CN109499078A - 能加快蒸发速度的溶液蒸发方法 - Google Patents

Abstract

能加快蒸发速度的溶液蒸发方法，其工艺步骤为：①首先对液体加温，②待液体温度达到沸点时，开始向液体内部吹带压气体，吹带压气体的压力和流速应保证液体温度始终在沸点。与现有技术相比,本发明能在外加热同等条件下，降低蒸发沸点，加快蒸发速度，可节能50%以上。是一个突破了在加温蒸发时向溶液内吹空气会造成热损失的认知思想束缚。只要溶液符合拉乌尔溶液特性，本发明方法均适用。推广本发明办法，对我国的节能方面应该能做出一定的贡献。

Description

能加快蒸发速度的溶液蒸发方法

技术领域

本发明涉及一种溶液蒸发方法，尤其是一种能加快蒸发速度的溶液蒸发方法。

背景技术

众所周知，对难挥发物质溶液进行蒸发（蒸馏），是化工行业的基本工艺方法。目前化工行业普遍的蒸发方法就是加温蒸发，这种方法耗时长，耗能高（例如在硫酸锌产品的生产中要把38°Bé的硫酸锌清液蒸发浓缩到55°Bé时而后冷却结晶，7m³的硫酸锌清液在蒸汽5kg加热的情况下需耗时12小时）。因此，研究一种在同样加热条件下能缩短蒸发时间、加快蒸发速度、节能增效的溶液蒸发方法，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在同样加热条件下能缩短蒸发时间、加快蒸发速度、节能增效的溶液蒸发方法。

本发明解决其技术问题的技术方案是：

能加快蒸发速度的溶液蒸发方法，其工艺步骤为：①首先对液体加温，②待液体温度达到沸点时，开始向液体内部吹带压气体，吹带压气体的压力和流速应保证液体温度始终在沸点。

作为本发明的一种优选方案，所述的液体加温为加蒸汽加温，吹带压气体的压力和流速与加蒸汽的压力和流速匹配，应保证液体温度始终在沸点。

作为本发明的一种优选方案，随液体浓度的升高，沸点也升高，带压气体的压力相应提高，流速应保证液体温度始终在沸点。

作为本发明的一种优选方案，将蒸发溶液所排出的废蒸汽经过热交换器外排，所述的带压气体经过该热交换器进行加温。

作为本发明的一种优选方案，加温后的带压气体的温度为55℃～65℃

本发明的理论依据为拉乌尔定律。

拉乌尔定律－理想溶液气液两相达到平衡时,溶质气体的平衡压力等于在同一温度下的饱和蒸汽压与它在溶液中的摩尔分率的乘积。

理想溶液的不挥发固体物质的水溶液，其浓度为N_A，对此溶液进行汽化，汽相中只有溶剂水的蒸汽。根据拉乌尔定律，汽相的压力为P=P^O（1-N_A）；

显然，此P值将总是低于同一温度下水的饱和蒸汽压P^O。P及P^O都随温度变化，设其变化关系为：

P=f₁（t）

P^O=f₂（t）

此二曲线可绘图（见附图1）。

在任一温度下，P将总是低于P^O，浓度N_A越大，P值越低。当温度升高，P值增大到等于外压P时溶液沸腾，该时沸点温度为t。在任何外压下，t值总是高于纯溶剂水在同条件下的沸点t⁰。由此可见，难挥发物质溶入溶剂后，总是使溶液的饱和蒸汽压下降而沸点升高，这也是拉乌尔定律的另一表现形式。这一规律作为我们蒸发操作过程的基础。

蒸发可以在低于沸点时进行溶液表面汽化，这是自然条件下的过程。我们常应用的是人工加热在沸腾条件下汽化，这时可以在大气压下操作，也可以在减压条件下操作。

按照拉乌尔定律，我们换个思维角度思考，如果在日常加温蒸发的过程中，向溶液内部加压，使整个溶液压力比原来加大，其饱和蒸汽压必然有所变化，P′不是等于原来的P，也不是小于P，而必须P′>P，按照拉乌尔定律，溶液蒸汽压提高必然使沸点降低，这也是对拉乌尔定律的创造性应用。

同时对于难挥发物质溶液的蒸发，实质是溶液平衡和传质，是体系中发生气体由液相向气相的转移，是气体的解吸过程。因此也应该能在气体传质双膜理论和基本方程式中找出最佳的节能方法答案。按照亨利定律，在以压力差表示推动力时的解吸方程式

G=K_BFΔP_P

式中的G：传质总量，K_B—传质总系数，F—相间界面积，

ΔP_P—平均推动力。按照以上解吸方程分析：提高传质总系数K_B提高平均推力ΔP_P都可以提高传质总量G，达到加快蒸发的目的。

向蒸发的溶液中吹带压气体，可以提高平均推力值ΔP_P，同时使边界膜变薄，使传质总系数K_B提高。向蒸发液中加压，使蒸发液的表面产生大量的气泡，其结果使相间界面积F值增大。总其所述，向蒸发液中加压，可以提高液体蒸发中的传质总量，加快蒸发速度，得到节能增效的目的。

