蒸发式冷凝技术在氮肥生产中的应用

蒸发式冷凝器是工业冷却中的主要换热设备之一,作用原理是通过空冷换热管束的空气换热和蒸发换热管束的蒸发换热,对生产系统装置中的工艺介质进行冷却,满足生产需求,是化工生产系统装置中冷换设备的新一代节能环保产品。阳煤平原化工有限公司应用蒸发式冷凝技术对旧有氮肥生产装置进行了改造,改造后出口气体温度明显下降,从原来的45℃下降至20℃,有效降低冰机负荷,同时合成氨冷器出口气体温度在-7℃以下,经济效益及节水效果显著。

实现水蒸汽滴状冷凝的表面材料研究

分别采用离子注入、等离子体聚合和动态离子束混合注入技术在黄铜管外表面制备了具有低表面能的非晶态离子注氮合金、聚六氟丙烯和聚四氟乙烯表面，实现了水蒸汽在常压下的滴状冷凝。实验结果表明，各种表面均能提高冷凝传热系数约２０倍，由于不同技术制备的表面形成滴状冷凝的机制不同，各具有不同的特性。分析讨论了各种技术制备低表面能表面的特点及其应用前景。

舞动的液滴:界面现象与过程调控

液滴动态行为的调控在包括微化工、相变传热、喷雾冷却、农药喷洒、微流控芯片等领域都具有广泛的应用。液滴润湿过程包含着复杂的固液界面现象,借助界面效应对液滴动态行为进行调控是液滴调控领域的热点方向。将围绕多尺度润湿、界面结构驱动的液滴动态行为等过程中的若干科学问题进行综述。首先介绍了多尺度表面润湿基本理论,讨论了核化过程、液滴多尺度润湿、液滴弹跳和液滴多向迁移过程及液滴撞击固体表面过程中的固液界面作用机理,并展现了液滴动态调控在相变传热、喷墨打印、农药喷洒和微流控等工业过程的调控作用、应用以及主要发展趋势和方向。

超薄聚合物表面上滴状冷凝的传热研究

本文采用等离子体聚合和离子束动态混合注入技术在不同的基材(黄铜、紫铜、不锈钢和碳钢)上制备了聚六氟丙烯和聚四氟乙烯的超薄膜,并进行了垂直管外的水蒸汽的滴状冷凝实验。实验发现,对于不同的基材,表面制备的工艺参数对冷凝传热性能及维持滴状冷凝的寿命具有显著的影响。表面性能的测试和估算为预测给定蒸汽在某表面是否成滴提供了依据。

滴状冷凝机制的研究

本文从吸附的观点出发给出了滴状冷凝过程中液滴的生成机制。滴状冷凝过程中,液滴之间的金属表面上始终存在着一层极薄的冷凝液膜,该薄液膜是冷凝传热的主要通道。在薄液膜上存在着若干成核的中心成为排液的主要方式,采用计算机辅助薄膜厚度测定数字系统,利用反射光谱法对液滴与液膜的共存现象进行了实验验证。

塑料换热管外表面的疏水改性及编织强化蒸汽冷凝传热研究

针对蒸汽冷凝采用列管式塑料换热器传热系数低等问题,通过非溶剂致相分离法(non-solvent induced phase separation,NIPS)制备出具有多孔支撑体结构的聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)换热管,对其进行表面改性;将两根相同的改性换热管编织制备成列管式换热器后,通过改变其外表面疏水性与管两侧流体流动产生的周期性改变等方法,提高了换热管在蒸汽冷凝时的传热系数。研究表明:蒸汽在接触角为(118.3±1.5)°的改性换热管外表面上冷凝时,与改性前与编织前相比,蒸汽冷凝总传热系数分别提高了14.8%和12.9%;与未编织的实壁换热管相比,蒸汽冷凝总传热系数提高107%。可见,多孔换热管经表面疏水改性与编织后,显著提升了蒸汽冷凝传热性能。

竖直管内不互溶物系蒸汽冷凝液泛汽速的研究

进行了不互溶物系蒸汽在竖直管内降膜冷凝的实验研究，测得了蒸汽冷凝的上升极限汽速。建立了不互溶物系蒸汽冷凝上升极限汽速的数学模型。本文模型计算值和Wallis关系式计算值以及本文的实验结果的比较表明，本文模型具有很好的预测能力。

