5吸收式制冷v2

5吸收式制冷制冷原理吸收式制冷机的溶液热力学基础氨吸收式制冷机溴化锂吸收式制冷机制冷原理及设备吸收式制冷吸收式制冷目前在中国,日本和韩国得到了较普遍的应用.随着我国西气东输工程的实施和天然气的引进或开采,吸收式制冷正在制冷空调中发挥重要作用.充分利用余热的冷热电联产系统将使得吸收式制冷必不可少.广泛的燃气供应,以及夏季燃气低谷和用电高峰,可以使得燃气直燃式吸收式空调得到更广泛的应用.我国在吸收制冷设计和制造方面处于国际先进水平,出现了江苏双良,长沙远大,大连三洋等一系列著名品牌.制冷原理及设备气体制冷剂回复液体状态一、吸收式制冷(一)吸收式制冷的特点制冷剂蒸发吸收热量制冷利用吸收方式制冷原理及设备在压缩式制冷循环中在吸收式制冷循环中利用压缩机液化制冷剂蒸气利用液体吸收剂液化制冷剂蒸气制冷原理及设备吸收式制冷与压缩式制冷相比的特点：(1)可以利用各种热能驱动(2)可以大量节约用电(3)结构简单，运动部件少，安全可靠(4)对环境和大气臭氧层无害(5)热力系数COP低于压缩式制冷循环制冷原理及设备（二）工质(对)的状态参数压缩式制冷循环吸收式制冷循环单一组分工质双组分工质对制冷原理及设备溶液、溶液的成分1.溶液：两种及以上物质组成的均匀、稳定的液体，可以蒸发和凝固。组成：两种液体混合，固体溶解于液体，气体溶解于液体2.成分：各组成物质的比例质量分数、摩尔分数，以及二者相互关系3.溶解度：溶质在溶剂中可溶解的最大量，它是T，P的函数。4.溶解热：溶解通常伴着热效应——吸热或放热反应。制冷原理及设备1、溶液的质量分数溶液中某组分的质量百分数为=Gi/(G1+G2++Gi++Gn)100%iw双组分的吸收式制冷工质对是一种二元溶液,其质量分数w以溶液中溶质的质量百分数表示溴化锂溶液的质量分数为%100/2LiBrOHLiBrGGGw制冷原理及设备2、溶液的摩尔分数溶液中某一组分的摩尔分数为%100/21niimmmmiiiMGm/%100)/(2LiBrOHLiBrmmm双组分的吸收式制冷工质对是一种二元溶液，其摩尔分数以溶液中溶质的摩尔百分数表示。溴化锂溶液的摩尔分数为制冷原理及设备(三)溶液的相平衡1、多元体系的相平衡关系式根据吉布斯定律，多元体系的自由度为2kff-自由度:体系的独立可变因素，如温度、压力、浓度等；k-独立组分数：体系中的物质种类数（冰和水为一种物质）；Φ-相数：体系中物理和化学性质完全一致的部分称为相（不一定是一种物质），如固相、液相、气相等。制冷原理及设备对两组分体系，如吸收式制冷机中常用的氨-水溶液或溴化锂-水溶液，组分数k=2，所以自由度f=4-Φ。当二元溶液处于汽、液两相平衡状态时，相数Φ=2，因此自由度f=2，只需要知道两个独立的状态参数，其它状态参数就可随之而定。这两个独立的状态参数可以是压力、温度、浓度、比焓等任意两个参数。(问题:单一制冷剂如R22的独立变量可以是哪几个?)2kf制冷原理及设备2、气液相平衡（1）溶液的压力P在吸收式制冷循环的吸收或发生过程中，气液二相处于平衡状态。某一组分的蒸气分压力iiipp0Pi0-给定温度下纯组分的饱和蒸气压，xi-溶液中某一组分的摩尔分数npppp21溶液压力P就是各个组分蒸气分压力之和，即制冷原理及设备两组分体系的焓－浓度图溶液吸收蒸汽－吸收潜热溶液析出蒸汽－带走潜热二元溶液h－w关系（2）溶液的图wh制冷原理及设备溴化锂-水溶液的图wh因为在气相区只有水蒸气，水蒸气的状态都处于w=0的纵坐标线上，为了找到与溶液对应的水蒸气状态(焓)，在图的气相区画有一组辅助等压线。制冷原理及设备（3）溶液的p—t图图5-12为溴化锂溶液的p—t图，图中标出等质量分数线簇，左上侧的线代表水的特性，并标出了水的饱和温度t’。(常温及一般高温下溴化锂很难挥发)0w制冷原理及设备图5-12溴化锂溶液的p—t图制冷原理及设备3、液固相平衡在一定的温度下,溶质在溶剂中的溶解量是有限的。