一種降低開(kāi)放反應(yīng)體系的能量損失和溶液消耗的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種降低開(kāi)放反應(yīng)體系的能量損失和溶液消耗的方法，包括一個(gè)在反應(yīng)體系溶液表面上放置至少一層隔離物，所述的隔離物和反應(yīng)體系溶液接觸的表面積大于反應(yīng)體系溶液與空氣接觸的表面積的50%。本發(fā)明可以有效降低反應(yīng)體系中能量損失和溶劑揮發(fā)。本方法適用于所有的開(kāi)放反應(yīng)體系，尤其適合于開(kāi)放反應(yīng)體系中有各種工件放進(jìn)、拿出的體系，不會(huì)對(duì)溶液覆蓋率造成影響。本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單、可持續(xù)利用，尤其適用于大規(guī)模電鍍工藝。
【專利說(shuō)明】一種降低開(kāi)放反應(yīng)體系的能量損失和溶液消耗的方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，尤其涉及一種節(jié)能降耗技術(shù)，具體是一種降低開(kāi)放反應(yīng)體系的能量損失和溶液消耗的方法。
[0002]【背景技術(shù)】:
對(duì)于開(kāi)放反應(yīng)體系，由于與環(huán)境間存在物質(zhì)和能量的交換，導(dǎo)致大量的能量通過(guò)熱傳遞而損失，以及部分溶劑的揮發(fā)損耗。這樣不僅浪費(fèi)資源，而且增加了生產(chǎn)成本。
[0003]蒸發(fā)是指物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的相變過(guò)程。當(dāng)液體蒸發(fā)時(shí)，從液體里跑出來(lái)的分子，要克服液體表面層的分子對(duì)它們的引力而做功。這些分子能做功，是因?yàn)樗鼈兙哂凶銐虼蟮膭?dòng)能。比平均動(dòng)能大的分子飛出液面，速度大的分子飛出去，而留存液體內(nèi)部的分子所具有的平均動(dòng)能變小了。所以在蒸發(fā)過(guò)程中，如果要保持蒸發(fā)持續(xù)進(jìn)行下去，需要外界通過(guò)熱傳遞的形式給液體補(bǔ)充能量，或者外界不給液體補(bǔ)充能量，液體的溫度就會(huì)下降。這時(shí)，它就要通過(guò)熱傳遞方式從周圍物體中吸取熱量，于是使周圍的物體冷卻。
[0004]一般情況下，溶液溶劑的蒸發(fā)一般就是水的蒸發(fā)，水的相變熱即是水的汽化熱:2258KJ/kg。即蒸發(fā)I kg的水，就要消耗2258KJ的熱量。
[0005]影響蒸發(fā)的因素主要有溫度、濕度、液體的表面積、液體表面上方的空氣流動(dòng)的速度等。因此我們可以通過(guò)改變液體表面積的大小來(lái)降低溶劑揮發(fā)帶來(lái)的能量損失和溶劑損失。
[0006]熱傳遞的基本方式有熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射三種。固體內(nèi)部的熱量傳遞只能以傳導(dǎo)的方式進(jìn)行，但流體與換熱器壁面之間的傳熱過(guò)程則往往同時(shí)包含對(duì)流與傳導(dǎo)，對(duì)高溫流體則還有熱輻射。
[0007]熱傳導(dǎo)是指在不涉及物質(zhì)轉(zhuǎn)移的情況下，熱量從物體中溫度較高的部位傳遞給相鄰的溫度較低的部位，或從高溫物體傳遞給相接觸的低溫物體的過(guò)程。熱對(duì)流是指不同溫度的流體各部分由相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的熱量交換。工程上廣泛遇到的對(duì)流換熱，是指流體與其接觸的固體壁面之間的換熱過(guò)程，它是熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流綜合作用的結(jié)果。熱輻射是指物體因自身具有溫度而輻射出能量的現(xiàn)象。與其他傳熱方式不同，熱量可以在沒(méi)有中間介質(zhì)的真空中直接傳遞。
[0008]實(shí)際傳熱過(guò)程一般都不是單一的傳熱方式，如火焰對(duì)爐壁的傳熱，就是輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)的綜合，而不同的傳熱方式則遵循不同的傳熱規(guī)律。為了分析方便，人們?cè)趥鳠嵫芯恐邪讶N傳熱方式分解開(kāi)來(lái)，然后再加以綜合。
