Выпариванием называется процесс концентрирования растворов твердых веществ при температуре кипения путем ча­стичного удаления растворителя в парообразном состоянии. В по­давляющем большинстве случаев выпариванию подвергают вод­ные растворы твердых веществ, и удаляемый растворитель пред­ставляет собой водяной пар, носящий название вторичного пара. Однако рассматриваемые ниже закономерности процесса, методы его инженерного расчета и аппаратурного оформления справедливы также и в тех случаях, когда растворителями яв­ляются другие жидкости. При этом предполагается, что вторичный пар состоит из чистого растворителя, а растворенное твердое ве­щество нелетуче; такое предположение практически вполне оправ­данно.

Концентрирование растворов методом выпари­вания — один из наиболее распространенных технологических процессов в химической, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности. Число действующих выпарных уста­новок исчисляется многими сотнями, а суммарное количество вы­париваемой воды в наиболее крупных из них достигает миллиона тонн в год и более. На выпаривание растворов расходуется огром­ное количество тепла, а на создание выпарных установок — де­сятки тысяч тонн углеродистых и легированных сталей, никеля и других металлов. Поэтому в каждом конкретном случае необ­ходима рациональная организация процесса выпаривания, что позволяет обеспечить максимальную производительность выпар­ной установки при минимальных затратах тепла и металла.

Абсорбцией называется процесс поглощения индиви­дуального газа, а также избирательного поглощения одного или нескольких компонентов газовой смеси жидким поглотителем — абсорбентом. Поглощение газа может происходить либо за счет его растворения в абсорбенте, либо в результате его хими­ческого взаимодействия с абсорбентом. В первом случае процесс называют физической абсорбцией, а во втором случае — хемосорбцией. Возможно также сочетание обоих механизмов процесса. Абсорбируемые компоненты газовой смеси условимся называть абсорбтивом, а неабсорбируемые — инертом.

Абсорбентами служат индивидуальные жидкости или растворы активного компонента в жидком растворителе. Во всех случаях к абсорбентам предъявляют ряд требований, среди которых наи­более существенными являются: высокая абсорбционная способ­ность, селективность, низкое давление паров, химическая инерт­ность по отношению к распространенным конструкционным ма­териалам (при физической абсорбции—также к компонентам газовых смесей), нетоксичность, огне- и взрывобезопасность, доступность и невысокая стоимость. Промышленные абсорбенты часто не удовлетворяют всем перечисленным требованиям; это необходимо учитывать при расчете, проектировании и эксплуата­ции абсорбционных установок.

Разделение жидких смесей на практически чистые компоненты или на фракции различного состава является широко распростра­ненным процессом химической технологии. Разделению подвер­гаются смеси, состоящие из компонентов с неограниченной и огра­ниченной взаимной растворимостью, за также взаимно нераство­римых. Каждому классу этих смесей соответствуют характерные условия равновесия кипящей жидкой фазы и образующихся из нее паров, отображаемые диа­граммами фазового равновесия жидкость—пар.

Компоненты жидких смесей, за редким исключением, имеют при одинаковом внешнем давлении различные температуры кипения, а при одинаковой температуре они кипят при разных внешних давлениях. Благодаря этому в процессе испарения жидкой смеси ее компоненты проявляют различное стремление к переходу в паро­образное состояние, т. е. обладают различной летучестью. Очевидно, наиболее летучим является компонент с наиболее низ­кой индивидуальной температурой кипения (низкокипящий компонент). Следовательно, при испарении жидкой смеси концентрация назкокипящего компонента в образующихся парах больше, чем в жидкой фазе (закон Kоновалова). Это позволяет разделить исходную жидкую смесь с любым числом компонентов на любое число фракций различных составов путем частичного испарения этой смеси и конденсации образующихся паров. Такой процесс называется простой дистилляцией, получае­мые конденсаты — дистиллятами, а неиспарившаяся часть жидкой смеси — кубовым остатком.

Экстракцией называется процесс разделения жидких и твердых смесей путем избирательного растворения одного или нескольких компонентов в жидкостях, называемых в дальнейшем экстрагентами. Движущей силой перехода (диффузии) компонентов из исходных смесей в экстрагенты является разность концентраций в обеих средах. Как и в других процессах маесо-обмена (абсорбция, ректификация), этот переход прекращается по достижении равновесного состояния системы. Таким образом, независимо от агрегатного состояния исходной смеси процесс экстракции базируется на законах диффузии и равновесного рас­пределения переходящих компонентов между двумя фазами (жидкость—жидкость, твердое вещество—жидкость). Однако теоретическое описание, методы инженерного расчета и аппаратур­ное оформление процессов экстракции из жидких и твердых исход­ных смесей различны, поэтому они ниже рассматриваются от­дельно.

В технологическом отношении процесс экстракции состоит из трех последовательных операций: 1) перемешивания исходной смеси с экстрагентом; 2) механического разделения полученной гетеро­генной смеси (жидкость—жидкость или твердое вещество— жидкость) на экстракт и остаток исходной смеси (рафинат) или твердый остаток; 3) разделения экстракта на экстрагированный целевой компонент и экстрагент, возвращаемый для повторного использования.