第二章制冷劑與吸收劑幻燈片

第二章制冷劑與吸收劑吸收式制冷機(jī)§2-1制冷劑與吸收劑應(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(guò)高；

2.蒸發(fā)潛熱大，以減小制冷劑的循環(huán)量；

3.比容??；4.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(wú)毒和無(wú)刺激性；

9.無(wú)可燃性和爆炸性；10.容易檢出外漏的氣體；11.對(duì)大氣環(huán)境沒(méi)有破壞作用；12.價(jià)格便宜，容易獲得。

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(wú)毒、無(wú)臭、不燃燒、不爆炸，安全可靠；

4.對(duì)金屬材料的腐蝕性??；

5．價(jià)格低廉。易于獲得。

三．二元溶液分類(lèi)

二元溶液根據(jù)兩個(gè)組分沸點(diǎn)相差的程度，可以分為三類(lèi)：

第一類(lèi)：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(shí)它的氣相只是低沸點(diǎn)組分；（如溴化鋰溶液）第二類(lèi)：兩組分的沸點(diǎn)相差不大，當(dāng)溶液沸騰時(shí)，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）§2-2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(jià)格低廉，取用方便；2.汽化潛熱大；

3.無(wú)毒、無(wú)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(shí)，蒸發(fā)壓力也很低；蒸汽的比容大；不能制取0℃以下的低溫。

二.溴化鋰水溶液的性質(zhì)

鋰是堿金屬族，溴是鹵素族，溴化鋰的化學(xué)性質(zhì)大體上與食鹽類(lèi)似，是一種穩(wěn)定的物質(zhì)，在大氣中不會(huì)變質(zhì)，也不會(huì)分解和揮發(fā)，而且無(wú)毒。

無(wú)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(guān)無(wú)色結(jié)晶顆粒。

溴化鋰具有強(qiáng)烈地吸水性，極易溶于水。溴化鋰水溶液具有下列特點(diǎn)：

1．無(wú)色液體，有咸味，無(wú)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6.56.543.53．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(shí)，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(huì)與水結(jié)合成含有1、2、3或5個(gè)水分子的溴化鋰水合物晶體析出，形成結(jié)晶現(xiàn)象。

4．溴化鋰溶液對(duì)黑色金屬和紫銅管等普通材料有強(qiáng)烈的腐蝕性，有空氣存在時(shí)情況更為嚴(yán)重，因腐蝕而產(chǎn)生的不凝性氣體對(duì)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(duì)金屬的腐蝕。

常見(jiàn)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(guò)加入氫氧化鋰使溶液的PH值為9～10.5范圍內(nèi)，可以有良好的緩蝕作用。5．溴化鋰溶液的密度與溫度、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(shí)，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。6．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(shí)，隨溫度的升高而降低；溫度不變時(shí)，隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而增大。

8．溴化鋰溶液的比熱很小。

§2-3溴化鋰溶液的熱力狀態(tài)圖

一.溴化鋰溶液的p-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(gè)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(gè)，另外一個(gè)便可通過(guò)p-t圖確定。

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(duì)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(lái)，溶液的濃度增大。

A-B是等壓沸騰過(guò)程。B-A是等壓吸收過(guò)程。

二.溴化鋰溶液的比焓-濃度圖（h-ξ圖）

h-ξ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(jì)算溶液的焓差，求取在產(chǎn)生蒸氣過(guò)程中和吸收蒸氣過(guò)程中的熱量交換，因此h-ξ圖是非常有用的。

h-ξ圖是進(jìn)行溴化鋰吸收式循環(huán)過(guò)程的理論分析、熱力計(jì)算和運(yùn)行特性分析的主要圖表。h-ξ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(guò)程清楚地表示出來(lái)。h-ξ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(xiàn)簇（虛線(xiàn)）和等壓線(xiàn)簇（實(shí)線(xiàn)）組成；圖的上半部分為汽相部分，因?yàn)槠嘀兄灰魵獾慕M分，所以汽相部分只有作輔助線(xiàn)的等壓線(xiàn)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(shí)的熔解熱q，由下式求得：式中——溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）。