[0009]對(duì)于開(kāi)放反應(yīng)體系，假設(shè)反應(yīng)溫度不高，無(wú)攪拌，則存在熱傳導(dǎo)和自然對(duì)流；假設(shè)反應(yīng)溫度不高，有攪拌，則存在熱傳導(dǎo)和強(qiáng)制對(duì)流。如果反應(yīng)在高溫下進(jìn)行，還應(yīng)考慮熱輻射。所以反應(yīng)溫度比較高時(shí)，應(yīng)考慮采用保溫材料作為器壁。本專利主要考慮的是如何在與外界接觸的一側(cè)進(jìn)行防止能量的損失和溶劑的揮發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種降低開(kāi)放反應(yīng)體系的能量損失和溶液消耗的方法，本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單、可持續(xù)利用，成本低廉。本發(fā)明的另一個(gè)目的是能夠在一定程度上使生成的具有揮發(fā)性的所需化學(xué)成分更加穩(wěn)定的存在于溶液中。
[0011]本發(fā)明提供一種降低開(kāi)放反應(yīng)體系的能量損失和溶液消耗的方法，包括一個(gè)在反應(yīng)體系溶液表面放置至少一層隔離物，所述的隔離物和反應(yīng)體系溶液接觸的表面積大于反應(yīng)體系溶液與空氣接觸的表面積的50%。
[0012]進(jìn)一步的，所述的隔離物的材料為塑料、或者橡膠、或者陶瓷、或者玻璃、或者金屬中的任意一種或者一種以上的組合。
[0013]進(jìn)一步的，所述的隔離物由多個(gè)球體、或者多個(gè)橢球體、或者多個(gè)圓柱體構(gòu)成。
[0014]進(jìn)一步的，所述的隔離物為空心結(jié)構(gòu)、或者實(shí)心結(jié)構(gòu)、或者多孔結(jié)構(gòu)。
[0015]進(jìn)一步的,所述的反應(yīng)體系為水溶液反應(yīng)體系、或者有機(jī)溶劑反應(yīng)體系。
[0016]進(jìn)一步的，所述的反應(yīng)體系的反應(yīng)溫度在室溫到300°C之間。
[0017]具體的，隔離物的材料組成在反應(yīng)體系中具有化學(xué)穩(wěn)定性，即隔離物在反應(yīng)體系中不溶解、溶脹，在相對(duì)溫度高的溶劑體系中隔離物不分解。
[0018]具體的，使用的隔離物尺寸根據(jù)反應(yīng)系統(tǒng)的尺寸可以從0.001米到I米，或是多種尺寸隔離物配合使用，以獲得最大的表面覆蓋率
具體的，反應(yīng)體系中有固體反應(yīng)物進(jìn)入或取出時(shí)，隔離物不黏附在固體反應(yīng)物上。
[0019]具體的，當(dāng)固體反應(yīng)物進(jìn)入溶液體系中或從溶液體系取出時(shí)，隔離物能迅速恢復(fù)對(duì)溶液表面的覆蓋。
[0020]本發(fā)明和已有技術(shù)相比，其技術(shù)進(jìn)步是顯著的。本發(fā)明通過(guò)在反應(yīng)體系溶液表面漂浮一層隔離物，有效隔絕溶液與空氣的接觸，可以有效降低能量損失和溶劑揮發(fā)。并且還能夠在一定程度上使生成的具有揮發(fā)性的所需化學(xué)成分更加穩(wěn)定的存在于溶液中。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還在于:1、通過(guò)隔絕溶液與空氣的接觸，可以有效地降低能量的消耗。2、通過(guò)減少溶液與空氣的接觸面積，可以有效地減少溶劑的損失。3、本發(fā)明也能夠在一定程度上使生成的具有揮發(fā)性的所需化學(xué)成分更加穩(wěn)定的存在于溶液中。4、本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單、可持續(xù)利用，成本低廉，尤其適用于大規(guī)模電鍍工藝。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1:實(shí)施例4、5、6的溫度隨時(shí)間變化的對(duì)比曲線，其中:A:實(shí)施例6溫度隨時(shí)間變化曲線、B:實(shí)施例5溫度隨時(shí)間變化曲線、C:實(shí)施例4溫度隨時(shí)間變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面通過(guò)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
[0024]實(shí)施例1
將盛有4.000L水的容器(溶液表面面積:464.38cm2，高:8.65cm)放入加熱槽中，加熱至80°C恒溫，總加熱時(shí)間為6小時(shí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是:升溫和恒溫過(guò)程總耗電量:2.283Kwh，升溫和恒溫過(guò)程水分蒸發(fā)總體積:2.573L。
