减压蒸馏过程的光学实时检测方法研究

作     者：王艳 

作者单位：云南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：普小云

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 081701[工学-化学工程] 0803[工学-光学工程] 

主      题：液芯柱透镜 减压蒸馏 光学检测 实验仿真 

摘      要：蒸馏是常见的物理化学过程,广泛应用于生物、化工、制药、石油以及其他领域。其中,减压蒸馏由于其在低温下即可沸腾而不会使物质在高温下发生分解的优点而具有重要的应用价值。近年来,减压蒸馏在海水淡化以及酒精分馏工艺中受到重视,使得用光学方法实时观测减压蒸馏过程变得十分有意义。本文基于液芯柱透镜的空间折射率分辨能力,提出了在减压蒸馏过程中实时测量蒸发量和浓度变化的新方法,并用这些方法测量了海水减压蒸发和酒精水溶液分馏过程中蒸发量和浓度变化的物性参数。具体工作内容如下:1.基于对减压蒸馏过程的研究,提出了一种以液芯柱透镜作为核心光学元件研究减压蒸馏的光学检测方法,其特点在于可通过一组实验图像同时测量蒸发量、浓度改变量,具有操作简单、减压蒸馏过程可视化的优点。2.基于减压蒸馏过程的相关理论,推导出了减压蒸馏过程中蒸发量和剩余溶液的浓度随气压及温度变化满足的规律,实验测量结果符合理论预期;依据推导公式及光学检测系统的设置,撰写了仿真程序,仿真得到的结果与实验结果吻合。3.以对称液芯柱透镜为核心光学元件搭建光学实验系统,以真空泵为主要减压器件搭建减压装置,完成了海水减压蒸发和酒精水溶液分馏两组实验,计算了溶液蒸发量、剩余量以及浓度变化等物性参数,根据实验数据拟合曲线得到相应的实验结论。4.通过改变温度、压强以及溶液体积三个因素,得到在不同情况下减压蒸馏的结果。两组实验的结果表明,减压蒸馏因子β在温度为20℃～40℃之间时,无显著变化,可视为常数。