氨水吸收式制冷機(jī)

會(huì)計(jì)學(xué)1氨水吸收式制冷機(jī)

吸收式制冷機(jī)和蒸氣壓縮式制冷機(jī)都是利用制冷劑的汽化潛熱來制取冷量的，兩者的主要區(qū)別在于前者依靠消耗熱能作為補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)制冷，后者則通過消耗機(jī)械能作為補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)制冷。

氨水吸收式制冷機(jī)以氨為制冷劑，氨水溶液為吸收劑。

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由于氨與水在相同壓力下汽化溫度比較接近（例如在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，兩者的沸點(diǎn)僅差133.4℃）因而對(duì)氨水溶液加熱時(shí)，所產(chǎn)生的蒸汽中含有較多的水分，影響到整個(gè)裝置的經(jīng)濟(jì)性。為此，系統(tǒng)需采用精餾的方法，在精餾塔內(nèi)提高氨蒸汽的濃度。第2頁/共32頁

單級(jí)氨吸收式制冷機(jī)所能制取的低溫，與加熱熱源的溫度及冷卻水溫度有關(guān)，一般不低于-25℃。如果熱源溫度較低、冷卻水溫度又較高時(shí)，若要制取較低溫度，則可采取雙級(jí)氨吸收式制冷機(jī)，但一般也不低于-65℃。氨水吸收式制冷機(jī)采用蒸汽或熱水作為熱源，有利于廢熱的綜合利用，特別適合于化工、冶金和輕工業(yè)中的制冷設(shè)備。第3頁/共32頁§8-1氨吸收式制冷循環(huán)

一、單級(jí)氨水吸收式制冷機(jī)的循環(huán)過程

氨水吸收式制冷機(jī)由精餾塔、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、溶液熱交換器、節(jié)流閥、溶液泵等組成。精餾塔又由發(fā)生器、提餾段、精餾段、回流冷凝器組成。

第4頁/共32頁單級(jí)氨水吸收式制冷機(jī)流程圖

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濃度為ξr’fkg的濃溶液（點(diǎn)1a）進(jìn)入精餾塔，在精餾塔內(nèi)的發(fā)生器中被加熱，吸收熱量qh后，部分溶液蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸氣經(jīng)過提餾段，得到濃度為ξd’’的氨蒸氣(1+R)kg，隨后經(jīng)過精餾段和回流冷凝器，使上升的蒸氣得到進(jìn)一步的精餾和分凝，濃度提高到ξRa’’(點(diǎn)5'')，由塔頂排出，排出的蒸氣質(zhì)量為1kg。

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回流冷凝器中，因冷凝Rkg回流液所放出的熱量qR被冷卻水排走。在發(fā)生器底部得到濃度為ξa’的稀溶液(f-1)kg，用點(diǎn)2表示。

從精餾塔塔頂排出的幾乎是純氨的蒸氣進(jìn)入冷凝器中，在等壓、等濃度下冷凝成液體（點(diǎn)6），冷凝時(shí)放出的熱量qk被冷卻水帶走。

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液氨經(jīng)過節(jié)流閥，壓力由pk降到p0，形成濕蒸氣（7點(diǎn)），然后進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)，液氨吸收被冷卻物體的熱量q0而氣化，然后由蒸發(fā)器排出（點(diǎn)8）。點(diǎn)8的狀態(tài)可以是濕蒸氣，也可以是飽和蒸氣，甚至是過熱蒸氣，它取決于被冷卻物體所要求的溫度。第8頁/共32頁

從發(fā)生器的底部排出濃度為ξa’的(f-1)kg稀溶液，經(jīng)過溶液熱交換器后溫度降低到點(diǎn)2a，因?yàn)辄c(diǎn)2a狀態(tài)的壓力為ph，故溶液為過冷溶液。過冷溶液經(jīng)過節(jié)流閥，壓力由ph降到pa（即p0），狀態(tài)由點(diǎn)3表示，然后進(jìn)入吸收器，吸收由蒸發(fā)器產(chǎn)生的1kg蒸氣，形成了fkg、濃度為ξr’的濃溶液（點(diǎn)4），吸收過程中放出的熱量qa被冷卻水帶走。

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點(diǎn)4狀態(tài)的濃溶液經(jīng)溶液泵升壓，壓力由pa提高到ph（點(diǎn)4a），再經(jīng)溶液熱交換器加熱，溫度升高到狀態(tài)點(diǎn)1a，最后從精餾塔的進(jìn)料口進(jìn)入精餾塔，循環(huán)又重復(fù)進(jìn)行。第10頁/共32頁二、循環(huán)過程在h-ξ圖上的表示

