Научная статья на тему 'Выбор солевых добавок для повышения эффективности водоаммиачных абсорбционных термотрансформаторов'

Выбор солевых добавок для повышения эффективности водоаммиачных абсорбционных термотрансформаторов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
126
19
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ABSORPTION HEAT TRANSFORMERS / AQUEOUS AMMONIA SOLUTION / VAPOR PRESSURE / CORROSION / АБСОРБЦИОННЫЕ ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРЫ / РАСТВОР АММИАК-ВОДА / ДАВЛЕНИЕ НАСЫЩЕННЫХ ПАРОВ НАД РАСТВОРОМ / КОРРОЗИЯ

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Пинчук О.А., Костко А.Ф.

Проводимое исследование показало, что при поиске солевых добавок в раствор NH3-Н2О необходимо учитывать не только содержание воды в паровой фазе, но и общее давление насыщенных паров над раствором. Добавка солей аммония NН4NО3 или (NН4)2SО4 приводит к уменьшению содержания воды паровой фазе, однако с повышением содержания соли давление паров над раствором увеличивается. Наиболее выгодными для АТТ являются такие добавки, которые приводят к уменьшению давления насыщенных паров над раствором и, следовательно, к интенсификации процесса абсорбции. Исследовано влияние добавок смеси солей (NН4)2SО4 и ZnSО4 в раствор NH3-Н2О на общее давление насыщенных паров над раствором. Показано, что имеет место снижение общего давления паров над раствором NH3-Н2О-(NН4)2SО4-ZnSО4 и происходит уменьшение содержания воды в паровой фазе. Кроме того, присутствие (NН4)2SО4 и ZnSО4 в растворе уменьшает коррозионное воздействие на металлы за счет снижения рН раствора. Таким образом, представленные результаты указывают на возможность использования системы NH3-Н2О-(NН4)2SО4-ZnSО4 в водоаммиачных абсорбционных термотрансформаторах.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Selection of salt additives for the increase of absorption heat transformers efficiency

It is shown that salt additives selection for NH3-H2O system requires consideration of saturated vapor pressure above the solution, not only water content in the vapor phase. For example, the additive of NН4NО3 or (NН4)2ЅО4 ammonium salts decreases water content in vapor phase, however, the vapor pressure above the solution increases with the salt content. Additives that decrease saturated vapor pressure and, consequently, intensify the absorption process are the most efficient additives for absorption heat transformers. We study the impact of joint salt additives ((NН4)2ЅО4 and ZnSО4) in NH3-H2O at saturated vapor pressure above the solution. The decrease in the total vapor pressure above NH3-H2O-(NН4)2ЅО4-ZnSО4 solution and the decrease of water content in the vapor phase is demonstrated. Also, (NН4)2ЅО4 and ZnSО4 salts reduce corrosion of metals by the decrease of the solution pH. The results indicate the possibility of using NH3-H2O-(NН4)2ЅО4-ZnSО4 system in absorption heat transformers.

Текст научной работы на тему «Выбор солевых добавок для повышения эффективности водоаммиачных абсорбционных термотрансформаторов»

УДК 621.575

Выбор солевых добавок для повышения эффективности водоаммиачных абсорбционных термотрансформаторов

Канд. техн. наук О. А. ПИНЧУК1, канд. физ-мат. наук А. Ф. КОСТКО2 1oapinchuk@yandex.ru, 2afkostko@yahoo.com Университет ИТМО

В работе показано, что при поиске солевых добавок в водоаммиачный раствор NH3 - Н2О необходимо учитывать не только содержание воды в паровой фазе, но и общее давление насыщенных паров над раствором. Добавка солей аммония NHNO3 или (NHJ2S04 приводит к уменьшению содержания воды паровой фазе, однако с повышением содержания соли давление паров над раствором увеличивается. Наиболее выгодными для АТТ являются такие добавки, которые приводят к уменьшению давления насыщенных паров над раствором и, следовательно, к интенсификации процесса абсорбции. Исследовано влияние добавок смеси солей (NH4)2SO4 и ZnSO4 в раствор NH3 -Н2О на общее давление насыщенных паров над раствором. Показано, что имеет место снижение общего давления паров над раствором NH3-H2O- (NH4)2 SO — ZnSO4 и происходит уменьшение содержания воды в паровой фазе. Кроме того, присутствие (NH4)2 SO4 и ZnSO4 в растворе уменьшает коррозионное воздействие на металлы за счет снижения рНраствора. Таким образом, представленные результаты указывают на возможность использования системы NH3-Н2O- (NH4)2SO4-ZnSO4 в водоаммиачных абсорбционных термотрансформаторах. Ключевые слова: абсорбционные термотрансформаторы, раствор аммиак-вода, давление насыщенных паров над раствором, коррозия.

