用于改进水相吸收流体的传热和传质添加剂制造技术

一种含工作流体的水蒸汽吸收循环冷却和／或加热系统，该工作流体包括金属盐水溶液和为提高工作流体的水蒸汽吸收率而加入的含５～２４碳原子的脂族、环脂族或芳香族酮或醛，其有效添加量至少为２ｐｐｍ（重量），该金属盐包括溴化锂、氯化锂、碘化锂或其两种或多种的混合物，所述脂族酮具有通式Ｒ↓［１］（Ｃ＝Ｏ）Ｒ↓［２］，式中Ｒ↓［１］和Ｒ↓［２］为相同或不同的含１～１２碳原子的烷基和取代烷基，其中当Ｒ↓［１］为甲基时，连接于羰基上的另一烷基Ｒ↓［２］的碳原子为伯或叔碳原子。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术概述依照本专利技术，藉加入有效量的含5～24碳原子的脂肪酮、环脂肪酮或芳香酮或醛，水相吸收工作流体得以改进。改进的传热和传质添加剂以金属盐水溶液的形式被使用。有效量的酮或醛的存在提高了吸收流体的水蒸气吸收率，因而在系统性能上获得重要的效益和改进。这些改进包括吸收器容量负荷的提高及吸收器流体浓度变化方面的改进。另外的改进包括总传热系数和吸收流体侧膜传热系数的增大。上述改进过的吸收流体性能可在满足给定负荷条件下减少所需的吸收器热交换表面积，从而导致减少吸收器尺寸和成本。这些和其他的改进和优点将从下面的详述中明显地看出。专利技术详述用于本专利技术系统中的经改进的特种吸收水溶液为金属盐水溶液。优选的金属盐类为硷金属卤化物，特别是溴化锂、氯化锂和碘化锂及其两种或更多种的混合物。最优选的工作流体为溴化锂水溶液，它是目前吸收冷却器中所使用的以水溶液存在的唯一实用的吸收剂。在此类溶液中，为控制pH腐蚀，可能加入少量金属氢氧化物，其典型浓度约为0.05～0.15当量。但是，除优选的溴化锂外，还可能存在一种或多种下列盐类ZnCl2、ZnBr2、MnCl2、MnBr2、MgCl2、MgBr2、SrCl2、SrBr2、CaCl2、CaBr2、FeCl2、FeBr2、LiCl、LiI、LiNO2、LiNO3、LiSCN和LiClO3。无论是单独的溴化锂还是两种或更多种上述盐类的混合物，其存在的盐量最好是约40％～85％(重量)。正如美国专利No.3,478,530所公开的，前述LiBr吸收水溶液对本领域的技术人员来说是众所周知的。酮类也可与含硷金属氢氧化物的水溶液一起被使用。该硷金属氢氧化物吸收流本为氢氧化钠、氢氧化钾或其混合物的水溶液。优选的氢氧化物组合物即两种氢氧化物的混合物，最好其中氢氧化物总浓度约为30％～80％(重量)。已经发现，当氢氧化钠占氢氧化钠和氢氧化钾总量的约35％～75％(重量)时，达到最佳贮能潜力。对结晶温度高于30℃的体系，盐混合物中氢氧化钠的量为50％或更高，而对温度低于30℃的体系，优选的氢氧化钠的量为该盐混合物的50％或50％以下。对结晶温度低于30℃的体系，最优选的氢氧化钠量为氢氧化钠和氢氧化钾总量的40％～55％。除上述氢氧化钠和/或氢氧化钾溶液之外，也可加入相对小量的其他氢氧化物。因此该氢氧化物溶液中按氢氧化钠和/或氢氧化钾重量计可含高达约50％的氢氧化铯、氢氧化铷和/或约35％的氢氧化锂。业经发现，醛类不是与金属氢氧化物一起使用的有效的传热和传质添加剂。本专利技术的传热和传质添加剂为含5至24碳原子的脂肪酮类、环脂肪酮类以及芳香酮类和醛类。优选的添加剂在系统操作条件例如在约30℃到高达100℃或更高的温度下通常为液体。标准沸点为180℃或更高是特别好的。这些添加剂在盐水工作流体中是可溶的或不可溶的。但是，这些不可溶的化合物在20℃或高于20℃时必须是液体，而可溶添加剂在室温下作为纯化合物可以是固体，但是在20℃或高于20℃时必须完全溶解和不生成沉淀。本专利技术的添加剂可被用于吸收器温度低至约15℃的系统，如果它们是由熔点低于吸收器温度的化合物中选出的话。在一个较高和较低的较宽的温度范围内，这些添加剂可能是液体，对本专利技术的操作无不利影响。该酮类属于通式R1(C＝O)R2，式中R1和(或)R2分别为1至12碳原子的脂族或取代脂族基，或者是6至12碳原子的环脂族或芳香族、或取代环脂族或芳香族基。