溴化锂溶液吸收水蒸汽的强化研究

溴化锂溶液吸收水蒸汽的强化研究

0气相界面活化剂理论在吸收式冷机中，已经使用了四个使用接口活性剂来提高传热传质效率的历史悠久，并且对接口强化传质机制的研究也取得了一些进展。一般来说，由气液界面张力梯度引起的marangoni效应是表面对称和加强传热传质的原因。但是对于界面活性剂究竟如何在界面上引起对流还没有一个普遍认可的解释。Herold等通过竖直管的吸收实验、竖直管的水冷凝实验以及表面张力测量实验的观察发现,当气相中存在添加剂蒸汽而液相不添加添加剂时,表面张力的变化很明显,界面活性剂在气液界面的气侧的浓度对溶液的表面张力有很大影响。而且在降膜吸收实验中,向没有添加剂的降膜吸收系统中加入气态的界面活性剂后的瞬间,几乎不到一秒钟,平稳的降膜流动立即产生了扰动.这说明气态的添加剂是诱发扰动的直接原因。从而提出其所谓的“气相界面活化剂理论”观点.他们认为添加剂的主要传输机理是通过气相流动到吸收表面,在吸收过程中,添加剂蒸汽随着冷剂水蒸汽共同向液膜流动,发生吸附和凝结,由于添加剂在液膜表面不均匀分布产生不平衡的表面张力梯度,驱使液膜表面产生越来越强的表面流动,强化了传热和传质。气相活化理论提出后得到了很多学者的实验证实,并且得到越来越多的人的支持。高洪涛也开展了气相添加理论的研究,其静态池吸收实验的结果证实,有效的界面活性剂以气相形式加入到溶液吸收表面同样可以引发表面对流。本研究对15种醇类物质进行了气相添加的吸收实验,实验分为两部分:添加剂在吸收器中常温蒸发的气相添加实验和添加剂在蒸发器中低温蒸发的气相添加实验。1静态池吸收法实验静态池实验台由吸收器、蒸发器、恒温水槽(日本理化器械株式会社NCB-2300型)、数据采集仪(日本YOKOGAWAMX100DataAcquisitionUnit)以及动态测重仪(日本共和电业株式会社LMV-100)、压力传感器(美国约克仪器公司UltraStable10000)、温度传感器(该温度传感器经配有准确度为±0.006℃热电阻的美国福禄克1502A测温仪校准)等测试器件和电脑组成。装置结构参见文献。静态池吸收实验测试条件为:溶液初始浓度为60wt%;溶液初始温度为30℃;溶液皿直径为71.4mm;溶液皿中溶液初始深度7mm;水蒸气温度为5℃。本实验使用高灵敏度的动态测重仪,与数据采集系统连接,可连续记录溴化锂溶液的质量变化,更加准确的测量出水蒸汽的吸收量,与温度传感器和压力传感器一起得到完整可靠的实验数据。动态测重仪的规格为:额定容量102g;额定输出4.999V;非线性0.02%RO;迟滞性0.08%RO。实验中使用的溴化锂水溶液是由大连本庄化学有限公司提供的,初始浓度为50.4wt%。实验中根据需要,使用电热炉加热浓缩以及纯净水稀释的方法配制所需浓度的溶液。实验中采用15种醇类物质分别为:分子中含5个碳原子的正戊醇、异戊醇、仲戊醇;6个碳原子的正己醇、4-甲基-2戊醇、2-乙基-1-丁醇、己二醇;7个碳原子的1-庚醇、2-庚醇;8个碳原子的正辛醇、异辛醇、仲辛醇、2-乙基-1,3-己二醇;9个碳原子的壬醇和10碳原子的癸醇。2结果与分析2.1添加其他添加剂此实验是把盛有添加剂的容器放入吸收器中,使添加剂在室温下蒸发。这样在实验开始时,吸收器中添加剂蒸气具有较高的浓度(添加剂蒸气的压力接近其室温下的饱和压力)。实验的结果如图1和图2所示。图1中显示的是分子中含7个以上碳原子的几种醇类物质的气相强化效果,可以看出除了仲辛醇以外,各添加剂都具有很好的添加效果,特别是异辛醇和2-乙基-1,3-己二醇,其气相添加的效果要明显好于液相添加的效果(与前期液相添加实验比较).图2中显示的是分子中含5个和6个碳原子的几种添加剂气相添加时的吸收效果,其中己二醇的气相添加效果也是远远好于其液相添加的效果,这种效果的增强与2-乙基-1,3-己二醇有着相似之处,而此两种物质的分子结构也和其余的醇类添加剂有着不同之处,它们都是分子中含有两个氧原子二元醇.可能就是这种分子结构的差异决定了他们强化效果的特殊性。图2中的其他几种添加剂,除了正己醇外,气相添加时的吸收效果都比液相添加时有所减弱。这种特征与图1中所表现出来的正好相反。由此可做出如下的推测:对于实验所选的醇类物质,作为气相表面活性剂时,含碳原子数多的醇类物质比含碳原子少的物质具有更好的强化效果。2.2不同种类添加剂在高温蒸发条件下的强化效果对比选取一些添加剂,将其放入蒸发器中,使其在低温下和水一起蒸发并随水蒸汽一起流动进入吸收器,测试其对溴化锂吸收水蒸汽的影响,从而进一步验证气相活性剂理论。实验结果如图3所示。可以看出,添加剂随冷剂水低温蒸发的情况下仍然可以获得很好的强化效果。这说明在吸收式制冷机中,添加剂蒸汽随着冷剂水蒸汽共同向液膜流动,以气相的方式作用于液膜表面,从而强化了传热和传质是很有可能的。图4中显示的是图3中的各种添加剂在室温下蒸发气相添加的强化效果。为了方便比较,将两种条件下气相添加吸收实验的前60s内的吸收量列于表1中。通过对比可以看出,除了正癸醇以外,各添加剂低温蒸发时的强化效果比室温蒸发情况下有所减弱。这说明一种添加剂的强化效果会受到其蒸汽浓度的影响,在较低的蒸发温度下添加剂的蒸汽压力较低,添加剂的浓度降低,其对吸收的强化效果也因而减弱。而对于正癸醇而言,两种条件下的强化效果基本相同,出现这种情况的原因可能是因为正癸醇在室温下的蒸汽压力本来就很低,低温条件下的温度降低对其蒸汽压力的影响很小。另外,在正癸醇蒸发器蒸发的气相添加实验中,当添加正癸醇的量较少时,在水面漂浮的添加剂的面积较小,此时所产生的强化效果很弱。而增加了添加量后,水面有大面积的油状正癸醇漂浮,得到较好吸收效果。两种情况下实验的结果如图5所示。同样的情况在异辛醇的蒸发器添加实验中也出现过。由此可见,添加剂在冷剂水中的蒸发情况对添加剂的浓度有着重要的影响,从而对气相添加的效果产生影响.所以,前述在静态池气相添加实验中产生了很好的强化吸收效果的添加剂,应用于实际吸收式制冷系统中时,能否随着冷剂水一起流动并以足够的气相浓度到达吸收器内的液膜表面从而产生强化传热传质作用,还有待于进一步的研究验证。3种醇类添加剂采用静态池实验台,通过两种气相添加方式测试气相添加剂对溴化锂水溶液吸收水蒸气的影响。选用了分子中含有5～10个碳原子的15种醇类物质作为添加剂。添加剂在吸收器中室温蒸发直接作用于吸收界面的静态池实验表明