制冷原理及设备-第六章-氨水吸收式制冷机课件

1、机械学院能动教研室第六章氨水吸收式制冷机 6.1概述6.2氨水溶液的性质6.3单级氨水吸收式制冷机循环过程及其在h-w图上的表示6.4氨水吸收式制冷机与蒸气压缩式制冷机性能的比较机械学院能动教研室第六章氨水吸收式制冷机 6.1概述机械学院能动教研室6.1 概 述 吸收式制冷机和蒸汽压缩式制冷机都是利用制冷剂的汽化潜热制冷的，两者的主要区别在于前者依靠消耗热能作为补偿实现制冷，后者则通过消耗功作为补偿实现制冷。 吸收式制冷机利用溶液在一定条件下能折出低沸点组分的蒸汽，在另一条件下又能强烈吸收低沸点组分的蒸汽这一特性完成制冷循环。 机械学院能动教研室6.1 概 述 吸收式制冷机和蒸机械学院能动教研

2、室气体制冷剂回复到液体状态制冷剂蒸发吸收热量制冷（利用吸收方式）吸收式制冷基本原理机械学院能动教研室气体制冷剂回复到液体状态制冷剂蒸发吸收热量机械学院能动教研室 吸收式制冷利用溶液在一定条件下能析出低沸点组分的蒸气，在另一种条件下又能吸收低沸点组分这一特性完成制冷循环。 目前吸收式制冷机多用二元溶液，习惯上称低沸点组分为制冷剂，高沸点组分为吸收剂。吸收式制冷基本原理机械学院能动教研室 吸收式制冷利用溶液在一定条件下压缩机高温高压制冷剂气体低温低压制冷剂气体高温高压制冷剂液体低温低压制冷剂液体节流装置蒸发器冷凝器P蒸气压缩式制冷吸收式与蒸气压缩式制冷循环的比较压缩机高温高压低温低压高温高压低温低

3、压节流装置蒸发器冷凝器P 吸收式制冷循环膨胀阀蒸发器冷凝器发生器吸收器泵节流装置相当于一个压缩机制冷剂循环 逆循环吸收剂循环 正循环 吸收式制冷循环膨胀阀蒸发器冷凝器发生器吸收器泵节流装置相当机械学院能动教研室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；(b)吸收式制冷循环机械学院能动教研室吸收式与蒸气压缩式制冷循环的比较机械学院能动教研室压缩式与吸收式制冷的异同 高压制冷剂蒸气在冷凝器中冷凝后，经节流元件节流，温度和压力降低，低温、低压液体在蒸发器内汽化，实现制冷。共同点机械学院能动教研室压缩式与吸收式制冷的异同 高压制冷机械学院能动教研室消耗的能量不同蒸发压缩式制冷机消耗机

4、械功，吸收式制冷机消耗的是热能。吸收制冷剂蒸气的方式不同利用液体蒸发连续不断地制冷时，需不断地在蒸发器内产生蒸气。蒸气压缩式用压缩机A吸收此蒸气，吸收式制冷机用吸收剂在吸收器内吸取制冷剂蒸气。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，吸收式制冷机则是通过吸收器、溶液泵、发生器和节流阀完成。提供的冷源温度不同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；而吸收式制冷一般只能制取0以上的冷水，多用于空调系统。不同点压缩式与吸收式制冷的异同机械学院能动教研室消耗的能量不同不同点压缩式与吸收式制冷的异机械学院能动教研室工质不同压缩式制冷吸收式制

5、冷单组分或多组分工质双组分工质对溴化锂水氨水吸收剂 制冷剂高沸点组分低沸点组分压缩式与吸收式制冷的异同不同点机械学院能动教研室工质不同压缩式制冷吸收式制冷单组分或多组分机械学院能动教研室基本原理整个系统包括两个回路： 制冷剂回路 溶液回路机械学院能动教研室基本原理整个系统包括机械学院能动教研室(1)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U形管进入蒸发器，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 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剂蒸气，形成稀溶液，用泵将稀溶液输送至发生

6、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作用。基本原理机械学院能动教研室(1)制冷剂循环基本原理机械学院能动教研室发生器和冷凝器（高压侧）与蒸发器和吸收器（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，这一压差相当小，一般只有6.58kPa，因而采用U型管、节流短管或节流小孔即可。基本设备节流阀机械学院能动教研室发生器和冷凝器（高压侧）与蒸发器和吸收器（机械学院能动教研室发生器 generator吸收式制冷机中，通过加热析出制冷剂的设备。吸收器 absorber吸收式制冷机中，通过浓溶液吸收剂在其中喷雾以吸收来

