吸收式制冷机(1).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,5.1,氨水吸收式制冷机,5.1.1 NH,3,-H,2,O溶液的性质,（1）氨在水中的溶解 氨在水中的浓度等于溶液中氨的质量与溶液总质量之比。水和液氨能以任意比例互溶，常温下能形成等于0到1的溶液。低温下溶液浓度受到纯水冰、纯氨冰或氨的水合物NH,3,H,2,O和2 NH,3,H,2,O析出的限制。,（2）对有色金属的腐蚀作用 氨水吸收式制冷机中不允许采用铜及铜合金材料。,第29讲 吸收式制冷机（1）,（3）密度 纯氨液在0时的密度为0.64kg/l，对氨水溶液而言，它的密度随温度和浓度的变化而变化。,（4）比热容比热容随温度的升高而升高，随质量分数的增大而增大。,（5）导热率 导热率随浓度的升高而降低。,（6）粘度 随浓度的增加是先升高后降低，而对于温度比较高的情况下，其粘度的变化趋于平缓。,（7）表面张力,5.1.2 氨水吸收式制冷机工作原理,5.1.1.1 氨水吸收式制冷机工作原理及循环过程,下图为单级氨水吸收式制冷机组的循环流程图。其中特别设有一个包含有发生器的结构较为复杂的氨精馏塔。它通过溶液在塔内反复蒸发和冷凝，使气相和液相分别以饱和蒸气和饱和液体进行温度变化，即液相温度上升，气相温度逐渐下降，最后形成纯水和纯制冷剂氨蒸气。精馏塔结构以进料,口为界面，下部的热质交换区称提馏段；上方的热质交换区称精馏段。提馏段下方设有发生段（即再沸段），用于加热浓溶液产生氨和水蒸汽，供进一步提馏用。下面我们来分析循环的整个过程。,浓度为 ，kg 的浓溶液（点1a）进入到精馏塔A，在精馏塔A内的发生器a中被加热吸收热量 后，部分溶液被蒸发，产生的蒸气经过提馏段b，得到浓度 为的氨蒸气（1+R）kg，然后经过精馏段b和回流冷凝器d，使上升的蒸气得到进一步的精馏和分凝，浓度提高到 （点5），由精馏塔A塔顶排出，排出的氨蒸气质量为1kg。回流冷凝器d中，因冷凝Rkg回流液所放出的热量 被冷却水排走。在发生器底部得到浓度为,的稀溶液（f-1）kg，用点2表示。,从精馏塔A塔顶排出的1kg几乎是纯氨的蒸气进入到冷凝器B中，等压、等浓度下冷凝成液体（点6），冷凝时放出的热量 由冷却水带走。液氨经过节流阀I，压力 由降到 ，形成湿蒸气（7点），再进入到蒸发器C中，液氨吸收被冷却物体的热量 气化，再从蒸发器C排出（点8）。点8的状态可以是湿蒸气，也可以是饱和蒸气，也可以是过热蒸气，它取决于被冷却物体所要求的温度。,从发生器a的底部排出浓度为、质量为（f-1）kg稀溶液，经过溶液热交换器E后温度降低到点2a，因为点2a状态的压力为 ，故溶液为过冷溶液。过冷溶液经过节流阀F，压力由 降到 （即 ），由状态点3表示，然后进入吸收器D，吸收由蒸发器产生的1kg蒸气，形成了fkg、浓度为 的浓溶液（点4），吸收过程中放出的热量 被冷却水带走。状态点4的浓溶液经溶液泵G升压，压力由 提高到 （点4a），再经溶液热交换器E加热，温度升高到状态点1a，最后从精馏塔A的进料口进入精馏塔，循环再重复进行，达到不断制冷的目的。,上图所示的系统所能制取的最低温度与加热热源温度和冷却水温有关，一般情况下不低于-25，否则放气范围 将小于0.06，使装置经济性下降。