溴化锂冷水机组中溴化锂溶液pH值的理论计算方法

    随着世界禁用CFC制冷剂协议的严厉执行,溴化锂制冷机组以其独特的优点得到了迅速且广泛的应用.作为溴化锂制冷机工质的溴化锂溶液,对构成制冷机的主要两种金属材料)))钢和铜的腐蚀,直接影响制冷机的寿命.腐蚀所产生的不凝性气体—H₂,使制冷机的性能下降.腐蚀形成的铁锈、铜锈,易使喷嘴堵塞、屏蔽泵轴承磨损,以致影响到制冷机的正常运行.因此,溴化锂制冷机的防腐蚀问题,在制冷机的设计、制造、运行、维修中占有重要地位.为使制冷机在运行服役期间的腐蚀控制在允许的范围内,除了要保证制冷机的真空度、在溴化锂(LiBr)溶液中加入适量的缓蚀剂、在设计制造中采用耐腐蚀的材料及防腐工艺外,使LiBr溶液在运行中保持pH=9.0~10.5也是十分重要的.溶液的pH值过小,会引起酸性腐蚀;过大,会引起碱性腐蚀.因此,如何在安装、维修溴化锂制冷机时准确测量出LiBr溶液的pH值,并根据溶液应具有的pH值计算出需向LiBr溶液中加入LiOH或HBr的量,这是广大制冷工程技术人员、LiBr制冷机运行维修人员希望解决的问题,也正是本文要阐述的问题.

    1 pH值的理论计算方法

    据无机化学原理,物质的稀水溶液中,氢离子数与氢氧根离子数之积为常数,即

    式中 cH⁺为溶液中氢离子的莫尔浓度, mol/L;

    cOH^-为溶液中氢氧根离子的莫尔浓度, mol/L;

    Kw为水的离子积常数,和温度有关,(mol/L)2,在295 K时,Kw=10^-14.

    根据索伦森(S&orewsen)提出的溶液pH值的定义[1]

pH=-lgcH⁺=14+lgcOH^-(2)

    假如LiBr溶液偏酸性,测出的pH值为pHt,则该溶液实际的OH-离子莫尔浓度计算公式可由(2)式推出

cOH^-,t=10^-14+pHt  (mol/L) (3)

    LiBr溶液偏酸性,就要用LiOH把溶液的pH值调整到要求的pH_w=9.0~10.5[2],这时溶液要求的OH^-离子莫尔浓度cOH^-,w可由(4)式算出

cOH^-,w= 10^-14+pHw (mol/L) (4)

    由于LiOH为强碱,可以认为溶液中OH-粒子的莫尔浓度就是溶液中LiOH的莫尔浓度.LiOH分子量为MLiOH=24,市售分析纯LiOH是带一个结晶水的结晶体,分子式为LiOH•H₂O,其分子量为M_LiOH•_H2O=42.

    若溴化锂制冷机中LiBr溶液的总质量为G(kg)、密度为ρ(kg/L),则溶液总体积L为

    要把总体积为L、密度为ρ、pH值为pHt的LiBr溶液调整为pH值是pHw的溶液,需向溶液中加入的LiOH•H₂O的量可由式(3)、(4)推导得出