Процессы выпаривания. 
Основы конструирования и проектирования промышленных аппаратов

Способ разделения (концентрирования) веществ путем выпаривания широко применяется в технологии неорганических веществ, пищевой промышленности. Он заключается в отделении летучих компонентов (чаще всего воды) от высококипящих остатков в аппаратах барботажного типа. Выпаривание — достаточно энергоемкий процесс. Для снижения энергозатрат обычно организуются многоступенчатые технологические установки, работающие под различным давлением с целью использования вторичного парового потока. Математическое описание такого процесса должно содержать все элементы, свойственные массообменным процессам: кинетику массопереноса, гидродинамику потоков, фазовое равновесие, а также алгоритмы решения системных вопросов, связанных с рациональным выбором давлений в отдельных аппаратах и перераспределением потоков продукта и вторичного пара. Ниже приведено сравнение различных способов разделения:

Процесс Ректификация Адсорбция Жидкостная экстракция Достоинства Простота организации, надежность. Контроль качества. Легкость масштабного перехода. Относительно низкие капитальные затраты Может быть высоко энергетически эффективной. Высокая степень очистки. Низкие температуры Может быть энергетически эффективной. Умеренные рабочие температуры Недостатки Энергоемкость. Могут потребоваться высокие рабочие температуры Область применения Нефтехимия, нефтепереработка Большие капитальные затраты. Необходимость циклической регенерации адсорбента Большие капитальные затраты. Необходимость регенерации экстрагента Очистка углеводородов, нормальных парафинов Разделение близкокипящих смесей, термически нестойких веществ Процесс Экстракция сверхкритичсскими экстрагентами Мембранные процессы Выпаривание Достоинства Энергетическая эффективность. Легкость регенерации экстрагента Высокая энергетическая эффективность. Низкие рабочие температуры Может быть энергетически эффективным Недостатки Высокие капитальные затраты. Высокие температура и давление Ограниченная производительность. Низкая прочность мембран Большие капитальные затраты Область применения Та же Разделение газов. Очистка воды Разделение смесей нелетучих веществ Несмотря на различную физико-химическую природу рассмотренных выше процессов, разработка математических моделей каждого из них и методология определения параметров во многих аспектах имеет много общего. Прежде всего для каждого из процессов характерны такие этапы, как исследование условий химического и фазового равновесия, причем для большинства из них по единой методологии и одним и тем же моделям; оценка гидродинамической структуры систем с двумя (и более) фазами применительно к выбранному типу оборудования; оценка параметров кинетических закономерностей (коэффициентов массопередачи, площади поверхности раздела фаз, коэффициентов диффузии и т. д.) для учета реальных условий массопереноса; установление механизма химических реакций и оценка параметров (для процессов химического превращения, хеморектификации, хемосорбции), выбор разделяющего агента (для комплексов с разделяющими агентами).

Получить достоверные данные расчетным путем для каждого из этапов весьма сложно, поэтому при решении задачи моделирования и, в особенности, проектирования отдельные параметры определяются по экспериментальным данным на лабораторных и промышленных установках.