神奇的汽化

神奇的汽化（精选3篇）

神奇的汽化 篇1

一、教材分析

汽化和液化是苏科版物理8年级上册第二章物态变化的第二节内容包括两部分内容汽化的两种方式和液化的两种方法。教材在这里设计了较全面的探究性过程:设计实验, 进行观察, 记录数据, 处理数据, 画出图表;再分析图表, 概括总结, 得出结论等环节。通过这个活动, 使学生领悟物理探究的基本方法。由于时间的限制与汽化相反的过程——液化留作下一节课学习。

二、教学目标

1. 知识与技能。

(1) 知道蒸发和沸腾为汽化现象, 汽化时要吸热; (2) 知道蒸发现象, 体验蒸发过程要吸热; (3) 知道蒸发可以致冷; (4) 了解蒸发和沸腾的相同点和不同点

2. 过程与方法。

(1) 观察沸腾是液体内部和表面同时发生的汽化现象; (2) 通过探究活动了解液体沸腾的温度特点。

3. 情感、态度与价值观。

(1) 通过对“坎儿井”的了解, 激发民族自豪感; (2) 通过观察水的沸腾, 经历科学实验的基本过程, 体会物理实验的魅力, 感受团结协作的重要性; (3) 通过教学活动激发学生的兴趣和对科学的求知欲, 使学生乐于探索自然现象, 乐于了解生活中的物理道理。

三、教学重点和难点

教学重点: (1) 观察蒸发现象; (2) 设计实验, 观察水的沸腾现象。教学难点:蒸发吸热, 降低温度, 归纳总结沸腾的特点。

四、教学过程

1. 创设情景, 引入新课。

设计意图:通过两只苹果的选择引出水分到哪儿去了, 引出本节课。这样不仅能激发学生学习兴趣而且为蒸发只在物体的表面进行打下伏笔。

步骤1:出示两只苹果, 一只干瘪, 一只红润对一个同学说, 今天老师送你一个苹果你挑一个。同时设问你为什么挑这一个?生:水分少 (或干瘪的) 师:那水分到哪儿去了?

步骤2:出示电热水壶烧水, 问烧开后如没有及时停止会怎样?生:烧干师:水又跑到哪儿去了?在学生归纳现象共同特征的基础上引出这节课我们就来学习汽化和液化。

2. 蒸发。

设计意图:这部分采用学生自己动手实验, 通过对蒸发现象的认识初步感知, 小组合作讨论归纳出蒸发的几个特点。

步骤1:根据课本活动2.3观察蒸发现象。 (1) 让学生在手背上涂酒精, 观察酒精变化, 涂酒精的地方有什么有何感受? (2) 将一支液体温度计插入烧杯内的酒精中, 测量出酒精的温度;再把温度计从酒精液体中拿出, 观察温度计的示数有什么变化。上述实验说明了什么?生活中还有哪些类似的现象?

步骤2:切开刚才出示的干瘪苹果, 发现里面有水分说明什么?

步骤3:举例无论春夏秋冬湿衣服都能干说明了什么?师生共同总结:蒸发:只发生在液体表面的缓慢的汽化现象。 (1) 条件:任何温度都能进行; (2) 特点:蒸发需吸热有致冷作用。

3. 沸腾。

设计意图:通过学生的合作和交流使学生经历基本的科学探究过程, 学习科学探究方法, 发展初步的科学探究能力, 领略物理课学习的特点和魅力, 激发学生的好奇心和求知欲。

步骤1:提问:谁来描述一下水沸腾的现象?水的内部又是怎样呢?水的温度又是怎样呢?

步骤2:实验目的: (1) 通过观察水的沸腾, 水沸腾前和沸腾时的现象有哪些不同?水中发生的变化; (2) 水沸腾时发生在液体的什么位置? (3) 水沸腾时发生的汽化程度如何?

