真空閃蒸就是液體在真空環境中過熱並快速揮發成蒸汽的過程。
基本介紹
- 中文名：真空閃蒸
- 外文名：vacuum flash distillation
- 領域：化工，能源等
簡介,真空閃蒸在冷卻方面的套用,其他相關套用,
簡介
真空閃蒸就是液體在真空環境中過熱並快速揮發成蒸汽的過程。在這一相變過程中，閃蒸會吸收大量的熱量，液體過熱是產生閃蒸的前提條件。過熱分兩種情況：第一種是對液滴加熱，由於熱量不能快速地傳導到液滴的內部，過熱只發生在液滴的表面；第二種情況是液滴所處的環境壓力快速下降，使得整個液滴處於過熱狀態，這時閃蒸不僅發生在液滴的表面，液滴的內部也發生閃蒸。
真空閃蒸技術已被廣泛套用于海水淡化、物品乾燥、射流推進、雷射手術冷卻等眾多領域。
真空閃蒸在冷卻方面的套用
真空閃蒸冷卻是指把液體霧化噴射到處於真空環境下的被冷卻表面，利用在被冷卻表面所形成液膜的流動、閃蒸沸騰等物理現象對被冷卻表面進行散熱的冷卻過程。由於閃蒸過程所體現出的巨大的散熱能力，美國NASA把真空閃蒸冷卻作為太空飛行器熱控優先發展的方向之一，並以水作為工質對真空閃蒸熱控進行了研究，但是還未見到公開的研究報告。
真空閃蒸冷卻主要是通過噴霧液滴在散熱表面形成的液膜的閃蒸來實現的，其傳熱機理既不同於封閉腔液膜閃蒸，也不同於液滴的閃蒸。與之類似的是用於雷射手術中對皮膚進行冷卻的閃蒸冷卻，但是目前對這方面的研究還停留在實驗階段；同時，用於太空飛行器熱控與熱防護的真空閃蒸冷卻，工作條件、散熱能力等方面，都提出了更高的要求，這使得真空閃蒸冷卻必然不同於其他閃蒸方式。
液滴衝擊表面換熱與液膜閃蒸換熱是真空噴霧冷卻的主要散熱方式，其他如液膜沖刷表面換熱量、沸騰氣泡換熱量以及環境散熱量等與之相比，要小得多；對於這兩種主要換熱機制，當熱通量較小時，液滴衝擊表面換熱占主導地位；但是，隨著熱通量的增加，液膜閃蒸換熱的主導地位越加明顯。這是因為在真空閃蒸冷卻中，由於環境壓力低於液膜溫度對應的飽和壓力，液膜始終處於過熱狀態，因此系統始終處於兩相換熱狀態，而液膜的閃蒸是十分劇烈的，閃蒸產生的沸騰換熱量遠遠高於表面過熱沸騰換熱量，因此液膜的閃蒸換熱在真空閃蒸冷卻中占主導地位。綜上所述，在高熱通量散熱中，採用真空閃蒸冷卻，能夠更好地利用工質的潛熱，從而達到更好的換熱效果。
其他相關套用
真空閃蒸製取冰漿
冰漿又名二元冰，是粒子很小的冰和水的混合物，具有蓄能密度高、運送方便、吸收熱量快、對環境無污染等特點。製取冰漿的方法主要有刮削法、直接接觸法、過冷水法、流化床法、真空法等。如何節能高效地製取冰漿是當前研究的熱點。
相較於其他製取冰漿的方法，真空閃蒸噴霧法是一種行之有效的方法，它是利用在真空環境下將水霧化閃蒸，一部分水滴汽化帶走熱量，大部分水滴被冷卻凍結。真空噴霧法運行中需要的設備比較簡單，主要有水泵、保持真空壓力的真空泵、水在其中蒸發凝結的真空罐體以及其他的輔助設備。真空噴霧製取冰漿的方法控制方便、製冰效率高、對各種部件的設計加工要求精度不高。
有文章根據分析法對真空噴霧法連續製取冰漿系統中的關鍵環節進行了㶲損失和㶲效率的分析，證明真空噴霧法製取冰漿在高品質冷量利用上有著很大的優勢。
氯化鋰溶液的真空閃蒸
基於世界範圍內能源緊張的巨觀背景，以廢熱、餘熱及太陽能為驅動熱源的溶液除濕空調近年來得到快速發展。再生器作為循環利用除濕溶液的核心設備之一，其熱質傳遞性能的優劣直接關係到整個系統除濕能力的發揮及運行安全。
有研究者在前人研究的基礎上，採用真空閃蒸的方法再生氯化鋰稀溶液，即當液滴從飽和或過冷狀態突然降到過熱狀態，或者對其加熱使液滴溫度突然高出其飽和溫度一定範圍，液滴就會發生閃蒸，溶液中的水分就是蒸發脫離溶液，該過程劇烈、高效。
蔗糖溶液液滴真空閃蒸
在食品乾燥領域，採用真空冷凍乾燥技術與傳統乾燥技術相比，具有更佳的保鮮效果、避免食品表面硬化與營養流失、便於儲存運輸等優點。
目前許多學者對食品真空乾燥技術已做了大量研究，但對於食品中液態溶液的真空閃蒸機理研究則稍顯不足。對油中水滴的真空蒸發過程進行模型研究，研究表明：蒸發水滴的運動過程分為加速階段和平衡階段，且隨著環境真空壓力的降低，同一直徑的水滴蒸發時間也隨之減少。
蔗糖是食品的重要組成部分，對蔗糖溶液真空閃蒸過程的研究，有助於深入認識食品真空冷凍乾燥機理。
蔗糖溶液液滴真空閃蒸過程中，由於真空壓力和溶液濃度不同會出現六種形態。當真空壓力pa< 500Pa時，隨蔗糖溶液質量濃度由高至低，出現多次氣泡生長-爆裂並析出蔗糖、多次氣泡生長-爆裂、氣泡迅速生長-爆裂；當真空壓力上升至800 Pa< pa< 2000 Pa時，隨蔗糖溶液質量濃度由高至低出現：單次氣泡生長-爆裂、凝固；當真空壓力繼續上升至pa> 2000Pa時，液滴穩態蒸發。