（3-1）

q前取負(fù)號(hào)是因?yàn)殇寤嚾芙馀c水中是放熱過(guò)程。

假定溴化鋰和水在溫度為0時(shí)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?。?/p>

（3-2）

根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的溴化鋰在水中的熔解熱數(shù)據(jù)，按式（3-1）計(jì)算溫度為某一給定值時(shí)，各質(zhì)量分?jǐn)?shù)下溶液的比焓，這樣就可畫(huà)出液相部分的等溫線(xiàn)簇。有了等溫線(xiàn)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(xiàn)簇。

為了作圖的方便，通常先選定溫度基準(zhǔn)值。國(guó)產(chǎn)溴化鋰溶液的h-ξ圖是以70℃為基準(zhǔn)值的，即求出溫度為70℃時(shí)各種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)溴化鋰溶液的比焓值。

有了70℃的等溫線(xiàn)，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(shí)的等溫線(xiàn)。

（3-3）

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。h-ξ圖中的汽相部分的等壓線(xiàn)簇，是由一系列同一壓力下與不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液處于相平衡的水蒸氣比焓所連成的曲線(xiàn)組成的。

在每條等壓線(xiàn)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?yàn)榕c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(duì)應(yīng)的溫度即為水蒸氣的溫度。

對(duì)水的比焓通常規(guī)定為：當(dāng)溫度為0℃時(shí)比焓等于0。而對(duì)于溴化鋰溶液，為了計(jì)算方便，則規(guī)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)ξ=0、溫度t=℃時(shí)的比焓為418.6kJ/kg(100kcal/kg)。

當(dāng)壓力不大時(shí)，壓力對(duì)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(wú)關(guān)。因此不論溶液是處于平衡狀態(tài)還是過(guò)冷狀態(tài)，其比焓都可在h-ξ圖上用等溫線(xiàn)與等質(zhì)量分?jǐn)?shù)線(xiàn)的交點(diǎn)求得。

在h-ξ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(gè)狀態(tài)參數(shù)中的任意兩個(gè)，就可以確定另外兩個(gè)參數(shù)。

h-ξ圖上的等壓線(xiàn)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(shí)，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0.77kPa(5.8mmHg)，溫度為42℃，狀態(tài)點(diǎn)在h-ξ圖上為0.77kPa等壓線(xiàn)與42℃等溫線(xiàn)的交點(diǎn)A，由A點(diǎn)的縱坐標(biāo)查得溶液的比焓為279.6kJ/kg，由橫坐標(biāo)查得溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等于60%。

如果溶液的壓力也等于0.77kPa，則此時(shí)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0.77kPa提高到9.6kPa，此時(shí)溶液在h-ξ圖上的狀態(tài)點(diǎn)仍為A點(diǎn)，溶液處于過(guò)冷狀態(tài)，一般稱(chēng)為過(guò)冷溶液。

由此可見(jiàn)，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(guò)冷狀態(tài)。因?yàn)閴毫?duì)溶液比焓的影響很小，可以忽略。

如果再對(duì)A狀態(tài)的過(guò)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9.6kPa時(shí)，溶液中的水蒸氣不會(huì)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9.6kPa時(shí)，此時(shí)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(xiàn)與9.6kPa的等壓線(xiàn)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(kāi)始沸騰的狀態(tài)）。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(duì)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：

如果在壓力為9.6kPa等壓條件下繼續(xù)對(duì)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(lái)，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(shí)，由9.6kPa等壓線(xiàn)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(kāi)發(fā)生器的狀態(tài)）。