步骤3:实验注意点: (1) 怎样使加热的时间少一点? (2) 烧水装置固定的顺序?依据分别是什么? (提醒学生加热过程中注意安全)

步骤4:小组合作探究。 (1) 当水温升到90时每隔0.5分钟读一次温度计的示数, 同时注意观察烧杯中水发生的变化。直到水沸腾2分钟后停止读数, 将数据记录在书P37表格中。 (2) 停止加热, 沸腾是否停止? (3) 根据记录的数据标出各个时刻水的温度, 然后用平滑的曲线把它们连接起来。 (4) 演示:用电热水壶现场烧水让学生听水沸腾前后的声音响度的变化?

步骤5:小组交流总结:描述水在沸腾前和沸腾时的情景: (1) 水中气泡在沸腾前, 沸腾时 (2) 水的声音在沸腾前, 沸腾时 (3) 围绕图线进行小组讨论。

步骤6:引导学生观察沸点表, 并形成在标准气压下, 不同液体的沸点一般不同的认识“生活·物理·社会”:让学生知道人们利用水沸腾的产生的热的蒸汽制造蒸汽轮机。

4. 小结。

设计意图:对蒸发和沸腾做一个简单的回顾, 使学生印象深刻。将知识真正落到实处, 让学生发现并归纳蒸发与沸腾的异同点。这样有利于提高学生的归纳能力。师:回顾本节课所学的知识, 我们知道蒸发与沸腾都属于汽化现象。总结他们的异同点。

5. 实施拓展。

设计意图:呼应本节课的开头让学生课后讨论, 关注生活细节。这样将学习由课堂延伸到课外, 同时体现了学以致用的思想。为下节课拓展学习蒸发的快慢与哪些因素有关打下伏笔。 (1) 生活物理社会中讲到的“火洲”里的坎儿井为什么可以减少蒸发和渗漏呢? (2) 刚才我们在选苹果时要选择红润的。那生活中有哪些方法使苹果的保鲜时间可以长一些呢?

五、巩固练习略

直接蒸汽加热液氯汽化器的设计 篇2

关键词：液氯气化器,MONEL400,蒸汽加热,结构设计

引言

氯是一种重要的工业原料, 作为强氧化剂, 在工业, 特别是化工生产中具有十分广泛的应用。氯既可用于纺织、造纸工业的漂白, 又可用于自来水的净化、消毒, 还可用于制取农药、洗涤剂、塑料、橡胶、医药等各种含氯化合物。

氯气常温下是一种呈淡黄绿色、具有刺激性气味的剧毒气体。它的化学活性很高, 可以和多种化学物质、有机物发生反应。氯气在一定压力下可以进行液化精制, 减少仓储占用。目前工厂所用的氯气几乎都以液体的形式储存和运输, 经液氯汽化工序后供给下游工艺耗氯单元进行使用。

液氯汽化器是液氯汽化工序中的核心设备。由于氯气具有剧毒性, 液氯汽化器一旦发生泄漏, 必然对周围的人员和环境造成危害。考虑到安全和环保因素, 必须对液氯气化器设计提出特殊的安全要求。本文介绍1台汽化量为7t/h的液氯汽化器设备的设计。该设备采用蒸汽作为加热源直接对液氯进行换热加热, 代替了传统的采用蒸汽加热热水循环使用作为热源进行加热的方式。

1 直接蒸汽加热液氯气化器的技术参数

液氯气化器设计参数如表1所示。该汽化器采用蒸汽作为加热源直接对液氯进行换热加热, 与传统的用蒸汽加热热水作为热源的方式比较, 节省了用蒸汽加热热水的热量损失, 节约了热水循环泵输送消耗的电能。

2 主体材质选择

材料选择是非常重要的设计环节, 既要满足设备的强度要求, 又要考虑加工制造工艺的要求, 还要考虑设备使用的安全性要求。材料的选择要综合考虑成本及其所需的强度。

壳程介质为液氯, 毒性为高度危害, 操作温度为-20℃, 属于低温压力容器。根据GB150《钢制压力容器》规定, 普通碳素钢和低合金钢不能满足要求, 而16MnDR可以满足要求。对选用的钢板还应逐张进行超声检测, 钢板的合格等级不低于JB/T4730-2005规定的II级合格, 并应对选择的材料按照《压力容器安全技术监察规程》第25条规定进行复验。

