CC BY
134
УДК 621.575 ,
Энталыгайная диаграмма водного раствора бромида лития
Канд. хим. наук С. В. КАРАВАН, канд. техн. наук А. А. ДЗИНО, Д. В. КАРАВАН
канд. техн. наук А. А. МАЛЫШЕВ Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет ИТМО Институт холода и биотехнологий 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9
For most widely applied in absorbing transformers of warmth of absorbent — water solution of bromide of lithium are calculated: the chart pressure-temperature-concentration and the entalpiyny chart in the range of temperatures from the evtektichesky -67,5 °C to 190 °C. In the range of temperatures 0-130 °C calculations are based on experimental data of different authors. At temperatures above 130 °C and in the field of negative temperatures very limited experimental data are used, and generally — results are received by an extrapolation method. Keywords: lithium bromide, water solution, pressure of saturated steam of water, entalpiya of solutions.
Ключевые слова: бромид лития, водный раствор, давления насыщенных паров воды, энтальпии растворов.
В настоящее время в водно-солевых абсорбционных трансформаторах теплоты (АТТ) применяется в качестве абсорбента практически только водный раствор бромида лития. Главное отличие этого раствора от других водных растворов солей, многие из которых являются хорошими абсорбентами паров воды, — очень маленькая вязкость растворов бромида лития в области больших концентраций соли в широком интервале температур. Маленькая вязкость жидкой фазы — это необходимое условие для благоприятных процессов тепло- и массообме-на в АТТ. Хотя система Н20—1лВг относится к числу наиболее изученных, однако уточнение термодинамических данных продолжается, так как во многих случаях в литературе приводятся спорные данные. В настоящее время опубликовано около десятка эн-тальпийных диаграмм данного раствора.
Энтальпийная диаграмма водного раствора соли, пригодная для теплотехнических расчетов представляет собой зависимости удельной интегральной энтальпии образования растворов / (кДж/кг) из компонентов от концентрации соли £ (масс. %) и температуры t (°С). Следует отметить, что калориметрические данные в литературе очень ограничены и в основном имеются сведения о давлениях насыщенного пара воды над растворами при разных концентрациях и температурах. Поэтому, часто для расчета энтальпий образования раствора из компонентов проводятся расчеты энтальпийной диаграммы на основании только энтальпий разбавления растворов, которые рассчитываются из давлений насыщенных паров воды над растворами, вместо энтальпий растворения соли. Энтальпия растворения соли определяется или экспериментально, или рассчитывается как сумма энтальпии разбавления раствора и энтальпии растворения соли с образованием бесконечно разбавленного раствора [1], второе слагаемое часто не учитывают.
В работе [2] проведен анализ результатов разных авторов о свойствах раствора Н20—ЬлВг в ин-
тервале температур от 0 до 190 °С, опубликованных до 2000 г. В данной работе рассчитаны энтальпийная и энтропийная диаграммы раствора Н20—ЫВг, расчет энтальпий и энтропий растворов проводился от условного нуля для этих функций при нормальных условиях. Поэтому часть значений функций оказалась в положительной области, а часть — в отрицательной. Не акцентируя на способе расчета термодинамических функций, отметим главное — был проведен расчет энтальпий и энтропий растворов из данных о давлениях насыщенных паров воды, плотности растворов при разных температурах и концентрациях, а также теплоемкости только 50 масс. % раствора бромида лития при разных температурах. В результате — получена сходимость значений функций с соответствующими значениями, полученными из калориметрических данных [1, 3], допустимая для теплотехнических расчетов, в области концентраций близких к 50% раствору. В то время как в области концентраций ~25% раствора, где теплоемкости и их температурные коэффициенты значительно отличаются от соответствующих значений для 50% раствора бромида лития, расхождения данных — значительные.
В опубликованной ранее [ 1 ] энтальпийной диаграмме удельные интегральные энтальпии рассчитаны для всех фаз, существующих в системе Н20—ЫВг в интервале температур от —100 до 160 °С. В настоящей работе приведена рассчитанная энтальпийная диаграмма только для жидкой фазы системы Н20—ЫВг с учетом новых данных появившихся в литературе. Поэтому область температур расширена от отрицательных до 190 °С и изменено начало отсчета энтальпий. Расчет энтальпий проводился, допуская, что
дУ/дТ=0
где V — объем;
Т — температура, К.
В технической литературе в качестве начала отсчета энтальпий принимают определенные зна-
чения энтальпий чистых компонентов гоу при нормальных условиях (273,15 К и 101,3 кПа). Например, для бинарной системы соль—вода принимают как в работе[2]
»о1=/о2 = 0кДж’кг_1; или чаще принимается
го1 = 'о2= 400 КДЖ ' кг“1> (2)
где нижними индексами «01» и «02» — отмечены вода и соль, соответственно.
Выбирают также другие значение энтальпий чистых компонентов /0 в зависимости от природы системы, чтобы изотермы / (4) находились в положительной области энтальпий для удобства расчетов циклов. В случае системы Н20—1лВг в данной работе выбрано условие (2), чтобы все изотермы жидкой фазы / (с,) находились только в положительной области значений энтальпий.
Для расчета энтальпийной диаграммы жидкой фазы системы Н20—ЫВг использовался известный
способ [4, 5] по экспериментальным данным разных авторов: зависимостям энтальпий растворения от концентрации соли при одной температуре и изобарным теплоемкостям растворов при разных температурах. Каждая изотерма / (£) ограничена точкой, которая соответствует концентрации насыщенного раствора при данной температуре. Соединение этих точек дает линию кристаллизации, т. е. определяет область существования раствора.