非共沸混合物在强化管管束外冷凝的实验研究

对非共沸混合物Ｒ１１／Ｒ１１３在花瓣型翅片管管束外的全冷凝过程进行了实验研究，结果证实花瓣型翅片管能较好地强化非共沸混合物Ｒ１１／Ｒ１１３的冷凝以及管束效应很小。还讨论了平均冷凝传热系数与摩尔分数的关系。

螺旋槽管外含高浓度不凝组分蒸汽冷凝传热研究

分析了含高浓度不凝组分蒸汽在立式螺旋槽管表面强制对流冷凝的传热机理。在不凝性组分体积百分浓度超过９０％时，螺旋槽管的强化传热效果不明显，而含量为４４％～９０％时，螺旋槽管总换热系数比光滑管提高２０％～３５％。

滴状冷凝工业应用研究进展

本文从表面科学的角度,把到目前为止获得滴状冷凝的各种方法进行归类,指出了各种方法的特点及存在的问题,并在此基础上提出了实现水蒸汽和有机蒸气滴状冷凝的新途径。从中可以了解目前滴状冷凝工业应用课题研究现状及发展动向。

板带退火生产过程中的露点问题探讨

对退火过程中露点的影响因素及其对生产与设备造成的影响进行了阐述:退火过程中的露点的影响因素主要有带钢表面总的油含量、加热速度和H2吹扫速度,以及钢带所带的乳化液的多少;露点温度的高低对钢的氧化、炉辊的结瘤甚至汽车板产品后续的脱脂性能都有影响。

微米级余弦槽表面疏水性及冷凝传热实验研究

为了研究余弦微槽结构的疏水性和冷凝传热性能,首先制备了不同槽峰高度和槽距的微米级余弦槽结构表面,实验研究了不同结构微槽表面的静态接触角及其对滴状冷凝传热性能的影响,并对冷凝传热过程中液滴在微槽表面合并、脱落过程进行实验研究和热力学分析。结果表明,液滴在微槽表面的疏水性和传热性能都呈现明显的各向异性,横向静态接触角θ⊥明显高于纵向接触角θ∥。同时,冷凝传热过程中竖直纵槽阻碍液滴的横向合并,但其对液滴脱落过程起到极大促进作用,传热性能较光滑表面提高30%~50%,且峰距比越大液滴的脱落半径越小、脱落频率越高,表面传热效率也越高。水平横槽则相反,虽然增大峰距比促进了液滴合并,但却对其脱落过程产生不利影响,导致整体传热性能较纵向槽表面大幅下降,与光滑表面接近。引入表面润湿率对微槽表面的液滴脱落半径进行热力学计算,计算值与实验结果吻合较好,误差在20%以内。

超薄聚六氟丙烯表面滴状冷凝的传热

采用等离子体聚合技术制备了铜基聚六氟丙烯薄膜，并实现了水蒸汽的滴状冷凝。冷凝传热系数是相应膜状冷凝传热系数的１３～２６倍，冷凝寿命为８００ｈ。等离子体聚合工艺条件、基底金属发生腐蚀、聚合薄膜老化是影响滴状冷凝传热及寿命的主要因素。

蒸汽冷凝水热量回收喷射系统的研究

本文阐述蒸汽冷凝水热量回收的系统框图，建立冷凝器汽——液相转换的热平衡方程、状态方程、不凝气体及喷射蒸汽质量流量的计算公式，研究喷射器在冷凝装置和冷凝水回收泵之间所起的耦合作用，建立喷射器的流体连续性方程、热平衡方程和效率计算的公式，指出克服冷凝后过热水再转变为汽相的技术关键。文中还导出流体在循环回路及经过泵加压后的能量方程，最后给出应用实例的示意图并讨论应解决的技术性问题。

水蒸汽在蛇管内分层流膜状冷凝

对水蒸汽在蛇管内分层流膜状冷凝传热进行了理论分析和实验研究。根据数学模型研究了蛇管的倾斜角、曲率半径等因素对膜状冷凝传热系数的影响；由实验测定了蛇管内水蒸汽膜状冷凝传热系数，并与理论值进行了对比，两者吻合较好。

