含添加劑沸石分子篩混合吸附劑物理特性及其制冷應用性能

武衛東，王闖，孟曉偉，張華

（上海理工大學制冷與低溫工程研究所，上海 200093）

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含添加劑沸石分子篩混合吸附劑物理特性及其制冷應用性能

武衛東，王闖，孟曉偉，張華

（上海理工大學制冷與低溫工程研究所，上海 200093）

摘要：為改善吸附劑用于吸附制冷的傳熱傳質性能，以微米級鐵粉、鋁粉和非金屬膨脹石墨為添加劑，制備了8種不同燒結型13X沸石分子篩（包括粉末型和顆粒型）混合吸附劑，對其進行了SEM觀察以及熱導率、吸附等溫線、孔徑分布等物性的測量與表征分析。結果顯示，添加劑為膨脹石墨的粉末型分子篩微粒之間的緊密型最好，接觸面積最大；添加劑為鋁粉的粉末型分子篩熱導率和熱擴散系數最高，相比純組分顆粒型分子篩的分別提高了100.9%和315.6%，添加劑為鐵粉的粉末型分子篩比熱容最低，相比純組分顆粒型分子篩的降低了33.9%；加入添加劑的粉末型和顆粒型分子篩的比表面積和孔隙率都有不同程度的降低，其順序由高到低均為膨脹石墨、鋁粉、鐵粉。將制備的各種混合吸附劑應用于吸附制冷單元管進行實驗測試，討論分析了其循環周期、制冷量、COP和SCP等性能指標的改進與吸附劑物性改變之間的內在聯系。

關鍵詞：微米級；金屬添加劑；13X沸石分子篩；混合吸附劑；物性；吸附單元冷管；性能

固體吸附式制冷因可利用低品位能源和以環保制冷劑為主要工質，且具有制作簡單、無振動部件、無結晶和腐蝕等優點，是一種極具潛力的制冷技術[1-2]。近幾年，吸附式制冷的研究已得到各國學者的廣泛關注，并取得了很大的進展，但是在實際的應用中還存在很多不足，如系統性能系數低、循環時間較長、單位質量吸附劑的制冷功率（SCP）小等，其瓶頸之一就是因為吸附劑的傳熱傳質性能在一定程度上受到限制。

針對吸附床傳熱傳質性能的提高，目前主要方法有：結構法（在熱交換器壁面增加翅片、肋片）[3]、固化處理法（固結床、壁面涂層）[4]、添加劑法（在吸附劑中添加導熱材料或者采用活性炭纖維、石墨等多孔介質）[5]。其中采用添加劑法制作的混合吸附劑成本最低，技術最簡單，因此有不少學者對其進行過研究。方利國等[6]在吸附劑中加入一定比例且略小于吸附劑顆粒的鋁粒，結果表明，加入鋁粒的復合吸附劑達到吸附平衡的時間比純組分吸附劑縮短了30%左右。DEMIR等[7]研究了不同尺寸的金屬添加劑（寬度為1.0～2.8mm和2.8～4.75mm的鋁、銅、黃銅和不銹鋼片）對硅膠吸附床有效熱導率和熱擴散系數的影響，結果表明，其中1.0～2.8mm的鋁片效果最好，吸附床的有效熱導率和熱擴散系數相比純硅膠分別提高了157% 和242%。魏新利等[8]以膨脹石墨為添加劑，利用金相顯微鏡和Nova表面積與孔徑測定儀對復合吸附劑的微觀特征進行了分析與研究，結果表明膨脹石墨在吸附劑內部形成網狀結構，與分子篩緊密結合，使得熱量和制冷劑能夠方便地通過由膨脹石墨形成的網絡進入吸附劑內部，從而在提高復合吸附劑的熱導率的同時使其吸附性能下降幅度不大。高建明等[9]提出一種新型含添加劑可膨脹石墨（粒徑為50目）、金屬M的氫氧化物、硅膠等復合吸附劑，復合吸附劑塊的熱導率得到提高，通過實驗確定了各組分間的最佳配比：可膨脹石墨45g、M(OH)n60g、硅膠12g。陳海軍等[10]以13X分子篩粉末為吸附劑、凹凸捧土為黏結劑，采用在吸附床內混裝導熱材料鋁片、鐵屑、鋁粉（粒徑為200～300目）和在吸附劑制備中添加鋁粉、石墨粉（粒徑為200～300目）的方法來強化傳熱，測定了復合吸附劑的吸附等溫線，并實驗評價了吸附劑傳熱和吸/脫附性能，結果表明，吸附床傳熱溫差降低了23%～30%，單位質量吸附劑的制冷能力增加了 7.5%～12.5%，但復合吸附劑的吸附量有所下降。以上多數文獻中所采用添加劑粒徑較大、質量重，導致吸附劑材料間不夠致密、吸附劑的質量分數降低幅度大，影響總體吸附性能，且缺乏同時從傳熱和傳質兩個角度對混合吸附劑進行較全面綜合的基礎物性分析。