Информация о статье:

Поступила в редакцию 19.06.2017, принята к печати 28.07.2017 Б01: 10.21047/1606-4313-2017-16-3-35-40 Язык статьи — русский Для цитирования:

Пинчук О. А., Костко А. Ф. Выбор солевых добавок для повышения эффективности водоаммиачных абсорбционных термотрансформаторов // Вестник Международной академии холода. 2017. № 3. С. 35-40.

Selection of salt additives for the increase of absorption heat transformers efficiency

Ph. D. O. A. PINCHUK1, Ph. D. A. F. KOSTKO2

1oapinchuk@yandex.ru, 2afkostko@yahoo.com

ITMO University

It is shown that salt additives selection for NH3-H2O system requires consideration of saturated vapor pressure above the solution, not only water content in the vapor phase. For example, the additive of NH^03 or (NH4)2S04 ammonium salts decreases water content in vapor phase, however, the vapor pressure above the solution increases with the salt content. Additives that decrease saturated vapor pressure and, consequently, intensify the absorption process are the most efficient additives for absorption heat transformers. We study the impact of joint salt additives ((NHJ2S04 and ZnSO J in NH3-H2O at saturated vapor pressure above the solution. The decrease in the total vapor pressure above NH3-H2O-(NH4)2S04-ZnS04 solution and the decrease of water content in the vapor phase is demonstrated. Also, (NH4)2S04 and ZnS04 salts reduce corrosion of metals by the decrease of the solution pH. The results indicate the possibility of using NH3-H2O-(NH4)2S04-ZnS04 system in absorption heat transformers.

Keywords: absorption heat transformers, aqueous ammonia solution, vapor pressure, corrosion. Article info:

Received 19/06/2017, accepted 28/07/2017 DOI: 10.21047/1606-4313-2017-16-3-35-40 Article in Russian For citation:

Pinchuk O. A., Kostko A. F. Selection of salt additives for the increase of absorption heat transformers efficiency. Vestnik Mezhdunarodnoi akademii kholoda. 2017. No 3. p. 35-40.

Введение

Одним из путей экономии топливно-энергетических ресурсов является применение абсорбционных термотрансформаторов (АТТ), использующих для своей работы теплоту низкого температурного потенциала. Такая теплота, как правило, на многих предприятиях является бросовой. С другой стороны, предприятия нуждаются в искусственном охлаждении или нагреве.

Водоаммиачные абсорбционные термотрансформаторы являются наиболее распространенным видом АТТ. Это обусловлено широкой областью применения указанных АТТ, а именно возможностью получения как положительных температур в режиме теплового насоса, так и отрицательных температур (до -35 °С) в режиме холодильной машины. Применение водоаммиачных АТТ связано с рядом сложностей, т. к. аммиак является высоко-токсичным газом и максимальная разовая ПДК не должна превышать 0,2 мг/м3. К тому же водоаммиачные АТТ работают при высоком давлении. При этом, основным недостатком водоаммиачных АТТ является необходимость применения ректификационного устройства вследствие небольшой разницы между температурами кипения воды и аммиака.

Для улучшения характеристик водоаммиачных АТТ, начиная с середины ХХ века, было предложено заменить воду солью (LiBr, LiSCN, NaSCN, KSCN, LiN03 и др.) [1-3]. Однако, практического применения в АТТ системы аммиак — соль не нашли из-за ограниченной растворимости солей в аммиаке и высокой вязкости растворов. Кроме того, растворы аммиак — соль обладают высокой коррозионной активностью [4].

