專利名稱：用于管殼式吸附床的燒結(jié)沸石分子篩翅片單管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有優(yōu)良傳熱與傳質(zhì)性能的吸附床單管，尤其涉及一種在 翅片管上低溫一次性整體燒結(jié)沸石分子篩使其固化成型的吸附床單管。屬于吸附 式制冷強(qiáng)化轉(zhuǎn)熱傳質(zhì)領(lǐng)域。 技術(shù)背景管殼式吸附床為吸附式制冷中常用的吸附床形式，沸石分子篩和水是吸附式 制冷中的常用工質(zhì)對。其填充方式多為在以光滑管為傳熱管的外壁周圍散裝堆積 沸石顆粒。然而沸石分子篩為多孔介質(zhì)材料，熱傳導(dǎo)性能低，如沸石顆粒堆積床的導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.06 0.09Wm-^T1。同時(shí)，沸石顆粒和管壁之間的接觸熱阻較大，光滑管的傳熱性能也沒有翅片管好。中國發(fā)明專利授權(quán)公告號CN1116105C提出的一種"具有優(yōu)良導(dǎo)熱與吸附性 能的塊狀沸石吸附劑"把沸石原粉和水玻璃復(fù)合，導(dǎo)熱系數(shù)提高了 3倍，但沒有 解決接觸熱阻的問題?！短柲軐W(xué)報(bào)》(1998， 19: 186-190)"太陽能吸附器中強(qiáng) 化熱傳導(dǎo)性能的實(shí)驗(yàn)研究"一文所述聚苯胺/沸石復(fù)合劑利用化學(xué)合成的方法，使 導(dǎo)熱系數(shù)提高2 4倍。《工程熱物理學(xué)報(bào)》(2006， 1: 139-141)"吸附制冷用吸 附單元管設(shè)計(jì)和傳熱傳質(zhì)性能研究"一文利用在翅片管內(nèi)堆積散裝沸石顆粒的辦 法，強(qiáng)化了吸附床的傳熱，提高了溫度場的均勻性，但吸附劑的導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.07 Wm-1〖—S接觸熱阻也較大。發(fā)明內(nèi)容針對散裝堆積沸石顆粒導(dǎo)熱系數(shù)低，與金屬壁面接觸熱阻大的缺點(diǎn)，本發(fā)明 將吸附床中常用的光滑管制成翅片管，并在翅片管上低溫一次性整體燒結(jié)固化沸 石分子篩吸附劑，目的是提高吸附劑的導(dǎo)熱系數(shù)，減小了吸附劑與金屬壁面的接 觸熱阻，強(qiáng)化吸附床的傳熱傳質(zhì)性能，增強(qiáng)溫度場的均勻性，進(jìn)而提高吸附式制 冷系統(tǒng)的整體性能。使系統(tǒng)整體功耗更低，設(shè)備體積更緊湊，以減少設(shè)備投資。本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種用于管殼式吸附床的燒結(jié)沸石分子篩翅片單管的制備方法，其特征在 于，所述方法步驟如下1、沸石分子篩復(fù)合吸附劑的制備 (1)配置吸附劑原料以沸石分子篩為原料，其形態(tài)為純沸石分子篩原粉或者沸石分子篩原 粉與顆粒以任意質(zhì)量比混合；確定沸石分子篩原粉的質(zhì)量以后，添加沸石分 子篩原粉質(zhì)量5 20%的凹凸棒土，沸石分子篩原粉質(zhì)量2 10%的高嶺土，沸石分子篩原粉質(zhì)量1 15%的銅粉或者石墨粉，攪拌均勻作為吸附劑原料;(2)加入模數(shù)為3.2的水玻璃混合水作為粘結(jié)劑，水玻璃與水的質(zhì)量比 為2: 1，吸附劑原料與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為3: 1 3: 2，攪拌均勻后得到沸 石分子篩復(fù)合吸附劑；其中，凹凸棒土和高嶺土的作用為粘結(jié)沸石分子篩原粉，銅粉或者石 墨粉用以提高導(dǎo)熱系數(shù)，水玻璃作用在于顆粒、粉末及其與金屬翅片間的粘 結(jié)。