Zeolite-gas systems and solar refrigeration : a study of the adsorptive properties at high pressures in the R22 freon-13X zeolite and ammonia-13X zeolite systems

¹ Laboratoire d'informatique Chimique, ENSC Paris, 11, rue Pierre-et-Marie-Curie, 75231 Paris Cedex 05, France
² Laboratoire de Recherches sur la Réactivité des Solides, UA 23 CNRS, Université de Bourgogne, BP 138, 21004 Dijon Cedex, France
³ Département de Chimie, Faculté des Sciences II, Université Hassan II, BP 6621, Casablanca, Morocco

Abstract

The adsorption of ammonia and R22 freon on 13X zeolite was studied in the conditions of possible use of these fluids in heat machines for solar refrigeration. The ranges of temperature and pressure, investigated in this study, extended from 0 to 80 °C and from 10^-1 to 6 10⁵ Pa respectively. The adsorption isotherms were collected by microgravimetry using a thermobalance specially built to be used in aggressive gases at pressures up to 10⁶ Pa. Weak hysteresis was detected when ammonia was desorbed below 80 °C. A critical study concerning both applicability of classical adsorption equations (Dubinin-Radushkevitch and Langmuir) and comparison with other zeolite-gas systems is presented. Comparison with metallic salt - ammonia systems previously investigated is also briefly presented. Both types of chemical systems are thermodynamically and kinetically well-adapted to solar refrigeration in hot countries. Nevertheless it is clearly concluded that, as far as kinetic limitations due to swelling of solids can be improved, monovariant chemical systems should be preferred to divariant systems when high heat power and thermal energy are requested.

Résumé

L'adsorption de l'ammoniac et du fréon R22 sur la zéolithe 13X a été étudiée dans des conditions dc température et de pression correspondant à l'utilisation possible de ces fluides dans une pompe à chaleur chimique en réfrigération solaire. Les domaines de température et de pression explorés dans ce travail s'étendaient respectivement dc 0 à 80 °C et de 10^-1 à 6.10⁵ Pa. Les isothermes d'adsorption étaient tracées à partir de données microgravimétriqucs collectées dans une thermobalance spécialement construite pour une atmosphère gazeuse agressive jusqu'il une pression de 10⁶ Pa. Une faible hystérèse était détectée avec l'ammoniac au-dessous de 80 °C. Les résultats sont analysés en appliquant les équations classiques de Dubinin-Radushkevitch et de Langmuir et sont comparés à ceux obtenus avec d'autres systèmes zéolithe 13 X - gaz. Il est conclu que ces systèmes sont thermodynamiquement et cinétiquement très bien adaptés à la réfrigération solaire en zone tropicale. Néanmoins, les systèmes chimiques monovariants sel métallique - ammoniac étudiés antérieurement doivent être préférés aux systèmes divariants lorsque de fortes puissances et capacités frigorifiques sont recherchées et dans la mesure où les limitations cinétiques liées au gonflement des solides en réaction peuvent être éliminées.