Интерес к использованию в водоаммиачных АТТ многокомпонентных систем аммиак — вода — соль возрос в последние десятилетия. Предлагалось вводить солевые добавки в водоаммиачный раствор для снижения содержания воды в паровой фазе и для уменьшения вязкости растворов аммиак — соль (LiBr, LiN03, NH4N03, (NH4)2S04 и др.). Об этом свидетельствует большое число работ по данной тематике, например, обзоры [3, 5-9]. Авторы исследовали водные растворы аммиака с добавками солей, пытаясь найти наиболее эффективную добавку (the best salt), например, как это представлено в работе [6]. При этом никаких критериев выбора солевой добавки сформулировано не было. Наибольшее число работ посвящено исследованию растворов NH3 - H2O -LiBr и NH3 - H2O - LiNO3 [5-7]. Так для системы аммиак — нитрат лития — вода (LiNO3: H2O = 6,3:1) коэффициент кинематической вязкости в 4-5 раз ниже, чем для системы аммиак — нитрат лития, и в 7-9 раз выше по сравнению с системой аммиак — вода в области высоких концентраций абсорбента (60-70%) [7]. В меньшей степени исследованы добавки других солей.

Постановка задачи и результаты исследования

Цель настоящей работы — оценить эффект от введения добавок различных солей в водоаммиачный раствор и показать возможность применения многокомпонентных систем аммиак — соль — вода в АТТ. Представляет интерес для данных целей изучение добавок хорошо

растворимых в водоаммиачном растворе аммонииных солей: N^N0,, и ^Н4) 2804 [7-9]. Концентрации аммиака в многокомпонентных растворах выбирались в соответствии с рабочими режимами одноступенчатых низкотемпературных АТТ.

Исследование теплофизических свойств трехкомпо-нентных систем с двумя летучими компонентами — трудоемкая работа, поэтому имеющиеся в литературе данные весьма ограничены.

При оценке влияния соли на свойства систем аммиак — вода — соль важно провести анализ равновесия жидкость — пар. В справочнике [10] представлены результаты исследования равновесия жидкость — пар системы NH3 - Н20 - N^N0,, полученные различными авторами, причем данные приведены в расчете на мольные соотношения компонентов. Для сопоставления свойств различных растворов проведен пересчет данных в соответствующие массовые соотношения компонентов. Полученные результаты показаны в табл. 1 и на рис. 1, 2.

Как следует из данных, представленных в табл. 1, на рис. 1 и 2, при добавлении соли N^N0, в водоаммиачный раствор уже при концентрации соли в абсорбенте около 20% происходит уменьшение содержания паров воды в паровой фазе. Если условно назвать уменьшение содержания паров воды в паровой фазе — «солевой ректификацией», то такой эффект имеет место в системе NH3 — Н20 — N^N0,,. Он особенно выражен при 35 °С. Однако также следует, что происходит увеличение дав-

Рис. 1. Давление насыщенных паров при 10 °С в системах: 1 — NH3 -Н2О [10, 11]; 2 — NH3 -Н2О -NH4NO3 [10] ([Н2О]: [NHJNOJ = 3:1); 3 — NH3 -Н2О -NH^Oj [10] ([Н2О]: [NHNO] = 1:1); 4 — NH3 -Н2О - (ЫН)^О4-ZnSО4 ([Н2О]: [(NH) £О]: [ZnSО] = 4,4:1:0,1)

Fig. 1. Saturated vapor pressure at 10°С in the following systems: 1 — NH3 -Н2О [10, 11]; 2 — NH3 -Н2О - NH4NO3 [10] ([Н2О]: [NHJNOJ = 3:1); 3 — NH3 -Н2О - NH NO 3 [10] ([Н2О]: [NHNO] = 1:1); 4 — NH3-Н2О-(NH)£О4^г$О4 ([Hf]: [(NH) £О]: [ZnSО] = 4,4:1:0,1)

ления пара над растворами (табл. 1). При этом давление пара увеличивается с ростом концентрации соли, что способствует ухудшению процесса абсорбции аммиака раствором в АТТ. Кроме того, увеличение концентрации соли в растворе КИ3-Н2О -КН4КО3 нежелательно, так как при этом увеличивается вязкость раствора.

