蒸發濃縮工藝及優缺點
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發布日期：2023-09-04
蒸發是將溶液加熱至沸騰，使其中的部分溶劑汽化并被移除，從而達到濃縮廢水中溶質的目的。用來實現蒸發操作的設備稱為蒸發器。
蒸發過程的優缺點及其工藝流程
工業上的蒸發操作是將溶液加熱至沸點，使之在沸騰狀態下蒸發。工業生產中應用蒸發操作的有以下幾種場合。
①濃縮稀溶液直接制取產品或將濃溶液再處理（如冷卻結晶）制取固體產品，如電解燒堿液的濃縮、食糖水溶液的濃縮及各種果汁的濃縮等。
②同時濃縮溶液和回收溶劑，如有機磷農藥苯溶液的濃縮脫苯、中藥生產中酒精浸出液的蒸發等。
③為了獲得純凈的溶劑，如海水淡化等。
蒸發過程的優缺點
蒸發操作主要采用飽和水蒸氣加熱。當溶液的沸點較高時，可以采用其他高溫載熱體、融鹽加熱或電加熱等。當溶液的黏度較高時，也可以采用煙道氣直接加熱。蒸發操作中溶液汽化所生成的蒸汽稱為二次蒸汽，以區別于加熱用蒸汽。二次蒸汽必須不斷地用冷凝等方法加以移除，否則蒸汽和溶液漸趨平衡，致使蒸發操作無法進行。
按操作壓力，蒸發可分為常壓、加壓和減壓蒸發操作。減壓下的蒸發稱為真空蒸發。真空蒸發的優點有：
①在減壓下溶液的沸點降低，使蒸發器的傳熱推動力增大，因而對一定的傳熱量，可以節省蒸發器的傳熱面積；
②蒸發操作的熱源可以采用低壓蒸汽或廢熱蒸汽；
③適用于處理熱敏性溶液，即在高溫下易分解、聚合或變質的溶液；
真空蒸發的缺點：
①因溶液的 黏度增大，導致總傳熱系數下降；
②需要有造成減壓的裝置，并消耗一定的能量。
很顯然，對于熱敏性物料，如抗生素溶液、果汁等應在減壓下進行，而高黏度物料應采用加壓高溫熱源加熱（如導熱油、熔鹽等）進行蒸發。
蒸發過程的工藝流程
按效數（蒸汽利用次數）可將蒸發過程分為單效蒸發與多效蒸發。若蒸發產生的二次蒸汽直接冷凝不再利用，稱為單效蒸發。若將二次蒸汽作為下一效蒸發的加熱用蒸汽，并將多個蒸發器串聯，此蒸發過程即為多效蒸發。
圖中1為蒸發器的加熱室。加熱蒸汽在加熱室的管間冷凝，放出的熱量通過管壁傳給管內的溶液。被蒸發濃縮后的完成液由蒸發器的底部排出。蒸發時產生的二次蒸汽至冷凝器3與冷卻水相混合而被冷凝，冷凝液由冷凝器的底部排出。溶液中的不凝性氣體經分離器4和緩沖罐5，而后由真空泵抽出排入大氣。
蒸發器由加熱室和分離室（蒸發室）所組成，即蒸發器必須有一定大小的分離室，以便將二次蒸汽所帶出的液沫加以分離。這是一個很重要的問題。因為若蒸氣中夾帶大量的液體，不僅損失物料，而且可能腐蝕下一效的加熱室，影響蒸發操作。至于加熱室則和一般的間壁式換熱器相似，僅在結構上有些差異。
蒸發的溶液中含有不揮發的溶質，因此在相同的溫度下，溶液的蒸汽壓較純溶劑的低，即在相同壓強下，溶液的沸點高于純溶劑的沸點，故當加熱蒸汽溫度一定時，蒸發溶液時的傳熱溫度差比蒸發純溶劑時的為低，溶液的濃度越高，這種差別也越大。
蒸發的溶液常具有某些特性且隨蒸發過程而變化，如某些溶液在蒸發時易結垢或析出結晶；某些熱敏性溶液易在高溫下分解和變質；某些溶液具有高的黏度和強腐蝕性等。應根據溶液的性質和工藝條件，選擇適宜的蒸發方法和設備。
工業蒸發操作中往往要求蒸發大量的水分，因此需消耗大量的加熱蒸汽。如何節約熱能，即提高加熱蒸汽的利用率，也是應予以考慮的問題。
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