沸石分子篩-乙醇工質(zhì)對的研究

199年12月鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報第20卷第4期Joumal of Zhengzhou University of TechnologyVoL 20文章編號:1007-6492(1999)04-0053-03沸石分子篩-乙醇工質(zhì)對的研究王劍峰’,吳鋒2,王國慶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,以提高制冷量及制冷效率,應用吸附平衡基本理論,測定了沸石-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)對的性能,結果表明:所研制的沸石一乙醇工質(zhì)對是沸石-水、活性碳一甲醇工質(zhì)對的良好替代物,其割冷量可比沸石-水工質(zhì)對提高74.93%,是具有實(shí)用前景的工質(zhì)對關(guān)鍵詞:吸附制冷;沸石;乙醇;工質(zhì)對中圍分類(lèi)號:TQ10.2文獻標識碼:A0引言問(wèn)題吸附式制冷機的應用可以追溯到2世紀初,1實(shí)驗部分后因機械工業(yè)的發(fā)展而逐漸被功率大得多的蒸汽1.1模擬制冷系統壓縮式機組所取代近年來(lái),生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展考慮到本實(shí)驗對系統的真空度要求較高,常給人類(lèi)帶來(lái)了迫切需要解決的能源和環(huán)境問(wèn)題,用的閥門(mén)難以滿(mǎn)足要求,因而本系統所用閥門(mén)、吸使得太陽(yáng)能和工業(yè)廢熱等低品位能源的開(kāi)發(fā)利用附器冷凝器及蒸發(fā)器均用玻璃制成實(shí)驗裝置如日益重要,而吸附式制冷技術(shù)因其在該方面的獨圖|所示到優(yōu)勢又重新得到重視,且氟里昂對大氣臭氧層有破壞作用限制生產(chǎn)和使用氟里昂的國際蒙特利爾議定書(shū)已生效作為“無(wú)氟制冷”的一個(gè)重要方面,吸附式制冷技術(shù)的研究越來(lái)越受到制冷界中的關(guān)注吸附式熱泵能否得到工業(yè)應用,很大程度取決于所選用的工質(zhì)對為了尋找合適的工質(zhì)對前人做了大量工作目前已開(kāi)發(fā)出許多工質(zhì)對,主要有以下幾種:硅膠-二氧化碳;硅膠-甲醇;硅1,2U型壓力計;3級沖瓶;4發(fā);5外界水膠-丙酮;沸石分子篩-水;沸石分子篩-有機制6儲液最:7冷凝:8.液封管;9加熱醫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(mén)的研究結果看來(lái),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)對于被認為是性能最好的2.但1.1.1實(shí)驗步驟是它們都有不可忽視的缺點(diǎn):首先,以水為制冷劑(1)系統檢漏打開(kāi)所有閥門(mén),系統抽真空的工質(zhì)對要求工作壓力極低其設備應用要求有然后關(guān)閉閥門(mén),靜置一段時(shí)間若壓力計指數沒(méi)有較高的真空度,這在實(shí)際應用上是很難保證的其下降,說(shuō)明系統不漏否則逐段檢漏達到不漏為次,甲醇是一種有毒物質(zhì)吸人少量的蒸汽即可導止致失明,不宜推廣.因此,尋找最優(yōu)的工質(zhì)對是一(2)打開(kāi)控溫開(kāi)關(guān),加熱吸附劑當壓力計2項重要的工作,是提高制冷量及制冷效率的根本指數有所下降脫附器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基金項目:國家·863’基金資助項目(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化工材料方面的研究鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報1999年人冷卻水,打開(kāi)閥門(mén)F,進(jìn)入循環(huán)中的脫附階段,說(shuō)附出來(lái)的水蒸汽經(jīng)冷凝器7液化,U型液封管8,進(jìn)入儲液器6(3)脫附結束后,關(guān)閉閥門(mén)F,撤掉加熱器,吸附劑自然冷卻,待真空度達到要求后,打開(kāi)閥門(mén)E和B,進(jìn)入循環(huán)中的吸附階段4)吸附過(guò)程中,外界水5的溫度不斷下降.0100020003004000時(shí)間/s記錄數據.(5)到達吸附規定的時(shí)間后,關(guān)閉閥門(mén)B和B.沸石-乙醇;D.沸石-舁丙E,整個(gè)脫附-吸附循環(huán)結束圖3B,D工質(zhì)對模擬制冷曲線(xiàn)(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(lái)的制冷劑通過(guò)閥門(mén)D重新進(jìn)入蒸發(fā)器,以備下次循環(huán)使用..1.2實(shí)驗條件脫附時(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-液體對的選擇B沸石-乙醇;E沸石-水1.2.1吸附量的測定圖4BE工質(zhì)對模擬制冷曲線(xiàn)為了提高制冷量及制冷效率,尋找一種最佳工質(zhì)對,對沸石-水、沸石-乙醇、沸石-異丙醇、2結果與討論沸石-乙二醇等工質(zhì)對采用靜態(tài)吸附法測定系統吸附特性靜態(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,即制冷效系統中達到靜態(tài)平衡,然后測定并計算相應吸附率)并不是主要的指標,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(guò)計量瓶讀數差直接求得結果見(jiàn)表1參數制冷量是指制冷機(或制冷系統)單位時(shí)間1沸石-制冷劑的吸附量?jì)葟谋焕鋮s物體空間中提取的熱量,而制冷機中蒸發(fā)器所吸取的熱量—制冷量用來(lái)度量制冷機制冷劑乙醇乙二醇異丙醇水(或制冷系統)的制冷能力(制冷容量)的大小.制吸附量/ml25冷量可用Q表示在計算本模擬系統的制冷量1.2.24種工質(zhì)對的制冷性能對以上4種工質(zhì)對進(jìn)行模擬制冷實(shí)驗,測量時(shí),做了如下假設: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(xiàn)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.分別計箅15min內沸石-水、乙醇、乙二醇、異丙醇的制冷量結果見(jiàn)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(jiàn)沸石-乙醇工質(zhì)圖2BC工質(zhì)對模擬制冷曲線(xiàn)對制冷量最大,且制冷速率最快沸石-乙醇工質(zhì)對在15min內的制冷量比沸石-水工質(zhì)對的制冷量提高了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,對系統無(wú)特殊要求,在實(shí)驗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:為正值,且值較大,說(shuō)明吸附能力強;特征吸附功1. TCHERNEV D. Use of natural zeolites in solar refngera為正值,但較小,說(shuō)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,應選for solar cooling[ J]. Solar Energy,1988,41(1): 21-31擇沸石-乙醇體系這和實(shí)驗結果恰恰相符[3]北川浩鈴木謙一朗.吸附的基礎與設計M]鹿政理,譯.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,19833結論i4]嚴愛(ài)珍,鮑書(shū)林,沸石分子篩吸附式制冷[J制冷學(xué)報,1982(4):28-29沸石-乙醇工質(zhì)對不僅在性能上優(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