系統(tǒng)的工作過程可以在氨水溶液的h-ξ圖中表示，如圖2所示。圖中點(diǎn)與圖1相對(duì)應(yīng)。

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假定進(jìn)入精餾塔內(nèi)的狀態(tài)為1a，濃度為ξr’的濃溶液位于飽和液體線pk的下方（忽略發(fā)生器與冷凝器之間的壓力損失，認(rèn)為ph=pk

），即處于過冷狀態(tài)。溶液經(jīng)過提餾段到發(fā)生器，與發(fā)生器中產(chǎn)生的氨蒸氣進(jìn)行熱、質(zhì)交換，首先消除過冷，使?jié)馊芤哼_(dá)到飽和狀態(tài)1，隨后在發(fā)生器中被加熱。

1a—1濃溶液在精餾塔提餾段上的換熱過程。

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隨著溫度的升高，溶液在等壓條件下不斷蒸發(fā)，濃度逐漸變稀，到離開精餾塔底部時(shí)濃度變?yōu)棣蝍’，溫度為t2，用點(diǎn)2表示。1—2發(fā)生器中的發(fā)生過程。

開始發(fā)生出來的蒸氣狀態(tài)和發(fā)生終了時(shí)的蒸氣狀態(tài)分別用點(diǎn)1’’和2’’

表示，它們分別與濃度為ξr’和ξa’的沸騰狀態(tài)的溶液相平衡。因此離開發(fā)生器的蒸氣狀態(tài)應(yīng)處于1’’

和2’’之間，假定為狀態(tài)3’’

，濃度為ξcm’’。

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狀態(tài)3’’

，濃度為ξcm’’的蒸氣，經(jīng)過提餾段時(shí)，與濃度為ξr’的濃溶液進(jìn)行熱、質(zhì)交換，理想情況下，出提餾段的蒸氣濃度應(yīng)與進(jìn)料口處濃溶液ξr’的平衡蒸氣

1’’相對(duì)應(yīng)，即氨蒸氣的濃度由ξcm’’提高到ξd’’，再經(jīng)過精餾段和回流冷凝器，與從回流冷凝器冷凝下來的回流液進(jìn)行熱、質(zhì)交換，蒸氣的濃度進(jìn)一步提高，溫度降低，離開塔頂時(shí)，濃度為ξRa’’，用點(diǎn)5’’

表示。

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回流液在回流過程中，濃度逐漸降低，理想情況下，離開精餾塔最底下一塊塔板時(shí)，濃度應(yīng)與進(jìn)料口濃度溶液的濃度ξr’相同。3’’—5’’發(fā)生過程產(chǎn)生的蒸汽在精餾塔中的濃縮過程。

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濃度為ξRa’’的飽和氨蒸氣離開塔頂后進(jìn)入冷凝器，在等壓、等濃度條件下冷凝成飽和液體，用點(diǎn)6表示。點(diǎn)6的液體經(jīng)過節(jié)流閥絕熱節(jié)流到狀態(tài)7，由于節(jié)流前、后的焓值與濃度均未發(fā)生變化，故在h-ξ圖上點(diǎn)6與點(diǎn)7是重合的。點(diǎn)6表示冷凝壓力Pk下的飽和液體，點(diǎn)7表示蒸發(fā)壓力P0下的濕蒸氣，它是由飽和液體（點(diǎn)7’）和飽和蒸氣（點(diǎn)7’’）所組成。

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節(jié)流后的干度為，溫度可由試湊法確定，即首先在飽和蒸氣壓力液線上假定某一溫度t7(點(diǎn)7')，通過輔助壓力線找到相應(yīng)壓力下飽和蒸氣狀態(tài)點(diǎn)7’’

，連7’7’’，如果該線正好通過點(diǎn)7，假定的溫度t7即為節(jié)流后的溫度，否則，重新假定t7，直到7’7’’通過點(diǎn)7為止。

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節(jié)流后的濕蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)器，在等壓、等濃度下蒸發(fā)至狀態(tài)點(diǎn)8，點(diǎn)8一般仍處于濕蒸氣狀態(tài)，由點(diǎn)8’的飽和液體和點(diǎn)8’’的飽和蒸氣組成。它的溫度同樣可用試湊法求出。5’’—6冷劑蒸汽在冷凝器中的冷凝過程。6—7制冷劑經(jīng)節(jié)流閥的節(jié)流降壓過程。7—8蒸發(fā)過程。第18頁/共32頁

