Выпаривание — концентрирование (сгущение) растворов, суспензий и эмульсий (чаще твердых веществ в воде) при кипении. В процессе выпаривания парообразование (кипение) происходит в объеме выпариваемой жидкости за счет подвода тепловой энергии.
Материальный баланс однократного выпаривания определяется по следующей формуле:
по всему вешеству:
Gn = Gy + W
по растворенному веществу:
Gnxn = Gyxy
где Gn, Gy – массовые расходы соответственно поступающего и упаренного раствора, кг/ч; W – количество выпариваемой воды, кг/ч; хп и ху – соответственно начальная и конечная концентрации раствора, масс, %.
Из соотношения уравнений найдем количество выпаренной воды при изменении концентрации раствора от хп до ху или конечную концентрацию раствора, если количество выпаренной воды задано технологическим регламентом:
W = Gn(1 — xn/xy)
Xy = Gnxn / (Gn — W)
В пищевой, химической и других отраслях промышленности выпариванию подвергают главным образом водные растворы.
Механизм выпаривания
Выпаривание применяют для концентрирования водных растворов щелочей (едкий натр, едкий калий), солей (NaCl, Na2S04, NH4NO3 и др.) и некоторых высококипящих жидкостей, для получения растворителя в чистом виде (например, для опреснения морской воды, используя аппараты-опреснители), перенасыщенных растворов, в которых проводят кристаллизацию (растворы сахарозы, фруктозы, молочного сахара).
Данный процесс используется в сахарном, консервном, кондитерском, молочном и других производствах. Выпаривают также водные растворы разных веществ (соки), эмульсии (молоко), суспензии (барду) и пр.
При выпаривании вода из раствора удаляется в виде пара, а растворенное вещество или дисперсная фаза эмульсий и суспензий остается в неизменном количестве.
Тепло для выпаривания подводится различными теплоносителями. Однако основным теплоносителем является глухой водяной пар, называемый греющим или первичным. Пар, образующийся при выпаривании кипящих растворов, называется вторичным. Выпаривание проводят под атмосферным или повышенным давлением, под вакуумом.