基于新型AHT循環的IPA—CaCl2—H2O工質對

萬紅梅　王春雷　劉傳波

摘 要：文章從優化工質對的角度出發實驗研究了加入IPA的CaCl2溶液各項分配系數的變化。實驗證明，CaCl2不溶于IPA中，IPA對CaCl2溶液具有明顯的鹽析作用。用真空干燥法可以得到擬合曲線來修正IPA的含量精度。在各個溫度下，上層液中的CaCl2分配系數都很低，說明CaCl2很少進入發生器中；下層液的IPA分配系數很低，說明吸收器溶液并不會受到IPA的鹽析影響。加入IPA后，循環的放氣范圍大大提高，從而能得到更高的能量品位。

關鍵詞：異丙醇；氯化鈣；第二類吸收式熱泵循環；鹽析溫度；余熱利用；工質對；有機鹽析劑

第二類吸收式熱泵循環（Absorption Heat Transformer，AHT）以一部分余熱為驅動力，可提高另一部分余熱的品位，因而對于中低溫余熱利用有著良好的適用性和發展前景。

蘇慶泉等提出了一種新型的AHT循環，其技術特點是在現有AHT循環吸收器與發生器之間的溶液循環回路中加設了一級IPA+CaCl2溶液溶解分離裝置，將混合溶液進行有機鹽析結晶、固液分離和重新溶解。固液分離后得到的上清液中吸收劑CaCl2含量遠小于下層液（包含部分結晶）中CaCl2含量，因此，將上清液送至發生器使發生過程在低濃度條件下進行，而將下層液送至吸收器使吸收過程在高濃度條件下進行，從而使得可利用余熱的品位得到降低的同時，可達到熱泵溫升得到提高。

可見，對于該AHT循環，關鍵在于提高上清液和下層液的濃度差。由于一般有機鹽析劑的鹽析能力與溫度和初始溶液濃度配置有關，因此，探索不同溫度和不同初始溶液濃度對最終溶液的分配系數的影響，是優化該循環的一個研究課題。

文章將化工領域結晶工藝中的鹽析方法應用于該AHT循環的鹽析結晶過程，通過在吸收溶液中添加具有親水性、同時不溶解吸收溶液成分的有機鹽析劑組分，使得一定溫度下的吸收溶液飽和濃度進一步的減小。IPA具備與水完全互溶，又不溶解CaCl2的基本條件，因而文章首先以CaCl2-H2O工質為例，研究了作為鹽析劑的IPA組分對CaCl2吸收溶液飽和濃度、上下層的分配系數、進而對該循環性能的影響。

1 實驗方法

文章測定了溫度為30℃-80℃（間隔10℃）、初始CaCl2濃度為各溫度下飽和濃度以及初始濃度為30%-55%（間隔5%）時，IPA：H2O=1：1的添加量對CaCl2最終溶液分配系數的影響。將不同濃度的CaCl2溶液在磁力攪拌機上加熱完全溶解，保持高溫狀態加入相應IPA，密閉，在恒溫水浴中靜置2h。分別對上清液和下層液進行成分分析。IPA的含量分析采用真空干燥法。真空干燥法將樣品置于真空干燥箱中抽至恒重，失去的質量即為IPA質量；Cl-分析采用銀量法，以鉻酸K為指示劑進行莫爾滴定。CaCl2含量即為Cl-分析值，而H2O含量則由IPA 與Cl-的分析值之差得出。

2 實驗結果及討論

實驗中發現，IPA并不能溶解CaCl2，同時，IPA對CaCl2具有較強的鹽析作用，這就為采用IPA作為鹽析劑提供了基礎。

文章首先驗證了真空干燥法測量IPA含量的準確性。因為IPA在常壓下的沸點是82.3℃，與水沸點100℃相差不大，因此需要加入LiCl來固定水分。圖1給出了不同比例的LiCl、IPA和H2O混合溶液在真空干燥環境中失重隨時間的變化規律。圖中可以看出，起初溶液失重基本呈直線，到某個時間段時突然失重減慢，出現拐點，拐點之后溶液基本呈恒重狀態。不同比例的溶液失重都具有一個明顯的拐點，可以認為這個拐點是IPA被完全抽出的時間點。當溶液中含有53.3% IPA時，拐點在3.5h左右出現，IPA含量的降低，使得拐點出現時間提前，當IPA含量13.38%時，拐點出現在0.7h左右。從圖1中可以分析得出，對于未知IPA含量的溶液，依然可以用真空干燥法測出它的拐點，然后用擬合曲線來得到IPA的含量。

真空干燥法法有個不足，就是測量值與真實值之間有一定的偏差，圖2給出了真實值和測量值之間的關系。這就說明，對于未知溶液用第一次擬合曲線得出結果后，必須再用圖2的擬合曲線進行第二次修正，以求獲得更真實的數據。

3 結語

為了提高新型AHT循環的性能和優化工質對，文章結合有機鹽析結晶與新型AHT循環的基本原理，用實驗的方法研究了通過在吸收溶液中添加具有親水性、同時不溶解吸收溶液成分的有機鹽析劑組分對不同鹽析溫度下吸收溶液各相分配系數的影響。結果表明，IPA對結CaCl2吸收溶液具有較強的鹽析作用，該鹽析作用隨溫度的升高而增強；同時溫度對下層液CaCl2含量基本無影響，這給出了我們進行有機鹽析結晶工藝操作方面的條件，即盡量采取在高溫下操作，使得鹽析能力達到最大。上層液中CaCl2含量很少，下層液中IPA含量很低，有利于上下兩層的分離操作，并且IPA并不進入吸收器中。發生器中CaCl2濃度可以降得較低，吸收器中CaCl2的濃度能達到很高，系統的放氣范圍較之純CaCl2工質對大大提高。

參考文獻

[1] 周慶安，劉志強.寶鋼余熱資源利用現狀及前景分析[J].寶鋼技術， 2005（03）：27-30

[2] 張偉，朱家玲.低溫熱源驅動溴化鋰第二類吸收式熱泵的實驗研究[J].太陽能學報，2009，30（01）：38-44

[3] 劉曉紅，程淑蓮，李安等.鹽析效應對鹵水制純堿的影響[J].南昌大學學報工科版，2008，3（09）：220-222.