第34卷第1期大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)Vol.34 No.12008年2月Jourmal of Dalian Maritime UniversityFeb.，2008文章編號(hào): 106-7736(2008)01-0020-05不同添加方式對(duì)添加劑強(qiáng)化吸收的影響高洪濤(大連海事大學(xué)輪機(jī)工程學(xué)院,遼寧大連116026)摘要:為研究界面活性添加劑對(duì)吸收過(guò)程的強(qiáng)化作用,采用為提高吸收系統(tǒng)性能,改善吸收過(guò)程是十分重要的.分子中含5~10個(gè)碳原子的多種醇類物質(zhì)作為添加劑進(jìn)行在與吸收系統(tǒng)相關(guān)的研究中,關(guān)于傳熱傳質(zhì)添加劑靜態(tài)池吸收實(shí)驗(yàn).采用傳統(tǒng)的液相添加、兩種添加劑的液相的研究吸引了很多學(xué)者的注意.添加少量的添加劑，混合添加、吸收器中氣相添加、蒸發(fā)器中氣相添加及氣、液相如10~量級(jí)的異辛醇或正辛醇,溴化鋰溶液液膜側(cè)同時(shí)添加等添加方式,測(cè)試了多種添加劑對(duì)澳化鋰溶液吸收傳熱系數(shù)就可增加2~3倍.盡管添加劑對(duì)于傳熱傳水蒸氣的影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,添加劑在不同添加方式下均.質(zhì)的有效性已被證實(shí),到目前為止還沒(méi)有能被- -致能起到一定的強(qiáng)化吸收作用。關(guān)鍵詞:液相添加劑;氣相添加劑;強(qiáng)化吸收;傳質(zhì);傳熱接受的機(jī)理解釋"] .中圖分類號(hào):TB616文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A日本的柏木等[21、寶澤等引)]、飛原等'做了很多相關(guān)研究工作.柏木及其研究小組在靜態(tài)池實(shí)驗(yàn)中Effects of different addition methods觀察到了馬蘭戈尼對(duì)流,并提出其所謂“浮島理論”,on additive absorption enhancement稱其強(qiáng)化效果可增加2~3倍,并將其原因歸于在靜GAO Hong-tao態(tài)池表面可觀察到的表面活性劑“島”引起的表面張力不連續(xù)性引發(fā)的對(duì)流混合.寶澤等研究認(rèn)為,活性(Colleae of Marine Engineering ,Dalian Maritime University, Dalian 116026 ,China)劑島的存在并不是引發(fā)馬蘭戈尼對(duì)流的必要條件，Abstract: Various alcohols containing 5 ~ 10 carbon atoms were但作為在表面的活性劑儲(chǔ)蓄站可在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)提供selected as additives to study absorption enhancement of surfac-更顯著的對(duì)流.對(duì)于這種增強(qiáng)的吸收率的解釋,一種tant adtirisv in sagpant pol. Difret adtion mehods, in傾向認(rèn)為表 面張力的降低有助于引發(fā)馬蘭戈尼對(duì)duding conventional liquid phase adion, compound liquid流 Moller等[53研究發(fā)現(xiàn),在其實(shí)驗(yàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)phase addtion of two addtives, vapor phase adition in absorb有 4種表面活性劑盡管可使水的表面張力降低至30er, vapor phase additioni in evaporator, and both vapor and liq-mN/m,但對(duì)吸收沒(méi)有影響.美國(guó)學(xué)者Herold6]提出uid phase addition, were applied to analye the ffets of addit-其“氣相表面活性劑理論”,該理論的提出基于3個(gè)ives on the absorption of water vapor into aqueous LiBr solution.不同的實(shí)驗(yàn):豎直管吸收實(shí)驗(yàn)、豎直管水冷凝實(shí)驗(yàn)和Experimental results show that all the additives have certain ab-表面張力測(cè)量.Herold堅(jiān)信添加劑作用的根本機(jī)理sorption enhancement function with different addition methods.Key words:liquid additive; vapor additive; absorption enhance-是通過(guò)蒸氣傳輸?shù)饺芤罕砻?