Сорбент для адсорбционных холодильных установок

 

Изобретение относится к сорбентам и может быть использовано в холодильной технике, в частности в адсорбционных холодильных установках периодического действия. Сорбент содержит в качестве носителя зернистый вспученный перлит, а в качестве активного вещества гигроскопичную соль щелочного или щелочноземельного металла при соотношении, мас.%: соль - 67, перлит - 33. Зерна вспученного перлита имеют размер не менее 1 - 1,5 мм. Сорбент обладает высокой емкостью и надежностью при эксплуатации. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к сорбентам, используемым в адсорбционных холодильных установках периодического действия.

Известно применение в адсорбционных холодильных установках в качестве адсорбентов ряда неорганических солей (хлористого лития, хлористого кальция, хлористого магния, бромистого лития и других), которые в кристаллическом состоянии способны адсорбировать пары различных хладагентов, например воды, аммиака, спиртов, образуя с ними твердые химические соединения - кристаллгидраты (LiBr·2H₂O), аммиакаты (CaCl₂·8NH₃), сольваты (CaCl₂·2CH₃OH) (см. Фудаии Иванэ. Использование термохимических реакций в аккумуляторах энергии и тепловых насосах. Рэйто, 59, N 680, 1984 г., с. 481 - 487).

Для большинства адсорбентов этого типа сорбционная емкость в холодильном цикле лимитируется предельным количеством молекул хладагента, которые соль может присоединить, сохраняя при этом твердую кристаллическую структуру. При более высоком влагопоглощении происходит растворение кристаллов соли в хладагенте, что приводит к разрушению масообменной поверхности в адсорбере и выходу из строя холодильной установки. Например, кристаллический бромистый литий при присоединении более двух молекул воды (концентрация 30% по воде) переходит в жидкое состояние и не годится для использования в адсорбционных холодильных установках, хотя по термодинамическим соотношениям раствор способен производить эффект охлаждения до концентрации 45 - 46%, что соответствует рабочему диапазону концентраций в холодильных установках абсорбционного типа, работающих на жидких солевых растворах.

Таким образом, недостатком неорганических солей, как адсорбентов, является невысокая энергетическая эффективность вследствие неполного использования их сорбционного потенциала, а также низкая эксплуатационная надежность из-за возможности частичного растворения кристаллов в результате локального перенасыщения соли в адсорбере при резких изменениях режима работы холодильной установки.

Известно применение адсорбирующих материалов, в которых неорганическая соль (активное вещество) вводится в пористый носитель (Заявка PCT (WO) N 92/09363, МКИ: B 01 J 20/04, 11.06.92 г. Авторское свидетельство СССР N 1380774, МКИ: B 01 J 20/00, 20/22, 1988 г.). В первом случае в качестве носителя используют частицы бумаги, которые обрабатывают водными растворами хлорида и силиката натрия, после чего термообработкой вспучивают силикатную композицию с образованием пористых, проницаемых гранул. Во втором случае носителем является измельченная древесина, пропитанная раствором хлорида кальция или магния.

Недостатком известных адсорбентов является низкая сорбционная емкость вследствии малой пористости используемых носителей и соответственно малой доли активного адсорбирующего вещества в грануле. В адсорбционных холодильных установках сорбционная емкость адсорбента является одним из основных параметров, определяющих энергетическую эффективность холодильного цикла, так как при большой массовой доле носителя в адсорбенте значительная часть энергии, подводимой к генератору-адсорбенту, расходуется непроизводительно на разогрев массы адсорбента. Кроме того, известные адсорбенты имеют низкую эксплуатационную надежность, так как в процессе работы холодильной установки, представляющей собой герметическую систему, возможно термическое разложение целлюлозосодержащего носителя с выделением в систему неконденсирующихся газов, присутствие которых резко снижает интенсивность процессов адсорбции и конденсации в аппаратах.

Задачей изобретения является подбор носителя для солевых сорбентов, который позволил бы увеличить сорбционную емкость и повысить эксплуатационную надежность.

Это достигается использованием в качестве носителя зернистого вспученного перлита в количестве 33%, обработанного гигроскопичной солью щелочного или щелочноземельного металла до ее содержания 67%, причем зерна перлита имеют размер не менее 1 - 1,5 мм. Вспученный перлит - продукт термической обработки вулканических алюмосиликатных пород при 1250^oC инертен к солевым растворам, имеет развитую поверхность с открытыми порами и отличается большим влагопоглощением до 125% по массе [1]. Величина рекомендуемого минимального размера зерен перлита получена экспериментальным путем и определяется условием обеспечения свободной подачи паров хладагента ко всему объему сорбента в адсорбере. При размере зерен менее 1 мм возрастает гидравлическое сопротивление засыпки, что приводит к повышению температурного уровня вырабатываемого холода.

Технология получения сорбента заключается в следующем. Зернистый вспученный перлит подвергают термовакуумной обработке при температуре 250^oC и давлении 0,1 Па в течение 2 - 3 часов, после чего пропитывают раствором соли щелочного или щелочноземельного металла в хладагенте и высушивают.

Предварительный нагрев и вакуумирование перлита обеспечивают удаление адсорбированных на перлите газов и более полное заполнение пор при последующей пропитке зерен солевым раствором. При этом важно, чтобы при пропитке концентрация раствора не превышала величину максимального насыщения сорбента в адсорбционном холодильном цикле, так как в противном случае в процессе работы установки возможно переполнение пор и скапливание излишка раствора с поверхности гранул.

При получении холода +1^oC в адсорбционной холодильной установке на рабочей паре бромистый литий - вода максимально достигаемая (равновесная) концентрация раствора в адсорбенте при температуре сорбции +35^oC составляет 40% по воде. Исходя из этого приготовление адсорбента осуществляют следующим образом. Зерна вспученного перлита размером 1 - 1,5 мм дегазируют в течение 2-х часов при температуре 250^oC и давлении 0,1 Па, пропитывают 40% водным раствором бромистого лития и высушивают до постоянного веса при 200^oC. Массовая доля активного вещества (бромистого лития) в адсорбенте, определяемая по разности веса, составила 67%. Емкость адсорбента в холодильном цикле при температуре испарения хладагента +1^oC и температуре сорбции +35^oC равна 0,44 г/г.

Формула изобретения

1. Сорбент для адсорбционных холодильных установок, содержащий пористый носитель и активное вещество, отличающийся тем, что содержит в качестве носителя зернистый вспученный перлит, а в качестве активного вещества гигроскопичную соль щелочного или щелочноземельного металла при следующем соотношении компонентов, мас.%: Активное вещество - 67 Пористый носитель - 33 2. Сорбент по п.1, отличающийся тем, что зерна вспученного перлита имеют размер не менее 1 - 1,5 мм.