第二章制冷劑與吸收劑

1、Tianjin University of Commerce第二章制冷劑與吸收劑第二章制冷劑與吸收劑第1頁，共49頁。Tianjin University of Commerce2-1 制冷劑與吸收劑應(yīng)具有的性質(zhì)制冷劑與吸收劑應(yīng)具有的性質(zhì) v一制冷劑應(yīng)具有的性質(zhì)一制冷劑應(yīng)具有的性質(zhì) 作為制冷劑的物質(zhì)，必須具有某些化學(xué)、物理和熱力學(xué)性質(zhì)，以使制冷機(jī)在運(yùn)行中能有較好的經(jīng)濟(jì)性，效率高和有一定的安全性。 制冷劑應(yīng)具有以下一些主要性質(zhì)： 1. 蒸發(fā)壓力不要太低；冷凝壓力不要過高； 2. 蒸發(fā)潛熱大，以減小制冷劑的循環(huán)量； 第2頁，共49頁。Tianjin University of Commerce3.

2、 比容?。?. 熱力系數(shù)高；5.傳熱系數(shù)高； 6. 液相和氣相的粘度都低； 7. 化學(xué)性質(zhì)不活潑，和金屬等不化合，穩(wěn)定性好； 8. 無毒和無刺激性； 9. 無可燃性和爆炸性；10. 容易檢出外漏的氣體；11.對大氣環(huán)境沒有破壞作用；12. 價格便宜，容易獲得。 第3頁，共49頁。Tianjin University of Commerce二吸收劑應(yīng)具有的性質(zhì) 1.在相同壓力下，吸收劑的沸點(diǎn)比制冷劑的高，而且相差的越大越好； 2.具有強(qiáng)烈地吸收制冷劑的能力； 3.無毒、無臭、不燃燒、不爆炸，安全可靠； 4.對金屬材料的腐蝕性?。?5價格低廉。易于獲得。 第4頁，共49頁。Tianjin Univ

3、ersity of Commerce三二元溶液分類 二元溶液根據(jù)兩個組分沸點(diǎn)相差的程度，可以分為三類： 第一類：兩組分沸點(diǎn)相差很大，溶質(zhì)可看作是不揮發(fā)的，溶液沸騰時它的氣相只是低沸點(diǎn)組分；（如溴化鋰溶液）第二類：兩組分的沸點(diǎn)相差不大，當(dāng)溶液沸騰時，它的氣相中除了沸點(diǎn)較低的組分外，還包含有沸點(diǎn)較高的組分；（如氨水溶液）第5頁，共49頁。Tianjin University of Commerce第三類：T-X 圖有極值存在的溶液，當(dāng)溶液具有此點(diǎn)的成分時，它將在一恒定的溫度下沸騰，而且氣相成分與液相的成分完全相同。 對于第三類溶液，當(dāng)其氣相成分與液相的成分完全相同時，不能采用精餾的方法獲得純組分，

4、因此不能作為吸收式制冷機(jī)的工質(zhì)。第6頁，共49頁。Tianjin University of Commerce2-2 溴化鋰溶液的性質(zhì)溴化鋰溶液的性質(zhì) 溴化鋰水溶液是由固體的溴化鋰溶解在水中而成的。在常壓下，水的沸點(diǎn)是100，而溴化鋰的沸點(diǎn)是1265，兩者相差1165。 一.水作為制冷劑的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：1.價格低廉，取用方便；2.汽化潛熱大； 3. 無毒、無味、不燃燒、不爆炸。 缺點(diǎn)：常壓下蒸發(fā)溫度高，當(dāng)蒸發(fā)溫度降低時，蒸發(fā)壓力也很低；蒸汽的比容大；不能制取0以下的低溫。 第7頁，共49頁。Tianjin University of Commerce二.溴化鋰水溶液的性質(zhì) 鋰是堿金屬族，溴是鹵素

5、族，溴化鋰的化學(xué)性質(zhì)大體上與食鹽類似，是一種穩(wěn)定的物質(zhì)，在大氣中不會變質(zhì)，也不會分解和揮發(fā)，而且無毒。 無水溴化鋰：LiBr分子量86.856，成分Li7.99%，Br92.01%。比重3.464（25），熔點(diǎn)547，沸點(diǎn)1265。外觀無色結(jié)晶顆粒。 溴化鋰具有強(qiáng)烈地吸水性，極易溶于水。第8頁，共49頁。Tianjin University of Commerce溴化鋰水溶液具有下列特點(diǎn)： 1無色液體，有咸味，無毒，加入鉻酸鋰后溶液呈淡黃色； 2水蒸汽分壓很小，它比同溫度下純水的飽和蒸汽壓小的多，故有強(qiáng)烈的吸濕性； 溶液濃度（%） 溶液溫度（） 溶液水蒸汽的分壓力（mmHg）水在同溫度下的飽和