由發(fā)生器引出狀態(tài)為點(diǎn)2的稀溶液，經(jīng)過溶液熱交換器，被冷卻到Pk壓力下的過冷狀態(tài)2a（假定2a正好處在蒸發(fā)壓力P0的飽和液線上），再經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流到狀態(tài)3，然后進(jìn)入吸收器。同樣，節(jié)流前、后的狀態(tài)點(diǎn)2a和3在h-ξ圖上是重合的，但代表的狀態(tài)不同。2—

2a稀溶液在溶液熱換器中的放熱降溫過程。2a—3溶液的節(jié)流過程。

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在吸收器中，忽略蒸發(fā)器和吸收器之間的壓力損失，吸收過程是在P0等壓條件下進(jìn)行的，狀態(tài)為3的飽和稀溶液吸收由蒸發(fā)器出來的蒸氣（點(diǎn)8），沿等壓線濃度逐漸變濃，吸收終了時(shí)濃度達(dá)到ξr’，用點(diǎn)4表示。3—4溶液在吸收器中的吸收過程。

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點(diǎn)4狀態(tài)的濃溶液經(jīng)過溶液泵后，壓力由P0升高到Pk，用點(diǎn)4a表示，如果忽略因溶液泵對(duì)濃溶液作功而引起的溫度變化，則點(diǎn)4與點(diǎn)4a重合，點(diǎn)4a表示Pk壓力下的過冷液體，過冷液體經(jīng)過溶液熱交換器，在濃度不變的情況下溫度升高，用狀態(tài)點(diǎn)1a表示，最后再進(jìn)入精餾塔的進(jìn)料口，循環(huán)重新開始。4—4a濃溶液經(jīng)泵的升壓過程

4a—1a濃溶液經(jīng)溶液熱交換器的加熱過程。

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單級(jí)氨水吸收式制冷系統(tǒng)所能制取的最低溫度與加熱熱源溫度和冷卻水溫有關(guān)，一般情況下不低于－25℃，否則放氣范圍(ξr’－

ξa’)將小于0.06，使裝置經(jīng)濟(jì)性下降。如果熱源溫度較低，冷卻水溫度較高，而又要制取較低溫度時(shí)，可采用雙級(jí)氨吸收式制冷機(jī)或帶有噴射器的單級(jí)氨吸收式制冷機(jī)。第22頁/共32頁三、精餾塔的工作過程

精餾是多次重復(fù)蒸發(fā)和冷凝的過程。這些過程是在蒸餾板上完成的。每一塊塔板就好像一次簡(jiǎn)單蒸餾。精餾塔構(gòu)造如圖示。塔內(nèi)有許多帶孔的塔板，濃溶液從塔的中部某一塊塔板引入，濃溶液入口以下稱為提餾段，以上稱為精餾段。第23頁/共32頁第24頁/共32頁第25頁/共32頁

在塔內(nèi)，部分蒸汽被回流冷凝器冷凝成氨液（回流）自上而下流動(dòng)，而氨氣自下而上流動(dòng)。由提餾段上升的蒸氣V1（溫度為tV1，濃度為ξV1’’）與發(fā)生開始的濃溶液（溫度為t1=tV1，濃度為ξr’）相平衡。

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穿過塔板Ⅰ與板上液體接觸而冷凝(溫度為tL1，濃度為ξL1’)。塔板Ⅰ上液體濃度高于發(fā)生開始時(shí)液體濃度（ξL1’>ξr’）。在tL1溫度下，塔板Ⅰ上的液體沸騰，產(chǎn)生蒸汽V2（溫度為tV2=tL1，濃度為ξV2’’）,升至塔板Ⅱ的蒸汽與板上溶液接觸，得到蒸汽V3，ξV3’’>ξV2’’。

依此類推,各層塔板多余的溶液，經(jīng)降液管流到下一層塔板。

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在具有足夠的塔板數(shù)和冷凝液不斷回流的情況下，便可在精餾塔頂部獲得純度很高的氨氣（>99.5%）。

第28頁/共32頁§8-2氨水吸收式制冷機(jī)的特點(diǎn)

氨水吸收式制冷機(jī)的特點(diǎn)如下：(1)采用蒸氣或熱水作為熱源，有利于廢熱的綜合利用，特別適合于化工、冶金和輕工業(yè)中的制冷設(shè)備；(2)以氨作為制冷劑，能制取0℃以下的低溫；(3)整個(gè)裝置除泵外均為塔、罐等熱交換設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工制造；第29頁/共32頁(4)振動(dòng)、噪音較小，可露天安