溴化鋰溶液吸收水蒸汽的強化研究

0氣相界面活化劑理論在吸收式冷機中，已經使用了四個使用接口活性劑來提高傳熱傳質效率的歷史悠久，并且對接口強化傳質機制的研究也取得了一些進展。一般來說，由氣液界面張力梯度引起的marangoni效應是表面對稱和加強傳熱傳質的原因。但是對于界面活性劑究竟如何在界面上引起對流還沒有一個普遍認可的解釋。Herold等通過豎直管的吸收實驗、豎直管的水冷凝實驗以及表面張力測量實驗的觀察發現,當氣相中存在添加劑蒸汽而液相不添加添加劑時,表面張力的變化很明顯,界面活性劑在氣液界面的氣側的濃度對溶液的表面張力有很大影響。而且在降膜吸收實驗中,向沒有添加劑的降膜吸收系統中加入氣態的界面活性劑后的瞬間,幾乎不到一秒鐘,平穩的降膜流動立即產生了擾動.這說明氣態的添加劑是誘發擾動的直接原因。從而提出其所謂的“氣相界面活化劑理論”觀點.他們認為添加劑的主要傳輸機理是通過氣相流動到吸收表面,在吸收過程中,添加劑蒸汽隨著冷劑水蒸汽共同向液膜流動,發生吸附和凝結,由于添加劑在液膜表面不均勻分布產生不平衡的表面張力梯度,驅使液膜表面產生越來越強的表面流動,強化了傳熱和傳質。氣相活化理論提出后得到了很多學者的實驗證實,并且得到越來越多的人的支持。高洪濤也開展了氣相添加理論的研究,其靜態池吸收實驗的結果證實,有效的界面活性劑以氣相形式加入到溶液吸收表面同樣可以引發表面對流。本研究對15種醇類物質進行了氣相添加的吸收實驗,實驗分為兩部分:添加劑在吸收器中常溫蒸發的氣相添加實驗和添加劑在蒸發器中低溫蒸發的氣相添加實驗。1靜態池吸收法實驗靜態池實驗臺由吸收器、蒸發器、恒溫水槽(日本理化器械株式會社NCB-2300型)、數據采集儀(日本YOKOGAWAMX100DataAcquisitionUnit)以及動態測重儀(日本共和電業株式會社LMV-100)、壓力傳感器(美國約克儀器公司UltraStable10000)、溫度傳感器(該溫度傳感器經配有準確度為±0.006℃熱電阻的美國福祿克1502A測溫儀校準)等測試器件和電腦組成。裝置結構參見文獻。靜態池吸收實驗測試條件為:溶液初始濃度為60wt%;溶液初始溫度為30℃;溶液皿直徑為71.4mm;溶液皿中溶液初始深度7mm;水蒸氣溫度為5℃。本實驗使用高靈敏度的動態測重儀,與數據采集系統連接,可連續記錄溴化鋰溶液的質量變化,更加準確的測量出水蒸汽的吸收量,與溫度傳感器和壓力傳感器一起得到完整可靠的實驗數據。動態測重儀的規格為:額定容量102g;額定輸出4.999V;非線性0.02%RO;遲滯性0.08%RO。實驗中使用的溴化鋰水溶液是由大連本莊化學有限公司提供的,初始濃度為50.4wt%。實驗中根據需要,使用電熱爐加熱濃縮以及純凈水稀釋的方法配制所需濃度的溶液。實驗中采用15種醇類物質分別為:分子中含5個碳原子的正戊醇、異戊醇、仲戊醇;6個碳原子的正己醇、4-甲基-2戊醇、2-乙基-1-丁醇、己二醇;7個碳原子的1-庚醇、2-庚醇;8個碳原子的正辛醇、異辛醇、仲辛醇、2-乙基-1,3-己二醇;9個碳原子的壬醇和10碳原子的癸醇。2結果與分析2.1添加其他添加劑此實驗是把盛有添加劑的容器放入吸收器中,使添加劑在室溫下蒸發。