第12章 溴化锂吸收式制冷技术

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屏蔽泵：为保持稳定的真空，溴化锂机组都采用结构紧凑， 密封性好的屏蔽泵，泵与电机装在同一个机壳内，用溶液来 冷却和润滑轴承，自身采用石墨轴承。 自动溶晶管： 当冷却水温度低于20℃，发生器浓溶液过浓，以及操作失误 等等，都可能产生溶液结晶。最容易发生结晶的是溶液热交 换器的浓溶液出口端，发生结晶后浓溶液通道堵塞，发生器 液位升高，J形管接在发生器和吸收器之间，直接流入吸收器， 提高进入溶液热交换器的稀溶液的温度，以化解结晶。
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溴化锂水溶液的特性


溴化锂溶液对碳钢、紫铜等金属有较强的腐蚀性； 氧的存在使腐蚀加剧；溶液温度超过165℃腐蚀率急剧 增大；溶液呈酸性腐蚀加大，碱度过大腐蚀也加剧，pH 值在9.0-10.5之间。 腐蚀对机组的影响： 1.影响使用寿命； 2.产生不凝性气体影响吸收与冷凝过程的进行； 3.腐蚀形成的杂质随溶液循环造成喷嘴、屏蔽泵过滤器 的堵塞。
(a 1)h8 fh2 h9 a f 1
f：吸收器溶液再循环倍率，即吸收1kg冷剂水蒸气所需补充稀溶液的量，取 20-50kg
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溴化锂吸收式制冷循环的热力计算 发生器、冷凝器的热负荷
发生器热负荷：进入发生器的稀溶液 质量F焓值为h7，被热源量Qg加热离开 发生器的冷剂蒸气为Dh6’，浓溶液的 热量为(F-D)h4 Qg +Fh7 = (F-D)h4+Dh6’ qg=Qg /D = (a-1)h4+h6’－ah7 qg为发生器的单位热负荷 冷凝器热负荷：进入冷凝器的冷剂蒸 气热量为Dh6’，流出冷凝器的热量为 冷却水带走的热量Qc和冷剂蒸气凝结 成冷剂水的热量Dh3 Qc ＋Dh3 = Dh6’ qc＝Qc/D= h6’ -h3 a：循环倍率＝ξ r/(ξ r-ξ a)
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溴化锂溶液的h－ξ图





对二元溶液作实际的理论分析、热量计算时，常用比焓-浓度 图（h－ξ 图）。 该图表达了比焓h、质量分数ξ 、温度t以及溶液表面上饱和水 蒸气压力p之间的关系 比焓- 浓度图分为上下两个部分，上部为气态区，下部为液态 区。 液态区画出了不同压力的饱和液线和不同温度的饱和液线，通 过两线的交点可求得某饱和液体的状态值，同时也能确定位于 液体表面上处于过热状态的水蒸气焓值 在h－ξ 图中的上方是一组气态平衡等压辅助线，可查得同压 力下的溶液面上的饱和水蒸汽的焓值。真正的饱和汽体状态点 应在浓度为零的坐标轴上。
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溴化锂水溶液的压力－饱和温度图




溶液的蒸汽压就是水蒸汽分压力，溶液的沸点与同压力 下水的沸点成正比，是温度和浓度的函数； 溴化锂水溶液的水蒸气压比同温度下的水的饱和蒸气压 小得多，质量分数越高或溶液温度越低，水蒸气分压力 就越小，吸湿能力就越强。 溶液表面的水蒸汽饱和分压力低于纯水的饱和分压力， 溶液的浓度越高，饱和水蒸汽分压力越低。 溴化锂溶液的p－t图有三个状态参数：温度、质量分数 和水蒸气压。

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溴化锂吸收式制冷机组设计参数的确定
有关参数的选定： 1.冷却水出口温度的选定： 冷却水总温升一般取7-9℃ 2.冷凝温度的选定： 比冷却水出口温度高3-5℃ 3.蒸发温度的选定： 比冷媒水出蒸发器的温度低2-4℃ 4.吸收器内稀溶液最低温度：比冷却水出吸收器的温度高3-5℃ 5.吸收器压力：水蒸气流经挡水板时有阻力损失，故吸收器压力要比蒸发压力小 0.1-0.5mmHg（13-67Pa），发生器压力略高于冷凝器压力，计算时认为近似 相等 6.稀溶液溴化锂质量分数：根据压力与温度值从h-ξ 图中查得； 7.浓溶液溴化锂质量分数：ξ r=ξ a+(0.03-0.06) 8.浓溶液出发生器的温度：根据ξ r和Pk从h-ξ 图中查得 9.浓溶液热交换器的出口温度t8 ：一般比其溶液的结晶温度高10℃以上，即 t8=t2+(15～25)

