吸收式制冷(qianban)课件.ppt
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1、第五章第五章吸收式制冷吸收式制冷Absorption Refrigeration气体制冷剂回气体制冷剂回复到液体状态复到液体状态气态制冷剂液化气态制冷剂液化吸收热量制冷气化吸收热量制冷气化(利用冷却吸(利用冷却吸收方式)收方式)5.1 5.1 概述概述液体汽化制冷液体汽化制冷液态制冷剂蒸发液态制冷剂蒸发基本原理基本原理1.组成设备:蒸发器、冷凝器、组成设备:蒸发器、冷凝器、吸收器、发生器、溶液泵、节流吸收器、发生器、溶液泵、节流阀。阀。吸收器吸收器:吸收制冷剂蒸汽:吸收制冷剂蒸汽 发生器发生器:加热、释放制冷剂:加热、释放制冷剂 溶液热交换器溶液热交换器:内部能量利,:内部能量利,提高效率。提
2、高效率。溶液泵溶液泵:加压作用:加压作用 2.循环循环:制冷剂循环制冷剂循环 溶液循环溶液循环:相当于压缩机的:相当于压缩机的作用。作用。发生器和冷凝器(高压侧)与蒸发生器和冷凝器(高压侧)与蒸发器和吸收器(低压侧)之间的发器和吸收器(低压侧)之间的压差通过安装在相应管道上的膨压差通过安装在相应管道上的膨胀阀或其它节流机构来保持。在胀阀或其它节流机构来保持。在溴化锂吸收式制冷机中,这一压溴化锂吸收式制冷机中,这一压差相当小,一般只有差相当小,一般只有6.56.58 8kPakPa,因而采用因而采用U U型管型管、节流短管节流短管或或节节流小孔流小孔即可。即可。基本原理基本原理 综上所述,溴化锂
3、吸收式制冷机的工作过程可分为两个部分:综上所述,溴化锂吸收式制冷机的工作过程可分为两个部分:(1)制冷剂循环制冷剂循环 发生器中产生的冷剂蒸气在冷凝器中冷凝成冷剂水,经节流阀进入发生器中产生的冷剂蒸气在冷凝器中冷凝成冷剂水,经节流阀进入蒸发器,在低压下蒸发,产生制冷效应。这些过程与蒸气压缩式制冷循蒸发器,在低压下蒸发,产生制冷效应。这些过程与蒸气压缩式制冷循环在冷凝器、节流阀和蒸发器中所产生的过程完全相同;环在冷凝器、节流阀和蒸发器中所产生的过程完全相同;(2)溶液循环溶液循环 发生器中流出的浓溶液降压后进入吸收器,吸收由蒸发器产生的冷发生器中流出的浓溶液降压后进入吸收器,吸收由蒸发器产生的冷
4、剂蒸气,形成稀溶液,用泵将稀溶液加压输送至发生器,重新加热,形剂蒸气,形成稀溶液,用泵将稀溶液加压输送至发生器,重新加热,形成浓溶液。这些过程的作用相当于蒸气压缩式制冷循环中压缩机所起的成浓溶液。这些过程的作用相当于蒸气压缩式制冷循环中压缩机所起的作用。作用。基本原理基本原理吸收式与蒸气压缩式制冷循环的比较吸收式与蒸气压缩式制冷循环的比较 (a)蒸气压缩式制冷循环;蒸气压缩式制冷循环;(b)吸收式制冷循环吸收式制冷循环压缩式压缩式与吸收式制冷的比较与吸收式制冷的比较压缩式压缩式与吸收式制冷的比较与吸收式制冷的比较 均是利用液体汽化原理制冷。均是利用液体汽化原理制冷。共同点共同点压缩式压缩式与吸
5、收式制冷的比较与吸收式制冷的比较v消耗的能量不同(补偿方式)消耗的能量不同(补偿方式)蒸气压缩式制冷机消耗机械功或电能,吸收式制冷机消耗的是热能。蒸气压缩式制冷机消耗机械功或电能,吸收式制冷机消耗的是热能。v低压制冷剂蒸汽吸收的方式不同低压制冷剂蒸汽吸收的方式不同 蒸气压缩式用压缩机吸收制冷剂蒸气,吸收式制冷机用吸收剂在吸收器蒸气压缩式用压缩机吸收制冷剂蒸气,吸收式制冷机用吸收剂在吸收器内吸取制冷剂蒸气,变为液体。内吸取制冷剂蒸气,变为液体。v将低压制冷剂蒸气变为高压制冷剂蒸气时采取的方式不同将低压制冷剂蒸气变为高压制冷剂蒸气时采取的方式不同 蒸气压缩式制冷机通过原动机驱动压缩机完成,吸收式制
