基于ELECNRTL模型的LiBr-H2O溶液沸點(diǎn)計(jì)算

楊 楠

(新疆東方希望新能源有限公司，新疆昌吉，831799)

基于ELECNRTL模型的LiBr-H2O溶液沸點(diǎn)計(jì)算

楊 楠

(新疆東方希望新能源有限公司，新疆昌吉，831799)

基于ASPEN plus軟件，采用電解質(zhì)熱力學(xué)ELECNRTL模型，計(jì)算了溴化鋰水溶液在壓力為0～100kPA，濃度 50%～60%時(shí)的沸點(diǎn)，結(jié)果與ASHRAE 2009計(jì)算數(shù)值非常吻合，可供溴化鋰機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)直接使用。

溴化鋰 ELECNRTL 沸點(diǎn)

溴化鋰吸收制冷機(jī)組在改良西門子法制備多晶硅工藝中，以還原爐夾套熱水作為熱源，制備7℃水，為裝置提供冷媒，實(shí)現(xiàn)裝置余熱的綜合利用。制冷機(jī)組以LiBr-H2O為工質(zhì)對，溶液的熱力學(xué)數(shù)據(jù)是制冷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。LiBr-H2O汽液相平衡參數(shù)，如沸點(diǎn)，目前主要依靠查圖獲取[1]，存在一定的誤差。本文采用ASPEN plus軟件和ELECNRTL模型，通過其數(shù)據(jù)庫中的電解質(zhì)參數(shù)和成對參數(shù)，計(jì)算了LiBr-H2O溶液的沸點(diǎn)，并將結(jié)果與文獻(xiàn)[2],[3]進(jìn)行了比較。

1 物性方法

1.1 真實(shí)組分濃度

溴化鋰極易溶于水，其水溶液為強(qiáng)電解質(zhì)，溶液組份包括H2O、LiBr、Li+、Br-、H3O+、LiOH、HBr、OH-、H+等。通過Elec Wizard電解質(zhì)專家系統(tǒng)，溴化鋰水溶液的電離反應(yīng)包括以下幾個(gè)方程：

2H2O=H3O++OH-

HBr+H2O=H3O++Br-

LiOH=OH-+Li+

LiBr=Li++Br-

在溴化鋰水溶液系統(tǒng)中，LiBr的質(zhì)量濃度ξ，是表觀濃度。在實(shí)際電解質(zhì)溶液中，LiBr分子其實(shí)并不存在，而是以Li+和Br-離子形式存在。所以在規(guī)定溴化鋰水溶液濃度ξ時(shí)，應(yīng)分別輸入Li+和Br-離子的質(zhì)量濃度，即真實(shí)組分濃度。

1.2 ELECNRTL物性方法

ELECNRTL模型通過計(jì)算電解質(zhì)水溶液系統(tǒng)以及混合電解質(zhì)系統(tǒng)中的各種離子和分子的活度系數(shù)，可以處理任何濃度下的混合溶劑系統(tǒng)。ELECNRTL與NRTL-RK性質(zhì)方法完全一致。ELECNRTL模型可以在很寬的濃度和溫度范圍內(nèi)，只用幾種二元參數(shù)，對電解質(zhì)水溶液的真實(shí)組分的相互作用進(jìn)行描述。

(1)

對于電解質(zhì)-分子對參數(shù)τij可用下式計(jì)算。

(2)

(3)

在ASPENPLUS數(shù)據(jù)庫中，自帶溴化鋰水溶液工質(zhì)對的二元參數(shù)，如表1所列為溴化鋰水溶液的二元參數(shù)GMELCC(即上式(2)和(3)中的Cji,B和Cij,B)。

表1 溴化鋰水溶液的二元參數(shù)GMELCC

2 結(jié)果與分析

2.1 溴化鋰水溶液t～P～ξ

通過計(jì)算，不同質(zhì)量濃度的溴化鋰水溶液，其汽液平衡t～P～ξ數(shù)據(jù)如表2。

從表2可見，溴化鋰水溶液，隨著壓力升高，沸點(diǎn)升高；隨著溴化鋰濃度增加，沸點(diǎn)升高。使用表2可方便的查詢不同壓力條件下，不同濃度溴化鋰水溶液的沸點(diǎn)數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)分析

賈明生[4]根據(jù)文獻(xiàn)[2]提供的數(shù)據(jù)，文獻(xiàn)[3]根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，均采用正交多項(xiàng)式回歸方法：

(4)

式中：

t：壓強(qiáng)為P時(shí)，溴化鋰溶液的飽和溫度，℃；

t1：壓強(qiáng)為P時(shí)，對應(yīng)水的飽和溫度，℃；

分別擬合出方程(4)中的An和Bn，可以求出不同ξ時(shí)，溴化鋰水溶液對應(yīng)的沸點(diǎn)。

圖1為ξ等于50%和60%時(shí)，采用ASPENplus與采用多項(xiàng)式擬合的計(jì)算結(jié)果比較。

表2 溴化鋰水溶液汽液平衡t～P～ξ 數(shù)據(jù)表

圖1 沸點(diǎn)數(shù)據(jù)對比

從圖1可見，ASPENplus計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)[3]高度吻合。

另外選取其他ξ值進(jìn)行計(jì)算比較時(shí)，結(jié)果也非常一致。基于文獻(xiàn)[3]是文獻(xiàn)[2]的更新版本，也是目前暖通設(shè)計(jì)的主要參考手冊，故與文獻(xiàn)[3]高度吻合的ASPENplus計(jì)算結(jié)果可以在工程設(shè)計(jì)時(shí)直接使用。

3 結(jié)論

采用ASPENplus軟件可以準(zhǔn)確的計(jì)算溴化鋰

水溶液的沸點(diǎn)，結(jié)果與ASHRAE2009多項(xiàng)式擬合計(jì)算的數(shù)值非常吻合，文中所計(jì)算的t～P～ξ數(shù)據(jù)表可供溴化鋰機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)直接使用。

[1] 戴永慶.溴化鋰吸收式制冷空調(diào)技術(shù)實(shí)用手冊[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999,(31).

[2]ASHRAE.ASHRAEhandbook-1981fundamentals[M].Atlanta,Americansocietyofheating,refrigerating,andairconditioningengineersInc,1981,(275).

[3]ASHRAE.ASHRAEhandbook-2009fundamentals[M].Atlanta,Americansocietyofheating,refrigerating,andairconditioningengineersInc,2009,(30):71.

[4] 賈明生.溴化鋰水溶液的幾個(gè)主要物性參數(shù)計(jì)算方程[J].湛江海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2002,(3):52-58.

Calculation of LiBr-H2O Boiling Point Based on ELECNRTL Model

YangNan

(Xinjiangeasthopenewenergyco.,Ltd,Changji831799,Xinjiang,China)

Based on ELECNRTL model in ASPEN plus, the boiling point of LiBr-H2O is calculated within the range of pressure 0～100kPa, and ξin 50%～60%. The resulting data is very consistent with the ASHRAE 2009, and can be directly used for designing of lithium bromide chillers.

LiBr-H2O; ELECNRTL; boiling point