CaCl2-LiNO3/H2O三元工质对的热物性及应用

围绕以LiBr/H₂O为工质对的单级太阳能吸收式制冷循环因对太阳能集热温度要求高而难以实现产业化工程应用的问题,本文提出了一个创新性的技术途径。即以改变工质对的吸收特性为切入点,探索具有优于LiBr/H₂O的制冷吸收特性的新工质对。研究发现,CaCl₂/H₂O溶液具有良好的制冷吸收特性,并从利用CaCl₂/H₂O的制冷吸收特性出发,筛选出了制冷吸收特性明显优于LiBr/H₂O、以廉价CaCl₂为主成分的新工质对,即CaCl₂-LiNO₃（1.8：1）/H₂O。系统地测定了其结晶温度、饱和蒸气压、密度、黏度、比热容和比焓,并与LiBr/H₂O进行了比较。结果表明,采用CaCl₂-LiNO₃（1.8：1）/H₂O作为单级太阳能吸收式制冷循环的工质对时,在同一制冷工况条件下,其发生温度亦即太阳能集热温度比采用LiBr/H₂O的情况低6.9℃,且浓溶液的结晶温度为5.0℃,比发生器温度低69.1℃,比吸收器温度低32.0℃,因而运行时不会出现结晶问题。另外,采用浸泡失重法测定了Q235碳钢和T6紫铜在CaCl₂-LiNO₃（1.8：1）/H₂O中的腐蚀速率,并与LiBr/H₂O的情况进行了比较,结果表明其腐蚀性较低,可满足实际工程应用的要求。     

基于吸收式制冷循环的CaCl2-LiCl/H2O工质对研究

利用低品位的太阳能热、地热或者工业领域低温余热废热进行吸收式制冷是实现节能减排的一个有效途径。对具有良好制冷吸收特性的工质对CaCl₂-LiCl/H₂O进行了实验研究,通过测定不同质量比的CaCl₂-LiCl/H₂O溶液的饱和蒸气压,得出了CaCl₂与LiCl的质量比为2∶1的工质对即CaCl₂-LiCl(2∶1)/H₂O的制冷吸收特性最佳。CaCl₂-LiCl(2∶1)/H₂O与常规的工质对LiBr/H₂O相比,在大幅降低工质对成本的同时,在同一制冷工况下所需驱动热源温度即发生温度降低了5.8℃,而制冷COP提高0.041,?效率提高0.052。还系统测定了CaCl₂-LiCl(2∶1)/H₂O的结晶温度、密度、黏度、比热容、比焓以及腐蚀性。结果表明,相较于其他几种以CaCl₂为主要成分的工质对,CaCl₂-LiCl(2∶1)/H₂O具有较低的黏性,且对碳钢和紫铜的腐蚀性也较小,可满足实际工程应用的要求。     

LiBr-[BMIM]Cl/H2O工质对的饱和蒸气压、结晶温度和腐蚀性

为了解决LiBr/H₂O工质对易结晶和腐蚀性强的问题,提出了LiBr-[BMIM]Cl/H₂O和LiBr-[BMIM]Br/H₂O新型工质对,研究了离子液体 [BMIM]Cl和[BMIM]Br对LiBr/H₂O结晶温度和饱和蒸气压的影响。对质量比为2.5的LiBr-IL(ionic liquids)/H₂O的饱和蒸气压、结晶温度和腐蚀性进行了测定并与LiBr/H₂O的进行了比较,结果表明[BMIM]Cl/H₂O和[BMIM]Br/H₂O的饱和蒸气压与质量分数低8%~9%的LiBr/H₂O的饱和蒸气压基本相同。在常用工作浓度范围内,LiBr-[BMIM]Cl/H₂O的结晶温度比相同吸收能力的LiBr/H₂O的低约30℃。在相同的腐蚀条件下,LiBr-[BMIM]Cl/H₂O对碳钢的腐蚀性明显小于LiBr/H₂O,对紫铜的腐蚀性与LiBr/H₂O的基本相同。因此,采用LiBr-[BMIM]Cl/H₂O作为替代工质对具有一定的应用潜力。     