由64%等質(zhì)量分?jǐn)?shù)線(xiàn)與9.6kPa汽相等壓輔助線(xiàn)的交點(diǎn)引等焓線(xiàn)到縱坐標(biāo)軸上得交點(diǎn)C’，即為與過(guò)程終了相對(duì)應(yīng)的水蒸氣的狀態(tài)點(diǎn)，其比焓為3107.7kJ/kg。此時(shí)，水蒸氣處于過(guò)熱狀態(tài)。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。三.熵(s)-濃度（ξ）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(jiǎn)單求出由于過(guò)程的不可逆性而造成的熱量損失。

溴化鋰溶液的s-ξ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(xiàn)簇和等壓線(xiàn)簇組成，汽相部分只有等壓線(xiàn)簇。汽相部分的等壓線(xiàn)簇，也只表示過(guò)熱蒸氣的熵，不表明蒸汽的濃度。汽相等壓線(xiàn)也是輔助曲線(xiàn)。當(dāng)溴化鋰溶液被加熱時(shí)，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(guò)程的熱力完善程度越好。反之則差?！?-3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。

2.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。

3.尿素還原法

將氫氧化鋰與溴反應(yīng)，然后用尿素還原反應(yīng)中生成的溴酸鹽，得到溶液。

二.溴化鋰溶液的化驗(yàn)與檢測(cè)

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8～9；（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。1.溴化鋰(LiBr)含量的測(cè)定

2.鉻酸鋰（LiCrO4）含量測(cè)定

3.PH值(100g/L25℃)

4.雜質(zhì)最高含量的測(cè)定

§2-4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(duì)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(duì)溴化鋰溶液進(jìn)行再生處理。

2.制冷系統(tǒng)進(jìn)行檢修時(shí)，應(yīng)對(duì)溴化鋰溶液進(jìn)行分析檢測(cè)，看其各項(xiàng)指標(biāo)是否還滿(mǎn)足要求，如不滿(mǎn)足，應(yīng)對(duì)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(lái)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(yáng)離子或陰離子有所增加。二．溴化鋰溶液的再生方法

項(xiàng)目再生方法

（1）

單項(xiàng)

1）pH值>10，堿性過(guò)大pH>10時(shí)，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8～102）鉻酸鋰含量<0.25%將再生液的總量計(jì)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值為8～9，靜置24h，將上層清液虹吸或過(guò)濾到容器中4）溴化鋰溶液呈暗紅色，pH<8，顯酸性用氫氧化鋰溶液（10%）調(diào)整pH值至8～95）溴化鋰溶液含量低于50%計(jì)算一下總量，加入所需的固體溴化鋰

（2）多項(xiàng)經(jīng)分析測(cè)試溴化鋰溶液多項(xiàng)不合格1）使用價(jià)值的送溴化鋰溶液生產(chǎn)廠(chǎng)進(jìn)行再生

2）

無(wú)使用價(jià)值的，作價(jià)處理§2-5氨—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(wú)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(shí)氨水將析出結(jié)晶；根據(jù)其濃度不同可析出兩種晶體：（1）NH3·H2o(一個(gè)分子氨含有1分子結(jié)晶水，t=-79℃)；（2）2NH3·H2o（兩個(gè)分子氨含有1分子結(jié)晶水，結(jié)晶溫度t=-78.8℃）。4．氨對(duì)人體有較大的毒性；氨可以燃燒與爆炸；

空氣中含氨量達(dá)0.5～0.6%（容積百分?jǐn)?shù)）時(shí)，半小時(shí)內(nèi)人即中毒。空氣中混有15.5～27%容積的氨，可以引起爆炸。

5．氨極易溶于水組成氨水溶液；常溫下，一份體積的水可溶解700倍體積的氨，因而氨水溶液是一種理想的吸收劑。

同一溫度下，純氨的蒸氣壓比氨水溶液的蒸氣壓大。如-33.4℃時(shí)，純氨的蒸氣壓為1大氣壓（0.98bar），而30%的氨水溶液蒸氣壓為0.045大氣壓