خواص محلول لیتیوم بروماید ـ آب

حفاظت کاتدیک از برجهای سهمی در چیلر
استفاده و نگهداری چيلر های جذبی
دی ۲۶, ۱۳۹۷
خواص فيزيكي محلول ليتيوم برومايد ـ آب
خواص فيزيكی محلول ليتيوم برومايد ـ آب
بهمن ۲, ۱۳۹۷

خواص محلول لیتیوم بروماید ـ آب

خواص محلول لیتیوم بروماید ـ آب

خواص محلول لیتیوم بروماید ـ آب


قبل از بحث طراحی بایستی با محلول لیتیوم بروماید ـ آب و خواص آن آشنا شد. فـصل حاضر با بررسی محلول ضمن ارائه رفتار آن، خواصی از محلول را كه برای طراحی دستگاه لازم است در اختیار میگذارد.

خصوصیات ماده لیتیوم بروماید


لیتیوم بروماید خالص جزو « تركیبات غیرآلی » بوده و به فـرم كریـستالی سـفید رنـگ و جاذب رطوبت میباشد. این ماده مانند كلرید سدیم در آب یونیزه میشود و به یونهای + Li و – Br تبدیل خواهـد شـد. گرمـای انحـلال لیتیـوم برومایـد در آب ١٨درجـه برابـر + ١١/٥٤ كیلوكالری بر مول ( گرماگیر ) میباشـد. دمـای نقطـه ذوب و جـوش لیتیـوم برومایـد در فـشار اتمسفریك به ترتیب در حـدود ٥٥٢و ١٣١٠سـانتیگراد بـوده و گرمـای نهـان ذوب و تبخیـر مربوط به آنها، به ترتیب برابر ٢٩٠٠ و ٣٥٤٢٠ كالری بر مول میباشد. فشار بخار این مـاده در جدول زیر ارائه شده است:

(°C) دما٧٤٨     ٨٤٠      ٨٨٨         ٩٣٩    ١٠٢     ١٠٧      ١١٤     ١٢٢     ١٣١
(mmHg) فشار بخار١            ٥         ١٠        ٢٠       ٦٠      ١٠٠      ٢٠٠     ٤٠٠     ٧٦٠

جدول (٤-١) : مقادیر فشار بخار محلول برحسب دماهای مختلف [ ٦ ]

 

محلول خالص لیتیوم بروماید ـ آب در مجـاورت هـوا دارای خاصـیت خورنـدگی فلـزات

میباشد. بدین ترتیب معمولا آن را همراه با مقداری از بازدانـده « لیتیـوم كرومـات » در ظـروف پلوم شده جابجا میكنند. این محلول میتوانـد موجـب نـاراحتیهـای پوسـتی، چـشم وشـامه مخاطی گردد. هنگام شارژ محلول به دستگاه علاوه بر استفاده از بازدارنده برای كاهش كـشش سطحی محلول ( جلوگیری از كف كردن آن در داخل دستگاه ) از ماده ای به نام « اكتیـل الكـل » نیز استفاده میشود. مقدار شارژ مواد مختلف یك چیلر جذبی به طور نمونه به قرار زیر است :
ـ محلول لیتیوم بروماید ١٢٠گالن
ـ آب مقطر خالص به عنوان مبرد ٣٥گالن
ـ اكتیل الكل یك گالن
ـ بازدارنده لیتیوم كرومات به مقدار یك pint ( ٠/٤٧٣٢ لیتر )

محلولهای لیتیوم بروماید موجود در بازار دارای غلظت ٥٤درصد وزنی میباشند. غلظت محلول لیتیوم بروماید، بیان كننده نسبت وزن ماده لیتیوم بروماید موجـود در محلـول بـه وزن كل محلول است. بعنوان مثال در یكصد گرم محلول ٥٤درصد، ٥٤گرم لیتیـوم برومایـد و ٤٦ گرم آب وجود دارد. بنابراین با افزاش غلظت محلول، مقدار لیتیـوم برومایـد آن افـزایش یافتـه غلیظتر خواهد شد. بالعكس با كاهش غلظت، محلول دقیقتر و از آب غنیتر خواهد بود. همانگونه كه بیان گردید لیتیوم بروماید خالص به صورت جامد بوده و محلـول آن دارای رفتاری غیر از رفتار مخلوطهای دو جزئی مانند آب ـ آمونیاك میباشد.

