吸收式制冷原理五

4.2二元溶液图、图和图及其定压发生过程溶液是由溶质和溶剂所组成的均匀体系。溶质可以是固体（例如食盐、溴化锂），也可以是液体（例如酒精），或是气体（例如二氧化碳、氨）。溶剂一般是液体，最常用的为水，通常不指明溶剂的溶液就是水溶液。当两种液体彼此溶解成溶液时，则溶质和溶液是相对的。它们之间并没有绝对的界限。在吸收式制冷循环中，最有重要意义的是由固体溶质溴化锂和水组成的溴化锂水溶液。第26讲吸收式制冷原理（2）在单级蒸气压缩式制冷循环中，制冷循环每一过程的热力分析，外界对制冷循环的影响以及制冷循环热力计算均是在热力性质图图上进行的。吸收式制冷循环也不例外，对制冷循环的分析以及热力计算均是在相图上进行。下面我们将从最简单的相图：温度-质量分数图（）、压力-质量分数图（图）和压力-摩尔分数图（图）入手，引出较为复杂的相图焓-质量分数图（图）。4.2.1二元溶液的t-图4.2.1.1二元溶液的基本概念（1）体系和平衡状态把被某些边界包围着的由一个或几个物体所构成并彼此进行热量和质量交换的系统称为热力学体系，简称体系。所谓边界，可能是实际的也可能是假想的；可以是固定的也可以是能膨胀或运动着的。如对于盛放溴化锂溶液来说，把溴化锂溶液看成一个热力学体系，而容器就是这个体系的边界。

不与外界发生任何作用，即不传热、不传质、不对外做功的体系成为孤立体系。体系的所有物理性质和化学性质的综合就是体系状态的特性。体系特性的改变就意味着状态的改变。体系的状态可以用体系特性的参数——状态参数来表示，如温度、压力、质量及体积等。当体系的状态不随时间变化时，这个体系就处于平衡状态，简称平衡。体系的平衡并不意味着静止，而是体系中在进行着两个方向相反、其结果互相抵消的过程。如溶解和结晶的过程，当两者速度相等时，溶液浓度不发生变化，这是一种动平衡。（2）相、组分和自由度体系中性质完全均匀的部分称为相。相与相之间有明显的截面，超过此截面，其性质将会发生根本的变化。如冰水混合物中，虽然冰和水的成分都是H2O，但因彼此的物理性质完成不同，所以是两种不同的相，即固相和液相。在体系中，相的数目用Ф来表示。因此，对于均匀体系，其相数Ф＝1。冰水混合物的相数Ф＝2。组分是体系中能独立存在的物质。组分的数目称为组分数，用K来表示。如在冰和水二相平衡体系中只含有一个物质H2O，故其组分数K=1。在不改变体系原有平衡相数的条件下，确定体系平衡状态所需的独立参数的数目，称为该体系的自由度，用符号f来表示。例如冰和水二相平衡体系，要保持原来的相数保持不变，只能有一个状态参数可任意改变，因此只有一个自由度，即f＝1。这就是说这种体系中，只要有一个状态参数（温度或压力）确定后，其余的状态参数就跟着确定了。（3）溶解、结晶、溶解度在溶解过程中，往往伴随着热量的放出或吸收，称为溶解热。产生溶解热的原因在于物质溶解于溶剂中时，一方面发生了溶质粒子在溶质中扩散的吸热过程，一方面又发生了溶质分子与溶剂分子之间相互结合成水合物的过程。如果前一过程所吸收的热量大于后一过程所放出的热量，则溶解过程为吸热过程，溶解温度降低；反之，溶解过程为放热过程，溶液温度升高。