品种啤酒的生产要求，可将 蛇管分成几组， 按麦汁量的多少灵活控制，以便在麦汁量减少时， 只利用部分加热面积。

星式内加热器由许多块内加热板所组成，如图2-42 (3)所示，板数可根据使用的材 质和要求的蒸发 量来决定。各板成放射状排列，加热板最多者达 30块，如需进一步增加 加热面，可在加热板周围 周以环形加热器。 采用内置加热器，处于加热器部位的麦汁受热上 升，在加热管上方喷出，锅底部麦汁则不断补充 进入加热管周边，使麦汁在锅内形成强烈的对流， 从而强化了传热方式，提高 了蒸发效率，有效地 减轻加热管外壁结垢，并可省去搅拌系统.

加热器喷出的直径应与煮沸锅的直径成 一定的比例。加热器直径过大，麦汁上 升速度 过快，加热面积不能充分地被利 用；直径过小，则会导致锅外缘的麦汁 得不到充分煮沸。 解决此问题的办法， 常用一高度可调的伞形罩或平面罩放在 加热器上面，将由加热管喷出的煮沸麦 汁，引向锅的外缘，从而产生良好的对 流效果。

加热器的清洗时间可每天或较长时间洗涤一次，根据沉淀 的蛋白质积垢而定。不及时 清除积垢，将导致加热管壁传 热能力下降，甚至堵塞加热管，无法使用。 与夹套加热式麦芽汁煮沸锅相比较，内置加热 …… 此处隐藏：2271字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……