溴化鋰溶液性質在常壓狀態下,水的沸點是100℃,而溴化鋰的沸點是1265℃,兩者相差1165℃。因此, 溶液沸騰時產生的蒸汽都是水的成分,而不會有溴化鋰的成分,也就是說不需要進行精餾就可 得到純制冷劑蒸汽,這是溴化鋰溶液用于吸收式制冷機工質的優點。
水是我們所熟悉的物質。用它做制冷劑有許多優點,如價格低廉且取用方便;汽化潛熱大 (約6002 512.08kJ/kg),使循環于制冷機中的工質量大大減小;無毒、無味、不燃燒、不爆炸 等。缺點是常壓下蒸發溫度高,而當蒸發溫度降低時,蒸發壓力也很低,蒸汽的比體積又很 大;當蒸發溫度to=0℃時,蒸發壓力po=613Pa(絕對大氣壓),比體積V=206.3m3/kg。此 外,水在0℃就會結冰,因此,用它做制冷劑時所能達到的低溫僅限于0℃以上。
溴化鋰(LiBr)是由鹵族中的溴元素(Br)和堿族中的鋰(Li)元素組成的,常溫下是無 色的晶體,在大氣中不變質、不揮發、不分解。
1.無水溴化鋰的特性 無水溴化鋰的特性如下:
化學式:LiBr
相對分子質量:86.856
成分:Li為7.99%,Br為92.01%
密度:3.464(25℃)g/cm3
熔點:549℃
沸點:1265℃
溴化鋰可以用氫溴酸(HBr)和氫氧化鋰(LiOH)或碳酸鋰(Li2CO3)來制取,其反應 方程式為
HBr+LiOH→H2O+LiBr 2HBr+Li2CO3→2Li2Br+2H2O+CO2
溴素(Br2)是許多制藥廠的副產品,常用來代替氫溴酸制取溴化鋰。其反應方程式為
Br2+H2O→HBr+HBrO
HBr+LiOH→LiBr+H2O HBrO+LiOH→LiBr+H2O+[0]
〔0]+02→03
可見,利用溴素制取溴化鋰溶液會產生臭氧(O3),導致溶液有臭味。如果直接用于制冷機,在運轉初期會有非凝性氣體排出,影響機組的性能。通常,固體溴化鋰產品中會含有一個 或兩個結晶水,其化學式為LiBr·H2O(相對分子質量為104.872)或LiBr·2H2O(相對分 子質量為122.888)。此外,還會有一些雜質。
2.溴化鋰吸收式制冷機對溴化鋰的要求
應用于溴化鋰吸收式制冷機的溴化鋰一般應滿足以下要求。
(1)物理性質:白色晶體,易溶于水及醇類物質。
(2)雜質最高含量。 水不溶物:0.03%
硫酸鹽(SO):0.05%
氯化物(Cl):1%
鐵(Fe3+):0.002% 重金屬(Pb3*):0.003% (Ba2+):0.03%
硝酸鹽(NO):0.005%
游離堿:0.05%
3.吸收式制冷機對溴化鋰溶液的要求
溴化鋰產品常以水溶液的形式供應,用于吸收式制冷機的溴化鋰溶液應符合以下要求。
(1)物理性質:無色透明液體。
(2)濃度:不低于50%。
(3)水溶液pH值>8。
(4)雜質最高含量。
·硫酸鹽(SO);0.1%
·多硫化物含量:硝酸鹽(NO3)無反應
·溶液中不應含有二氧化碳(CO2)和臭氧(O3)等非凝性氣體
溴化鋰溶液的物理性質
溴化鋰溶液是無色液體,沒有毒性,入口有咸味,濺在皮膚上微癢。使用過程中要特別防 止濺入眼內,以防止眼睛受傷。
1.溶解度
溴化鋰溶液的溶解度可使用升溫法來測定,這種方法是將已存有晶體的溴化鋰溶液加熱,當 加熱至某一溫度時,晶體剛好全部消失。此時的結晶曲線如圖2-2所示,圖中縱軸表示結晶溫 度,橫軸表示溶液的濃度。曲線上的點表示溶液處于飽和狀態。它的左上部分表示溶液中不會有 晶體存在,而右下部分則含有固體的溴化鋰。由圖2-2可知,在某個濃度下,如果降低溶液的溫 度,就會有固體溴化鋰析出(結晶),這在溴化鋰吸收式制冷機的運行過程中必須十分注意。
2.密度
密度的意義是單位體積物體的質量,用符號p表示。在工程計算中,它的單位為kg/m3。 密度的倒數1/p稱為比體積,用符號v表示,單位為m3/kg。
溴化鋰溶液的密度曲線,如圖2-3和圖2-4所示,它是用比重(密度)瓶法和浮力法測 定的。圖2-3中的曲線為等溫線,圖2-4中的曲線為等濃度線。
有了密度曲線,只要用密度計和溫度計同時測出溶液的密度和溫度,就能從圖2-3或 圖2-4中查得溶液的濃度。從圖中可知,溴化鋰溶液的密度要比水大,這是因為溶液中含有溴化鋰的緣故。通常,溴化鋰吸收式制冷機使用的溶液,其濃度為60%左右。在室溫下,它的 密度約為1.7g/cm3,即1700kg/m3。
溴化鋰溶液的腐蝕性質