微米級金屬粒子（粒徑為6000～8000目）具有粒徑小、質輕、比表面積大等優點，相比上述文獻中所提到的添加劑，具有明顯的優勢。目前關于添加劑為微米級金屬的復合吸附劑的基礎物性及其在吸附制冷實際中應用的研究還較少見。因此，本文選用微米級金屬（鋁粉、鐵粉）以及研究中較常用的膨脹石墨（作為對比）為添加劑，與13X型沸石分子篩按比例混合并作燒結固化處理，制備了多種不同燒結型沸石分子篩混合吸附劑。利用掃描電子顯微鏡（SEM）、熱常數分析儀和比表面及孔徑分析儀對所制備的混合吸附劑進行了較全面的物性參數測量與表征分析，并將制備的混合吸附劑應用于吸附制冷單元管進行了性能測試，對比研究了不同添加劑對混合吸附劑物性以及冷管性能的影響，分析了兩者變化之間的內在聯系。

1 混合吸附劑的制備與物性測量

1.1 不同混合吸附劑的配置方案

選用13X型沸石分子篩顆粒和粉末（由顆粒型分子篩研磨而成）分別作吸附劑原材料，凹凸棒土為黏結劑，微米級鋁粉、鐵粉（粒徑均為6000～8000目）或膨脹石墨（200mL/g的可膨脹石墨粉）作添加劑，按比例進行混合配置。將混合好的復合吸附劑加入適量的去離子水，攪拌均勻，使其潤濕、稍具黏性，取混合物適量填充到模具中，按照一定的溫度曲線高溫焙燒至設定溫度，保持一段時間后，脫模空冷得到8種燒結成型的混合吸附劑。其中，沸石分子篩和凹凸棒土以質量比4∶1 混合，添加劑為前兩者總質量的13%，具體配比用量詳見表1。

1.2 測量儀器

為獲得所制備混合吸附劑的物性數據，所用到的儀器主要有掃描電子顯微鏡、熱常數分析儀和比表面及孔徑分析儀，如表2所示。

表1 各種混合吸附劑配比用量詳細表

2 結果分析與討論

2.1 混合吸附劑的SEM表征

將純組分沸石分子篩及制備好的混合吸附劑分別依次放入到掃描電子顯微鏡（SEM）的樣品室中，抽真空直至設定要求，然后開啟電子顯微鏡，調整分辨率，得到各種吸附劑的SEM圖，見圖1（圖中SEM MAG表示放大倍率）。

從圖1中的(a)、(b)可以看出，純組分的沸石分子篩顆粒和粉末兩者的表面結構和物理形態并沒有很大差別（都是由直徑1.5～2.8μm之間的微小孔型顆粒組成的），有別之處在于粉末之間的接觸更為緊湊[11]，使得粉末型的沸石分子篩之間傳熱面積大于顆粒型的，有利于提高傳熱性能。圖1中的(c)、(d)分別為添加凹凸棒土后的分子篩顆粒、粉末材料，可以看到有形狀不同于球形的材料出現，表明凹凸棒土的黏結劑作用使分子篩的微小顆粒粘連到了一起，有利于減小傳熱熱阻和增大傳熱面積。