7、自蒸发器的制冷剂蒸气的设备。基本设备机械学院能动教研室基本设备机械学院能动教研室 吸收式制冷机中多采用二元溶液作为工质，习惯上称低沸点组分为制冷剂，高沸点组分为吸收剂。对于液体吸收剂，它应具有如下特性 ： 1)具有强烈吸收制冷剂的能力； 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； 3)不应有爆炸、燃烧和对人体有害的危险， 4)对金属材料的腐蚀性较小； 5)价格低廉、易于获得。机械学院能动教研室 吸收式制冷机中多采用二元溶液作为工机械学院能动教研室表6-1 制冷剂吸收剂工质对机械学院能动教研室表6-1 制冷剂吸收剂工质对机械学院能动教研室 6.2 氨水溶液的性质 6.2.1 氨在

8、水中的溶解 氨在水中的浓度用质量分数表示，等于溶液中氨的质量与溶液总质量之比。 水和液氨能以任意比例完全混合，在常温下能形成等于0到1的全部溶液。在低温下，溶液的浓度受到纯水冰、纯氨冰或氨的水合物NH3H2O和2NH3H2O析出的限制。 氨溶于水后有微量的离子化现象出现，即 NH3H2O NH4+OH- 故氨水溶液呈弱碱性。机械学院能动教研室 6.2 氨水溶液的性质 6.2.1 机械学院能动教研室6.2.2对有色金属的腐蚀作用 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(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。 6.2.3密度、比热、导热系数

9、、粘度及表面张力 纯氨液在0时的密度为064kgl对氨水溶液而言，它的密度随温度和浓度的变化而变化，图62给出了这种变化关系。通常也可按下面的公式近似地加以计算： kg/l (61) 式中 00时密度，氨水溶液的浓度 氨水溶液的密度机械学院能动教研室6.2.2对有色金属的腐蚀作用 机械学院能动教研室 氨水溶液的比热 氨水溶液的导热系数 氨水溶液的粘度机械学院能动教研室 氨水溶液的比热 氨水溶液的机械学院能动教研室6.3单级氨水吸收式制冷机循环过程及其在h一图上表示 6.3.1 系统中的压力和温度 蒸发器和吸收器属于低压侧。蒸发器内的压力由所希望的蒸发温度确定，该温度必须稍低于被冷却介质的温度；

10、吸收器内的压力稍低于蒸发压力，一方面是因为在它们之间存在着管道的流动阻力，另一方面也是溶液吸收氨蒸汽所必须具有的推动力。 冷凝器和发生器属于高压侧。冷凝器内的压力是根据冷凝温度而定的，该温度必须稍高于冷却介质的温度；发生器内的压力由于要克服管道阻力等的影响而应稍高于冷凝器的压力。在进行下面的讨论时将忽略这些压差，然而在实际情况中，这种压差必须加以考虑，特别是在低温装置中，吸收器内一个较小的压差就能引起浓度的较大差别。机械学院能动教研室6.3单级氨水吸收式制冷机循环过程及其在h机械学院能动教研室6.3.2单级氨水吸收式制冷机的循环过程氨与水的沸点分别为-334和100，仅差1334) 因而对氨水

11、溶液加热所产生的蒸气中含有较多的水分。氨蒸气浓度的高低，直接影响整个装置的经济性。为了提高氨蒸气的浓度，必须进行精馏。 机械学院能动教研室6.3.2单级氨水吸收式制冷机的循环过程机械学院能动教研室机械学院能动教研室机械学院能动教研室 上图为单级氨水吸收式制冷机组循环系统图。其中特别设有一个包含有发生器的结构较为复杂的氨精馏塔。它通过溶液在塔内反复蒸发和冷凝，使气相和液相分别以饱和蒸气和饱和液体进行温度变化，即液相温度上升。气相温度逐渐下降，最后形成纯水和纯冷剂氨蒸气。 精馏塔结构以进料口为界面，下部的热质交换区称为提馏段；上方的热质交换区称为精馏段。提馏段下方设有发生段(即再沸段)，用于加热浓

12、溶液产生氨和水的蒸气，供进一步提馏用。 机械学院能动教研室 上图为单级氨水吸收式制冷机组循环系统图机械学院能动教研室 当含量为r(点1a状态)的f kg浓溶液进入精馏塔后，与精馏段下流的液体一起沿提馏段下流到发生段(再沸段)a，途中与从发生段蒸发出来向上流动的氨蒸气进行热交换，将溶液加热到沸腾状态点1，形成(1+R)kg、含量为 的氨蒸气，并继续上升经过精馏段c与分凝段d的回流液进行热质交换，蒸汽含量进一步提高到 ，达到点5状态。在分凝段d中冷凝R回流液，其所放出的热量被冷却水带走。机械学院能动教研室 当含量为r(点1a状态)的f 机械学院能动教研室 蒸发器出来的点8状态氨气，进入吸收器B被从