1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯+甲醇/乙醇+水三元工质溶液混合焓的测量及预测

采用绝热量热法测量了由离子液体1-丁基-3-甲基咪唑磷酸二丁酯([bmim][DBP])分别与CH₃OH、C₂H₅OH和H₂O所组成的3个二元工质溶液体系[bmim][DBP](1)+ CH₃OH(2)/C₂H₅OH(2)/H₂O(2),以及2个三元工质溶液体系[bmim][DBP](1)+ CH₃OH(2)/C₂H₅OH(2)+ H₂O(3)在298.15 K和常压下的摩尔混合焓H_m^E。利用Gibbs-Helmholtz方程和NRTL活度系数模型,对每个二元溶液体系摩尔混合焓的实验数据进行关联,获得模型方程中的组分作用参数。摩尔混合焓的模型拟合值与实验值的平均相对偏差分别为1.81%、1.44%和0.72%。在此基础上预测了2个三元工质溶液体系的摩尔混合焓。结果表明:三元工质溶液体系的摩尔混合焓在实验浓度范围内均为负值,混合为放热过程。表明三元工质溶液具有成为吸收制冷循环新工质溶液的基本特征;采用NRTL模型预测2个三元溶液体系摩尔混合焓的计算值与实验值的平均相对误差分别为2.31%、2.49%。     

以H_2O-[Dmim]DMP为工质的制冷循环分析

以水为制冷剂,离子液体1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯盐[Dmim]DMP为吸收剂组成新型吸收式制冷循环工质。在冷凝器温度为35℃时,性能系数高达0.9330,分析了冷凝温度对其他循环性能的影响。     

以［Li（TX-7）］SCN/H2O为工质对的第二类热泵特性研究

通过静态法测量了[Li（TX-7）]SCN/H₂O溶液在283.15~443.15 K温度条件下的饱和蒸气压,通过差式扫描量热法测量了离子液体[Li（TX-7）]SCN在温度T=73.15~423.15 K条件下的比热容,并建立了经验关联式,通过Wilson模型对[Li（TX-7）]SCN/H₂O溶液组分活度系数的关联预测了其过量焓,并通过预测值计算了二元溶液的比焓,建立了[Li（TX-7）]SCN/H₂O的热力学模型。基于实验数据与热力学模型对以[Li（TX-7）]SCN/H₂O为工质对的第二类热泵的理论循环特性进行了仿真分析,研究了各部件不同工作温度对系统性能参数的影响,并与其他吸收式系统的性能参数进行了比对。[Li（TX-7）]SCN/H₂O系统的性能优于LiBr/H₂O系统,适用于发生温度和蒸发温度较低的工况。     

气隙式膜蒸馏在溴化锂吸收式制冷系统中的应用

以1H, 1H, 2H, 2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDTES）为改性剂，采用表面接枝方法制备疏水性PFDTES-Al₂O₃管式复合膜，并将其应用于溴化锂吸收式制冷系统。通过LiBr/H₂O溶液的气隙式膜蒸馏实验，测试管式复合膜对溶液的分离性能。结果表明：通过PFDTES成功制备出疏水性PFDTES-Al₂O₃管式复合膜；膜蒸馏渗透通量随着操作压力、进料温度及进料流量的增大而增大，随着进料浓度的增大而减小；对于LiBr的截留率始终保持在99.99%以上。在膜蒸馏实验结果的基础上，进一步利用Aspen Plus软件模拟了基于PFDTES-Al₂O₃复合膜的新型溴化锂吸收式制冷系统的换热过程，研究该复合膜应用于溴化锂吸收式制冷系统的可行性。结果表明：性能系数（COP）随着LiBr/H₂O稀溶液浓度及流量的增大而减小，随着LiBr/H₂O稀溶液温度的升高而增大；并且LiBr/H₂O稀溶液温度及流量是主要的影响因素。在操作压力0.08MPa、LiBr/H₂O稀溶液流量86L/h、质量分数50%、温度＞70℃、冷侧流量120L/h和温度20℃的条件下，COP＞0.7，说明将PFDTES-Al₂O₃复合膜用于溴化锂吸收式制冷系统，不仅可以减小设备的体积，还能降低运行成本，具有较高的可行性。     

