活性炭/甲醇和活性炭/乙醇的有效扩散系数测定

　　0引言

　　近些年来固体吸附式制冷机得到了快速的发展，其中以活性炭/甲醇为工质对的吸附式制冷系统因其优良的热力性能得到了广泛的研究，活性炭/乙醇体系也受到了研究们日益的关注.

　　虽然己有不少文献对活性炭/甲醇和活性炭/乙醇的静态吸附性能有较多的研究，但有关它们传质性能的研究则较少，特别是动态吸附性能的重要基础数据一扩散系数鲜有报导。本文采用非稳态热重法测定了活性炭/甲醇和活性炭/乙醇工质对的有效扩散系数，为研究动态吸附性能提供帮助。

　　1理论模型

　　1.1假定

　　(1)活性炭为球形颗粒，半径为a。

　　(2)扩散开始时，活性炭颗粒内吸附浓度C和活性炭颗粒内温度t分布均匀，在整个扩散时间二内仅沿径向变化，有效扩散系数De沿径向不变。

　　(3)扩散在停滞介质中进行，无化学反应发生。

　　1.2理论模型

　　球形颗粒内的微元体质量传递微分方程为

　　令，其中，分别为扩散初始、扩散过程中和扩散终了的单位干活性炭质量平衡吸附量，kg/kg。若在测量过程中温度，为定值，可解得:

　　由实验数据，根据式(2)便可得到在不同的温度下扩散过程中的有效扩散系数。

　　1.3数据拟合

　　采用Arrhenius方程进行回归De和t的关系:

　　式中，D₀为与温度无关的扩散系数，E_D为有效扩散平均活化能，Rm为通用气体常数。

　　2实验测定

　　2.1实验装置

　　所用主机为北京光学仪器厂PRT-lA型差热天平，实验装置如图1所示。

　　各测量仪表的量程和测量不确定性见表1.

　　2.2实验材料

　　采用上海唐新活性碳厂生产的椰壳活性碳，筛选后的活性碳颗粒平均直径为0.475mm。吸附质是杭州化学试剂有限公司出产的无水甲醇和上海振兴化工一厂出产的无水乙醇。

　　2.3实验方法

　　将20mg左右初始质量的活性碳放进空柑锅，用AL104电子天平上进行秤量，然后将柑锅放置在差热天平内，对系统抽真空，同时将活性碳加热至250°C，保持30min以上，经过真空度校正，可以得到活性碳的干重读数。

　　2.3.1动态吸附

　　通过改变蒸发器内吸附质温度，使差热天平内活性碳的吸附压力由吸附质的2°C饱和蒸汽压力迅速变为20°C饱和蒸汽压力，记录活性碳吸附量随时间的变化关系，由此可计算得到吸附扩散系数。 

　　2.3.2动态脱附