表2 測量儀器

圖1 純組分沸石分子篩及不同混合吸附劑的SEM圖

圖1中的(e)～(i)分別為添加微米鐵粉、鋁粉、膨脹石墨后的分子篩顆粒（或粉末）混合吸附劑的SEM圖。通過比較分析可以看出，帶添加劑的粉末型分子篩形貌較顆粒型的相對規則，排列緊湊，這是由于凹凸棒土的黏結作用將微米級添加劑與分子篩粉末充分黏合在了一起，進一步觀察可以發現，帶有添加劑的粉末型沸石分子篩混合吸附劑中，添加劑為膨脹石墨的微粒之間的緊密型最好，接觸面積最大，其次為鐵粉，接觸面積最小的為鋁粉，這主要是由微米級添加劑的表面粗糙度和其延展性決定的；而從不同添加劑微觀形貌上看，微米級鐵粉和鋁粉的混合吸附劑呈較規則的球形，膨脹石墨混合吸附劑的形狀多變，有多面體型、扁平型以及少量的球形等。

2.2 熱物性參數的測量

圖2 純組分沸石分子篩及不同混合吸附劑的熱導率對比圖

圖3 純組分沸石分子篩及不同混合吸附劑的熱擴散系數對比圖

從圖2、圖3中的數據可以發現，1#樣品（顆粒型分子篩+黏結劑）相比純分子篩顆粒的熱導率和熱擴散系數均有所提高，表明凹凸捧土的混入增加了分子篩顆粒之間的接觸面積，提高了傳熱性能。而2#樣品（粉末型分子篩+黏結劑）的熱導率相比純分子篩粉末變化不大，但熱擴散系數有所下降，降低了29.9%，這是因為黏結劑的混入使得原本接觸面積較大的分子篩粉末之間接觸更為緊湊，樣品密度增大，阻礙了熱量的傳遞。在上述基礎上，增加有添加劑后，6#樣品（粉末型分子篩+黏結劑+微米級鋁粉）的熱導率和熱擴散系數最大，相比純組分粉末型沸石分子篩分別提高了100.9%、315.6%，說明鋁粉的加入提高了吸附劑的熱導率，增強了傳熱效果。其次，4#樣品（粉末型分子篩+黏結劑+微米級鐵粉）的熱導率相比純組分的吸附劑提高了82.0%，而8#樣品（粉末型分子篩+黏結劑+微米級膨脹石墨）熱導率相對較低，只提高了70.5%，這是由于膨脹石墨為各向異性材料[13]，在垂直和平行于施加壓力方向的兩條軸線上的熱導率相差很大，因此導致混合吸附劑的總熱導率提高量相對較小。但對于熱擴散系數，8#樣品要比4#樣品的熱擴散系數高，這是因為膨脹石墨是在天然鱗片石墨基礎上，經過插層、水洗、干燥和高溫膨化過程得到的一種疏松多孔型的蠕蟲狀物質，特別是經過高溫膨化后，石墨本身的平面層明顯裂開，繼而發生不均勻變形，且呈卷曲狀態，其表面為網狀孔型結構，一定程度上降低了混合吸附劑間的密度，使得熱擴散系數提高。對于帶添加劑的顆粒型分子篩混合吸附劑（3#、5#、7#樣品），其熱導率和熱擴散系數的變化趨勢同粉末型分子篩混合吸附劑（4#、6#、8#樣品）基本一樣。

對于顆粒型和粉末型沸石分子篩的比熱容，其最低的分別是3#樣品（顆粒型分子篩+黏結劑+微米級鐵粉）和4#樣品（粉末型分子篩+黏結劑+微米級鐵粉），這是由于在環境溫度25℃下，添加劑為鐵粉的比熱容最小[為0.422J/(kg·K)]，分別小于膨脹石墨[0.707J/(kg·K)]和鋁粉[0.905J/(kg·K)]，這將對這些吸附劑應用于單元冷管時的循環耗熱量產生相應影響。