如果热源温度较低，冷却水温度较高，而又要制取较低温度时，可采用双级氨吸收式制冷机或带有喷射器的单级氨吸收式制冷机。,5.1.1.2 循环过程在图上的表示,右图系统工作过程的氨水溶液的图。,假定进入精馏塔A内的状态为1a，浓度为 的浓溶液位于饱和液体线,的下方，即处于过冷状态。溶液经过提馏段b到发生器a，其间与发生器a中产生的氨蒸气进行热、质交换，先消除过冷，使浓溶液达到饱和状态点1，随后在发生器a中被加热。随着温度的升高，溶液在等压条件下不断蒸发，浓度逐渐变稀，到离开精馏塔c底部时浓度变为，温度为 ，用点2表示。开始发生出来的蒸气状态和发生终了时的蒸气状,态分别用点1 和2 表示，它们分别与浓度为和的沸腾状态的溶液相平衡。,离开发生器a的蒸气状态应处于1 和2 之间，假定为状态3，浓度为 。经过提馏段b时，与浓度为 的浓溶液进行热、质交换，理想情况下，出提馏段b的蒸气浓度应与进料口处浓溶液 的平衡蒸气1相对应，即氨蒸气的浓度 由提高到 ，再经过精馏段b和回流冷凝器d，与从回流冷凝器冷凝下来的回流液进行热、质交换，蒸气的浓度进一步提高、温度降低，离开塔顶时，浓度为 ，用点5 表示。回流液在回流过程中，浓度逐渐降低，理想情况下，离开精馏塔最底下一块塔板时，浓度应与进料口浓度溶液的浓度 相同。,浓度 的饱和氨蒸气离开塔顶后进入冷凝器B，在等压、等浓度条件下冷凝成饱和液体，用点6表示，经过节流阀,绝热节流到状态7，由于节流前、后的焓值与浓度均未发生变化，故在 图上点6与点7是重合的，但其代表的状态是不相同的，点6表示冷凝压力下的饱和液体，点7表示蒸发压力下的湿蒸气，它是由饱和液体（点7,）和饱和蒸气（点7,）所组成。节流后的干度为 ，温度可由试凑法确定，即先在饱和蒸气压力液线上假定某一温度（点7），通过辅助压力线找到相应压力下饱和蒸气状态点7,，连 ，若该线正好通过点7，假定的温度即为节流后的温度 。,节流后的湿蒸气进入蒸发器，在等压、等浓度下蒸发至状态点8，点8一般仍处于湿蒸气状态，由点8 的饱和液体和点8 的饱和蒸气组成。它的温度同样可用试凑法求出。,由发生器a引出状态为点2的稀溶液，经过溶液热交换器E，被冷却到 压力下的过冷状态2a（假定2a正好处在蒸发压力 的饱和液线上），再经节流阀F节流到状态3，然后进入吸收器D。同样，节流前、后的状态点2a和3在 图上是重合的，但代表的状态不同。在吸收器中，忽略蒸发器C和吸收器D之间的压力损失，吸收过程是在 等压条件下进行的，状态为3的饱和稀溶液吸收由蒸发器C出来的蒸气（点8），沿等压线浓度逐渐变浓，吸收终了时浓度达到 ，用点4表示。点4状态的浓溶液经过溶液泵G后，压力由 高到 ，用点4a表示，如果忽略因溶液泵对浓溶液作功而引起的温度变化，则点4与点4a重合，点4a表示 压力下的过冷液体，过冷液体经过溶液热交换器E，在浓度不变的情况下温度升高，用状态点1a表示，最后再进入精馏塔A的进料口，循环重新开始。,无论在冷凝过程还是蒸发过程中，尽管是在定压下发生相变，但溶液的温度都不是定值。从上图可以看出，冷凝过程中，溶液的温度 由降至 ；蒸发过程中，溶液的温度由升至，这与单一组分工质在等压下相变时温度不发生变化是不相同的，这是因为当压力保持不变时，随着冷凝或蒸发过程的进行，溶液的浓度在不断发生变化。