6、冷机则是通过蒸气压缩式制冷机通过原动机驱动压缩机完成,吸收式制冷机则是通过吸收器、溶液泵、发生器完成。吸收器、溶液泵、发生器完成。v提供的冷源温度范围不同提供的冷源温度范围不同 蒸气压缩式制冷可以提供蒸气压缩式制冷可以提供0以下的低温冷源,应用范围广泛;而吸收式以下的低温冷源,应用范围广泛;而吸收式制冷一般只能制取中、高温范围的冷水,多用于空调系统。制冷一般只能制取中、高温范围的冷水,多用于空调系统。不同点不同点v工质不同工质不同压缩式制冷压缩式制冷吸收式制冷吸收式制冷单组分单组分或多或多组分工质组分工质双组分双组分工质对工质对溴化锂溴化锂水水氨水氨水吸收剂吸收剂 制冷剂制冷剂高沸点组分低沸点
7、组分压缩式压缩式与吸收式制冷的异同与吸收式制冷的异同不同点(续)不同点(续)5.1.15.1.1制冷剂与吸收剂制冷剂与吸收剂对吸收剂的要求:对吸收剂的要求:(1)1)有强烈吸收制冷剂的能力;有强烈吸收制冷剂的能力;(2)2)在相同压力下,它的沸腾温度应比制冷剂的沸腾温度高得多;在相同压力下,它的沸腾温度应比制冷剂的沸腾温度高得多;(3)3)不应有爆炸、燃烧的危险,并对人体无毒害;不应有爆炸、燃烧的危险,并对人体无毒害;(4)(4)对金属材料的腐蚀性小;对金属材料的腐蚀性小;(5)(5)价格低,易获得。价格低,易获得。可供考虑使用的制冷剂可供考虑使用的制冷剂-吸吸收剂溶液很多,按溶液中含收剂溶液
8、很多,按溶液中含有的制冷剂种类可分为有的制冷剂种类可分为水类水类氨类氨类醇类醇类氟里昂类氟里昂类对工质对的要求对工质对的要求:两种组分互溶性好,且具有不同的沸点。两种组分互溶性好,且具有不同的沸点。5.1.15.1.1制冷剂与吸收剂制冷剂与吸收剂5.1.25.1.2 吸收式制冷机的性能系数吸收式制冷机的性能系数评价指标:评价指标:以以COP作为其经济性评价指标。作为其经济性评价指标。COP:吸收式制冷机所制取的制冷量吸收式制冷机所制取的制冷量 与消耗的热量与消耗的热量 之之比:比:可逆吸收制冷循环的制冷系数可逆吸收制冷循环的制冷系数高温热源高温热源(环境)(环境)Ta制冷机制冷机低温热源低温热
9、源Tc驱动热源驱动热源Tg0ag图图5-2 热能驱动的可逆吸收式制冷系统热能驱动的可逆吸收式制冷系统可逆吸收制冷循环的制冷系数可逆吸收制冷循环的制冷系数因此,最大制冷系数为:因此,最大制冷系数为:逆卡诺循环的制冷系数卡诺循环的热效率热力完善度热力完善度 制冷系数与最大制冷系数之比,称为制冷系数与最大制冷系数之比,称为热力完善度热力完善度或或循环效率循环效率。maxCOPCOP可逆吸收式制冷循环的本质可逆吸收式制冷循环的本质 可逆吸收式制冷循环是可逆吸收式制冷循环是卡卡诺循环诺循环与与逆卡诺循环逆卡诺循环构成的联构成的联合循环。合循环。吸收式制冷机与吸收式制冷机与由热机直由热机直接驱动的蒸气压缩
10、式制冷机接驱动的蒸气压缩式制冷机相相比,在对外界能量交换的关系比,在对外界能量交换的关系上是等效的。只要外界的温度上是等效的。只要外界的温度条件相同,二者的最大性能系条件相同,二者的最大性能系数是相同的。数是相同的。蒸气压缩式制冷机的制冷蒸气压缩式制冷机的制冷系数应乘以驱动压缩机的动力系数应乘以驱动压缩机的动力装置的热效率后,才能与吸收装置的热效率后,才能与吸收式制冷机的热力系数进行相比式制冷机的热力系数进行相比较。较。可逆可逆吸收式制冷循环吸收式制冷循环吸收式制冷吸收式制冷的的特点特点1.1.可以利用各种热能可以利用各种热能(蒸气、废热、余热、燃油、燃(蒸气、废热、余热、燃油、燃 气等)气等