2.3 吸附等溫線及孔隙率的測量

吸附等溫線是指在恒定溫度下吸附過程達到平衡時吸附質分子在兩相中濃度之間的關系曲線。BRANAUER等[14]根據大量的吸附等溫線的實驗結果，提出了目前最為廣泛使用的BDDT分類方法，將氣體吸附等溫線分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ型5 種基本類型。其中Ⅰ型吸附等溫線，即Langmuir等溫線，其特點是在相對壓力p/p0較低時，仍有較大的吸附量，且當相對壓力p/p0增大到一定數值，吸附量保持不變，即達到飽和吸附狀態。

通過測量一系列恒溫條件下不同相對壓力下的吸附量，即可得到吸附等溫線。本文利用比表面及孔徑分析儀，測得了不同組分混合吸附劑的吸附等溫線，如圖4所示。圖中橫坐標為相對壓力p/p0，p0表示吸附質（氣體）飽和蒸氣壓，p表示吸附質（氣體）壓力。測試條件為環境溫度19℃，恒溫浴溫度77.3K，預處理脫氣溫度300℃，脫氣時間300min，飽和蒸氣壓1.0337bar（1bar=0.1MPa）。

圖4 不同組分混合吸附劑的吸附等溫線

從圖4中可以看出，不同組分混合吸附劑的吸附等溫線總體趨勢一致，屬于Ⅰ型等溫線。對比各樣品在等分壓下的吸附量情況發現，1#樣品（純分子篩顆粒+黏結劑）的吸附量最大，4#樣品（粉末型分子篩+黏結劑+微米級鐵粉）最小，這是由于在等溫等分壓條件下，吸附劑的吸附量只與單位質量吸附劑的孔體積成正比，對于有添加劑的情況，由于鐵粉和鋁粉非多孔介質，占用了單位質量吸附劑的孔體積比，因此吸附量相對較小。而7#樣品（顆粒型分子篩+黏結劑+膨脹石墨）和8#樣品（粉末型分子篩+黏結劑+膨脹石墨）中的膨脹石墨為多孔材料，雖然其加入降低了分子篩吸附劑的質量比，但其自身的多孔性質一定程度地彌補了這一弱項，因此相應吸附量在有添加劑的混合吸附劑中分別為最大，僅次于只含有凹凸捧土黏結劑混合吸附劑的情況。

通過比表面及孔徑分析儀，采用BJH法測量了各吸附劑的孔徑分布、比表面積、孔體積等結構參數，具體見表3。

其中，根據孔體積可以計算出吸附劑床層的孔隙率計算式為式(1)[15]。

表3 各混合吸附劑的結構參數

式中，Va為總吸附孔體積，m3；Vb為吸附床層體積，m3；ms為吸附劑質量，g；νmp和νp分別為吸附劑的微孔體積和孔體積，mL/g，R1為吸附管內徑，m；R2為蒸汽通道半徑，m；L0為吸附床長度，m。

從表3中數據可以看出，加入添加劑后混合吸附劑孔隙率都有不同程度的降低，這是因為添加劑粒徑較小，且其加入還降低了分子篩質量的填充。顆粒型和粉末型混合吸附劑的孔隙率由低到高分別為：3#樣品（顆粒型分子篩+黏結劑+微米級鐵粉）、5#樣品（顆粒型分子篩+黏結劑+微米級鐵粉）、7#樣品（顆粒型分子篩+黏結劑+膨脹石墨）和4#樣品（粉末型分子篩+黏結劑+微米級鐵粉）、6#樣品（粉末型分子篩+黏結劑+微米級鐵粉）、8#樣品（粉末型分子篩+黏結劑+膨脹石墨）。其中添加劑為膨脹石墨的吸附劑（顆粒型和粉末型）的孔隙率相比純組分顆粒型分子篩吸附劑的降低幅度最小，分別為3.6%（7#樣品）、19%（8#樣品），這主要是因為膨脹石墨為多孔材料，其加入在一定程度彌補了分子篩質量占比降低這一不足，孔隙率的大小將會對吸附劑的傳質性能產生直接影響，這可從圖4中的結果得到印證，即7#樣品和8#樣品的等溫吸附量分別高于5#樣品和6#樣品、3#樣品和4#樣品。對于混合吸附劑的比表面積，顆粒型和粉末型的變化趨勢均同孔隙率相同。

