吸收式制冷原理五

4.2二元溶液圖、圖和圖及其定壓發(fā)生過程溶液是由溶質和溶劑所組成的均勻體系。溶質可以是固體（例如食鹽、溴化鋰），也可以是液體（例如酒精），或是氣體（例如二氧化碳、氨）。溶劑一般是液體，最常用的為水，通常不指明溶劑的溶液就是水溶液。當兩種液體彼此溶解成溶液時，則溶質和溶液是相對的。它們之間并沒有絕對的界限。在吸收式制冷循環(huán)中，最有重要意義的是由固體溶質溴化鋰和水組成的溴化鋰水溶液。第26講吸收式制冷原理（2）在單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)中，制冷循環(huán)每一過程的熱力分析，外界對制冷循環(huán)的影響以及制冷循環(huán)熱力計算均是在熱力性質圖圖上進行的。吸收式制冷循環(huán)也不例外，對制冷循環(huán)的分析以及熱力計算均是在相圖上進行。下面我們將從最簡單的相圖：溫度-質量分數(shù)圖（）、壓力-質量分數(shù)圖（圖）和壓力-摩爾分數(shù)圖（圖）入手，引出較為復雜的相圖焓-質量分數(shù)圖（圖）。4.2.1二元溶液的t-

圖4.2.1.1二元溶液的基本概念（1）體系和平衡狀態(tài)把被某些邊界包圍著的由一個或幾個物體所構成并彼此進行熱量和質量交換的系統(tǒng)稱為熱力學體系，簡稱體系。所謂邊界，可能是實際的也可能是假想的；可以是固定的也可以是能膨脹或運動著的。如對于盛放溴化鋰溶液來說，把溴化鋰溶液看成一個熱力學體系，而容器就是這個體系的邊界。

不與外界發(fā)生任何作用，即不傳熱、不傳質、不對外做功的體系成為孤立體系。體系的所有物理性質和化學性質的綜合就是體系狀態(tài)的特性。體系特性的改變就意味著狀態(tài)的改變。體系的狀態(tài)可以用體系特性的參數(shù)——狀態(tài)參數(shù)來表示，如溫度、壓力、質量及體積等。當體系的狀態(tài)不隨時間變化時，這個體系就處于平衡狀態(tài)，簡稱平衡。體系的平衡并不意味著靜止，而是體系中在進行著兩個方向相反、其結果互相抵消的過程。如溶解和結晶的過程，當兩者速度相等時，溶液濃度不發(fā)生變化，這是一種動平衡。（2）相、組分和自由度體系中性質完全均勻的部分稱為相。相與相之間有明顯的截面，超過此截面，其性質將會發(fā)生根本的變化。如冰水混合物中，雖然冰和水的成分都是H2O，但因彼此的物理性質完成不同，所以是兩種不同的相，即固相和液相。在體系中，相的數(shù)目用Ф來表示。因此，對于均勻體系，其相數(shù)Ф＝1。冰水混合物的相數(shù)Ф＝2。組分是體系中能獨立存在的物質。組分的數(shù)目稱為組分數(shù)，用K來表示。如在冰和水二相平衡體系中只含有一個物質H2O，故其組分數(shù)K=1。在不改變體系原有平衡相數(shù)的條件下，確定體系平衡狀態(tài)所需的獨立參數(shù)的數(shù)目，稱為該體系的自由度，用符號f來表示。例如冰和水二相平衡體系，要保持原來的相數(shù)保持不變，只能有一個狀態(tài)參數(shù)可任意改變，因此只有一個自由度，即f＝1。這就是說這種體系中，只要有一個狀態(tài)參數(shù)（溫度或壓力）確定后，其余的狀態(tài)參數(shù)就跟著確定了。（3）溶解、結晶、溶解度在溶解過程中，往往伴隨著熱量的放出或吸收，稱為溶解熱。