蒸发

蒸发(evaporation)通常是指通过加热使溶液中一部分溶剂汽化，以提高溶液中非挥发性组分的浓度(浓缩)或使溶质从溶液中析出结晶的过程。通常，温度越高、液面暴露面积越大，蒸发速率越快;溶液表面的压强越低，蒸发速率越快。

蒸发的影响因素

蒸发是一个热量传递过程。这是因为，过程的推动力是温度差ΔT，过程中不发生传质现象。被蒸发溶液中溶剂的汽化速率决定于传热速率，传热速率是蒸发过程的控制因素，因此蒸发设备也就属于换热设备。

影响液体蒸发快慢的因素有三：液体表面积、液体表面空气流动速度、液体表面的温度。为什么这三种因素会对液体蒸发的快慢产生影响呢?

首先我们要对液体的蒸发做一微观的解释：液体由分子组成，分子之间存在着相互作用的引力和斥力，分子在不停的运动着。通常情况下，液体表面的分子一方面在做无规则的热运动，如果在某一时刻，分子运动的方向正好向着远离液体的方向，那么这个分子就有可能跑到液体外面去。

另一方面，由于其他分子对这个分子有引力的作用，当它正要远离时，其他分子对它的引力增大，也有可能将它拉回来。所以液体分子要想跑到液体外面去，必须有足够的能量来克服其他分子的作用力。要加快蒸发，就必须用外界条件的改变来实现这一条件。

液体的表面积越大，处于液体上层与空气接触面间的分子就越多，从统计角度考虑，在其他条件相同的情况下(假设“蒸发率”相同)，能够“挣脱束缚”“获得自由”的分子就越多，所以宏观表现为蒸发加快。

当液体表面空气流动加快时，为什么蒸发加快呢?这是因为，有些处于临界状态的分子，其分子对它的引力和它向外挣脱的力正好平衡，或后者稍微小一些，这些分子只好停留在液体表面“等待时机”，液体表面空气的流动，等于对这些等待的分子“推”了一把，于是帮它们“顺利逃脱”。

液体表面温度升高时，分子运动加剧，按分子动理论的解释，分子平均动能增大，这些动能足够帮他们克服其他分子的引力作用，动能大的分子多了，根据统计学的理论，能够“逃脱”的分子当然就会增加。

物质从液态转变为气态(即汽化)的两种方式。

发生在液体表面的汽化，叫作蒸发。蒸发在任何温度下都能进行。蒸发的快慢与液体性质、液体温度、表面面积、表面污染物(如油斑等)和表面附近的气流速有关。

在一定压强下，液体温度升高到一定程度时，液面和液体内部同时发生迅速汽化的现象。叫作沸腾。沸腾时，液体内部涌现出大量气泡。这时，外界提供的热量都用于使物体从液态变为气态，液体的温度不变，此温度叫作沸点。沸点与液体性质有关。同时，因为液体沸腾时，其内部气泡中的蒸气压至少必须等于环境压强，气泡才能胀大并上升，所以沸点还与环境压强有关。对于水，环境压强每增加3.6121×103Pa时，沸点升高1K。一个大气压下的沸点是正常沸点。

蒸发和沸腾是汽化的不同方式，但从相变角度来看，它们没有根本区别。无论蒸发或沸腾，液体变为同温度的气体时都要吸收热量，单位质量液体变为同温度的气体所吸收的热量叫作汽化热。

蒸发和沸腾的联系：

蒸发和沸腾都是液体汽化的两种方式，即都属于汽化现象，液体在蒸发和沸腾的过程中，都需要吸收热量。

蒸发的沸腾的区别：

①蒸发是液体在任何温度下都能发生的汽化现象，而沸腾是液体在一定温度(沸点)下才能发生的汽化现象;

②蒸发是只在液体表面发生的缓慢的汽化现象，而沸腾是在液体表面和内部同时发生的剧烈的汽化现象。

蒸发冷却技术由于具有节能、经济、环保、改善室内空气品质的优点，在工程中正得到越来越多的应用。

1、蒸发冷却技术概念

从概念层面看，蒸发冷却技术利用水蒸发吸热制冷的原理展开工作，在不需要提供其他热源的环境之下，推动水与空气间的热能交换，将空气中的显热传递给水，从而实现空气温度的下降。

对应的，由于存在水的蒸发，因此会随之带来空气本身湿度的增加，以及水蒸气会带回一些汽化潜热。当这两种热平衡的时候，水温达到空气的湿球温度，而只要空气尚未饱和，就可以进一步利用循环水喷淋空气实现进一步的降温。

2、蒸发冷却应用的主要形式

早期的蒸发冷却系统采用单级蒸发直接冷却空调形式，它们为干燥炎热的夏季送来了凉爽湿润的空气。然而理论与实践都证明，直接蒸发冷却受气候和地域等条件的诸多限制，存在空调区域湿度偏大、温降有限、不能满足要求较高场合的使用等问题。间接蒸发冷却装置的出现和发展在很大程度上打破了这一限制。