3 混合吸附劑在單元冷管中的應用性能分析

將所制備的混合吸附劑應用于吸附制冷單元管[16]進行循環性能測試，測試條件為熱源溫度300℃、環境溫度20℃、環境濕度50%和自然對流條件。圖5為不同混合吸附劑（1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#樣品）單元冷管循環周期中吸附/脫附水量隨時間的變化曲線。

圖5 混合吸附劑單元冷管循環周期中吸附/脫附水量隨時間的變化

如圖5所示，主原料為分子篩顆粒和粉末的吸附劑兩種情況變化曲線總體趨勢一致，即在開始加熱解吸階段，解吸速率（曲線斜率）較大，隨著解吸過程的進行，吸附床層中含有的吸附質量越來越小，解吸速率隨之變小，直至解吸完全，脫附水量達到最大值；在冷卻吸附階段，吸附端溫度下降，吸附過程開始，吸附速率與解吸階段類同，吸附速率由大變小，直至達到飽和狀態，吸附過程結束，一個循環完成。 對比實驗結果可以看出，各樣品單元管的吸附量由高到低依次是：2#（分子篩粉末+黏結劑)、8#（分子篩粉末+黏結劑+膨脹石墨）、6#（分子篩粉末+黏結劑+微米級鋁粉）、4#（分子篩粉末+黏結劑+微米級鐵粉）、1#（分子篩顆粒+黏結劑）、7#（分子篩顆粒+黏結劑+膨脹石墨）、5#（分子篩顆粒+黏結劑+微米級鋁粉）、3#（分子篩顆粒+黏結劑+微米級鐵粉）。對比粉末型混合吸附劑和顆粒型混合吸附劑可以發現，粉末型混合吸附劑的吸附/脫附水量高于顆粒型的，這是因為研磨后的分子篩粉末填充質量較多，進而吸附量大。對于含添加劑的情況，7#樣品和8#樣品分別為含添加劑的顆粒型和粉末型混合吸附劑中吸附量最大的，這是由于膨脹石墨為多孔介質，相比微米級鐵粉和鋁粉，其加入降低了由分子篩質量缺失造成孔隙率下降的影響，而鐵粉和鋁粉非多孔介質，占用了單位質量吸附劑的孔體積比，因此吸附量相對較小。

對比循環時間可以發現，6#樣品單元冷管循環工作時間最短，各樣品從低到高依次是：6#（分子篩粉末+黏結劑+微米級鋁粉）、8#（分子篩粉末+黏結劑+膨脹石墨）、4#（分子篩粉末+黏結劑+微米級鐵粉）、5#（分子篩顆粒+黏結劑+微米級鋁粉）、3#（分子篩顆粒+黏結劑+微米級鐵粉）、7#（分子篩顆粒+黏結劑+膨脹石墨）、2#（分子篩粉末+黏結劑）、1#（分子篩顆粒+黏結劑）。對比粉末型和顆粒型混合吸附劑可以發現，粉末型混合吸附劑的循環時間比顆粒型的要短，這是由于經研磨后的分子篩粉末之間的接觸面積增大，熱導率和熱擴散系數都得到了提高，進而縮短了循環時間。對于含添加劑的情況，5#樣品和6#樣品的循環時間依次為211min、196min，分別為含添加劑的顆粒型和粉末型混合吸附劑中循環時間最短的，這是因為鋁粉為金屬材料，導熱性能好，傳熱效果最好（如圖2、圖3，對應6#樣品的熱導率和熱擴散系數最高），故循環時間最短。另外，雖然8#樣品的熱導率比4#樣品的小，但其循環時間卻較4#樣品短，這是因為實際循環過程為吸附工質對的傳熱傳質耦合過程，吸附速率不僅與熱導率有關，而且受傳質過程中的孔隙率影響，多孔介質膨脹石墨的加入不但提高了混合吸附劑的熱導率，而且相比添加鐵粉和鋁粉的吸附劑孔隙率有所提高，從而加快了傳質速率。