[0025]實(shí)施例2
將盛有4.000L水的容器(溶液表面面積:464.38cm2,高:8.65cm)放入加熱槽中，用塑料空心圓柱體平鋪水溶液表面，所占面積為173.15cm2，水表面覆蓋率為37.3%。加熱至80°C恒溫，總加熱時(shí)間為6小時(shí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是:升溫和恒溫過(guò)程總耗電量:1.538Kwh，升溫和恒溫過(guò)程水分蒸發(fā)體積:1.478L。與實(shí)施例1空白試驗(yàn)相比，可節(jié)能32.6%，可減少水分蒸發(fā) 42.6 %。
[0026]實(shí)施例3
將盛有4.000L水的容器(溶液表面面積:464.38cm2,高:8.65cm)放入加熱槽中，用塑料空心圓柱體平鋪在水表面，所占面積為340.30cm2，水表面覆蓋率73.3%。加熱至80°C恒溫，總加熱時(shí)間為6小時(shí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是:耗電量:0.862Kwh，蒸發(fā)水體積:0.401L。與實(shí)施例1空白試驗(yàn)相比，可節(jié)能62.2%，可減少水分蒸發(fā)84.4%。
[0027]實(shí)施例4
將盛有4.000L水的容器(溶液表面面積:464.38cm2，高:8.65cm)放入加熱槽中，加熱至80°C，斷電，記錄耗電量。在整個(gè)升溫，恒溫，降溫過(guò)程中，記錄溫度隨時(shí)間的變化。耗電量:0.335Kwh。
[0028]實(shí)施例5
將乘有4.000L水的容器(溶液表面面積:464.38cm2,高:8.65cm)放入加熱槽中，用塑料空心圓柱體平鋪在面積為173.15cm2的液面上，其覆蓋率:37.3%。加熱至80°C，斷電，記錄耗電量。在整個(gè)升溫，恒溫，降溫過(guò)程中，記錄溫度隨時(shí)間的變化。耗電量:
0.318Kwh。
[0029]實(shí)施例6
將乘有4.000L水的容器(溶液表面面積:464.38cm2，高:8.65cm)放入加熱槽中，用塑料空心圓柱體平鋪在面積為340.30cm2的液面上，其覆蓋率:73.3%。加熱至80°C，斷電，記錄耗電量。在整個(gè)升溫，恒溫，降溫過(guò)程中，記錄溫度隨時(shí)間的變化。耗電量:0.306Kwh。
[0030]對(duì)于實(shí)施例4、5、6的對(duì)比，見(jiàn)附圖1。
[0031]以上所述僅是本發(fā)明的實(shí)施方式的舉例，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種降低開(kāi)放反應(yīng)體系的能量損失和溶液消耗的方法，其特征在于:包括一個(gè)在反應(yīng)體系溶液表面放置至少一層隔離物，所述的隔離物和反應(yīng)體系溶液接觸的表面積大于反應(yīng)體系溶液與空氣接觸的表面積的50%。
2.如權(quán)利要求1所述的一種降低開(kāi)放反應(yīng)體系的能量損失和溶液消耗的方法，其特征在于:所述的隔離物的材料為塑料、或者橡膠、或者陶瓷、或者玻璃、或者金屬中的任意一種或者一種以上的組合。
3.如權(quán)利要求1所述的一種降低開(kāi)放反應(yīng)體系的能量損失和溶液消耗的方法，其特征在于:所述的隔離物由多個(gè)球體、或者多個(gè)橢球體、或者多個(gè)圓柱體構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的一種降低開(kāi)放反應(yīng)體系的能量損失和溶液消耗的方法，其特征在于:所述的隔離物為空心結(jié)構(gòu)、或者實(shí)心結(jié)構(gòu)、或者多孔結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種降低開(kāi)放反應(yīng)體系的能量損失和溶液消耗的方法，其特征在于:所述的反應(yīng)體系為水溶液反應(yīng)體系、或者有機(jī)溶劑反應(yīng)體系。
6.如權(quán)利要求1所述的一種降低開(kāi)放反應(yīng)體系的能量損失和溶液消耗的方法，其特征在于:所述的反應(yīng)體系的反應(yīng)溫度在室溫到300°C之間。
【文檔編號(hào)】B01J19/00GK103611482SQ201310650252
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】張全生, 閔凡奇, 李碩, 李細(xì)方, 王淼, 黨國(guó)舉 申請(qǐng)人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院