這樣在實驗開始時,吸收器中添加劑蒸氣具有較高的濃度(添加劑蒸氣的壓力接近其室溫下的飽和壓力)。實驗的結果如圖1和圖2所示。圖1中顯示的是分子中含7個以上碳原子的幾種醇類物質的氣相強化效果,可以看出除了仲辛醇以外,各添加劑都具有很好的添加效果,特別是異辛醇和2-乙基-1,3-己二醇,其氣相添加的效果要明顯好于液相添加的效果(與前期液相添加實驗比較).圖2中顯示的是分子中含5個和6個碳原子的幾種添加劑氣相添加時的吸收效果,其中己二醇的氣相添加效果也是遠遠好于其液相添加的效果,這種效果的增強與2-乙基-1,3-己二醇有著相似之處,而此兩種物質的分子結構也和其余的醇類添加劑有著不同之處,它們都是分子中含有兩個氧原子二元醇.可能就是這種分子結構的差異決定了他們強化效果的特殊性。圖2中的其他幾種添加劑,除了正己醇外,氣相添加時的吸收效果都比液相添加時有所減弱。這種特征與圖1中所表現出來的正好相反。由此可做出如下的推測:對于實驗所選的醇類物質,作為氣相表面活性劑時,含碳原子數多的醇類物質比含碳原子少的物質具有更好的強化效果。2.2不同種類添加劑在高溫蒸發條件下的強化效果對比選取一些添加劑,將其放入蒸發器中,使其在低溫下和水一起蒸發并隨水蒸汽一起流動進入吸收器,測試其對溴化鋰吸收水蒸汽的影響,從而進一步驗證氣相活性劑理論。實驗結果如圖3所示。可以看出,添加劑隨冷劑水低溫蒸發的情況下仍然可以獲得很好的強化效果。這說明在吸收式制冷機中,添加劑蒸汽隨著冷劑水蒸汽共同向液膜流動,以氣相的方式作用于液膜表面,從而強化了傳熱和傳質是很有可能的。圖4中顯示的是圖3中的各種添加劑在室溫下蒸發氣相添加的強化效果。為了方便比較,將兩種條件下氣相添加吸收實驗的前60s內的吸收量列于表1中。通過對比可以看出,除了正癸醇以外,各添加劑低溫蒸發時的強化效果比室溫蒸發情況下有所減弱。這說明一種添加劑的強化效果會受到其蒸汽濃度的影響,在較低的蒸發溫度下添加劑的蒸汽壓力較低,添加劑的濃度降低,其對吸收的強化效果也因而減弱。而對于正癸醇而言,兩種條件下的強化效果基本相同,出現這種情況的原因可能是因為正癸醇在室溫下的蒸汽壓力本來就很低,低溫條件下的溫度降低對其蒸汽壓力的影響很小。另外,在正癸醇蒸發器蒸發的氣相添加實驗中,當添加正癸醇的量較少時,在水面漂浮的添加劑的面積較小,此時所產生的強化效果很弱。而增加了添加量后,水面有大面積的油狀正癸醇漂浮,得到較好吸收效果。兩種情況下實驗的結果如圖5所示。同樣的情況在異辛醇的蒸發器添加實驗中也出現過。由此可見,添加劑在冷劑水中的蒸發情況對添加劑的濃度有著重要的影響,從而對氣相添加的效果產生影響.所以,前述在靜態池氣相添加實驗中產生了很好的強化吸收效果的添加劑,應用于實際吸收式制冷系統中時,能否隨著冷劑水一起流動并以足夠的氣相濃度到達吸收器內的液膜表面從而產生強化傳熱傳質作用,還有待于進一步的研究驗證。3種醇類添加劑采用靜態池實驗臺,通過兩種氣相添加方式測試氣相添加劑對溴化鋰水溶液吸收水蒸氣的影響。選用了分子中含有5～10個碳原子的15種醇類物質作為添加劑。添加劑在吸收器中室溫蒸發直接作用于吸收界面的靜態池實驗表明