液氯中会有一定含量的三氯化氮, 随着蒸发过程的进行, 积累在其中的三氯化氮含量则越来越高。当三氯化氮在液氯中浓度超过5%时即有爆炸的危险。而蒙乃尔合金是一种以铜、镍为主的合金, 与液氯长时间接触可以去除较高含量的三氯化氮, 在一定温度下接触时间越长, 去除率越高, 使用过的蒙乃尔合金可以反复使用不影响其性能。因此, 为了提高设备使用的安全性, 故换热管采用MONEL400材料。

考虑到换热管与管板之间尽量采用同材质焊接, 故管板采用MONEL400/16MnDIII爆炸复合钢板。

管程介质为水蒸气, 故管程的筒体采用16 MnR材料。

3 结构设计 (见图1)

为了控制壳程的液氯液位, 在壳程侧设置了液位计口 (N1, N2) 。通过液位计的控制, 既防止了液位过高导致液氯气化不完全, 引起设备震动, 又防止了液位过低, 造成换热管干烧。

在壳程侧设置了排液口 (N8) , 用于定期对壳程内液氯中三氯化氮的含量进行检测, 防止含量超出标准规定, 也便于定期排放防止发生爆炸危险。

为了避免因结构的不连续所造成的应力集中, 结构设计过程中应在有形状突变位置 (如接管内径边角处) 倒圆。例如, 接管补强应尽量采用整体补强结构, 如图2所示。

4 制造及检验要求

基于液氯的高度危害的特性以及环保的要求, 在制造过程中, 设计者应考虑设备制造的特殊要求, 并在图样中注明。

1) 焊缝要求。

在制造过程中, 应严格控制焊缝的质量。在图样上明确焊缝的检测要求, A、B类焊接接头应进行100RT检测, 其检测技术等级不低于A、B级, 合格指标应符合JB/T4730-2005的II级规定。

2) 热处理要求。

对图样上注明盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器应进行焊后热处理。由于设备壳程盛装的介质为液氯, 具有高度危害的特性, 因此壳程制造完成后应进行焊后整体热处理。

3) 气密试验要求。

根据《压力容器安全技术监察规程》第58条规定, 当压力容器盛装的介质其毒性为极度危害和高度危害或不允许有微量泄漏时, 设计时应提出压力容器气密性试验的要求。由于壳程介质为液氯, 所以图纸上应对壳程侧提出气密试验要求。

5 直接蒸汽加热液氯气化器的优点

1) 与采用热水作为加热源的方式比较, 采用蒸汽作为加热源, 大大提高了传热系数, 节约了蒸汽用量, 同时由于取消了热水输送泵, 大大节省了电能, 在能耗方面具有明显优势。

2) 由于采用蒸汽加热方式, 提高了传热效率, 同时又取消了热水加热罐、热水输送泵等设备, 与热水加热方式比较, 大大缩小了占地面积。

3) 采用MONEL400作为换热管材料, 可以分解三氯化氮, 减少了定期排放的次数, 大大增强了设备使用安全性。

4) 采用MONEL400合金作为换热管, 提高了设备的耐蚀性, 降低了设备的泄漏几率, 延长了设备的使用寿命。

6 效益分析

以处理量7000kg/h液氯汽化成氯气为例, 对采用蒸汽作为加热源直接加热方式, 和采用蒸汽加热热水传统加热方式进行能耗对比。本对比中不考虑换热器损耗, 不考虑初次加热仅考虑正常循环时能耗。

已知条件:液氯汽化每小时处理量m为7000kg, 液氯进口温度t1为10℃, 氯气出口温度t2为80℃。

根据有关资料查得:

10～80℃的液氯平均比热容为CP1=0.96kJ/ (kg·K) ;

80℃下, 液氯焓为u1=239.41kJ/kg。

每小时把7000kg液氯从10℃加热到80℃所需的热量Q1为:

Q1=m·CP1· (t2-t1) (1)

计算得Q1=470400kJ。

每小时7000kg液氯的汽化潜热Q2为:

Q2=m×u1 (2)

计算得Q2=1675870kJ。

每小时7000kg液氯气化成氯气所需得总热量Q总为:

Q总=Q1+Q2 (3)

