由于溴化锂溶液中溴化锂的沸点远高于水的沸点,在达到气液两相平衡时,气相中没有溴化锂存在,全部是水蒸气,所以,溴化锂溶液的蒸气压也称作溴化锂溶液的水蒸气压。
图12-1为溴化锂溶液的p-t图,用来表示溴化锂溶液的水蒸气压p与温度t和质量分数ξ的关系。可见,溴化锂溶液的水蒸气压,远低于同温度下水的饱和蒸汽压。例如,在25℃时,质量分数为50%的溴化锂溶液的水蒸气压仅为0.80kPa,而水在25℃时的饱和蒸汽压约为3.16kPa。这表明溴化锂溶液有强烈地吸收水分的能力。只要水蒸气的压力大于0.8kPa,如0.93kPa(水的饱和温度为6℃),就会被25℃、50%的溴化锂溶液所吸收。因此,溴化锂溶液具有吸收比其温度低得多的水蒸气的能力。这正是它可以作为吸收式机组工质对的原因。
图12-2为溴化锂溶液的h-ξ图,用来表示溴化锂溶液的比焓h与温度t、质量分数ξ和水蒸气压p的关系。图的下部是液相区,画出了气液两相平衡状态下的等温线簇和等压线簇。在溴化锂溶液的比焓、温度、质量分数和水蒸气压四个参数中,只须知道其中任何两个参数,便可求得另外两个参数。如根据温度和质量分数,可以求得溶液的比焓,还可以求得过冷溶液的比焓。图的上部是气相区,画出了作为辅助线的等压线簇。从图下部的溶液状态点引一条垂直线,根据溶液的压力,找出这条垂直线与辅助压力线的交点;再从这个交点引一条水平线,这条水平线与纵坐标的交点就是气相的状态点。
因此,h-ξ图可表示溶液的热力状态和热力过程,是进行循环性能分析、热工设计计算和运行特性分析的主要热力图表。
2.溴化锂溶液的溶解度
溴化锂极易溶解于水,20℃时食盐的溶解度只有35.9g,而溴化锂的溶解度是其3倍左右。对于溴化锂饱和溶液,当温度降低时,溴化锂在水中的溶解度随之减小,溶液中多余的溴化锂就会与水结合成含有1、2、3或5个水分子的溴化锂水合物晶体析出,形成结晶现象,如图12-3所示。
对已含有溴化锂水合物晶体的溶液加热升温,在某一温度下,溶液中的晶体会全部溶解消失。这一温度为该质量分数下溴化锂溶液的结晶温度。图12-4给出了溴化锂溶液在吸收式机组工作范围内的结晶温度曲线。当溶液的状态点位于结晶温度曲线上或在结晶温度曲线下面,即溶液温度等于或低于结晶温度,溶液中就会有晶体析出。此外,由表12-4可见,溴化锂溶液的质量分数变化时,结晶温度的差值Δtcr很大。当质量分数在65%以上时,这种情况尤为突出。在机组中的溴化锂溶液应始终处于液体状态。无论是运行或停机期间,都必须防止结晶,这一点在机组设计和运行管理上都应当十分重视。
3.溴化锂溶液的密度
单位体积溴化锂溶液具有的质量,就是溴化锂溶液的密度。溴化锂溶液的密度ρ与质量分数ξ和温度t有关,如图12-5所示。
在实际应用中,用密度计和温度计测得溴化锂溶液的密度和温度,便可由图12-5查得溶液的质量分数。这比通过化学分析方法测定溴化锂溶液的质量分数要简便得多。在溴化锂机组中使用的溶液,质量分数一般为60%左右,室温下的密度接近1700kg/m3。
图12-1 溴化锂溶液的p-t图
图12-2 溴化锂溶液的h-ξ图
注:1mmHg=133.322Pa。
图12-3 溴化锂在水中的溶解度
图12-4 溴化锂溶液的结晶温度
表12-4 国产溴化锂溶液的结晶温度
注:64.86是结晶曲线的转折点。
图12-5 溴化锂溶液的密度与质量分数和温度的关系
4.溴化锂溶液的比定压热容
溴化锂溶液的比定压热容cp,就是在压力不变的条件下,单位质量溶液温度升高(或降低)1℃时所吸收(或放出)的热量。溴化锂溶液的比定压热容与质量分数和温度的关系,如图12-6所示。
