Flash odpařování - Flash evaporation

Bleskové odpařování (nebo částečné odpařování ) je částečná pára, ke které dochází, když proud nasycené kapaliny podstoupí snížení tlaku průchodem skrz škrticí ventil nebo jiné škrticí zařízení. Tento proces je jednou z nejjednodušších operací jednotek . Pokud je škrticí ventil nebo zařízení umístěno na vstupu do tlakové nádoby tak, že v nádobě dochází k odpařování blesku, pak se nádoba často označuje jako bleskový buben .

Pokud je nasycenou kapalinou jednosložková kapalina (například propan nebo kapalný amoniak ), část kapaliny okamžitě „bliká“ do páry. Jak pára, tak zbytková kapalina se ochladí na teplotu nasycení kapaliny za sníženého tlaku. Toto se často označuje jako „automatické chlazení“ a je základem většiny konvenčních parních kompresních chladicích systémů.

Pokud je nasycená kapalina vícesložkovou kapalinou (například směsí propanu , isobutanu a normálního butanu ), je odpařovaná pára bohatší na těkavější složky než zbývající kapalina.

Nekontrolované odpařování blesku může mít za následek explozi páry vroucí kapaliny ( BLEVE ).

Bleskové odpařování jednosložkové kapaliny

Bleskové odpařování jednosložkové kapaliny je isenthalpický proces a často se označuje jako adiabatický záblesk . Následující rovnice, odvozená z jednoduché tepelné bilance kolem škrtícího ventilu nebo zařízení, se používá k předpovědi toho, kolik jednosložkové kapaliny se odpaří.

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

kde:
${\ displaystyle X}$	= hmotnostní poměr odpařené kapaliny k celkové hmotnosti
${\ displaystyle H_ {u} ^ {L}}$	= entalpie kapaliny proti proudu při teplotě a tlaku proti proudu, J / kg
${\ displaystyle H_ {d} ^ {V}}$	= vzplanulá entalpie par při následném tlaku a odpovídající     teplotě nasycení , J / kg
${\ displaystyle H_ {d} ^ {L}}$	= zbytková entalpie kapaliny při následném tlaku a odpovídající     teplotě nasycení , J / kg

Pokud nejsou k dispozici údaje entalpie požadované pro výše uvedenou rovnici, lze použít následující rovnici.

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

kde:
${\ displaystyle X}$	= hmotnostní podíl odpařený
${\ displaystyle c_ {p}}$	= specifické kapalné teplo při teplotě a tlaku na vstupu, J / (kg ° C)
${\ displaystyle T_ {u}}$	= teplota předřazené kapaliny, ° C
${\ displaystyle T_ {d}}$	= teplota nasycení kapaliny odpovídající následnému tlaku, ° C
${\ displaystyle H_ {v}}$	= kapalné odpařovací teplo při následném tlaku a odpovídající     teplotě nasycení , J / kg

Zde se slova „proti proudu“ a „po proudu“ vztahují před a po průchodu kapaliny skrz škrticí ventil nebo zařízení.

Tento typ blesku odpařování se používá při odsolování z brakické vody nebo mořské vody pomocí „ vícestupňových Flash destilaci.“ Voda se zahřeje a poté se přivede do „stadia“ bleskového odpařování za sníženého tlaku, kde část vody bliká do páry. Tato pára se následně kondenzuje na vodu bez solí. Zbytková slaná kapalina z prvního stupně se zavádí do druhého stupně rychlého odpařování při tlaku nižším než je tlak prvního stupně. Více vody se vstřikuje do páry, která se také následně kondenzuje na vodu bez obsahu solí. Toto postupné používání několika stupňů odpařování blesku pokračuje, dokud nejsou splněny konstrukční cíle systému. Velká část instalované kapacity odsolování na světě využívá vícestupňovou bleskovou destilaci. Typicky takové rostliny mají 24 nebo více po sobě jdoucích stupňů bleskového odpařování.

