真空蒸發

真空蒸發是在真空下進行的蒸發操作。在真空蒸發流程中，末效的二次蒸汽通常在混合式冷凝器中冷凝。真空蒸發的特點是，在低壓下溶液的沸點降低且用較少的蒸汽蒸發大量的水分。該技術套用於真空蒸發鍍膜等。

基本介紹

• 中文名：真空蒸發
• 外文名：Vacuum evaporation
• 屬性 ：在真空下進行的蒸發操作
• 優點：增大傳熱推動力
• 原理：低壓沸點低用少蒸汽蒸發大量水分
• 套用：結晶鹽、鍍膜等

簡介

目的

生產硫酸銅產出的母液經一次脫銅後還含有相當數量的銅和鎳，此溶液直接送去脫銅除砷、銻由於液量大是不經濟的，同時，此液鎳離子濃度低，冷卻法生產粗硫酸鎳結晶率低，所以要把一次脫銅後液進行濃縮。經過濃縮後，酸和鎳的濃度提高了，在經過二次脫銅達到生產粗硫酸鎳的技術條件，可提高冷凍結晶粗硫酸鎳的結晶率，增加鎳的直收率。

有的廠家通過真空蒸發過程生產硫酸鎳，其法為高酸結晶法，其生產過程主要有：真空蒸發、粗硫酸銅水冷結晶、離心過濾、粗硫酸銅重新溶解、精硫酸銅水冷結晶和離心過濾等。

採用高酸結晶法不需要加入其他原料，進入真空蒸發器的溶液除電解液外，還有硫酸銅沖洗水、結晶母液等，與電解液按比例混合後均可進入真空蒸發器濃縮，蒸發後液生產硫酸銅。

優點

真空蒸發可以降低溶液沸點，故具有以下優點：①可處理高溫下易分解的熱敏性物料，如牛奶、果汁、蜂蜜和抗生素等。②增大傳熱推動力，提高蒸發器單位傳熱面積的蒸發量。③可利用低溫熱源，降低能耗。多效蒸發裝置中的最後幾效都是在真空下操作的。然而，溶液降溫會使粘度增大，導致傳熱係數減小。

流程

在真空蒸發流程中（見圖），末效的二次蒸汽通常在混合式冷凝器中冷凝。為了使處於真空下的冷卻水能自動排出，冷凝器的安裝高度一般高於10m。蒸發器的真空度由二次蒸汽的冷凝溫度決定。由於溶液中溶解的氣體受熱釋出，蒸發器和管路亦有空氣漏入，為維持真空，須用真空泵（見流體輸送機械）不斷地排除這些不凝性氣體。

真空蒸發流程

原理

真空蒸發器為外加熱自然循環式，採用板式加熱器-真空蒸發器組結構，如圖所示。

真空蒸發器組結構示意圖

以前列管加熱器多為石墨製作，因其質脆，結垢不易處理，加熱效率低，現一般改為鈦材製作。真空蒸發器材質通常是由不鏽鋼製成的，有的廠家蒸發室用鈦材製造，但由於蒸發室溶液界面區域存在汽液相界面腐蝕，在界面部分需用硬鉛製作。

真空蒸發依據的原理是一個物理過程。溶液中溶劑的揮發速度與外界阻力有關，在真空條件下溶液的沸點降低，溶劑分子逸出液面的阻力也隨之降低。同時，利用真空泵或水流噴射泵使蒸發器內部空間造成的負壓與蒸發器底部壓力之差作為動力使溶液自動循環，從而提高蒸發速度，即真空蒸發的特點是：在低壓下溶液的沸點降低，用較少的蒸汽蒸發大量的水分。

用真空泵達到抽吸真空的目的，或用水噴射真空泵代替液環式真空泵抽吸真空，通過水泵把具有一定壓力的水，輸入到噴射泵的水室里，然後，水通過對稱而均勻排列的多個噴嘴，形成流速很高的水束，經過一定的距離後，各水束聚集於喉管中心線上，由於水束的吸附作用，在其周圍形成負壓，起到抽吸真空的作用。水束與空氣的相互摩擦，衝擊旋渦挾帶及混合壓縮作用，再經過一段較長的尾管抽吸，可獲得較高的真空。

