В основе многих процессов переработки нефти и нефтяных остатков лежат фазовые переходы, характерные для нефтяных дисперсных систем. Воздействовать на кинетику фазовых переходов можно химическими веществами (поверхностно-активными веществами - ПАВ, присадками и т.д.) и физическими полями (тепловыми, кавитационными, электромагнитными и т.д.). В результате такого вмешательства изменяется радиус ядра и толщина адсорбционно-сольватной оболочки сложной структурной единицы, которая является элементом нефтяной дисперсной системы. Изменение баланса сил между частицами дисперсной системы и уменьшение размеров дисперсных частиц вследствие химического или физического воздействия позволяет увеличить выход целевых нефтепродуктов, улучшить их качество, а также снизить энергетические затраты на их получение. Достигается это за счет снижения температуры плавления и испарения меньших по размерам частиц дисперсной фазы. Например, при введении в мазут западно-сибирской нефти оптимального количества экстракта среднестатистические размеры дисперсных частиц в 2%-ом гептановом растворе уменьшаются со 147 до 130 нм, а выход вакуумного дистиллята при перегонке в сопоставимых условиях возрастает на 7%(масс.).
Однако воздействие на нефть и ее остатки с помощью химических веществ приводит к существенному возрастанию себестоимости конечногопродукта, ускоренному износу ректификационных колон и является практически нерегулируемым процессов.
Значительно более выгодным является использование для активирования нефти физических полей, например, кавитационного поля. Кавитационная обработка жидкости может быть проведена с помощью гидромеханических или ультразвуковых кавитаторов.
Недостатком гидромеханических кавитаторов является возрастание потерь в них на местных сопротивлениях до 0,4 МПа за счет того, что они устанавливаются в потоке нефти.
Кроме того, для нормального функционирования гидромеханических кавитаторов обычно требуется дополнительная гидросистема с разгонными нефтяными насосами для получения необходимой скорости потока. Регулирование интенсивности кавитационной обработки с помощью гидромеханических кавитаторов весьма затруднено. В случае повышенной агрессивности перекачиваемой среды работа таких кавитаторов становится ненадежной.
Наиболее целесообразным для интенсификации перегонки нефти путем регулирования фазовых переходов является использование ультразвуковых кавитационных установок (см. рисунок), разработанных под руководством д.т.н. профессора Луговского А.Ф. Они представляют собой участок трубопровода с фланцами, с наружной стороны которого установлены ультразвуковые излучатели. Такая установка не вносит дополнительного сопротивления в систему, надежно функционирует при любой скорости течения жидкости и степени ее агрессивности, проста в обслуживании и обладает возможностью тонкой электронной регулировки интенсивности кавитационной обработки.
Результаты экспериментов показывают, что озвучивание тяжелых нефтяных остатков ультразвуком при температуре 430º и давлении 2 МПа и 4 МПа приводит к снижению выхода газа и бензина, выход соляровых фракций увеличивается почти на 20%. При давлении 6 МПа выход бензина увеличивается в 1,6 раза.
Озвучивание при температуре 450° и давлении 4 МПа приводит к увеличению выхода бензина, газа и фракций, выкипающих до 350°. При давлении 6 МПа выход газа увеличивается в 2,5 раза, бензина - в 2 раза, фракций, выкипающих до 350° - в 2,8 раза.
Озвучивание при температуре 470° и давлении 6 МПа дает заметное увеличение выхода бензина; увеличение газа и соляровых фракций незначительное.
В ультразвуковом поле уменьшается. выход карбоидов, а при увеличении выхода бензина уменьшается количество непредельных углеводородов в бензиновых фракциях.
Установка на dy = 100 мм и мощность 2000 Вт имеет производительность до 15000 м³/час.