ВЫПА́РИВАНИЕ

ВЫПА́РИВАНИЕ, про­цесс час­тич­но­го уда­ле­ния рас­тво­ри­те­ля из рас­тво­ра при на­гре­ва­нии. В. при­ме­ня­ют для кон­цен­три­ро­ва­ния рас­тво­ров, вы­де­ле­ния рас­тво­рён­но­го ве­ще­ст­ва (в про­из-ве пла­ст­масс, со­лей и пр.), по­лу­че­ния чис­то­го рас­тво­ри­те­ля (в т. ч. обес­со­лен­ной во­ды для бы­то­вых и тех­нич. нужд), кон­цен­три­ро­ва­ния эмуль­сий и сус­пен­зий (в цел­лю­лоз­но-бу­маж­ном про­из-ве, при кон­цен­три­ро­ва­нии мо­ло­ка и пр.). Ча­ще все­го В. под­вер­га­ют вод­ные рас­тво­ры не­ле­ту­чих или ма­ло­ле­ту­чих ве­ществ. В. – один из древ­ней­ших спо­со­бов раз­де­ле­ния жид­ких сме­сей с ис­поль­зо­ва­ни­ем те­п­ло­ты; про­цесс, в ча­ст­но­сти, при­ме­нял­ся в со­ле­вар­нях для вы­де­ле­ния по­ва­рен­ной со­ли из рас­тво­ров.

В. про­ис­хо­дит бла­го­да­ря под­во­ду те­п­ло­ты из­вне (ча­ще все­го те­п­ло­но­си­те­лем слу­жит во­дя­ной пар дав­ле­ни­ем до 1,2 МПа, на­зы­вае­мый грею­щим или пер­вич­ным) и не­пре­рыв­но­му уда­ле­нию вто­рич­но­го па­ра, об­ра­зую­ще­го­ся при на­гре­ва­нии рас­тво­ра. Дви­жу­щая си­ла В. – раз­ность ме­ж­ду темп-ра­ми грею­ще­го па­ра и ки­пя­ще­го рас­тво­ра, т. н. по­лез­ная раз­ность темп-р. Она все­гда мень­ше раз­но­сти темп-р пер­вич­но­го и вто­рич­но­го па­ров, т. к. рас­твор ки­пит при бо­лее вы­со­кой темп-ре, чем чис­тый рас­тво­ри­тель. Раз­ность ме­ж­ду темп-рой ки­пе­ния рас­тво­ра и темп-рой ки­пе­ния рас­тво­ри­те­ля, на­зы­вае­мая тем­пе­ра­тур­ной или фи­зи­ко-хи­мич. де­прес­си­ей, оп­ре­де­ля­ет­ся хи­мич. при­ро­дой рас­тво­ра и час­то дос­ти­га­ет боль­ших (до 90 °C и бо­лее) зна­че­ний, воз­рас­тая с уве­ли­че­ни­ем кон­цен­тра­ции и внеш­не­го дав­ле­ния. Темп-ра ки­пе­ния рас­тво­ра по­вы­ша­ет­ся так­же из-за бо­лее вы­со­ко­го дав­ле­ния в рас­тво­ре, чем в па­ро­вом про­стран­ст­ве; од­на из гл. при­чин по­вы­ше­ния дав­ле­ния – гид­ро­ста­ти­че­ское дав­ле­ние рас­тво­ра (т. н. гид­ро­ста­ти­че­ская де­прес­сия).