本文采用不同的添加ment; mass transfer; heat transfer方式測(cè)試添加劑的強(qiáng)化吸收效果,從實(shí)驗(yàn)的角度理解活性劑在強(qiáng)化吸收中的作用.)引言1實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)條件任何有利于提高吸收系統(tǒng)性能的方法對(duì)環(huán)境友靜態(tài)池實(shí)驗(yàn)臺(tái)由吸收器、蒸發(fā)器、恒溫水槽好的吸收系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都是受歡迎的.在太陽(yáng)能和其他(NCB- 2300,由日本東京理化器械株式會(huì)社生產(chǎn))、可利用熱能方面,吸收系統(tǒng)顯示出很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力.數(shù)據(jù)采集儀(MX100,由日本橫河電機(jī)株式會(huì)社生.收稿日期2007-11-23.中國(guó)煤化工。基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50476038);教育部留學(xué)回印留[2005]383號(hào));大連市留學(xué)回國(guó)人員科研基金項(xiàng)目(2004年).MYHCNMHG作者簡(jiǎn)介:高洪濤(1966- ),男,遼寧大連人,教授,E-mail:gaohongtaocn@yahoo. com. cn第1期高洪濤;不同添加方式對(duì)添加劑強(qiáng)化吸收的影響21產(chǎn))以及動(dòng)態(tài)測(cè)重儀(LMV-100,由日本共和電業(yè)力容器加工廠加工而成吸收器和蒸發(fā)器之間通過(guò)株式會(huì)社生產(chǎn))、壓力傳感器(US 1000,由美國(guó)精量不銹鋼軟管連接并通過(guò)閥門(mén)來(lái)控制.吸收器和蒸發(fā)電子生產(chǎn))、溫度傳感器[WRNK-192,由中國(guó)包頭器通過(guò)不銹鋼軟管與一個(gè)真空泵相連,通過(guò)真空泵永華儀器公司生產(chǎn),并配有5602型(美國(guó)福祿克)熱對(duì)其抽真空以達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的壓力條件.恒溫水槽電阻的1502A(美國(guó)福祿克)測(cè)溫儀校準(zhǔn)]等測(cè)試器向蒸發(fā)器中的冷卻盤(pán)管中提供溫度恒定的循環(huán)冷水件和電腦組成裝置簡(jiǎn)圖如圖1所示.其中吸收器和來(lái)控制蒸發(fā)器中的水及蒸汽的溫度.實(shí)驗(yàn)裝置中的蒸發(fā)器均為不銹鋼材質(zhì),自行設(shè)計(jì)并由專業(yè)的壓壓力傳感器、溫度傳感器和動(dòng)態(tài)測(cè)重儀用來(lái)監(jiān)測(cè)實(shí)P一數(shù)據(jù)采集僅一電腦]中驗(yàn)過(guò)程中的壓力、水蒸氣溫度、溴化鋰溶液溫度以及吸收液質(zhì)量等各參數(shù)的變化,輸出的電壓或電流信水蒸號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集儀采集并在計(jì)算機(jī)上顯示和記錄數(shù). 動(dòng)態(tài)利重儀①據(jù).. 溴化鋰溶液實(shí)驗(yàn)中使用的溴化鋰水溶液由大連本莊化學(xué)有吸收器蒸發(fā)器限公司提供,初始成分如表1所示.實(shí)驗(yàn)中根據(jù)需⑥壓力傳感器①溫度傳感器廣恒溫水棲要,使用電熱爐加熱濃縮以及純凈水稀釋的方法配圈1實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圄制所需質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液.表1實(shí)驗(yàn)用 LiBr水溶液成分w(LBr)LiOHw(鉬酸鋰)NHw(SO- )w(Q )Ca2+Mg2+漂浮物/(mol:L-1) /%(mg:L-1) _1% '/(mg'kg") /(mg*kg)0.0680.0144<0.16 .0.01實(shí)驗(yàn)用盛裝溴化鋰吸收液的為內(nèi)徑71.4mm7 mm.玻璃培養(yǎng)皿.靜態(tài)池吸收實(shí)驗(yàn)初始條件為溶液溫度實(shí)驗(yàn)用添加劑如表2所示.30C ,溶液w=60%,水蒸氣溫度5 C ,溶液深度表2實(shí)驗(yàn)用添加劑種類名稱英文名稱分子式相對(duì)分子質(zhì)量20C 時(shí)相對(duì)密度沸點(diǎn)/C1-pentanolCH2088.150.824138.1異戊醇3-methyl-1-butanolC3H2O0.813叔戊醇2- methyl-2-butanolCH2O8.150.8084102 .仲戊醇2-pentanol0.81118~119正已醇1-hexanol102. 