氯化钙及其复合吸附剂吸附性能衰减研究

摘要

吸附式制冷作为一种新型的制冷方式，可利用如太阳能，工业余热等低品位热源，同时能够解决氟氯烃类制冷剂对环境造成破坏的问题，具有较大的研究和应用价值。近些年，世界各国学者对于吸附式制冷的研究工作涉及吸附剂优化，吸附床设计，吸附系统循环改进等方面。但作为吸附式制冷的核心，吸附剂在实际应用中仍然存在各种问题。化学吸附剂的吸附量大，但本身导热系数较低，长时间使用后会出现膨胀、结块等现象，使吸附剂的传热和传质都出现明显恶化，导致吸附性能出现衰减，使用寿命和可靠性都降低。
　　本文针对化学吸附剂使用过程出现的传热传质降低、性能衰减的问题，探究可能影响化学吸附剂氯化钙性能的因素，以及这些因素的相应的影响方式。利用炭化造孔的方式制备新型复合吸附剂，通过正交实验的方法，分析不同制备因素对复合吸附剂性能的影响趋势，并具体分析样品的吸附量衰减和吸附/解吸曲线的变化情况。具体内容如下:
　　(1)基于控制容积法测定吸附量的方法，设计并搭建了一套吸附量连续测定实验系统，利用时间继电器及电磁阀对电加热片和冷却水回路进行交替控制，达到吸附/解吸所需要的温度条件。反应釜的样品槽设计以填装小质量样品为基础，避免反应过程中出现大量吸附热，降低热源需要的条件和反应时间，使吸附循环可以快速进行，达到加速吸附剂老化的目的，实验系统长时间运行可靠性高。通过连续测量吸附剂多次吸附/解吸的循环吸附量变化，表征吸附剂性能的衰减情况。
　　(2)选用价格低廉，来源广泛的氯化钙作为研究的化学吸附剂，对不经高温处理和经500℃，600℃加热后制备的3种实验样品分别进行200次以上的循环吸附测试，分析了制备温度对氯化钙循环吸附量，吸附/解吸曲线变化的影响。
　　(3)为研究样品膨胀空间对氯化钙吸附性能的影响，在限制其膨胀条件下，对氯化钙进行吸附性能衰减变化测试，并与正常放入反应槽的相同样品进行对比，分析了实验结果产生差异的原因。
　　(4)为改善化学吸附剂自身导热和结块后传质性能差的问题，优化复合吸附剂的制备工艺，将杨木屑浸渍在氯化钙溶液中，通过杨木屑疏松多孔特性增加氯化钙的负载量，经高温活化造孔的方法丰富复合吸附剂的传质结构。根据正交实验的原则设计浸渍氯化钙溶液浓度，木屑石墨质量比，炭化活化温度和炭化活化时间四因素三水平的实验方案，并对吸附剂进行多次吸附循环测试，选取最大和最小循环吸附量的比值作为评价指标，对实验结果进行极差分析和方差分析，通过估算边际均值分析以上因素对复合吸附剂循环吸附量最大衰减程度的影响趋势。选择复合吸附剂中最优和最差的样品，分析了其循环吸附量和吸附/解吸曲线的衰减规律。通过以上工作，给出实验条件下的最佳复合吸附剂制备方案，为高性能氯化钙复合吸附剂的优化制备提供一定的理论指导，具有重要的工程应用价值。

目录

声明

摘要

主要符号说明

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 吸附式制冷技术关键问题研究

1．2．1 吸附制冷工质对

1．2．2 吸附式制冷系统的优化研究

1．3 吸附剂性能衰减与优化研究

1．4 本文主要研究工作

第2章 吸附性能衰减测试实验系统

2．1 吸附性能测试实验方法

2．2 吸附量计算方程

2．2．1 理想气体状态方程

2．2．2 R-K-S状态方程

2．2．3 MBWR状态方程

2．3 吸附剂衰减特性测试实验台

2．3．1 实验系统介绍

2．3．2 实验方法及实验步骤

2．3．3 系统体积标定

2．4 相关仪器设备

2．5 本章小结

第3章 氯化钙吸附剂性能衰减研究

3．1 氯化钙化学反应机理

3．2 实验样品制备

3．3 制备温度对氯化钙吸附性能衰减的影响

3．4 膨胀空间对氯化钙吸附性能衰减的影响

3．5 本章小结

第4章 复合吸附剂的衰减特性实验研究

4．1 正交实验设计

4．1．1 正交实验因素水平选择

4．1．2 正交实验表设计

4．2 复合吸附剂样品制备

4．2．1 复合吸附剂制备原料

4．2．2 复合吸附剂样品制备

4．3 正交实验结果与分析

4．3．1 实验结果极差分析

4．3．2 实验结果SPSS统计分析

4．4 复合吸附剂吸附性能衰减分析

4．4．1 吸附性能衰减的分析

4．4．2 吸附系统压力变化分析

4．4．3 吸附／解吸曲线分析

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 本文总结

5．2 创新点

5．3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的学术成果