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2020 1 7 4吸收式制冷原理 2020 1 7 图4 1蒸气压缩式与吸收式制冷机工作原理比较图A 压缩机 R 冷凝器 J 节流阀 Z 蒸发器a 发生器 b 节流阀 c 吸收器 d 溶液泵 蒸气压缩式与吸收式制冷机工作原理比较 2020 1 7 共同点 制冷剂液体汽化实现制冷 不同点 2020 1 7 4 1吸收式制冷方法与制冷原理 吸收式制冷使用的工质是两种沸点相差较大的物质组成的二元溶液 通常称为 工质对 其中沸点低的物质为制冷剂 沸点高的物质为吸收剂 目前常用的吸收式制冷装置有 溴化锂吸收式制冷装置和氨水吸收式制冷装置 4 1 2 1吸收式制冷方法 2020 1 7 对制冷剂的选择要求 吸收式制冷循环中制冷剂的选择要求与蒸汽压缩式制冷循环基本相同 例如蒸发潜热大 工作压力适中 成本低 毒性小 不爆炸及不腐蚀等性质 4 1 2吸收式制冷循环原理 1 制冷剂与吸收剂 4 1 2 1吸收式制冷循环基础 2020 1 7 对吸收剂的选择则要求应有如下的一些特性 a 有强烈吸收制冷剂的能力 b 在相同压力下 它的沸点温度应比制冷剂的沸点温度高 且相差越大越好 c 吸收剂导热系数要大 密度 粘度及比热要小 以提高制冷循环的工作效率 d 化学稳定性和安全性要好 要求无毒 不燃烧 不爆炸 对金属材料的腐蚀性小 e 价格低廉 容易得到 2020 1 7 2 吸收式制冷循环的热力系数热力系数 是吸收式制冷循环中获得的制冷量Q0 或单位制冷量qo 与消耗的热能Qg 或消耗的单位热能qg 之比 2020 1 7 4 1 2 2吸收式制冷循环原理 1 制冷剂循环 2 吸收剂循环 吸收器 吸收制冷剂蒸汽 发生器 加热 释放制冷剂 溶液热交换器 内部能量利用 提高效率 溶液泵 加压作用 2020 1 7 4 2二元溶液t 图 p 图和p x图及其定压发生过程 溶液是由溶质和溶剂所组成的均匀体系 溶质可以是固体 也可以是液体 或是气体 溶剂一般是液体 最常用的为水 对吸收式制冷循环的分析以及热力计算均是在相图上进行 下面我们将从最简单的相图 温度 质量分数图 压力 质量分数图和压力 摩尔分数图入手 引出较为复杂的相图焓 质量分数图 2020 1 7 我们把被某些边界包围着的由一个或几个物体所构成并彼此进行热量和质量交换的系统称为热力学体系 简称体系 当体系的状态不随时间变化时 这个体系就处于平衡状态 简称平衡 4 2 1二元溶液的t 图 1 体系和平衡状态 4 2 1 1二元溶液的基本概念 2020 1 7 体系中性质完全均匀的部分称为相 相与相之间有明显的截面 超过此截面 其性质将会发生根本的变化 相的数目用 来表示 组分是体系中能独立存在的物质 组分的数目称为组分数 用K来表示 在不改变体系原有平衡相数的条件下 确定体系平衡状态所需的独立参数的数目 称为该体系的自由度 用符号f来表示 2 相 组分和自由度 2020 1 7 溶解度通常用100g溶剂中所含溶质的克数来表示 在溶解过程中 往往伴随着热量的放出或吸收 称为溶解热 溶液中会有溶质从溶液中分离出来而形成结晶 即有晶体析出 这种现象称为结晶 溶解和结晶时溶液中两个相反的过程 都在不断的进行着 如果溶解的速等于结晶的速度 溶液中溶质的质量保持不变 处于动态平衡状态 饱和溶液也是处于动态平衡状态 压力对固体和液体的溶解度影响很小 但对气体的溶解度影响很大 如氨在水中的溶解度水压力的增加而增加 3 溶解 结晶 溶解度 2020 1 7 浓度是指溶质在溶液中所占的比例 与温度及压力等状态参数一样 浓度也是表示溶液特性的重要参数之一 浓度的表示方法很多 有质量分数 摩尔分数 4 浓度及其表示方法 体系处于平衡状态时 它的自由度与相数和组分之间存在着一定的关系 这个关系称为相率 如下式表示 5 相率 2020 1 7 4 2 4密闭容器内二元溶液的定压发生过程 2020 1 7 结论 二元溶液未与外界进行质量的交换 因此 密闭容器内溶液的质量分数不会发生改变 但对于容器内具体的气 液二相 将有各自的浓度 气和 液 且 气 液 a 二元溶液的气化过程不同于纯液体 纯液体的定压气化过程温度不变 而二元溶液的定压气化过程始终伴随着温度上升 2020 1 7 如果保持密闭容器内二元溶液的压力为p1 而使二元溶液的浓度发生改变 在图上 我们仍然能够得到类似于浓度为时的5个状态点 2020 1 7 4 2 1 2二元溶液的 2020 1 7 4 2 2二元溶液的 2020 1 7 在吸收式制冷循环的发生器中所进行的发生过程 实际上也是蒸发过程 但其进行方式与上面分析的蒸发过程有所不同 发生过程和蒸发过程的不同点在于 1 在流动过程中连续蒸发 2 溶液不是全部蒸发完 而是达到一定的浓度后即自行放出 3 在发生过程中产生的蒸汽被及时导出 而不是集存起来最后被导出 2020 1 7 质量分数 质量分数 a 挥发性溶质 b 非挥发性溶质 2020 1 7 4 3二元溶液焓 浓度图 吸收式制冷循环与蒸气压缩式制冷循环一样 常通过焓差来进行热力计算 故吸收式制冷循环常常计算二元溶液的焓差 如以溴化锂 水作工质对的吸收式制冷机 在参数水蒸汽过程中 需加入热量 在吸收蒸气过程中 需放出热量 由于这些过程都是在等压下进行 故加入或放出的热量可用焓差来计算求得 因此绘制二元溶液的h 图非常重要 2020 1 7 当物质等温混合会产生热效应 混合后物质的焓值等于混合前各纯组分的焓与混合时产生的热效应的和 对于用两组成分等温混合后的理想溶液 混合时的热效应为零 故 4 3 1二元溶液的h 图 4 3 1 1h 图上的等温线 2020 1 7 压力不变 温度发生变化时 在h 图上画出的一组等温线 改变压力时 因气体组分的焓值随着压力的变化而发生变化 混合气体的等温线将相应地发生变化 形成一组新的等温线 液体组分的焓值也随压力变化 但变化很小 因此压力改变时 液体的等温线几乎不变 可用一组等温饱和线表示 2020 1 7 4 3 1 2h 图上的等压饱和线 1 一组液体等温线2 若干组气体等温线3 一组等压饱和气线4 一组等压饱和液线 2020 1 7 4 3 2NH3 H2O溶液的h 图 2020 1 7 4 3 2溴化锂 水溶液的h 图 2020 1 7 4 4二元溶液混合 加压和节流 4 4 1两股二元溶液的混合 4 4 1 1两股二元溶液的绝热混合 2020 1 7 利用h 图也可以方便地求出混合后溶液的状态 2020 1 7 2020 1 7 4 4 1 2两股二元溶液的非绝热混合 2020 1 7 2020 1 7 4 4 2二元溶液的加压 2020 1 7 故二元溶液加