Для про­ве­де­ния про­цес­са при­ме­ня­ют вы­пар­ные ап­па­ра­ты, ра­бо­таю­щие под ат­мо­сфер­ным и из­бы­точ­ным (до 0,6 МПа) дав­ле­ни­ем или раз­ре­же­ни­ем (до 0,008 МПа). Вы­пар­ные ап­па­ра­ты для па­ро­си­ло­вых ус­та­но­вок, оп­рес­ни­тель­ных ус­та­но­вок атом­ных элек­тро­стан­ций и хо­ло­диль­ных аг­ре­га­тов час­то на­зы­ва­ют ис­па­ри­те­ля­ми. В за­ви­си­мо­сти от спо­со­ба на­гре­ва­ния кон­цен­три­руе­мо­го рас­тво­ра вы­пар­ные ап­па­ра­ты де­лят­ся на по­верх­но­ст­ные (те­п­ло­та пе­ре­да­ёт­ся от те­п­ло­но­си­те­ля че­рез стен­ку ап­па­ра­та) и кон­такт­ные (те­п­ло­пе­ре­да­ча осу­ще­ст­в­ля­ет­ся при не­по­средств. со­при­кос­но­ве­нии те­п­ло­но­си­те­ля с рас­тво­ром).

Наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли по­верх­но­ст­ные вы­пар­ные ап­па­ра­ты с ес­те­ст­вен­ной и при­ну­ди­тель­ной цир­ку­ля­ци­ей, а так­же плё­ноч­ные вы­пар­ные ап­па­ра­ты. В вы­пар­ных ап­па­ра­тах с ес­теств. цир­ку­ля­ци­ей осу­ще­ст­в­ля­ют обыч­но В. ма­ло­вяз­ких (вяз­кость до 6–8 мПа·с) не­на­сы­щен­ных рас­тво­ров хо­ро­шо рас­тво­ри­мых со­лей. Для вы­па­ри­ва­ния рас­тво­ров пло­хо рас­тво­ри­мых ве­ществ, ко­то­рые при кон­цен­три­ро­ва­нии вы­па­да­ют в оса­док и об­ра­зу­ют на на­гре­вае­мой по­верх­но­сти зна­чит. слой на­ки­пи, а так­же при оп­рес­не­нии мор­ской воды при­ме­ня­ют вы­пар­ные ап­па­ра­ты с вы­не­сен­ной зо­ной ки­пе­ния, в ко­то­рых над грею­щей ка­ме­рой ус­та­нов­ле­на до­пол­нит. тру­ба, обес­пе­чи­ваю­щая ес­те­ст­вен­ную цир­ку­ля­цию. Для В. срав­ни­тель­но вяз­ких (до 1 Па·с) про­дук­тов при­ме­ня­ют вы­пар­ные ап­па­ра­ты с при­ну­дит. цир­ку­ля­ци­ей, соз­да­вае­мой на­со­сом.

Вер­ти­каль­ные плё­ноч­ные вы­пар­ные ап­па­ра­ты ис­поль­зу­ют для В. силь­но пе­ня­щих­ся, тер­мо­чув­ст­вит. про­дук­тов (напр., в про­из-ве дрож­жей, фрук­то­вых со­ков, ан­ти­био­ти­ков, рас­тво­ри­мо­го ко­фе); кон­цен­три­ро­ва­ние в этих ап­па­ра­тах про­ис­хо­дит в ре­зуль­та­те од­но­крат­но­го дви­же­ния тон­ко­го слоя (плён­ки) рас­тво­ра вме­сте с вто­рич­ным па­ром вдоль тру­бок дли­ной 6–8 м. Дос­то­ин­ст­ва та­ких вы­пар­ных ап­па­ра­тов – ма­лый объ­ём жид­ко­сти в ап­па­ра­те и ма­лая про­дол­жи­тель­ность кон­так­та вы­па­ри­вае­мо­го про­дук­та с на­гре­вае­мой по­верх­но­стью при боль­шой про­из­во­ди­тель­но­сти ап­па­ра­та. Очень вяз­кие (до 20 Па·с) тер­мо­чув­ст­вит. ве­ще­ст­ва (напр., кар­ба­мид, ка­про­лак­там) кон­цен­три­ру­ют в ро­тор­ных вы­пар­ных ап­па­ра­тах, в ко­то­рых рас­твор пе­ре­ме­ща­ет­ся («раз­ма­зы­ва­ет­ся») скреб­ка­ми ро­то­ра по по­верх­но­сти те­п­ло­об­ме­на в ви­де тон­кой тур­бу­ли­зо­ван­ной плён­ки. В ре­зуль­та­те по­лу­ча­ют пас­то­об­раз­ные про­дук­ты. Воз­мож­но вы­па­ри­ва­ние до су­хо­го ос­тат­ка.