在烃类族为烷基，且其中R1或R2为甲基时，连接在羰基上的另一烷基的碳原子为伯或叔碳原子。如是，含有作为甲基的R1和另一个具有连接于羰基上的仲碳原子的羟基R2的酮类，诸如在美国专利No.3,609,087中公开的3-甲基-2-庚酮，与本专利技术的酮类相比，在LiBr吸收流体中，其传热和传质性质是低劣的，并因此而被排除。优选的脂族酮是其中R1和R2为含1至8碳原子的烷基的那些酮类，而在其中二者之一或两个烷基是被取代的，最好是为卤素取代的，且更好是为氟所取代的。优选的脂族酮类的实例包括4-甲基-2-戊酮、5-甲基-2-己酮、3，3-二甲基-2-已酮、2-戊酮、3-戊酮，2、4-二甲基-3-戊酮、2-己酮、4-甲基-2-己酮、5-甲基-2-己酮、2-庚酮、3-庚酮、4-庚酮、2-辛酮、3-辛酮、4-辛酮、壬酮和癸酮。环脂族酮类，且特别是环已酮和烷基和卤素取代衍生物也是有效的添加剂。芳香酮包括苯乙酮(甲基苯基酮)和二苯甲酮及其烷基和卤素取代衍生物。本专利技术范围内的用作传热和传质添加剂的醛类是脂族链或烷基链中含5至24碳原子，较优选为6至14碳原子的脂族醛类，也可为卤素所取代。特定的脂族醛类为己、庚、辛、壬、癸等以及更长链的醛类，如月桂醛(C-12)和卤豆莞醛(C-14)。有用的芳香醛包括苯甲醛、茴香醛和包括以醚和羟基取代化合物的取代芳香醛，如香草醛(3-甲基-4-羟基苯甲醛)。这些酮类和醛类也可能含有一个或一个以上其他官能团，如先前公开的，特别是卤素和更优选的是氯或氟的取代分子。此外，这些分子也可以含有醇、硫醇、胺和醚的基团，只要这些官能团在金属盐溶液存在下并不引起该添加剂形成沉淀或也不诱发化学不稳定性即可。酮和(或)醛的组合使用也可适合于不同的盐类或盐的组合。为改进传热和传质而加入到盐的水溶液中的酮或醛的有效添加量至少为从约2ppm直至约20,000ppm(重量)。优选的浓度为约2ppm至10,000ppm，而更优选的为约5ppm至5,000ppm，虽然超过这一范围直至20,000ppm或更高对该系统的操作都不会有不利影响。前述添加剂的混合物也可被使用。除了酮和醛的混合物外，这些添加剂还能与可加到吸收流体中的其他一些已知的传热和传质添加剂一起被使用。这类已知添加剂的实例是醇类，特别是那些含6-10碳原子的醇类，诸如2-乙基己醇或正辛醇和在美国专利No.5,419,145及申请序号No.08/443,707中所公开的胺类，其描述引此以便参照。根据本专利技术，业已发现在前述水相吸收流体中一种或多种酮或醛的存在会导致吸收工作流体组合物的传热和传质性能的显著改进。具体地说，该系统的性能按以下方式改进对恒定的水流量，吸收器中水冷温度的变化大大提高；吸收器的容量负荷随水冷温度的变化成正比增大；稳态过程蒸汽压降低，如果恢复其起始的数值以达不变的蒸发器温度，则该吸收器流体浓度的变化大大增加；吸收器溶液过冷，即平衡(饱和)下的最高温度与实际溶液温度之差要下降几度；与不存在添加剂的通常的层流模式相比，吸收器的热交换器管(溶液侧)界面包含高度搅动的湍流膜；以及总传热系数和吸收流体膜传热系数增大。如前所述，在本专利技术的硷金属吸收水溶液中含有传热和传质添加剂的蒸汽吸收系统包括若干不同类型的一种或多种吸收器，在其中水蒸气吸收溶液得到典型的利用。这样的设备包括如在美国专利4,966,007、5,038,574和5,186,009中所公开的吸收冷却装置和冷冻系统，如美国专利4,823,864中所公开的热能贮存系统，以及多效吸收系统，例如，在美国专利，3,266,266和4,542,628中公开的双效和双回路系统，在美国专利5,335,515和5,390,509中公开的三效系统和组合单效或双效装置而成的多效设备；诸如包括在美国专利No.5,205,136中描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：T·查勒尔，U·罗肯费勒尔，
申请(专利权)人：罗基研究公司，
类型：发明
国别省市：