基于新型AHT循环的IPA—CaCl2—H2O工质对

万红梅　王春雷　刘传波

摘 要：文章从优化工质对的角度出发实验研究了加入IPA的CaCl2溶液各项分配系数的变化。实验证明，CaCl2不溶于IPA中，IPA对CaCl2溶液具有明显的盐析作用。用真空干燥法可以得到拟合曲线来修正IPA的含量精度。在各个温度下，上层液中的CaCl2分配系数都很低，说明CaCl2很少进入发生器中；下层液的IPA分配系数很低，说明吸收器溶液并不会受到IPA的盐析影响。加入IPA后，循环的放气范围大大提高，从而能得到更高的能量品位。

关键词：异丙醇；氯化钙；第二类吸收式热泵循环；盐析温度；余热利用；工质对；有机盐析剂

第二类吸收式热泵循环（Absorption Heat Transformer，AHT）以一部分余热为驱动力，可提高另一部分余热的品位，因而对于中低温余热利用有着良好的适用性和发展前景。

苏庆泉等提出了一种新型的AHT循环，其技术特点是在现有AHT循环吸收器与发生器之间的溶液循环回路中加设了一级IPA+CaCl2溶液溶解分离装置，将混合溶液进行有机盐析结晶、固液分离和重新溶解。固液分离后得到的上清液中吸收剂CaCl2含量远小于下层液（包含部分结晶）中CaCl2含量，因此，将上清液送至发生器使发生过程在低浓度条件下进行，而将下层液送至吸收器使吸收过程在高浓度条件下进行，从而使得可利用余热的品位得到降低的同时，可达到热泵温升得到提高。

可见，对于该AHT循环，关键在于提高上清液和下层液的浓度差。由于一般有机盐析剂的盐析能力与温度和初始溶液浓度配置有关，因此，探索不同温度和不同初始溶液浓度对最终溶液的分配系数的影响，是优化该循环的一个研究课题。

文章将化工领域结晶工艺中的盐析方法应用于该AHT循环的盐析结晶过程，通过在吸收溶液中添加具有亲水性、同时不溶解吸收溶液成分的有机盐析剂组分，使得一定温度下的吸收溶液饱和浓度进一步的减小。IPA具备与水完全互溶，又不溶解CaCl2的基本条件，因而文章首先以CaCl2-H2O工质为例，研究了作为盐析剂的IPA组分对CaCl2吸收溶液饱和浓度、上下层的分配系数、进而对该循环性能的影响。

1 实验方法

文章测定了温度为30℃-80℃（间隔10℃）、初始CaCl2浓度为各温度下饱和浓度以及初始浓度为30%-55%（间隔5%）时，IPA：H2O=1：1的添加量对CaCl2最终溶液分配系数的影响。将不同浓度的CaCl2溶液在磁力搅拌机上加热完全溶解，保持高温状态加入相应IPA，密闭，在恒温水浴中静置2h。分别对上清液和下层液进行成分分析。IPA的含量分析采用真空干燥法。真空干燥法将样品置于真空干燥箱中抽至恒重，失去的质量即为IPA质量；Cl-分析采用银量法，以铬酸K为指示剂进行莫尔滴定。CaCl2含量即为Cl-分析值，而H2O含量则由IPA 与Cl-的分析值之差得出。

2 实验结果及讨论

实验中发现，IPA并不能溶解CaCl2，同时，IPA对CaCl2具有较强的盐析作用，这就为采用IPA作为盐析剂提供了基础。

文章首先验证了真空干燥法测量IPA含量的准确性。因为IPA在常压下的沸点是82.3℃，与水沸点100℃相差不大，因此需要加入LiCl来固定水分。图1给出了不同比例的LiCl、IPA和H2O混合溶液在真空干燥环境中失重随时间的变化规律。图中可以看出，起初溶液失重基本呈直线，到某个时间段时突然失重减慢，出现拐点，拐点之后溶液基本呈恒重状态。不同比例的溶液失重都具有一个明显的拐点，可以认为这个拐点是IPA被完全抽出的时间点。当溶液中含有53.3% IPA时，拐点在3.5h左右出现，IPA含量的降低，使得拐点出现时间提前，当IPA含量13.38%时，拐点出现在0.7h左右。从图1中可以分析得出，对于未知IPA含量的溶液，依然可以用真空干燥法测出它的拐点，然后用拟合曲线来得到IPA的含量。

真空干燥法法有个不足，就是测量值与真实值之间有一定的偏差，图2给出了真实值和测量值之间的关系。这就说明，对于未知溶液用第一次拟合曲线得出结果后，必须再用图2的拟合曲线进行第二次修正，以求获得更真实的数据。

3 结语

为了提高新型AHT循环的性能和优化工质对，文章结合有机盐析结晶与新型AHT循环的基本原理，用实验的方法研究了通过在吸收溶液中添加具有亲水性、同时不溶解吸收溶液成分的有机盐析剂组分对不同盐析温度下吸收溶液各相分配系数的影响。结果表明，IPA对结CaCl2吸收溶液具有较强的盐析作用，该盐析作用随温度的升高而增强；同时温度对下层液CaCl2含量基本无影响，这给出了我们进行有机盐析结晶工艺操作方面的条件，即尽量采取在高温下操作，使得盐析能力达到最大。上层液中CaCl2含量很少，下层液中IPA含量很低，有利于上下两层的分离操作，并且IPA并不进入吸收器中。发生器中CaCl2浓度可以降得较低，吸收器中CaCl2的浓度能达到很高，系统的放气范围较之纯CaCl2工质对大大提高。

参考文献

[1] 周庆安，刘志强.宝钢余热资源利用现状及前景分析[J].宝钢技术， 2005（03）：27-30

[2] 张伟，朱家玲.低温热源驱动溴化锂第二类吸收式热泵的实验研究[J].太阳能学报，2009，30（01）：38-44

[3] 刘晓红，程淑莲，李安等.盐析效应对卤水制纯碱的影响[J].南昌大学学报工科版，2008，3（09）：220-222.