溴化锂溶解于水中的过程为放热过程。在一定温度下，如果把固体溶质不断加入一定量的溶剂中，开始时，溶解过程不断的进行，当增加到某一定值时，加入的溶质不再继续溶解，此时的溶液称为饱和溶液。饱和溶液中溶质质量称为该温度下的溶解度。通常用100g溶剂中所含溶质的克数来表示。各种不同的物质在水中的溶液度是不同的。通常，在室温下溶解度大于10g的物质叫做易溶物质；溶解度在1g到10g之间的物质叫做可溶物质；溶解度在0.01g和1g之间的物质叫做微溶物质；溶解度小于0.01g的物质叫难溶物质。绝对不溶的物质是没有的，只不过其溶解度极小而已。溶解度的大小是相对的，必须在一定的条件下才能确定的数据。当条件变化时，溶解度也将发生变化。一般溶质的溶解度大小与溶质和溶剂的特性及温度有关。一般物质的溶解度随温度的升高而增大，即一定温度下的饱和溶液，当温度降低时，溶解度减小，溶液中会有溶质从溶液中分离出来而形成结晶，即有晶体析出，这种现象称为结晶。溶解和结晶时溶液中两个相反的过程，都在不断的进行着。如果溶解的速等于结晶的速度，溶液中溶质的质量保持不变，处于动态平衡状态。饱和溶液也是处于动态平衡状态。压力对固体和液体的溶解度影响很小，但对气体的溶解度影响很大，如氨在水中的溶解度水压力的增加而增加。（4）浓度及其表示方法浓度是指溶质在溶液中所占的比例。与温度及压力等状态参数一样，浓度也是表示溶液特性的重要参数之一。浓度的表示方法很多，有质量分数、摩尔分数及当量浓度等。在吸收式制冷循环中，一般用重量百分比浓度（如溴化锂占溶液重量的百分比数）表示，即质量分数。其意义是在一定质量的溶液中，溶质所占的百分比，用符号表示。由两个组分组成的二元溶液，当溶剂A的质量为，溶质B的质量为时，则质量分数为：溶液中的摩尔数与整个溶液的摩尔数的比值称为摩尔分数，用符号x表示，对于二元溶液。如果溶剂的摩尔数为，溶质的摩尔数为，则（5）相率对于溶液的热力状态参数，有多种表示方法，例如压力、温度及浓度等。然而相对于某一状态，并不是所有的状态参数都是独立可变的。如前面所述，当温度确定时，水的饱和蒸汽压就可确定。这里只有一个独立可变的参数，即在水—气平衡体系中，只有一个自由度。体系处于平衡状态时，它的自由度与相数和组分之间存在着一定的关系。这个关系称为相率，如下式表示：相率可用来确定平衡体系重点自由度，体系的自由度随组分的增加而增加，随相数的增加而减少。在吸收式制冷循环中，通常遇到的是二元溶液，因此自由度为：当二元溶液处于气－液二相平衡状态时，相数Ф＝2，故自由度为f＝2，说明两个独立的参数，也可以说要确定气－液体二相平衡的二元溶液的状态，就必须知道两个独立的参数。这两个独立的参数，一般是浓度与温度或者是浓度与压力，也可以是温度和压力。4.2.1.2二元溶液的图处于平衡状态的二元溶液，若外界参数发生变化，平衡状态将遭到破坏，其图即表示了这种变化。

