以mmimDMP甲醇为工质对的吸收式制冷循环研究Word下载.docx

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。

张力、黏度、密度等性质做了分析［

离子液体是一种具有独特物化性质的新型绿色溶剂，与甲醇等有机溶剂可以完全互溶；

溶解时其黏度急剧下降；

化学稳定性和热稳定性较高；

制

收稿日期：

２０１２０９１０－－

作者简介：

郭媛媛，硕士，研究方向为制冷与低温工程。

系统压力要求适中，放气范围较广，无结造简单；

晶现象，甲醇沸点与离子液体相差较大，无需精馏设备，离子液体对金属无腐蚀。

因此，笔者对离子［液体１，３ｍｍｉｍ］－二甲基咪唑磷酸二甲酯盐（作为吸收剂、甲醇作为制冷剂的吸收式制冷ＤＭＰ）

循环系统进行计算研究。

１　［ｍｍｉｍ］ＤＭＰ－甲醇溶液的性质

［］

１．１　二元溶液的密度３

在２离子液体摩尔分９５～３２５Ｋ温度范围内，数分别为０．２０３，０．３９９，０．６０３，０．８０５和１．０００时二元溶液的密度为

α＋ρ＝β×

Ｔ

（）１

８·

　　·

５第１３卷　

其中：

ｉ－１ａｘα＝ｉ∑ｉ２＝１

４４

温度与浓度关系３１．４　混合溶液的压力、

实验测定离子液体的质量分数（分别在ε）０．５００，０．４１３，０．３０３，０．２０３和０．１０４时的混合溶液的蒸汽压，得到一系列数据点，如图１所示。

ｂｘ∑β＝ｉ

＝１

３

／）；

式中：

ｃｍＴ为绝对温度（Ｋ）ａｇｉ和ｂｉρ为密度（；

为最小二乘法确定的回归系数（见表１）ｘ２为离子液体质量分数。

表

回归系数

ｉ－１

ｉ２

１．２　二元溶液的黏度３

在２离子液体９８．１５～３２３．１５Ｋ温度范围内，摩尔分数分别为０．２０３，０．３９９，０．６０３，０．８０５和１．０００时二元溶液的黏度为：

图１　不同离子液体质量分数下二元溶液蒸汽压与温度关系

Ｅａｘｐη＝η!

ｅＲＴ

５

）

（）２

利用Ｏ将图１中数据拟合成公式，ｒｉｉｎ软件，ｇ、）得到温度与压力（质量分数（之间的关系式，εｐ）Ｔ＝＋３３．４２４

０．００４５７－０．００１５－０．０００２６１１１５ｌｎ　　ε　　　ｐ

（）４

与文献［中的实测数据相比，式（中计算３］４）温度值的平均相对误差为０．０５６％。

１．５　二元混合溶液的焓值计算４

［ｍｍｉｍ］ＤＭＰ－甲醇溶液的比焓值表达式为

Ｂｘ２∑ｉη!

