沸石分子筛-水吸附工质对的吸附性能及导热性能

    0 引 言

    吸附式热泵能否得到工业应用很大程度上取决于所选用的工质对,工质对的热力性质对系统性能系数、温升幅度、设备材料、一次性投资等影响颇大。要根据实际热源温度的高低选择适用的工质对,并根据实际的要求选择合适的制冷循环方式,才能有效地发挥系统的作用。已研究的吸附工质对主要有:活性炭-甲醇、沸石-水、硅胶-水、金属氢化物-氢(物理吸附)和氯化钙-氨、氯化锶-氨(化学吸附)等,目前应用较多的是前两者。

    沸石-水工质对的解吸温度范围较宽(70~250℃),吸附热(3200~4200kJ/kg)、蒸发潜热(2400~2600kJ/kg)均较大,沸石-水性质稳定,在高温下不起反应,且经多次吸附-解吸后,吸附性能基本不变,沸石的吸附等温线在超过一定压力后基本水平,随压力变化不大,这样,冷凝温度升高对制冷量和系统COP的影响不大,能使吸附制冷系统在较大的温度范围内冷凝散热而保持高性能,对环境的适应能力强。但该系统蒸发温度大于0℃,不能用于制冰,另外系统是真空系统,对真空密封性要求很高,而蒸发压力低也使得吸附过程较慢。

    吸附剂的吸附能力,常用吸附量来表示。在吸附制冷中,吸附量是研究吸附过程的一个基本参数,它的大小直接影响制冷循环的制冷效率,也是对吸附制冷系统进行理论模拟、优化仿真等深入研究所必不可少的基本参数。然而,由于各种吸附剂的吸附性能随着生产材料、生产厂家、生产工艺以及使用条件不同而有较大的差别,且同种吸附剂对不同吸附质的吸附性能也各异。也即吸附量大小与吸附剂及吸附质的性质、温度、压力等许多因素有关,因为这些关系到目前为止还不能预先精确推断,所以必须通过实验来确定。

    1 沸石分子筛-水工质对的吸附性能实验研究

    吸附性能实验中以4种沸石为样品,A、B、C均为UOP公司生产的颗粒状13X沸石,A为圆球形,平均直径Φ=4.0mm;B为小圆柱形,直径Φ=1.7mm,高2~5mm;C为较大圆柱形,直径Φ=3.0mm,高4~7mm;D为由粉状13X沸石与粘结剂复合得到的中空圆柱形块状复合吸附剂[1],内径12mm,外径54mm,高111mm。

    1.1 最大吸附量及密度的测定

    将一定质量的四种样品放入325℃的恒温炉中在大气压下加热12h,认为沸石的吸附量为零(一般测量应在400℃环境中加热8h)。之后将样品取出置于大气环境中(环境温度21℃,湿度约60%)让其吸附达到饱和。分别称取其干、湿重量,并计算最大吸附量,结果如表1所示。

    取在大气环境中吸附饱和的A、B、C三种湿沸石颗粒各100mL称重,计算得到其密度(对沸石块D则直接计算其体积),再换算成干沸石密度,结果如表2所示。