蒸發(fā)的概念
將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液加熱沸騰，使其中的揮發(fā)性溶劑部分汽化從而將溶液濃縮的過程稱為蒸發(fā)。蒸發(fā)操作廣泛應用于化工、輕工、制藥、食品等許多工業(yè)中。
1．蒸發(fā)操作的目的
工業(yè)蒸發(fā)操作的主要目的是：
（1）稀溶液的增濃直接制取液體產(chǎn)品，或者將濃縮的溶液再經(jīng)進一步處理（如冷卻結晶）制取固體產(chǎn)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(chǎn)品，例如海水蒸發(fā)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(chǎn)中酒精浸出液的蒸發(fā)。
工業(yè)上被蒸發(fā)的溶液多為水溶液，故本章只討論水溶液的蒸發(fā)。原則上，水溶液蒸發(fā)的基本原理和設備對其它液體的蒸發(fā)也是適用的。
2．蒸發(fā)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(fā)需要不斷地向溶液提供熱能，以維持分子的連續(xù)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(xù)進行。
1．蒸發(fā)過程的分類
（1）常壓蒸發(fā)、加壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)
按蒸發(fā)操作壓力的不同，可將蒸發(fā)過程分為常壓、加壓和減壓（真空）蒸發(fā)。對于大多數(shù)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(fā)，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要在減壓條件下進行。減壓蒸發(fā)的優(yōu)點是：
①溶液沸點降低，在加熱蒸汽溫度一定的條件下，蒸發(fā)器傳熱的平均溫度差增大，于是傳熱面積減小；
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(tǒng)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(fā)的傳熱系數(shù)減小，同時，減壓蒸發(fā)時，造成真空需要增加設備和動力。
（2）單效蒸發(fā)與多效蒸發(fā)
根據(jù)二次蒸汽是否用作另一蒸發(fā)器的加熱蒸汽，可將蒸發(fā)過程分為單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)。若前一效的二次蒸汽直接冷凝而不再利用，稱為單效蒸發(fā)，圖片5-1所示為單效蒸發(fā)的流程示意。若將二次蒸汽引至下一蒸發(fā)器作為加熱蒸汽，將多個蒸發(fā)器串聯(lián)，使加熱蒸汽多次利用的蒸發(fā)過程稱為多效蒸發(fā)。
（3）間歇蒸發(fā)與連續(xù)蒸發(fā)
根據(jù)蒸發(fā)的過程模式，可將其分為間歇蒸發(fā)和連續(xù)蒸發(fā)。間歇蒸發(fā)系指分批進料或出料的蒸發(fā)操作。間歇操作的特點是：在整個過程中，蒸發(fā)器內(nèi)溶液的濃度和沸點隨時間改變，故間歇蒸發(fā)為非穩(wěn)態(tài)操作。通常間歇蒸發(fā)適合于小規(guī)模多品種的場合，而連續(xù)蒸發(fā)適合于大規(guī)模的生產(chǎn)過程。
4．蒸發(fā)操作的特點
前已述及，蒸發(fā)操作是從溶液中分離出部分溶劑，而溶液中所含溶質(zhì)的數(shù)量不變，因此蒸發(fā)是一個熱量傳遞過程，其傳熱速率是蒸發(fā)過程的控制因素。蒸發(fā)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(fā)過程又具有其自身的特點，主要表現(xiàn)在：
（1）溶液沸點升高
被蒸發(fā)的料液是含有非揮發(fā)性溶質(zhì)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?nèi)軇┑恼魵鈮骸Q言之，在相同壓力下，溶液的沸點高于純?nèi)軇┑姆悬c。因此，當加熱蒸汽溫度一定，蒸發(fā)溶液時的傳熱溫度差要小于蒸發(fā)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(fā)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(fā)過程中，溶液的某些性質(zhì)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(chǎn)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(fā)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(fā)時需消耗大量的加熱蒸汽，而溶液汽化又產(chǎn)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(jīng)濟程度，也是蒸發(fā)器設計中的重要問題。