خواص ترمودینامیكی محلول لیتیوم بروماید ـ آب


لیتیوم بروماید نیز مانند هر نمك دیگری، هنگامی كه در آب حل میشـود باعـث تغییـر نقطه جوش آب خواهد شد. دمای نقطه جوش این محلول بستگی بـه غلظـت آن دارد. بعنـوان مثال در فشار اتمسفریك، محلولهای لیتیوم بروماید با غلظت ٥٠و ٦٠درصد وزنی به ترتیـب دارای نقطه جوش ١٣٢و ١٥٥درجه سانتیگراد میباشند. بخار حاصل از جوشیدن محلول، یك بخار آب خالص بوده و دمای آن برابر دمای نقطه جوش محلول است. بعنوان مثال بخار حاصـل از جوشیدن محلول با غلظت ٥٠ درصد در فشار اتمسفریك، دارای دمای ١٣٢ oC بـوده و یـك بخار داغ میباشد. در مجموع فشار بخار محلول تابعی از غلظـت و دمـایی آن بـوده و مـیتـوان مقدار هر یك را با استفاده از مقادیر دو كمیت دیگر، از نمودار P-T-X تعیین كرد.
برای بررسی شرایط تعادلی محلول با بخار آب، دو مخزن نشان داده شـده در شـكل (١-٤) را كه به همدیگر متصل هستند در نظر بگیرید. در مخزن سمت چپ آب خالص و در مخزن سمت راست محلول لیتیوم بروماید ـ آب قرار داشته و سیستم خلأ شده است. هر یك از این دو مایع میتوانید دارای یك فشار بخار باشند. در حالت تعادل فشار بخار اعمالی توسط هر دو مایع یكسان خواهند بود. یك نمونه از شرایط تعادلی در شكل (١-٤) ارائه شده است. فشار بخـار آب خالص در دمای ٥°C برابر فشار بخار محلول با غلظت ٦١درصد و دمای ٤٧°C بـوده و برابـر (mmHg) ٦/٥٤ میباشد. لذا دو مایع در یك شرایط تعادلی قرار دارند.

خواص محلول لیتیوم بروماید ـ آب

بخار حاصل از تبخیر محلول لیتیوم بروماید فقط دارای بخار آب و در نتیجه فشار جزئی آب موجود در آن برابر فشار كل بخار ( فشار بخار محلول ) میباشد. بنابراین دمای نقطـه شـبنم محلول و دمای آب خالصی كه در حالت تعادل با محلول قرار دارد یكسان بـوده و برابـر دمـای اشباع آب منطبق بر فشار بخار محلول خواهد بود. در مراجع و نمودارها مقـادیر ایـن دمـا را بـا عناوین دمای اشباع مبرد ( آب ) و یا دمای نقطه شبنم محلول را ارائه میدهند. مقدار ایـن دمـا روی دیاگرام تعادل محلول و در مقابل محور مختصات فشار بخار محلول ارائه میگردد.