11、)驱动驱动;2.2.运动部件少,安全可靠运动部件少,安全可靠;3.3.对环境和大气臭氧层无害对环境和大气臭氧层无害。4.4.效率高,可以大量节约用电效率高,可以大量节约用电;5 5 安装简便,整机出厂,基础要求不高。安装简便,整机出厂,基础要求不高。6 6 运转平稳,不振动、噪音极低主要由热交换器组成。运转平稳,不振动、噪音极低主要由热交换器组成。7 7 安全可靠,负压运行、无爆破危险。安全可靠,负压运行、无爆破危险。8 8 操作维护简便,操作维护简便,9 9 运行范围广,运行范围广,2020100100范围无极调节,效率不减范围无极调节,效率不减10 10 自动化程度高,实现了远程监控。自动
12、化程度高,实现了远程监控。11 11 运行费用低。运行费用低。n缺点:缺点:n1.无价格优势;无价格优势;n2.机组笨重;机组笨重;n3.对真空度要求高;对真空度要求高;n4.利用热能促进全球变暖;利用热能促进全球变暖;n5 对炭钢材料的腐蚀性;对炭钢材料的腐蚀性;n6 冷却负荷是压缩式的两倍。冷却负荷是压缩式的两倍。热力学第二定律证实,能量的每次转换必然伴随着损耗(转化为无用的低品位能量)热力学第二定律证实,能量的每次转换必然伴随着损耗(转化为无用的低品位能量)能量经过能量经过5次转换,总效率约次转换,总效率约83%。(若加上(若加上2-4次电力变压,共次电力变压,共7-9次)次)燃料燃料
13、热能热能 机械能机械能 电能电能 机械能机械能 冷量冷量能量仅经过能量仅经过1次转换,总效率次转换,总效率约约153%。燃料燃料 冷量冷量(如果用废热而不是燃料,效率会更高)(如果用废热而不是燃料,效率会更高)5.2 氨水溶液和溴化锂水 溶液的h-w图图5.2.1 氨水溶液的氨水溶液的h-w图图一一.构成构成 一组等压饱和液线一组等压饱和液线 一组等温线一组等温线 一组等压饱和气线一组等压饱和气线 一组等压辅助线一组等压辅助线气体等温线表达不出来气体等温线表达不出来焓随压力和温度两个参数变化焓随压力和温度两个参数变化 5.2.1 5.2.1 氨水溶液的氨水溶液的h-wh-w图图1.从点从点A向
14、上作垂线,与对应的向上作垂线,与对应的p2压力辅助线交于点压力辅助线交于点B;2.从点从点B作水平线,与压力为作水平线,与压力为p2的的饱和气体线交于点饱和气体线交于点C。点点C就是与点就是与点A相对应的饱和蒸气相对应的饱和蒸气点,它们的温度和压力相同,即点,它们的温度和压力相同,即点点A和点和点C的压力均为的压力均为p2,温度均,温度均为为tA。在在h-w图上求饱和气体图上求饱和气体状态点的方法:状态点的方法:5.2.1 5.2.1 氨水溶液的氨水溶液的h-wh-w图图湿蒸气区状态点的确定:湿蒸气区状态点的确定:-直角三角形试凑法直角三角形试凑法例如:点例如:点d处在湿蒸气区,已知其处在湿蒸
15、气区,已知其比焓比焓hd,氨的质量分数,氨的质量分数wd,压力,压力p2等温线等温线杠杆规则杠杆规则气体 区的等温线:n已知气体区点C,对应液体的温度tA;可根据温度tA,查饱和气的焓,再在h-w 图上查w =1的 点,连接该两点就为气体 区的等温线5.2.2 5.2.2 溴化锂水溶液的溴化锂水溶液的h-wh-w图图例如:欲确定与饱和溶液点例如:欲确定与饱和溶液点A相平衡的水蒸相平衡的水蒸气状态,可由点气状态,可由点A向上作垂直线,与相应的向上作垂直线,与相应的压力为压力为p1的等压线相交于点的等压线相交于点B,从点,从点B作水作水平线,与平线,与w=0的纵坐标交于点的纵坐标交于点C,点,点C