產(chǎn)生溶解熱的原因在于物質溶解于溶劑中時，一方面發(fā)生了溶質粒子在溶質中擴散的吸熱過程，一方面又發(fā)生了溶質分子與溶劑分子之間相互結合成水合物的過程。如果前一過程所吸收的熱量大于后一過程所放出的熱量，則溶解過程為吸熱過程，溶解溫度降低；反之，溶解過程為放熱過程，溶液溫度升高。溴化鋰溶解于水中的過程為放熱過程。在一定溫度下，如果把固體溶質不斷加入一定量的溶劑中，開始時，溶解過程不斷的進行，當增加到某一定值時，加入的溶質不再繼續(xù)溶解，此時的溶液稱為飽和溶液。飽和溶液中溶質質量稱為該溫度下的溶解度。通常用100g溶劑中所含溶質的克數(shù)來表示。各種不同的物質在水中的溶液度是不同的。通常，在室溫下溶解度大于10g的物質叫做易溶物質；溶解度在1g到10g之間的物質叫做可溶物質；溶解度在0.01g和1g之間的物質叫做微溶物質；溶解度小于0.01g的物質叫難溶物質。絕對不溶的物質是沒有的，只不過其溶解度極小而已。溶解度的大小是相對的，必須在一定的條件下才能確定的數(shù)據(jù)。當條件變化時，溶解度也將發(fā)生變化。一般溶質的溶解度大小與溶質和溶劑的特性及溫度有關。一般物質的溶解度隨溫度的升高而增大，即一定溫度下的飽和溶液，當溫度降低時，溶解度減小，溶液中會有溶質從溶液中分離出來而形成結晶，即有晶體析出，這種現(xiàn)象稱為結晶。溶解和結晶時溶液中兩個相反的過程，都在不斷的進行著。如果溶解的速等于結晶的速度，溶液中溶質的質量保持不變，處于動態(tài)平衡狀態(tài)。飽和溶液也是處于動態(tài)平衡狀態(tài)。壓力對固體和液體的溶解度影響很小，但對氣體的溶解度影響很大，如氨在水中的溶解度水壓力的增加而增加。（4）濃度及其表示方法濃度是指溶質在溶液中所占的比例。與溫度及壓力等狀態(tài)參數(shù)一樣，濃度也是表示溶液特性的重要參數(shù)之一。濃度的表示方法很多，有質量分數(shù)、摩爾分數(shù)及當量濃度等。在吸收式制冷循環(huán)中，一般用重量百分比濃度（如溴化鋰占溶液重量的百分比數(shù)）表示，即質量分數(shù)。其意義是在一定質量的溶液中，溶質所占的百分比，用符號表示。由兩個組分組成的二元溶液，當溶劑A的質量為，溶質B的質量為時，則質量分數(shù)為：溶液中的摩爾數(shù)與整個溶液的摩爾數(shù)的比值稱為摩爾分數(shù)，用符號x表示，對于二元溶液。如果溶劑的摩爾數(shù)為，溶質的摩爾數(shù)為，則（5）相率對于溶液的熱力狀態(tài)參數(shù)，有多種表示方法，例如壓力、溫度及濃度等。然而相對于某一狀態(tài)，并不是所有的狀態(tài)參數(shù)都是獨立可變的。如前面所述，當溫度確定時，水的飽和蒸汽壓就可確定。這里只有一個獨立可變的參數(shù)，即在水—氣平衡體系中，只有一個自由度。體系處于平衡狀態(tài)時，它的自由度與相數(shù)和組分之間存在著一定的關系。這個關系稱為相率，如下式表示：相率可用來確定平衡體系重點自由度，體系的自由度隨組分的增加而增加，隨相數(shù)的增加而減少。在吸收式制冷循環(huán)中，通常遇到的是二元溶液，因此自由度為：當二元溶液處于氣－液二相平衡狀態(tài)時，相數(shù)Ф＝2，故自由度為f＝2，說明兩個獨立的參數(shù)，也可以說要確定氣－液體二相平衡的二元溶液的狀態(tài)，就必須知道兩個獨立的參數(shù)。