Выпаривание

Выпаривание — это метод химико-технологической обработки для выделения растворителя из раствора, концентрирования раствора, кристаллизации растворенных веществ. Иногда выпаривание проводят до получения насыщенных растворов, с целью дальнейшей кристаллизации из них твёрдого вещества. Выпаривание широко применяется в химической промышленности. Производство многих продуктов проходит в жидкой фазе, в виде суспензий и эмульсий, а для получения целевого продукта жидкую фазу следует удалить. Наиболее простым и производительным способом является тепло- и массообмен. Выпаривание принципиально отличается от испарения тем, что при выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объёма раствора при его температуре кипения, а испарение происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения.

Выпаривание чаще всего производится при повышенной температуре, иногда при кипении, и/или под вакуумом. На испарение растворителя расходуется тепловая энергия, которую следует подводить извне. Выпаривание — это достаточно энергоёмкий процесс. Минимальное общее (без учета потерь) количество энергии, которую необходимо затратить для выпаривания прямо пропорционально массе, изменению температуры и удельной теплоёмкости материала, подвергаемого выпариванию; удельным теплотам испарения и массам испаряющихся компонентов.

Скорость подвода энергии и соответственно выпаривания, как правило, ограничивается возможностью локального перегрева и термодеструкции (при выпаривании за счёт подогрева) или переохлаждения с нарушением структуры либо резким падением производительности выпаривания (при выпаривании в вакууме).

Для обхода скоростных ограничений процесса выпаривания применяются различные методы: там, где возможно, производится перемешивание выпариваемого материала; увеличение площади поверхности испарения (например, барботированием жидких сред или уменьшением толщины сублимируемого продукта); обеспечивается подвод энергии со всех доступных сторон (например, путем подсветки сублимируемых в вакууме продуктов); создаётся проток нейтрального носителя, уносящего пары; используют азеотропные смеси с более летучими растворителями.

• Выпарные аппараты с паровым обогревом
• Вакуум-выпарные аппараты с тепловым насосом тепловой насос
  • вертикальные и горизонтальные цилиндрические выпарные аппараты с обогревом змеевиками или нагревательными рубашками
  • аппараты с внутренними и выносными нагревательными камерами
  • плёночные аппараты
  • аппараты с принудительной циркуляцией

Обогрев производится через стенку аппарата, с помощью змеевиков, в агрессивных средах — барботажем пузырьков газа сквозь раствор, распылением раствора в струе газа.

При температуре ниже 200 °C теплоносителем может быть перегретый водяной пар, выше 200 °C — высококипящие жидкости (масла), топочные газы. Кипение воды в вакуумном выпарном аппарате происходит при температуре 45 °С благодаря применению теплового насоса, такие аппараты экономичнее паровых в 5-10 раз.

• Тищенко И. А. Общий метод расчёта многокорпусного выпарного аппарата. М. В. С. Н. Х. 1924 г. 36 с.
• Касаткин А. Г., Основные процессы и аппараты химической технологии, М, «Химия», 1971, 784 с.
• Позин М. Е., Зинюк Р. Ю., Физико-химические основы неорганической технологии, Л, «Химия», 1985, 384 с.

• Сублимация