Загальні поняття та визначення

Випарюванням називається концентрування розчинів практично нелетючих чи малолетючих речовин у рідких летючих розчинниках.

Випарюванню піддають розчини твердих речовин (водяні розчини лугів, солей і ін.), а також висококиплячі рідини що володіють при температурі випарювання дуже малим тиском пари, - деякі мінеральні й органічні кислоти, багатоатомні спирти й ін. Випарювання застосовується також іноді для виділення розчинника в чистому виді: при опрісненні морської води випарюванням утворену водяну пару конденсують і воду використовують для питних чи технічних цілей.

 Одержання висококонцентрованих розчинів, практично сухих і кристалічних продуктів полегшує й зменшує вартість їх перевезення і збереження.

Тепло при випарюванні розчину можна підводити будь-якими теплоносіями, застосовуваними при нагріванні. Найчастіше використовують водяну пару, яку називають гріючою чи первинною.

Первинною може бути або пара, одержувана з парогенераторів, або відпрацьована пара проміжного добору парових турбін.

Пара, що утворюється при випарюванні киплячого розчину, називається вторинною.

Процеси випарювання проводять під вакуумом, при підвищеному й атмосферному тисках.

Вибір тиску пов'язаний із властивостями розчину, що випарюється, і можливістю використання тепла вторинної пари.

Випарювання під вакуумом має деякі переваги перед випарюванням при

атмосферному тиску, незважаючи на те що теплота випару розчину трохи зростає зі зниженням тиску і відповідно збільшується витрата пари при випарюванні 1 кг розчинника.

При випарюванні під вакуумом стає можливим проводити процес при більш низьких температурах, що важливо у випадку концентрування розчинів речовин, схильних до розкладання при підвищених температурах. Крім того, при розрідженні збільшується корисна різниця температур між гріючим агентом і розчином, що дозволяє зменшити поверхню нагрівання апарата. У випадку однакової корисної різниці температур при випарюванні під вакуумом можна використовувати гріючий агент більш низьких робочих параметрів (температура, тиск).

Тому випарювання під вакуумом широко застосовується для концентрування висококиплячих розчинів, а також для концентрування розчинів з використанням теплоносія (пари) невисоких параметрів.

Застосування вакууму дає можливість використовувати як гріючий агент, крім первинної пари, вторинну пару самої випарної установки, що знижує витрату гріючої пари.

Однак застосування вакууму підвищує як вартість самої установки так і збільшує експлуатаційні витрати.

При випарюванні під тиском вище атмосферного можна використовувати вторинну пару як для випарювання, так і для інших потреб виробництва, не зв'язаних з випарюванням.

 Вторинна пара, що відбирається на сторону, називається екстрапарою. Добір екстрапари при випарюванні під надлишковим тиском дозволяє краще використовувати тепло, чим при випарюванні під вакуумом. Однак випарювання під надлишковим тиском пов'язано з підвищенням температури кипіння розчину. Тому даний спосіб застосовується лише при випарюванні термічно стійких речовин.

При випарюванні під атмосферним тиском вторинна пара не використовується і звичайно видаляється в атмосферу. Такий спосіб випарювання найбільш простий, але і найменш ефективний.

Випарювання під атмосферним тиском, а іноді і випарювання під вакуумом проводять в однакових апаратах (однокорпусних випарних установках).

Однак найбільш поширені багатокорпусні випарні установки, що складаються з декількох випарних апаратів, чи корпусів, у яких вторинна пара кожного попереднього корпуса направляється як гріюча в наступний корпус. При цьому тиск у послідовно з'єднаних (по ходу розчину, що випарюється,) корпусах знижується таким чином, щоб забезпечити різницю між вторинною парою з попереднього корпуса і розчином, що кипить у даному корпусі, тобто створити необхідну рушійну силу процесу випарювання. У цих установках первинною парою обігрівається тільки перший корпус. Тому в багатокорпусних випарних установках досягається значна економія первинної пари в порівнянні з однокорпусними установками тієї ж продуктивності.

Економія первинної пари (і відповідно палива) може бути досягнута так само і однокорпусних випарних установках з тепловим насосом. У них вторинна пара на виході з апарата стискається за допомогою теплового насоса (наприклад термокомпресора) до тиску, що відповідає температурі первинної пари, після чого він знову повертається в апарат для випарювання розчину.

У хімічній промисловості застосовуються в основному беззупинно діючі випарні установки. Лише у виробництві малого масштабу і при випарюванні розчинів до високих кінцевих концентрацій іноді використовують випарні апарати періодичної дії.