6、蒸汽壓力（mmHg） 水在相應(yīng)壓力下的飽和溫度（）58586262324250953.67.37.367.535.761.592.4634.0零下6.56.543.5第9頁，共49頁。Tianjin University of Commerce3溴化鋰在水中的溶解度隨溫度的降低而降低，很容易產(chǎn)生結(jié)晶； 一定溫度下的溴化鋰飽和水溶液，當(dāng)溫度降低時，由于溴化鋰在水中溶解度的減小，溶液中多余的溴化鋰就會與水結(jié)合成含有1、2、3或5個水分子的溴化鋰水合物晶體析出，形成結(jié)晶現(xiàn)象。 第10頁，共49頁。Tianjin University of Commerce4溴化鋰溶液對黑色金屬和紫銅管等普通材料有強(qiáng)

7、烈的腐蝕性，有空氣存在時情況更為嚴(yán)重，因腐蝕而產(chǎn)生的不凝性氣體對裝置的制冷量影響較大； 防腐蝕的最根本的方法是保持高度真空，盡可能不讓氧氣侵入。此外在溶液中添加各種緩蝕劑也可以有效地抑制溴化鋰溶液對金屬的腐蝕。 常見的緩蝕劑有鉻酸鹽、鉬酸鹽及銻、鉛、砷的氧化物。還有一些有機(jī)物，如苯并三唑（C6H4N3H）、甲苯三唑TTA(C6H3N3HCH3)等在溴化鋰溶液中也可作為緩蝕劑。在溴化鋰溶液中加入0.1%0.3%的鉻酸鋰，并通過加入氫氧化鋰使溶液的PH值為910.5范圍內(nèi)，可以有良好的緩蝕作用。第11頁，共49頁。Tianjin University of Commerce5溴化鋰溶液的密度與溫度

8、、質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)；溴化鋰溶液的密度比水大，當(dāng)溫度一定時，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，其密度增大；如質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定，則隨著溫度的升高，其密度減小。第12頁，共49頁。Tianjin University of Commerce6在一定溫度下。隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，粘度急劇增大；在一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，隨著溫度升高，粘度下降。 7溴化鋰溶液的表面張力與溫度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)：質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變時，隨溫度的升高而降低；溫度不變時，隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大。 8溴化鋰溶液的比熱很小。 第13頁，共49頁。Tianjin University of Commerce2-3 溴化鋰溶液的熱力狀態(tài)圖溴化鋰溶液的熱力狀態(tài)圖 一.溴化鋰溶液的p

9、-t圖 溴化鋰溶液的p-t圖是根據(jù)同一質(zhì)量分?jǐn)?shù)下處于相平衡的溴化鋰溶液的水蒸氣壓隨溫度變化的關(guān)系繪制的，是溴化鋰溶液最基本的熱力圖表之一。 在溴化鋰溶液的p-t圖上有三個狀態(tài)參數(shù)：溫度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)和水蒸氣壓，只要知道其中任何兩個，另外一個便可通過p-t圖確定。 第14頁，共49頁。Tianjin University of Commerce第15頁，共49頁。Tianjin University of Commerce例：已知溴化鋰溶液的溫度為87，壓力為9.31kPa(70mmHg),查得溶液的濃度為58%。 對A點(diǎn)的溶液等壓加熱，溫度升高，溶液中的水分被蒸發(fā)出來，溶液的濃度增大。 A-B是等

10、壓沸騰過程。B-A是等壓吸收過程。 第16頁，共49頁。Tianjin University of Commerce二.溴化鋰溶液的比焓-濃度圖（h-圖） h-圖描述溴化鋰溶液的水蒸氣壓、溫度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)和比焓之間的關(guān)系。 在吸收式制冷機(jī)中，常計算溶液的焓差，求取在產(chǎn)生蒸氣過程中和吸收蒸氣過程中的熱量交換，因此h-圖是非常有用的。 第17頁，共49頁。Tianjin University of Commerce h-圖是進(jìn)行溴化鋰吸收式循環(huán)過程的理論分析、熱力計算和運(yùn)行特性分析的主要圖表。h-圖的作用：圖的作用：1.可以確定溴化鋰溶液的狀態(tài)參數(shù)；2.可以將溴化鋰吸收式機(jī)組中溶液的熱力過程清楚地表