计算得Q总=2146270kJ。

无论用热水还是蒸汽加热汽化液氯都需要相同的热量。现分别进行计算。

1) 蒸汽加热热水作为热源的方式。

已知换热站条件:热源为饱和蒸汽, 压力为0.6MPa (G) , 进口温度t4为165℃, 出口温度t3为100℃;热水出口温度t6为80℃, 热水回水温度t5为60℃, 热水出口压力0.3MPa (G) 。

根据有关资料查得:

饱和蒸汽的比热容为CP2=2.49kJ/kg·℃;

100℃饱和蒸汽焓为u2=2263.8kJ/kg·℃;

80～100℃的水平均比热为CP3=4.2kJ/kg·℃。

根据上面的计算结果, 每小时将7000kg液氯气化成氯气所需的热水热量Q3=Q总=2146270kJ。

蒸汽加热热水作为热源, 每小时获得热量Q3, 所需要的饱和蒸汽用量为M1, 则有:

Q3=CP2·M1· (t4-t3) +u2·M1+CP3·M1· (t3-t6) (4)

计算得M1=855.21kg/h。

蒸汽加热热水板换的换热系数按照0.7计算, 则每小时实际饱和蒸汽需要量为:M1/0.7=855.21/0.7=1221.7kg/h。

则根据上面的计算结果, 单吨液氯每小时耗0.6MPa蒸汽量为174kg/ (h·t) 。

循环热水泵载荷Q=28m3/h , 扬程H=33m, 附电机功率N=7.5kW, 单吨液氯耗电能为1kW/t。

2) 蒸汽作为加热源直接加热方式。

已知条件:饱和蒸汽压力为0.1MPa, 饱和蒸汽进口温度t8为120℃;蒸汽相变后冷凝水温度t7为100℃, 冷凝水出口温度为t9为80℃。

根据有关资料查得:

饱和蒸汽的比热容CP4= 2.21kJ/kg·℃;

100℃饱和蒸汽焓u2=2263.8kJ/kg·℃;

80～100℃的水平均比热为CP3=4.2kJ/kg·℃。

蒸汽直接作为加热源, 设每小时将7000kg液氯气化成氯气所需饱和蒸蒸汽用量为M2, 则有:

Q总=CP4·M2· (t8-t7) +u2·M2+CP3·M2· (t8-t7) (5)

计算得M2=897.27kg/h。

则根据上面的计算结果, 单吨液氯每小时耗0.1MPa蒸汽量为128kg/ (h·t) , 折算为0.6MPa蒸汽, 液氯单吨耗蒸汽量为110kg/ (h·t) 。

通过上面两种方法的比较, 蒸汽直接加热方式热耗明显降低, 按照年运行8000h计算, 年可节约蒸汽量为 (174-110) kg/ (h·t) ×7t×8000h=3584000t, 节电56000kWh。

同时因为减少了排污次数, 同样节约了相应的液氯, 以及液碱处理等相关消耗。

7 结论

渗透汽化膜在溶媒回收领域的应用 篇3

膜将膜组件分隔为上游侧、下游侧两个室, 上游侧为液相室, 下游侧为气相室。气相室与真空系统相连接。含水的料液被加热到一定温度后进入液相室, 膜对料液中的水分子有选择透过性, 水分子溶解吸附于膜表面, 由于真空的作用, 在膜的另一侧 (气相室) 水的蒸汽分压小于其饱和蒸汽压, 依靠这种在膜两侧形成的水蒸汽分压的不同, 使水分子得以不断地渗透通过膜, 并在膜的另一侧 (气相室) 汽化, 被真空带到冷凝系统, 经冷凝得到液体渗透物。

2渗透汽化膜与传统精馏塔对比分析

2.1技术上对比分析

2.1.1塔蒸馏原理是根据不同组份沸点不同来蒸馏得到纯净产品, 如存在共沸物, 需要添加第三组份来解决共沸问题, 大量的回流比将增加能耗费用, 经济性较差。而膜技术是通过液态进料分离过程, 不受物料共沸点影响, 恰好弥补他蒸馏技术的不足。

