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(guò)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—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(guò)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)NaOH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—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(lái)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(guò)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(yáng)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。
較慢的那一步過(guò)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(guò)程。
④由于溶液中溶質(zhì)的存在,在溶劑汽化過(guò)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)。