11、示出來。第18頁，共49頁。Tianjin University of Commerce第19頁，共49頁。Tianjin University of Commerce h-圖的縱坐標(biāo)為溶液的焓值，橫坐標(biāo)為溶液的質(zhì)量百分濃度。圖的下半部分為液相部分，由等溫線簇（虛線）和等壓線簇（實(shí)線）組成；圖的上半部分為汽相部分，因為汽相中只要水蒸氣的組分，所以汽相部分只有作輔助線的等壓線簇，而汽相點(diǎn)則在縱坐標(biāo)上。 溴化鋰溶液的比焓可以根據(jù)溴化鋰的比焓和水的比焓及溴化鋰在水中溶解時的熔解熱q，由下式求得：qhhhlHll)1 (式中 溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）。 l（3-1） 第20頁，共49頁。Tianjin U

12、niversity of Commerceq前取負(fù)號是因為溴化鋰溶解與水中是放熱過程。 假 定 溴 化 鋰 和 水 在 溫 度 為 0時 的 比 焓 均 為418.60kJ/kg，則在不同的溫度下，其比焓可由以下式中求取： 60.41860.41800tpHHtplldtchdtch（3-2） 第21頁，共49頁。Tianjin University of Commerce 根據(jù)實(shí)驗所得的溴化鋰在水中的熔解熱數(shù)據(jù)，按式（3-1）計算溫度為某一給定值時，各質(zhì)量分?jǐn)?shù)下溶液的比焓，這樣就可畫出液相部分的等溫線簇。有了等溫線簇，則可根據(jù)溴化鋰溶液的水蒸氣壓作出相應(yīng)的等壓線簇。 為了作圖的方便，通常先選

13、定溫度基準(zhǔn)值。 國產(chǎn)溴化鋰溶液的h-圖是以70為基準(zhǔn)值的，即求出溫度為70時各種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)溴化鋰溶液的比焓值 。 ch70第22頁，共49頁。Tianjin University of Commerce 有了70的等溫線，再利用溶液的質(zhì)量定壓熱容數(shù)據(jù)，就可以根據(jù)下式求任意溫度時的等溫線。 （3-3） )70(70 xchdtchhcxpcxcpccx式中 溴化鋰溶液的質(zhì)量定壓熱容kJ/(kg)，以 作為（x-70）的平均值。pccxpc第23頁，共49頁。Tianjin University of Commerce h-圖中的汽相部分的等壓線簇，是由一系列同一壓力下與不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液處于相

14、平衡的水蒸氣比焓所連成的曲線組成的。 在每條等壓線上，根據(jù)縱坐標(biāo)可以求出該壓力下與不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液處于相平衡的水蒸氣的比焓。又因為與溶液處于平衡狀態(tài)的水蒸氣，其溫度和壓力與溶液相同，所以與溶液液相部分的壓力和質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對應(yīng)的溫度即為水蒸氣的溫度。第24頁，共49頁。Tianjin University of Commerce 對水的比焓通常規(guī)定為：當(dāng)溫度為0時比焓等于0。而對于溴化鋰溶液，為了計算方便，則規(guī)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)=0、溫度t=時的比焓為418.6kJ/kg(100kcal/kg)。 當(dāng)壓力不大時，壓力對液體的比焓和熔解熱的影響很小，故可認(rèn)為液態(tài)溶液的比焓只是溫度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)的函數(shù)，與壓力無

15、關(guān)。因此不論溶液是處于平衡狀態(tài)還是過冷狀態(tài)，其比焓都可在h-圖上用等溫線與等質(zhì)量分?jǐn)?shù)線的交點(diǎn)求得。 第25頁，共49頁。Tianjin University of Commerce 在h-圖上只要知道溶液的溫度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、水蒸氣壓、比焓這四個狀態(tài)參數(shù)中的任意兩個，就可以確定另外兩個參數(shù)。 h-圖上的等壓線反映的是一定溫度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液所具有的水蒸氣壓，而不是溶液的壓力。只要在處于相平衡時，溶液的壓力才等于其水蒸氣壓。 例如，已知一穩(wěn)定狀態(tài)下的溴化鋰溶液，其水蒸氣壓為0.77k Pa(5.8mmHg)，溫度為42，狀態(tài)點(diǎn)在h-圖上為0.77k Pa等壓線與42等溫線的交點(diǎn)A，由A點(diǎn)的縱坐標(biāo)查得