Кон­такт­ные вы­пар­ные ап­па­ра­ты с по­груж­ным го­ре­ни­ем, обог­ре­вае­мые бар­бо­ти­рую­щи­ми че­рез рас­твор ды­мо­вы­ми га­за­ми, ис­поль­зу­ют для В. хи­ми­че­ски аг­рес­сив­ных вы­со­ко­ки­пя­щих рас­тво­ров.

В оди­ноч­ных ап­па­ра­тах не­пре­рыв­но­го и пе­рио­ди­че­ско­го дей­ст­вия пе­ре­ра­ба­ты­ва­ют срав­ни­тель­но не­боль­шие ко­ли­че­ст­ва рас­тво­ров, напр. в про­из-ве осо­бо чис­той по­ва­рен­ной со­ли, а так­же то­мат­ных паст, сгу­щён­но­го мо­ло­ка. В. рас­тво­ров, ха­рак­те­ри­зую­щих­ся не­боль­ши­ми зна­че­ния­ми тем­пе­ра­тур­ной де­прес­сии (до 20 °C), осу­ще­ст­в­ля­ют в оди­ноч­ных вы­пар­ных ап­па­ра­тах с те­п­ло­вым на­со­сом; вто­рич­ный пар сжи­ма­ют тур­бо­ком­прес­со­ром или па­ро­вым ин­жек­то­ром для по­вы­ше­ния темп-ры до темп-ры грею­ще­го па­ра. Для умень­ше­ния рас­хо­да грею­ще­го па­ра ши­ро­ко при­ме­ня­ют мно­го­сту­пен­ча­тые (мно­го­кор­пус­ные) ус­та­нов­ки не­пре­рыв­но­го дей­ст­вия, со­стоя­щие из ря­да по­сле­до­ва­тель­но со­еди­нён­ных ап­па­ра­тов, ра­бо­таю­щих при по­сте­пен­но сни­жаю­щем­ся дав­ле­нии. Пер­вич­ным па­ром обог­ре­ва­ет­ся толь­ко пер­вый кор­пус, а ка­ж­дый по­сле­дую­щий – вто­рич­ным па­ром пре­ды­ду­ще­го. Раз­но­вид­ность мно­го­сту­пен­ча­тых вы­пар­ных ус­та­но­вок – ус­та­нов­ки мгно­вен­но­го вски­па­ния. Чис­ло сту­пе­ней ис­па­ре­ния мо­жет дос­ти­гать 30 и бо­лее, что обу­слов­ли­ва­ет их ра­бо­ту при ма­лых (2–3 °C) зна­че­ни­ях по­лез­ной раз­но­сти темп-р и пол­но­стью ис­клю­ча­ет пе­ре­грев рас­тво­ра. В ус­та­нов­ках мгно­вен­но­го вски­па­ния осу­ще­ст­в­ля­ют В. рас­тво­ров с ма­лой тем­пе­ра­тур­ной де­прес­си­ей при не­вы­со­кой сте­пе­ни их кон­цен­три­ро­ва­ния, напр. при оп­рес­не­нии мор­ской во­ды.

В. ис­поль­зу­ет­ся в хи­мич., пи­ще­вой и др. от­рас­лях пром-сти, при под­го­тов­ке во­ды из при­род­ных ис­точ­ни­ков для пи­та­ния ис­па­ри­те­лей-ки­пя­тиль­ни­ков. Мно­го­кор­пус­ные вы­пар­ные ус­та­нов­ки при­ме­ня­ют­ся для об­ра­бот­ки пром. сто­ков.