在溴化锂吸收式机组实际使用的质量分数范围内,溴化锂溶液的比定压热容仅为1.68~2.51kJ/(kg·K),比水小得多。
5.溴化锂溶液的表面张力
溴化锂溶液的表面张力σ与质量分数ξ和温度t有关,如图12-7所示。当质量分数不变时,溶液的表面张力随温度的升高而降低;当温度不变时,表面张力则随质量分数的增大而增大。
图12-6 溴化锂溶液的比定压热容与质量分数和温度的关系
图12-7 溴化锂溶液的表面张力与质量分数和温度的关系
在溴化锂吸收式机组中,吸收器与发生器往往采用喷淋式结构。溶液表面张力小,有利于在喷淋时雾化,也有利于溶液在管壁表面呈薄膜状的扩张,传质与传热效果就越好。
6.溴化锂溶液的粘度
粘度是表征流体粘性大小的物理参数,有动力粘度μ和运动粘度ν之分。动力粘度除以该流体的密度ρ便是运动粘度。溴化锂溶液的动力粘度与质量分数和温度的关系如图12-8所示。
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图12-8 溴化锂溶液的动力粘度 与质量分数和温度的关系
由图12-8可见,溴化锂溶液的动力粘度与同温度的水相比要高得多,如质量分数为50%、温度为20℃的溴化锂溶液的动力粘度为3.7mPa·s,而20℃的水的动力粘度只有1.02mPa·s。动力粘度的大小对溶液在吸收式机组中的流动和传热有较大的影响,在设计中应予以充分考虑。
7.溴化锂溶液的热导率
热导率λ是进行传热计算时要用到的重要物理参数之一。表12-5列出了不同温度和质量分数下溴化锂溶液的热导率。
表12-5 溴化锂溶液的热导率
8.溴化锂溶液中的水分子扩散系数
溴化锂溶液中的水分子扩散系数D是传质研究的基础。溴化锂溶液吸收水蒸气时,水分子是以扩散方式进入溶液的。日本柏木孝夫根据试验数据,得出溴化锂溶液中的水分子扩散系数的计算式如下:
式中 D——溴化锂溶液中的水分子扩散系数(m2/s);
ξ——溴化锂溶液的质量分数(%);
t——溴化锂溶液的温度(°C);
μ25——25°C溴化锂溶液的动力粘度(Pa·s);
μW,25——25°C水的动力粘度(Pa·s)。
9.溴化锂溶液的高温物性
溴化锂溶液的高温物性是研究和开发多效机组的基础。在溴化锂溶液的高温物性中,汽液相平衡状态参数和比焓,是进行循环分析的依据。
(1)溴化锂溶液的汽液相平衡状态参数关系式 根据有关的研究结果,如果用TW表示溴化锂溶液的水蒸气压p下水的饱和温度,则溴化锂溶液的汽液相平衡状态参数关系式可以表示成水的饱和温度TW与溶液温度Ts有关的计算式,即
TW=A+BTs (12-2)
式中 TW——水的饱和温度(K);
Ts——溶液的温度(K),273K<Ts<500K;
A、B——参变数。
日本渡部康一等,根据溴化锂溶液汽液相平衡状态的测定数据,整理出计算参变数A、B的多项式如下:
式中 ξ——溶液的质量分数,30%<ξ<75%;
ai、bi——常数,其数值见表12-6。
表12-6 常数ai、bi的数值
(2)溴化锂溶液的比焓计算式 日本渡部康一等将溴化锂溶液的比焓表示成与溶液温度和质量分数有关的多项式:
式中 hs——溶液的比焓(kJ/kg);以Ta=0°C,ξa=0.50时的比焓ha=0kJ/kg为参考点;
Ts——溶液的温度,20°C<Ts<200°C;
A、B、C——参变数;
ξ——溶液的质量分数,30%<ξ<75%;
ai,bi,ci——常数,其数值见表12-7。
表12-7 常数ai、bi、ci的数值
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