1、双层管结构冷却管单元

冷凝器是蒸发冷却系统中的关键设备之一，它利用低温冷却水与高温的介质蒸汽进行热交换，使介质从气态回到液态，经回液管回流至集液管中，从而实现冷却介质的自循环。

冷凝器冷却管单元为经特殊工艺处理的双层管结构，在保证内外管之间传热特性的同时，在管壁之间留有漏液通道，冷却管内管与冷凝器外管板胀接，外管与内管板胀接，形成双管双板结构。

冷凝器外管板内部留有空腔，当发生冷却介质侧(冷凝器外管侧)发生泄漏或二次冷却水侧(冷凝器内管侧)发生泄漏时，泄漏的水或冷却介质均通过双层管间隙流入冷却空腔。同时，冷凝器管板上装设的监测装置动作，发出泄漏报警信号，保证了发电机安全可靠运行，这从根本上避免了冷却水和冷却介质混合引发电气故障的可能性。

2、绝缘引流管及密封卡箍

蒸发冷却定子线圈采用并联方式，密封接头数量众多，其可靠性直接关系到整个系统的安全可靠性。采用东电自主开发并在李家峡电站蒸发冷却机组上已经安全可靠运行的卡套式面密封结构。

卡套式面密封结构在借鉴汽轮发电机成功经验的基础上，针对水轮发电机的特点，保证了密封性能，提高了防泄漏能力。定子线棒和汇流环两端接头与集汽、集液管的连接采用聚四氟乙烯塑料管，该元件已在东方电机股份有限公司的300、600 MW汽轮发电机和李家峡400 MW蒸发冷却发电机中成功使用，具有长期大规模工业应用经验，可靠性高。

3、新型的冷却介质

根据《蒙特利尔协议书》的规定，发展中国家氟利昂类物资2010年停止使用，因此蒸发冷却技术需要寻找替代F113的新型介质。

三峡地下电站蒸发冷却系统介质是由美国杜邦公司提供的HFC4310，化学名为十氟戊烷，在三峡地下电站模拟试验台上进行了模拟真机不同工况，在不同液位、不同水量下定子线棒的股线分布情况的试验。从曲线分布可以发现，二次冷却水量选择400 m3/h就可以满足蒸发冷却系统换热的要求，这也是现在水冷发电机纯水设备正常运行时的二次冷却水量。

使液体形成薄膜而进行的蒸发叫作薄膜蒸发。薄膜蒸发能加速蒸发的原理是在减压条件下，液体形成薄膜而具有极大的汽化表面积，热量传播快而均匀，没有液体协压的影响，能...[查看全部]

蒸发冷却技术利用水蒸发吸热制冷的原理展开工作，在不需要提供其他热源的环境之下，推动水与空气间的热能交换，将空气中的显热传递给水，从而实现空气温度的下降。

蒸发冷却技术是应用了绝缘性能好、低沸点的介质替代水作为冷却介质，充入发电机定子线棒的空心导线内部，电流产生的热量使得介质达到沸点，气化的气液二相流体密度小于为沸腾的集液管中液态介质的密度，在重力的作用下，产生压差。

当压差超过沿程阻力时，密度较小的二相流体将汇集于定子线棒上端，液态介质在定子线棒下层，形成内循环。二相流体进入冷凝器后，热量被冷凝器中的水热交换吸收后重新形成液态介质，进入回液管和下集液管。

如此往复循环，重新进入线棒中，构成一个全封闭的自循环回路。

蒸发冷却分为直接蒸发冷却和间接蒸发冷却两种。冷却塔即是利用了直接蒸发冷却，空气和水充分混合，经过水的蒸发(相变)吸热过程，实现加湿冷却空气;间接蒸发冷却是以直接蒸发冷却后的空气水为冷源，通过间接(非接触)换热的方式，实现等湿冷却空气。

根据空气、水所需处理程度的不同，蒸发冷却又分为三级。

一级只有直接蒸发冷却一个过程，理论上可以处理到空气的湿球温度点;

二级是间接+直接蒸发冷却两个过程，空气首先被直接蒸发冷却后的空气水间接等湿冷却，再经历直接蒸发冷却二个过程，理论上可以处理到比空气湿球温度更低的状态;

三级是间接+间接+直接蒸发冷却三个过程，空气首先被直接蒸发冷却后的空气水间接等湿冷却，再被间接+直接蒸发冷却后的空气水间接等湿冷却，最后再经历直接蒸发冷却，理论上可以处理到接近空气露点温度的状态。