13、发生段a底部引出含量为 的(f1)kg液体，经溶液热交换器F冷却达到pk压力，再经过节流阀节流到状态3，然后进入吸收器吸收蒸发器产生的1kg蒸气，变为点4，含量为 的f浓溶液。在吸收过程中浓溶液放出的热量qa被冷却水带走。该浓溶液然后由溶液泵输送，经溶液热交换器加热，再次进入精馏塔发生并精馏，如此不断循环。 从精馏塔顶出来的点5的纯氨气，在冷凝器中放出qk的热量后，凝结成为氨液，qk热量由冷却水带走。由节流阀节流到蒸发压力po下的点7状态，在蒸发器E中蒸发制冷。机械学院能动教研室 蒸发器出来的点8状态氨气，进入吸收机械学院能动教研室6.3.3循环过程在h图上的表示机械学院能动教研室6.3.3循

14、环过程在h图上的表示机械学院能动教研室氨水吸收式制冷循环由如下的热力过程组成： 1a1为进入精馏塔的浓溶液在提馏段被加热的过程。 12为浓溶液在发生段的加热汽化过程。该过程中大量氨气和部分水蒸气被蒸发出来，溶液含量由 降低为 。其开始蒸发出的蒸气状态和蒸发终了的蒸气状态分别为点1和点2的状态。因此，在发生段内蒸气状态为点1和点2的平均状态点3，其含量为 。 31为提馏段的热质交换过程。点3状态的蒸气上升与点1a状态的溶液进行热质交换，使溶液中的氨蒸发。点3状态的氨蒸气含量 由提高到 ，达到点1状态。 机械学院能动教研室氨水吸收式制冷循环由如下的热力过程组成： 机械学院能动教研室 15为精馏段热

15、质交换过程。浓溶液含量进一步提高到 。 56为冷剂氨蒸气在冷凝器中的冷凝过程。 67为6状态的液体经节流阀节流到p0压力，其湿蒸汽达到点7状态的节流过程。由于该过程焓值不变，含量不变，故两点重合。78为蒸发器中的蒸发过程。点8通常为湿蒸气状态，以利于限制蒸发温度的波动范围。22a为发生段底部引出液在溶液热交换器中的降温过程。 2a3为降温后的引出液的节流过程(因前述原因点3与点2a重合)。 机械学院能动教研室 15为精馏段热质交换过程。浓溶液含机械学院能动教研室34与84为稀溶液进入吸收器后的吸收过程。3点状态的饱和液体吸收的蒸气(温度为点8状态的蒸气)，最后形成点4状态的浓溶液。 点4状态的

16、浓溶液经溶液泵提升到pk压力，达到点4a状态。升压过程其含量和焓值均不变，点4a与点4重合。经溶液热交换器后达到点1a，再回到精馏塔的发生段，重新投入循环。 系统所能制取的最低温度与加热热源温度和冷却水温度有关，一般情况下，不低于25，否则放气范围( ) 将小于0.06，使装置的经济性下降。如果热源温度较低，冷却水温度较高，而又要制取较低的温度时，可采用双级氨吸收式制冷机或带有喷射器的单级氨吸收式制冷机。机械学院能动教研室34与84为稀溶液进入吸收器后的吸收过机械学院能动教研室单级氨水吸收式制冷循环的热力计算 在已知制冷量Q0、冷凝温度tk和蒸发温度t0的情况下，可根据氨水溶液的h图进行热力计

17、算。 1、蒸发器单位制冷量qo(kJkg) q0=h8h7 2、冷凝器单位热负荷qk(kJkg) qk=h5h6 3、发生段单位热负荷qh(kJkg) 由精馏塔的热平衡关系可得 qh=h5f (h2h1a )qRh2 式中，f为溶液的循环倍率，即产生1kg氨蒸气所需的浓溶液量，可根据精馏塔的质量平衡计算。 机械学院能动教研室单级氨水吸收式制冷循环的热力计算 在已知制 式(532)中，令， 称作放气范围。 机械学院能动教研室4、分凝器热负荷 5、吸收器单位热负荷qa(kJkg) 根据吸收器热平衡关系可得 6、溶液热交换器热负荷 由浓溶液侧计算有 由稀溶液侧计算有 式中h2a通过t2a和a在h图上

18、查到，其中t2at4(58)， 而t4twl(48)。 式(532)中，令， 机械学院能动教研室热交换器出口溶液比焓h1a由式(537)确定，即 式中，095为溶液热交换器热损失系数。根据精馏段氨的质量平衡关系可得分凝器中冷凝回流液数量，即 式中， 为塔板回流液含量。假定在理想情况下塔板数无穷多时，蒸气呈平衡状态，使Ll与点1重合，则式(538)可改写为 又根据分凝器的热平衡关系 7、分凝器单位热负荷qR(kJkg) 机械学院能动教研室热交换器出口溶液比焓h1a由式(537)机械学院能动教研室 8、循环系统的热平衡关系。9、循环的热力系数。 一般在 0304范围。机械学院能动教研室 8、循环系统的热平衡关系。9、循环的热力机械学院能动教研室四、氨水吸收式制冷机的特点 1)采用蒸汽或热水作为热源，有利于废