＝ｉ

Ｅａ＝∑Ａｘｉ２

ｉ＝１

其中，系数Ａｉ和Ｂｉ列于表２

ｈ＝４９１．６５３－２１．３５４５×

ε＋０．

２２

（）（０．０２５１０４９６０２７３Ｔ－Ｔ０）＋　ε－０．　ε＋０．　

２Ｅ（）（－０．８８９５８６６７００３Ｔ－Ｔ０）＋ｈ　ε＋０．ε＋１．　

（）５

１．３　二元溶液的比热容３

在２离子液体９８．１５～３２３．１５Ｋ温度范围内，摩尔分数分别为０．２０３，０．３９９，０．５９１，０．８１０和可采用下式计算：

１．０００时二元溶液的密度，

其中，过量焓如下：

Ｅ

ｈ＝ｘｘ１２

ｃｃａ×

Ｔ０＋ｐ＝ｐ

ｃ

ｘ０＝∑Ａｉ２ｐ

ｉ＝１５

（）３

（２２１（２１１１）１２１１２１１２）＋２

（ｘｘＧ２１＋２１）（１１２（１２２２）２１２２１２１２）　　２

（ｘｘＧ１２＋１２）

］

（）６

／（ＲＴ）τｉｉｇｇｊ＝（ｊ－ｊｊ）

（Ｇｅｘ－ατｐｉｉｉｊ＝ｊｊ）

ａ＝∑Ｂｘｉ２

系数Ａｉ和Ｂｉ列于表３

Ｂ１Ｔ１２－２２＝Ａ１＋ｇｇ

Ｂ２Ｔ２１－１１＝Ａ２＋ｇｇ

Ｔ０为对比温度，Ｔ０＝２７３．１５Ｋ；

Ｔ为二元溶液的温度；

ｘ１和ｘ２分别为离子液体和甲醇的摩尔分数；

Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２和αｉｊ均为模型参数。

根据相关文献、实验数据和ＮＲＴＬ模型进行）分析，当离子液体的质量分数在（０．１７７３，０．７４９２　　）时用三参数模型，当在（时用五参０．７４９２，０．８７４５　　

　第３期郭媛媛等：

以［ｍｍｉｍ］ＤＭＰ－甲醇为工质对的吸收式制冷循环研究

表４　三参数ＮＲＴＬ模型参数

·

５９·

ｇｇ１２－２２

－３６．９４ｇｇ２１－１１

－２５１７６．９　　

α１２

０．０３１３　

表５　五参数ＮＲＴＬ模型参数

Ａ１

１３２２．３　

Ａ２

－１２６３　

Ｂ１

－１６．７　

Ｂ２

１５．４　

０．７

数模型，各参数值见表４和表５。

１．６　甲醇制冷剂蒸气焓值计算

甲醇蒸气的焓值为甲醇汽化潜热与液相焓之和。

］５

）甲醇汽化潜热［计算１

以一个温度下的汽化潜热利用Ｗａｔｓｏｎ公式，

有如下公式：

计算另一个温度下的汽化潜热，

图２　采用传热传质分离结构的吸收式制冷循环流程图

表６　选取参数值表

名称

吸收器出口冷却水温度冷凝器出口冷却水温度

冷凝温度冷凝压力蒸发温度蒸发压力吸收压力

吸收器出口稀溶液温度发生器出口浓溶液温度

稀溶液质量分数浓溶液质量分数

溶液热交换器出口浓溶液温度溶液热交换器出口稀溶液温度

吸收器中喷淋溶液温度

符号／单位

／℃ｔｗ１／℃ｔｗ２