冷凝过程中，溶液中低沸点组分（氨）越来越多，因此饱和温度越来越低；相反，蒸发过程中，溶液中低沸点组分（氨）越来越少，故饱和温度逐渐升高。出蒸发器时的湿蒸气的干度越大，最终蒸发温度越高，甚至有可能超过被冷却介质所允许的温度。因此，可以通过控制湿蒸气的干度来满足被冷介质温度的要求。,溶液热交换器可起到以下两个作用：,（1）提高进入发生器浓溶液的温度，减少发生器中加热蒸汽的消耗量；,（2）可降低进入吸收器的稀溶液的温度，从而减少吸收器中冷却水的消耗量，并增强溶液的吸收效果。,溶液在热交换器中温度的变化与热交换器传热表面积的大小有关。稀溶液的温度变化将大于浓溶液的温度变化，因为稀溶液的流量（f-1）kg小于浓溶液的流量fkg，而它们的比热相差不大。,5.1.3 单级氨水吸收式机制冷循环的热力计算,在已知制冷量 、冷凝温度 和蒸发温度 的情况下，可根据氨水溶液图进行热力计算。,（1）蒸发器单位制冷量 （单位为kJ/kg）：,（2）冷凝器单位热负荷 （单位为kJ/kg）：,（3）发生段单位热负荷 （单位为kJ/kg）：,由精馏塔的热平衡关系可得：,（4）吸收器单位热负荷 （单位为kJ/kg）：,根据吸收器热平衡关系可得：,（5）溶液热交换器热负荷,由浓溶液侧计算有,由稀溶液侧计算有,式中，通过 和 在 图上查出，其中 ，而,溶液热交换器出口溶液比焓值 由下式来确定：,其中系数0.95为溶液热交换器的热损失系数。,。,（6）分凝器单位热负荷 （单位为kJ/kg）：,根据精馏段氨的质量平衡关系可得分凝器中冷凝回流液数量：,式中，为塔板回流液浓度。假定在理论情况下塔板数无穷多时，蒸气为平衡状态，使,L,1,与点1重合，则上式R可改为：,又根据分凝器的热平衡关系：,（7）过冷器单位负荷 （单位为kJ/kg）：,（8）循环系统的热平衡关系为：,（9）循环的热力系数为：,一般 在0.30.4范围。实际运行中，考虑到吸收器、冷凝器、分凝器，以及整个装置的热损失，实际热力系数为理论热力系数的8090。,5.1.4氨水吸收式制冷机的性能影响因素,5.1.4.1 氨水吸收式制冷机与蒸气压缩式制冷机性能的比较,吸收式制冷循环热力系数和蒸气压缩式制冷循环制冷系数都是用来评价循环经济性的主要技术指标。但两者不能直接加以比较，因为压缩式制冷机消耗功，吸收式制冷机消耗热能，功比热能的品位高，产生功的成本也高。对这两个数值进行比较时，须考虑电站内蒸汽装置中的热交换情况及效率。即使如此，吸收式制冷机的热力系数仍然低于压缩式的当量热力系数，原因在于吸收式制冷机系统的运行过程中存在着更多的热力不可逆过程。,从两个系统的运行费用比较来看，在较低的蒸发温度下似乎采用吸收式制冷系统更为合适，特别是在有高温加热介质可以利用的情况下更是如此。因为这样有可能利用单级吸收式制冷系统获得需两级压缩式系统才能获得的低温。,与其它形式的制冷机相比较，氨水吸收式制冷机具有如下特点：,（1）采用蒸气或热水作为热源，有利于废热的综合利用，特别适合于化工、冶金和轻工业中的制冷设备；,（2）以氨作为制冷剂，能制取0以下的低温；,（3）整个装置除泵外均为塔、罐等热交换设备，结构简单，便于加工制造；,（4）振动、噪音较小，可露天安装，可降低建筑投资费用；,（5）负荷在30100%范围内可调，且装置的经济性基本上没有变化；,（6）维修简单、操作方便、易于管理；,（7）氨价格低廉，来源广；,（8）对大气臭氧层没有破坏作用，有利于环境保护。