بعنوان مثال دمای اشباع آب در حال تعادل با محلـولی كـه دارای غلظـت ٥٠ درصـد و دمای ١٣٢°C است، برابر ١٠٠°C خواهد بود. همانگونه كه بیان گردید دمای اشباع آب در حال تعادل بـا محلـول، برابـر دمـای نقطـه شبنـــم محلول میباشد، از این رو اگر مخزن محلول نـشان داده شـده در شـكل ( ١-٤ ) سـرد شود، فشار بخار محلول در داخل آن كاهش یافته و برای رسیدن به یك شرایط تعادلی جدیـد، محلول شروع به جذب بخار آب خواهد نمود. در این فرایند اعمال جذب و تقطیر توامـًا صـورت گرفته و در نهایت بخار آب تقطیر شده به دمای محلول خواهد رسـید. در ادامـه بحـث تفـاوت میان دو فرآیند جذب و تقطیر و در غالب یك مسأله ارائه میگردد.
فرض كنید كه مخزن سمت چپ شكل  (١-٤) بگونهای است كه آب خالص داخل آن بـا گرفتن گرمای محیط، به طور پیوسته در دمای ٥°C تبخیـر شـده و بخـار حاصـله بـه سـمت مخزن سمت راست هدایت میشود. در حالت اول كه فقط فرایند تقطیـر بخـار آب مـورد نظـر است، مخزن سمت راست بدون محلول بوده و به صورت تقطیر كننـده عمـل مـینمایـد. بـرای تقطیر بخار آب اشباع با دمایی ٥°Cدر داخل مخزن سمت راست، احتیاج بـه محـیط سـردی میباشد كه دمای آن بایستی كمتر از ٥°Cباشد. گرمایی كه بایستی در طـول ایـن فرآینـد از بخار آب گرفت تا به مایع اشباع ٥°C تبدیل شود برابر    ( گرمای نهان تبخیر آب در دمای ٥°C ) میباشد.
راه دوم تقطیر بخار آب مـوردنظر، اسـتفاده از محلـول جـاذب در مخـزن سـمت راسـت میباشد. فرض كنید كه محلول داخل مخزن قبـل از شـروع فراینـد جـذب، دارای غلظـت ٦١ درصد و دمای ٤٧°C بوده و جرم آن ٢٠kg است. همچنین در نظر بگیرید كـه بخـار تولیـدی توسط مخزن سمت چپ به گونهای است كه همیشه در داخل مخزن محلـول، بخـار اشـباع در فشار ٦/٥٤mmHg وجود داشته و در طول این فرایند یك كیلـوگرم بخـار آب توسـط محلـول جذب میگردد.
از آنجاییكه سیستم دو جزئی است لذا میتوان برای حجم كنترل، دو معادله بقای جـرم نوشت. معادله بقای جرم كلی عبارت است از :

خواص محلول لیتیوم بروماید ـ آب

حال میتوان با توجه به فشار بخار و غلظت محلول در شرایط ) ،(٢دمای آن را با استفاده از دیاگرام تعادلی (A-١)P-T-X تعیین گردد. در این صـورت مقـدار T2 = 41°Cبـه دسـت میآید. مقدار گرمایی كه بایستی برای انجام فرایند فـوق از حجـم كنتـرل دفـع گـردد، شـامل مواردی است كه در ادامه مورد بررسی قرار میگیرند. توجه شود كـه ترتیـب ذكـر شـده بـرای محاسبه مقدار گرمای مورد نظر، هیچگونه ارتباطی به ترتیب و چگـونگی انجـام فراینـد جـذب ندارد. فرایند جذب یك فرایند پیچیدهای است كه تمام موارد زیر به صورت همزمـان در طـول فرایند روی میدهند.
١ – گرمایی كه بایستی از سیستم دفع شود تا یك كیلـوگرم بخـار اشـباع آب در دمـای 5°C تقطیر و به مایع اشباع گردد. این مقدار گرما برابراست با :

خواص محلول لیتیوم بروماید ـ آب

٢ – افزایش دمای مایع اشباع تولید شده در مرحله قبل از 5°C تا دمای نهـایی 41°C كه باعث ایجاد مقداری سرما خواهد شد. لذا بایستی این مقدار گرما از مقـدار دیگـر كـم شـود. مقدار سرمایی كه در این مرحله ایجاد میشود برابر است با :

خواص محلول لیتیوم بروماید ـ آب

٣ – گرمای دیگری كه بایستی از سیستم خارج شود برابر گرمـایی اسـت كـه بایـستی از محلول با غلظت ٦١درصد، دمایی 47°C و گرمای ویـژه  گرفـت تـا در غلظـت ثابت دمای آن به 41°C كاهش یابد. این مقدار گرما برابر است بــا :

خواص محلول لیتیوم بروماید ـ آب

 

