第二章制冷剂与吸收剂PPT课件.ppt

第二章制冷剂与吸收剂 吸收式制冷机 2 1制冷剂与吸收剂应具有的性质 一 制冷剂应具有的性质 作为制冷剂的物质 必须具有某些化学 物理和热力学性质 以使制冷机在运行中能有较好的经济性 效率高和有一定的安全性 制冷剂应具有以下一些主要性质 1 蒸发压力不要太低 冷凝压力不要过高 2 蒸发潜热大 以减小制冷剂的循环量 3 比容小 4 热力系数高 5 传热系数高 6 液相和气相的粘度都低 7 化学性质不活泼 和金属等不化合 稳定性好 8 无毒和无刺激性 9 无可燃性和爆炸性 10 容易检出外漏的气体 11 对大气环境没有破坏作用 12 价格便宜 容易获得 二 吸收剂应具有的性质 1 在相同压力下 吸收剂的沸点比制冷剂的高 而且相差的越大越好 2 具有强烈地吸收制冷剂的能力 3 无毒 无臭 不燃烧 不爆炸 安全可靠 4 对金属材料的腐蚀性小 5 价格低廉 易于获得 三 二元溶液分类 二元溶液根据两个组分沸点相差的程度 可以分为三类 第一类 两组分沸点相差很大 溶质可看作是不挥发的 溶液沸腾时它的气相只是低沸点组分 如溴化锂溶液 第二类 两组分的沸点相差不大 当溶液沸腾时 它的气相中除了沸点较低的组分外 还包含有沸点较高的组分 如氨水溶液 第三类 T X图有极值存在的溶液 当溶液具有此点的成分时 它将在一恒定的温度下沸腾 而且气相成分与液相的成分完全相同 对于第三类溶液 当其气相成分与液相的成分完全相同时 不能采用精馏的方法获得纯组分 因此不能作为吸收式制冷机的工质 2 2溴化锂溶液的性质 溴化锂水溶液是由固体的溴化锂溶解在水中而成的 在常压下 水的沸点是100 而溴化锂的沸点是1265 两者相差1165 一 水作为制冷剂的特点 优点 1 价格低廉 取用方便 2 汽化潜热大 3 无毒 无味 不燃烧 不爆炸 缺点 常压下蒸发温度高 当蒸发温度降低时 蒸发压力也很低 蒸汽的比容大 不能制取0 以下的低温 二 溴化锂水溶液的性质 锂是碱金属族 溴是卤素族 溴化锂的化学性质大体上与食盐类似 是一种稳定的物质 在大气中不会变质 也不会分解和挥发 而且无毒 无水溴化锂 LiBr分子量86 856 成分Li7 99 Br92 01 比重3 464 25 熔点547 沸点1265 外观无色结晶颗粒 溴化锂具有强烈地吸水性 极易溶于水 溴化锂水溶液具有下列特点 1 无色液体 有咸味 无毒 加入铬酸锂后溶液呈淡黄色 2 水蒸汽分压很小 它比同温度下纯水的饱和蒸汽压小的多 故有强烈的吸湿性 3 溴化锂在水中的溶解度随温度的降低而降低 很容易产生结晶 一定温度下的溴化锂饱和水溶液 当温度降低时 由于溴化锂在水中溶解度的减小 溶液中多余的溴化锂就会与水结合成含有1 2 3或5个水分子的溴化锂水合物晶体析出 形成结晶现象 4 溴化锂溶液对黑色金属和紫铜管等普通材料有强烈的腐蚀性 有空气存在时情况更为严重 因腐蚀而产生的不凝性气体对装置的制冷量影响较大 防腐蚀的最根本的方法是保持高度真空 尽可能不让氧气侵入 此外在溶液中添加各种缓蚀剂也可以有效地抑制溴化锂溶液对金属的腐蚀 常见的缓蚀剂有铬酸盐 钼酸盐及锑 铅 砷的氧化物 还有一些有机物 如苯并三唑 C6H4N3H 甲苯三唑TTA C6H3N3HCH3 等在溴化锂溶液中也可作为缓蚀剂 