对中真空条件下铝蒸气相变形核及冷凝的研究

在中真空条件（18~50 Pa）下,从原子碰撞与碰撞凝聚的角度分析系统温度、铝分压及冷凝区温度梯度对铝蒸气相变形核及冷凝的影响。采用真空蒸发冷凝法（不充入惰性气体）制备出铝珠及铝粉,并利用扫描电镜与能谱进行表征。结果表明：在中真空条件（18~50 Pa）下,蒸气过饱和度增大,利于液相形核,这与温度对单位时间铝原子碰撞次数的影响一致,但当系统温度降到液气转变最低温度后,铝蒸气将冷凝成固态。中真空下,其影响蒸气冷凝方式的重要因素之一是系统中冷凝区的温度梯度。通过真空蒸发冷凝法,在冷凝区温度梯度约1.4 K/mm时制得金属铝珠,温度梯度约19.5 K/mm时制得金属铝粉。

表面分割方式对滴膜共存冷凝传热特性的实验研究

实验研究了滴膜面积比为1:1且滴状区域采用较厚的有机涂层时,垂直管外滴膜共存表面的滴膜区域分割方式对冷凝传热特性的影响。结果表明,在表面分割方式一定时,滴膜共存表面的冷凝传热性能随着表面分割数的增加而增加, 但总仍是介于全部表面为滴状冷凝和全表面为膜状冷凝型态之间的传热特性。分析表面分割数分别为2和4的滴膜共存表面的传热结果,发现凝液环的缓冲作用对于滴膜共存表面的冷凝强化传热具有重要作用。滴膜共存表面上滴状冷凝区面积对其下游膜状冷凝传热的影响不仅与滴膜区域的面积比有关,而且实验操作条件也有一定的控制作用,且两者之间存在最佳匹配值,即此时的强化传热效果最好。

冷凝液运动行为强化含有不凝气的蒸汽冷凝过程研究

基于场协同机制,对强化含有不凝气体的蒸汽冷凝过程的速度场与浓度梯度场协同作用进行了理论分析,提出利用冷凝液动态行为所产生的气液界面效应来强化混合蒸汽冷凝传热特性新思路。为进一步验证界面效应对气相传质扩散过程的影响,在不凝气摩尔含量为10%以内的混合蒸汽层流流动条件下,对冷凝液沿冷凝表面流动的常规膜状冷凝和冷凝液以液滴滴落方式定向脱离表面的两种排液方式下的膜状冷凝、冷凝液脉动的锯齿形滴膜共存冷凝和完全滴状冷凝四种模式下的冷凝传热特性进行了对比实验,比较分析了冷凝液运动行为影响传热特性的实质。实验结果表明,在不需要增加能耗的情况下,利用重力作用下冷凝液的运动行为产生的剪切作用和附加速度场,对气相边界层内的扩散传质过程能够产生协同作用,可以达到传热传质的无源强化效果。

分离乙酸-邻二甲苯共沸二元体系的工艺研究

针对共沸物体系(乙酸 邻二甲苯)的分离,研究工艺流程对产品纯度和收率的影响,确定了母液、发汗液的循环方式.母液作为蒸馏塔塔顶循环回流可使蒸馏操作时间减少8.7%,同时粗产品的收率也增加到91.8%.发汗液作为蒸馏塔塔顶循环回流可使蒸馏操作时间增加3.4%,粗产品的收率也有增加,而其返回结晶器时则可使最终产品纯度和收率都有增加.同时分析结晶终温、冷却降温速率以及晶种对产品纯度和收率的影响.

蒸汽喷射器混合室两相流动的数值模拟

应用适用于跨声速流动的湿蒸汽两相流模型对蒸汽喷射器内流体的流动进行了数值模拟研究。重点研究了蒸汽喷射器混合室内流体的流动过程,并比较了采用湿蒸汽模型和理想气体模型计算结果差异。研究结果表明,湿蒸汽模型中,蒸汽喷射器引射系数略高于理想气体模型的,混合室内喷嘴出口和引射蒸汽入口附近激波产生的局部高压明显小于理想气体模型的,工作蒸汽速度、温度的降低也要比理想气体模型的小。