Результаты исследований по интенсификации физико-химических процессов испарения интересны не только для нефтепереработки, но также и в нефтехимии, теплоэнергетике, пищевой и других отраслях промышленности, где используются энергоёмкие процессы перегонки и испарения. Отметим, что исследования возможности интенсификации процессов испарения проведены только в лабораторных условиях на кафедре технологии переработки нефти РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.
Повторить их на пилотных установках и провести опытно-промышленные испытания не представлялось возможности из-за отсутствия средств и заинтересованных лиц. Результаты испытаний многократно повторялись и перепроверялись и ниже, в таблицах, приводятся усредненные результаты исследований по активизации процессов испарения ундекана (С11Н24), изопропилового спирта и дистиллированной воды.
Во всех экспериментах использовалась трёх горловая колба объёмом 500 мл, количество перегоняемой жидкости составляло 150 мл. Колба помещалась в стандартную лабораторную колбогрейку. Для термоизоляции верхняя часть колбы, которая выступала над нагревающей частью колбогрейки, обматывалась асбестовым шнуром. Мощность нагрева в контрольных и экспериментальных разгонках поддерживалась одинаковой. Измерялись три температуры:
- температура нагреваемой жидкости с помощью термометра, закреплённого в правом горлышке колбы, ртутный конец которого погружен в жидкость;
- температура пара с помощью термометра, закреплённого в левом горлышке колбы, ртутный конец которого находился в центре колбы;
- температура пара на входе в холодильник, закреплённого в центральном горлышке колбы, измерялась термометром, ртутный конец которого располагался в соответствие с ГОСТом для измерения температуры испаряемой жидкости;
Все разгонки шли при атмосферном давлении.
Таблица 1. Контрольный опыт по перегонке ундекана
| Температура, °C | Объем перегнанной жидкости, мл | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 50 | 80 | 100 | 120 | 130 | 140 | |
| Ундекана | 196 | 196 | 196 | 196 | 195,5 | 195,5 | 208 |
| Пара в колбе | 195 | 195 | 196 | 196 | 196 | 198,5 | 207 |
| Пара на входе в холодильник | 196 | 197 | 197 | 197 | 197 | 197,5 | 198 |
| Время с начала испарения, мин | 0 | 14,20 | 26,68 | 39,27 | |||
Таблица 2. Эксперимент по перегонке ундекана с использованием ОРВ-технологии
| Температура, °C | Объем перегнанной жидкости, мл | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 50 | 80 | 100 | 120 | 130 | 140 | |
| Ундекана | 196 | 196,5 | 196,5 | 196 | 196 | 196 | 207 |
| Пара в колбе | 194 | 195 | 195 | 196 | 197 | 199 | 206 |
| Пара на входе в холодильник | 196 | 197 | 197 | 197 | 197,5 | 197,5 | 198 |
| Время с начала испарения, мин | 0 | 12,06 | 22,18 | 33,53 | |||
Таблица 3. Контрольный опыт по перегонке изопропилового спирта
| Температура, °C | Объем перегнанной жидкости, мл | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 50 | 80 | 100 | 120 | 130 | 140 | |
| Спирта | 81 | 82 | 82 | 82 | 84 | 94 | 114 |
| Пара в колбе | 81 | 81 | 82 | 84 | 94 | 101 | 116 |
| Пара на входе в холодильник | 81 | 81,5 | 82 | 85 | 89 | 93 | 97 |
| Время с начала испарения, мин | 0 | 14,96 | 29,53 | 43,67 | |||
Таблица 4. Эксперимент по перегонке изопропилового спирта с использованием ОРВ-технологии
| Температура, °C | Объем перегнанной жидкости, мл | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 50 | 80 | 100 | 120 | 130 | 140 | |
| Ундекана | 81 | 82 | 82 | 82 | 84 | 92 | 111 |
| Пара в колбе | 81 | 81 | 82 | 85 | 93 | 100 | 114 |
| Пара на входе в холодильник | 81 | 81,5 | 83 | 85 | 89 | 93 | 98 |
| Время с начала испарения, мин | 0 | 12,91 | 25,41 | 37,31 | |||
Таблица 5. Контрольный опыт по перегонке дистиллированной воды
| Температура, °C | Объем перегнанной жидкости, мл | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 50 | 80 | 100 | 110 | 120 | 130 | |
| Воды | 99,5 | 100,5 | 100,5 | 100,5 | 100,5 | 100,5 | 103 |
| Пара в колбе | 99,5 | 100 | 100 | 101 | 101 | 102 | 102 |
| Пара на входе в холодильник | 99,8 | 100 | 100,5 | 101 | 101 | 101 | 101,5 |
| Время с начала испарения, мин | 0 | 16,10 | 32,95 | 44,32 | |||
Таблица 6. Эксперимент по перегонке дистиллированной воды с использованием ОРВ-технологии
