Мгновенное испарение

Типичный флэш-барабан

Мгновенное испарение (или частичное испарение ) — это частичное испарение, которое возникает, когда поток насыщенной жидкости подвергается снижению давления при прохождении через дроссельный клапан или другое дросселирующее устройство. Этот процесс является одной из простейших единичных операций . Если дроссельный клапан или устройство расположено на входе в сосуд высокого давления, так что мгновенное испарение происходит внутри сосуда, то сосуд часто называют испарительным барабаном .

Если насыщенная жидкость представляет собой однокомпонентную жидкость (например, пропан или жидкий аммиак ), часть жидкости сразу же «вспыхивает» в пар. И пар, и остаточная жидкость охлаждаются до температуры насыщения жидкости при пониженном давлении. Это часто называют «автоматическим охлаждением», и оно является основой большинства традиционных парокомпрессионных холодильных систем.

Если насыщенная жидкость представляет собой многокомпонентную жидкость (например, смесь пропана , изобутана и нормального бутана ), вспыхивающий пар богаче более летучими компонентами, чем оставшаяся жидкость.

Неконтролируемое мгновенное испарение может привести к взрыву расширяющегося пара кипящей жидкости ( BLEVE ).

Мгновенное испарение однокомпонентной жидкости

Мгновенное испарение однокомпонентной жидкости представляет собой изоэнтальпический процесс, и его часто называют адиабатической вспышкой . Следующее уравнение, полученное на основе простого теплового баланса вокруг дроссельного клапана или устройства, используется для прогнозирования того, сколько однокомпонентной жидкости испаряется.

$X={\frac {H_{u}^{L}-H_{d}^{L}}{H_{d}^{V}-H_{d}^{L}}}$

где:
$X$	= массовое соотношение испаряющейся жидкости/общая масса
$H_{u}^{L}$	= энтальпия жидкости на входе при температуре и давлении на входе, Дж/кг
$H_{d}^{V}$	= энтальпия мгновенного испарения при давлении на выходе и соответствующее насыщение температура, Дж/кг
$H_{d}^{L}$	= остаточная энтальпия жидкости при давлении на выходе и соответствующее насыщение температура, Дж/кг

Если данные по энтальпии, необходимые для приведенного выше уравнения, недоступны, можно использовать следующее уравнение.

$X={\frac {c_{p}(T_{u}-T_{d})}{H_{v}}}$

где:
$X$	= массовая доля испарившегося
$c_{p}$	жидкости = удельная теплоемкость при температуре и давлении на входе, Дж/(кг·°С)
$T_{u}$	= температура жидкости на входе, °C
$T_{d}$	жидкостью, = температура насыщения соответствующая давлению на выходе, °C
$H_{v}$	= теплота парообразования жидкости при давлении на выходе и соответствующее насыщение температура, Дж/кг

Здесь слова «выше по потоку» и «выше по потоку» относятся к до и после того, как жидкость проходит через дроссельный клапан или устройство.

Этот тип мгновенного испарения используется при опреснении солоноватой дистилляции воды или океанской воды с помощью « многоступенчатой ​​мгновенной ». Вода нагревается, а затем направляется на «стадию» мгновенного испарения при пониженном давлении, где часть воды превращается в пар. Этот пар впоследствии конденсируется в бессолевую воду. Остаточная соленая жидкость из этой первой ступени вводится во вторую ступень мгновенного испарения при давлении ниже давления первой ступени. Больше воды превращается в пар, который впоследствии конденсируется в воду, не содержащую солей. Такое последовательное использование нескольких стадий мгновенного испарения продолжается до тех пор, пока не будут достигнуты проектные цели системы. Большая часть установленных в мире мощностей по опреснению воды использует многоступенчатую мгновенную дистилляцию. Обычно такие установки имеют 24 или более последовательных стадий мгновенного испарения.

Равновесная вспышка многокомпонентной жидкости.