Результаты исследования равновесия жидкость- пар системы МИ3 -И20-ЫБг представлены в работе [5]. Авторы указывают, что солевая добавка приводит к умень-

шению давления пара над раствором МИ3 - Н20 - ЫБг по сравнению с давлением пара над раствором МИ3 - Н20. Однако напрямую анализировать результаты, представленные в работе [5] сложно, так как при расчете массовой доли аммиака в растворе авторы не учитывали массу бромистого лития, то есть проводили расчеты массовой доли аммиака по формуле (1), а не по формуле (2):

■Х-кги — '

m

NH,

LNK

™NH3 +™Н20

(1)

Таблица 1

Давление насыщенных паров в системах NH3 - Н2О [10, 11] и NH3 - Н2О - NH4N03

,100

(2)

+ mLiBr + mH0

[10]; [H2O]: [NH4NO3] - отношение массы в(^ды 3 где Xnh3 — массовая доля аммиака из работы [5]; 4 —

к массе соли; Р — давление насыщенных паров; — массовая доля аммиака в растворе; (пар) — массовая доля аммиака в паровой фазе; — массовая доля NH4N03 в растворе

Table 1

Saturated vapor pressure in NH3 - Н2О [10, 11] and NH3 - Н2О - NH4N03 [103 systems; [H2O]: [NH4NO3] — water/salt fraction; Р — general

pressure of saturated vapor; ^ — mass fraction of ammonia in the solution ^ (vapour) — mass fraction of ammonia in vapor phase;

in the solution

NH,

m

LiBr

t, °С ^ % 4 2, % [H2O]: [NH^NOJ, Р, кПа 41 (п«р), %

10 10 — 7,3 89,0

10 15 — 12,3 93,8

10 20 — 20,0 96,2

10 25 — 30,6 97,9

10 30 — 46,6; 46,8* 98,9

10 10 22,4 3 1 9,1 91,7

10 15 21,2 3 1 14,9 95,1

10 20 19,9 3 1 23,0 97,2

10 10 44,9 1 1 10,9 94,0

10 15 42,4 1 1 18,3 96,7

10 20 39,2 1 1 28,6 98,1

10 30 34,9 1 1 59,4 99,7

35 10 — 25,2; 23,8* 77,3

35 15 — 40,1; 40,1* 86,0

35 20 — 62,0; 61,5* 91,5

35 25 — 80,4; 91,5* 94,2

35 30 — 133,0; 130,0* 96,6

35 10 22,4 3 1 28,9 —

35 15 21,2 3 1 46,4 89,7

35 20 19,9 3 1 71,2 93,7

35 25 18,9 3 1 105,3 96,3

35 30 17,4 3 1 150,3 98,0

35 10 44,9 1 1 34,2 89,4

35 15 42,4 1 1 56,1 94,0

35 20 39,2 1 1 86,6 96,4

35 25 37,4 1 1 126,9 97,9

35 5 71,3 1 3 23,0 86,7

35 10 67,6 1 3 44,8 93,5

35 15 63,8 1 3 73,6 96,8

массовая доля аммиака в растворе, %; т и тИ 0 — массы аммиака, бромида лития и воды в растворе.

Поэтому в табл. 2 показаны примеры значений давлений насыщенных паров в системе №И3-Н2О — ЫБг с пересчетом концентраций аммиака. Для сравнения в ней приведены также данные для системы №И3 - Н2О [11]. Учитывая результаты пересчета, представленные давления насыщенных паров над растворами соответствуют меньшим концентрациям аммиака. Вследствие этого,

NH4N03 mass fraction

* Экспериментальные данные из работы [11].

Рис. 2. Давление насыщенных паров при 35 °С в системах: 1 — NH3 -Н2О [10, 11]; 2 — NH3 -Н2О -NH4NO3 [10] ([Н2О]: [NHJNOJ = 3:1); 3 — NH3-Н2О-NH^O3 [10] ([Н2О]: [NH4NO3] = 1:1); 4 — NH3 -Н2О-NHjNO3 [10] ([Н2О]: [NHNO] = 1:3); 5 — NH3-Н2О-(NH)£О^лБО4 (НО]: [(NH)£GJ:[ZnSGJ = 4,4:1:0,1) Fig. 2. Saturated vapor pressure at 35°C in the following systems: 1 — NH3 -Н2О [10, 11]; 2 — NH3 -Н2О - NH4NO3 [10] ([Н2О]: [NHJNO] = 3:1); 3 — NH3 -Н2О-NHNO3 [10] ([Н2О]: [NH4NO3] = 1:1); 4 — NH3 -Н2О-NHNO3 [10] ([Н2О]: [NH4NO3] = 1:3); 5 — NH-Hfl-(Ж^О^гйО, ([Н2О]: [(NH) £О]: (ШО] = 4,4:1:0,1)

