一种降低开放反应体系的能量损失和溶液消耗的方法
【专利摘要】本发明公开了一种降低开放反应体系的能量损失和溶液消耗的方法，包括一个在反应体系溶液表面上放置至少一层隔离物，所述的隔离物和反应体系溶液接触的表面积大于反应体系溶液与空气接触的表面积的50%。本发明可以有效降低反应体系中能量损失和溶剂挥发。本方法适用于所有的开放反应体系，尤其适合于开放反应体系中有各种工件放进、拿出的体系，不会对溶液覆盖率造成影响。本发明的方法简单、可持续利用，尤其适用于大规模电镀工艺。
【专利说明】一种降低开放反应体系的能量损失和溶液消耗的方法
[0001]【技术领域】:
本发明属于化工领域，尤其涉及一种节能降耗技术，具体是一种降低开放反应体系的能量损失和溶液消耗的方法。
[0002]【背景技术】:
对于开放反应体系，由于与环境间存在物质和能量的交换，导致大量的能量通过热传递而损失，以及部分溶剂的挥发损耗。这样不仅浪费资源，而且增加了生产成本。
[0003]蒸发是指物质从液态转化为气态的相变过程。当液体蒸发时，从液体里跑出来的分子，要克服液体表面层的分子对它们的引力而做功。这些分子能做功，是因为它们具有足够大的动能。比平均动能大的分子飞出液面，速度大的分子飞出去，而留存液体内部的分子所具有的平均动能变小了。所以在蒸发过程中，如果要保持蒸发持续进行下去，需要外界通过热传递的形式给液体补充能量，或者外界不给液体补充能量，液体的温度就会下降。这时，它就要通过热传递方式从周围物体中吸取热量，于是使周围的物体冷却。
[0004]一般情况下，溶液溶剂的蒸发一般就是水的蒸发，水的相变热即是水的汽化热:2258KJ/kg。即蒸发I kg的水，就要消耗2258KJ的热量。
[0005]影响蒸发的因素主要有温度、湿度、液体的表面积、液体表面上方的空气流动的速度等。因此我们可以通过改变液体表面积的大小来降低溶剂挥发带来的能量损失和溶剂损失。
[0006]热传递的基本方式有热传导、热对流和热辐射三种。固体内部的热量传递只能以传导的方式进行，但流体与换热器壁面之间的传热过程则往往同时包含对流与传导，对高温流体则还有热辐射。
[0007]热传导是指在不涉及物质转移的情况下，热量从物体中温度较高的部位传递给相邻的温度较低的部位，或从高温物体传递给相接触的低温物体的过程。热对流是指不同温度的流体各部分由相对运动引起的热量交换。工程上广泛遇到的对流换热，是指流体与其接触的固体壁面之间的换热过程，它是热传导和热对流综合作用的结果。热辐射是指物体因自身具有温度而辐射出能量的现象。与其他传热方式不同，热量可以在没有中间介质的真空中直接传递。
[0008]实际传热过程一般都不是单一的传热方式，如火焰对炉壁的传热，就是辐射、对流和传导的综合，而不同的传热方式则遵循不同的传热规律。为了分析方便，人们在传热研究中把三种传热方式分解开来，然后再加以综合。
[0009]对于开放反应体系，假设反应温度不高，无搅拌，则存在热传导和自然对流；假设反应温度不高，有搅拌，则存在热传导和强制对流。如果反应在高温下进行，还应考虑热辐射。所以反应温度比较高时，应考虑采用保温材料作为器壁。本专利主要考虑的是如何在与外界接触的一侧进行防止能量的损失和溶剂的挥发。
【发明内容】
[0010]针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种降低开放反应体系的能量损失和溶液消耗的方法，本发明的方法简单、可持续利用，成本低廉。本发明的另一个目的是能够在一定程度上使生成的具有挥发性的所需化学成分更加稳定的存在于溶液中。
[0011]本发明提供一种降低开放反应体系的能量损失和溶液消耗的方法，包括一个在反应体系溶液表面放置至少一层隔离物，所述的隔离物和反应体系溶液接触的表面积大于反应体系溶液与空气接触的表面积的50%。
[0012]进一步的，所述的隔离物的材料为塑料、或者橡胶、或者陶瓷、或者玻璃、或者金属中的任意一种或者一种以上的组合。
[0013]进一步的，所述的隔离物由多个球体、或者多个椭球体、或者多个圆柱体构成。
[0014]进一步的，所述的隔离物为空心结构、或者实心结构、或者多孔结构。
[0015]进一步的,所述的反应体系为水溶液反应体系、或者有机溶剂反应体系。
[0016]进一步的，所述的反应体系的反应温度在室温到300°C之间。
[0017]具体的，隔离物的材料组成在反应体系中具有化学稳定性，即隔离物在反应体系中不溶解、溶胀，在相对温度高的溶剂体系中隔离物不分解。
[0018]具体的，使用的隔离物尺寸根据反应系统的尺寸可以从0.001米到I米，或是多种尺寸隔离物配合使用，以获得最大的表面覆盖率
具体的，反应体系中有固体反应物进入或取出时，隔离物不黏附在固体反应物上。
[0019]具体的，当固体反应物进入溶液体系中或从溶液体系取出时，隔离物能迅速恢复对溶液表面的覆盖。