| Температура, °C | Объем перегнанной жидкости, мл | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 50 | 80 | 100 | 110 | 120 | 130 | |
| Воды | 99,6 | 100 | 100 | 101 | 103 | 106 | 111,5 |
| Пара в колбе | 99,6 | 114 | 136 | 166,5 | 183 | 202 | 226 |
| Пара на входе в холодильник | 101 | 110 | 121 | 134 | 141 | 150 | 160 |
| Время с начала испарения, мин | 0 | 15,80 | 32,46 | 43,52 | |||
Сравнение полученных данных показывает удивительные результаты. Во-первых, при испарении ундекана, по мере увеличения объема выпаренной жидкости, температуры жидкости, пара внутри колбы и на входе в холодильник ведут себя классически. До тех пор, пока жидкость испаряется, подводимая от колбогрейки энергия расходуется на парообразование и температура жидкости и насыщенного пара в колбе не растут. Незначительный рост начинается после выпаривания 130 мл жидкости, это связано с тем, что количество оставшейся жидкости занимает небольшой объём колбы и ртутный конец термометра, измеряющий температуру жидкости, полностью уже не погружается в жидкость и в этом случае повышение температуры связано с перегревом стенок колбы. Различие между контрольными и опытными разгонками наблюдаются только в величине времени разгонок, при использовании ОРВ-технологии наблюдается заметное увеличение скорости испарения, по сравнению с контрольными показателями. Такая же картина наблюдается и при испарении изопропилового спирта. Отметим, что и молекулы ундекана и изопропилового спирта не поляризованы и практически не имеют дипольного момента, что важно отметить при сравнении с результатами, полученными при испарении дистиллированной воды, молекулы которой обладают большим дипольным моментом в силу своей значительной полярности. Именно это свойство воды и объясняет существенное различие в результатах, полученных при интенсификации процессов испарения воды, по сравнению с результатами для ундекана и изопропилового спирта. Сильное электрическое взаимодействие между диполями молекул воды приводит к значительному по мощности электромагнитному излучению, создающее в резонаторе и большее вторичное излучение, которое воздействует на молекулы воды в колбе, вызывая увеличение амплитуды колебаний. Благодаря тому, что молекулы воды в парах имеют большую степень свободы, чем в жидкости, амплитуда их колебаний и, следовательно, их энергия существенно возрастает, что и отражается на значительном росте температуры пара. В случае испарения воды мы остановились до выпаривания 130 мл из первоначальных 150 мл воды, так как температура паров начинала резко возрастать, достигая 250-260°С при выпаривании 140 мл воды и это нередко приводило к растрескиванию и раскалыванию колбы.
Демонстрация такого роста температуры водяного пара при применении ОРВ-технологии для интенсификации процесса испарения приводит специалистов в недоумение. Во время одной из командировок на нефтеперерабатывающий завод, мы продемонстрировали этот эффект на рядом расположенной теплоэлектростанции. Уж кто и знает термодинамику процесса испарения воды, так это специалисты на теплоэлектростанциях. Когда они наблюдали такой рост температуры пара, в первую очередь проверяли точность термометров и давление в колбе, не выше ли оно атмосферного. После этого единственный аргумент состоял в том, что тепловое излучение от колбогрейки передаётся через стекло колбы находящимся там парам воды. При акцентировании внимания, что во всё время испарения существует граница раздела между жидкой фазой воды и паром а, значит, мы имеем дело с насыщенным паром, температура которого при атмосферном давлении во всех профессиональных справочниках равна 100°С, специалисты с различными научными степенями разводили руками. Так же интересен факт, что можно понизить температуру окисления битума на 30°С, и не только на маленькой лабораторной, а на работающей промышленной установке, непрерывно перерабатывающей 30 и выше тонн гудрона в час и не уменьшить при этом скорость окисления. Мощность же аппаратуры обеспечивающий такой эффект не превосходит 0,5-1,0 Кватт электроэнергии. Эти, неоднократно получаемые результаты, никак не вписываются в существующие научные представления. Но практика – критерий истины, нам, после многолетних экспериментов и испытаний остаётся констатировать, что сие имеет место быть.