8-第八章 氨水吸收式制冷机

从发生器的底部排出浓度为ξ a’的 (f-1)kg稀溶液，经过溶液热交换器后温 度降低到点2a，因为点2a状态的压力 为p h，故溶液为过冷溶液。过冷溶液 经过节流阀，压力由p h降到pa（即 p0），状态由点3表示，然后进入吸收 器，吸收由蒸发器产生的1kg蒸气，形 成了f kg、浓度为ξ r’的浓溶液（点4）， 吸收过程中放出的热量q a被冷却水带 走。
Tianjin University of Commerce
穿过塔板Ⅰ与板上液体接触而冷凝 (温度为tL1，浓度为ξ L1’)。塔板Ⅰ上 液体浓度高于发生开始时液体浓度 （ξ L1’ >ξ r’）。在tL1温度下，塔板 Ⅰ上的液体沸腾，产生蒸汽V2（温度 为tV2=tL1，浓度为ξ V2’’）,升至塔板Ⅱ 的蒸汽与板上溶液接触，得到蒸汽V3， ξ V3’’ >ξ V2’’。
Tianjin University of Commerce
点4状态的浓溶液经过溶液泵后，压力 由P0升高到P k，用点4a表示，如果忽略 因溶液泵对浓溶液作功而引起的温度变 化，则点4与点4a重合，点4a表示P k压 力下的过冷液体，过冷液体经过溶液热 交换器，在浓度不变的情况下温度升高， 用状态点1a表示，最后再进入精馏塔的 进料口，循环重新开始。 4—4a浓溶液经泵的升压过程
Tianjin University of Commerce
节流后的干度为 ，温度可由 试凑法确定，即首先在饱和蒸气压力 液线上假定某一温度t7(点7')，通过辅 助压力线找到相应压力下饱和蒸气状 态点7’’ ，连7’7’’，如果该线正好通过 点7，假定的温度t7即为节流后的温度， 否则，重新假定t7，直到7’7’’通过点7 为止。
Tianjin University of Commerce
由发生器引出状态为点2的稀溶液，经 过溶液热交换器，被冷却到P k压力下的 过冷状态2a（假定2a正好处在蒸发压力P0 的饱和液线上），再经节流阀节流到状 态3，然后进入吸收器。 同样，节流前、后的状态点2a和3在hξ 图上是重合的，但代表的状态不同。
Tianjin University of Commerce
由于氨与水在相同压力下汽化温度比 较接近（例如在一个标准大气压下，两 者的沸点仅差133.4℃）因而对氨水溶 液加热时，所产生的蒸汽中含有较多的 水分，影响到整个装置的经济性。为此， 系统需采用精馏的方法，在精馏塔内提 高氨蒸汽的浓度。
单级氨吸收式制冷机所能制取的低温， 与加热热源的温度及冷却水温度有关， 一般不低于-25℃。如果热源温度较低、 冷却水温度又较高时，若要制取较低温 度，则可采取双级氨吸收式制冷机，但 一般也不低于-65℃。 氨水吸收式制冷机采用蒸汽或热水作 为热源，有利于废热的综合利用，特别 适合于化工、冶金和轻工业中的制冷设 备。
系统的工 作过程可以 在氨水溶液 的h-ξ 图中 表示，如图 2所示。图 中点与图1 相对应。
Tianjin University of Commerce
假定进入精馏塔内的状态为1a，浓 度为ξ r’的浓溶液位于饱和液体线p k的 下方（忽略发生器与冷凝器之间的压 力损失，认为p h=p k ），即处于过冷 状态。溶液经过提馏段到发生器，与 发生器中产生的氨蒸气进行热、质交 换，首先消除过冷，使浓溶液达到饱 和状态1，随后在发生器中被加热。 1a—1浓溶液在精馏塔提馏段上的换 热过程。
状态3’’ ，浓度为ξ cm’’的蒸气，经过提 馏段时，与浓度为ξ r’的浓溶液进行热、 质交换，理想情况下，出提馏段的蒸气 浓度应与进料口处浓溶液ξ r’的平衡蒸气 1’’相对应，即氨蒸气的浓度由ξ cm’’提高 到ξ d’’，再经过精馏段和回流冷凝器， 与从回流冷凝器冷凝下来的回流液进行 热、质交换，蒸气的浓度进一步提高， 温度降低，离开塔顶时，浓度为ξ R a’’， 用点5’’ 表示。