本发明的注意事项：

a.溶液蒸发时向溶液内部吹带压力的气体（向外部吹气反而有害）；

b.所吹的气体必须带一定的压力，而不是气压很小气量很大的气体；

c.所吹气体的压力大小要和蒸发时提供加热的蒸汽压相匹配，也就是讲外加蒸汽压大时，所吹气体的压力可增大，外加蒸汽压小时，所吹气体压力可减少；

d.所吹的气量，必须在保证溶液始终处在沸点或沸点以上的情况下，适度吹气。同时溶液蒸发，随着时间延长，溶液增浓，而沸点提高，吹气也必须适度调整；

e.任何蒸发情况下都不能无节制地吹气加压，不匹配地无限制地吹气加压反而对蒸发有害；

f.吹气时，把气体与蒸发时排出的废蒸汽（80—100℃）通过热交换器交换，使气体变为60℃更能加快蒸发速度；

溶液蒸发时向溶液内吹带压力气体节能因素有：

1.能提高溶液的饱和蒸汽压，降低沸点温度，加快蒸发速度 ，从而节能。

2.降低溶液蒸发沸点温度，等于间接提高了外部加热蒸汽的有效利用率（例如：液体沸点是100℃，那么外排的蒸汽应该为100℃。如果液体的沸点是80℃，那么外排的加热蒸汽应为80℃，这样有效地利用了外排蒸汽的潜能）。

3.于一般溶液蒸发相比，在同加热的条件下，向溶液内吹压力气体，提高了液体蒸发中的传质总量，加快了蒸发速度 ，达到节能增效。

与现有技术相比,本发明能在外加热同等条件下，降低蒸发沸点，加快蒸发速度，可节能50%以上。尤其对浓液的蒸发效果更为显著（浓液内部导热系数差，影响热传导，吹压力气体可以改善浓液导热系数），是一个突破了在加温蒸发时向溶液内吹空气会造成热损失的认知思想束缚。只要溶液符合拉乌尔溶液特性，本发明方法均适用。推广本发明办法，对我国的节能方面应该能做出一定的贡献。

附图说明

图1压力温度曲线图。

具体实施方式

能加快蒸发速度的溶液蒸发方法，其工艺步骤为：①首先对液体加温，②待液体温度达到沸点时，开始向液体内部吹带压气体，吹带压气体的压力和流速应保证液体温度始终在沸点。

所述的液体加温为加蒸汽加温，吹带压气体的压力和流速与加蒸汽的压力和流速匹配，应保证液体温度始终在沸点。

随液体浓度的升高，沸点也升高，带压气体的压力相应提高，流速应保证液体温度始终在沸点。

将蒸发溶液所排出的废蒸汽经过热交换器外排，所述的带压气体经过该热交换器进行加温。

加温后的带压气体的温度为55℃～65℃。

实施例1：盛有500ml水A、B两个1000ml的烧杯，分别放置在2个加热的电炉上，调节加热温度相同，当加热到100.1℃时，液体沸腾。A烧杯中开始以5kg压力气体，0.2厘米²的导管向溶液中部吹气，吹气量的大小以阀门调节。始终与沸点保持一致，此时沸点温度降为80℃，20分钟时停止 ，加热吹气，室温冷却后，液面降为380ml；液面下降120ml；B烧杯中的液体自然加温蒸发，同是20分钟停止蒸发。室温冷却后液体为440ml，液面下降了60ml，试验总结：吹带压力气体蒸发比自然蒸发效率提高一倍。

实施例2：在A、B两个硫酸锌蒸发罐中同时加入38°Bé的硫酸锌清液7m³，夹套蒸汽压力为5kg，每个蒸发罐都带搅拌和引风，A蒸发罐自然蒸发，当液体蒸发到温度为104℃时，（七水硫酸锌的浓缩点），时间为11小时20分钟，B蒸发罐蒸发时在同等条件下，增加吹气措施。以5kg压力3cm²的导管向液体中部吹气。当时测沸点温度为80℃，同样浓缩温度为104℃。停止蒸发，用时5小时10分钟。总结试验。带压吹气的蒸发比自然蒸发速度快一倍多。

Claims (5)

1.能加快蒸发速度的溶液蒸发方法，其特征在于，其工艺步骤为：①首先对液体加温，②待液体温度达到沸点时，开始向液体内部吹带压气体，吹带压气体的压力和流速应保证液体温度始终在沸点。

2.根据权利要求1所述的能加快蒸发速度的溶液蒸发方法，其特征在于，所述的液体加温为加蒸汽加温，吹带压气体的压力和流速与加蒸汽的压力和流速匹配，应保证液体温度始终在沸点。

3.根据权利要求1或2所述的能加快蒸发速度的溶液蒸发方法，其特征在于，随液体浓度的升高，沸点也升高，带压气体的压力相应提高，流速应保证液体温度始终在沸点。

4.根据权利要求2所述的能加快蒸发速度的溶液蒸发方法，其特征在于，将蒸发溶液所排出的废蒸汽经过热交换器外排，所述的带压气体经过该热交换器进行加温。

5.根据权利要求4所述的能加快蒸发速度的溶液蒸发方法，其特征在于，

加温后的带压气体的温度为55℃～65℃。