蒸發的概念:將含有不揮發溶質的溶液加熱沸騰,使其中的揮發性溶劑部分汽化從而將溶液濃縮的過程稱為蒸發。蒸發操作廣泛應用于化工、輕工、制藥、食品等許多工業中。
1.蒸發操作的目的
工業蒸發操作的主要目的是:
(1)稀溶液的增濃直接制取液體產品,或者將濃縮的溶液再經進一步處理(如冷卻結晶)制取固體產品,例如稀燒堿溶液(電解液)的濃縮、蔗糖水溶液的濃縮以及各種果汁、牛奶的濃縮等等;
(2)純凈溶劑的制取,此時蒸出的溶劑是產品,例如海水蒸發脫鹽制取淡水。
(3)同時制備濃溶液和回收溶劑,例如中藥生產中酒精浸出液的蒸發。
工業上被蒸發的溶液多為水溶液,故本章的討論僅限于水溶液的蒸發。原則上,水溶液蒸發的基本原理和設備對其它液體的蒸發也是適用的。
2.蒸發流程
按照分子運動學說,當液體受熱時,靠近加熱面的分子不斷地獲得動能。當一些分子的動能大于液體分子之間的引力時,這些分子便會從液體表面逸出而成為自由分子,此即分子的汽化。因此溶液的蒸發需要不斷地向溶液提供熱能,以維持分子的連續汽化;另一方面,液面上方的蒸汽必須及時移除,否則蒸汽與溶液將逐漸趨于平衡,汽化將不能連續進行。
液體蒸發過程:
液體蒸發的簡化流程如圖片所示,其主體設備—蒸發器由加熱室和分離室兩部分組成,其中加熱室為一垂直排列的加熱管束,在管外用加熱介質(通常為飽和水蒸汽)加熱管內的溶液,使之沸騰汽化。濃縮了的溶液(稱為完成液)由蒸發器的底部排出。而溶液汽化產生的蒸汽經上部的分離室與溶液分離后由頂部引至冷凝器。為便于區別,將蒸出的蒸汽稱為二次蒸汽,而將加熱蒸汽稱為生蒸汽或新鮮蒸汽。
對于沸點較高的溶液的蒸發,可采用高溫載熱體如導熱油、融鹽等作為加熱介質,也可以采用煙道氣直接加熱。