десорбция водных растворов солей на горизонтальной

2. Скрипов В.П., СкриповА.В. Спинодальный распад (Фазовый переход с участием
неустойчивых состояний) // УФН. – 1979. – Т. 128. – С. 193–231.
3. Хавкин А.Я. Перспективы создания газогидратной промышленности // Вестник
российской академии естественных наук. – 2010. – Т. 1. – С. 42–45.
4. Groenveld Р. Взрывное парообразование // Труды американского общества инженеров-механиков (Русский перевод. Издательство Мир). – 1972. – №2. – С. 122–124.
5. Rausch А.Н. and Levine A.D. Rapid phase transformations caused by thermodynamic
instability in cryogens // Cryogenics. – 1973. – Vol. 13. – № 4. – Р. 224–229.
УДК 621.577
ДЕСОРБЦИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ НА
ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕВА
Накоряков В.Е., академик РАН, Елистратов С.Л., д.т.н., Мисюра С.Я.
Институт теплофизики СО РАН, г. Новосибирск
E-mail: nakve@itp.nsc.ru; elistratov@itp.nsc.ru; misura@itp.nsc.ru
Ранее наибольшее внимание при усовершенствовании абсорбционных тепловых насосов уделялось процессам абсорбции. Однако, не менее важно точно рассчитывать десорбцию растворов сложного состава в
десорбере. При развитии вертикальной плёнки в технических аппаратах
часто происходят разрывы плёнок и образование струй, капель. Поэтому представляет интерес исследование десорбции струй и капель. Общие положения разработанной и успешно применяемой сегодня теории
неизотермической абсорбции [1] могут использоваться и для задач десорбции. В отличие от процессов квазистационарной абсорбции – десорбция существенно нестационарна. При десорбции значительно изменяется концентрация соли, равновесная температура и равновесное
парциальное давление на поверхности раздела фаз. Таким образом, для
корректного теоретического описания существенно нестационарной и
неизотермической десорбции требуется проведение дополнительных
экспериментальных исследований в широком диапазоне определяющих
параметров. При испарении однокомпонентных и многокомпонентных
жидкостей, когда испаряются все компоненты, имеется три характерных
режима испарения: 1) полное испарение без отрыва жидкости от твёрдой стенки, 2) перемежающийся отрыв (чередование пузырькового и
плёночного кипения), 3) устойчивое плёночное кипение при температуре Лейденфроста. При десорбции высококонцентрированных водных
солевых растворов третий режим (устойчивоё плёночное кипение) не
наблюдается. Происходит вырождение кризиса теплообмена [2]. При
использовании растворов солей имеет место образование третей твёрдой фазы – кристаллогидратной плёнки, что существенно влияет на интенсивность десорбции и требует учёта при теоретическом описании.
54
Для изучения физической картины процессов тепломассообмена в
такого рода системах нами были выполнены экспериментальные исследования по нестационарному испарению капель водных растворов солей CaCl2 и LiBr с различной начальной весовой концентрацией СО для
в широкого диапазона температур TСТ при атмосферном давлении окружающей среды.
Для регистрации текущих параметров неизотермической десорбции дозированных объемов водно-солевых растворов (капель) на горизонтальной поверхности нагрева была разработана экспериментальная
методика для проведения прямых измерений веса испаряющейся капли.
Рабочий участок был установлен на лабораторные электронные весы.
Использование при этом видео и тепловизионной съемки позволило определить качественные и количественные характеристики процесса неизотермической десорбции капель для закона теплообмена TСТ  const .
Были выявлены следующие закономерности неизотермической десорбции водно-солевых растворов. В диапазоне температур TСТ  TКИП
(температура стенки меньше температуры кипения) с увеличением начальной массовой концентрации соли CО наблюдалось (см. рис. 1) существенное снижение интенсивности десорбции. Такая закономерность
определяется снижением давления насыщенных паров растворителя
(воды) над межфазной поверхностью раствора (жидкость–газ) с увеличением концентрации соли [3–6].
Рис. 1. Зависимости для испарения капель дистиллированной воды и водных
растворов солей (Vo = 300 мкл; TСТ = 80 °С)
55
При приближении концентрации раствора к линии кристаллизации,
на поверхности капли образуется кристаллогидратная плёнка, которая
первоначально образуется на краях капли и затем перемещается к центру, полностью покрывая всю поверхность. Дальнейшее испарение воды происходит с поверхности при наличие трёх фаз: жидкая под плёнкой, твёрдая плёнка и водяной пар над поверхностью раздела фаз. Для
данного случая необходимо учитывать процесс диффузии воды через
твёрдую плёнку. При наличие кристаллогидратной плёнки скорость десорбции уменьшается в десятки раз по сравнению с чистой водой.
Таким образом, для описания физической картины десорбции капель растворов солей не могут быть в полной мере использованы теоретические модели квазистационарной абсорбции. Существенное изменение концентрации соли и равновесного парциального давления пара
приводит к зависимости диффузии от вышеуказанных параметров. Для
корректного теоретического описания важно знать зависимость скорости десорбции от концентрации и температуры, а также учитывать
влияние кристаллогидратной плёнки. Исследование физической картины неизотермической десорбции капель, тонких пленок сложного состава имеет междисциплинарный характер.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта
№ 11.G34.31.0003 (ведущий учёный Т.И. Сигфуссон, ТПУ) и
№ 11.G34.31.0046 (ведущий учёный К. Ханъялич, НГУ)
Список литературы:
1. Накоряков В.Е., Григорьева Н.И. Неизотермическая абсорбция в термотрансформаторах. – Новосибирск: Наука, 2010. – 113 с.
2. Nakoryakov V.E. Experimental investigation of the nonstationary desorption of watersalt solutions in the spheroidal state / V.E. Nakoryakov and S. L. Elistratov. Journal of
Engineering Thermophysics. – 2009. – V. 18. – № 2. – Р. 87–92.
3. Lower H. Thermodynamishe und Physikalische Eigenschaften der wassrigen LifhumBromid Losung: Dissertation. – Karlsruhe, 1960. – 113 s.
4. Boryta D.A. Solubility of lithium bromide in water between 50 and 100 °С. (45 to
70 % lithium bromide). // Journal on Chemical and Engineering Data. – 1970. –
V. 15. – № 1. – P. 142–144.
5. Верба О.И., Груздев В.А., Захаренко Л.Г., Псахис Б.И. Термодинамические свойства и диаграммы водных растворов бромистого лития. // Холодильная техника. – 1986. – № 3.
6. Груздев В.А., Верба О.И. Давление насыщенных паров водных растворов бромистого лития. Исследование теплофизических свойств жидких растворов и сплавов: Сб. научных трудов. – Новосибирск, 1977. – C. 5–19.
56