一种实现有机蒸汽滴状冷凝的方法技术

在制作传热元件的金属表面上，采用Ｌ－Ｂ制膜技术，制备含－ＣＦ－［３］，－ＣＦ－［２］Ｈ或－ＣＨ－［３］基团的表面活性物质的奇数层单分子膜，这类表面可用于有机蒸汽滴状冷凝传热。在铜基硬脂酸钠一层、三层和五层单分子膜上，实现了乙醇、苯胺、硝基苯、乙二醇和１，２丙二醇等有机蒸汽滴状冷凝，传热性能优于涂聚四氟乙烯表面。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于防止在金属换热表面上形成膜状冷凝的一种方法。滴状冷凝是一种高效换热方式，其传热系数是膜状冷凝传热系数的几倍至几十倍。按冷凝物的性质划分，一般分为水蒸汽滴状冷凝和有机蒸汽滴状冷凝。由于有机物质的表面张力比水低很多，内聚力弱，因此实现有机蒸汽的滴状冷凝比实现水蒸汽滴状冷凝要困难得多。要在金属表面上实现滴状冷凝，必须降低其表面能。目前实现有机蒸汽滴状冷凝的方法一般都是采用在金属表面上涂覆聚四氟乙烯薄层。据已查到的文献，到目前仅实现了几种表面张力相对较大的有机物-乙二醇、苯胺和硝基苯的滴状冷凝。1.Topper，L.and Baer，E.，J.Colloid Sci.，10(1955)225;2.棚泽一郎，日本机械学会论文集(B编)，48卷429号，(1982)833。采用涂聚四氟乙烯方法实现滴状冷凝最大缺点是涂层热阻大，强化传热效果不明显。此外此法对表面张力相对较低的有机物，如乙醇等均不能实现滴状冷凝。本专利技术的目的是提供，以解决现有方法存在的问题。本专利技术的主要特征是在金属表面上制备具有低表面能的奇数层单分子膜，1.具有低表面能的奇数层单分子膜奇数层单分子膜的结构特征是分子规则排列，紧密并行地直立于金属表面上。分子亲水端朝向金属表面，疏水端朝向气相。膜层厚度等于单个分子链长度乘以层数。这种分子排列结构表面能最低。能显著降低金属表面能的表面活性物质的主要特征是分子的非极性端(疏水端)含有-CF3，-CF2H或-CH3基团，如全氟月桂酸，硬脂酸钡等。在金属表面上，用含有上述基团的表面活性物质来制备上述分子排列结构的奇数层单分子膜，能最大限度地降低金属表面能。2.具有低表面能的奇数层单分子膜的制备技术Langmuir-Blodgett(简称L-B)制膜技术用于制备具有低表面能奇数层单分子膜。先对要拉膜的金属表面进行抛光，光洁度为V12;再用丙酮进行清洗，除去表面上污物;然后将其浸泡在酒精-乙醚混合液中(1∶1)，在超声清洁器里做超声清洗，五分钟后取出，在红外灯下烘烤五分钟。将配制好的表面活性物质溶液(溶剂一般是苯，溶液浓度为5×10-4M左右)，滴在L-B拉膜装置的水面上，滴入量能保证拉膜需要就可以了。待溶剂苯完全挥发后，将浮板放开，浮板向前运动，自动停止。此时，在浮板前面即有一层致密的单分子层覆盖于整个水面上，其厚度即为分子链长度。(溶质分子在水面上漂浮后，需对其施加一恒定而适当的表面切向压力，才能形成致密的单分子层，此时，分子以最近距离的方式互相紧密地排列在一起。当分子间距较大时，分子之间无相互作用，当间距小到一定程度时，互斥力突然起作用，再增大表面切向压力或膜压，每个分子所占面积也减少甚微。此时分子已处于紧密排列的方式。对不同的分子，形成致密单分子层时所需膜压有些差别。当膜层提取时，即水面上部分致密单分子层转移到试件表面上时，应使膜层覆盖的水面自动，同步地缩小，以保持膜压不变，膜层始终为一层致密的单分子层。近代L-B拉膜装置一般都有测膜压系统，并用计算机控制在拉膜过程中膜压维持恒定。较简单的L-B拉膜装置是用一通过滑轮挂有重锤的浮板来维持膜压恒定。小锤重力等于浮板运动摩擦力和当分子形成一层致密单分子层时浮板对膜层的表面切向压力之和。