溶液除湿空调盐溶液物性研究

溶液除湿空调盐溶液物性研究绿色建筑博客M+N5B CI\~X ~9?

作者：张伟荣 刘晓华 李震 江亿绿色建筑博客d'C _0TdV ` X

0引言

　　近年来，溶液除湿空调的发展越来越受到人们关注。除湿溶液的特性对于整个系统的性能有着重要的影响，直接关系到系统的除湿效率和运行情况。所期望的除湿溶液特性有：具有较低的表面蒸汽压、较高的溶解度、低粘度，高沸点，溶液性质稳定，低挥发性、低腐蚀性，无毒性，溶质价格低廉，容易获得等等。绿色建筑博客2|#?\NO;|

　　由于粘度大和易挥发等缺点，乙二醇、三甘醇等有机溶液已逐渐被溴化锂、氯化锂等盐溶液替代。盐溶液虽然具有一定的腐蚀性，但塑料等防腐材料的使用，可以有效的防止盐溶液对管道等设备的腐蚀；另外盐溶液不会挥发到空气中影响、污染室内空气，相反还具有除尘杀菌功能，有益于提高室内空气品质，所以盐溶液成为优选的液体除湿剂。绿色建筑博客@;z?h:@)}.[]

　　根据所需溶液的特性，目前应用较为广泛的是LiBr溶液、LiCl溶液等，但这两种溶液的价格较高。为了达到效能与经济性的统一，不少学者开始混合溶液物性的研究工作。由于除湿所使用的盐溶液严重偏离理想溶液的性质，因此混合溶液几乎没有可遵循的计算定律，给进一步研究混合特性带来了较大的不便。Ahmed等人提出估计混合除湿剂性质时应该使用简单的混合规则，其中蒸汽压的计算结果在溶液低浓度时，很好的与实验结果相符，但在高浓度时偏差随温度的升高而增大。

　　我们研究了溶液表面蒸汽压、密度、粘度以及溶解度的实验测量方法，总结了前人关于混合溶液的研究结果，计划通过实验方法测量各物性参数，拟和出计算公式。

1除湿溶液物性参数与测量方法绿色建筑博客 L3g4\hSU{NI,y

1.1表面蒸汽压绿色建筑博客 |s2WYp/v)M

　　除湿溶液除湿性能的好坏与其表面蒸汽压的大小有直接关系。由于被处理空气的水蒸气分压力与除湿溶液的表面蒸气压之间的压差是水分在湿空气和除湿溶液之间传递的动力，因而在除湿过程中，溶液的表面蒸汽压越低，在相同的处理条件下，溶液的除湿能力越强，与所接触的湿空气达到平衡时，湿空气具有更低的含湿量。在再生过程中，传质的机理与除湿过程相同，仅是传质的方向不同而已。

　　对混合溶液表面蒸汽压的测量采用动态法（利用当液体的蒸汽压与外压相等时液体沸腾的原理），实验仪器如图1所示，具体实验方法如下：绿色建筑博客TtH)^'oT"_

1.                          准确读取实验时大气压值，与实验结束时读取的大气压值取平均；绿色建筑博客hZN/f*I(ZI]

2.                          在三颈瓶中加入蒸馏水及沸石；

3.                          对实验系统进行检漏；

4.                          将溶液倒入三颈瓶中，直至半满；

5.                          启动真空泵，让水平稳的沸腾；

6.                          调整恒温槽温度，测定水在不同外压下沸腾的温度，即溶液的表面蒸汽压。绿色建筑博客w7G4t S\jf

图1动态法溶液饱和蒸汽压测定装置

1.2密度测量

　　对混合溶液密度的测量使用密度计，实验步骤如下：绿色建筑博客7A2q2D]']4] j

1.                          对密度计进行清洁及干燥；绿色建筑博客O*a6nh`lb

2.                          确保密度计温度与混合溶液温度相同；绿色建筑博客i]8T@ k] k5W4_

3.                          将溶液混合充分后倒入容器中；绿色建筑博客Y/z1LT T

4.                          将容器浸入恒温水浴中；绿色建筑博客(X(Z`8z;{

5.                          将密度计放入溶液中浮起，读取数值。绿色建筑博客:_'o uI+T

1.3粘度测量

　　粘度也是除湿溶液性能评价的一个重要参数，低粘度的溶液，可以降低泵的功耗，减小传热阻力。使用特制的毛细管粘度计测量混合溶液粘度，如图2所示，实验步骤如下：

1.                          用溶剂清洗密度计，并干燥之；绿色建筑博客XGO!Nxw6E4r,[

2.                          对将要测量的混合溶液进行过滤操作；

3.                          将溶液倒入粘度计中，倒置粘度计，使A管浸没于溶液中，在E管处提供吸力，使溶液被吸至球茎1，2处；

4.                          使粘度计正立，让溶液流回球茎3；绿色建筑博客l}A/hxhi

5.                          将粘度计放入恒温水浴中，静置大约10分钟；

6.                          在E管处加压，使溶液流回球茎1中；

7.                          测量流出时间，记录溶液从刻线B流至刻线C的时间，通过时间折算粘度。

图2粘度计绿色建筑博客YM:Tu4q v

1.4溶解度的测量

　　大部分盐溶液的表面蒸汽压随溶液浓度的增大而减小，但当溶解度较大时，会出现结晶，所以如何选取混合溶液的流量比，以提高吸收率并减小液体除湿剂的用量亦是一个重要研究内容。溶解度的测量方法如下：