Tianjin University of Commerce
§8-1氨吸收式制冷循环
Tianjin University of Commerce
一、单级氨水吸收式制冷机的循环过程 氨水吸收式制冷机由精馏塔、冷凝 器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器、 节流阀、溶液泵等组成。精馏塔又由 发生器、提馏段、精馏段、回流冷凝 器组成。
Tianjin University of Commerce
吸收式制冷机和蒸气压缩式制冷机 都是利用制冷剂的汽化潜热来制取冷 量的，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 通过消耗机械能作为补偿实现制冷。
Tianjin University of Commerce
氨水吸收式制冷机以氨为制冷剂， 氨水溶液为吸收剂。
Tianjin University of Commerce
Tianjin University of Commerce
液氨经过节流阀，压力由p k降到 p0，形成湿蒸气（7点），然后进入 蒸发器，在蒸发器内，液氨吸收被 冷却物体的热量q0而气化，然后由 蒸发器排出（点8）。 点8的状态可以是湿蒸气，也可以 是饱和蒸气，甚至是过热蒸气，它 取决于被冷却物体所要求的温度。
Tianjin University of Commerce
随着温度的升高，溶液在等压条件下 不断蒸发，浓度逐渐变稀，到离开精馏 塔底部时浓度变为ξ a’，温度为t2，用 点2表示。 1—2 发生器中的发生过程。
Tianjin University of Commerce
开始发生出来的蒸气状态和发生终 了时的蒸气状态分别用点1’’和2’’ 表示， 它们分别与浓度为ξ r’和ξ a’的沸腾状 态的溶液相平衡。因此离开发生器的 蒸气状态应处于1’’ 和2’’之间，假定为 状态3’’ ，浓度为ξ cm’’。
Tianjin University of Commerce
4a—1a浓溶液经溶液热交换器的加热 过程。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
单级氨水吸收式制冷系统所能制取的 最低温度与加热热源温度和冷却水温有 关，一般情况下不低于－25℃，否则放 气范围(ξ r’－ ξ a’)将小于0.06，使装 置经济性下降。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。
Tianjin University of Commerce
Tianjin University of Commerce
节流后的湿蒸气进入蒸发器，在等压、 等浓度下蒸发至状态点8，点8一般仍处于湿 蒸气状态，由点8’的饱和液体和点8’’的饱和 蒸气组成。它的温度同样可用试凑法求出。 5’’—6冷剂蒸汽在冷凝器中的冷凝过程。 6—7制冷剂经节流阀的节流降压过程。 7—8蒸发过程。
(8)对大气臭氧层无破坏作用； (9)对铜及铜合金（磷青铜除外） 有腐蚀作用；
Tianjin University of Commerce
Tianjin University of Commerce
(10)钢材及冷却水消耗量大； (11)热力系数较低； (12)由于氨、水的沸点比较接近， 为提高氨气浓度，系统中必须增设精 馏和分凝设备。
Tianjin University of Commerce
回流冷凝器中，因冷凝R kg回流液所 放出的热量q R被冷却水排走。 在发生器底部得到浓度为ξ a’的稀溶液 (f-1)kg，用点2表示。
从精馏塔塔顶排出的几乎是纯氨的 蒸气进入冷凝器中，在等压、等浓度 下冷凝成液体（点6），冷凝时放出 的热量q k被冷却水带走。
