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1、第八章 氨水吸收式制冷机,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。,氨水吸收式制冷机以氨为制冷剂，氨水溶液为吸收剂。,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
2、，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。,8-1氨吸收式制冷循环,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。,单级氨水吸收式制冷机流程图,浓度为rf 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
3、的精馏和分凝，浓度提高到R a (点5 )，由塔顶排出，排出的蒸气质量为1kg。,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。,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。,从发生器的底部排出浓度为
4、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。,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h-图上的表示,系统的工作过程可以在氨水溶液的h-图中表示，如图2所示。图中点与图1相对应。,假定进入精馏塔内的状态为1
5、a，浓度为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。,1a1浓溶液在精馏塔提馏段上的换热过程。,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a，温度为t2，用点2表示。,12 发生器中的发生过程。,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r和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 ，
6、浓度为cm。,状态3 ，浓度为cm的蒸气，经过提馏段时，与浓度为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r的平衡蒸气 1相对应，即氨蒸气的浓度由cm提高到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R a，用点5 表示。,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r相同。,35发生过程产生的蒸汽在精馏塔中的浓缩过程。,浓度为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
7、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-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。,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77，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77通过点7为止。,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
8、试凑法求出。56冷剂蒸汽在冷凝器中的冷凝过程。67制冷剂经节流阀的节流降压过程。78蒸发过程。,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h-图上是重合的，但代表的状态不同。,2 2a稀溶液在溶液热换器中的放热降温过程。2a3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r，用点4表示。,3
9、4 溶液在吸收器中的吸收过程。,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。44a浓溶液经泵的升压过程,4a1a浓溶液经溶液热交换器的加热过程。,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(r 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
10、收式制冷机或带有喷射器的单级氨吸收式制冷机。,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。,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V1）与发生开始的浓溶液（温度为t1=tV1，浓度为r）相平衡。,穿过塔板与板上液体接触而冷凝(温度为tL1，浓度为L1)。塔板上液体浓度高于发生开始时液体浓度（L1 r）。在tL1温度下，塔板上的液
11、体沸腾，产生蒸汽V2（温度为tV2=tL1，浓度为V2）,升至塔板的蒸汽与板上溶液接触，得到蒸汽V3，V3 V2。,依此类推,各层塔板多余的溶液，经降液管流到下一层塔板。,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%）。,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30100%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；,(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；,(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。,