18，0.81361564.甲基2戊醇4-methyl-2-pentanolCH。O102.180.821322.乙基1.丁醇2-ethyl-1-butanol102. 181462.甲基2,4.戊二醇2-methyl-2 ,4-pentanediolCH4O2118. 170.9216198正庚醇1-heptanolC,H%O116. 20.0.81781762-庚醇2-heptanoC,HoO .117.200.8193160~1624.庚醇.4-heptanolCHeO116.20正辛醇1-octanolCgHgO130.230. 8270194.45異辛醇2-ethyl-1-hexanolCqHgO0.83 .185~1892-octanolCHgO0.835178~1792-乙基-1,3-己二醇2- ethy-1 ,3-hexanediolCgHgO2146.230.9422244.2壬醇1-nonanolC9H2O144.260. 8279215癸醇1-dacanolCoH2O158.280.8297232 ~239活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響,對(duì)于一種表面活性劑,存在2結(jié)果及分析-個(gè)效果最佳的質(zhì)量分?jǐn)?shù).本研究中所采用的添加2.1傳統(tǒng)液相添加靜 態(tài)池吸收實(shí)驗(yàn)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)是在參照前期研究'基礎(chǔ)上補(bǔ)充一些不在未加人活性劑的情況下,對(duì)w= 60%的溴化同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的添加劑對(duì)比實(shí)驗(yàn)后確定的.傳統(tǒng)液相鋰溶液進(jìn)行吸收水蒸氣的實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所添加中國(guó)煤化工醇(2-methy.2,4-示，三次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果均表現(xiàn)出良好的一致性.此時(shí)在penta|YHC N M H G(2-ethyl-1,3-hex-溶液表面沒(méi)有觀察到對(duì)流現(xiàn)象.anedio) ,沒(méi)有測(cè)試出其最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù),雖然在增大表面活性劑對(duì)溴化鋰吸收水溶液的強(qiáng)化作用受質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)有對(duì)流產(chǎn)生,但是在很高的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下22大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)第34卷0.3廠仍然沒(méi)有得到較好的吸收效果,故認(rèn)為這兩種物質(zhì)不適合在傳統(tǒng)液相添加條件下作為強(qiáng)化吸收的添加0.2 t劑.液相添加方式進(jìn)行的靜態(tài)池吸收實(shí)驗(yàn)表明,某。數(shù)據(jù)1曾0.1口數(shù)據(jù)2些添加劑的強(qiáng)化效果比現(xiàn)有溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)o數(shù)據(jù)3中普遍使用的異辛醇(-tyl-1-hexanol,2EH)強(qiáng)化50效果更好.表3為添加劑以最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加時(shí),溴化鋰溶液60 s內(nèi)吸收水蒸氣質(zhì)量的比較.圍2 w= 60%澳化鋰溶液吸收水蒸氣t0.60 M(2-乙7丁17-2010*間)0.60「●明(正戊醇)-20010+ (6)0.50(4:類解盧驟90.50-.叫(權(quán)成)-20040.x0.40 ts 0.300.30-0.20 t.正2酌)=200x10。窗0.20 |: W(辛醉)-5040 6●w(4-甲基-2戊醇)-400x0。m(2-火醇) 30020 +0.10+(異辛9)-5040*.叭癸醇)-5080→0601/s12080t/sT8o圖3傳統(tǒng)液相添加的吸收效果表3溴化鋰溶液60s內(nèi)吸收水蒸氣質(zhì)量比較液吸收水蒸氣的能力增強(qiáng),強(qiáng)化效果與其中單獨(dú)添添加劑添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)60 s吸收水蒸氣加較好者相近./10質(zhì)量(g0.6 r2-thyl-1-hexanol0.362-octanol0.391-pentanol20000.4-2-pentanol6004-heptanol1500.41。w(LiBr)60%+w(正己醇)20040+w(異辛醉9 )S0x0。