在溴化锂溶液中加入0 1 0 3 的铬酸锂 并通过加入氢氧化锂使溶液的PH值为9 10 5范围内 可以有良好的缓蚀作用 5 溴化锂溶液的密度与温度 质量分数有关 溴化锂溶液的密度比水大 当温度一定时 随着质量分数增大 其密度增大 如质量分数一定 则随着温度的升高 其密度减小 6 在一定温度下 随着质量分数的增大 粘度急剧增大 在一定质量分数下 随着温度升高 粘度下降 7 溴化锂溶液的表面张力与温度和质量分数有关 质量分数不变时 随温度的升高而降低 温度不变时 随质量分数的增大而增大 8 溴化锂溶液的比热很小 2 3溴化锂溶液的热力状态图 一 溴化锂溶液的p t图 溴化锂溶液的p t图是根据同一质量分数下处于相平衡的溴化锂溶液的水蒸气压随温度变化的关系绘制的 是溴化锂溶液最基本的热力图表之一 在溴化锂溶液的p t图上有三个状态参数 温度 质量分数和水蒸气压 只要知道其中任何两个 另外一个便可通过p t图确定 例 已知溴化锂溶液的温度为87 压力为9 31kPa 70mmHg 查得溶液的浓度为58 对A点的溶液等压加热 温度升高 溶液中的水分被蒸发出来 溶液的浓度增大 A B是等压沸腾过程 B A是等压吸收过程 二 溴化锂溶液的比焓 浓度图 h 图 h 图描述溴化锂溶液的水蒸气压 温度 质量分数和比焓之间的关系 在吸收式制冷机中 常计算溶液的焓差 求取在产生蒸气过程中和吸收蒸气过程中的热量交换 因此h 图是非常有用的 h 图是进行溴化锂吸收式循环过程的理论分析 热力计算和运行特性分析的主要图表 h 图的作用 1 可以确定溴化锂溶液的状态参数 2 可以将溴化锂吸收式机组中溶液的热力过程清楚地表示出来 h 图的纵坐标为溶液的焓值 横坐标为溶液的质量百分浓度 图的下半部分为液相部分 由等温线簇 虚线 和等压线簇 实线 组成 图的上半部分为汽相部分 因为汽相中只要水蒸气的组分 所以汽相部分只有作辅助线的等压线簇 而汽相点则在纵坐标上 溴化锂溶液的比焓可以根据溴化锂的比焓和水的比焓及溴化锂在水中溶解时的熔解热q 由下式求得 式中 溶液的质量分数 3 1 q前取负号是因为溴化锂溶解与水中是放热过程 假定溴化锂和水在温度为0时的比焓均为418 60kJ kg 则在不同的温度下 其比焓可由以下式中求取 3 2 根据实验所得的溴化锂在水中的熔解热数据 按式 3 1 计算温度为某一给定值时 各质量分数下溶液的比焓 这样就可画出液相部分的等温线簇 有了等温线簇 则可根据溴化锂溶液的水蒸气压作出相应的等压线簇 为了作图的方便 通常先选定温度基准值 国产溴化锂溶液的h 图是以70 为基准值的 即求出温度为70 时各种不同质量分数溴化锂溶液的比焓值 有了70 的等温线 再利用溶液的质量定压热容数据 就可以根据下式求任意温度时的等温线 3 3 式中 溴化锂溶液的质量定压热容 kJ kg 以作为 x 70 的平均值 h 图中的汽相部分的等压线簇 是由一系列同一压力下与不同质量分数的溶液处于相平衡的水蒸气比焓所连成的曲线组成的 在每条等压线上 根据纵坐标可以求出该压力下与不同质量分数的溶液处于相平衡的水蒸气的比焓 又因为与溶液处于平衡状态的水蒸气 其温度和压力与溶液相同 所以与溶液液相部分的压力和质量分数相对应的温度即为水蒸气的温度 对水的比焓通常规定为 当温度为0 时比焓等于0 