／℃ｔｋ／ｋＰａ　ｐｋ／ｔｏ℃／ｋＰａ　ｐｏ

来源

结果３７３７４０３５．４１０７．４

ｔ５　ｗ＋ｔ５　ｗ＋

ｔ３　ｗ２＋

Ｈ２＝ΔＨ１×

Δ

１－Ｔｒ２

１－Ｔｒ１

ｎ

（）７

ｎ＝ｂｂＴｒ＋ｂＴ２ｂ，Ｔ３０＋１２ｒ＋ｒ

Ｔｒ１为基准温度０℃下的对比温度，值为０．５３２３；

ＴｒＴｒ为　２为计算温度下的对比温度；

对比温度；

值为Ｈ１为基准温度下汽化潜热，Δ

／；

９．１２９ｋｃａｌｍｏｌｂ．１５３８８９４７１，ｂ　　０＝－１１＝１６９０１５，ｂ．３８８０３９０５９，ｂ５．１９９　　　　２＝－６３＝

２．７２７９２４００８。

　　）甲醇液相焓计算２

，利用混合溶液焓值计算公式（当离子液体５）

质量分数ε＝０时，甲醇液相焓为

２ｈ甲醇＝４９１．６５３＋０．０１３６５ｔ＋１．７００３ｔ　　

故得到甲醇蒸气的焓值为

ｔ３　ｘ′－

／ｋＰａ７．４　ｐａ

／℃ｔｔ３４０　２ｗ１＋／，（）ｔ８９．６εｐ４℃ｒｐｋｇ＝

εａεｒ／ｔ８℃／℃ｔ７

／℃ｔ９

０．７２０．８２

ｔ１５　２＋

，ｈ７εａｈε９，ｏ

５５７９４２

表７　各状态点参数表

蒸发器中甲醇制冷剂液体

标号１　

温度／压力／质量

℃ｋＰａ分数１０４　７．１０４　７．　４０　

０．７２　

４０５．４　３　

１６９８．７　４８６４８８．１焓值／

／）（ｋＪｋｇ

ｈ′＝ΔＨ２＋ｈ甲醇

２　制冷循环的计算研究

（）８

蒸发器中甲醇制冷剂蒸气１′

吸收器出口稀溶液２　冷凝器中甲醇制冷剂液体

３　

采用单效循环理论，并采用传热传质分离的［吸收器，具体流程（见图２）为：

ｍｍｉｍ］ＤＭＰ－甲醇稀溶液在发生器中被热源加热，产生制冷剂甲醇制冷剂甲醇蒸气在冷凝器中被冷却，并凝结蒸气，

成液态，经过节流阀，进入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发，吸收冷媒热量，冷媒温度降低，制冷剂甲醇由液态转变为气态。

由发生器出来的浓溶液，经溶液热交换器后，与来自吸收器的部分稀溶液混合，进入吸收预冷器与冷却水进行热量交换，然后进入吸收器进行喷淋，吸收来自蒸发器的制冷剂甲醇蒸气。

其中稀溶液先经溶液热交换器吸热升温，再进入发生器，进行下一个循环。

２．１　设计参数

设定制冷量Ｑｏ＝５ｋＷ，冷冻水出口温度ｔｘ′

＝冷却水进口温度ｔ热源温度：

１３℃，３２℃，ｔｗ＝ｈ＝

冷凝器中甲醇制冷剂蒸气３′４０５．４１７２６．１　３　　

发生器出口浓溶液４９．６０．８２２８．４　８　　６溶液热交换器出口稀溶液７９０．７２５４６　７　　溶液热交换器出口浓溶液８５０．８２５６０　５　　吸收器中喷淋溶液