на основании результатов, представленных в работе [5] нельзя сделать однозначный вывод об эффективности введения добавки бромида лития. Следует отметить, что добавка бромида лития в раствор NH3 - Н20 должна приводить к уменьшению содержания паров воды в паровой фазе из-за сильного взаимодействия бромида лития с водой [12].

Теплофизические свойства системы NH3 -Н20 - ^Н4)2804 приведены в работах [8, 9], в которых показано, что добавка соли ^Н4)2804 в водоаммиачный раствор также приводит к снижению содержания воды в паровой фазе. Кроме того, при 20 % содержании соли и при одинаковом содержании аммиака в растворах содержание гидроксильных ионов в растворе уменьшается почти на два порядка, что существенно уменьшит вероятность щелочного растрескивания сталей при длительной эксплуатации АТТ. Эффективность введения другой добавки 2п804, может быть обусловлена двумя факторами: снижением давления паров аммиака над раствором из-за образования прочных комплексов [2п ^^^^ (константа нестойкости иона к, к = 2Т0-9 [13]) и уменьшением коррозии сталей, так как сульфат цинка при низких концентрациях является ингибитором коррозии.

Учитывая влияние добавок солей (МН4)2804 и 2п804 на свойства водного раствора аммиака ранее в работах [8, 9] исследовался эффект от совместного присутствия добавок этих двух солей в растворе NH3 - Н 20 -^Н4)2804- 2п804. В настоящей работе был выбран раствор с соотношением компонентов [Н20]: [^ Н4)2804]: [2п804] = 4,4 : 1 : 0,1, который является новым по сравнению с исследованными ранее. Изопиестическим методом исследовалось равновесие жидкость - пар в системе NH3-Н20 - ^Н4)2804-2п804. Анализ состава равновесных фаз проведен гравиметрическим методом и методом потенциометрического титрования. Влияние добавок солей на содержание воды в паровой фазе определено методом «точки росы». Полученные результаты показаны в табл. 3. Данные, представленные на рис. 1 и 2, сравниваются с соответствующими данными для систем:

-Н20 [10, 11] и - Н20 -МН4Ш3 [10].

Из данных, представленных в табл. 2 следует, что добавки смеси солей (КН4)2804 и 2п804 в водоаммиачный раствор более выгодны для применения в АТТ, чем добавки МН^03, т. к. происходит снижение давления насыщенных паров по сравнению с системой №И3 - Н20. Содержание Н20 в паровой фазе также уменьшается, по сравнению с системой NH3 - Н20 при тех же температурах и одинаковых концентрациях аммиака в растворах, что согласуется с результатами в работах [8, 9]. Исследование растворимости смеси этих солей в изучаемой системе при разных соотношениях компонентов показало, что для поддержания концентрации аммиака в растворе в пределах 10-20 % при применении в АТТ [8, 9] запас по общей растворимости солей составляет от ~15 до ~20 %.

Следует также отметить, что добавка в водоаммиачный раствор не только ^Н4)2804, но и 2п804 значительно уменьшает рН раствора (приблизительно на две единицы при общем содержании солей 20 %).

Из-за отсутствия данных по плотности и вязкости водоаммиачных растворов исследуемых солей, для сравнения проведено сопоставление плотности и вязкости

Таблица 2

Давление насыщенных паров в системах NH3 - Н2О [11] и NH3 - Н2О - LiBr [5]; [H2O]: [LiBr] — отношение массы воды к массе соли; Р — давление насыщенных паров; — массовая доля аммиака в растворе