1-dacanol0.430 w(LiBr)60%+w(正己醇)200140。1octanolsoO w(LiBr)60%tn(異辛醉)5040。2-thyl-1-butanol0.442-hepanol3000.451-nonand團(tuán)4正己醇與昪辛醇混合添加 與單獨(dú)添加的比較I-heptanl0.462.3氣相添加實(shí)驗(yàn)2.2兩種添 加劑液相混合添加實(shí)驗(yàn)氣相表面活性劑理論[()提出后得到了很多學(xué)者關(guān)于界面活性劑對(duì)溴化鋰溶液吸收水蒸氣的強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)證實(shí)[8] .本實(shí)驗(yàn)對(duì)表2中的各醇類物質(zhì)進(jìn)行化作用的研究,目前主要是針對(duì)單個(gè)添加劑開(kāi)展的.了氣相添加的吸收實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)分為兩部分:添加劑吸而將兩種有效的添加劑同時(shí)添加至溴化鋰溶液中則收器中室溫蒸發(fā)的氣相添加實(shí)驗(yàn)和添加劑蒸發(fā)器中是從一個(gè)新的角度來(lái)研究界面活性劑的強(qiáng)化吸收作低溫蒸發(fā)的氣相添加實(shí)驗(yàn).用.采用靜態(tài)池吸收實(shí)驗(yàn)裝置,測(cè)試活性劑單獨(dú)添加2.3.1吸收器 中氣相添加實(shí)驗(yàn)及混合添加時(shí)對(duì)溴化鋰溶液吸收水蒸氣的影響，通將盛有添加劑的培養(yǎng)皿放入吸收器中,使添加過(guò)對(duì)不同添加方式下吸收效果的對(duì)比來(lái)探尋活性劑劑在室溫下蒸發(fā).實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí),吸收器中添加劑蒸氣之間的促進(jìn)或者抑制作用.具有較高的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(添加劑蒸氣的壓力接近其室選取正辛醇(1-octanol) .異辛醇(2EH)、仲辛醇溫下的飽和壓力).實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如圖5所示.(2-octano)以及正己醇(1-hexanol)進(jìn)行混合添加實(shí)醇類中國(guó)煤化工上碳原子的幾種驗(yàn),分別取其中的兩種物質(zhì)以不同的組合混合添加.0HC N M H GL看出,除仲辛醇圖4給出正已醇與異辛醇混合添加與單獨(dú)添加的比外 ,其他李加劑都具有很好的李加效果,特別是異辛較.可以看出,兩種添加劑加入到溴化鋰溶液后,溶醇和2-乙基-1, 3.已二醇(2 ehy.1, 3-exeio),，第1期高洪濤:不同添加方式對(duì)添加劑強(qiáng)化吸收的影響230.60 [間)_正已醇(6)0.50.50| : 4年5-2-戊醇.將茂醇80.40 tg0.40圣0.30 I警0.30-0.20異辛醇●正辛醇中辛醇 m 2-乙基1,3-已二酶2-乙基丁醇0.10●壬醇●正癸醉1-庚醇● 2-庚醇異戊醇/s 120601s120T80圖5吸收 器中氣相添加效果其氣相添加的效果要明顯好于液相添加的效果.圖低,添加劑的氣相質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低,其對(duì)吸收的強(qiáng)化效5(b)中顯示分子中含5.6個(gè)碳原子的幾種添加劑氣果也因而減弱.對(duì)于正癸醇,兩種條件下的強(qiáng)化效果相添加時(shí)的吸收效果,其中己二醇(2-methyl-2,4-基本相同,出現(xiàn)這種情況的原因可能是因?yàn)檎锎紁entanedio)的氣相添加效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于其液相添加在室溫下的蒸汽壓力本來(lái)就很低,低溫條件下的溫的效果,這種效果的增強(qiáng)與2-乙基-1,3-己二醇有著度降低對(duì)其蒸汽壓力的影響很小.相似之處,而此兩種物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)也與其他的醇另外,在正癸醇蒸發(fā)器蒸發(fā)的氣相添加實(shí)驗(yàn)中，類添加劑有不同之處，即分子中含有兩個(gè)氧原子二當(dāng)添加正癸醇的量較少時(shí),在水面漂浮的添加劑的元醇,可能正是這種分子結(jié)構(gòu)的差異決定了其強(qiáng)化面 積較小，此時(shí)所產(chǎn)生的強(qiáng)化效果很弱.增加添加劑效果的特殊性.圖5(b)除正已醇外,氣相添加時(shí)的后,水面有大面積的油狀正癸醇漂浮,吸收效果較吸收效果都比液相添加時(shí)有所減弱,由此推斷:對(duì)于好.兩種情況下實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示.