16、即为即为所求。所求。在在h-w图上求饱和气体图上求饱和气体状态的方法:状态的方法:对溴化锂水溶液,因为在气相区只有水蒸气,对溴化锂水溶液,因为在气相区只有水蒸气,表示水蒸气状态的点都处于表示水蒸气状态的点都处于w=0的纵坐标线的纵坐标线上,所以在上,所以在h-w图的气相区有一组辅助等压线,图的气相区有一组辅助等压线,用于确定与各个质量分数的溶液所对应的水蒸用于确定与各个质量分数的溶液所对应的水蒸气状态。气状态。四个参数:四个参数:温度,浓度,水蒸气温度,浓度,水蒸气分压,比焓。分压,比焓。只要知道任意只要知道任意2个,个,就可以查出另外就可以查出另外2个。个。例:氨水溶液t=20,p=0.78
17、3Mpa,=0.7。问:该溶液是否饱和?n由t,确定点A.n看其所处位置。例52 氨水湿蒸汽,d=0.7;hd=1000kJ/kg;pd=2.0Mpa,m=3kg求湿蒸汽温度,饱和液体及气体的比焓、质量,蒸汽中氨的 质量?1 确定状态点;2 查图;hA,A,tA,hc,c 3 tA=tc=94 4 利用杠杆原理计算质量例53:质量m=2kg,A=0.56,tA=39,pA=26.7kpa,等压加热至饱和,求Q=?n溴化锂溴化锂LiBr为无色粒状晶体,熔点为为无色粒状晶体,熔点为549,有碱味;,有碱味;n沸点为沸点为1265,在常温或一般高温下可视为不挥发;,在常温或一般高温下可视为不挥发;n
18、易溶于水;易溶于水;n性质稳定,在大气中不分解;性质稳定,在大气中不分解;n分子量为分子量为86.856,密度为,密度为3464kg/m3(25 时)时)溴化锂的特性溴化锂的特性5.3 5.3 溴化锂吸收式制冷剂溴化锂吸收式制冷剂5.3.1 5.3.1 溴化锂水溶液的性质溴化锂水溶液的性质(1)无色液体,有咸味,无毒,加入铬酸锂后溶液呈淡黄色。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。溴化锂在水中的溶解度随温度的降低而降低。u图中的曲线为结晶线,曲线图中的曲线为结晶线,曲线上的点表示溶液处于饱和状态,上的点表示溶液处于饱和状态,它的左上方表
19、示有固体溴化锂它的左上方表示有固体溴化锂结晶析出,右下方表示溶液中结晶析出,右下方表示溶液中没有结晶存在。没有结晶存在。u溴化锂的质量浓度不宜超过溴化锂的质量浓度不宜超过66,否则在运行中当溶液,否则在运行中当溶液温度降低时将有结晶析出,破温度降低时将有结晶析出,破坏制冷机的正常运行。坏制冷机的正常运行。5.3.1 5.3.1 溴化锂水溶液的性质溴化锂水溶液的性质(3)溶液中水蒸气分压力很低。它比同温度下纯水的饱和蒸溶液中水蒸气分压力很低。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。气压力低得多,因而有强烈的吸湿性。u当温度相等时,溴化锂溶当温度相等时,溴化锂溶液面上的水蒸气分压
20、力小于液面上的水蒸气分压力小于纯水的饱和蒸气压力,且浓纯水的饱和蒸气压力,且浓度愈高或温度愈低时水蒸气度愈高或温度愈低时水蒸气的分压力愈低。的分压力愈低。u同理,如果压力相同,溶同理,如果压力相同,溶液的饱和温度一定大于水的液的饱和温度一定大于水的饱和温度,由溶液中产生的饱和温度,由溶液中产生的水蒸气总是处于过热状态的。水蒸气总是处于过热状态的。5.3.1 5.3.1 溴化锂水溶液的性质溴化锂水溶液的性质(4)密度比水大,并随溶液的浓度和温度而变。密度比水大,并随溶液的浓度和温度而变。5.3.1 5.3.1 溴化锂水溶液的性质溴化锂水溶液的性质(5)比热容较小比热容较小当温度为当温度为150、
