吸收式動(dòng)力循環(huán)HFCs+有機(jī)溶劑類(lèi)工質(zhì)體系的熱物性研究.pdf

1、吸收式動(dòng)力循環(huán)(APC)以低品位熱驅(qū)動(dòng)，是一項(xiàng)重要的節(jié)能技術(shù)。它利用一個(gè)吸收和分離過(guò)程代替了傳統(tǒng)Rakine循環(huán)中的冷凝過(guò)程，其熱力學(xué)完善度要高于Rakine循環(huán)。循環(huán)工質(zhì)對(duì)的熱物性對(duì)APC循環(huán)單元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和操作條件的建立起著至關(guān)重要的作用。目前，人們對(duì)APC循環(huán)的研究?jī)H僅局限于循環(huán)構(gòu)型以及外部條件的優(yōu)化，而對(duì)循環(huán)工質(zhì)對(duì)的熱物性研究很少。本文針對(duì)APC循環(huán)工質(zhì)對(duì)的熱物性展開(kāi)了以下幾個(gè)方面的研究:
　　第一，本文基于前人對(duì)APC循

2、環(huán)工質(zhì)體系的評(píng)選方法，從二元混合體系的親和性入手，關(guān)聯(lián)了Flory-Huggins似晶格理論與Wilson局部組成概念，進(jìn)一步闡明了最小超額Gibbs值(GEmin)作為評(píng)價(jià)二元體系親和性判據(jù)的理論實(shí)質(zhì)。同時(shí)，選擇10種HFCs與9種有機(jī)溶劑，共組成90對(duì)工質(zhì)對(duì)為研究對(duì)象，采用UNIQUAC活度系數(shù)模型為物性方法，計(jì)算了工質(zhì)體系的GEmin。從而根據(jù)親和性判據(jù)，選擇親和性較好的HFC161/HFC152a+DMETEG體系作為APC循環(huán)

3、具有潛力的工質(zhì)對(duì)。最后，從有機(jī)溶劑和HFCs分子物質(zhì)種類(lèi)以及分子間相互作用角度分析了其親和性機(jī)理。
　　第二，本文在A(yíng)PC循環(huán)工質(zhì)對(duì)親和性判據(jù)的理論研究基礎(chǔ)上，提出HFC161+DMETEG/DMETrEG/DMEDEG三個(gè)體系作為APC循環(huán)工質(zhì)對(duì)，并從熱力學(xué)和熱動(dòng)力學(xué)兩個(gè)視角評(píng)價(jià)了三個(gè)新體系。將微熱量熱法與等溫合成法結(jié)合，建立了一套微量量熱-氣液相平衡同步測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，同步測(cè)定了三種新工質(zhì)對(duì)體系在303.15K下的溶解度和吸收焓

4、。熱力學(xué)數(shù)據(jù)表明三個(gè)體系間的親和性由強(qiáng)到弱依次為HFC161+DMETEG＞HFC161+DMETrEG＞HFC161+DMEDEG?；谌齻€(gè)體系303.15K、313.15K、323.15K和333.15K下的熱動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，考察了三個(gè)體系吸收過(guò)程的吸收速率常數(shù)、活化能等熱動(dòng)力學(xué)參數(shù)，進(jìn)一步分析了三個(gè)體系的親和性，得到了與溶解度和吸收焓分析一致的結(jié)論。最后，從分子間氫鍵角度分析了三個(gè)體系分子間作用，認(rèn)為HFC161+DMETEG體系是更

5、具開(kāi)發(fā)潛質(zhì)的選項(xiàng)。
　　第三，綜合前人對(duì)APC循環(huán)工質(zhì)體系相平衡數(shù)據(jù)(VLE)的研究工作，本文測(cè)定了HFC161+DMETrEG、HFC152a+DMETrEG和HFC152a+NMP體系293.15K到353.15K的VLE數(shù)據(jù)。同時(shí)選擇五參數(shù)的NRTL模型關(guān)聯(lián)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其中HFC161+DMETrEG、HFC152a+DMETrEG和HFC152a+NMP三個(gè)體系壓力實(shí)驗(yàn)值和計(jì)算值平均偏差分別為1.33％、1.43％和1.2

6、3％，最大偏差分別為3.70％、3.66％和3.29％。通過(guò)與文獻(xiàn)報(bào)道的七個(gè)體系活度系數(shù)比較，以及體系組分分子間的氫鍵作用分析討論了HFC161/HFC152a+醚類(lèi)、酰胺類(lèi)和酮類(lèi)有機(jī)溶劑組成的工質(zhì)體系的VLE行為規(guī)律。HFC161+吸收劑類(lèi)體系對(duì)Raoult定律呈負(fù)偏差，較HFC152a+吸收劑類(lèi)體系表現(xiàn)出相對(duì)好的親和性。HFC161+DMETrEG和HFC152a+DMETrEG體系的親和性?xún)?yōu)于HFC152a+NMP體系，可考慮作為

7、APC循環(huán)工質(zhì)對(duì)的潛力選項(xiàng)。
　　最后，本文提出了以CO2+DME二元體系作為APC循環(huán)的潛力工質(zhì)對(duì)。引入“化學(xué)熱機(jī)”理論模型，用子循環(huán)劃分的方法將整個(gè)循環(huán)分為化學(xué)熱機(jī)子循環(huán)和熱機(jī)子循環(huán)。同時(shí)對(duì)比分析了CO2+DME體系跨臨界操作條件優(yōu)于亞臨界和超臨界條件的本質(zhì)原因。本文借助流程模擬軟件Aspen Plus建立了一套典型的CO2+DME跨臨界APC循環(huán)模擬程序?；谖墨I(xiàn)報(bào)道的VLE數(shù)據(jù)，選擇PR方程作為物性計(jì)算模型，分別計(jì)算了循環(huán)