基于ELECNRTL模型的LiBr-H2O溶液沸点计算

杨 楠

(新疆东方希望新能源有限公司，新疆昌吉，831799)

基于ELECNRTL模型的LiBr-H2O溶液沸点计算

杨 楠

(新疆东方希望新能源有限公司，新疆昌吉，831799)

基于ASPEN plus软件，采用电解质热力学ELECNRTL模型，计算了溴化锂水溶液在压力为0～100kPA，浓度 50%～60%时的沸点，结果与ASHRAE 2009计算数值非常吻合，可供溴化锂机组设计时直接使用。

溴化锂 ELECNRTL 沸点

溴化锂吸收制冷机组在改良西门子法制备多晶硅工艺中，以还原炉夹套热水作为热源，制备7℃水，为装置提供冷媒，实现装置余热的综合利用。制冷机组以LiBr-H2O为工质对，溶液的热力学数据是制冷系统工艺设计的基础。LiBr-H2O汽液相平衡参数，如沸点，目前主要依靠查图获取[1]，存在一定的误差。本文采用ASPEN plus软件和ELECNRTL模型，通过其数据库中的电解质参数和成对参数，计算了LiBr-H2O溶液的沸点，并将结果与文献[2],[3]进行了比较。

1 物性方法

1.1 真实组分浓度

溴化锂极易溶于水，其水溶液为强电解质，溶液组份包括H2O、LiBr、Li+、Br-、H3O+、LiOH、HBr、OH-、H+等。通过Elec Wizard电解质专家系统，溴化锂水溶液的电离反应包括以下几个方程：

2H2O=H3O++OH-

HBr+H2O=H3O++Br-

LiOH=OH-+Li+

LiBr=Li++Br-

在溴化锂水溶液系统中，LiBr的质量浓度ξ，是表观浓度。在实际电解质溶液中，LiBr分子其实并不存在，而是以Li+和Br-离子形式存在。所以在规定溴化锂水溶液浓度ξ时，应分别输入Li+和Br-离子的质量浓度，即真实组分浓度。

1.2 ELECNRTL物性方法

ELECNRTL模型通过计算电解质水溶液系统以及混合电解质系统中的各种离子和分子的活度系数，可以处理任何浓度下的混合溶剂系统。ELECNRTL与NRTL-RK性质方法完全一致。ELECNRTL模型可以在很宽的浓度和温度范围内，只用几种二元参数，对电解质水溶液的真实组分的相互作用进行描述。

(1)

对于电解质-分子对参数τij可用下式计算。

(2)

(3)

在ASPENPLUS数据库中，自带溴化锂水溶液工质对的二元参数，如表1所列为溴化锂水溶液的二元参数GMELCC(即上式(2)和(3)中的Cji,B和Cij,B)。

表1 溴化锂水溶液的二元参数GMELCC

2 结果与分析

2.1 溴化锂水溶液t～P～ξ

通过计算，不同质量浓度的溴化锂水溶液，其汽液平衡t～P～ξ数据如表2。

从表2可见，溴化锂水溶液，随着压力升高，沸点升高；随着溴化锂浓度增加，沸点升高。使用表2可方便的查询不同压力条件下，不同浓度溴化锂水溶液的沸点数据。

2.2 数据分析

贾明生[4]根据文献[2]提供的数据，文献[3]根据实测数据，均采用正交多项式回归方法：

(4)

式中：

t：压强为P时，溴化锂溶液的饱和温度，℃；

t1：压强为P时，对应水的饱和温度，℃；

分别拟合出方程(4)中的An和Bn，可以求出不同ξ时，溴化锂水溶液对应的沸点。

图1为ξ等于50%和60%时，采用ASPENplus与采用多项式拟合的计算结果比较。

表2 溴化锂水溶液汽液平衡t～P～ξ 数据表

图1 沸点数据对比

从图1可见，ASPENplus计算结果与文献[3]高度吻合。

另外选取其他ξ值进行计算比较时，结果也非常一致。基于文献[3]是文献[2]的更新版本，也是目前暖通设计的主要参考手册，故与文献[3]高度吻合的ASPENplus计算结果可以在工程设计时直接使用。

3 结论

采用ASPENplus软件可以准确的计算溴化锂

水溶液的沸点，结果与ASHRAE2009多项式拟合计算的数值非常吻合，文中所计算的t～P～ξ数据表可供溴化锂机组设计时直接使用。

[1] 戴永庆.溴化锂吸收式制冷空调技术实用手册[M]. 北京:机械工业出版社,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] 贾明生.溴化锂水溶液的几个主要物性参数计算方程[J].湛江海洋大学学报,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