分子形成一层致密单分子层时对应的表面切向压力或膜压可由膜天平很方便测得。将金属试件夹在夹具上，开动电机，使其以2cm/min均速下降。在第一次扦入水中时，由于表面为亲水性，分子不能吸附上去。提出时，将吸附有第一层分子。在提取过程中(2cm/min)，浮板在自动地缓慢向前移动，压缩水面上的膜层，使其始终为一层致密的单分子层。此时，表面成为疏水的。再次扦入和提出，将又附有二层分子。如此，在下、上通过水面n次后，制备有2n-1层单分子膜。在紫铜表面上，用上述技术，制备了硬脂酸钡一层单分子膜，三层单分子膜，五层单分子膜。在这三种表面上，均实现了乙醇、苯胺、硝基苯、乙二醇和1，2-丙二醇等有机蒸汽的滴状冷凝。其中以一层单分子膜传热效果最佳。对乙醇蒸汽冷凝寿命实验，已达300小时，仍保持很好的滴状冷凝。本专利技术的优点用本专利技术的技术制备的铜基硬脂酸钡一层、三层和五层单分子膜表面，其传热性能均优于涂聚四氟乙烯表面(一层硬脂酸钡单分子膜厚度约20埃;而涂聚四氟乙烯薄层厚度约数万埃)。更为重要的是，在用本专利技术的技术制备的表面上，首次实现了低表面张力的乙醇的滴状冷凝(20℃时，表面张力为24dyn/cm)。对比实验表明，在金属表面上，直接涂硬脂酸钡溶液，则不能形成乙醇等有机蒸汽滴状冷凝。本专利技术的最佳实施例铜基硬脂酸钡奇数层单分子膜的制备及实验结果。冷凝试件的制备将直径30mm，厚5mm的紫铜板(本冷凝试件与原冷凝实验装置相配套)将其一面进行抛光，光洁度为V12。用丙酮对试件各面进行清洗，除去表面上污物。然后将其浸泡在酒精-乙醚混合液(1∶1)中，在超声清洁器里清洗，五分钟后取出。在红外灯下烘烤五分钟。溶液配制溶质是硬脂酸钡，溶剂是苯，溶液浓度为5×10-4mol/l。实验条件环境温度20℃;湿度60%;去离水PH值为6;当在水面上形成一层致密硬脂酸钡单分子层时，其表面切向压力为30dyn/cm。将金属试件夹在夹具上，开动可逆电机，使试件以2cm/min均速垂直下上通过水面一次。此时，铜试件表面上使附有一层硬脂酸钡单分子层。(若再下上一次，试件表面便附有三层硬脂酸钡单分子膜;再下上二次，试件表面上便附五层硬脂酸钡单分子膜)该表面用于乙醇、苯胺、硝基苯、乙二醇和1，2-丙二醇五种有机蒸汽冷凝实验，均获得很好滴状冷凝。权利要求1.，采用L-B制膜技术，其特征是在制作传热元件的金属表面上，制备奇数层分子规则排列，紧密并行地直立于金属表面上的表面活性物质单分子膜。2.根据权利要求1所述的，其特征在于表面活性物质非极性端含有-CF3，-CF2H或-CH3基团。3.根据权利要求1，2所述的，其特征在于在紫铜表面上制备一层、三层、五层硬脂酸钡单分子膜，这三种表面均可用于乙醇、苯胺、硝基苯、乙二醇和1，2-丙二醇的滴状冷凝传热。全文摘要在制作传热元件的金属表面上，采用L-B制膜技术，制备含-CF文档编号F28F13/04GK1063155SQ91100229公开日1992年7月29日 申请日期1991年1月11日 优先权日1991年1月11日专利技术者赵起, 张东昌, 徐敦颀, 林纪方 申请人:大连理工大学 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现有机蒸汽滴状冷凝的方法，采用Ｌ－Ｂ制膜技术，其特征是在制作传热元件的金属表面上，制备奇数层分子规则排列，紧密并行地直立于金属表面上的表面活性物质单分子膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵起，张东昌，徐敦颀，林纪方，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]