表面活性介质强化溴化锂水溶液平板降膜吸收实验研究

    1 前言

    在当前对温室效应和臭氧层破坏以及能源和电力紧张日益关注的情况下 由于采用了有利于环保的工质 以热能为驱动力且可利用工业过程中产生的余热 废热等低品位能源 溴化锂吸收式制冷及热泵系统得到了很快的发展和应用 降膜吸收器是溴化锂吸收式制冷机的主要设备之一 它制约着机组的结构和性能 目前 降膜吸收器的传热传质系数偏低 使吸收器的尺寸偏大 在溶液中加入表面活性介质 可以改善溶液对固体壁面的浸润性 改变溶液流动形态 吸收强化传热传质的进行 目前 对添加表面活性介质的研究 国内外相关文献较少 在实际应用中对于表面活性介质的选取 添加浓度的确定都只是凭借经验 而对活性介质强化吸收的机理也缺乏理论分析 所以开展这方面的工作很有必要

    本文通过在溴化锂溶液中添加一种典型的表面活性介质 2-乙基-己醇 选择两种不同长度的降膜平板(0.3 m和 0.6 m 研究在一定工况下 不同活性介质添加浓度时两种不同长度垂直降膜平板的吸收强化传热传质特性 为进一步的理论研究提供依据。

    2 表面活性介质强化溴化锂水溶液吸收的机理

    2.1 活性介质对溶液表面张力特性的影响

    本实验所采用的活性介质为 2-乙基-己醇[CH₃(CH₂)₃CH(C₂H₅)CH₂OH] 通称为异辛醇 是一种极性有机化合物 其分子量为 130.23 密度为₂8 .3 3×10kg⋅m^-3沸点约183 在其分子结构的两端分别是极性的亲水性羟基(-OH)和非极性的亲油性烃基[CH₃(CH₂)₃CH(C₂H₅)CH₂-] 从而形成不对称分子结构 使得该活性介质分子既具有亲水作用(hydrophilic interaction)又具有亲油作用(hydrophobic interaction 形成双亲结构 2-乙基-己醇加入到 LiBr 水溶液中时 由于其分子结构的双亲性 其中有一部分分子吸附到溶液表面 占据一部分溶液表面 使得溶液表面张力降。

    低溴化锂水溶液中添加少量的 2-乙基-己醇 可以使溶液的表面性质发生变化 如降低溶液表面张力和溶液饱和蒸汽压力[1]而对溶液的其它物性影响很小 已有的研究表明 在溴化锂水溶液中添加 2-乙基-己醇[CH3(CH₂)₃CH(C₂H₅)CH₂OH] 达到某一浓度后 可以明显降低溶液的表面张力 且使溶液的表面张力特性发生逆转[2]即随溶液中溴化锂质量百分比的增加而降低 随溶液温度的升高而增加 这与溶液中无活性介质时的表面张力变化趋势相反 2-乙基-己醇对溴化锂水溶液表面张力特性的逆转可以解释如下 在溴化锂水溶液中 溴化锂分子电离成 Li+和 Br 其中 Li+能够与溶液中自由水分子形成水合结构 Li+H2O 活性介质加入溶液后 其分子也能通过氢键与溶液中自由水分子缔合 这样 部分活性介质的分子溶解在溶液中 其余的就吸附在溶液表面上 随溶液质量百分比增加 溶液中电离出更多的 Li+由于水分子与电离出的 Li+的水合力大于与活性介质分子的结合力 自由水分子就与 Li+结合而与活性介质分子分离 使得有更多的活性介质分子脱离溶液吸附到溶液表面处 进一步降低溶液的表面张力 故溴化锂水溶液表面张力随溶液质量百分比的增加而降低 另外 随溶液温度增加 活性介质在溶液中溶解性增强 从而使表面吸附的活性介质分子减少 使得溶液表面张力随温度升高而增加 表面活性介质强化溴化锂溶液降膜吸收 主要就是通过吸收过程中溶液表面张力的这一变化特性实现的。