在化工、医药和食品加工等工业生产中,常常需要将溶有固体溶质的稀溶液加以浓缩,以得到高浓度溶液或析出固体产品,此时应采用蒸发操作。
蒸发就是通过加热的方法将稀溶液中的一部分溶剂汽化并除去,从而使溶液浓度提高的一种单元操作,其目的是为了得到高浓度的溶液。
例如:在化工生产中,用电解法制得的烧碱(NaOH溶液)的质量浓度—般只在10%左右,要得到42%左右的符合工艺要求的浓碱液则需通过蒸发操作,由于稀碱液中的溶质NaOH不具有挥发性,而溶剂水具有挥发性,因此生产上可将稀碱液加热至沸腾状态,使其中大量的水分发生汽化并除去,这样原碱液中的溶质NaOH的浓度就得到了提高。又如:食品工业中利用蒸发操作将—些果汁加热,使一部分水分汽化并除去,以得到浓缩的果汁产品。
除此之外,蒸发操作还常常用来先将原料液中的溶剂汽化,然后加以冷却以得到固体产品,如食糖的生产、医药工业中固体药物的生产等都属此类。
在工业生产中应用蒸发操作时,需认识蒸发如下几方面的特点。
①蒸发的目的是为了使溶剂汽化,因此被蒸发的溶液应由具有挥发性的溶剂和不挥发性的溶质组成,这一点与蒸馏操作中的溶液是不同的。整个蒸发过程中溶质数量不变,这是本章物料衡算的基本依据。
②溶剂的汽化可分别在低于沸点和沸点时进行。在低于沸点时进行,称为自然蒸发。如海水制盐用太阳晒,此时溶剂的汽化只能在溶液的表面进行,蒸发速率缓慢,生产效率较低,故该法在其他工业生产中较少采用。若溶剂的汽化在沸点温度下进行,则称为沸腾蒸发,溶剂不仅在溶液的表面汽化,而且在溶液内部的各个部分同时汽化,蒸发速率大大提高。本章只讨论工业生产中普遍采用的沸点汽化。
较慢的那一步过程的速率,即热量传递速率,因此工程上通常把它归类为传热过程。
④由于溶液中溶质的存在,在溶剂汽化过程中溶质易在加热表面析出而形成污垢,影响传热效果。当该溶质为热敏性物质时,还有可能因此而分解变质。