1 Выпаривание жидкости из раствора. Общие сведения

Процесс концентрирования растворов, заключающийся в удалении растворителя путем испарения при кипении, назы­вается выпариванием.

Большей частью из раствора удаляют лишь часть раствори­теля, так как в выпарных аппаратах обычных конструкций упа­ренный раствор должен оставаться в текучем состоянии. Пол­ное удаление растворителя в таких аппаратах возможно в тех случаях, когда растворенное вещество либо является жидким (например, выпаривание растворов глицерина), либо при тем­пературе процесса находится в расплавленном состоянии (на­пример, выпаривание растворов аммиачной селитры или едкого натра. В ряде случаев при выпаривании растворов твердых веществ достигается насыщение раствора; при дальнейшем удалении растворителя из такого раствора происходит кристаллизация, т. е выделение из него растворенного твердого вещества.

Выпаривание широко применяется для повышения концен­трации разбавленных растворов или выделения из них раство­ренного вещества путем кристаллизации.

В промышленности в большинстве случаев выпариваются водные растворы различных веществ.

2. Способы выпаривания

Для обогрева выпарных аппаратов применяют нагревающие агенты. Наибольшим распространением пользуется водяной пар. Когда необходимо проводить выпаривание при высокой температуре, применяют топочные газы и высокотемпературные нагревающие агенты, иногда используют электрический обогрев. Нагревание выпариваемого раствора производится путем передачи тепла от нагревающего агента через стенку, разде­ляющую оба вещества, либо путем непосредственного соприкос­новения веществ. Выпаривание путем непосредственного со­прикосновения нагревающего агента с раствором применяется только при обогреве топочными газами.

Выпаривание ведут как под атмосферным, так и под пони­женным или повышенным давлением.

При выпаривании раствора под атмосферным давлением образующийся так называемый вторичный (соковый) пар выпу­скается в атмосферу. Такой способ выпаривания является наи­более простым.

При выпаривании под пониженным давлением (при разре­жении) в аппарате создается вакуум путем конденсации вто­ричного пара в специальном конденсаторе и отсасывания из него неконденсирующихся газов с помощью вакуум-насоса.

Вакуум-выпарка позволяет снизить температуру кипения раствора и применяется для выпаривания чувствительных к вы­сокой температуре растворов (например, растворов органиче­ских веществ), а также высококипящих растворов, когда температура нагревающего агента не дает возможности вести процесс под атмосферным давлением. Использование вакуума позволяет также увеличить разность температур между нагревающим агентом и кипящим раствором, з следовательно, уменьшить по­верхность теплообмена. Недостатком выпаривания в вакууме является удорожание установки (дополнительные затраты на конденсационное устройство) и ее эксплуатации (расход воды на конденсатор, затрата энергии на вакуум-насос, рас­ходы по обслуживанию, амортизация конденсационного устройства).

При выпаривании под повышенным давлением вторичный пар может быть использован как нагревающий агент в подогре­вателях, для отопления и т. п., а также для различных техно­логических нужд. Выпаривание под давлением связано с повы­шением температуры кипения раствора, поэтому применение данного способа ограничено свойствами раствора и температу­рой нагревающего агента.