1.                          将待测混合溶液倒入试管中，并保证试样温度高于饱和温度；

2.                          将试管放入冰瓶中，搅拌溶液，观察随着温度的降低，直到有溶质析出；绿色建筑博客]q a:\~/wa#sl

3.                          当有溶质析出时，记下此时温度，重复实验。

2几种混合盐溶液绿色建筑博客,NZ&a%G)l

2.1 LiCl和LiBr混合溶液

　　溴化锂是一种稳定的物质，在大气中不变质、不挥发、不分解、极易溶于水，常温下是无色晶体，无毒、无嗅。溴化锂极易溶于水，20℃时食盐的溶解度为35.9g，而溴化锂的溶解度是其3倍左右。溴化锂溶液的蒸汽压，远低于同温度下水的饱和蒸汽压，这表明溴化锂溶液有较强的吸收水分的能力。溴化锂溶液对金属材料的腐蚀，比氯化钠、氯化钙等溶液要小，但仍是一种有较强腐蚀性的介质。60%~70%浓度范围的溴化锂溶液在常温下溶液就结晶，因而溴化锂溶液浓度的使用范围一般不超过70%。

　　氯化锂是一种白色、立方晶体的盐，在水中溶解度很大。氯化锂水溶液无色透明，无毒无臭，粘性小，传热性能好，容易再生，化学稳定性好。在通常条件下，氯化锂溶质不分解，不挥发，溶液表面蒸汽压低，吸湿能力大，是一种良好的吸湿剂。氯化锂溶液结晶温度随溶液浓度的增大而增大，在浓度大于40%时，氯化锂溶液在常温下即发生结晶现象，因此在除湿应用中，其浓度宜小于40%。氯化锂溶液对金属有一定的腐蚀性，钛和钛合金、含钼的不锈钢、镍铜合金、合成聚合物和树脂等都能承受氯化锂溶液的腐蚀。绿色建筑博客J|'P RxK9OZ

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图3氯化锂溶液表面蒸汽压　　　　            　　图4溴化锂溶液表面蒸汽压

　　图3，4为Kashinath等人采用动态法测出的氯化锂和溴化锂溶液表面蒸汽压随温度和浓度变化的曲线图。从中可以看出，相同温度浓度时，氯化锂的表面蒸汽压低于溴化锂溶液的表面蒸汽压。而Wimby等人在对混合溶液的研究中提出，在一种溶液中添加另一种溶液，最大的优点在于有效抑止结晶，而同时带来的问题是混合溶液的粘度一般要高于单一溶液。绿色建筑博客^ us%Z8o

2.2 LiCl /LiBr和CaCl₂混合溶液绿色建筑博客b*X F8G+S:Vk

　　氯化钙是一种无机盐，具有很强的吸湿性，吸收空气中的水蒸气后与之结合为水化合物。无水氯化钙白色，吸收水分时放出熔解热、稀释热和凝结热，只有在700~800℃高温时才稍有分解。氯化钙溶液仍有吸湿能力，但吸湿量显著减小。氯化钙价格低廉，来源丰富，但氯化钙水溶液对金属有腐蚀性，其容器必须防腐。

　　CaCl₂最大的优点是价格十分便宜，与LiBr或LiCl溶液混合，可以充分弥补后者价格昂贵的缺点。ERTAS等人提出了Cost-Effective Liquid Desiccant（CELD）的概念，经过实验测量，确定了LiCl与CaCl₂溶液混合比为1：1时，达到最优性价比的混合工质，并测量出了CELD的表面蒸汽压，密度和粘度。分别如图5、6、7所示。绿色建筑博客N0mZP%jj%z

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      图5 CELD溶液表面蒸汽压　　　　　　　　图6 CELD溶液密度绿色建筑博客w&L:t"TAi@*Fc

     图7 CELD溶液粘度绿色建筑博客&?@
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2.3其他混合溶液绿色建筑博客$UEU*a2N(z

　　除以上两种混合方式外，还有研究表明可以加入碘化锂溶液（LiI），硝酸锂溶液（LiNO₃），溴化锌（ZnBr₂）均可以起到抑止结晶，提高溶解度的作用。

3结语

　　本文研究了溶液表面蒸汽压、密度、粘度以及溶解度的实验测量方法，总结了前人关于混合溶液的研究结果，为进一步通过实验研究混合溶液性质，开发高效经济的除湿剂奠定基础。绿色建筑博客p6Ly!Y5n:}n"p

参考文献

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·                      Kashinath R. Patil, Journal of Chemical and Engineering Data, Apr, 1990 ,v 35, n 2, p 166-168

·                      Wimby, J. Martin; Journal of Chemical and Engineering Data, Jan, 1994, v 39, n 1, p 73-78

·                      Koo, Kee-Kahb; Journal of Chemical and Engineering Data, Sep-Oct, 1998, v 43, n 5, p 722-725

·                      Ahmed, S. Younus;Solar Energy, January, 1998, Volume: 62, Issue: 1, pp. 11-18

·                      万洪文．詹正坤．物理化学．北京：高等教育出版社，2002绿色建筑博客BD~&x1U kI'_ WUWT

·                      黄允中，张元勤，刘凡．计算机辅助物理化学实验．北京：化学工业出版社，2003绿色建筑博客#TMpr
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