定压饱和液线和定压饱和蒸气线把图分为三个区域：液相区、湿蒸气区和气相区。二元溶液也有五个状态：过冷液状态、饱和液状态、湿蒸气状态、饱和蒸气状态、过热蒸气状态。二元溶液的图在外界参数，下，气相与液相处于平衡状态，如果将溶液的温度降低到，显然与温度相对应的气、液相浓度应是，，当溶液未达到这个浓度前，溶液处于非平衡状态，它具吸收蒸气的可能性。这种状态称为吸收状态。将溶解于溶液中的析出的过程称为解析。在吸收和发生过程中经常伴随着热量的交换，为了使吸收过程不断地进行，就须对溶液不断地进行冷却；为了使发生过程不断地进行，就必须对溶液进行加热。4.箱2.画2资二敌元溶进液的株图对于摘二元蚕溶液，在幼温度霜不变善的情突况下携，可吓以绘触出二驰元溶馅液的住压力肆与浓准度的德关系酬图灯（阿图）定温哄饱和胜液线惰和定揭温饱颠和蒸聪气线袭把图骨也分斧为三去个区掠域：姑液相肤区、妇湿蒸晒气区衬和气拔相区卵。二锄元溶侍液也裳有五况个状专态：路过冷宽液状遥态、铃饱和活液状姻态、冬湿蒸占气状蚊态、奇饱和验蒸气扑状态夕、过猎热蒸清气状词态。4.泡2.蒜3雹二元迷溶液堤的（p-x）图4.慢2.绩3.樱1备溶液锣的分皆压和猛总压在一感定温恨度下德，纯讲物质涝的饱犬和蒸亿气压销是一颈个定叼值，特即饱侧和蒸垄气压垫与温困度成侵一一籍对应版的关赤系。与但是预对于面溶液铲，情握况就交不一奶样。钥固体誉溶质侨溶于蒜溶剂效时，僚它的养蒸汽冬压总四量小魂于同榜一温况度下甲纯溶恨剂的纤饱和世压力袍。即起溶剂驰因加闻入固突体溶润质而差使它颠的压油力降匀低了裁，而怕且溶霞入的炊溶质猴越多讲（浓么度越宣大）举，蒸汉气压驼就越滚低。指故溶掩液中登气—吵液两忠相平庙衡时桥的压售力与证温度能、浓蛛度有铅关。4.大2.录3.璃2沫二元捏溶液袜的捐（p-渗x）图拉乌座尔定速律说茂明，胆在一预定的染温度恰下，雾溶液刑中任缠一组索分的航蒸汽吩分压首等于菠该纯弹组分不的蒸减汽压森乘以掏该组傅分在午溶液速中的水摩尔缓分数酸。公阀式表拘示为桂：二元户理想械溶液币服从培拉乌旗尔定乳律。赶如果绣组分泉A和提组分争B都告服从祸拉乌屈尔定魔律，熟则其芽蒸汽迫分压批可以慌表示阿为式中代表砌组份昏A的缝蒸气律压，xA代表鹿溶液浊中A作的摩宇尔分宪数。另一冒方面协，根疯据道搭尔顿旺分压谢定律紧：溶胞液中方某一微组分追的蒸什气分买压等示于溶绞液的各饱和薄蒸气洪压乘妄以该垄组分逃在气姑相中寨的摩大尔分掀数。性对于喂二元欲溶液悲，饱澡和蒸围气压蕉等于疏两组逢分的稳蒸气梯压之孝和。气压纤等于脉两组池分的供蒸气嫁压之饥和。蜂气相脉中的辆组分排A和膛B的局分压厉和可以解用下扁式表狮示上式苗说明阻，溶液赶的总县压和惯摩尔胸分数供成直称线关径系。净其条各件为鄙溶液石的两祸个组络分都村服从吵拉乌隆尔定灿律，遮把任幸一组撇分在贞全部舍浓度断范围握内都约符合进拉乌闯尔定骑律的针溶液山称为寄理想部溶液攻。由于充A和尿B两仔个组守分的届蒸气封压不尼同，角所以先与溶提液平狼衡共第存的晶气相磁成分惨和液傍相成猜分液朽不相情同。孤根据佣道尔筛顿的聚分压洪定律伏：溶吴液中摄某一植组分绞的蒸勿气分逃压等市于溶柏液的贫饱和扁蒸气腰压乘泳以该雁组分下在气彩相中拘的摩垄尔分蹦数。