在化工、醫(yī)藥和食品加工等工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要將溶有固體溶質(zhì)的稀溶液加以濃縮，以得到高濃度溶液或析出固體產(chǎn)品，此時(shí)應(yīng)采用蒸發(fā)操作。
蒸發(fā)就是通過加熱的方法將稀溶液中的一部分溶劑汽化并除去，從而使溶液濃度提高的一種單元操作，其目的是為了得到高濃度的溶液。
例如：在化工生產(chǎn)中，用電解法制得的燒堿(NaOH溶液)的質(zhì)量濃度一般只在10％左右，要得到42％左右的符合工藝要求的濃堿液則需通過蒸發(fā)操作。由于稀堿液中的溶質(zhì)NaOH不具有揮發(fā)性，而溶劑水具有揮發(fā)性，因此生產(chǎn)上可將稀堿液加熱至沸騰狀態(tài)，使其中大量的水分發(fā)生汽化并除去，這樣原堿液中的溶質(zhì)Na0H的濃度就得到了提高。又如：食品工業(yè)中利用蒸發(fā)操作將一些果汁加熱，使一部分水分汽化并除去，以得到濃縮的果汁產(chǎn)品。
除此之外，蒸發(fā)操作還常常用來先將原料液中的溶劑汽化，然后加以冷卻以得到固體產(chǎn)品，如食糖的生產(chǎn)、醫(yī)藥工業(yè)中固體藥物的生產(chǎn)等都屬此類。
在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用蒸發(fā)操作時(shí)，需認(rèn)識(shí)蒸發(fā)如下幾方面的特點(diǎn)。
?、僬舭l(fā)的目的是為了使溶劑汽化，因此被蒸發(fā)的溶液應(yīng)由具有揮發(fā)性的溶劑和不揮發(fā)性的溶質(zhì)組成，這一點(diǎn)與蒸餾操作中的溶液是不同的。整個(gè)蒸發(fā)過程中溶質(zhì)數(shù)量不變，這是本章物料衡算的基本依據(jù)。
②溶劑的汽化可分別在低于沸點(diǎn)和沸點(diǎn)時(shí)進(jìn)行。在低于沸點(diǎn)時(shí)進(jìn)行，稱為自然蒸發(fā)。如海水制鹽用太陽曬，此時(shí)溶劑的汽化只能在溶液的表面進(jìn)行，蒸發(fā)速率緩慢，生產(chǎn)效率較低，故該法在其他工業(yè)生產(chǎn)中較少采用。若溶劑的汽化在沸點(diǎn)溫度下進(jìn)行，則稱為沸騰蒸發(fā)，溶劑不僅在溶液的表面汽化，而且在溶液內(nèi)部的各個(gè)部分同時(shí)汽化，蒸發(fā)速率大大提高。本章只討論工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的沸點(diǎn)汽化。
③蒸發(fā)操作是一個(gè)傳熱和傳質(zhì)同時(shí)進(jìn)行的過程，蒸發(fā)的速率決定于過程中較慢的那一步過程的速率，即熱量傳遞速率，因此工程上通常把它歸類為傳熱過程。
?、苡捎谌芤褐腥苜|(zhì)的存在，在溶劑汽化過程中溶質(zhì)易在加熱表面析出而形成污垢，影響傳熱效果。當(dāng)該溶質(zhì)為熱敏性物質(zhì)時(shí)，還有可能因此而分解變質(zhì)。
?、菡舭l(fā)操作需在蒸發(fā)器中進(jìn)行。沸騰時(shí)，由于液沫的夾帶而可能造成物料的損失，因此蒸發(fā)器在結(jié)構(gòu)上與一般加熱器是不同的。