В справочных изданиях обычно приводятся многократно проверенные значения энтальпий растворения солей при стандартных условиях (1,013 • 105 Па и 298,15 К) в широком интервале концентраций вплоть до насыщенных растворов для многих водно-солевых систем, причем в расчете на моль соли. Поэтому величины энтальпий растворения при этих условиях для данной системы пересчитаны на кг раствора [6]. Значения изобарных теплоемкостей чистых компонентов взяты из [7, 8]. При расчете изотерм в области положительных температур использованы данные тепло-
масс.%1
масс.
Рис. 1. Диаграмма давление—температура—концентрация системы Нр—ЫВг (область положительных температур)
Рис. 2. Диаграмма давление—температура—концентрация системы Н20—ЫВг (область отрицательных температур)
і,
Рис. 3. Энтальпийная диаграмма жидкой фазы системы Hfl—LiBr
емкостей растворов из [2, 9, 10]. Значения энтальпий образования растворов в отрицательной области температур получены, используя значения теплоемкостей, рассчитанных путем экстраполяции соответствующих значений из положительной области температур.
Для удобства теплотехнических расчетов на сетку изотерм / (£) нанесена сетка линий кипения раствора (р = const), использованы данные [7—10]. Для этого была рассчитана диаграмма lgp—1/Т (рис. 1, 2). показан на рис. 3.
Значения энтальпий растворов в области отрицательных температур и при температурах выше 130 "С получены в первом приближении для оценки процессов в различного типа ATT, где могут быть применены такие температуры.
Полученные данные позволяют более корректно рассчитать процессы, происходящие в испарителе с отрицательными температурами.
Список литературы
1. Орехов И. И., Тимофеевский Л. С., Караван С. В. Абсорбционные преобразователи теплоты. — JI.: Химия, 1989.
2. Chua Н. Т., Toh Н. К, Malek A., Ng К. С., Srinivasan К. Impruved thermodynamic property fields
of LiBr—H20 solution // International journal of refrigeration. 2000. Vol. 23.
3. Lower H. Thermodynamische Eigenschaften und Warme-Diagramm der binaren Systems Lithiumbromid-Wasser//Kaltetechnik. 1961. №5.
4. Бошнякович Ф. Техническая термодинамика. Ч. 2. — М.-JI.: Госэнергоиздат, 1956.
5. Бадылькес И. С., Данилов Р. Л. Абсорбционные холодильные машины. — М.: Пищ. пром-ть, 1966.
6. Термические константы веществ. Спра-вочник./Под ред. Глушко В. П. — М.: 1962—1982. Вып. 1-Х.
7. Ривкин С. Л., Александров А. А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. — М.: Энергия,
1980.
8. Термодинамические свойства индивидуальных веществ./Под ред. Глушко В. П. — М.: 1979—
1981. Т. 1-4.
9. Верба О. Н., Груздев В. А., Захаренко Л. Г., Пса-хис Б. И. Термодинамические свойства и диаграммы водных растворов бромистого лития // Холодильная техника. 1986. №3.
10. Lower Н. Thermodynamische und physikalische Eigenschaften der wasserigen Lithiumbromid-Losung //Kaltetechnik. 1960.
7. Цветков О. Б., Лаптев Ю. А. Цилиндрические вертикальные коаксиальные слои хладагентов в контексте измерения коэффициентов теплопроводности // Вестник МАХ. 2010. № 3.
8. Филиппов Л. П. Исследование теплопроводности жидкостей. — М.: Изд-во МГУ, 1970.
9. Справочник по теплопроводности газов и жид-костей/Н. Б. Варгафтик, Л. П. Филиппов, А. А. Т арзи-манов, Е. Е. Тоцкий. — М.: Энергоатомиздат, 1990.
10. Geller V. Z., Paulaitis М. Е. Thermal conductivity of difluoromethane (HFC-32) in the supercritical region // Prepr. 12th symposium on thermophysical properties. Boulder, USA, 1994.
11. Теплофизические свойства фреонов. T 1.
Фреоны метанового ряда: Справочные дан-
ные/В. В. Алтунин, В. 3. Геллер, Е. К. Петров и др. — М.: Изд-во стандартов, 1980.
12. Tsvetkov О. В., Laptev Yu. A., Asambaev A. G. Thermal conductivity of refrigerants R123, R134a and R125 at low temperatures // Int. J. Thermophysics. — 1994. Vol. 15. №2.
13. Tillner- Roth R., KraussR. Extendedthermophysical properties of R134a // Tables and diagrams for the refrigeration industry. — Paris: IIR, 1995.
14. Железный В. П., Лясота -Л. Д., Потапов М. Д. Поверхностное натяжение, вязкость и теплопроводность хладагента R134a на линии кипения и в жидкой фазе // Холодильная техника. 1991. №7.
15. Gross U., Song Y. W, Hahne Е. Thermal conductivity of the new refrigerants R134a, R152a, and R123 measured by the transient hot-wire method // Int. J. Thermophys. 1992. Vol. 13. № 6.
16. Gurova A. N., Mardolcar U. V, Nieto de Castro C. A. The thermal conductivity of liquid 1,1,1,2-tetrafluoroethane (HFC 134a) // Int. J. Thermophysics. 1997. Vol. 18. №5.
17. Laesecke A., Perkins R. A., Nieto de Castro C. A. Thermal conductivity of R134a // Fluid phase equilibria. 1992. Vol. 80.
18. Thermodynamic and transport properties of some alternative ozone safe refrigerants for industrial refrigeration equipment: studies in Belarus and Ukraine/A. J. Grebenkov, V. P. Zhelezny, P. M. Klepatsky, О. V. Beljajeva, Yu. A. Chernjak, Yu. G. Kotelevsky, B. D. Timofeev // Int. J. Thermophysics. 1996. Vol. 17. №3.