16、溶液的比焓為279.6kJ/kg，由橫坐標(biāo)查得溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于60%。 第26頁，共49頁。Tianjin University of Commerce第27頁，共49頁。Tianjin University of Commerce 如果溶液的壓力也等于0.77k Pa，則此時溶液處于相平衡狀態(tài)。 如果溶液的溫度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持不變，而壓力由0.77k Pa提高到9.6k Pa，此時溶液在h-圖上的狀態(tài)點(diǎn)仍為A點(diǎn)，溶液處于過冷狀態(tài)，一般稱為過冷溶液。 由此可見，液相區(qū)中的所有點(diǎn)不僅可以表示溶液的平衡狀態(tài)，也可以表示溶液的過冷狀態(tài)。 因為壓力對溶液比焓的影響很小，可以忽略。 第28頁，共49頁。

17、Tianjin University of Commerce如果再對A狀態(tài)的過冷溶液加熱，則隨著溫度的升高，溶液的水蒸氣壓也升高。當(dāng)溶液的水蒸氣壓低于溶液的壓力9.6k Pa時，溶液中的水蒸氣不會蒸發(fā)，溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變。當(dāng)溶液的水蒸氣壓達(dá)到9.6k Pa時，此時溶液又重新達(dá)到相平衡狀態(tài)，由狀態(tài)點(diǎn)為60%的等質(zhì)量分?jǐn)?shù)線與9.6k Pa的等壓線的交點(diǎn)B，可讀得溶液的溫度為91.8，比焓為373.4kJ/kg（溶液在發(fā)生器中，處于開始沸騰的狀態(tài)）。第29頁，共49頁。Tianjin University of Commerce第30頁，共49頁。Tianjin University of Comm

18、erce根據(jù)熱力學(xué)第一定律。外界加入的熱量等于溶液比焓值的增加，對于1kg溶液，從點(diǎn)A狀態(tài)變化到點(diǎn)B狀態(tài)，加入的熱量為： kgkJhhqAB/8 .936 .2794 .373 如果在壓力為9.6k Pa等壓條件下繼續(xù)對點(diǎn)B狀態(tài)的溶液加熱，則水蒸氣將從溶液中蒸發(fā)出來，溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，溫度升高。當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到64%時，由9.6k Pa等壓線與64%等質(zhì)量分?jǐn)?shù)的交點(diǎn)C，可讀得溶液的溫度為100.8，比焓為391.4kJ/kg（溶液離開發(fā)生器的狀態(tài)）。 第31頁，共49頁。Tianjin University of Commerce第32頁，共49頁。Tianjin University of

19、Commerce 由64%等質(zhì)量分?jǐn)?shù)線與9.6k Pa汽相等壓輔助線的交點(diǎn)引等焓線到縱坐標(biāo)軸上得交點(diǎn)C，即為與過程終了相對應(yīng)的水蒸氣的狀態(tài)點(diǎn)，其比焓為3107.7kJ/kg。此時，水蒸氣處于過熱狀態(tài)。第33頁，共49頁。Tianjin University of Commerce第34頁，共49頁。Tianjin University of Commerce例1：飽和溴化鋰水溶液的壓力為7mmHg，溫度為40，求溶液及其液面上水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)。例2：某一穩(wěn)定狀態(tài)下的溴化鋰水溶液，壓力5.8mmHg，溫度42，求它的濃度和焓值。第35頁，共49頁。Tianjin University of Co

20、mmerce三.熵(s)-濃度（）圖 溴化鋰溶液的熵-濃度圖，是分析溴化鋰吸收式制冷機(jī)的制冷循環(huán)熱力完善程度的主要圖表。用它可簡單求出由于過程的不可逆性而造成的熱量損失。 溴化鋰溶液的s-圖，包括液相和汽相兩部分，橫坐標(biāo)為溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，縱坐標(biāo)為溶液的熵。液相部分由等溫線簇和等壓線簇組成，汽相部分只有等壓線簇。汽相部分的等壓線簇，也只表示過熱蒸氣的熵，不表明蒸汽的濃度。汽相等壓線也是輔助曲線。第36頁，共49頁。Tianjin University of Commerce當(dāng)溴化鋰溶液被加熱時，其熵增加，而加熱介質(zhì)的熵減小。兩者熵的變化越小，蒸發(fā)過程的熱力完善程度越好。反之則差。第37頁，共49