把溶质不断加入一定量的溶剂中到某一量时，溶质不再继续溶解，这时的溶液称为饱和溶液,这时的温度称为结晶温度。溴化锂溶液的液固相平衡图问题:循环过程中溴化锂溶液的质量浓度最大不宜超过多少?66%等质量分数线簇右下方的一条曲线就是溶液的结晶曲线。制冷原理及设备（四）工质对的热质传递过程1、蒸发与冷凝过程在吸收式制冷循环中，制冷剂的蒸发或冷凝过程是在恒定的蒸发温度或冷凝温度下进行的(属于大空间蒸发或冷凝)。在蒸发过程中:制冷剂吸收蒸发潜热，由液体蒸发成气体在冷凝过程中:制冷剂排放冷凝潜热，由蒸气冷凝成液体制冷原理及设备2、吸收与发生过程在吸收式制冷循环中，制冷剂蒸气的吸收或发生过程也是在恒定的压力下进行的,若流动阻力很小时,可认为近似等于蒸发压力和冷凝压力.问题:实际上的吸收或发生压力应有什么变化?制冷原理及设备二元流体稳定流动过程的混合与节流1.两股二元流体绝热混合（同组分，不同成分）M1＋M2＝M3（总质量平衡）M1w1＋M2w2＝M3w3（二元溶液中一种物质的质量平衡）M1h1+M2h2=M3h3(总能量平衡)32MMw3=w1+（w2-w1）h3=h1+32MM（h2-h1）制冷原理及设备2.吸收过程（非绝热混合）液态1气态2混合湿蒸汽31)绝热∴吸收不完全（混合后仍剩余一部分蒸汽未被液体吸收）2)放热1混合(h3-h3′=Ф/M3)吸收完全23′制冷原理及设备3.节流与泵加压过程1）节流热交换时间短→作绝热处理h1＝h2状态不同（1-过冷2-湿蒸汽）w1=w3t2t12）泵加压溶液泵耗功与发生器中加热溶液所耗功相比很小，热力计算常忽略h2=h1w2=w14.气化与冷凝气化设备发生器（加热器+分离器）P=ct↑w↑蒸发器沿w＝0线冷凝设备冷凝器沿w＝0线分凝器提纯：氨-水制冷原理及设备(一)吸收式制冷循环吸收式制冷机由发生器、冷凝器、蒸发器、冷剂泵、溶液泵、吸收器及溶液热交换器等部件组成.由于它是利用工质对的质量分数变化(吸收剂吸收制冷剂)完成制冷剂的循环，因而被称为吸收式制冷.二、吸收式循环制冷原理及设备吸收式制冷工质：二元溶液低沸点组分――制冷剂高沸点组分――吸收剂制冷原理及设备氨水溶液的性质1.氨与水水和液氨能以任意比例完全互溶，在常温下能形成浓度等于0到1的全部溶液。在低温下，溶液的浓度受到限制。氨溶于水后微量的离子化现象出现，故氨水溶液呈弱碱性。2.氨与有色金属氨水溶液与液氨的性质相似，它无色、有刺激性臭味，对有色金属材料（除磷青铜外）有腐蚀作用。所以，氨水吸收式制冷系统中不允许采用铜及铜合金材料。制冷原理及设备3.密度、比热容、导热率、粘度及表面张力制冷原理及设备制冷剂H2O100℃吸收剂LiBr1265℃溴化锂水溶液的性质∴制冷温度不能低于0℃若G1kgLiBr溶于G2kgH2O中形成(G1＋G2)kg溴化锂溶液，w＝G1/（G1＋G2）×100％常温下该溶液饱和浓度约为60%，结晶温度与w关系很大，w改变，结晶温度变化很大，设计采用浓度一般w66％制冷原理及设备(1)无色液体，有咸味，无毒，加入铬酸锂后溶液呈淡黄色(2)溴化锂在水中的溶解度随温度的降低而降低(3)水蒸气分压力很低，它比同温度下纯水的饱和蒸气压力低得多，因而有强烈的吸湿性(4)密度比水大，并随溶液的浓度和温度而变(5)比热容较小、粘度较大、表面张力较大(6)导热系数随浓度之增大而降低，随温度的升高而增大(7)对黑色金属和紫铜等材料有强烈的腐蚀性，有空气存在时更为严重，因腐蚀而产生的不凝性气体对装置的制冷量影响很大溴化锂水溶液的性质制冷原理及设备溴机的典型流程1.水蒸汽比容很大，为避免压降需要很粗的蒸汽管：占地大，温差损失大，故将冷凝器与发生器放一个筒，吸收器与蒸发器放一个筒2.