199年12月鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)第20卷第4期Joumal of Zhengzhou University of TechnologyVoL 20文章編號(hào):1007-6492(1999)04-0053-03沸石分子篩-乙醇工質(zhì)對(duì)的研究王劍峰’,吳鋒2,王國(guó)慶2(1鄭州工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院河南鄭州450002;2.北京理工大學(xué)化工與材料學(xué)院,北京10081)摘要:尋棧一種最佳工質(zhì)對(duì),以提高制冷量及制冷效率,應(yīng)用吸附平衡基本理論,測(cè)定了沸石-乙醇沸石-乙二醇及沸石-異丙酵幾種可能的吸附式制冷新工質(zhì)對(duì)的性能,結(jié)果表明:所研制的沸石一乙醇工質(zhì)對(duì)是沸石-水、活性碳一甲醇工質(zhì)對(duì)的良好替代物,其割冷量可比沸石-水工質(zhì)對(duì)提高74.93%,是具有實(shí)用前景的工質(zhì)對(duì)關(guān)鍵詞:吸附制冷;沸石;乙醇;工質(zhì)對(duì)中圍分類號(hào):TQ10.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A0引言問題吸附式制冷機(jī)的應(yīng)用可以追溯到2世紀(jì)初,1實(shí)驗(yàn)部分后因機(jī)械工業(yè)的發(fā)展而逐漸被功率大得多的蒸汽1.1模擬制冷系統(tǒng)壓縮式機(jī)組所取代近年來,生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展考慮到本實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)的真空度要求較高,常給人類帶來了迫切需要解決的能源和環(huán)境問題,用的閥門難以滿足要求,因而本系統(tǒng)所用閥門、吸使得太陽能和工業(yè)廢熱等低品位能源的開發(fā)利用附器冷凝器及蒸發(fā)器均用玻璃制成實(shí)驗(yàn)裝置如日益重要,而吸附式制冷技術(shù)因其在該方面的獨(dú)圖|所示到優(yōu)勢(shì)又重新得到重視,且氟里昂對(duì)大氣臭氧層有破壞作用限制生產(chǎn)和使用氟里昂的國(guó)際蒙特利爾議定書已生效作為“無氟制冷”的一個(gè)重要方面,吸附式制冷技術(shù)的研究越來越受到制冷界中的關(guān)注吸附式熱泵能否得到工業(yè)應(yīng)用,很大程度取決于所選用的工質(zhì)對(duì)為了尋找合適的工質(zhì)對(duì)前人做了大量工作目前已開發(fā)出許多工質(zhì)對(duì),主要有以下幾種:硅膠-二氧化碳;硅膠-甲醇;硅1,2U型壓力計(jì);3級(jí)沖瓶;4發(fā);5外界水膠-丙酮;沸石分子篩-水;沸石分子篩-有機(jī)制6儲(chǔ)液最:7冷凝:8.液封管;9加熱醫(yī)10吸附(脫附)器;1.按溫儀;2.真空泵冷劑;活性碳-氨;活性碳-甲醇等但是從目前A,B,C,D,E,F均為閥門的研究結(jié)果看來,沸石分子篩-水和活性碳-甲圖1模擬制冷示意圖醇這兩種工質(zhì)對(duì)于被認(rèn)為是性能最好的2.但1.1.1實(shí)驗(yàn)步驟是它們都有不可忽視的缺點(diǎn):首先,以水為制冷劑(1)系統(tǒng)檢漏打開所有閥門,系統(tǒng)抽真空的工質(zhì)對(duì)要求工作壓力極低其設(shè)備應(yīng)用要求有然后關(guān)閉閥門,靜置一段時(shí)間若壓力計(jì)指數(shù)沒有較高的真空度,這在實(shí)際應(yīng)用上是很難保證的其下降,說明系統(tǒng)不漏否則逐段檢漏達(dá)到不漏為次,甲醇是一種有毒物質(zhì)吸人少量的蒸汽即可導(dǎo)止致失明,不宜推廣.