混合制冷_ziliao

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1、 第一章 制冷基础知识概论制冷，又叫冷冻，指使物系温度降到低 于周围介质温度的过程。习惯上将冷冻温 度大于173K的制冷叫普冷；将温度小于 173K的制冷叫深冷。n 在工业上，为了达到制冷的目的，常用 以下三种操作方法：na.溶液的减压蒸发；nb.流体的节流膨胀c.气体做外功的等熵膨胀；n 第一种方法，主要用于普冷，其余 用于深冷。n 第一节 普冷n 因为在低温甲醇洗过程中，需要在较 低温度下来操作，因此，就需要能提供冷 量的装置。而根据设计所使用的冷源为- 40和0，这样，选用冷冻剂氨的减n n压蒸发工艺即可满足工艺要求。压蒸发工艺即可满足工艺要求。一、热机及卡诺循环一、热机及卡诺循环 ：1

2、.1.热机：热机：n 用热能来做功的机器叫热机，一般由锅炉 、透平冷凝器和泵组成。其整个循环由四 热力过程组成，见下图：泵4锅炉1冷凝器3透平2QH (PH、T)WPWPL、TL QLPL、TLn1）.等压加热过程：n工质水从高温热源吸收热量成为过热蒸汽 ，高温热源的温度为TH，吸热量为QH。n2）.绝热膨胀过程：高温高压工质在透平 中绝热膨胀，对外做功为W；n3）.等压冷凝过程：乏汽在冷凝器中冷凝 ，工质由气态变为液态，放出热量为QL；n4）.绝热压缩过程：工质水用泵送至锅炉 ，所需功为WP，其热效率为：=WQ QH H=QH+QLQ QH Hn2.卡诺循环：n 由两个可逆等温过程和两个可逆

3、绝热 过程所构成的循环叫卡诺循环，完成卡诺 循环的装置叫卡诺热机。其效率为：=WQ QH H=QH+QLQ QH H=THTLTH即：热效率只与高低温热源温度有关，与 工质种类无关。可逆热机的热效率最大。下图为卡诺循环示意图:T1 THTL243S卡诺循环示意图Td LcabL+GP2P3H1 H2 H3P1ST-S示意图n二、温熵图（T-S图）：nT-S示意图，用它可以表示某物质在各种状 态下的热力学性质。n图中：P1、P2、P3为等压线n H1、H2、H3为等焓线n c点为临界点n ac为饱和液体线n bc为饱和蒸汽线n ac左侧为液体区（L)n acb之下为气-液两项区(L+G)n dc

4、b之上为气相区(G)n2.T-S图应用举例：n2.1等压加热或冷却过程:TT1 L abL+GP2H1H3P1S 等压加热或冷却示意图H2H4T2123412为等压加热过程，所需热量QP=H2-H1 34为等压冷却过程，其放出热量（H3-H4)TT1L abL+GP2H1H3P1S2等温压缩或膨胀示意图H2 H41234S1Sn(3)节流过程示意图：（如下图）n（2）.等温压缩或膨胀过程：n12过程为等温压缩过程，过程热量 ：Q=TS=T(S2-S1) 过程焓差：H=H2-H1 因为H=Q-W,所以,过程轴功 W=Q-H=T(S2-S1)-(H2-H1)n34为等温膨胀过程，由T-S图，同理

5、可计算出过程轴功W.n21为节流膨胀过程，它沿等焓线进行n该过程:H=0由图可见：na.S1S2表明过程可自发进行nb.T1T2表明节流膨胀后温度降低P2TT1L+GH1P1S2节流膨胀膨胀示意图H2T22S1Sn(4)等熵膨胀过程：T1TT1P1S2等熵膨胀示意图T22S1SP211第二节 我公司的制冷n一、制冷的目的和意义：n 由于粗煤气净化工艺采取低温甲醇洗 工艺流程，而低温甲醇洗的操作温度在n如上图所示：21为绝热凳上膨胀过程 该过程沿等熵线进行。因Q=TS H=H1-H2 由H=Q-W 知H=-W 由图可见，等熵膨胀过程，温度由T2降到T1n图中21过程为不绝热膨胀过程。因n因S1

6、S1，故同绝热等熵膨胀过程相比，n（T2-T1) (T2- T1)n-30-60之间，而其中一部分冷量就 需要制冷装置来补偿。而且通过热力学计 算得出我工艺的低品位热能有相当的富裕 ，出于能量利用的最大化考虑，采取压缩 吸收混合制冷工艺。n二、制冷的基本概念：n1.制冷的定义：n 制冷是指用人工的方法将物系的温度 降到低于环境温度的过程。n2.普冷和深冷：n 普冷：通常把制冷温度在-100以上n的称为普冷。n 深冷：通常把制冷温度在-100以下的 称为深冷。n根据我公司的工艺流程图看：空分、LNG 是深冷；而低温甲醇洗属于普冷。n三、制冷的热力学基础:n 首先，必须明确制冷是以热力学为其主 要

7、理论依据的，热力学是一门研究能量及 其相互转换规律的基础学科，主要研究热 能和机械能等其它能量转换规律，其中热 力学的第一定律和第二定律是制冷的重要 依据。n 我们重复一下热力学第一定律和热力学 第二定律：n 热力学第一定律就是能量守恒定律。热 力学第二定律是指:热不可能自动从低温物 体传给高温物体；或者说不可能从单一热 源吸热使之完全转变为有用功，而不引起 其它变化。泵4锅炉1冷凝器3透平2QH (PH、T)WPWPL、TL QLPL、TLn上图为热机工作过程示意图：n热机一般是由四个部分组成：锅炉、透平 冷凝器、泵四部分。n功，带动发电机，而出透平的乏汽（低温 低压蒸汽）进入冷凝器，由冷凝

