沸石分子筛-乙醇工质对的研究

199年12月郑州工业大学学报第20卷第4期Joumal of Zhengzhou University of TechnologyVoL 20文章编号:1007-6492(1999)04-0053-03沸石分子筛-乙醇工质对的研究王剑峰’,吴锋2,王国庆2(1郑州工业大学化工学院河南郑州450002;2.北京理工大学化工与材料学院,北京10081)摘要:寻栈一种最佳工质对,以提高制冷量及制冷效率,应用吸附平衡基本理论,测定了沸石-乙醇沸石-乙二醇及沸石-异丙酵几种可能的吸附式制冷新工质对的性能,结果表明:所研制的沸石一乙醇工质对是沸石-水、活性碳一甲醇工质对的良好替代物,其割冷量可比沸石-水工质对提高74.93%,是具有实用前景的工质对关键词:吸附制冷;沸石;乙醇;工质对中围分类号:TQ10.2文献标识码:A0引言问题吸附式制冷机的应用可以追溯到2世纪初,1实验部分后因机械工业的发展而逐渐被功率大得多的蒸汽1.1模拟制冷系统压缩式机组所取代近年来,生产技术的不断发展考虑到本实验对系统的真空度要求较高,常给人类带来了迫切需要解决的能源和环境问题,用的阀门难以满足要求,因而本系统所用阀门、吸使得太阳能和工业废热等低品位能源的开发利用附器冷凝器及蒸发器均用玻璃制成实验装置如日益重要,而吸附式制冷技术因其在该方面的独图|所示到优势又重新得到重视,且氟里昂对大气臭氧层有破坏作用限制生产和使用氟里昂的国际蒙特利尔议定书已生效作为“无氟制冷”的一个重要方面,吸附式制冷技术的研究越来越受到制冷界中的关注吸附式热泵能否得到工业应用,很大程度取决于所选用的工质对为了寻找合适的工质对前人做了大量工作目前已开发出许多工质对,主要有以下几种:硅胶-二氧化碳;硅胶-甲醇;硅1,2U型压力计;3级冲瓶;4发;5外界水胶-丙酮;沸石分子筛-水;沸石分子筛-有机制6储液最:7冷凝:8.液封管;9加热醫10吸附(脱附)器;1.按温仪;2.真空泵冷剂;活性碳-氨;活性碳-甲醇等但是从目前A,B,C,D,E,F均为阀门的研究结果看来,沸石分子筛-水和活性碳-甲图1模拟制冷示意图醇这两种工质对于被认为是性能最好的2.但1.1.1实验步骤是它们都有不可忽视的缺点:首先,以水为制冷剂(1)系统检漏打开所有阀门,系统抽真空的工质对要求工作压力极低其设备应用要求有然后关闭阀门,静置一段时间若压力计指数没有较高的真空度,这在实际应用上是很难保证的其下降,说明系统不漏否则逐段检漏达到不漏为次,甲醇是一种有毒物质吸人少量的蒸汽即可导止致失明,不宜推广.因此,寻找最优的工质对是一(2)打开控温开关,加热吸附剂当压力计2项重要的工作,是提高制冷量及制冷效率的根本指数有所下降脱附器10上方有水汽生成时,通收稿日期:199-07-05;修订日期:199-09-07基金项目:国家·863’基金资助项目(863-715-08-02-04)作者简介:王剑峰(1972-),女,河南省淇县人,郑州工业大学助教硕士主要从事有机化工材料方面的研究郑州工业大学学报1999年人冷却水,打开阀门F,进入循环中的脱附阶段,说附出来的水蒸汽经冷凝器7液化,U型液封管8,进入储液器6(3)脱附结束后,关闭阀门F,撤掉加热器,吸附剂自然冷却,待真空度达到要求后,打开阀门E和B,进入循环中的吸附阶段4)吸附过程中,外界水5的温度不断下降.0100020003004000时间/s记录数据.(5)到达吸附规定的时间后,关闭阀门B和B.沸石-乙醇;D.