９　

４２　

５００

［］１００℃。

各状态点参数值６见表６和表７。

２．２　各换热器热负荷计算

）制冷剂流量（／）１ｋｓｇ

ＱｏＱｏ

＝０．００４１３　ｑｍｄ＝＝

ｈ′ｈｏ１－３ｑ

）发生器热负荷（２ｋＷ）

Ｑｇ＝（ｈｈ′ｈ７．３４ｆ－４＋３－ｆ７＝ｑｍｑｍｄ）ｑｍｄｑｍ

／）。

式中ｑｋｓｇｍｆ为送往发生器的稀溶液的流量（）冷凝器热负荷（３ｋＷ）Ｑｋ＝ｈｈ＝５．１１３′－３）ｑｍｄ（

）吸收预冷器热负荷（４ｋＷ）

Ｑａ＝（ｈｈ′ｈ７．２２ｆ－９＋１－ｆ２＝ｑｍｑｍｄ）ｑｍｄｑｍ

０·

６第１３卷　

）溶液热交换器热负荷（５ｋＷ）Ｑｅｈｈ＝２．０４ｘ＝ｆ（７－２）ｑｍ２．３　热力系数和热力完善度

）热力系数１

发生温度超过了溴化锂水溶液的耐腐蚀温度之／而［后，Ｈ２ＯＬｉＢｒ工质对将不再适用，ｍｍｉｍ］故其适用范围要ＤＭＰ－甲醇溶液对金属无腐蚀性，

／。

大于Ｈ２ＯＬｉＢｒ３　结论

对采用离子液体［ｍｍｉｍ］ＤＭＰ－甲醇作为工质对的吸收式制冷循环进行了研究，对该吸收式制

ｏ

ＣＯＰ＝＝０．６８

Ｑｇ

）最大热力系数２

ｍａｘ＝ξ

３－２１

＝２．５８

Ｔ３Ｔ２－Ｔ１

热源温度Ｔ３＝３环境温度Ｔ２＝３７３Ｋ；

０８Ｋ；

））

并与采用传统工质对的冷循环进行了热力计算，

制冷循环的工作压力和ＣＯＰ等进行了比较。

分析表明，新型工质对的工作压力要求适中，ＣＯＰ与／／但低于Ｈ２Ｏ尽ＮＨ３Ｈ２Ｏ系统相当，ＬｉＢｒ系统，

管如此，由于离子液体［ｍｍｉｍ］ＤＭＰ－甲醇溶液对／。

因其适用范围要大于Ｈ２Ｏ金属无腐蚀，ＬｉＢｒ此，离子液体［ｍｍｉｍ］ＤＭＰ－甲醇工质对在吸收式制冷系统中具有一定的应用价值。

参考文献

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ｆｒｉｅｒａｎｔｂｓｏｒｂｅｎｔＰａｉｒｓｉｎａＶａｏｒｂｓｏｒｔｉｏｎＲｅ－Ａ　　　　－Ａ　－ｇｐｐ［］ｆｒｉｅｒａｔｉｏｎＣｃｌｅｂｔｈｅＵｓｅｏｆＥｕａｔｉｏｎｓｏｆＳｔａｔｅＪ．　　　　　　　ｇｙｙｑ　，（）：

ＡｌｉｅｄＥｎｅｒ２００５，８０４３８３３９９．　－ｐｐｇｙ

冷源温度Ｔ１＝２８８．５Ｋ。

）热力完善度３

＝０．２６４β＝ｍａ

ξｘ

２．４　新型工质对与传统工质对制冷循环的比较基于［通ｍｍｉｍ］ＤＭＰ－甲醇溶液热物性模型，过对单效循环进行计算，得出新型工质对的热力系数ＣＯＰ＝０．６８。

］／／为了与文献［中Ｈ２Ｏ７ＬｉＢｒ和ＮＨ３Ｈ２Ｏ循环的制冷效率作比较，笔者选取了与文献［相同７］的循环工况，即发生温度１冷凝温度４００℃，０℃，蒸发温度１则新型工质对与传统工质对单效０℃，、循环系统工作压力、循环倍率（放气范围（及ε）ｆ）

ＣＯＰ的对比如表８所示。

表８　三种工质对单效循环性能比较

工质对新型工质对

／ＮＨ３Ｈ２Ｏ　／ＬｉＢｒＨ２Ｏ　

／／ｋＰａｋＰａ　ｐ　ｐｋｏｆ

３５．４７．４８．２４　　　１５４８　　７．３８　

６１５　１．２３　

２．５４　４．０８　

ε

０．１０　

０．２４　０．１６　

０．６８０．６５０．８３

通过上表可以看出：

）新型工质对的工作压力远低于ＮＨ／，１Ｈ３２Ｏ

／稍微大于Ｈ２Ｏ真空度要求低于ＬｉＢｒ的。

此外，／。

Ｈ２ＯＬｉＢｒ

）新型工质对的循环倍率虽然要高于ＮＨ３／２／，但是在可接受范围之内。

Ｈ２Ｏ及Ｈ２ＯＬｉＢｒ

）新型工质对的Ｃ／３ＯＰ要低于Ｈ２ＯＬｉＢｒ系／／统，而稍高于ＮＨ３即与ＮＨ３Ｈ２Ｏ系统，Ｈ２Ｏ系统的Ｃ但溴化锂水溶液具有腐蚀性，当ＯＰ相当。