التبخر السريع

التبخر الوميضي (أو التبخر الجزئي ) هو تبخر جزئي يحدث عندما يتعرض تيار سائل مشبع لانخفاض في الضغط عند مروره عبر صمام خانق أو أي جهاز خانق آخر. تُعد هذه العملية من أبسط العمليات الوحدوية . إذا كان الصمام الخانق أو الجهاز موجودًا عند مدخل وعاء الضغط بحيث يحدث التبخر الوميضي داخله، يُشار إلى الوعاء غالبًا باسم " وعاء التبخر الوميضي" . ^{[ 1 ] [ 2 ]}

إذا كان السائل المشبع سائلاً أحادي المكون (مثل البروبان أو الأمونيا السائلة )، فإن جزءًا منه يتحول فورًا إلى بخار. ويتم تبريد كل من البخار والسائل المتبقي إلى درجة حرارة تشبع السائل عند الضغط المنخفض. يُشار إلى هذه العملية غالبًا باسم "التبريد الذاتي"، وهي أساس معظم أنظمة التبريد التقليدية بضغط البخار .

إذا كان السائل المشبع سائلًا متعدد المكونات (على سبيل المثال، خليط من البروبان والأيزوبيوتان والبيوتان العادي )، فإن البخار المتصاعد يكون أغنى بالمكونات الأكثر تطايرًا من السائل المتبقي.

يمكن أن يؤدي التبخر المفاجئ غير المنضبط إلى انفجار بخار سائل مغلي متمدد ( BLEVE ).

يُعدّ التبخر الوميضي لسائل أحادي المكون عملية متساوية المحتوى الحراري ، ويُشار إليه غالبًا بالتبخر الوميضي الأديباتي . تُستخدم المعادلة التالية، المُشتقة من موازنة حرارية بسيطة حول صمام أو جهاز الخنق، للتنبؤ بكمية السائل أحادي المكون المتبخرة.

${\displaystyle X={\frac {H_{u}^{L}-H_{d}^{L}}{H_{d}^{V}-H_{d}^{L}}}}$^{[ 3 ]}

أين:
${\displaystyle X}$	=  نسبة وزن السائل المتبخر / الكتلة الكلية
${\displaystyle H_{u}^{L}}$	=  إنثالبي السائل في المنبع عند درجة حرارة وضغط المنبع، جول/كجم
${\displaystyle H_{d}^{V}}$	=  إنثالبي البخار المتبخر عند ضغط المصب ودرجة حرارة التشبع المقابلة، جول/كجم
${\displaystyle H_{d}^{L}}$	=  المحتوى الحراري المتبقي للسائل عند ضغط المصب ودرجة حرارة التشبع المقابلة، جول/كجم

إذا كانت بيانات المحتوى الحراري المطلوبة للمعادلة أعلاه غير متوفرة، فيمكن استخدام المعادلة التالية.

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

أين:
${\displaystyle X}$	=  نسبة الوزن المتبخر
${\displaystyle c_{p}}$	= الحرارة النوعية  للسائل عند درجة الحرارة والضغط في المنبع، جول/(كجم درجة مئوية)
${\displaystyle T_{u}}$	=  درجة حرارة السائل في المنبع، °م
${\displaystyle T_{d}}$	= درجة حرارة تشبع  السائل المقابلة لضغط المصب، °م
${\displaystyle H_{v}}$	= حرارة تبخر  السائل عند ضغط المصب ودرجة حرارة التشبع المقابلة ، جول/كجم

هنا، تشير كلمتا "أعلى المنبع" و"أسفل المصب" إلى ما قبل وما بعد مرور السائل عبر صمام الخنق أو الجهاز.

يُستخدم هذا النوع من التبخير السريع في تحلية المياه قليلة الملوحة أو مياه المحيطات من خلال " التقطير السريع متعدد المراحل ". تُسخّن المياه ثم تُوجّه إلى "مرحلة" تبخير سريع ذات ضغط منخفض، حيث يتحوّل جزء منها إلى بخار. يُكثّف هذا البخار لاحقًا إلى ماء خالٍ من الملح. يُدخل السائل المالح المتبقي من المرحلة الأولى إلى مرحلة تبخير سريع ثانية بضغط أقل من ضغط المرحلة الأولى. يتحوّل المزيد من الماء إلى بخار، والذي يُكثّف بدوره إلى المزيد من الماء الخالي من الملح. يستمر هذا الاستخدام المتسلسل لمراحل التبخير السريع المتعددة حتى تتحقق أهداف تصميم النظام. يعتمد جزء كبير من قدرة تحلية المياه المركبة في العالم على التقطير السريع متعدد المراحل. عادةً ما تحتوي هذه المحطات على 24 مرحلة أو أكثر من مراحل التبخير السريع المتسلسلة.

