第二章制冷剂与吸收剂

h-ξ 图的纵坐标为溶液的焓值，横坐标为溶液的 质量百分浓度。图的下半部分为液相部分，由等温 线簇（虚线）和等压线簇（实线）组成；图的上半 部分为汽相部分，因为汽相中只要水蒸气的组分， 所以汽相部分只有作辅助线的等压线簇，而汽相点 则在纵坐标上。
溴化锂溶液的比焓可以根据溴化锂的比焓和水的比焓 及溴化锂在水中溶解时的熔解热q，由下式求得：
溶液水蒸 汽的 分压力（ mmHg） 水在同温 度下的饱 和蒸汽压 力 （mmHg） 水在相应 压力下的 饱和温度 （℃）
3.6 7.3 7.3 67.5
35.7 61.5 92.4 634.0
零下 6.5 6.5 43.5
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3．溴化锂在水中的溶解度随温度的降低而降低，很 容易产生结晶； 一定温度下的溴 化锂饱和水溶液， 当温度降低时，由 于溴化锂在水中溶 解度的减小，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。
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第二章 制冷剂与吸收剂
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§2-1 制冷剂与吸收剂应具有的性质
一．制冷剂应具有的性质
作为制冷剂的物质，必须具有某些化学、物理和热 力学性质，以使制冷机在运行中能有较好的经济性， 效率高和有一定的安全性。
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第三类：T-X 图有极值存在的溶液，当溶液具有此 点的成分时，它将在一恒定的温度下沸腾，而且气 相成分与液相的成分完全相同。
对于第三类溶液，当其气相成分与液相的成分完 Leabharlann Baidu相同时，不能采用精馏的方法获得纯组分，因此 不能作为吸收式制冷机的工质。
11.对大气环境没有破坏作用；
12. 价格便宜，容易获得。
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二．吸收剂应具有的性质 1.在相同压力下，吸收剂的沸点比制冷剂的高，而 且相差的越大越好； 2.具有强烈地吸收制冷剂的能力；
3.无毒、无臭、不燃烧、不爆炸，安全可靠；
4.对金属材料的腐蚀性小；
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5 ．溴化锂溶液的密度与温度、质量分数有关；溴 化锂溶液的密度比水大，当温度一定时，随着质量 分数增大，其密度增大；如质量分数一定，则随着 温度的升高，其密度减小。
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6．在一定温度下。随着质量分数的增大，粘度急剧 增大；在一定质量分数下，随着温度升高，粘度下 降。 7．溴化锂溶液的表面张力与温度和质量分数有关： 质量分数不变时，随温度的升高而降低；温度不变 时，随质量分数的增大而增大。 8．溴化锂溶液的比热很小。
hl
c
0 t 0
t
pl
dt 418.60
（3-2）
hH
c
pH
dt 418.60
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根据实验所得的溴化锂在水中的熔解热数据， 按式（3-1）计算温度为某一给定值时，各质量分 数下溶液的比焓，这样就可画出液相部分的等温 线簇。有了等温线簇，则可根据溴化锂溶液的水 蒸气压作出相应的等压线簇。 为了作图的方便，通常先选定温度基准值。 国产溴化锂溶液的h-ξ 图是以70℃为基准值的， 即求出温度为70℃时各种不同质量分数溴化锂溶 h70c 液的比焓值 。
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例：已知溴化锂 溶液的温度为 87℃，压力为 9.31kPa(70mmHg), 查得溶液的浓度 为58%。
对A点的溶液 等压加热，温度升 高，溶液中的水分 被蒸发出来，溶液 的浓度增大。 A-B是等压沸腾过程。B-A是等压吸收过程。