而对于溴化锂溶液 为了计算方便 则规定质量分数 0 温度t 时的比焓为418 6kJ kg 100kcal kg 当压力不大时 压力对液体的比焓和熔解热的影响很小 故可认为液态溶液的比焓只是温度和质量分数的函数 与压力无关 因此不论溶液是处于平衡状态还是过冷状态 其比焓都可在h 图上用等温线与等质量分数线的交点求得 在h 图上只要知道溶液的温度 质量分数 水蒸气压 比焓这四个状态参数中的任意两个 就可以确定另外两个参数 h 图上的等压线反映的是一定温度和质量分数的溶液所具有的水蒸气压 而不是溶液的压力 只要在处于相平衡时 溶液的压力才等于其水蒸气压 例如 已知一稳定状态下的溴化锂溶液 其水蒸气压为0 77kPa 5 8mmHg 温度为42 状态点在h 图上为0 77kPa等压线与42 等温线的交点A 由A点的纵坐标查得溶液的比焓为279 6kJ kg 由横坐标查得溶液的质量分数等于60 如果溶液的压力也等于0 77kPa 则此时溶液处于相平衡状态 如果溶液的温度和质量分数保持不变 而压力由0 77kPa提高到9 6kPa 此时溶液在h 图上的状态点仍为A点 溶液处于过冷状态 一般称为过冷溶液 由此可见 液相区中的所有点不仅可以表示溶液的平衡状态 也可以表示溶液的过冷状态 因为压力对溶液比焓的影响很小 可以忽略 如果再对A状态的过冷溶液加热 则随着温度的升高 溶液的水蒸气压也升高 当溶液的水蒸气压低于溶液的压力9 6kPa时 溶液中的水蒸气不会蒸发 溶液的质量分数不变 当溶液的水蒸气压达到9 6kPa时 此时溶液又重新达到相平衡状态 由状态点为60 的等质量分数线与9 6kPa的等压线的交点B 可读得溶液的温度为91 8 比焓为373 4kJ kg 溶液在发生器中 处于开始沸腾的状态 根据热力学第一定律 外界加入的热量等于溶液比焓值的增加 对于1kg溶液 从点A状态变化到点B状态 加入的热量为 如果在压力为9 6kPa等压条件下继续对点B状态的溶液加热 则水蒸气将从溶液中蒸发出来 溶液的质量分数增大 温度升高 当质量分数达到64 时 由9 6kPa等压线与64 等质量分数的交点C 可读得溶液的温度为100 8 比焓为391 4kJ kg 溶液离开发生器的状态 由64 等质量分数线与9 6kPa汽相等压辅助线的交点引等焓线到纵坐标轴上得交点C 即为与过程终了相对应的水蒸气的状态点 其比焓为3107 7kJ kg 此时 水蒸气处于过热状态 例1 饱和溴化锂水溶液的压力为7mmHg 温度为40 求溶液及其液面上水蒸气的状态参数 例2 某一稳定状态下的溴化锂水溶液 压力5 8mmHg 温度42 求它的浓度和焓值 三 熵 s 浓度 图 溴化锂溶液的熵 浓度图 是分析溴化锂吸收式制冷机的制冷循环热力完善程度的主要图表 用它可简单求出由于过程的不可逆性而造成的热量损失 溴化锂溶液的s 图 包括液相和汽相两部分 横坐标为溶液的质量分数 纵坐标为溶液的熵 液相部分由等温线簇和等压线簇组成 汽相部分只有等压线簇 汽相部分的等压线簇 也只表示过热蒸气的熵 不表明蒸汽的浓度 汽相等压线也是辅助曲线 当溴化锂溶液被加热时 其熵增加 而加热介质的熵减小 两者熵的变化越小 蒸发过程的热力完善程度越好 反之则差 2 3溴化锂溶液的化学特性 一 溴化锂溶液的制备 溴化锂溶液的制备方法 