因此，在真空條件下，當溶液被換熱器加熱後，從換熱器上部的管道進入蒸發器，蒸發器中的溶液因蒸發水分帶走了熱量，而使溫度下降，涼的溶液從蒸發器的底部流入換熱器。進入蒸發器中的溶液在蒸發器和換熱器中循環，蒸發掉大量的水分。蒸發出的水蒸氣夾帶一部分酸霧，影響水的排放質量，水蒸氣進入冷凝器前要通過霧沫分離器分離捕集酸霧，分離出的水蒸氣隨真空被帶到冷凝器冷凝成水，流入水封槽巾循環或排放。

套用

結晶鹽

真空製鹽技術自20世紀80年代投入使用以來，發展十分迅速，目前該技術已經成功運用於地區性地層水處理和農藥等行業。具有能獲得高純度的產品水、操作與維護簡單的優點。蒸發是真空製鹽的主要過程。地層水由於蒸汽的加熱而在蒸發罐內沸騰，一部分水被汽化，氯化鈉則因水分的不斷蒸發而從溶液中結晶析出。蒸發是一熱過程，它必須靠熱能的不斷供給和二次蒸汽的不斷排除(冷凝)才能進行。

真空製鹽主要原理是向多效蒸發罐的首效加熱室殼程內加入一定壓力的飽和蒸汽，飽和蒸汽與管程內自下而上的滷水按對流——傳導——對流方式進行熱交換。飽和蒸汽釋放潛熱冷凝成水，滷水吸收熱量溫度升高。在軸流泵的作用下，滷水強制循環至蒸發室內蒸發、結晶，產生的二次蒸汽進入下一效加熱室作為加熱蒸汽，依次類推。末效滷水蒸發產生的二次蒸汽引入混合冷凝器，用冷卻循環水冷凝後排出系統，其中的不凝汽用真空泵抽出，維持其負壓(真空)狀態。這樣一來，各效的蒸汽壓力和溫度自動分配並逐效降低，滷水的沸點亦逐效降低，從而使滷水在不同的溫度條件下蒸發、結晶。蒸發罐效與效之間形成的溫差，即是多效蒸發的傳熱推動力。

鍍膜

真空蒸發鍍膜屬於物理氣相沉積法，是製備薄膜的一般方法。這種製作方法是把裝有基片的真空室抽成10^-2Pa以下的真空，然後再加熱鍍料，使表面原子或者分子發生氣化反應，逸出並形成蒸汽流，入射到基片的表面，凝結形成固態的薄膜。真空蒸發鍍膜設備主要由兩大部分組成，即真空鍍膜室和真空抽氣系統。真空鍍膜室內有蒸發源、基片、被蒸鍍材料和基片支架等，其原理如圖所示。製備質量較好的外延薄膜，可以在製備過程中，通過調整蒸發速度，改變加熱電流來實現。通過改變蒸發軸與基地表面直接的夾角可以製備不同形狀的薄膜，如沉積均勻薄膜時需使夾角為90°，沉積楔形薄膜時需使夾角成一定的角度。實現真空蒸發法鍍膜，必須具備三個條件：冷的基片，以便於氣體鍍料凝結成為薄膜；真空環境，方便於氣相鍍料向基片的運輸；熱的蒸發源，使鍍料蒸發。

真空蒸發原理圖

真空蒸發鍍膜法的優點為：(1)製備的薄膜純度高、質量好，可較準確地控制薄膜的厚度；(2)薄膜的生長機理較為單純；(3)設備簡單、操作容易方便；(4)成膜效率高、速率快，用掩膜可以獲得比較清晰的圖形等。

真空蒸發鍍膜法的缺點為：(1)製備的鍍膜使用壽命較短；(2)薄膜的均勻性比較難控制；(3)製備的薄膜結晶質量較差；(4)工藝重複性不夠好；(5)不能蒸發高熔點的材料等。