這兩個獨立的參數(shù)，一般是濃度與溫度或者是濃度與壓力，也可以是溫度和壓力。4.2.1.2二元溶液的圖處于朋平衡布狀態(tài)姥的二末元溶抵液，歉若外鏡界參踐數(shù)發(fā)傍生變喝化，踩平衡貫狀態(tài)柳將遭協(xié)到破錘壞，霧其圖即童表示賭了這餓種變柱化。定壓帶飽和環(huán)液線雹和定頑壓飽束和蒸第氣線蛋把圖州分為貓三個你區(qū)域笑：液蝴相區(qū)運、濕團蒸氣炕區(qū)和殊氣相件區(qū)。熊二元巨溶液概也有鑄五個銜狀態(tài)透：過姨冷液舌狀態(tài)剛、飽扯和液壤狀態(tài)肺、濕渾蒸氣奸狀態(tài)兩、飽傲和蒸隊氣狀所態(tài)、選過熱綿蒸氣腥狀態(tài)給。二元溶液的圖在外逝界參你數(shù)消，紫下，揮氣相思與液界相擺處蓮于平仰衡狀艘態(tài)，丙如果度將溶乒液的尺溫度雕降湊低到僻，顯蓋然與剝溫度荷相對悠應的醋氣、自液相抓濃度家應是，矩，當溶橡液未遲達到先這個執(zhí)濃度栗前，溶液誤處于雅非平檔衡狀跪態(tài)，指它具糠吸收嶄蒸氣晉的可息能性客。這慮種狀碗態(tài)稱起為吸壤收狀揉態(tài)。將溶有解于跳溶液根中的助析出術的過繳程稱央為解析。在戚吸收搜和發(fā)茄生過賠程中鋼經(jīng)常船伴隨刻著熱岸量的照交換眉，為愁了使豆吸收存過程乳不斷精地進書行，密就須獎對溶督液不電斷地順進行悄冷卻芽；為頸了使擔發(fā)生既過程些不斷破地進道行，乳就必餐須對辜溶液足進行爪加熱客。4.銷2.嗎2稍二清元溶暢液的外圖對于聞二元紡溶液，在獵溫度搜不變攏的情練況下堵，可裂以繪絕出二擊元溶各液的劑壓力番與濃喝度的評關系甩圖槍（催圖）定溫豬飽和蟻液線泉和定轎溫飽銅和蒸勞氣線孝把圖敗也分頂為三鹿個區(qū)場域：使液相信區(qū)、肺濕蒸打氣區(qū)券和氣待相區(qū)喘。二劑元溶霉液也草有五潔個狀錦態(tài)：記過冷品液狀先態(tài)、冤飽和就液狀圓態(tài)、南濕蒸理氣狀哲態(tài)、雙飽和爪蒸氣暴狀態(tài)宇、過雹熱蒸投氣狀摔態(tài)。4.手2.乳3禍二元逐溶液思的（p-x）圖4.問2.派3.裙1訓溶液崇的分薪壓和焰總壓在一制定溫背度下勝，純工物質刪的飽顆和蒸周氣壓倚是一夾個定化值，深即飽牽和蒸限氣壓爛與溫真度成郵一一墻對應駝的關孕系。繩但是圍對于貿溶液樹，情山?jīng)r就戰(zhàn)不一尚樣。約固體蜘溶質燒溶于蛙溶劑影時，開它的掠蒸汽鹿壓總思量小疲于同紀一溫額度下繪純溶泥劑的查飽和械壓力響。即伴溶劑象因加治入固按體溶影質而塔使它衣的壓箱力降廉低了榴，而毫且溶姥入的填溶質川越多皇（濃派度越釀大）袋，蒸面氣壓潛就越構低。叫故溶領液中董氣—著液兩勾相平察衡時幣的壓慢力與睛溫度睜、濃努度有費關。4.雄2.婦3.圣2次二元熔溶液悲的撕（p-攜x）圖拉烏菜爾定澤律說士明，想在一友定的洲溫度灘下，頸溶液仔中任銅一組勸分的熟蒸汽危分壓益等于盆該純嗽組分塌的蒸藝汽壓凳乘以慰該組汗分在河溶液卸中的惡摩爾聾分數(shù)鼻。公欠式表垮示為顏：二元珍理想錢溶液值服從桌拉烏令爾定絕律。艙如果其組分臥A和堂組分逝B都父服從始拉烏否爾定景律，若則其覆蒸汽何分壓帖可以倉表示丹為式中代表肆組份澇A的勒蒸氣便壓，xA代表灑溶液蓄中A皇的摩吐爾分幣數(shù)。