新型船用转轮除湿空调复合干燥剂研究

作     者：杨玉洁 

作者单位：集美大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑青榕;陈武

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 082402[工学-轮机工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：金属有机框架物 复合干燥剂 船舶空调 转轮除湿 等量吸附热 

摘      要：为了实现船舶节能减排,本文根据船舶航行过程外界气象参数和航行过程主机排气温度、航行速度等因素分析舱室空气处理过程空气状态参数,进行废热驱动的两级转轮除湿空调系统的可行性分析,基于商用转轮除湿干燥剂的成分与结构分析,在由采用溶剂热法制备MIL-101（Cr）及其与膨胀石墨（ENG）的复合吸附剂的基础上,针对船舶中央空调运行环境温度与相对湿度范围,通过水蒸汽在试样上的吸附等温线测试、吸附平衡数据的模型分析与等量吸附热计算、试样在船舶晃动振动频率下的强度测试,阐明了由MIL-101（Cr）制备船用转轮除湿干燥剂潜在的可能性。主要研究工作如下:首先,选择实际营运船舶-神华531轮,就转轮除湿空调在其上的应用进行可行性分析。在某航次5天航程中,该轮中央空调机组单位制冷量为119.3k W～255.28k W,配置当前商用除湿干燥剂的两级转轮除湿空调机组平均制冷量及耗电量均仅为原有系统27.7%。主机排气废热可提供的热量约为转轮所需再生热的8.8倍,且船舶中央空调机房空间足够配置转轮除湿空调系统。由船舶主机废热驱动的两级转轮除湿空调系统的应用具备可行性。其次,在对商用除湿干燥剂成分分析的基础上,选择溶剂热法制备MIL-101（Cr）试样,基于前期研究基础确定膨胀石墨（ENG）的膨化工艺,并通过制备试样的结构表征、微观形貌观察、热导率测试、水蒸汽的吸附平衡测试与强度试验,分析试样上水蒸汽吸附性能。结果发现,与商用除湿剂中细孔硅胶颗粒度相似的MIL-101（Cr）,其比表面积、比孔容积分别是细孔硅胶的6.0倍和2.0倍,添加18wt%的ENG、2.5MPa压力下成型的ENG@MIL-101（Cr）的导热系数和商用除湿干燥剂接近,但其比表面积、比孔容积分别为商用除湿干燥剂的3.8倍、3.7倍。30℃、相对湿度60%-75%时,水蒸汽在ENG@MIL-101（Cr）上的平均吸附量为其在商用除湿干燥剂上的3.1倍;在与船舶振动相似的频率下,水蒸汽在ENG@MIL-101（Cr）试样上的吸附性能不衰减。ENG@MIL-101（Cr）更适合作为船舶转轮除湿空调中的复合干燥剂。最后,分别选择Dubinin-Radushkevish（D-R）方程和Dubinin-Astakhov（D-A）方程对在25℃～35℃、RH 0～90%测试的水蒸汽的吸附平衡数据进行模型分析,比较模型预测精度后,运用D-A方程和Clausius–Clapeyron（C-C）方程计算等量吸附热。结果表明,30℃时,在船舶中央空调处理空气相对湿度范围内,由D-A预测的水蒸汽在细孔硅胶、MIL-101（Cr）、商用除湿干燥剂和ENG@MIL-101（Cr）上吸附量的平均相对误差仅为D-R方程预测的21.3%、19.3%、45.5%、18.4%。D-A方程计算的水蒸汽在试样上的等量吸附热随温度的升高而减小,运用C-C方程进行等量吸附线标绘确定的水蒸汽在ENG@MIL-101（Cr）上的等量吸附热为商用除湿干燥剂的1.17倍,ENG@MIL-101（Cr）对水分子吸附作用力更强。