因冷凝器与蒸发器压差小（冷凝水与蒸发水温差小），故两器间不需节流阀，用U形管节流制冷原理及设备溴化锂吸收式制冷机外形制冷原理及设备单效型吸收式制冷系统示意图(图7-9)所谓单效指驱动热源热能只利用了一次制冷原理及设备制冷原理及设备9－10蒸发若无溶液热交换器，加热过程为2－3g1—2泵加压过程h-w图(图7-11)分析2－3稀溶液在溶液热交换器的加热过程3－3g发生器中过冷液变饱和液3g－4发生器中发生过程4－5浓溶液在溶液热交换中冷却5－6节流6－6a－1吸收器中冷却、吸收过程7－8水蒸气去过热，凝结为饱和水8－9冷剂水节流9制冷原理及设备假定送往发生器的稀溶液的流量为，浓度为ξa，产生的冷剂水蒸气，剩下的流量为、浓度为ξr的浓溶液离开发生器。根据发生器中溶质的质量平衡关系得:令，则a称为循环倍率。它表示在发生器中每产生1kg水蒸气所需要的溴化锂稀溶液的循环量。（）称为放气范围。制冷原理及设备1.发生器压力大于冷凝器压力pgpk：由于流动阻力存在，冷剂蒸汽要通过发生器挡水板，存在压力损失；2.蒸发压力大于吸收器压力p0pa（同理）在t＝c发生终了溶液达不到pk时的饱和状态w4w4’同样，吸收终了溶液达不到p0时的饱和状态w2w2’实际循环过程分析：发生不足――Δws=w4’-w4放气范围↓吸收不足――Δwv＝w2-w2’制冷原理及设备①制冷机中的冷剂水的流量设备热负荷计算：②发生器热负荷即制冷原理及设备设备热负荷计算：③冷凝器热负荷④吸收器热负荷制冷原理及设备设备热负荷计算：⑤溶液热交换器热负荷热平衡式制冷原理及设备反映消耗单位蒸气加热量所获得的制冷量，用于评价装置的经济性热力系数热力完善度热力系数与同热源温度下最高热力系数的比值。假设热源温度为t3，环境温度为t2，冷源温度为t1，则最高热力系数为反映制冷循环的不可逆程度制冷原理及设备加热蒸气的消耗量和各类泵的流量计算传热计算见教材制冷原理及设备高温热源的热量总是供应给发生器dhotQQ低温热源的热量供应给蒸发器evapcoldQQ制冷原理及设备与单效基本循环相比，吸收式制冷循环可以分为多级循环和多效循环“级”：不同压力发生器的数量“效”：对于高温热源的热量予以多次利用，可使得系统COP有明显的提高多级的情况下有多效多级循环和多效循环制冷原理及设备两级(双效)溴化锂吸收制冷机系统构成1234-溶液泵两个发生器和两个吸收器问题:热媒应该怎么走,才能很好地实现双效?多级循环和多效循环制冷原理及设备通过热能的多效利用，吸收式制冷循环COP可以较显著地提高。压力复迭浓度复迭多种多效循环图142多效溴化锂-水吸收式制冷机性能曲线制冷原理及设备(二)吸收式供热(采暖)循环(1)溴化锂吸收式冷热水机组通常以燃油、燃气为能源，此时机组中的发生器相当于一台溴化锂溶液锅炉。通过发生器中产生的高温制冷剂加热热媒向外界供热。溴化锂吸收式制热技术溴化锂吸收式冷热水机组溴化锂吸收式热泵机组制冷原理及设备(2)溴化锂吸收式热泵分为第一类和第二类两种型式1)第一类吸收式热泵以增加热量为目的，故又称增热型吸收式热泵2)第二类吸收式热泵以升温为目的，故又称为热变换器制冷原理及设备制冷原理及设备第一类溴化锂吸收式热泵机组以高温热源（蒸汽、高温热水、燃油、燃气）为驱动热源，回收利用低温热源（如废热水）的热能，制取所需要的工艺或采暖用高温热媒（热水），实现从低温向高温输送热能对于15-25℃的低温热源，利用少量高温热源（如高温蒸汽或直燃）驱动，可以制取温度7-15℃冷水和温度47℃以上的热水，性能系数COP值制冷时1.2，供热时1.5制冷原理及设备第二类溴化锂吸收式热泵机组回收利用低温热源（如废热水）的热能，制取所需要的工艺或采暖用高温热媒（热量少于但温度高于中温热源），提高了热源的利用品位第二类吸收式热泵性能系数总是小于1，一般为0.4～0.5实验表明由45～55℃废热水驱动溴化锂第二类吸收式热泵装置以提高热媒水的温度是可行的制冷原理及设备第二类热泵的工作流程图，其中数据为利用70℃废热水和6℃冷却水，制取100℃热水时的运行工况制冷原理及设备两类热泵应用目的不