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中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：073302 化学吸附制冷的动力学模型 ’ 王丽伟，王如竹，吴静怡 (上海交通大学制冷与低温工程研究所，上海，200240) 电话：(02 摘要：针对传统的化学吸附动力学模型不能够反应‘络合物分予之间化学反应动力学这一问题，文 中对不同的络合物分子间距的CaCl，一NH、的吸附与解吸过程进行r研究，结果表明，络合物分子 之间的化学反应动力学对吸附过程影响较大。通过增加能够反应络合物分子反应动力学以及络合 物分子问传质过程的项，对传统的化学吸附动力学模型进行了改进，试验表明，改进的化学吸附 动力学模型能够很好地反应试验现象。对解吸过程的研究则表明，解吸过程主要受络合物分子内 部反应动力学的影响，络合物分子之间的反应动力学对解吸过程的影响不大。 关键词：吸附制冷，化学吸附，分予反应动力学，传质 化学吸附制冷动力学模型主要有两种，一种是基于现象的模型，另外一种是基 丁：本质与整体反应的动力学模型，后者应用较多。近期对化学吸附的机理研究表明， 化学吸附性能与吸附剂的膨胀与结块有关【1。2】，同时化学吸附前驱态也主要受络合物 分子间距离的控制‘31，而这些影响在目前所应用的化学吸附动力学模型中尚没有体 现。针对这一现象，本文对化学吸附制冷的动力学理论模型进行了研究。 1经典的化学吸附动力学模型中存在的问题 在基于本质与整体反应的动力学模型中， 进行了研究，得到了非均质反应动力学，Mazet【5 的成果对Tyko 应界面渐进的项。然后Mazetl5】对吸附性能公式进行了改进【5J。最后，在前人的研究 基础上，Goetz【9j考虑了在一个反应颗粒内部的传质问题，所发展的模型一】为： 警如2稚锵严’ ㈩ 式中札为摩尔吸附餐，，。为反应面的直径，坛为反应动力系数。 式(1)目前在吸附制冷中应用较为，、‘泛。对式(1)进行分析，可以发现这个 动力学模型是从吸附分子的反应界面出发，考虑了络合物分子内部反应的动力学以 及传质情况，而忽略了络合物分子与分子之间的化学反应动力学过程。 吸附过程中分予与分子之间的化学反应动力学主要包括以‘F几种：C一+对NH3 J。 络合反应反而会越慢【1oJ这就是化学吸附前驱态中屏蔽系数对络合反应的影响【3 二种化学反应动力的条干1：’卜．，与Ca2十发生碰撞，这种碰撞会在以‘卜．的条件．【¨Jr卜．加强： 影响NH，与ca2+之间的碰撞。这样从分子反应动力学角度来分析，会出现两种情况， 一是吸附制冷的背压提高，络合反应会加强，这点在式(1)中已经有所体现。但是 式(1)中却忽略了第二点对化学吸附过程的影响。如果考虑第二点对于化学吸附过 程的影响，那么出现的结果应该是络合物分子之间钓间距越小，络合过程越好，但 分子动力学对化学吸附的影响应该以吸附剂的传质为前提的，当C|az+与Ca计之间的 度，，络合反应会F降。为了对这个假设进行验证，我们对络合物分子间不同间距的 CaCl2一NH3的吸附性能进行，试验研究。 2不同络合物分子间距条件下CaCl2一NH3的化学吸附性能 不同间距条件下的试验结果，由于CaCl2分子本身在不同的分子间距下没有发生变 化，这样不同络合物分子间距条件下的试验结果应该是相同的，但试验结果却与这 种预测发生了矛盾。 1·2 Q1．O _ 立o．8 、√ ≮o．6 O．4 d／(×109m) 图1．不同络合物分子间距时的化学吸附性能 从化学反应动力学来分析图1的现象，所生成物的反应速率应该与反应粒子的 浓度乘积成正比…J，在Ca”之间的距离不影响传