,以下为缺点：,（9）对铜及铜合金（磷青铜除外）有腐蚀作用；,（10）钢材及冷却水消耗量大；,（11）热力系数较低；,（12）由于氨、水的沸点比较接近，为提高氨气浓度，系统中必须增设精馏和分凝设备，使系统变得更复杂一些。,5.1.4.2 氨水吸收式制冷机的性能影响因素,氨水吸收式制冷机的实际循环，实际循环中有各种损失，这些损失有：不完全吸收，不完全蒸发，不完全精馏。,（1）不完全吸收,在理想的吸收式制冷机中，吸收过程是在蒸发压力不变的情况进行的，即溶液的饱和压力与蒸发压力相等。,但实际上，蒸发器和吸收器间有微量的压力损失，同时空气有不凝性气体存在分压，使吸收器内的压力又增高了这一分压值，故在一般的吸收式制冷机中，蒸发压力基本上与吸收压力相等。,因为不完全吸收，则溶液循环量增大，溶液热交换器的换热量、发生器中的加热量、吸收起中带出的热量均增大，因而热力系数下降。理论上把吸收液体过冷到规定温度以下是必要的，但吸收器必须取出更多的热量，最终增大了发生器的加热量，使热力系数下降。,（2）不完全蒸发,蒸发在一定的温度下进行，在氨水吸收式制冷机中，由发生器发生的蒸气，除制冷剂氨蒸气外，还含有相当数量的水蒸汽。为了提高制冷机氨蒸气的纯度（一般 ），采用精馏过程。但精馏过程进行得不可能完整，总有一些水蒸汽混在氨蒸气中，使蒸发器中得蒸发温度上升，即沸点上升。考虑到沸点上升的因素，蒸发压力应稍低些。对于同一蒸发压力来说，若纯氨蒸气温度为 和水混合后的蒸发温度为 ，则有 。,制冷能力的损失不仅取决于发生器中发生蒸气中的水分，且也取决于蒸发过程重点状态溶液的含水率。若蒸气在较高的温度，即过热状态下出蒸发器，则此温度下，安睡溶液的含水量较少，因此制冷能力的损失较少。,不蒸发状态的水分，一般以液滴状混在安睡溶液中进入吸收器。根据蒸发器的构造，集聚在蒸发器的下部，因而有必要连续或周期性将其抽出。,若在蒸发器后面设有过冷器，上述液滴和有冷凝器来的液体制冷剂（含有水分）进行热交换，液滴得到蒸发，不仅因液体制冷剂过冷使得制冷效果提高，且由水分引起的不良影响也可得到改善。,（3）不完全精馏,若吸收液和制冷剂的沸点差值为200300以上，则从发生器中产生的蒸气可认为是纯的制冷剂；若两者温度较为接近，则要考虑以下二点：,a）从溶液中发生蒸气时，吸收液也混杂在制冷剂中蒸发；,b）制冷效果降低。,为避免该现象，在氨吸收式制冷机中设有精馏塔。在精馏塔中，把发生器中发生的混合蒸气部分冷凝，得到浓度高的溶液，并由此得到高纯度的制冷剂。精馏段和发生器上部安装的分凝器，在分凝器中，发生的蒸气部分冷凝，并分流到精馏段，增加由下部上升的蒸气浓度后，回到发生器。,把精馏制冷剂蒸气1kg的分流量称为回流比。限制值在尽可能小的范围内是必要的，若是回流比的理论值，则精馏效率定义如下：,只有当精馏段无限大或传质面无限大时，方能达到。但实际的精馏段或传质面，总是偏离理论值，故附加热量要增大，为了提高热力系数，必须使,上升。在氨吸收式制冷机中，值约为5080。,本 讲 小 结,1.,NH,3,-H,2,O溶液的性质,2.氨水吸收式制冷机工作原理及循环过程,3.单级氨水吸收式机制冷循环的热力计算,4.氨水吸收式制冷机的性能影响因素,1）不完全吸收；2）不完全蒸发；3）不完全精馏,循环系统的热平衡关系,