废对于卸二元圈溶液淋，饱和瞎蒸在给窃定的碍温度庭下，核按式可算张出不罩同压礼力下应的液膏相和贪气相生摩尔翻分数合值，否从而载得到谋二元垄理想诞溶液耽的p-秆x图。奖在p-迫x图上皆，气论相线煎一直刷处于秤液相渣线的胁下方效。4.馋2.朽4克密闭胃容器楚内二铁元溶嫌液的讽定压马发生溪过程密闭恒溶液窃内的惑二元卫溶液嫩，液棵相中啄的分任子会向自发蔬地通效过相蛇的分醉界面坟转移纱到气臂相。缸同时寒，气沙相中忌的分迫子也梁会转串移到师液相嚷。这套样，老在物扰相之钩间就顿产生苹了质匀量的壶交换绸。最咱后必呼然会摊出现袍从一呆相转失移到微另一从相的崇速度悉恰好徒与相争反方膏向的钥转移铁速度悼相等饱，这菜时体条系中车各部文分的确浓度识保持料不变习。这虎种状请态称顺为相剧平衡捕状态俯，简辱称相百平衡军。相族平衡增也是而一种循动态监平衡奸。下图常中，援密闭梅容器郊内装昏有质层量分眠数为骑，墓温度明为粉，处怕于过联冷状吊态的撤二元筑溶液减，活持塞上司承受海的压钟力为礼。毙给密慨闭容偷器加剑热，乳使二疮元溶疤液全对部气补化为住蒸气垃，在烟压妄力下旬二元孤溶液辰的温乒度、浅浓度范将如杆何变甲化呢膏？根据柜二元龄溶液乌的初蔬始条诉件，闲可以握在下两图上确通定二荣元溶医液状盐态点每1。斧对浓棒度为街，温度姿为形，处于盼过冷啄状态死的二疲元溶悦液加该热，策溶液金吸收什热量滥由过蹦冷状宝态升秧温至变对农应的波饱和针状态。溶液她压力呀未辟变，等浓度屋未途变，册温度列升高窑为开，体诉积略柏有增落加。坝可以蕉在图律上确各定二拖元溶强液状有态点活2。继续偏加热捧，二炮元溶防液将坑开始侵沸腾笑并逐该渐产狡生蒸测气，被即从嘱饱和碑液状网态变昨为湿牢蒸气闹状态砌。容质器内讲形成销气、适液二胆相，秀体积粘增加凭。二元识溶液幼的定侍压气盾化过律程始池终伴截随着放温度活的上赠升。旷二元共溶液嘱在发恒生过岗程中这温度致始终陪在升谷高。识可以并在图壁上确罗定二翼元溶剩液的砌湿蒸罩气状止态点差3，趋饱和仅蒸气戚状态秒点4鼓，过易热蒸持气状富态点泡5。定压拴饱和胖液线寨和定畏压饱父和蒸掉气线厚把符图牛分为懒三个沃区域哪：液长相区切、湿咏蒸气威区和脊气相名区。搞二元怨溶液昏有五才个状拒态：居过冷娇液状而态、忠饱和证液状餐态、拐湿蒸葛气状庭态、际饱和哲蒸气怎状态手、过菜热蒸脆气状成态。密闭吴容器煮内压匀力仍盖保持旨为跃，当花二元铺溶液销的浓脱度从0寨到1啄时，遭将有范无数恩个对太应于咳其浓董度的谜类似漫上述菜的5适个状档态点桌，也迟就是稍将有酸无数猪个对讲应的鸭饱和屈液状待态点六和饱抹和蒸创气状自态点劳。将延无数司的饱杨和液第体状催态点文（点涌2）杜连接士成光劲滑曲昨线就级得到辆了一鸣条定义压饱拐和液壳线；擦将无直数饱街和蒸腥气状期态点叙（点鹊4）掌连接械起来放就得悦到了持一定流压饱唤和蒸仰气线挠，如喊下图拦所示谈。当差＝扭0，幅＝挠1时，靠二元浴溶液螺是纯液体用，只库有一料确定聋的沸埋点，让气化遵过程橡既定养压又奸定温弃。故食定压臭饱和飘液线米、定赖压饱镰和蒸扩气线往将相递交于递＝见0，歪＝安1线羞上的臭A、宏B两交点