同樣的情況在實(shí)驗(yàn)所選的醇類物質(zhì),作為氣相表面活性劑時(shí),含碳異辛醇的蒸發(fā)器添加實(shí)驗(yàn)中也出現(xiàn)過(guò)由此可見(jiàn),添原子數(shù)多的醇類物質(zhì)比含碳原子少的物質(zhì)具有更好加劑在冷 劑水中的蒸發(fā)情況對(duì)添加劑在吸收器中的的強(qiáng)化效果.氣相質(zhì)量分?jǐn)?shù)有著重要的影響,從而對(duì)氣相添加的2.3.2蒸發(fā)器中氣相添加實(shí)驗(yàn)效果產(chǎn)生影響.選取一些添加劑,將其放人蒸發(fā)器中,使其在低0.60溫下和水一起蒸發(fā)并隨水蒸氣一起流動(dòng)進(jìn)入吸收器,測(cè)試其對(duì)溴化鋰吸收水蒸氣的影響,從而進(jìn)-步驗(yàn)證氣相活性劑理論.實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示,可以看s 0.30出,添加劑隨冷劑水低溫蒸發(fā)的情況下仍然可以獲◆低添加敏得很好的強(qiáng)化效果.這說(shuō)明在吸收式制冷機(jī)中,添加口高添加量劑蒸汽隨著冷劑水蒸氣共同向液膜流動(dòng)，以氣相的方式作用于液膜表面,從而強(qiáng)化了傳熱和傳質(zhì).1/s圖7正癸醇添加不同時(shí),蒸發(fā)器中添加強(qiáng)化效果2.4氣液兩相添加實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中把添加劑以液相和氣相兩種形式同時(shí)添0.30加,進(jìn)行靜態(tài)池吸收實(shí)驗(yàn),即按照液相添加的步驟在溴化鋰吸收液中添加最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的液相添加劑，“0.20x正辛醇同時(shí)把添加劑放人吸收器中使其在室溫下蒸發(fā)進(jìn)行。仲戊醇口異辛醇▲2-乙基丁醇 +正癸醇?xì)庀嗵砑?不同添加方式下60 s內(nèi)吸收水蒸氣量結(jié)180t/s果見(jiàn)表4.圍6蒸發(fā)器中氣相添加效果由表4可見(jiàn):各種添加劑以液相和氣相兩種形由圖6可以看出,除正癸醇外,其他添加劑低溫式同中國(guó)煤化工目添加時(shí)的效果接蒸發(fā)時(shí)的強(qiáng)化效果比室溫蒸發(fā)情況下有所減弱.這近MYHCN MH Q要比氣相添加的說(shuō)明- -種添加劑的強(qiáng)化效果會(huì)受到其蒸汽質(zhì)量分?jǐn)?shù)效果略為喊羽.的影響,在較低的蒸發(fā)溫度下添加劑的蒸汽壓力較24大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)第34卷表4各添加劑在不同添加方式 下強(qiáng)化效果對(duì)比及波動(dòng)的強(qiáng)弱有著必然的聯(lián)系.在靜態(tài)池實(shí)驗(yàn)中有添加劑添加方式和條件60s吸收水蒸氣很多添加劑強(qiáng)化效果較常用的2-ethyl-1-hexanol更質(zhì)量/g好.兩種添加劑混合添加實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,混合添加對(duì)No aditive.12Liquid (200x 10 6)吸收的強(qiáng)化效果只能達(dá)到效果較好的-種添加劑單Vapor0:391-pentanodr + Liquid (200x 0:37獨(dú)添加時(shí)的效果.氣相添加實(shí)驗(yàn)表明,添加劑僅以氣Liquid (600x 10-*)態(tài)形式作用于溴化鋰溶液表面時(shí)同樣可以對(duì)溶液吸2-pentanolVep+ Liqid (600x0.9收水蒸氣產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用,并且強(qiáng)化效果與添10-6)Liquid (200x 10-*)加劑氣相質(zhì)量分?jǐn)?shù)密切相關(guān).1-hexanolVa+ Ligid (200x 8:44氣、液相混合添加實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)添加劑以氣相和10-0)液相同時(shí)存在并且氣相質(zhì)量分?jǐn)?shù)適當(dāng)時(shí),氣相添加(200x10~*)2-ethy-1-butanolVapor + Liqud (200 x劑起主導(dǎo)作用.但如果氣相質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高,其作用會(huì)減弱,甚至液相添加劑起主要作用.因此,究竟是氣iquid (800x 10-6)相還是液相添加劑起主導(dǎo)作用,取決于其氣相質(zhì)量2-methyl-2.4-pentandiod Vapor + Liquid (800x 0.分?jǐn)?shù).iquid (200x10~*>)參考文獻(xiàn)(References):1-hepanolVapor + Liquid (200x 0.47[1]KOENIG M s, GROSSMAN G, GOMMED K. 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