⑥蒸發(fā)操作中要將大量溶劑汽化，需要消耗大量的熱能，因此，蒸發(fā)操作的節(jié)能問題將比一般傳熱過程更為突出。由于目前工業(yè)上常用水蒸氣作為加熱熱源，而被蒸發(fā)的物料大多為水溶液，汽化出來的蒸汽仍然是水蒸氣，為區(qū)別起見，我們將用來加熱的蒸汽稱為生蒸汽，將從蒸發(fā)器中蒸發(fā)出的蒸汽稱為二次蒸汽。充分利用二次蒸汽是蒸發(fā)操作中節(jié)能的主要途徑。如果將二次蒸汽引至另一蒸發(fā)器作為加熱蒸汽之用，則稱為多效蒸發(fā)；如果二次蒸汽不再被利用，而是冷凝后直接放掉，則稱為單效蒸發(fā)。蒸發(fā)是借加熱作用使溶液中所含的溶劑不斷汽化，不斷被除去，以提高溶液中溶質(zhì)濃度，或使溶質(zhì)析出，即使揮發(fā)性溶劑與不揮發(fā)性溶質(zhì)分離的物理過程。如制糖工業(yè)中，蔗糖水、甜菜水的濃縮。氯堿工業(yè)中的堿液提濃以及海水淡化等都采用蒸發(fā)的辦法。
蒸發(fā)按其采用的壓力可以為常壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)(真空蒸發(fā))。按其蒸發(fā)所需熱量的利用次數(shù)可分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)。蒸發(fā)所需設(shè)備稱蒸發(fā)器，它一般由加熱室和蒸發(fā)室兩部分組成。自然循環(huán)蒸發(fā)器是指溶液在設(shè)備內(nèi)的循環(huán)是在加熱的情況下，由于各部分溶液密度的不一致，以及蒸氣流在運(yùn)動(dòng)過程中帶動(dòng)液體運(yùn)動(dòng)，使溶液得以循環(huán)的蒸發(fā)器。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器是指溶液在設(shè)備內(nèi)的循環(huán)主要是依靠外界加入動(dòng)力所導(dǎo)致的強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)的蒸發(fā)器。
液體在設(shè)備內(nèi)僅加熱一次，不作循環(huán)就可蒸發(fā)達(dá)到所需要求的蒸發(fā)器稱為單程蒸發(fā)器。從安全技術(shù)角度出發(fā)，凡蒸發(fā)的溶液，皆具有一定的特性。例如，溶質(zhì)在濃縮過程中若有結(jié)晶、沉淀和污染生成，這樣將導(dǎo)致傳熱效率的降低，并產(chǎn)生局部過熱，因此，對(duì)加熱部分需經(jīng)常清洗。對(duì)具有腐蝕性溶液的蒸發(fā)，尚需考慮設(shè)備的腐蝕問題。為了防腐，有的設(shè)備需用特種鋼材制造。對(duì)于熱敏性溶液的蒸發(fā)，尚需考慮溫度的控制。特別是由于溶液的蒸發(fā)產(chǎn)生結(jié)晶和沉淀，而這些物質(zhì)又是不穩(wěn)定的局部過熱可使其分解變質(zhì)或燃燒、爆炸，則更應(yīng)注意控制蒸發(fā)溫度。為防止熱敏性物質(zhì)的分解，可采用真空蒸發(fā)的方法，降低蒸發(fā)溫度?；蛘呤谷芤涸谡舭l(fā)器內(nèi)停留的時(shí)間和與加熱面接觸的時(shí)間盡量縮短，例如采用單程循環(huán)、高速蒸發(fā)等。
閃急蒸發(fā)是將料液加熱到一定溫度，經(jīng)過節(jié)流減壓進(jìn)入壓力低于其飽和蒸氣壓的閃蒸室中，料液因過熱而將部分溶劑急劇汽化的蒸發(fā)操作。閃急蒸發(fā)是一個(gè)絕熱過程，溶劑汽化所需的汽化熱由料液本身的顯熱提供。閃急蒸發(fā)后，料液溫度下降，濃度升高，氣液兩相的溫度和壓力達(dá)到平衡。閃急蒸發(fā)的操作方式與閃急蒸餾相同，因此兩者常統(tǒng)稱為閃蒸。但閃急蒸餾所處理的料液中各組分都能揮發(fā)，而閃急蒸發(fā)所處理的料液中溶質(zhì)一般是不揮發(fā)的。