2、 翅片單管的制作和前處理(1)基管3外部焊接若干環(huán)形翅片2，每片環(huán)形翅片上開2 6個(gè)兩兩相對 的V型縱槽4作為傳質(zhì)通道，槽深度為翅片管的高度，每兩片翅片2的間距小 于或等于5mm，以保證其傳熱最大尺度不超過2.5mm;(2)為了去除翅片管壁面上可能存在的氧化皮及油、銹等雜質(zhì)，應(yīng)用超聲 波清洗器對翅片管進(jìn)行前處理；3、 沸石分子篩復(fù)合吸附劑與翅片管的預(yù)固化在經(jīng)步驟2處理過的翅片管上預(yù)填和所開槽形狀相契合的V型模具，把步 驟1的復(fù)合吸附劑填充進(jìn)翅片管翅片縫隙中；再利用與翅片縫隙相契合的環(huán)形模 具加壓5 10MPa，然后取下環(huán)形模具和V型模具。4、 焙燒烘干將步驟3中制備的填充有沸石分子篩復(fù)合吸附劑的翅片管整體燒結(jié)處理，采 用分段加熱的方法，即在3(TC 20(TC的環(huán)境中分4 6段各段加熱30 50分鐘； 其中，在30 10(TC溫度中，至少分兩段，且每段燒結(jié)時(shí)間約50分鐘，以防水 玻璃受熱太快而發(fā)泡，在200'C左右的環(huán)境中保溫1 2小時(shí)后，空冷得到燒結(jié) 沸石分子篩復(fù)合吸附劑翅片單管。上述沸石分子篩為13X型，其孔徑IO，能吸附小于10，的任何分子。凡 可吸附于3A、 4A、 5A型分子篩上的分子，都能吸附于13X型。而且13X型沸 石分子篩在3(TC 20(TC的環(huán)境中不會(huì)因?yàn)闊Y(jié)而發(fā)生性質(zhì)的改變。上述步驟l (1)所說的吸附劑原料可以為沸石分子篩顆粒。上述步驟2 (1)中的縱槽4可以為矩形縱槽，則步驟3中預(yù)填的與矩形縱 槽相契合的模具為矩形模具。本發(fā)明可選取管式電爐或箱式電爐作為燒結(jié)裝置。 有益效果本發(fā)明利用翅片管代替光管燒結(jié)，提高了單位長度管壁上吸附劑的填充量， 增加換熱面積，增強(qiáng)溫度場的均勻性，且在翅片管上開縱槽，在強(qiáng)化傳熱的同時(shí)， 強(qiáng)化了傳質(zhì)。所用燒結(jié)沸石復(fù)合吸附劑的有效導(dǎo)熱系數(shù)比散裝沸石顆粒提高了 4 6倍，吸附劑與金屬壁面間的熱阻減小了 30% 80%，所用翅片管強(qiáng)化了傳熱，使吸附床的總傳熱系數(shù)提高了2.9 4.6倍。


圖1燒結(jié)沸石分子篩翅片管單管其中l(wèi)一燒結(jié)復(fù)合吸附劑；2 —翅片；3 —基管；4一V型縱槽。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1l.l原料配比采用純13X型沸石原粉，添加沸石原粉質(zhì)量8%的凹凸棒土， 沸石原粉質(zhì)量2%的高齡土，沸石原粉質(zhì)量4%的石墨粉，攪拌均勻作為吸附劑 原料。然后，加入模數(shù)為3.2的水玻璃混合水作為粘結(jié)劑，水玻璃與水的質(zhì)量比 為2: 1，吸附劑原料與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為3: 2。攪拌均勻得到復(fù)合吸附劑。1.2預(yù)處理及預(yù)固化:把應(yīng)用超聲波清洗器處理過的翅片管開4個(gè)V型縱槽，在縱槽中預(yù)填V型模具，然后在翅片中填充1.1制備的復(fù)合吸附劑，應(yīng)用環(huán)形模 具加壓5 10MPa，取下模具。