8-第八章 氨水吸收式制冷機(jī).ppt

1、第八章 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。,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。,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

2、，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。,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。,單級(jí)氨水吸收式制冷機(jī)流程圖,濃度為rf kg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q h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d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

3、的精餾和分凝，濃度提高到R a (點(diǎn)5 )，由塔頂排出，排出的蒸氣質(zhì)量為1kg。,回流冷凝器中，因冷凝R kg回流液所放出的熱量q R被冷卻水排走。 在發(fā)生器底部得到濃度為a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q k被冷卻水帶走。,液氨經(jīng)過節(jié)流閥，壓力由p k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。,從發(fā)生器的底部排出濃度為

4、a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p h，故溶液為過冷溶液。過冷溶液經(jīng)過節(jié)流閥，壓力由p h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f kg、濃度為r的濃溶液（點(diǎn)4），吸收過程中放出的熱量q a被冷卻水帶走。,點(diǎn)4狀態(tài)的濃溶液經(jīng)溶液泵升壓，壓力由pa提高到p h（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。,二、循環(huán)過程在h-圖上的表示,系統(tǒng)的工作過程可以在氨水溶液的h-圖中表示，如圖2所示。圖中點(diǎn)與圖1相對(duì)應(yīng)。,假定進(jìn)入精餾塔內(nèi)的狀態(tài)為1

5、a，濃度為r的濃溶液位于飽和液體線p k的下方（忽略發(fā)生器與冷凝器之間的壓力損失，認(rèn)為p h=p k ），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。,1a1濃溶液在精餾塔提餾段上的換熱過程。,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)閍，溫度為t2，用點(diǎn)2表示。,12 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r和a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 ，

6、濃度為cm。,狀態(tài)3 ，濃度為cm的蒸氣，經(jīng)過提餾段時(shí)，與濃度為r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r的平衡蒸氣 1相對(duì)應(yīng)，即氨蒸氣的濃度由cm提高到d，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R a，用點(diǎn)5 表示。,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r相同。,35發(fā)生過程產(chǎn)生的蒸汽在精餾塔中的濃縮過程。,濃度為Ra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

7、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-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。,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77，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77通過點(diǎn)7為止。,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

8、試湊法求出。 56冷劑蒸汽在冷凝器中的冷凝過程。 67制冷劑經(jīng)節(jié)流閥的節(jié)流降壓過程。 78蒸發(fā)過程。,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P k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-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。 2a3溶液的節(jié)流過程。,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r，用點(diǎn)4表

9、示。,34 溶液在吸收器中的吸收過程。,點(diǎn)4狀態(tài)的濃溶液經(jīng)過溶液泵后，壓力由P0升高到P k，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P k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。 44a濃溶液經(jīng)泵的升壓過程,4a1a濃溶液經(jīng)溶液熱交換器的加熱過程。,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(r a)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

10、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)。,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。,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V1）與發(fā)生開始的濃溶液（溫度為t1=tV1，濃度為r）相平衡。,穿過塔板與板上液體接觸而冷凝(溫度為tL1，濃度為L1)。塔板上液體濃度高于發(fā)生開始時(shí)液體濃度（L1 r）。在tL1溫度下，

11、塔板上的液體沸騰，產(chǎn)生蒸汽V2（溫度為tV2=tL1，濃度為V2）,升至塔板的蒸汽與板上溶液接觸，得到蒸汽V3，V3 V2。,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。,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%）。,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)簡單，便于加工制造；,(4)振動(dòng)、噪音較小，可露天安裝，從而降低了建筑費(fèi)用； (