٤ – گرمای دیگری كه بایستی از سیستم خارج شود مربوط بـه « گرمـای رقیـق شـدن » محلول میباشد. مقدار این گرما در نمودار شكل ضمیمه برای مقـادیر مختلـف دمـا و غلظـت محلول ارائه شده است. مقدار گرمای رقیق شدن محلول در برابر مقدار گرمایی است كه هنگـام اضافه شدن واحد جرم آب به جرم نامحدود از محلول در دما و غلظت ثابت، آزاد مـیشـود. بـه عبارت دیگر مقدار این گرما بیان كننده تغییرات آنتالپی آب در فرایند جذب میباشد. از اینـرو بایستی این مقدار گرما نیز از سیستم خارج شود. مقدار گرمای رقیق شدن محلـول ( Hd ) در شرایط متوسط آن، در غلظت ٥٩/٥درصد و دمای 44°(C(111/ 2°F بـا توجـه بـه نمـودار ضمیمه برابر است با :

خواص محلول لیتیوم بروماید ـ آب

لذا كل گرمای حل شدن يك كيلوگرم آب در محلول برابر است با :

خواص محلول لیتیوم بروماید ـ آب
بنابراین كل گرمایی كه بایستی از سیستم خارج شود تا فرایند فوق صـورت گیـرد برابـر است با :

خواص محلول لیتیوم بروماید ـ آب

لذا گرمای فرایند جذب در این مثال برابر گرمای فرایند تقطیـر بخار میباشد. مزیت صرف این انرژی بیشتر از آن است كه احتیاج به محیط سرد با دمای كمتر از ٥°C حذف شده در فرایند جذب میتوان از محیط سردی با دمای كمتر از ٤١°C استفاده نمود. این شرایط را میتوان به راحتی با جریان آب و یا حتی با جریان هوا نیز فراهم كرد. برای ساده تر شدن روشن تعیین مقدار گرمایی كـه در فرآینـد جـذب بایـستی از واحـد جاذب دفع شود و یا تعیین مقدار گرمایی كه در فرآیند جوشش محلول میبایستی بـه قـسمت مولد بخار تغذیه گردد. نموداری تهیه شده است كه مقدار آنتالپی مخصوص محلول را به دست میدهد. مقدار آنتالپی نسبت داده شده و به محلول با توجه به مقادیر جداول اشباع آب، گرمای رقیق شدن و گرمای ویژه محلول صورت گرفته است. یـك نمونـه از نمودارهـای h-T-X بـرای محلول لیتیوم بروماید در شكل ضمیمه نشان داده شده است. حالت مرجع برای آنتـالپی صـفر در این نمودار، منطبق بر دمای صفر درجه سانتیگراد برای هر دو جزء آب و محلول ٥٠ درصـد میباشد.

استفاده از این نمودار همراه بـا جـداول اشـباع آب، محاسـبات بـار گرمـایی هـر یـك از قسمتهای سیستم جذبی را سادهتر میسازد. برای نشان دادن طریقه اسـتفاده از ایـن نمـودار، مقدار گرمایی آزاد شده  ( Q ) در فرایند جذب مثال اخیر، مجددًا از این طریق محاسبه میگردد.
برای این منظور لازم است كه مقـدار آنتـالپی سـیالهـای ورودی و خروجـی از حجـم كنتـرل مشخص گردند. آنتالپی محلول ورودی با دمای ٤٧°C و غلظت ٦١درصـد، برابـر

 برای محلول خروجی با دمای ٤١°C و غلظت ٥٨/١ درصد برابر  خواص محلول لیتیوم بروماید ـ آبمیباشد. حال با نوشتن معادله بقای انرژی برای حجم كنترل داریم:

خواص محلول لیتیوم بروماید ـ آبكه در آن داریم:

خواص محلول لیتیوم بروماید ـ آب

خواص محلول لیتیوم بروماید ـ آب

با جایگذاری مقادیر فوق در معادله اخیر، بار حرارتی Q بدست میآید :

خواص محلول لیتیوم بروماید ـ آب

اين روش ساده تر از روش قبل بوده و از آنجایی که معادله آنتالپی محلول بر حسب دمـا و غلظت در دسترس ميباشد لذا ميتوان در محاسبات كـامپیوتری چرخـه ترمودينـامیکی چيلـر جذبي از اين روش و معادلات حاكم آن استفاده كرد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

Call Now Buttonتماس - بخش فروش