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多级闪化法系运用蒸馏的原理，即液体在沸点时将产生蒸汽的原理，将溶液中的水份转变成蒸汽，而与溶解于溶液中的盐份分离。闪化（ Flashing ）以减压方式降低沸点，并产生蒸汽，再将蒸汽冷凝后即可制得淡水。由于此方法并没有使含盐水真正沸腾（仅是表面沸腾）与热传表面积接触，可以大幅改善因蒸馏产生的积垢（ Scale ）问题，并于 1950 年代即已有商业化规模，加上其产量较大，广为中东产油国所采用。
多级闪化制程主要分成两个系统，一为加热区，作为进料海水之预热使用，一般多采蒸汽作热源，蒸汽冷凝后回到锅炉。另一为闪化区域，系一多级的闪化与热回收区，通常为 16 级至 50 级不等，级数随着不同的设计要求而决定。各级蒸发室的压力依次递减，海水从一级到另一级不断闪化，此区域内并不需要外加热量。已闪化蒸发的水蒸汽上升与蒸发室上端盘管中之冷进料海水作热交换而冷凝成为淡水，最后一个蒸发室则用蒸汽喷射器（ Steam Ejector ）抽真空，造成盐水之表面沸腾。