Table 2

Saturated vapor pressure in NH3 - Н2О [11] and NH3- Н2О - LiBr [5] systems; [H2O]: [LiBr] — water/salt fraction; Р — general pressure of saturated vapor; — mass fraction of ammonia in the solution

t, °C XNH3,% % [H2O]: [LiBr] Р, кПа

35 — 16,6 — 46,7

31,5 — 28,3 — 100

35 — 29,6 — 127

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

35,3 19,1 16,6 6,5:1 42

31,5 32,1 28,5 6,5:1 107

34,7 42,3 29,6 1,3:1 255

Таблица 3

Давление насыщенных паров в системе NH3 -Н2О- (NH4) 2SO-ZnS04 ([H20]:[(N H4)2S04]:[ZnS04] = 4,4:1:0,1). Р — давление насыщенных паров; ^ — массовая доля аммиака в растворе; ^ (пар) — массовая доля аммиака в паровой фазе; — массовая доля (NH4) 2S04 в растворе; — массовая доля ZnS04 в растворе

Table 3

Saturated vapor pressure in NH3-Н2О-(NH4)2S04- ZnS04 ([^OMN H4)2SOJ:[ZnSOJ = 4,4:1:0,1)) system. Р — general pressure of saturated vapor; ^ — mass fraction of ammonia in the solution; ^ (vapour) — mass fraction of ammonia in vapor phase; — mass fraction of (NH4) 2SO4 mass fraction of; 4—ZnSO4 of ammonia in the solution

t, °С §1, % §2, % % Р, кПа §1 (п,р), %

10 10 - — 7 3 ** 89,0

10 15 - — 12,3 ** 93,8

10 20 - — 20,0** 96,2

10 25 - — 30,6** 97,9

10 30 - — 46,6**; 46,8* 98,9

10 10 16,4 1,6 6,3 92,0

10 15 15,5 1,5 11,6 96,7

10 20 14,5 1,5 17,1 98,0

10 25 13,6 1,4 28,2 98,7

10 30 12,7 1,3 41,6 99,2

35 10 — — 25,2**; 23,8* 77,3

35 15 — — 40,1**; 40,1* 86,0

35 20 — — 62,0**; 61,5* 91,5

35 25 — — 80,4**; 91,5* 94,2

35 30 — — 133,0**; 130,0* 96,6

35 10 16,4 1,6 20,7 90,2

35 15 15,5 1,5 33,7 92,3

35 20 14,5 1,5 53,4 95,1

35 25 13,6 1,4 77,2 97,0

35 30 12,7 1,3 114,8 98,6

* экспериментальные данные из работы [11]; ** экспериментальные данные из работы [10].

Рис 3. Зависимость плотности 30 % (по содержанию солей) водных растворов многокомпонентных абсорбентов (р, кг/м3) от температуры (t, °С): 1 — Н2О-NH4N03; 2 — Н2О - (NH4)2S04 - ZnS О 4([Н2О]:[(NH4) £OJ:[ZnS О J =

4,4:1:0,1); 3 — Н2О — LiN03 Fig. 3. The dependence of 30 % (in terms of salt content) multi-component absorbents solutions density on the temperature:

1 — Н2О-NHNO; 2 — Н2О-(NH)£04 — ZnS04 ([Н2О]:[(NH)SO]:[ZnSO] = 4,4:1:0,1); 3 — H2O — LiNO3

Рис. 4. Зависимость вязкости (n, мПа/с) 30 % (по содержанию солей) водных растворов от температуры (t, С): 1 — Н2О-NHN03; 2 — Н2О- (NH)£04-ZnS04([H20]: [(MHJ2S0J:[ZnS0J = 4,4:1:0,1); 3 — Н20-LiN03

Fig. 4. The dependence of 30 % (in terms of salt content) water solutions viscosity on the temperature: 1 — H20-NHN03; 2 — H20 - (NHJS0-ZnS04([H20]:[(NH)£0 ]:[ZnS0 ] = 4,4:1:0,1); 3 — H20 — LiN03

водных растворов этих солей [14]. Температурные зависимости плотности и вязкости указанных растворов с одинаковой концентрацией солей (30 %) показаны на рис. 3, 4.

Из графиков, показанных на рис. 3 и 4 следует, что плотность растворов с добавками солей аммония ниже, чем в случае добавок нитрата лития в воду, а вязкость существенно ниже только в растворах NH4N03.

Следует также отметить, что использование водного раствора солей, вместо воды, большой сложности при эксплуатации АТТ не внесет. Только при заправке АТТ вместо воды вносится смесь воды и солей, которая затем насыщается аммиаком. Изменение концентрации компонентов раствора происходит только за счет абсорбции и десорбции аммиака в АТТ.