2.1.2塔蒸馏是根据物料沸点不同进行分离, 因此不受组分限制, 因目前膜技术还停留在除水技术上, 因此选择的局限性还不如塔宽阔。

2.1.3塔蒸馏技术不受原料限制, 不共沸物料均可以蒸馏, 设备可以根据物料性质选择不同材质, 渗透汽化膜选择的应用的条件相对苛刻。

2.1.4塔蒸馏可以将物料中杂质在蒸馏过程中通过釜残直接去除, 对产品质量没有影响, 而膜技术因杂质结晶堵膜, 需要做预处理。

2.1.5塔对共沸物蒸馏需要引入其他物料解决共沸问题, 膜技术回收质量更高。

2.2经济性对比分析

2.2.1塔蒸馏装置和膜装置首次投入费用相差不大, 但塔维护费用低, 膜需要定期更换膜组件, 后续运行费用相对较高。

2.2.2以93%乙醇回收为例, 因乙醇和水共沸, 简单精馏可得到95%乙醇, 从表1可以看出, 精馏法乙醇成本仅为渗透膜法的51.5%, 精馏法具备明显优势。如制备99.5%无水乙醇, 精馏塔必须加萃取剂乙二醇和醋酸钾, 引进了第三组分, 产品有残留, 增加了回收成本;另外回流比增加, 蒸汽消耗大幅上升。而膜可规避精馏法的缺点, 只需延长物料在膜内停留时间即可达标。从表2数据看, 渗透膜具有明显优势。

2.2.3物料中含有结晶物料不能直接进膜处理, 需要进行粗蒸去除结晶物料, 需要增加处理成本。而塔蒸馏可将蒸馏与初杂质一并完成。塔整理节约了预处理费用。

3渗透汽化膜有机膜和无机膜对比分析

随之膜技术的不断发展, 无机膜应运而生, 渗透汽化无机膜是在陶瓷管载体表面上合成Na A分子筛, Na A分子筛具有3A左右的孔道结构, 它和运动中水分子的大小接近, 因此具有强亲水能力, 水分子可以被吸附并且通过膜, 而大于孔道尺寸的溶剂分子被截留。渗透汽化无机膜为管式膜组件, 管内侧抽真空, 溶剂在膜组件内流过膜表面时, 水分被吸附并在两侧蒸汽压差作用下渗透通过膜, 溶剂中水分被不断脱出, 最后得到无水溶剂。下面对有机膜和无机膜选择的优缺点进行分析:

3.1技术上对比分析

(1) 工作原理和工艺流程基本相同, 都是采用液相进料, 过膜时进行汽化, 分别得到纯净产品和以水为主的渗透液。

(2) 有机膜已有近30年的应用历史, 技术相对比较成熟, 无机膜技术起步较晚, 应用范围还存在一定的局限性。

(3) 有机膜受本身材质限制, 对丙酮及含丙酮溶媒处理技术上存在困难, 无机膜在此方面得到了突破, 但因工业化较晚, 应用范围还有待开发。

3.2经济性对比分析

(1) 有机膜和无机膜主要区别在于膜材质的不同, 工艺流程原理基本相同, 因此产品收率及各项能耗指标基本相同。

(2) 有机膜膜组件为膜片叠压方式, 无机膜为管式结构, 因设计机构不同, 无机膜制造成本较有机膜高30%左右, 因此首次投资上有机膜更具优势。

(3) 因有机膜为膜片叠压方式, 一但有破损, 无法单片更换, 需要更换一台膜组件, 费用较高。而无机膜为管式结构, 如有破损, 可对单根管进行更换, 换膜费用较低。日常维护成本无机膜更有优势。

综上所述, 塔蒸馏、有机膜和无机膜在技术和运行经济性上各有优势, 针对不同的产品回收也存在不同的特点, 因此选择上应充分考虑各自的技术特点, 才能达到利益最大化。

摘要：渗透汽化膜是近十几年在国内工业化应用的新型膜过滤装置, 他与微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等半透膜都具有设备简单、操作方便、无化学变化、处理效率高和节能等优点。渗透汽化膜分离利用各组分在膜中的溶解性不同, 根据溶解速度及在膜中的扩散速度不同, 实现分离过程, 且分离过程有相变。而半透膜是根据孔径大小实现分离, 分离过程无相变。