21、頁。Tianjin University of Commerce2 2-3 溴化鋰溶液的化學(xué)特性溴化鋰溶液的化學(xué)特性 一.溴化鋰溶液的制備 溴化鋰溶液的制備方法： 1.溴化亞鐵法 將溴與鐵屑反應(yīng)后，加入氫氧化鋰，冷卻、分離其液體而得。 2222)(22OHFeLiBrLiOHFeBrFeBrBrFe第38頁，共49頁。Tianjin University of Commerce2.赤磷法 將赤磷放入盛水的反應(yīng)器中，在攪拌下緩緩加入溴，使其反應(yīng)得到氫溴酸，再加入氫氧化鋰而得。 OHLiBrLiOHHBrHBrPOHNHCOLiOHP233262(623.尿素還原法 將氫氧化鋰與溴反應(yīng)，然后用尿素

22、還原反應(yīng)中生成的溴酸鹽，得到溶液。 22222256)(63NCOOHLiBrNHCOLiOHBr第39頁，共49頁。Tianjin University of Commerce二.溴化鋰溶液的化驗與檢測 溴化鋰溶液的技術(shù)要求 （1）溴化鋰(LiBr)含量不少于50.0%； （2）鉻酸鋰（Li2CrO4）含量0.25%0.30%； （3）pH值（100g/L,25）為89； （4）雜質(zhì)最高含量（%）：氯化物（CL）0.1；硫酸鹽(SO4)0.05；銨鹽（NH4）0.001；鈣（Ca）0.005；鐵（Fe）0.0002；銅（Cu）0.0001；鋇（Ba）0.0001。第40頁，共49頁。Tian

23、jin University of Commerce1.溴化鋰(LiBr)含量的測定 2.鉻酸鋰（LiCrO4）含量測定 3.PH值(100g/L25) 4.雜質(zhì)最高含量的測定 第41頁，共49頁。Tianjin University of Commerce2-4 溴化鋰溶液的再生溴化鋰溶液的再生 一溴化鋰溶液再生的原因 1.由于溴化鋰溶液對金屬的腐蝕性，一部分鐵和銅混合到溶液中，使溴化鋰溶液被污染了，因此每年都需要對溴化鋰溶液進(jìn)行再生處理。 2.制冷系統(tǒng)進(jìn)行檢修時，應(yīng)對溴化鋰溶液進(jìn)行分析檢測，看其各項指標(biāo)是否還滿足要求，如不滿足，應(yīng)對溴化鋰溶液進(jìn)行再生處理。3.運(yùn)行中的制冷系統(tǒng)要定期檢查溴化

24、鋰溶液，如果發(fā)現(xiàn)以下情況，應(yīng)進(jìn)行再生處理：（1）溶液由原來的淡黃色變?yōu)榱税迭S色；（2）溶液的pH值有所變化；（3）溶液中溴化鋰含量有所變化；（4）其它陽離子或陰離子有所增加。第42頁，共49頁。Tianjin University of Commerce二溴化鋰溶液的再生方法 項目再生方法 （1） 單項 1）pH值10，堿性過大pH10時，取氫溴酸溶液（20%）在攪拌下加入到溴化鋰溶液中，調(diào)整pH值至8102）鉻酸鋰含量0.25%將再生液的總量計算一下，把鉻酸鋰溶液（10%）按含鉻酸鋰0.25%0.30%的要求加入到溴化鋰再生液中3）溴化鋰溶液渾濁不清或沉淀物較多將溴化鋰溶液加熱至沸，調(diào)整pH

25、值為89，靜置24h，將上層清液虹吸或過濾到容器中4 ） 溴 化 鋰 溶 液 呈 暗 紅 色 ，pH8，顯酸性用氫氧化鋰溶液（10%）調(diào)整pH值至895）溴化鋰溶液含量低于50%計算一下總量，加入所需的固體溴化鋰 （2）多項 經(jīng)分析測試溴化鋰溶液多項不合格 1）使用價值的送溴化鋰溶液生產(chǎn)廠進(jìn)行再生 2） 無使用價值的，作價處理第43頁，共49頁。Tianjin University of Commerce2-5 氨氨水溶液的性質(zhì)水溶液的性質(zhì) 氨水吸收式制冷機(jī)在工業(yè)用大型低溫吸收式制冷機(jī)中及小型吸收擴(kuò)散式冰箱中應(yīng)用。一氨水溶液的特點(diǎn)： 1氨水溶液無色，有特殊的刺激性臭味；2氨腐蝕銅及銅合金（磷青銅除外）；3低溫時氨水將析出結(jié)晶；根據(jù)其濃度不同可析出兩種晶體：（1）NH3H2o (一個分子氨含有1分子結(jié)晶水，t=-79)；（2）2 NH3H2o （兩個分子氨含有1分子結(jié)晶水，結(jié)晶溫度t=-78.8）。第44頁，共49頁。Tianjin Univ