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

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

2、環(huán)工質(zhì)體系的評選方法，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，進一步闡明了最小超額Gibbs值(GEmin)作為評價二元體系親和性判據(jù)的理論實質(zhì)。同時，選擇10種HFCs與9種有機溶劑，共組成90對工質(zhì)對為研究對象，采用UNIQUAC活度系數(shù)模型為物性方法，計算了工質(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。最后，從有機溶劑和HFCs分子物質(zhì)種類以及分子間相互作用角度分析了其親和性機理。
　　第二，本文在APC循環(huán)工質(zhì)對親和性判據(jù)的理論研究基礎(chǔ)上，提出HFC161+DMETEG/DMETrEG/DMEDEG三個體系作為APC循環(huán)工質(zhì)對，并從熱力學(xué)和熱動力學(xué)兩個視角評價了三個新體系。將微熱量熱法與等溫合成法結(jié)合，建立了一套微量量熱-氣液相平衡同步測試實驗系統(tǒng)，同步測定了三種新工質(zhì)對體系在303.15K下的溶解度和吸收焓

4、。熱力學(xué)數(shù)據(jù)表明三個體系間的親和性由強到弱依次為HFC161+DMETEG＞HFC161+DMETrEG＞HFC161+DMEDEG?；谌齻€體系303.15K、313.15K、323.15K和333.15K下的熱動力學(xué)實驗，考察了三個體系吸收過程的吸收速率常數(shù)、活化能等熱動力學(xué)參數(shù)，進一步分析了三個體系的親和性，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體系分子間作用，認為HFC161+DMETEG體系是更

5、具開發(fā)潛質(zhì)的選項。
　　第三，綜合前人對APC循環(huán)工質(zhì)體系相平衡數(shù)據(jù)(VLE)的研究工作，本文測定了HFC161+DMETrEG、HFC152a+DMETrEG和HFC152a+NMP體系293.15K到353.15K的VLE數(shù)據(jù)。同時選擇五參數(shù)的NRTL模型關(guān)聯(lián)了實驗數(shù)據(jù)，其中HFC161+DMETrEG、HFC152a+DMETrEG和HFC152a+NMP三個體系壓力實驗值和計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％。通過與文獻報道的七個體系活度系數(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、酰胺類和酮類有機溶劑組成的工質(zhì)體系的VLE行為規(guī)律。HFC161+吸收劑類體系對Raoult定律呈負偏差，較HFC152a+吸收劑類體系表現(xiàn)出相對好的親和性。HFC161+DMETrEG和HFC152a+DMETrEG體系的親和性優(yōu)于HFC152a+NMP體系，可考慮作為

7、APC循環(huán)工質(zhì)對的潛力選項。
　　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。引入“化學(xué)熱機”理論模型，用子循環(huán)劃分的方法將整個循環(huán)分為化學(xué)熱機子循環(huán)和熱機子循環(huán)。同時對比分析了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報道的VLE數(shù)據(jù)，選擇PR方程作為物性計算模型，分別計算了循環(huán)