1 溴化亚铁法 将溴与铁屑反应后 加入氢氧化锂 冷却 分离其液体而得 2 赤磷法 将赤磷放入盛水的反应器中 在搅拌下缓缓加入溴 使其反应得到氢溴酸 再加入氢氧化锂而得 3 尿素还原法 将氢氧化锂与溴反应 然后用尿素还原反应中生成的溴酸盐 得到溶液 二 溴化锂溶液的化验与检测 溴化锂溶液的技术要求 1 溴化锂 LiBr 含量不少于50 0 2 铬酸锂 Li2CrO4 含量0 25 0 30 3 pH值 100g L 25 为8 9 4 杂质最高含量 氯化物 CL 0 1 硫酸盐 SO4 0 05 铵盐 NH4 0 001 钙 Ca 0 005 铁 Fe 0 0002 铜 Cu 0 0001 钡 Ba 0 0001 1 溴化锂 LiBr 含量的测定 2 铬酸锂 LiCrO4 含量测定 3 PH值 100g L25 4 杂质最高含量的测定 2 4溴化锂溶液的再生 一 溴化锂溶液再生的原因 1 由于溴化锂溶液对金属的腐蚀性 一部分铁和铜混合到溶液中 使溴化锂溶液被污染了 因此每年都需要对溴化锂溶液进行再生处理 2 制冷系统进行检修时 应对溴化锂溶液进行分析检测 看其各项指标是否还满足要求 如不满足 应对溴化锂溶液进行再生处理 3 运行中的制冷系统要定期检查溴化锂溶液 如果发现以下情况 应进行再生处理 1 溶液由原来的淡黄色变为了暗黄色 2 溶液的pH值有所变化 3 溶液中溴化锂含量有所变化 4 其它阳离子或阴离子有所增加 二 溴化锂溶液的再生方法 2 5氨 水溶液的性质 氨水吸收式制冷机在工业用大型低温吸收式制冷机中及小型吸收 扩散式冰箱中应用 一 氨水溶液的特点 1 氨水溶液无色 有特殊的刺激性臭味 2 氨腐蚀铜及铜合金 磷青铜除外 3 低温时氨水将析出结晶 根据其浓度不同可析出两种晶体 1 NH3 H2o 一个分子氨含有1分子结晶水 t 79 2 2NH3 H2o 两个分子氨含有1分子结晶水 结晶温度t 78 8 4 氨对人体有较大的毒性 氨可以燃烧与爆炸 空气中含氨量达0 5 0 6 容积百分数 时 半小时内人即中毒 空气中混有15 5 27 容积的氨 可以引起爆炸 5 氨极易溶于水组成氨水溶液 常温下 一份体积的水可溶解700倍体积的氨 因而氨水溶液是一种理想的吸收剂 同一温度下 纯氨的蒸气压比氨水溶液的蒸气压大 如 33 4 时 纯氨的蒸气压为1大气压 0 98bar 而30 的氨水溶液蒸气压为0 045大气压 0 441bar 这时氨的分压就更小 仅为0 014大气压 0 0137bar 因而氨水溶液具有强烈地吸收氨的能力 6 氨水溶液的比重 粘度 比热都随着温度 浓度的变化而变化 二 氨水溶液的焓 浓度图 h 图 h 图的下半部分为液态区 画出了不同压力的饱和液体线 等压饱和液线 和不同温度的饱和液线 等温饱和液线 已知压力和温度的饱和液状态可通过等压饱和液线和等温饱和液线的交点来确定 某压力的再冷液状态 在该压力的饱和液线之下 其位置需根据温度和浓度值来确定 图的上半部为气态区 只画出了等压饱和气线 没有画出等温饱和气线 但给出了一组平衡辅助线 气态平衡时的饱和蒸气状态可利用饱和液线和平衡辅助线求出 2 6吸收式制冷机的其它工质对 理想的吸收式机组工质对必须是对环境无害的 应使吸收式机组效率高 运行经济性好 工作稳定可靠 维护管理方便