1.3焙燒烘干將翅片管整體燒結(jié)處理，使其在4(TC， 70'C,10(TC的環(huán)境中 加熱50分鐘，在14(TC和18(TC的溫度下各加熱40分鐘，在200'C的環(huán)境中保 溫1小時(shí)后，空冷得到燒結(jié)沸石分子篩翅片單管。利用此燒結(jié)沸石分子篩翅片管的吸附床與散裝沸石顆粒吸附床相比，在其吸 附性能基本不變的基礎(chǔ)上，吸附平衡時(shí)，吸附劑間的有效導(dǎo)熱系數(shù)為0.49Wm-^T、比沸石顆粒堆積床(0.06 0.09Wm-^T1 )提高了 6倍左右，吸 附劑與金屬壁面間的接觸熱阻為1.3E10-3r^，"，比沸石顆粒堆積床(4.9 7.犯10-3n^inr1)減小了75%左右，吸附床的總傳熱系數(shù)提高了 4.6倍。實(shí)施例22.1原料配比采用13X型沸石原粉和顆?；旌?兩者的質(zhì)量比為1:1,添加 沸石原粉質(zhì)量10%的凹凸棒土，沸石原粉質(zhì)量2%的高嶺土，沸石原粉質(zhì)量5% 的石墨粉，攪拌均勻作為吸附劑原料。然后，加入模數(shù)為3.2的水玻璃混合水作 為粘結(jié)劑，水玻璃與水的質(zhì)量比為2: 1，吸附劑原料與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為3: 2。 攪拌均勻得到復(fù)合吸附劑。2.2預(yù)處理及預(yù)固化:把應(yīng)用超聲波清洗器處理過的翅片管開4個(gè)矩形縱槽， 在縱槽中預(yù)填矩形模具，然后在翅片中填充2.1制備的復(fù)合吸附劑，應(yīng)用環(huán)形 模具加壓5 10MPa，取下模具。2.3焙燒烘干將翅片管整體燒結(jié)處理，使其在5(TC， 9(TC,的環(huán)境中加熱 50分鐘，在130'C和170'C的溫度下各加熱40分鐘，在200'C的環(huán)境中保溫1小時(shí)后，空冷得到燒結(jié)沸石分子篩翅片單管。利用此燒結(jié)沸石分子篩翅片管的吸附床與散裝沸石顆粒吸附床相比，在其 吸附性能基本不變的基礎(chǔ)上，吸附平衡時(shí)，吸附劑間的有效導(dǎo)熱系數(shù)為0.38Wm"iT1 ，比沸石顆粒堆積床(0.06 0.09Wm—1〖—1 )提高了 4.5倍左右， 吸附劑與金屬壁面間的接觸熱阻為2.6E10-3m2 -、比沸石顆粒堆積床(4.9 T.SElOJm2 -1)減小了45%左右，吸附床的總傳熱系數(shù)提高了 3.5倍。實(shí)施例33.1原料配比釆用純13X型沸石顆粒作為吸附劑原料，加入模數(shù)為3.2的 水玻璃混合水作為粘結(jié)劑，水玻璃與水的質(zhì)量比為2: 1，吸附劑原料與粘結(jié)劑 的質(zhì)量比為3: 1。攪拌均勻得到復(fù)合吸附劑。3.2預(yù)處理及預(yù)固化:把應(yīng)用超聲波清洗器處理過的翅片管開3個(gè)V型縱槽， 在縱槽中預(yù)填V型模具，然后在翅片中填充3.1制備的復(fù)合吸附劑，應(yīng)用環(huán)形模 具加壓5 10MPa，取下模具。3.3焙燒烘干將翅片管整體燒結(jié)處理，使其在4(TC， 90'C,的環(huán)境中加熱 50分鐘，在14(TC和180。C的溫度下各加熱30分鐘，在200。C的環(huán)境中保溫1.5 小時(shí)后，空冷得到燒結(jié)沸石分子篩翅片單管。利用此燒結(jié)沸石分子篩翅片管的吸附床與散裝沸石顆粒吸附床相比，在其吸 附性能基本不變的基礎(chǔ)上，吸附平衡時(shí)，吸附劑間的有效導(dǎo)熱系數(shù)為0.32Wm—^T1，比沸石顆粒堆積床C0.06 0.09Wm—W—1 )提高了 4倍左右，吸附劑與金屬壁面間的接觸熱阻為3.4E10-3m2CT-^比沸石顆粒堆積床(4.9 7.8E10-3)減小了30%左右，吸附床的總傳熱系數(shù)提高了2.9倍。
權(quán)利要求
