静态下HCFC141b水合反应过程的物质输运

    气体水合物是指气体或易挥发的液体在一定温度下(一般高于水的冰点)与水结合而形成的一种笼形晶体。气体水合物中,水分子通过氢键作用形成具有一定尺寸空穴的晶格主体,气体分子或液体分子被水分子环绕,彼此通过范德华力形成外观类似冰霜的固体化合物。制冷剂气体水合物是气体水合物的一个大类,是一种很有前途的蓄冷介质[1]。

    HCFC141b(CH₃CCl₂F)为低压制冷剂,一个大气压下沸点约为32e,生成的水合物的相变温度为8.4℃[2]。在不存在别的物质的情况下,水与

    HCFC141b水合反应生成Ò型水合物,其反应关系式为:

    HCFC141b+17H₂O→HCFC141b•17H₂O

    按照分子量关系,HCFC141b与水的质量比是1:2.617时二者刚好能够完全反应。

    因为HCFC141b能在常压下应用,具有很好的应用前景,所以国内外对其有较多的研究。但是HCFC141b与水互不相溶,静态情况下相界面处质量扩散速度很慢,所以结晶的诱导时间长,过冷度大,晶粒的生长速度慢。

    在实用化的研究中,主要是通过增加表面剂[3]及纳米颗粒[4]与增加机械扰动等方法来促进水合物的快速生成。但是扰动除了消耗能源外,系统装置上也需要特别设计,所以相对来说如果能够只添加一些新的组分,在静态情况下顺利发生反应就来得更理想。所以主要是对添加表面活性剂SDBS(sod-ium dodecylbenzenesulfonate,十二烷基苯磺酸钠)的情况下HCFC141b的静态水合反应进行仔细观察研究,希望进一步了解水合物生成过程,找到合适的方法促进水合物的生成。

    在文献[5]中有详细叙述配置铁丝、加SDBS时HCFC141b的水合过程,说明了穿过水与HCFC141b相界面并在HCFC141b相中与玻璃壁面接触的铁丝能够大大的缩短诱导时间及降低过冷度,结果非常漂亮。对其结果进行了重复实验,并在其基础上更加具体地观察了表面现象,改变了铁丝的配置方式,及对添加铁丝的作用、该状况下水合过程中水的输运作了进一步的探讨。

    1 实验装置及实验过程

    实验装置如图1所示,其中空气浴由高低温试验箱提供。高低温试验箱,稳定运行时温度波动小于0.2℃。温度测量系统包括T型热电偶,FLUKEHydra Logger 2635A型数据采集仪、计算机;图像采集系统包括XLT-500型体视显微镜,CCD图像采集系统;电子天平精度为0.01g;试管内径约1cm,铁丝直径为2mm,长约为15mm。试验用HCFC141b试剂纯度≥99.5%, SDBS含量>90%,二次蒸馏水。

    取干净的试管,往其中小心加入2mL的HCFC141b,观察其与空气形成的界面,再往其中加入w(SDBS)=0.125%的SDBS的蒸馏水溶液8mL,加入短铁丝,塞好塞子,摇匀,静置于1e的空气浴中。观察HCFC141b与SDBS溶液的界面与玻璃的接触点的形态,观察水合物的生成与发展过程。反应物的配比为水过量,以便HCFC141b充分反应。