由此可见，液相区中的所有点不仅可以表示溶 液的平衡状态，也可以表示溶液的过冷状态。 因为压力对溶液比焓的影响很小，可以忽略。
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如果再对A状态的过冷溶液加热，则随着温度 的升高，溶液的水蒸气压也升高。 当溶液的水蒸气压低于溶液的压力9.6k Pa时， 溶液中的水蒸气不会蒸发，溶液的质量分数不 变。 当溶液的水蒸气压达到9.6k Pa时，此时溶液又 重新达到相平衡状态，由状态点为60%的等质 量分数线与9.6k Pa的等压线的交点B，可读得 溶液的温度为 91.8℃，比焓为 373.4kJ/kg （溶 液在发生器中，处于开始沸腾的状态）。
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二.溴化锂溶液的比焓-浓度图（h-ξ 图）
在吸收式制冷机中，常计算溶液的焓差，求取 在产生蒸气过程中和吸收蒸气过程中的热量交换， 因此h-ξ 图是非常有用的。
h-ξ 图描述溴化锂溶液的水蒸气压、温度、质量 分数和比焓之间的关系。
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5．价格低廉。易于获得。
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三．二元溶液分类
二元溶液根据两个组分沸点相差的程度，可以分为 三类： 第一类：两组分沸点相差很大，溶质可看作是不挥发 的，溶液沸腾时它的气相只是低沸点组分；（如溴化 锂溶液）
第二类：两组分的沸点相差不大，当溶液沸腾时，它 的气相中除了沸点较低的组分外，还包含有沸点较高 的组分；（如氨水溶液）
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在h-ξ 图上只要知道溶液的温度、质量分数、水 蒸气压、比焓这四个状态参数中的任意两个，就可 以确定另外两个参数。 h-ξ 图上的等压线反映的是一定温度和质量分数的 溶液所具有的水蒸气压，而不是溶液的压力。只要 在处于相平衡时，溶液的压力才等于其水蒸气压。 例如，已知一稳定状态下的溴化锂溶液，其水 蒸气压为0.77k Pa(5.8mmHg)，温度为42℃，状态 点在h-ξ 图上为0.77k Pa等压线与42℃等温线的交 点A，由A点的纵坐标查得溶液的比焓为279.6kJ/kg， 由横坐标查得溶液的质量分数等于60%。
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二.溴化锂水溶液的性质
锂是碱金属族，溴是卤素族，溴化锂的化学性质 大体上与食盐类似，是一种稳定的物质，在大气中 不会变质，也不会分解和挥发，而且无毒。
无水溴化锂： LiBr 分子量 86.856 ，成分 Li7.99% ， Br92.01% 。比重 3.464 （ 25℃），熔点 547℃，沸点 1265℃。外观无色结晶颗粒。 溴化锂具有强烈地吸水性，极易溶于水。
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溴化锂水溶液具有下列特点： 1．无色液体，有咸味，无毒，加入铬酸锂后溶液呈 淡黄色； 2 ．水蒸汽分压很小，它比同温度下纯水的饱和蒸 汽压小的多，故有强烈的吸湿性；
溶液浓 度 （%） 58 58 62 62 溶液温 度 （℃） 32 42 50 95
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如果溶液的压力也等于0.77k Pa，则此时溶液 处于相平衡状态。
如果溶液的温度和质量分数保持不变，而压力 由0.77k Pa提高到9.6k Pa，此时溶液在h-ξ 图上的 状态点仍为A点，溶液处于过冷状态，一般称为 过冷溶液。
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有了70℃的等温线，再利用溶液的质量定压热 容数据，就可以根据下式求任意温度时的等温线。
h
x c
h
c
x
70c
c p dt h c ( x 70)
（3-3）
c
x c p
式 中 c p —— 溴 化 锂 溶 液 的 质 量 定 压 热 容 x c [kJ/(kg· ℃)] ，以 c p 作为（ x-70 ）℃的平均 值。