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10.稀溶液热交换器的出口温度t2：F(h7-h2)=(F-D)(h4-h8) h7=(a-1)/a(h4-h8)+h2 D：冷剂水流量，kg/s F：稀溶液流量，kg/s a：循环倍率＝ξ r/(ξ r-ξ a) 11.吸收器喷淋溶液状态：浓溶液与稀溶液的混合形成一定量喷淋密度的中间 溶液h9， 列平衡方程：(F-D)h8+Mh2=(F-D+M) h9
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热力完善度

实际循环中的热力系数小于相同热源温度下理想吸收式制冷循环的热力 系数，两者之比为吸收式制冷循环的热力完善度：

max
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溴化锂水溶液的特性



溴化锂由锂和溴元素组成，LiBr是一种盐溶液，易溶于水，无毒、无 臭、有咸苦味，分子量为86.84，沸点1265℃，溴化锂水溶液的饱和温度 于压力和浓度有关，即tb＝ ƒ （P，ξ ），在一定压力下，其饱和温度随 浓度变化，浓度越大，相应得饱和温度就越高。当溶液浓度60％时，溴 化锂水溶液的密度为1700kg/m3； 溶解度：某一温度下100g溶剂中所能溶解的溶质的最大量；此时的溶液 称为饱和溶液。在一定温度下，溴化锂饱和水溶液的温度降低时溴化锂在 水中的溶解度减少，产生结晶现象。 水蒸汽压：由于溴化锂的沸点比水高得多，被加热后只有水被汽化，经过 冷凝产生出冷剂水去吸热蒸发，获得冷量。故溴化锂溶液的蒸汽压就是溴 化锂溶液的水蒸汽压。溴化锂在某一压力沸腾时，液面上的水蒸气为过热 蒸汽。

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溴化锂吸收式制冷循环的热力计算
发生器、冷凝器的热负荷
发生器热负荷：进入发生器的稀溶液质量F 焓值为h7，被热源量Qg加热离开发生器的 冷剂蒸气为Dh6’，浓溶液的热量为(F-D)h4 Qg +Fh7 = (F-D)h4+Dh6’ qg=Qg /D = (a-1)h4+h6’－ah7 qg为发生器的单位热负荷 冷凝器热负荷：进入冷凝器的冷剂蒸气热 量为Dh6’，流出冷凝器的热量为冷却水带 走的热量Qc和冷剂蒸气凝结成冷剂水的热 量Dh3 Qc ＋Dh3 = Dh6’ qc＝Qc/D= h6’ -h3 a：循环倍率＝ξ r/(ξ r-ξ a)
工作过程 制冷循环在h－ξ 图上的表示 循环倍率 ξ aF＝（F-D）ξ r F：稀溶液量kg/h ；D：水蒸气量kg/h； ξ a:稀溶液质量分数； ξ r：浓溶液 质量分数； 循环倍率：a＝F/D= ξ r/(ξ r- ξ a) 发生器中每生产1kg冷剂水蒸气所需 的溴化锂稀溶液的循环量； 放气范围： ξ r- ξ a；约3％～6％
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结晶线；表明在不同温度下溶液的饱和浓度。温度越低， 饱和浓度也越低。浓度过高或温度过低均易形成结晶。
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溴化锂吸收式制冷机的性能
辅助设备： 抽气装置：溴化锂机组是在高真空下运行，循环反应及外界空 气极容易渗入机组，不凝性气体影响管壁传热和吸收过程 的进行，制冷量将显著减少，必须及时抽除。 抽气装置的原理：
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二元溶液特性




在吸收式制冷机中完成循环的工质通常是由两种沸点不 同，互不起化学作用的物质组成的均匀混合物，称二元 溶液。 低沸点的组分作制冷剂，高沸点的组分作吸收剂。即 “工质对”。吸收式制冷机中常用的工质对有溴化锂水 溶液和氨水溶液。 两种物质混合形成均匀混合物时，有的物质会放出热量， 而有的物质则会吸收热量。溴化锂与水混合以及氨与水 混合时都会放出热量。 二元溶液在一定压力下的饱和温度与浓度有关，其定压 气化过程是升温过程，相应的定压冷凝过程是降温过程。