為了全面評價不同混合吸附劑單元冷管的制冷性能，還對其制冷量、制冷系數COP、單位質量吸附劑的制冷量SCP等性能參數進行了計算對比分析。各參數最終結果如表4（其中顆粒型混合吸附劑的平均冷凝溫度和平均蒸發溫度分別為59.4℃、9.2℃，粉末型混合吸附劑的平均冷凝溫度和平均蒸發溫度分別為60℃、7.4℃）。

表4 混合吸附劑單元冷管各性能參數對比

從表4中可以看出，各樣品冷管制冷量順序由高到低依次是：2#（分子篩粉末+黏結劑）、8#（分子篩粉末+黏結劑+膨脹石墨）、4#（分子篩粉末+黏結劑+微米級鐵粉）、6#（分子篩粉末+黏結劑+微米級鋁粉）、1#（分子篩顆粒+黏結劑）、7#（分子篩顆粒+黏結劑+膨脹石墨）、3#（分子篩顆粒+黏結劑+微米級鐵粉）、5#（分子篩顆粒+黏結劑+微米級鋁粉）。對于含添加劑的情況，7#樣品、8#樣品的制冷量分別高于3#樣品、4#樣品和5#樣品、6#樣品，這是由于本身為多孔介質的膨脹石墨，相比其他添加劑（鐵粉和鋁粉）孔隙率大，吸附量也相應較大，而其加入也彌補了添加劑加入帶來的分子篩質量填充減少的影響。對比COP分析，其順序由高到低依次是：6#、8#、4#、5#、7#、3#、2#、1#。由COP計算公式可知，COP不僅受制冷量的影響，還受吸附床加熱及解析過程總耗熱量影響，且與制冷量成正比，與吸附床總耗熱量成反比，由于6#樣品的比熱容最低，導致總耗熱量最小，綜合制冷量的大小，其COP表現最大。對于各樣品冷管SCP，由高到低順序依次是：6#、4#、8#、5#、7#、2#、3#、1#。因SCP受循環時間影響，6#樣品循環時間最短，同時綜合制冷量和單元管吸附劑填充量的大小，其SCP表現最大。

綜上分析，添加劑為微米級鋁粉的混合吸附劑的綜合性能最好，主要體現在熱導率和熱擴散系數大，比熱容低，比表面積和孔隙率降低幅度小，且在實際系統中，循環時間短，COP和SCP高。

4 結 論

（1）帶添加劑的粉末型沸石分子篩混合吸附劑中，添加劑為膨脹石墨的微粒之間緊密型最好，接觸面積最大，其次依次為微米級鐵粉和鋁粉。添加劑為鋁粉的粉末型分子篩吸附劑熱導率和熱擴散系數最高，分別為0.2987W/(m·K)、4.181×10?7m2/s（相比純組分顆粒型分子篩吸附劑分別提高了100.9%和315.6%），而其比熱容最低，為1.013×10?3J/(m3·K)（相比純組分顆粒型分子篩吸附劑降低了31.5%）。在等溫等分壓下，對比含添加劑的樣品，添加劑為膨脹石墨的顆粒型分子篩吸附量最大，對比粉末型和顆粒型混合吸附劑的比表面積和孔隙率，其中添加劑為膨脹石墨的均為最大，其次為鋁粉和鐵粉。