Выводы

Полученные данные показывают, что при поиске солевых добавок в раствор NH3 — Н2О необходимо учитывать не только содержание воды в паровой фазе, но и давление насыщенных паров над раствором. Наиболее выгодными для АТТ являются такие добавки, которые приводят к уменьшению давления насыщенных

паров над раствором. В работе [15] проведен сравнительный анализ различных рабочих веществ АТТ. Исходя из термодинамических критериев, наиболее перспективными для АТТ являются растворы, для которых изменение химического потенциала Дц принимает минимальные значения. По определению, Дц — это максимальная полезная работа, совершаемая в процессе абсорбции одного моля летучего компонента раствором при постоянных давлении и температуре. Условием протекания процесса абсорбции служит неравенство Дц1< 0. Из-за различного рода кинетических причин в реальных системах необходимо, чтобы Дц а, следовательно, и давление пара летучего компонента, принимало наиболее низкие значения.

Представленные результаты, с точки зрении анализа рассмотренных физико-химических свойств растворов, указывают на перспективность добавок смеси солей (NH4)2S04 - ZnS04 при использовании их в водоаммиач-ных АТТ. Улучшение эксплуатационных характеристик АТТ может быть осуществлено за счет уменьшения содержания воды в паровой фазе и уменьшения коррозии металлов за счет снижения рН раствора. Однако, для внедрения в промышленность системы NH3 - Н2О -(NH4)2S04 -ZnS04 необходимо более полное исследование.

Литература

1. Cai D., He G., Tian Q., Bian Y., Xiao R., Zhang A. First law analysis of a novel double effect air-cooled non-adiabatic ammonia/salt absorption refrigeration cycle. // Energy Conversion and Management. 2015. V. 98. P. 1-14.

References

1. Cai D., He G., Tian Q., Bian Y., Xiao R., Zhang A. First law analysis of a novel double effect air-cooled non-adiabatic ammonia/salt absorption refrigeration cycle. Energy Conversion and Management. 2015. V. 98. P. 1-14.

2. Siddiqui M. U., Said S. A. M. A review of solar powered absorption systems // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. V. 42. P. 93-115.

3. Darwish N. A., Al-Hashimi S. H., Al-Mansoori A. S. Performance analysis and evaluation of a commercial absorption — refrigeration water — ammonia (ARWA) system // International Journal of Refrigeration. 2008. V. 31. P. 1214-1223.

4. Бадылькес И. С., Данилов Р. Л. Абсорбционные холодильные машины. — М.: Пищепромиздат, 1966. 356 с.

5. Wu Y., Chen Y., Wu T. Experimental researches on characteristics of vapor — liquid equilibrium of NH3 — Н2О — LiBr system // International Journal of Refrigeration. 2006. V. 29. P. 328-335.

6. Sathyabhama A. Effect of salt on boiling heat transfer ammonia — water mixture // Heat Mass Transfer. 2012. V. 48. P. 497-503.

7. Цимбалист А. О., Прудников А. И., Орехов И. И. Равновесие жидкость — пар в системе азотнокислый литий — аммиак — вода. Деп. в ВИНИТИ№ 4436-83, — Л.: ЛТИХП, 12.08.83.

8. А.с. SU 1731785А15С09К5/00. Рабочая смесь для низкотемпературных одноступенчатых термотрансформаторов / Турецкий В. М., Караван С. В., Пинчук О. А., Караван Д. В., Селезнев В. Г., Быков С. И., Поляков С. А. Опубл. 07.05.92. Бюл. № 17.

9. Караван С. В., Пинчук О. А., Караван Д. В. «Солевая» ректификация в водоаммиачных абсорбционных установках // Холодильная техника. 1997. № 5. С. 24.

10. Ципарис И. Н. Равновесие жидкость — пар. Тройные системы с одним нелетучим компонентом. Справочник. — Л.: Химия, 1973. 256 с.

11. Богданов С. Н., Бурцев С. И., Иванов О. П., Куприянова А. В. Холодильная техника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ. Справочник. / Под ред. С. Н. Богданова. 4-е изд., перераб. и доп. — СПб.: СПбГАХПТ, 1999. 320 с.