1、一種用于管殼式吸附床的燒結(jié)沸石分子篩翅片單管的制備方法，其特征在于，所述方法步驟如下(一)沸石分子篩復(fù)合吸附劑的制備。(1)配置吸附劑原料以沸石分子篩為原料，其形態(tài)為純沸石分子篩原粉或者沸石分子篩原粉與顆粒以任意質(zhì)量比混合；確定沸石分子篩原粉的質(zhì)量以后，添加沸石分子篩原粉質(zhì)量5～20％的凹凸棒土，沸石分子篩原粉質(zhì)量2～10％的高嶺土，沸石分子篩原粉質(zhì)量1～15％的銅粉或者石墨粉，攪拌均勻作為吸附劑原料；(2)加入模數(shù)為3.2的水玻璃混合水作為粘結(jié)劑，水玻璃與水的質(zhì)量比為2∶1，吸附劑原料與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為3∶1～3∶2，攪拌均勻后得到沸石分子篩復(fù)合吸附劑；(二)翅片單管的制作和前處理(1)基管(3)外部焊接環(huán)形翅片(2)，每兩片翅片(2)的間距小于或等于5mm，每片環(huán)形翅片上開2～6個(gè)V型縱槽(4)作為傳質(zhì)通道，槽深度為翅片管的高度；(2)用超聲波清洗器對翅片管進(jìn)行清洗；(三)、沸石分子篩復(fù)合吸附劑與翅片管的預(yù)固化在經(jīng)步驟(二)處理過的翅片管上預(yù)填和所開槽形狀契合的V型模具，把步驟(一)制備的沸石分子篩復(fù)合吸附劑填充進(jìn)翅片管翅片縫隙中，利用與翅片縫隙相契合的環(huán)形模具加壓5～10MPa，然后取下V型模具和環(huán)形模具；(四)焙燒烘干將步驟(三)中制備的填充有沸石分子篩復(fù)合吸附劑的翅片管整體燒結(jié)處理，采用分段加熱的方法，即在30℃～200℃的環(huán)境中分4～6段各段加熱30～50分鐘；其中，在30～100℃溫度中，至少分兩段，且每段燒結(jié)時(shí)間約50分鐘，在200℃左右的環(huán)境中保溫1～2小時(shí)后，空冷得到燒結(jié)沸石分子篩復(fù)合吸附劑翅片單管；其中，所述的沸石分子篩為其孔徑為10的13X型沸石分子篩。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種用于管殼式吸附床的燒結(jié)沸石分子篩翅片單管 的制備方法，其特征在于，所述方法的步驟一 (1)所說的吸附原料為沸石分子 篩顆粒。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種用于管殼式吸附床的燒結(jié)沸石分子篩翅片單管 的制備方法，其特征在于，所述方法的步驟二 (1)中的縱槽(4)為矩形縱槽。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在翅片管上低溫一次性整體燒結(jié)沸石分子篩使其固化成型的翅片吸附單管，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合吸附劑的燒結(jié)及其與翅片管壁的固化結(jié)合。本發(fā)明利用翅片管代替光管燒結(jié)，提高了單位長度管壁上吸附劑的填充量，增加換熱面積，所用的吸附劑導(dǎo)熱系數(shù)高，與金屬壁面間的接觸熱阻小，傳質(zhì)速率快，從而改善了吸附床的傳熱傳質(zhì)性能，增大吸附循環(huán)量，縮短循環(huán)時(shí)間。
文檔編號F25B17/00GK101274266SQ20071017253
公開日2008年10月1日 申請日期2007年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者從建立, 孟祥睿, 張如波, 曾方薇, 王學(xué)生, 放 胡, 韋小雄 申請人:華東理工大學(xué)