[0020]本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明通过在反应体系溶液表面漂浮一层隔离物，有效隔绝溶液与空气的接触，可以有效降低能量损失和溶剂挥发。并且还能够在一定程度上使生成的具有挥发性的所需化学成分更加稳定的存在于溶液中。
[0021]本发明的优点还在于:1、通过隔绝溶液与空气的接触，可以有效地降低能量的消耗。2、通过减少溶液与空气的接触面积，可以有效地减少溶剂的损失。3、本发明也能够在一定程度上使生成的具有挥发性的所需化学成分更加稳定的存在于溶液中。4、本发明的方法简单、可持续利用，成本低廉，尤其适用于大规模电镀工艺。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1:实施例4、5、6的温度随时间变化的对比曲线，其中:A:实施例6温度随时间变化曲线、B:实施例5温度随时间变化曲线、C:实施例4温度随时间变化曲线。
【具体实施方式】
[0023]下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
[0024]实施例1
将盛有4.000L水的容器(溶液表面面积:464.38cm2，高:8.65cm)放入加热槽中，加热至80°C恒温，总加热时间为6小时。实验结果是:升温和恒温过程总耗电量:2.283Kwh，升温和恒温过程水分蒸发总体积:2.573L。
[0025]实施例2
将盛有4.000L水的容器(溶液表面面积:464.38cm2,高:8.65cm)放入加热槽中，用塑料空心圆柱体平铺水溶液表面，所占面积为173.15cm2，水表面覆盖率为37.3%。加热至80°C恒温，总加热时间为6小时。实验结果是:升温和恒温过程总耗电量:1.538Kwh，升温和恒温过程水分蒸发体积:1.478L。与实施例1空白试验相比，可节能32.6%，可减少水分蒸发 42.6 %。
[0026]实施例3
将盛有4.000L水的容器(溶液表面面积:464.38cm2,高:8.65cm)放入加热槽中，用塑料空心圆柱体平铺在水表面，所占面积为340.30cm2，水表面覆盖率73.3%。加热至80°C恒温，总加热时间为6小时。实验结果是:耗电量:0.862Kwh，蒸发水体积:0.401L。与实施例1空白试验相比，可节能62.2%，可减少水分蒸发84.4%。
[0027]实施例4
将盛有4.000L水的容器(溶液表面面积:464.38cm2，高:8.65cm)放入加热槽中，加热至80°C，断电，记录耗电量。在整个升温，恒温，降温过程中，记录温度随时间的变化。耗电量:0.335Kwh。
[0028]实施例5
将乘有4.000L水的容器(溶液表面面积:464.38cm2,高:8.65cm)放入加热槽中，用塑料空心圆柱体平铺在面积为173.15cm2的液面上，其覆盖率:37.3%。加热至80°C，断电，记录耗电量。在整个升温，恒温，降温过程中，记录温度随时间的变化。耗电量:
0.318Kwh。
[0029]实施例6
将乘有4.000L水的容器(溶液表面面积:464.38cm2，高:8.65cm)放入加热槽中，用塑料空心圆柱体平铺在面积为340.30cm2的液面上，其覆盖率:73.3%。加热至80°C，断电，记录耗电量。在整个升温，恒温，降温过程中，记录温度随时间的变化。耗电量:0.306Kwh。
[0030]对于实施例4、5、6的对比，见附图1。
[0031]以上所述仅是本发明的实施方式的举例，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种降低开放反应体系的能量损失和溶液消耗的方法，其特征在于:包括一个在反应体系溶液表面放置至少一层隔离物，所述的隔离物和反应体系溶液接触的表面积大于反应体系溶液与空气接触的表面积的50%。
2.如权利要求1所述的一种降低开放反应体系的能量损失和溶液消耗的方法，其特征在于:所述的隔离物的材料为塑料、或者橡胶、或者陶瓷、或者玻璃、或者金属中的任意一种或者一种以上的组合。
3.如权利要求1所述的一种降低开放反应体系的能量损失和溶液消耗的方法，其特征在于:所述的隔离物由多个球体、或者多个椭球体、或者多个圆柱体构成。
4.如权利要求3所述的一种降低开放反应体系的能量损失和溶液消耗的方法，其特征在于:所述的隔离物为空心结构、或者实心结构、或者多孔结构。
5.如权利要求1所述的一种降低开放反应体系的能量损失和溶液消耗的方法，其特征在于:所述的反应体系为水溶液反应体系、或者有机溶剂反应体系。
6.如权利要求1所述的一种降低开放反应体系的能量损失和溶液消耗的方法，其特征在于:所述的反应体系的反应温度在室温到300°C之间。
【文档编号】B01J19/00GK103611482SQ201310650252
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】张全生, 闵凡奇, 李硕, 李细方, 王淼, 党国举 申请人:上海应用技术学院