因此,尋找最優(yōu)的工質(zhì)對(duì)是一(2)打開控溫開關(guān),加熱吸附劑當(dāng)壓力計(jì)2項(xiàng)重要的工作,是提高制冷量及制冷效率的根本指數(shù)有所下降脫附器10上方有水汽生成時(shí),通收稿日期:199-07-05;修訂日期:199-09-07基金項(xiàng)目:國(guó)家·863’基金資助項(xiàng)目(863-715-08-02-04)作者簡(jiǎn)介:王劍峰(1972-),女,河南省淇縣人,鄭州工業(yè)大學(xué)助教碩士主要從事有機(jī)化工材料方面的研究鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)1999年人冷卻水,打開閥門F,進(jìn)入循環(huán)中的脫附階段,說附出來的水蒸汽經(jīng)冷凝器7液化,U型液封管8,進(jìn)入儲(chǔ)液器6(3)脫附結(jié)束后,關(guān)閉閥門F,撤掉加熱器,吸附劑自然冷卻,待真空度達(dá)到要求后,打開閥門E和B,進(jìn)入循環(huán)中的吸附階段4)吸附過程中,外界水5的溫度不斷下降.0100020003004000時(shí)間/s記錄數(shù)據(jù).(5)到達(dá)吸附規(guī)定的時(shí)間后,關(guān)閉閥門B和B.沸石-乙醇;D.沸石-舁丙E,整個(gè)脫附-吸附循環(huán)結(jié)束圖3B,D工質(zhì)對(duì)模擬制冷曲線(6)一般吸附-脫附兩個(gè)循環(huán)以后,吸附量與脫附量可持平,脫出來的制冷劑通過閥門D重新進(jìn)入蒸發(fā)器,以備下次循環(huán)使用..1.2實(shí)驗(yàn)條件脫附時(shí)間:.5h;吸附時(shí)間:1h;脫附溫度≤52315K;吸附劑(沸石)用量:300g;制冷劑(水)用量:40g;外界水用量:400g10002000300040002沸石-液體對(duì)的選擇B沸石-乙醇;E沸石-水1.2.1吸附量的測(cè)定圖4BE工質(zhì)對(duì)模擬制冷曲線為了提高制冷量及制冷效率,尋找一種最佳工質(zhì)對(duì),對(duì)沸石-水、沸石-乙醇、沸石-異丙醇、2結(jié)果與討論沸石-乙二醇等工質(zhì)對(duì)采用靜態(tài)吸附法測(cè)定系統(tǒng)吸附特性靜態(tài)吸附法是使沸石與吸附質(zhì)在吸附如以高溫工業(yè)余熱、廢熱為能源,COP(吸附劑所產(chǎn)生的制冷量/吸附劑所需熱量,即制冷效系統(tǒng)中達(dá)到靜態(tài)平衡,然后測(cè)定并計(jì)算相應(yīng)吸附率)并不是主要的指標(biāo),制冷量則成為一個(gè)重要的量的方法制冷劑的變化可通過計(jì)量瓶讀數(shù)差直接求得結(jié)果見表1參數(shù)制冷量是指制冷機(jī)(或制冷系統(tǒng))單位時(shí)間1沸石-制冷劑的吸附量?jī)?nèi)從被冷卻物體空間中提取的熱量,而制冷機(jī)中蒸發(fā)器所吸取的熱量—制冷量用來度量制冷機(jī)制冷劑乙醇乙二醇異丙醇水(或制冷系統(tǒng))的制冷能力(制冷容量)的大小.制吸附量/ml25冷量可用Q表示在計(jì)算本模擬系統(tǒng)的制冷量1.2.24種工質(zhì)對(duì)的制冷性能對(duì)以上4種工質(zhì)對(duì)進(jìn)行模擬制冷實(shí)驗(yàn),測(cè)量時(shí),做了如下假設(shè):蒸發(fā)器的傳熱效率80%.則Q.=1.25Q/t=1.25cm△7/t其制冷性能得制冷曲線如圖2~圖4所示其中:c為H2O的熱容;m為H2O的質(zhì)量;t為時(shí)間;c,m均為定值.