沸石-舁丙E,整个脱附-吸附循环结束图3B,D工质对模拟制冷曲线(6)一般吸附-脱附两个循环以后,吸附量与脱附量可持平,脱出来的制冷剂通过阀门D重新进入蒸发器,以备下次循环使用..1.2实验条件脱附时间:.5h;吸附时间:1h;脱附温度≤52315K;吸附剂(沸石)用量:300g;制冷剂(水)用量:40g;外界水用量:400g10002000300040002沸石-液体对的选择B沸石-乙醇;E沸石-水1.2.1吸附量的测定图4BE工质对模拟制冷曲线为了提高制冷量及制冷效率,寻找一种最佳工质对,对沸石-水、沸石-乙醇、沸石-异丙醇、2结果与讨论沸石-乙二醇等工质对采用静态吸附法测定系统吸附特性静态吸附法是使沸石与吸附质在吸附如以高温工业余热、废热为能源,COP(吸附剂所产生的制冷量/吸附剂所需热量,即制冷效系统中达到静态平衡,然后测定并计算相应吸附率)并不是主要的指标,制冷量则成为一个重要的量的方法制冷剂的变化可通过计量瓶读数差直接求得结果见表1参数制冷量是指制冷机(或制冷系统)单位时间1沸石-制冷剂的吸附量内从被冷却物体空间中提取的热量,而制冷机中蒸发器所吸取的热量—制冷量用来度量制冷机制冷剂乙醇乙二醇异丙醇水(或制冷系统)的制冷能力(制冷容量)的大小.制吸附量/ml25冷量可用Q表示在计算本模拟系统的制冷量1.2.24种工质对的制冷性能对以上4种工质对进行模拟制冷实验,测量时,做了如下假设:蒸发器的传热效率80%.则Q.=1.25Q/t=1.25cm△7/t其制冷性能得制冷曲线如图2~图4所示其中:c为H2O的热容;m为H2O的质量;t为时间;c,m均为定值.分别计箅15min内沸石-水、乙醇、乙二醇、异丙醇的制冷量结果见表2表2沸石-制冷剂的制冷量制冷剂水乙醇异丙醇乙二醇平均温差/℃制冷量18.6732.619.831867B沸石-乙醇;C沸石-乙二醇由表1表2及图2-4可见沸石-乙醇工质图2BC工质对模拟制冷曲线对制冷量最大,且制冷速率最快沸石-乙醇工质对在15min内的制冷量比沸石-水工质对的制冷量提高了7493%切固体,不论是天然的还是人工合成的都第4期王劍峰等沸石分子筛-乙醇工质对的研究55具有表面沸石-乙醇和沸石一水体系中,乙醇、水,而且体系压力高,对系统无特殊要求,在实验水物理吸附于沸石的表面,由于乙醇和水的分子中较易维持真空度因而,沸石-乙醇是沸石摩尔体积不同,极化率不同沸石-乙醇和沸石-水活性碳-甲醇工质对的适宜替代物,适用于水体系的特征吸附功也不同150~250℃的高温L业余热及废热,是具有实用由 Dubinin公式34可确定:沸石-乙醇体系前景的工质对的特征吸附功在53kJ/ml左右,而沸石分子筛水体系的特征吸附功值为21k/mol.特征吸附功参考文献:为正值,且值较大,说明吸附能力强;特征吸附功1. TCHERNEV D. Use of natural zeolites in solar refngera为正值,但较小,说明解吸再生容易沸石-乙醇tion[J] ASSET,1984,6(5):21-24体系的特征吸附功远大于沸石分子筛-水体系的2 CRITOPH R E. erformance iimititation of aborption cyele特征吸附功,因此为提高制冷量及制冷速率,应选for solar cooling[ J]. Solar Energy,1988,41(1): 21-31择沸石-乙醇体系这和实验结果恰恰相符[3]北川浩铃木谦一朗.吸附的基础与设计M]鹿政理,译.北京:化学工业出版社,19833结论i4]严爱珍,鲍书林,沸石分子筛吸附式制冷[J制冷学报,1982(4):28-29沸石-乙醇工质对不仅在性能上优于沸石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