[Bmim][BF4]/MEA混合水溶液吸收CO2的吸收性能与液液分相机理

对液液两相CO₂吸收剂1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[Bmim][BF₄]）/乙醇胺（MEA）混合水溶液吸收性能进行了实验测定,研究了离子液体[Bmim][BF₄]的引入对吸收性能和液液分相的影响,并通过定量碳谱核磁共振法对分相机理和各相中的物质分布进行分析。研究结果表明,一定配比的[Bmim][BF₄]/MEA混合水溶液吸收CO₂之后会出现互不相溶的液液两相,这种现象伴随着CO₂产物的富集;导致液液分相的原因是氨基甲酸盐浓度的增大;随着[Bmim][BF₄]质量分数的增大,溶液吸收速率呈现出先增大后减小的趋势;分层后H₂O主要分布在富液相,[Bmim][BF₄]主要分布在贫液相,H₂O的质量分数直接影响分层后富液相的传质性能。     

固体吸附制冷工质对的性能研究

选用水和乙醇作为吸附质,开发了性能优良的吸附剂NA和NB,在自制的吸附制冷模拟实验装置上,对NA－水和NB－乙醇等吸附工质对的吸附制冷性能进行了研究。结果表明：自制吸附剂NA对水的最大吸附量达到0.7kg/kg以上,吸附剂NB对乙醇的最大吸附量为0.68kg/kg,NA-水和NB－乙醇工质对有着较低的吸附热,NA－水工质对的制冷量可达992kJ/kg,NB-乙醇工质对的制一大约为活性碳－甲醇的2．4倍,是一种环境友好型,无公害的工质对。     

EOS+γ法预测CO_2-[emim] [Tf_2N]超额吉布斯自由能及超额焓

为改善CO_2-离子液体(ILs)制冷吸收体系热力学性质参数报道数据较少的缺陷,选择使用Soave(SRK)方程,Wong-Sandler(WS)混合法则和通用化学活度系数(UNIQUAC)模型对新型制冷吸收工质对CO_2结合1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(CO_2-[emim][Tf_2N])体系的相平衡数据进行关联,可得CO_2-[emim][Tf_2N]制冷吸收剂体系的超额吉布斯自由能(G~E)、超额焓(H~E)等热力学性质。结果表明:CO_2-[emim][Tf_2N]制冷吸收剂体系的G~E和H~E均受温度、压力和CO_2液相摩尔分数的影响,G~E的变化范围为-878.774—-260.195 J/mol,H~E的变化范围为-296.532—-26.494 5 J/mol,由G~E,H~E均为负值可知混合过程放热,符合热力学变化规律,由此可知CO_2-[emim][Tf_2N]制冷吸收剂体系具有成为吸收制冷循环新工质的基本特征,为CO_2-[emim][Tf_2N]用于吸收式制冷体系提供了依据。     

Concentration control of volatile organic compounds by ionic liquid absorption and desorption

Volatile organic compounds (VOCs) are difficult to be eliminated safely and effectively because of their large concentration fluctuations. Thus, maintaining a stable concentration of VOCs is a significant study. In this research, H₂O, Tween-80,[Emim]BF₄,[Emim]PF₆, and[Hnmp]HSO₄ were applied to absorb and desorb simulated VOCs. The ionic liquid[Emim]BF₄ demonstrated the best performance and was thus selected for further experiments. As the ionic liquid acted as a buffer, the toluene concentration with a fluctuation of 2000-20000 mg·m^-3 was stabilized at 6000-12000 mg·m^-3. Heating distillation (90℃) was highly efficient to recover[Emim]BF₄ from toluene. The regenerated[Emim]BF₄ could retain its initial absorption capacity even after multiple cycles. Moreover,[Emim]BF₄ had the same buffer function on various aromatic hydrocarbons.     

离子液体[BMIM][DBP]+水+甲醇/乙醇三元工质溶液蒸汽压的测量和预测(英文)

The ionic liquid, 1-butyl-3-methylimidazolium dibutylphosphate ([BMIM][DBP]) was prepared and the vapor pressures of three set of binary solutions H2O(1)/CH3OH(1)/C2H5OH(1) + [BMIM][DBP](2) were measured at different temperature and in the ILs mole fraction range from 0.1 to 0.6 with a static equilibrium apparatus. The measured vapor pressures were correlated with Non-Random Two Liquid (NRTL) activity coefficient model and the average relative deviations (ARD) between experimental and correlated vapor pressures for these binary solutions were 3.19%, 2.42% and 2.95%, respectively. Then, the vapor pressures of two set of ternary solutions H2O(1) + CH3OH(2)/C2H5OH(2) + [BMIM][DBP](3) were measured with an inclined boiling apparatus and further predicted with NRTL activity coefficient model based on the binary interaction parameters coming from fitting the vapor pressures of the binary solutions. The results indicated that the ternary solutions containing [BMIM][DBP] were shown a strong negative deviation from Raoult’s Law when the mole fraction of [BMIM][DBP] was larger than 0.2, which meant that ternary solutions could absorb the refrigerant vapors at the same or below solution temperature. Meanwhile, the average relative deviations between experimental and predicted vapor pressures for ternary solutions were 2.92% and 3.06%, respectively. Consequently, the NRTL active coefficient model used for non-electrolyte solutions was still valid for predicting vapor-liquid equilibrium of binary or ternary solutions containing ILs.     