实际工程应用中，一、二、三级蒸发冷却一般可以将水空气分别处理到比空气的湿球温度高4~6℃、达到甚至低于空气湿球温度、趋近于空气露点温度。

蒸发冷却作为介质内冷方式的一种，散热效果较好，自身损耗比全空冷小很多，但

蒸发残渣是指用醋酸、乙醇、食用油(用正己烷模拟)对产品进行浸泡液后迁移出来的不挥发物质的量。

劣质餐盒源于黑心企业在生产过程中使用回收废料或者大量添加的工业级碳酸钙、滑石粉、石蜡、液体助剂以及重金属等有毒有害物质。长期使用这种包装材料如快餐盒盛装酸性、油性的食物，大量不明物质将进入人体内，必然给身体带来极大伤害，除降低人体免疫力外，很容易引发胆结石、肾结石、便秘以及血液病等各种慢性病，严重者可致癌。

蒸发残渣是检测食品在使用过程中接触水、酸性物质、酒精类、油脂类等食品时可能析出的化学物质量的指标，即蒸发残渣指标用来考核一定时间内包装中各类物质向食品迁移的总量，用mg/L表示。模拟物一般采用蒸馏水、4%乙酸、20%或65%乙醇和正己烷。

1、手动测试方法

目前常用的测试方法为取单面面积为50cm2(如样品单侧浸入模拟液，则取面积为100cm2的试样)的样品，清洗干净后浸入200mL模拟液中，按标准规定的温度和时间浸泡后，分次置于预先在100±5℃条件下干燥至恒重的蒸发皿中，在沸水浴上蒸干后移至恒温烘箱干燥2小时，取出干燥0.5小时后称量。

然后再次放入恒温烘箱干燥1小时，冷却0.5小时后称量，重复烘干称量过程，直至恒重。恒重后蒸发皿中析出物的质量便为蒸发残渣量。同时，取空白模拟液采用相同程序做空白试验。

根据如下公式计算蒸发残渣量。

X=[1000×(M1-M2)]/V×1000

公式中：X为样品浸泡液的蒸发残渣(mg/L);M1为测试样品浸泡液蒸发残渣量(g);M2为空白模拟液蒸发残渣质量(g);V为浸泡液体积(mL)。

采用该方法测试蒸发残渣时，由于溶剂蒸发过程、烧杯在干燥器中冷却过程、称重时环境影响、恒重判定条件、操作手法等因素的影响，检验结果的重现性较差，且不同试验人员的检测结果可比性差。因此，在采用手动测试方式时，需特别注意测试结果

使液体形成薄膜而进行的蒸发叫作薄膜蒸发。薄膜蒸发能加速蒸发的原理是在减压条件下，液体形成薄膜而具有极大的汽化表面积，热量传播快而均匀，没有液体协压的影响，能较好地防止物料过热现象。薄膜蒸发具有使提取液受热温度低、时间短、蒸发速度快、可连续操作和缩短生产周期等优点。

真空压降小：

物料汽化气体从加热面送到外置的冷凝器，存在一定的压差。在一般的蒸发器中，这种压力降(Δp)通常是比较高的，有时甚至高得难于接受。而刮板式薄膜蒸发器有较大的气体穿越空间，蒸发器内压力能看成与冷凝器中的压力几乎相等，因此，压力降很小，真空度可达5mmHg。

操作温度低：

由于上述特性，这使得蒸发过程可以保持在较高真空度条件下进行。由于真空度的提高，与之相应的物料沸点迅速降低，因此，操作可以在较低温度下进行，降低了产品的热分解。

受热时间短：

由于刮板式薄膜蒸发器的独特结构，刮膜器具有泵送作用，使得物料在蒸发器内的停留时间很短;另外，在加热的蒸发器上由于薄膜的高速湍流使得产品不会滞留在蒸发器表面。因此，特别适用于热敏性物料的蒸发。

蒸发强度高：

物料沸点的降低，增大了同热介质的温度差;刮膜器的功能，减小了呈现湍流状态的液膜厚度，降低了热阻。同时，在这过程中抑制物料在加热面结壁、结垢，并伴有良好的热交换。因此，提高了刮板式薄膜蒸发器的总传热系数。

操作弹性大：

正是由于刮板式薄膜蒸发器独有的性能，使其适宜于处理热敏性和要求平稳蒸发的、高粘度的及随浓度提高粘度急剧增加的物料，其蒸发过程也能平稳蒸发。它还能成功地应用于含固颗粒、结晶、聚合、结垢等情况物料的蒸发和蒸馏。

薄膜蒸发：

薄膜蒸发器一般是刮板式的，可将高黏度物料在蒸发器内形成薄膜蒸发，加快了蒸发速度;靠机械力形成薄膜，且在蒸发过程中刮板不断转动，膜的厚度必须要均匀。

刮板和蒸发器内壁间隙要求