（2）將制備的各種混合吸附劑應用于單元冷管，并實驗分析了其制冷性能。結果表明，當吸附管采用添加劑為微米級鋁粉混合吸附劑時，冷管的循環時間最短，循環性能最好（COP為0.334，SCP 為50.59W/kg）。綜上所述，采用微米級金屬添加劑，提高了混合吸附劑的熱導率和熱擴散系數，降低了比熱容，強化了吸附/解吸過程中的傳熱傳質性能，縮短了循環時間，從而總體提高了吸附單元冷管的制冷性能。

參 考 文 獻

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·技術信息·

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國家高新技術企業浙江豐利粉碎設備有限公司吸收消化國外微粉粉碎先進技術再創新，研制成功的新一代氣流微粉設備——氣流式渦輪微粉機，日前獲得國家實用新型專利（專利號201120387557.7）。該專利具有粉碎效率高、可自由調節產品粒度、分級效果理想、進料量均勻且可調節、散熱性能好、操作簡單、清理方便等優點。適合加工多種物料，對熱敏性和纖維性物料均能勝任，產品粒度均勻，能粉碎到微米級和亞微米級粒度，是當前性能好、效率高的節能理想微粉生產設備。這是該產品在獲得國家重點新產品，列入國家火炬計劃項目后的又一榮譽。

該機結構原理先進，由上下兩部分組成。下部分為進氣室；上部分由一分流環隔成粉碎室和分級室，粉碎室由粉碎盤和齒形襯套組成，用來將物料粉碎成細粉；分級室由分級葉輪組成，能把物料分成合格細粉和不合格細粉，合格細粉經出料口排出，出旋風集料器收集，不合格細粉沿分流環內壁回落到粉碎室繼續粉碎，直至合格。

目前，該機已廣泛應用于化工、醫藥、涂料、染料、飼料、塑料、橡膠、煙草、植物纖維、食品、農藥、冶金、非金屬礦等行業，超微粉碎莫氏硬度4～5級以下的多種物料，是一種高細度、低噪聲、高效率的節能理想型粉碎機。產品主要指標性能達到國外同類設備水平，可替代進口，而價格僅為進口設備的10%。產品暢銷全國，遠銷歐美、東南亞，深受用戶青睞。

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研究開發

Physical properties and refrigeration performance of compound adsorbent composed of additive and zeolite molecular sieve

WU Weidong，WANG Chuang，MENG Xiaowei，ZHANG Hua
（Institute of Refrigeration and Cryogenic Engineering，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）

Abstract：To improve adsorbent’s heat and mass transfer performance used for adsorption refrigeration，we prepared eight sintering compound adsorbents composed of 13X zeolite（both powders and granular type） and additives（including micron-sized iron，aluminum and expandable graphite）. SEM observation as well as measurement and characterization analysis of thermal conductivity，adsorption isotherm，pore size distribution and other physical properties were carried out. The results showed that the powder zeolite with expanded graphite as additive had the best compact and the largest contact area among zeolite particles. The powder zeolite with aluminum powder as additive had the highest thermal conductivity and thermal diffusivity，increased by 100.9% and 315.6%，respectively，compared with pure component granular zeolite. The powder zeolite with iron powder had the lowest heat capacity，decreased by 33.9% compared with pure granular zeolite. The specific surface area and porosity of powder and granular zeolites were reduced due to the addition of additives. The various types of compound adsorbents studied were employed in adsorption refrigeration unit tube，and relevant performance experiments were carried out. The internal mechanisms betweenbook=693,ebook=46improvement of the adsorption refrigeration tube’s performance indexes（i.e.，cycle time，cooling capacity，COP and SCP） and respective physical properties of these compound adsorbents were discussed.

Key words：micron-sized；metal additive；13X zeolite；compound adsorbent；physical property；adsorption unit tube；performance

基金項目：國家自然科學基金（50606027）、教育部留學回國人員科研啟動基金及上海市自然科學基金（14ZR1429000）項目。。

收稿日期：2015-09-14；修改稿日期：2015-11-04。

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.03.006

中圖分類號：TB 64；TB 69

文獻標志碼：A

文章編號：1000–6613（2016）03–0692–08

第一作者及聯系人：武衛東（1973—），男，副教授。E-mail usstwwd@ 163.com。