Measurement and Prediction of Vapor Pressure for H2O+CH3OH/C2H5OH+[BMIM][DBP] Ternary Working Fluids

The ionic liquid, 1-butyl-3-methylimidazolium dibutylphosphate ([BMIM][DBP]) was prepared and the vapor pressures of three set of binary solutions H2O(1)/CH3OH(1)/C2H5OH(1)+[BMIM][DBP](2) were measured...     

三元体系AlCl3+CaCl2+H2O，AlCl3+FeCl3+H2O和CaCl2+FeCl3+H2O在35℃时的相平衡

缺少含AlCl₃、CaCl₂和FeCl₃的溶液相平衡,使通过蒸发结晶从粉煤灰盐酸浸取液中制备纯净的AlCl₃·6H₂O变得比较困难。采用等温溶解法研究了三元体系AlCl₃+CaCl₂+H₂O,AlCl₃+FeCl₃+H₂O和CaCl₂+FeCl₃+H₂O在35℃时的相平衡关系,测定了相应的溶解度及密度,并绘制了相应相图及密度-组成图。实验结果表明：三元体系AlCl₃+CaCl₂+H₂O和AlCl₃+FeCl₃+H₂O分别有两条溶解度曲线,两个单盐结晶区,无复盐和共溶体产生,同离子效应导致增加溶液中CaCl₂和FeCl₃浓度会有效降低AlCl₃的溶解度;CaCl₂+FeCl₃+H₂O体系会形成复盐CaCl₂·2FeCl₃·7H₂O;所得35℃相图与25℃相图相比,三元体系AlCl₃+CaCl₂+H₂O和AlCl₃+FeCl₃+H₂O中AlCl₃·6H₂O结晶区增大,CaCl₂·6H₂O结晶区转变成CaCl₂·4H₂O结晶区,CaCl₂+FeCl₃+H₂O体系中CaCl₂·2FeCl₃·8H₂O结晶区转变为CaCl₂·2FeCl₃·7H₂O结晶区。     

采用 UNIFAC 模型预测吸收式循环氨-离子液体工质对的气液相平衡简

On the basis of reported experimental vapor-liquid equilibrium （VLE） data of NH3-1-ethyl-3-methylimidazolium acetate （NH3-[Emim]Ac）, NH3-1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate （NH3-[Bmim][BF4]）, NH3-1,3-dimethylimidazolium dimethyl phosphate （NH3-[Mmim]DMP） and NH3-1-ethyl-3-methylimidazolium ethylsulfate （NH3-[Emim]EtOSO3） binary systems, the interaction parameters of 14 new groups have been regressed by means of the UNIFAC model. To validate the reliability of the method, these parameters have been used to calculate the VLE data with the average relative deviation of pressures of less than 9.35%. The infinite dilution activity coefficient （ γ1∞ ） and the absorption potential （ φ1 ） are important evaluation criterions of the affinity between working pair species of the absorption cycle. The UNIFAC model is implemented to predict the values of and φ1 of t6 sets of NH3-ionic liquid （1L） systems. The work found that the φ1 gradually increases following the impact order： φ1（[Cnmim][BF4]）〈φ1（[Cnmim]EtOSO3）〈φ1（[Cnmim]DMP）〈φ1（[Cnmim]Ac） （n= 1, 2, 3, … ） at a given cation of IL species and constant temperature, and φ1（[Mmim]X）〈φ1（[Emim]X）〈φ1（[Pmim]X）〈 φ1（[Bmim]X）（X= Ac, [BF4], DMP or EtOSO3） at a given anion of IL species and constant temperature. Furthermore, the φ1 gradually increases with increasing temperature. Then, it could be concluded that the working pair NH3-[BmimlAc has the best potential research value relatively.