分別計(jì)箅15min內(nèi)沸石-水、乙醇、乙二醇、異丙醇的制冷量結(jié)果見表2表2沸石-制冷劑的制冷量制冷劑水乙醇異丙醇乙二醇平均溫差/℃制冷量18.6732.619.831867B沸石-乙醇;C沸石-乙二醇由表1表2及圖2-4可見沸石-乙醇工質(zhì)圖2BC工質(zhì)對(duì)模擬制冷曲線對(duì)制冷量最大,且制冷速率最快沸石-乙醇工質(zhì)對(duì)在15min內(nèi)的制冷量比沸石-水工質(zhì)對(duì)的制冷量提高了7493%切固體,不論是天然的還是人工合成的都第4期王劍峰等沸石分子篩-乙醇工質(zhì)對(duì)的研究55具有表面沸石-乙醇和沸石一水體系中,乙醇、水,而且體系壓力高,對(duì)系統(tǒng)無特殊要求,在實(shí)驗(yàn)水物理吸附于沸石的表面,由于乙醇和水的分子中較易維持真空度因而,沸石-乙醇是沸石摩爾體積不同,極化率不同沸石-乙醇和沸石-水活性碳-甲醇工質(zhì)對(duì)的適宜替代物,適用于水體系的特征吸附功也不同150~250℃的高溫L業(yè)余熱及廢熱,是具有實(shí)用由 Dubinin公式34可確定:沸石-乙醇體系前景的工質(zhì)對(duì)的特征吸附功在53kJ/ml左右,而沸石分子篩水體系的特征吸附功值為21k/mol.特征吸附功參考文獻(xiàn):為正值,且值較大,說明吸附能力強(qiáng);特征吸附功1. TCHERNEV D. Use of natural zeolites in solar refngera為正值,但較小,說明解吸再生容易沸石-乙醇tion[J] ASSET,1984,6(5):21-24體系的特征吸附功遠(yuǎn)大于沸石分子篩-水體系的2 CRITOPH R E. erformance iimititation of aborption cyele特征吸附功,因此為提高制冷量及制冷速率,應(yīng)選for solar cooling[ J]. Solar Energy,1988,41(1): 21-31擇沸石-乙醇體系這和實(shí)驗(yàn)結(jié)果恰恰相符[3]北川浩鈴木謙一朗.吸附的基礎(chǔ)與設(shè)計(jì)M]鹿政理,譯.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,19833結(jié)論i4]嚴(yán)愛珍,鮑書林,沸石分子篩吸附式制冷[J制冷學(xué)報(bào),1982(4):28-29沸石-乙醇工質(zhì)對(duì)不僅在性能上優(yōu)于沸石tudy on Zeolite-ethanol Work Substance PairWANG Jian-feng, WU Feng, WANG Guo-qing(I. College of Chemical Engineering. Zhenghou University of Technology, Zhenghou 450002, China; 2. College of Chemical EngineeringMaterials, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)Abstract: Finding the optimum work pair is necessary to improve refrigeration capacities and refrigeration efficiencyBased on the absorption equilibrium theor, the performance of refrigeration cycles of several new abeorbent-re-frigent pairs is measured, such as zeolite-ethanol, zeolite- glycol and zeolite-isupropanol pairs The results showthat zeolite -ethanol is a favourable substitute for zeolite-water and active charcoal- methanol work pair. The re-frigeration capacity of zeolite-ethanol is increased by 74. 93%ag against that of zeolite-waterKey words: absorption refrigeration; zeolite; ethanol; work substance pair