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溴化锂吸收式制冷循环的热力计算
已知条件： 1.制冷量：根据空调或生产工艺要求，综合考虑各种因素 而得到 2.冷媒水出口温度：根据空调或生产工艺要求提出，一般 比蒸发温度高3～5℃ 3.冷却水进口温度：根据当地自然条件决定，但不是越低 越好，20℃～32℃ 4.加热热源温度：原则上高于90℃的热源都可使用，但不 是越高越好，低于150℃
第12章 溴化锂吸收式制冷技术
吸收式制冷技术


实行人工制冷的主要方法有： 吸收式制冷是液体气化制冷的一种，它和蒸汽压缩 式制冷一样，是利用液态制冷剂（低沸点的物质） 在低温、低压下吸收环境或介质的热量而气化，以 达到制冷的目的。与蒸汽压缩式不同点：蒸气压缩 式制冷是靠消耗机械功（或电能）使热量从低温物 体向高温物体转移；而吸收式制冷则靠消耗热能作 动力，完成这种非自发的过程。 吸收式制冷的工作原理早在十八世纪七十年代就已 提出，而直到1859年才试制成功第一台吸收式制冷 机。
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热力系数
Qa Qc Qg Qo 可逆循环的总熵变化： 0 Ta Ta Tg Te 上式与热平衡关系式联立求得为：
max＝
Tg Ta Tg
Te c c Ta Te
c 工作在高温热源温度Tg 和环境温度Ta间正卡诺循环的热效率； c 工作在低温热源温度Te 和环境温度Ta间逆卡诺循环的制冷系数。 max 只取决于三个热源的温度，而与其它因素无关。

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蒸发器、吸收器热负荷计算


蒸发器热负荷Qo：进入蒸发器的冷剂 水比焓h3，流量D，冷剂水蒸发的比 焓h10，冷媒水吸收的热量Qo： Qo+Dh3=Dh10; qoD=Qo/ qo=h10-h3 ; 吸收器热负荷Qa：稳定状态下，使用 中间溶液喷淋的吸收器的混合过程产 生的热负荷均属于内部过程，不影响 设备的热平衡。浓溶液流量 F-D比焓 h8，吸收热Qa由冷却水带走，稀溶液 热量Fh2 Qa＋Fh2＝（F-D）h8＋Dh10 F：稀溶液流量，kg/s
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吸收式制冷机是由两种沸点相差较大的物质，组成的二 元溶液的气液平衡特性来完成制冷循环的。其中沸点较 高物质为吸收剂，沸点低的物质为制冷剂。早期的制冷 剂工质对为氨－水溶液，1945出现了溴化锂－水溶液工 质对。 溴化锂吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器和 吸收器组成。 组成两个循环回路：制冷剂循环和吸收剂循环。
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溴化锂吸收式制冷装置的原理
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溴化锂吸收式制冷装置的工作过程
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吸收式制冷机组的性能指标

热力系数ζ ：
Qo Qg
系统的热力平衡式：Qo+Qg=Qa+Qc 即加入制冷机组的热量等于带出制冷机组 的热量，热力系数表示消耗单位热量所能获得的冷量，在给定条件下，热力 系数越大，循环的经济性就越好； 吸收式制冷系统在单位时间内引起的外界熵的变化为： 发生器的热媒 Δ Sg=-Qg/Tg, 蒸发器中被冷却物质 Δ Se=-Qo/Te, 周围环境 Δ Sa＝（Qa/Ta+Qc/Ta） 根据热力学第二定律，系统引起外界总熵的变化应≥零，即 Δ S＝Δ Sg+Δ Se+Δ Sa =-Qg/Tg-Qo/Te+Qa/Ta+Qc/Ta≥0
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吸收式制冷

吸收式制冷系统由发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器和溶液泵以 及节流装置等组成，各部分作用如下： 1.发生器：加热一定浓度的溶液并使低沸点物质蒸发进入冷凝 器，留下高沸点物质的浓溶液。 2.冷凝器：将由发生器来的冷剂蒸汽冷凝成为冷剂水，经过节 流装置进入蒸发器。 3.蒸发器：经过节流降压的冷剂水吸收被冷却物质的热量而蒸 发，产生的蒸汽进入吸收器。 4.吸收器：由发生器来的浓溶液吸收由蒸发器来的制冷剂蒸汽， 产生的稀溶液送入发生器。