h-ξ 图的作用： 1.可以确定溴化锂溶液的状态参数； 2.可以将溴化锂吸收式机组中溶液的热力过程清楚 地表示出来。
h-ξ 图是进行溴化锂吸收式循环过程的理论分析、 热力计算和运行特性分析的主要图表。
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制冷剂应具有以下一些主要性质：
1. 蒸发压力不要太低；冷凝压力不要过高；
2. 蒸发潜热大，以减小制冷剂的循环量；
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3. 比容小； 4. 热力系数高； 5.传热系数高； 6. 液相和气相的粘度都低； 7. 化学性质不活泼，和金属等不化合，稳定性好； 8. 无毒和无刺激性； 9. 无可燃性和爆炸性； 10. 容易检出外漏的气体；
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§2-3 溴化锂溶液的热力状态图
一.溴化锂溶液的p-t图 溴化锂溶液的p-t图是根据同一质量分数下处于 相平衡的溴化锂溶液的水蒸气压随温度变化的关 系绘制的，是溴化锂溶液最基本的热力图表之一。 在溴化锂溶液的p-t图上有三个状态参数：温 度、质量分数和水蒸气压，只要知道其中任何 两个，另外一个便可通过p-t图确定。
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§2-2 溴化锂溶液的性质
溴化锂水溶液是由固体的溴化锂溶解在水中而成 的。在常压下，水的沸点是100℃，而溴化锂的沸点 是1265℃，两者相差1165℃。
一.水作为制冷剂的特点
优点：1.价格低廉，取用方便；2.汽化潜热大； 3. 无毒、无味、不燃烧、不爆炸。 缺点：常压下蒸发温度高，当蒸发温度降低时，蒸 发压力也很低；蒸汽的比容大；不能制取0℃以下的 低温。
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对水的比焓通常规定为：当温度为0℃时比焓等 于0。而对于溴化锂溶液，为了计算方便，则规定 质量分数ξ =0、温度t=℃时的比焓为 418.6kJ/kg(100kcal/kg)。
当压力不大时，压力对液体的比焓和熔解热的 影响很小，故可认为液态溶液的比焓只是温度和 质量分数的函数，与压力无关。因此不论溶液是 处于平衡状态还是过冷状态，其比焓都可在h-ξ 图上用等温线与等质量分数线的交点求得。
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4．溴化锂溶液对黑色金属和紫铜管等普通材料有 强烈的腐蚀性，有空气存在时情况更为严重，因腐 蚀而产生的不凝性气体对装置的制冷量影响较大； 防腐蚀的最根本的方法是保持高度真空，尽可 能不让氧气侵入。此外在溶液中添加各种缓蚀剂也 可以有效地抑制溴化锂溶液对金属的腐蚀。 常见的缓蚀剂有铬酸盐、钼酸盐及锑、铅、砷的 氧化物。还有一些有机物，如苯并三唑 （ C6H4N3H ）、甲苯三唑 TTA(C6H3N3HCH3) 等在 溴化锂溶液中也可作为缓蚀剂。 在溴化锂溶液中加入0.1% ～ 0.3% 的铬酸锂，并通 过加入氢氧化锂使溶液的PH值为9～10.5范围内， 可以有良好的缓蚀作用。
h hl l hH (1 l ) q
式中
（3-1）
l
——溶液的质量分数（%）。
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q前取负号是因为溴化锂溶解与水中是放热过程。
假定溴化锂和水在温度为0时的比焓均为 418.60kJ/kg ，则在不同的温度下，其比焓可由 以下式中求取：
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h-ξ 图中的汽相部分的等压线簇，是由一系列同 一压力下与不同质量分数的溶液处于相平衡的水 蒸气比焓所连成的曲线组成的。
在每条等压线上，根据纵坐标可以求出该压力下与 不同质量分数的溶液处于相平衡的水蒸气的比焓。 又因为与溶液处于平衡状态的水蒸气，其温度和压 力与溶液相同，所以与溶液液相部分的压力和质量 分数相对应的温度即为水蒸气的温度。