另一蛋方面西，根挺據(jù)道顫爾頓錯分壓派定律即：溶宇液中把某一功組分初的蒸看氣分筐壓等掩于溶岡液的件飽和槳蒸氣爽壓乘煩以該尼組分手在氣急相中孔的摩紅爾分原數(shù)。鑰對于敗二元耀溶液蜘，飽嗽和蒸外氣壓聚等于陣兩組蝕分的性蒸氣鑰壓之仙和。氣壓廟等于劃兩組綢分的享蒸氣南壓之圣和。殺氣相宗中的緞組分面A和卻B的城分壓趙和可以哥用下暮式表加示上式鍬說明名，溶液瘦的總老壓和狠摩爾撇分數(shù)目成直基線關妻系。驅其條欣件為鐮溶液座的兩差個組苦分都饅服從般拉烏酷爾定可律，逆把任孫一組族分在臣全部呈濃度圈范圍劑內都鑼符合草拉烏帳爾定燈律的岔溶液維稱為福理想華溶液俊。由于妖A和盲B兩券個組亦分的鏈蒸氣填壓不及同，旨所以到與溶掃液平碰衡共膊存的然氣相采成分步和液逢相成莫分液兇不相存同。隊根據(jù)頓道爾棚頓的勞分壓卻定律淋：溶戶液中繭某一呆組分始的蒸梢氣分閱壓等角于溶灑液的械飽和倆蒸氣診壓乘乞以該熄組分聲在氣握相中姓的摩糟爾分勒數(shù)。選對于墳二元襖溶液導，飽和躬蒸在給弦定的駝溫度危下，豆按式可算肯出不霜同壓薯力下呢的液辦相和盒氣相受摩爾火分數(shù)喊值，銹從而課得到歲二元分理想頑溶液幟的p-宋x圖。瓜在p-胸x圖上蘋，氣顧相線念一直航處于順液相敏線的房誠下方結。4.凡2.古4千密閉嫩容器透內二跳元溶鬧液的蠢定壓凡發(fā)生鎮(zhèn)過程密閉床溶液桂內的曾二元迷溶液慚，液鋼相中燒的分瀉子會筍自發(fā)卻地通雅過相赤的分妄界面葛轉移召到氣底相。厲同時茶，氣揉相中踐的分抱子也踏會轉驗移到篩液相具。這促樣，晉在物扁相之墳間就謊產(chǎn)生帶了質蓋量的成交換坑。最減后必征然會積出現(xiàn)獨從一辮相轉斜移到刷另一暢相的榴速度謝恰好傳與相懷反方陰向的濤轉移澤速度飽相等幼，這甜時體帖系中耐各部棟分的者濃度灘保持飛不變各。這財種狀群態(tài)稱穴為相軍平衡蓬狀態(tài)握，簡文稱相葉平衡稻。相分平衡康也是森一種給動態(tài)厚平衡鳳。下圖薯中，寶密閉居容器莖內裝迷有質且量分友數(shù)為據(jù)，詞溫度忍為蜓，處釘于過鼠冷狀浙態(tài)的餃二元吊溶液塵，活嬌塞上圓承受御的壓弊力為侵。蒜給密聰閉容蹲器加演熱，狗使二圈元溶蠢液全剛部氣減化為亞蒸氣方，在藝壓果力下斤二元量溶液情的溫蹤蝶度、糠濃度勇將如哥何變滑化呢處？根據(jù)基二元美溶液緒的初斯始條少件，觸可以巖在下勁圖上確著定二拔元溶僑液狀西態(tài)點蝴1。怕對濃藏度為廳，溫度乒為欣，處于痛過冷牌狀態(tài)帽的二險元溶霸液加戒熱，股溶液拳吸收東熱量咽由過依冷狀冶態(tài)升頂溫至浮對塑應的菊飽和斬狀態(tài)。溶液早壓力謊未渴變，假濃度迅未宵變，揉溫度禿升高而為任，體尸積略訴有增疼加?；I可以縣在圖殘上確含定二寧元溶零液狀連態(tài)點嶼2。繼續(xù)柜加熱涼，二急元溶騎液將低開始腳沸騰梯并逐球漸產(chǎn)幻玉生蒸頁氣，爐即從砍飽和裂液狀宅態(tài)變驢為濕油蒸氣罷狀態(tài)擔。容活器內票形成沈氣、遼液二控相，搭體積丹增加己。二元瘋溶液鉛的定光壓氣廣化過強程始附終伴縣隨著鳳溫度看的上厲升。憤二元章溶液蔥在發(fā)喊生過筍程中盲溫度余始終盼在升社高。笛可以猴在圖線上確鄭定二羅元溶漆液的折濕蒸彈氣狀糖態(tài)點境3，碰飽和辱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