Фізична суть процесу випарювання полягає в перетворенні частини рідини (розчинника) в пару при згущенні розчинів або в перетворенні всієї рідини в пару, якщо випарюють однокомпонентну рідину (наприклад, воду). Слід відрізняти випарювання від випаровування. Випаровування відбувається з поверхні і при будь-якій температурі, тоді як випарювання – з усієї маси рідини при температурі, що відповідає точці кипіння при певному тиску.

З точки зору молекулярно-кінетичної теорії при випарюванні і випаровуванні відбувається видалення частини молекул речовини, що перебувають у тепловому русі, з простору, який займає рідина. Молекули, які видаляються з рідини,

заповнюють паровий простір і утворюють насичену пару цієї рідини. Частина цих молекул знову повертається в рідину, а частина випаровується, поповнюючи убуток у паровому просторі, тобто встановлюється рухома рівновага, внаслідок чого число молекул над рідиною, а отже і тиск насиченої пари набуває певної величини при заданій температурі.

Коли температура кипіння змінюється, рівновага порушується, а це спричинює відповідні зміни густини і тиску пари. Під час кипіння рідини пара виділяється не лише з поверхні, а й з парових бульбашок, що утворюються в самій рідині, і цей процес стає основним, бо утворені бульбашки є центрами пароутворення. Парова бульбашка в міру випаровування в неї рідини збільшується в розмірі, зростає і її піднімальна сила: тому, переборюючи опір рідин, вона спливає на поверхню, де й лопається, а замість неї утворюється нова бульбашка. Таке переміщення бульбашок з нижніх шарів рідини до її поверхні зумовлює безперервне перенесення утворюваної всередині рідини пари в паровий простір.

Парові бульбашки зароджуються на стінках шорсткої теплообмінної поверхні; їх утворенню сприяють також гази, які є в рідині; при нагріванні гази починають виділятися, утворюючи велику кількість бульбашок, в які й випаровується рідина.

Умовою утворення парових бульбашок є рівність тиску пари всередині бульбашки і зовнішнього тиску рідини, яка її оточує; при цьому процес пароутворення відбувається настільки інтенсивно, що, незважаючи на надходження ззовні великої кількості тепла, температура рідини не підвищується.

Іноді спостерігається, що рідина в момент початку кипіння є перегрітою; це буває тоді, коли рідина не містить у собі розчинених газів. У цьому випадку тиск пари всередині бульбашки повинен дорівнювати зовнішньому тиску і додатковому тиску, зумовленому діями капілярних сил на межі пара – рідина.

При наявності розчинених газів випаровування відбувається головним чином у газові бульбашки, які виділяються з рідини при її нагріванні, тому дія поверхневого натягу майже не впливає на кипіння рідини, і перегрівання її незначне. Теплоносієм при випарюванні найчастіше є насичена або трохи перегріта пара; можна застосовувати газове або електричне обігрівання, а також обігрівання за допомогою високотемпературного теплоносія.

Щоб здійснити процес випарювання, тепло від теплоносія треба передати до киплячої рідини, що можливо лише при наявності температурного перепаду між ними. Ця різниця температур між теплоносієм і киплячою рідиною називається корисною різницею температур.

Витрата тепла на випарювання залежить відрахованої теплоти пароутворення перетворюваної в пару речовини.

Як було вже зазначено, при випарюванні рідини під час кипіння температура її залишається сталою, бо з початком кипіння тепло витрачається тільки на зміну агрегатного стану рідини, тобто на перетворення рідини в пару. Відомо також з фізики, що температура кипіння рідини є функцією тиску і що з підвищенням тиску температура кипіння підвищується і, навпаки, при вакуумі вона знижується. Останню обставину часто використовують при випарюванні розчинів, для яких у зв'язку з псуванням продукту високої температури кипіння допускати не можна.

Випарювання розчинів відрізняється від кипіння однокомпонентної рідини (наприклад, води) тим, що вони киплять при вищій температурі, ніж

розчинник при тому самому тиску; на це слід зважати при розрахунку і проектуванні випарного апарата, особливо при виборі параметрів теплоносія і робочого режиму експлуатації.

Величина підвищення температури кипіння розчину порівняно з температурою кипіння чистого розчинника при тому самому тиску називається температурною депресією. Вона залежить від концентрації розчину, від тиску під час кипіння і від природи розчиненої речовини. Причиною підвищення температури кипіння розчинів є відмінність у ході температурної кривої для чистих рідин і для розчинів внаслідок неоднакової їх леткості. Температура кипіння однокомпонентної рідини є функцією лише тиску, а для розчинів вона є функцією тиску і концентрації. Те саме стосується і температурної депресії.