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，故本章只討論水溶液的蒸發。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。

1．蒸發過程的分類

（1）常壓蒸發、加壓蒸發和減壓蒸發

按蒸發操作壓力的不同，可將蒸發過程分為常壓、加壓和減壓（真空）蒸發。對于大多數無特殊要求的溶液，采用常壓、加壓或減壓操作均可。但對于熱敏性料液，例如抗生溶液、果汁等的蒸發，為了保證產品質量，需要在減壓條件下進行。減壓蒸發的優點是：

①溶液沸點降低，在加熱蒸汽溫度一定的條件下，蒸發器傳熱的平均溫度差增大，于是傳熱面積減??；

②由于溶液沸點降低，可以利用低壓蒸汽或廢熱蒸汽作為加熱蒸汽；

③溶液沸點低，可防止熱敏性物料的變性或分解；

④由于溫度低，系統的熱損失小。但另一方面，由于沸點降低，溶液的粘度大，使蒸發的傳熱系數減小，同時，減壓蒸發時，造成真空需要增加設備和動力。

（2）單效蒸發與多效蒸發

根據二次蒸汽是否用作另一蒸發器的加熱蒸汽，可將蒸發過程分為單效蒸發和多效蒸發。若前一效的二次蒸汽直接冷凝而不再利用，稱為單效蒸發，圖片5-1所示為單效蒸發的流程示意。若將二次蒸汽引至下一蒸發器作為加熱蒸汽，將多個蒸發器串聯，使加熱蒸汽多次利用的蒸發過程稱為多效蒸發。

（3）間歇蒸發與連續蒸發

根據蒸發的過程模式，可將其分為間歇蒸發和連續蒸發。間歇蒸發系指分批進料或出料的蒸發操作。間歇操作的特點是：在整個過程中，蒸發器內溶液的濃度和沸點隨時間改變，故間歇蒸發為非穩態操作。通常間歇蒸發適合于小規模多品種的場合，而連續蒸發適合于大規模的生產過程。

4．蒸發操作的特點

前已述及，蒸發操作是從溶液中分離出部分溶劑，而溶液中所含溶質的數量不變，因此蒸發是一個熱量傳遞過程，其傳熱速率是蒸發過程的控制因素。蒸發所用的設備屬于熱交換設備.

但與一般的傳熱過程比較，蒸發過程又具有其自身的特點，主要表現在：

（1）溶液沸點升高

被蒸發的料液是含有非揮發性溶質的溶液，由拉烏爾定律可知，在相同的溫度下，溶液的蒸汽壓低于純溶劑的蒸氣壓。換言之，在相同壓力下，溶液的沸點高于純溶劑的沸點。因此，當加熱蒸汽溫度一定，蒸發溶液時的傳熱溫度差要小于蒸發溶劑時的溫度差。溶液的濃度越高，這種影響也越顯著。在進行蒸發設備的計算時，必須考慮溶液沸點上升的這種影響。

（2）物料的工藝特性蒸發過程中，溶液的某些性質隨著溶液的濃縮而改變。

有些物料在濃縮過程中可能結垢、析出結晶或產生泡沫；有些物料是熱敏性的，在高溫下易變性或分解；有些物料具有較大的腐蝕性或較高的粘度等等。因此，在選擇蒸發的方法和設備時，必須考慮物料的這些工藝特性。

（3）能量利用與回收

蒸發時需消耗大量的加熱蒸汽，而溶液汽化又產生大量的二次蒸汽，如何充分利用二次蒸汽的潛熱，提高加熱蒸汽的經濟程度，也是蒸發器設計中的重要問題。