§8-2氨水吸收式制冷机的特点
氨水吸收式制冷机的特点如下： (1)采用蒸气或热水作为热源，有利于 废热的综合利用，特别适合于化工、冶 金和轻工业中的制冷设备； (2)以氨作为制冷剂，能制取0℃以下 的低温； (3)整个装置除泵外均为塔、罐等热交 换设备，结构简单，便于加工制造；
(4)振动、噪音较小，可露天安装，从 而降低了建筑费用； (5)负荷在30～100%范围内调节时，装 置的经济性没有明显变化； (6)维修简单、操作方便、易于管理； (7)氨价格低廉，来源充足；
Tianjin University of Commerce
Tianjin University of Commerce
回流液在回流过程中，浓度逐渐降 低，理想情况下，离开精馏塔最底下 一块塔板时，浓度应与进料口浓度溶 液的浓度ξ r’相同。 3’’—5’’发生过程产生的蒸汽在精馏 塔中的浓缩过程。
Tianjin University of Commerce
Tianjin University of Commerce
在塔内，部分蒸 汽被回流冷凝器冷 凝成氨液（回流） 自上而下流动，而 氨气自下而上流动。 由提馏段上升的蒸 气V1（温度为tV1， 浓度为ξ V1’’）与发 生开始的浓溶液 （温度为t1=tV1，浓 度为ξ r’）相平衡。
2— 2a稀溶液在溶液热换器中的放 热降温过程。 2a—3溶液的节流过程。
在吸收器中，忽略蒸发器和吸收器之 间的压力损失，吸收过程是在P0等压条 件下进行的，状态为3的饱和稀溶液吸 收由蒸发器出来的蒸气（点8），沿等 压线浓度逐渐变浓，吸收终了时浓度达 到ξ r’，用点4表示。
3—4 溶液在吸收器中的吸收过程。
Tianjin University of Commerce
Tianjin University of Commerce
点4状态的浓溶液经溶液泵升压，压 力由pa提高到p h（点4a），再经溶液 热交换器加热，温度升高到状态点1a， 最后从精馏塔的进料口进入精馏塔， 循环又重复进行。
二、循环 过程在hξ 图上的 表示
依此类推,各层塔板多余的溶液， 经降液管流到下一层塔板。
Tianjin University of Commerce
Tianjin University of Commerce
在具有足够的塔板数和冷凝液不 断回流的情况下，便可在精馏塔顶 部获得纯度很高的氨气（>99.5%）。
Tianjin University of Commerce
Tianjin University of Commerce
单级氨水吸收式制冷机流程图
浓度为ξ r’f kg的浓溶液（点1a） 进入精馏塔，在精馏塔内的发生器中 被加热，吸收热量q h后，部分溶液蒸 发，产生的蒸气经过提馏段，得到浓 度为ξ d’’的氨蒸气(1+R)kg，随后经过 精馏段和回流冷凝器，使上升的蒸气 得到进一步的精馏和分凝，浓度提高 到ξ R a’’ (点5'' )，由塔顶排出，排出 的蒸气质量为1kg。
Tianjin University of Commerce
Tianjin University of Commerce
三、精馏塔的工作过程
精馏是多次重复蒸发和冷凝的过程。 这些过程是在蒸馏板上完成的。每一 块塔板就好像一次简单蒸馏。 精馏塔构造如图示。塔内有许多带 孔的塔板，浓溶液从塔的中部某一块 塔板引入，浓溶液入口以下称为提馏 段，以上称为精馏段。
浓度为ξ Ra’’的饱和氨蒸气离开塔顶 后进入冷凝器，在等压、等浓度条件 下冷凝成饱和液体，用点6表示。 点6的液体经过节流阀绝热节流到状 态7，由于节流前、后的焓值与浓度均 未发生变化，故在h-ξ 图上点6与点7是 重合的。 点6表示冷凝压力Pk下的饱和液体， 点7表示蒸发压力P0下的湿蒸气，它是 由饱和液体（点7’）和饱和蒸气（点 7’’）所组成。