21、浓度为、浓度为55时,其比热容约为时,其比热容约为2.01kJ/(kg.k),这意味着发,这意味着发生过程中加给溶液的热量比较生过程中加给溶液的热量比较少,再加上水的蒸发潜热比较少,再加上水的蒸发潜热比较大这一特点,将使机组具有较大这一特点,将使机组具有较高的热力系数。高的热力系数。5.3.1 5.3.1 溴化锂水溶液的性质溴化锂水溶液的性质(6)粘度较大粘度较大(7)表面张力较大表面张力较大 5.3.1 5.3.1 溴化锂水溶液的性质溴化锂水溶液的性质(8)溴化锂水溶液的导热系数随浓度之增大而降低,随温度溴化锂水溶液的导热系数随浓度之增大而降低,随温度的升高而增大。的升高而增大。(9)对黑色
22、金属和紫铜等材料有强烈的腐蚀性,有空气存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得,因腐蚀而产生的不凝性气体对装置的制冷在时更为严得,因腐蚀而产生的不凝性气体对装置的制冷量影响很大。量影响很大。溴化锂水溶液的物性参数计算式温度与浓度 物性公式:n定压热容经验式n密度n质量分数n热导率n动力粘度n表面张力溴化锂水溶液的平衡方程式:5.3.2 5.3.2 单效溴化锂吸收式制冷机单效溴化锂吸收式制冷机1.系统系统(1)高压区:高压区:发生器发生器、冷凝器冷凝器、溶液热交溶液热交换器换器 发生器内产生的水蒸气在冷凝器内凝结成水,发生器内产生的水蒸气在冷凝器内凝结成水,进入低压区。发生器
23、产生的浓溶液与用泵增进入低压区。发生器产生的浓溶液与用泵增压的稀溶液在热交换器中进行热量交换,降压的稀溶液在热交换器中进行热量交换,降温后的浓溶液进入吸收器,升温后的稀溶液温后的浓溶液进入吸收器,升温后的稀溶液进入发生器。进入发生器。(2)低压区低压区:吸收器吸收器、蒸发器蒸发器 来自冷凝器的水节流后降温、降压,在蒸发来自冷凝器的水节流后降温、降压,在蒸发器中蒸发,产生冷效应。蒸发后的水蒸气在器中蒸发,产生冷效应。蒸发后的水蒸气在吸收器中被来自热交换器的浓溶液吸收,成吸收器中被来自热交换器的浓溶液吸收,成为稀溶液,再用泵提高其压力后送入热交换为稀溶液,再用泵提高其压力后送入热交换器中。器中。离
24、开发生器的浓溶液是热的,而离开吸收器的稀溶液是相当冷的。热的浓溶液在冷却到吸收器压力相对应的温度前是不可能吸收水蒸汽的,而冷的稀溶液又必须加热到和发生器压力相对应的饱和温度才开始沸腾,因此,通过一个溶液热交换器,使、浓溶液和稀溶液在各自进入吸收器和发生器之前进行热量交换,使稀溶液温度升高,浓溶液本身得到冷却 一举两得!5.3.2 5.3.2 单效溴化锂吸收式制冷机单效溴化锂吸收式制冷机1.系统系统由于水蒸气的比容很大,为避免由于水蒸气的比容很大,为避免流动时产生太大的压力降,需要流动时产生太大的压力降,需要很粗的管道。因此往往将冷凝器很粗的管道。因此往往将冷凝器和发生器放在一个容器内,将蒸和发
25、生器放在一个容器内,将蒸发器和吸收器放在另一个容器内,发器和吸收器放在另一个容器内,形成双筒溴化锂吸收式制冷机的形成双筒溴化锂吸收式制冷机的系统,如图系统,如图5一一15所示。所示。5.3.2 5.3.2 单效溴化锂吸收式制冷机单效溴化锂吸收式制冷机1.系统系统也可以将这四个设备置于也可以将这四个设备置于一个壳体内,高压侧与低一个壳体内,高压侧与低压侧之问用隔板隔开,成压侧之问用隔板隔开,成为单筒溴化锂吸收式制冷为单筒溴化锂吸收式制冷机,如图机,如图516所示。所示。5.3.2 5.3.2 单效溴化锂吸收式制冷机单效溴化锂吸收式制冷机2.理论制冷循环在理论制冷循环在h-w图上的表示图上的表示理
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