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,此時應采用蒸發(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蒸發(fā)操作,由于稀堿液中的溶質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)中應用蒸發(fā)操作時,需認識蒸發(fā)如下幾方面的特點。
?、僬舭l(fā)的目的是為了使溶劑汽化,因此被蒸發(fā)的溶液應由具有揮發(fā)性的溶劑和不揮發(fā)性的溶質組成,這一點與蒸餾操作中的溶液是不同的。整個蒸發(fā)過程中溶質數(shù)量不變,這是本章物料衡算的基本依據(jù)。
?、谌軇┑钠煞謩e在低于沸點和沸點時進行。在低于沸點時進行,稱為自然蒸發(fā)。如海水制鹽用太陽曬,此時溶劑的汽化只能在溶液的表面進行,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溫度下進行,則稱為沸騰蒸發(fā),溶劑不僅在溶液的表面汽化,而且在溶液內部的各個部分同時汽化,蒸發(fā)速率大大提高。本章只討論工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的沸點汽化。
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。
④由于溶液中溶質的存在,在溶劑汽化過程中溶質易在加熱表面析出而形成污垢,影響傳熱效果。當該溶質為熱敏性物質時,還有可能因此而分解變質。