12. Бараненко А. В., Караван С. В., Пинчук О. А., Караван Д. В. Водные растворы абсорбционных термотрансформаторов. — М.: Перо, 2014. 393 c.

13. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии. — М.: Химия, 1971. 456 с.

14. Зайцев И. Д., Асеев Г. Г. Физико-химические свойства бинарных и многокомпонентных растворов неорганических веществ. Справочник. — М., Химия, 1988. 416 с.

15. Орехов И. И., Тимофеевский Л. С., Караван С. В. Абсорбционные преобразователи теплоты. — Л.: Химия, 1989. 208 с.

2. Siddiqui M. U., Said S. A. M. A review of solar powered absorption systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. V. 42. P. 93-115.

3. Darwish N. A., Al-Hashimi S. H., A. S. Al-Mansoori. Performance analysis and evaluation of a commercial absorption — refrigeration water — ammonia (ARWA) system. International Journal of Refrigeration. 2008. V. 31. P. 1214-1223.

4. Badylkes I. S., Danilov R. L. The absorptive refrigerators. Moscow: Pischepromizdat, 1966, 356 p.

5. Wu Y., Chen Y., Wu T. Experimental researches on characteristics of vapor — liquid equilibrium of NH3 — H20 — LiBr system. International Journal of Refrigeration. 2006. V. 29. P. 328-335.

6. Sathyabhama A. Effect of salt on boiling heat transfer ammonia — water mixture. Heat Mass Transfer. 2012. V. 48. P. 497503.

7. Tsymbalist A. O., Prudnikov A. I., Orekhov I. I. Equilibrium liquid-steam in system nitrate lithium-ammonia-water. Leningrad, 1983.

8. A. C. SU 1731785AI5C09K5/00. Working mix for the low-temperature singlestage thermotransformers. Turetskii V. M., Kara-van S. V., Pinchuk O. A., Karavan D. V., Seleznev V. G., Bykov S. I., Polyakov S. A. Opubl. 07.05.92. Bul. № 17.

9. Karavan S. V., Pinchuk O. A., Karavan D. V. «Salt» rectification in water ammoniac absorption plants. Holodilnaya tehnika. 1997, No 5, p. 24.

10. Tsyparis I. N. Equilibrium liquid-steam. Threefold systems with one nonvolatile component. Reference book. Leningrad, Hi-miya, 1973, 256 p.

11. Bogdanov S. N., Burtsev S. I., Ivanov O. P., Kupriyanova A. V., Refrigerating technique. Air conditioning. Properties of substances. Reference book. / Under the editorship of S. N. Bogdanov. 4 prod., reslave. and additional. SPb.: SPbGAHPT, 1999, 320 p.

12. Baranenko A. V., Karavan S. V., Pinchuk O. A., Karavan D. V. Aqueous solutions of the absorptive thermotransformers. Moscow: Pero, 2014, 393 p.

13. Lurie Yu. Yu. Reference book on analytical chemistry. Moscow: Himiya, 1971, 456 p.

14. Zaitsev I. D., Aseev G. G. Physical and chemical properties of binary and multicomponent solutions of mineral substances. Reference book. Moscow: Himiya, 1988, 416 p.

15. Orekhov I. I., Timofeevskii L. S., Karavan S. V. The absorptive converters of warmth. Leningrad, Himiya, 1989, 208 p.

Сведения об авторах

Пинчук Ольга Афанасьевна

к. т. н., доцент кафедры экологии и техносферной безопасности Университета ИТМО, 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9, oapinchuk@yandex.ru Костко Андрей Федорович

к.ф.-м.н., доцент кафедры экологии и техносферной безопасности Университета ИТМО, 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9, afkostko@yahoo.com

Information about authors

Pinchuk Olga Afanasyevna

Ph. D., associate professor of the Department of Ecology and Technosphere Safety of ITMO University, 191002, Russia, St. Petersburg, Lomonosov str., 9, oapinchuk@yandex.ru Kostko Andrey Fedorovich

Ph. D., associate professor of the Department of Ecology and Technosphere Safety of ITMO University, 191002, Russia, St. Petersburg, Lomonosov str., 9, afkostko@yahoo.com

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.