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水与咪唑类离子液体工质体系的相平衡

范丽华  
【摘要】: 吸收式循环以对臭氧层无破坏的物质为工质,可以直接以低品位热源为驱动,同时可利用太阳能等再生能源,降低电网峰值压力,是一项重要的节能环保技术。工质是吸收式循环最基础的因素,无论是对现有工质的改进,或是新型工质的开发,其热力学性质都是研究的基础。 离子液体因具有“零”蒸气压、高热稳定性及可设计性等特点被提议作为吸收式循环的工质。本文提出以水和离子液体作为新型工质的研究方向,针对混合工质体系的蒸气压性质进行研究。 根据吸收式循环工质中制冷剂与吸收剂的相互约束条件和离子液体性质的判定依据,筛选出两种离子液体:氯化1,3-二甲基咪唑([DMIm]Cl)和1,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐([DMIm]BF4)作为研究对象,进行实验室合成。以N-甲基咪唑和一氯甲烷为原料,采用气液相加成反应合成产品[DMIm]Cl;以中间体[DMIm]Cl和四氟硼酸钠为原料,采用两步法合成产品[DMIm]BF4,并对精制后的产品进行了结构表征和纯度测定。 设计并建立一套动态法测定溶液蒸气压的实验装置,测定了纯水和质量分数为0.25的氯化钠水溶液的蒸气压数据,实验数据和文献数据的平均相对偏差分别为0.41%和0.57%,证明了该装置的可靠性。 测定了H2O(1)/[DMIm]BF4(2)体系在w2为0.90、0.85、0.75和0.65, T为310 K~410 K时的饱和蒸气压数据。分别采用Antoine方程和NRTL方程建立了H2O/[DMIm]BF4体系蒸气压与温度、浓度的关联模型,模型计算值与实验值的平均相对偏差分别为1.06%和1.15%。该体系的饱和蒸气压对于Raoult定律呈现负偏差,且离子液体含量越高,与Raoult定律的偏差越大,证明该体系有作为吸收式循环工质的潜力。 测定了H2O (1)/LiBr+[DMIm]Cl(2)三元体系在w2为0.69、0.60、0.50、0.40和0.30, T为300 K~440 K时的饱和蒸气压数据,其中:LiBr:[DMIm]Cl=3:1 (mass ratio)。采用Antoine方程建立了H2O/LiBr+[DMIm]Cl体系蒸气压与温度、浓度的关联模型,模型计算值与实验值的平均相对偏差为1.18%。 在H2O/LiBr体系中加入离子液体[DMIm]Cl后,原溴化锂水溶液的溶解度有所提高,并且使原溶液的蒸气压得到降低。作为吸收式循环的工质,H2O/LiBr+[DMIm]Cl三元体系具有更优良的热力学特性。


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