يمكن تصور التبخر المتوازن لسائل متعدد المكونات كعملية تقطير بسيطة باستخدام مرحلة توازن واحدة . وهو يختلف تمامًا عن التبخر المتوازن لسائل أحادي المكون، بل هو أكثر تعقيدًا. بالنسبة لسائل متعدد المكونات، يتطلب حساب كميات البخار المتبخر والسائل المتبقي المتوازن مع بعضهما البعض عند درجة حرارة وضغط معينين حلًا تكراريًا يعتمد على التجربة والخطأ . يُشار إلى هذا الحساب عادةً باسم حساب التبخر المتوازن. ويتضمن حل معادلة راشفورد-رايس : ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

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

أين:

• يمثل z _i الكسر المولي للمكون i في سائل التغذية (بافتراض أنه معروف)؛
• β هي نسبة المادة المغذية التي تتبخر؛
• K _i هو ثابت التوازن للمكون i .

_تُعد ثوابت التوازن Ki بشكل عام دوالًا للعديد من المعاملات، على الرغم من أن أهمها هو درجة الحرارة؛ ويتم تعريفها على النحو التالي:

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

أين:

• يمثل x _i الكسر المولي للمكون i في الطور السائل؛
• يمثل y _i الكسر المولي للمكون i في الحالة الغازية.

بمجرد حل معادلة راشفورد-رايس لإيجاد قيمة β ، يمكن حساب التركيبين x _i و y _{i مباشرة على النحو التالي:}

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

يمكن أن يكون لمعادلة راشفورد-رايس حلول متعددة لـ β ، يضمن _حل واحد منها على الأكثر أن تكون جميع _قيم xᵢ و yᵢ موجبة. وبالتحديد، إذا كانت هناك قيمة واحدة فقط لـ β تحقق ما يلي:

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

ثم أن β هو الحل؛ إذا كان هناك العديد من قيم β هذه ، فهذا يعني إما أن K _max <1 أو K _min >1، مما يشير على التوالي إلى أنه لا يمكن الحفاظ على أي طور غازي (وبالتالي β =0) أو على العكس من ذلك أنه لا يمكن أن يوجد طور سائل (وبالتالي β =1).

من الممكن استخدام طريقة نيوتن لحل معادلة الماء المذكورة أعلاه، ولكن هناك خطر التقارب إلى قيمة خاطئة لـ β ؛ من المهم تهيئة المُحلِّل إلى قيمة أولية معقولة، مثل ( β _max + β _min )/2 (وهذا غير كافٍ: لا تضمن طريقة نيوتن الاستقرار)، أو بدلاً من ذلك، استخدام مُحلِّل نطاق مثل طريقة التنصيف أو طريقة برنت ، والتي تضمن التقارب ولكنها قد تكون أبطأ.

يتم استخدام التبخر المتوازن للسوائل متعددة المكونات على نطاق واسع في مصافي البترول ومصانع البتروكيماويات والمواد الكيميائية ومحطات معالجة الغاز الطبيعي .

يُنظر أحيانًا إلى التجفيف بالرش على أنه شكل من أشكال التبخر السريع. ومع ذلك، على الرغم من كونه شكلاً من أشكال تبخر السوائل، إلا أنه يختلف تمامًا عن التبخر السريع.

في عملية التجفيف بالرش، يُجفف معلق من مواد صلبة دقيقة جدًا بسرعة عن طريق تعليقه في غاز ساخن. يُحوّل المعلق أولًا إلى رذاذ من قطرات سائلة دقيقة جدًا، ثم تُرش هذه القطرات في تيار من الهواء الجاف الساخن. يتبخر السائل بسرعة تاركًا وراءه مسحوقًا جافًا أو حبيبات صلبة جافة. يُستخلص المسحوق الجاف أو الحبيبات الصلبة من هواء العادم باستخدام الفواصل الإعصارية أو المرشحات الكيسية أو المرسبات الكهروستاتيكية .

قد يحدث تبخر أو ترسب سريع طبيعي أثناء الزلازل، مما يؤدي إلى ترسب المعادن الموجودة في محاليل فائقة التشبع ، وأحيانًا حتى خامات ثمينة في حالة المياه الحاملة للذهب. وينتج هذا عن سحب ودفع كتل الصخور بسرعة بعيدًا عن بعضها البعض بفعل الصدوع المتعرجة . ^{[ 8 ]}

• المبخر
• فاصل البخار والسائل
• التقطير الومضي متعدد المراحل

• رسوم متحركة للبخار والبخار الوميضي ، وصور وشرح تقني للفرق بين البخار الوميضي والجزء المتبخر.
• شرح برنامج Flash Steam: فوائد استعادة ملفات Flash Steam، وكيفية القيام بذلك، والتطبيقات النموذجية.
• تقنيات تحلية المياه في الشرق الأوسط وغرب آسيا
• مناقشة التجفيف بالرش
• برنامج التبخير السريع عبر الإنترنت: التقطير السريع لمركبات الهيدروكربون.