Rovnovážný záblesk vícesložkové kapaliny

Rovnováha záblesk z vícesložkového kapaliny lze představit jako jednoduchý destilační proces využívající jediného rovnovážným stupněm . Je to velmi odlišné a složitější než bleskové odpařování jednosložkové kapaliny. Pro vícesložkovou kapalinu vyžaduje výpočet množství odpařené páry a zbytkové kapaliny ve vzájemné rovnováze při dané teplotě a tlaku iterační řešení pokus-omyl . Takový výpočet se běžně označuje jako rovnovážný bleskový výpočet. Zahrnuje řešení Rachford-Riceovy rovnice :

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

kde:

• z _i je molární zlomek složky i v přívodu kapaliny (Předpokládá se, že je známé);
• β je podíl krmiva, který se odpaří;
• K _i je rovnovážná konstanta složky i .

Rovnovážné konstanty K _i jsou obecně funkcí mnoha parametrů, ačkoli nejdůležitější je pravděpodobně teplota; jsou definovány jako:

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

kde:

• x _i je molární zlomek složky i v kapalné fázi;
• y _i je molární zlomek složky i v plynné fázi.

Jakmile byla pro β vyřešena Rachford-Riceova rovnice , lze složení x _i a y _i okamžitě vypočítat jako:

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

Rachford-Riceova rovnice může mít více řešení pro β , z nichž nejvýše jedno zaručuje, že všechna x _i a y _i budou kladná. Zejména pokud existuje pouze jeden β, pro který:

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

pak že β je řešení; pokud existuje více takových β , znamená to, že buď K _max <1 nebo K _min > 1, což znamená, že nemůže být udržována žádná plynná fáze (a tedy β = 0), nebo naopak, že nemůže existovat žádná kapalná fáze (a proto β = 1).

Pro řešení výše uvedené vodní rovnice je možné použít Newtonovu metodu , ale existuje riziko konvergování k nesprávné hodnotě β ; je důležité inicializovat řešič na rozumnou počáteční hodnotu, například ( β _max + β _min ) / 2 (což však není dostačující: Newtonova metoda neposkytuje žádné záruky stability), nebo alternativně použít bracketingový řešič, jako je bisekce nebo způsob Brent , které jsou zaručeny ke konvergenci, ale může být pomalejší.

Rovnovážný záblesk vícesložkových kapalin je velmi široce využíván v ropných rafinériích , petrochemických a chemických zařízeních a zařízeních na zpracování zemního plynu .

Kontrastujte s rozprašovacím sušením

Sušení rozprašováním je někdy považováno za formu rychlého odpařování. Přestože se jedná o formu odpařování kapaliny, zcela se liší od odpařování blesku.

Při sušení rozprašováním se suspenze velmi malých pevných látek rychle vysuší suspendováním v horkém plynu. Kaše se nejprve atomizuje na velmi malé kapičky kapaliny, které se poté stříkají do proudu horkého suchého vzduchu. Kapalina se rychle odpařuje a zanechává za sebou suchý prášek nebo suché pevné granule. Suchý prášek nebo pevné granule se získávají z odpadního vzduchu pomocí cyklonů , vakuových filtrů nebo elektrostatických odlučovačů .

Přirozené odpařování blesku

Při zemětřesení může dojít k přirozené bleskové vaporizaci nebo bleskové depozici, která vede k depozici minerálů zadržovaných v přesycených roztocích , někdy dokonce cenné rudy v případě zlatonosných vod nesoucích zlato. To má za následek, že bloky horniny jsou rychle taženy a tlačeny od sebe navzájem poruchami .

Viz také

• Výparník
• Separátor kapalina-pára
• Vícestupňová blesková destilace

Reference

externí odkazy

• Animace Vapor a Flash Steam , fotografie a technické vysvětlení rozdílu mezi Flash Steam a Vaporized frakcí.
• Výukový program Flash Steam Výhody obnovení flash flash, jak se to dělá a typické aplikace.
• Technologie odsolování vody na Středním východě a v západní Asii
• Diskuse o sušení rozprašováním
• Bleskový odpařovací program online Blesková destilace uhlovodíkových sloučenin.