溴化鋰溶液是一種具有較強腐蝕性的物質。它對普通的金屬材料,如碳鋼、紫銅等都具有 較強的腐蝕性。因此,在較長的一段時間內,由于腐蝕問題得不得很好的解決,溴化鋰吸收式制冷機的發展受到很大的限制。
溴化鋰溶液對金屬材料的腐蝕,不僅大大縮短了制冷機的使用壽命,而且腐蝕產物,如鐵 銹、非凝性氣體(氫氣)等直接影響機組的性能和正常運行。因此,應該了解溴化鋰溶液對 金屬材料的腐蝕性,從而提出防腐措施,這是溴化鋰吸收式制冷機中的一個重要課題。經過大量的試驗和研究,目前這一問題已基本得到了解決。
1.影響腐蝕的主要因素
試驗證明,溴化鋰溶液對金屬的腐蝕與如下因素有關。
(1)氧的影響。無論是在實驗室中的模擬試驗,還是在機組中的實際試驗都表明,只要與 氧氣接觸,腐蝕就特別嚴重。例如,在溴化鋰吸收式制冷機中,雖然發生器中溶液的溫度和濃 度都比較高,但因充灌溶液時,與氧接觸的機會少,所以腐蝕就較小。而在吸收器上部和蒸發 器水盤等部位,因在機組工作時會濺到溴化鋰溶液,形成很稀的液膜,容易接觸到氧,腐蝕就 比較嚴重。因此,氧是促進腐蝕的重要因素。
(2)溶液的濃度。在常壓下,隨著溴化鋰溶液濃度的降低,腐蝕加劇,因為稀溶液中氧的 溶解度要比濃溶液大;而在低壓下,金屬材料的腐蝕率與溶液的濃度幾乎沒有什么關系,因為溶液中氧的含量都很低。
(3)溶液的溫度。試驗表明:不含有鉻酸鋰緩蝕劑的溴化鋰溶液,對A3鋼、紫銅和鎳銅的腐蝕率都隨溫度的升高而增大;而對加油鉻酸鋰緩蝕劑的溴化鋰溶液,則隨溫度的升高, A3鋼的腐蝕率略有降低。這可能是鉻酸鋰在高溫時的鈍化性能比低溫時好的緣故 。
(4)溶液的pH值。pH值是表示溶液酸堿度的指標。pH值等于7,溶液呈中性;PH值低 于7呈酸性;pH值高于7則呈堿性。溶液的pH值可以用指示劑方便地測量出來,酸性溶液對 金屬材料的腐蝕當然很嚴重;對堿性溶液,當pH值處于8.0~10.2范圍時,隨著pH值的升 高,鋼的腐蝕率略有降低,紫銅則略有增大。但pH值過高,對A3鋼和紫銅的鈍化作用都不 利,會加劇腐蝕的進行。試驗表明,溴化鋰溶液的pH值處于9.5~10.3的范圍內,對金屬材料,尤其是A3鋼的緩蝕作用較為有利。
2.腐蝕機理
通過大量的試驗表明,溴化鋰溶液對金屬材料的腐蝕,主要是由于氧的作用。鐵和銅在溴 化鋰溶液中的腐蝕,與通常在堿性電解液中的腐蝕相類似,按以下反應方程式進行
Fe+H2O+1/2 O2→Fe(OH)2
(1a)
Fe(OH)2+1/2H20+1/4 O2→Fe(OH)3
(1b)
4Fe(OH)2→+Fe3O4+Fe+4H2O
(1c)
2Cu+1/2 O2→Cu2O
(2a)
Cu2O+1/2 O2+2H2O→2Cu(OH)2
(2b)
反應式(1a)、(2a)和(2b)主要以電化學途徑進行。通常使用的溴化鋰溶液是一種堿性電解液。金屬鐵在電解液中與氧作用,生成2價或3價的氫氧化鐵,失去兩個或三個電子, 也就是說鐵被氧化。四氧化三鐵(Fe3O4)就是腐蝕產生的鐵銹。鐵失去的電子與溶液中的氫離子(H*)結合,生成非凝性氣體氫氣(H2)。銅在溶液中的情況也如此。在這里,氧是促進鐵或銅失去電子的主要因素。沒有氧,上述反應就無法充分進行。這就說明,在溴化鋰吸收 式制冷機組內,盡管各部位的情況不同,但在機組正常運行的條件下,即在無氧或缺氧的情況 下,所反映出來的腐蝕率也相差不大。在機組中,吸收器上部和蒸發器水盤部位的腐蝕最嚴 重,就是因為它們都不浸沒在溶液中,而且與噴淋液珠間歇接觸,因而電解液呈薄膜狀,有利 于氧的擴散??梢姡艚^氧氣是最有效的防腐措施。
3.緩蝕劑
在溴化鋰溶液中添加鉻酸鹽、鉬酸鹽、硝酸鹽及銻、鋁、鉛的化合物,都可以有效地抑制 溴化鋰溶液對金屬材料的腐蝕。溶液中的這種添加物稱為緩蝕劑。試驗證明,鉻酸鋰是一種很 好的緩蝕劑。
在溶液中添加的鉻酸鋰,之所以能有效地抑制腐蝕的發生,是因為鉻酸鋰在金屬表面形成 保護膜的緣故。這可由下面的化學反應方程式看出
Fe+20H→Fe(OH)2+2e
3Fe(OH)2+CrO2+4H2O→3Fe(OH)3+Cr(OH)2+2OH- 3Cu+CrO+5/2H2O→3/2Fe Cu2O+Cr(OH)3+20H
式中,氫氧化鉻Cr(OH),是保護膜的主要成分。
試驗證明:A3鋼和紫銅的腐蝕率都隨鉻酸鋰濃度的增大而降低。這是因為鉻酸鋰的質量分數越大,鈍化性能就越好。溶液中鉻酸鋰的濃度在0.1%~0.3%的范圍內都有良好的緩蝕效果。
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