Равновесную вспышку многокомпонентной жидкости можно представить как простой процесс дистилляции с использованием одной равновесной стадии . Это совсем другое и более сложное явление, чем мгновенное испарение однокомпонентной жидкости. Для многокомпонентной жидкости расчет количества вспыхнувшего пара и остаточной жидкости, находящихся в равновесии друг с другом при заданной температуре и давлении, требует итеративного решения методом проб и ошибок. Такой расчет обычно называют расчетом равновесной вспышки. Он включает в себя решение уравнения Рэчфорда-Райса :

$\sum _{i}{\frac {z_{i}\,(K_{i}-1)}{1+\beta \,(K_{i}-1)}}=0$

где:

• z _i — мольная доля компонента i в исходной жидкости (предполагается известной);
• β — доля испаряющегося сырья;
• K _i — константа равновесия компонента i .

Константы равновесия K _i , как правило, являются функциями многих параметров, хотя наиболее важным, возможно, является температура; они определяются как:

$y_{i}=K_{i}\,x_{i}$

где:

• x _i – мольная доля компонента i в жидкой фазе;
• y _i — мольная доля компонента i в газовой фазе.

После решения уравнения Рэчфорда-Райса для β составы x _i и y _i можно сразу рассчитать как:

${\begin{aligned}x_{i}&={\frac {z_{i}}{1+\beta (K_{i}-1)}}\\y_{i}&=K_{i}\,x_{i}.\end{aligned}}$

Уравнение Рэчфорда-Райса может иметь несколько решений для β , не более одного из которых гарантирует, что все x _i и y _i будут положительными. В частности, если существует только один β, для которого:

${\frac {1}{1-K_{\text{max}}}}=\beta _{\text{min}}<\beta <\beta _{\text{max}}={\frac {1}{1-K_{\text{min}}}}$

тогда это β — решение; несколько если таких β , это означает, что либо K _max <1, либо K _min >1, что указывает соответственно на то, что газовая фаза не может поддерживаться (и, следовательно, β =0), или, наоборот, что жидкая фаза не может существовать (и, следовательно, β =1).

Для решения приведенного выше уравнения воды можно использовать метод Ньютона , но существует риск сходимости к неправильному значению β ; важно инициализировать решатель разумным начальным значением, например ( β _max + β _min )/2 (чего, однако, недостаточно: метод Ньютона не дает гарантий стабильности) или, альтернативно, использовать решатель с брекетами, такой как метод деления пополам или метод Брента , которые гарантированно сходятся, но могут быть медленнее.

Равновесная вспышка многокомпонентных жидкостей очень широко используется на нефтеперерабатывающих , нефтехимических и химических предприятиях, а также предприятиях по переработке природного газа .

Контраст с распылительной сушкой

Распылительную сушку иногда рассматривают как форму мгновенного испарения. Однако, хотя это форма испарения жидкости, она сильно отличается от мгновенного испарения.

При распылительной сушке суспензия очень мелких твердых частиц быстро высушивается путем суспендирования в горячем газе. Сначала суспензия распыляется на очень мелкие капли жидкости, которые затем распыляются в потоке горячего сухого воздуха. Жидкость быстро испаряется, оставляя после себя сухой порошок или сухие твердые гранулы. Сухой порошок или твердые гранулы извлекаются из отработанного воздуха с помощью циклонов , рукавных фильтров или электрофильтров .

Естественное мгновенное испарение

Естественное мгновенное испарение или мгновенное отложение может происходить во время землетрясений, что приводит к отложению минералов, содержащихся в перенасыщенных растворах , а иногда даже ценной руды в случае золотоносных золотосодержащих вод. Это происходит, когда глыбы породы быстро растягиваются и отталкиваются друг от друга из-за разломов .

См. также

• Испаритель
• Сепаратор пара и жидкости
• Многоступенчатая мгновенная дистилляция

Внешние ссылки

• Анимация пара и мгновенного пара , фотографии и техническое объяснение разницы между мгновенным паром и испаренной фракцией.
• Учебное пособие по Flash Steam Преимущества восстановления Flash Steam, как это делается и типичные применения.
• Технологии опреснения воды на Ближнем Востоке и в Западной Азии
• Обсуждение распылительной сушки
• Онлайн-программа мгновенного выпаривания. Мгновенная перегонка углеводородных соединений.