8、水移走热 量后，经泵打压返回锅炉。吸收热量汽化 ，构由锅炉出来的高温高压蒸汽（实际为 过热蒸汽）进入透平，在其中膨胀，推动 透平做流程简介： n成循环。如果蒸汽在透平或汽轮机）中膨 胀和冷凝水用泵升压都是绝热过程。并且 升压所需之功WP由透平供给，则整个循环 由四个过程组成。n 而1-2水由高温（TH)热源吸收热量QH而汽 化，2-3蒸汽在透平中进行绝热膨胀作出净 功W，3-4乏汽在低温（TL）下放出QL（负值 ）冷凝，4-1冷凝水用泵绝热压缩升压后返 回锅炉。每次循环，工质从高温热源吸收 热除去部分用作净功外，必定还有部分热 量排至低温热源，由此可见，经过循环过 程，热量并没有完全转化为功。

9、而是有一 定限制的。n四、制冷的原理：n 普冷的物理制冷法原理-相变制冷 。n1.相变：是指物质聚集状态的变化，在这 个变化过程中，物质分子重新排列，物质 分子的运动速度发生改变，并伴随着热量n2.相变制冷：利用某些物质在相变化时的 吸变化，我们将这种热量叫相变热。n热效应来达到制冷目的。任何液体液体汽 化，都会产生吸热效应。所以液体汽化的 相变制冷应用非常广泛。n3.冷冻剂的选择：n 相变制冷是利用某些物质发生相变化 时的吸热效应来制冷的。而这些物质就是 制冷剂或称为冷冻剂。n3.1冷冻剂的选择原则 ：n 首先，冷冻剂的汽化潜热应尽可n能的大，这样在一定的冷冻能力下，可以 降低n冷冻剂的循环

10、量，从而使冷冻设备的体积 和实际动力消耗减少。n 其次，冷冻剂在蒸发温度下蒸汽比热 容要小，以缩小压缩机的体积和节省实际 功消耗。n 第三，冷冻剂必须具有稳定的化学性 质，不应有显著的腐蚀和分解作用，对操 作人员也不应有毒害和强烈的刺激作用。n 第四，不应具有易燃或易爆性。n最后，冷冻剂的价格应便宜，同时供应方 便。n如果采取往复式压缩机则上述条件必须满 足；如果采用离心压缩机则不必考虑第二 条，而经过综合考虑我们工艺采取液氨作 为制冷剂。n4.氨的性质：n 氨的汽化潜热较大，对钢铁的腐蚀性 小，极易溶于水，有刺激性气味，汽化潜 热大，对人的呼吸道有害。n 我们将相变制冷中的相变物质叫冷冻 剂

11、。n 饱和氨蒸汽表温度压力 kg/cm2汽化热 kcal/kg温度压力 kg/cm2汽化热 kcal/kg -500.417337.955.259297.3 -450.556334.6106.271292.18 -400.732331.3157.427288.3-350.950327.9208.741283.5-301.219324.52510.225278.7-251.546321.03011.895273.6-201.940317.33513.765268.3-152.410313.54015.850262.9-102.966309.74518.165257.2-53.169305.650

12、20.727251.3 04.379301.5n 从上表中可以看出：液氨的蒸发温度与 压力有关。温度愈低，压力也愈低。因此 可以根据所要求的冷冻温度确定液氨蒸发 压力。根据冷冻量（即取走的热量）来确 定液氨蒸发量。n 液氨蒸发为气氨，从环境吸收热量，使环 境达到冷冻的目的。在整个工艺上和经济 上才更合理。气氨变成液氨必须采取冷却 的办法。可是蒸发温度很低，要把低温下 的气氨变成液氨，则要求冷却剂的温度更 低，这与制冷相矛盾。从上表中可以看出 ，如果把气氨压力提高，则冷凝温度也n相应提高，当冷凝温度高于冷却水温度后 ，就可以用冷却水来冷却。n 例如:把气氨压力提高到16atm后，冷 凝温度达到4

13、0，显然可以用冷却水来冷 凝气氨，使氨气重新变成液氨，液氨再减 压蒸发如此循环。n 气氨压力的提高可以由压缩机来完成 ，也可以经溶液吸收后用泵加压送至精馏 装置，再精馏出高压气氨，即用（热压缩 机来完成）。最后用冷却水降温后送出界 区。n5.冷冻剂的循环使用：液氨蒸发，变成气氨，需从外界环 境吸收热量，使环境温度降低，从而达到 制冷的目的，氨循环使用，必须采取冷却 的办法将气氨再变成液氨。由液氨的性质 知：低压下，冷冻量大，高压时，气氨冷 凝温度高，故氨可以采用下法循环使用：n（1）高压液氨进行减压蒸发n（2）将气氨提压，以便于用冷却水冷凝。n（3）气氨变成液氨，重新从第一步开始循 环。n 对

14、于氨制冷剂：n （1）.蒸发温度和压力有关，压力越低， 蒸发温度也越低。n （2）.汽化潜热和压力有关，压力提高， 汽化潜热值降低。即：在低温低压下的制 冷能力较大。n五、普通冷冻循环：n 冷冻剂完成从液到气，再从气到液的循 环过程，必须具备四个主要设备：膨胀设 备、蒸发装置、升压装置和冷凝装置。从 低温蒸发态向高温冷凝态转变的过程不能 自动进行，需要外界提供能量。按照外界n输入能量形式的不同，我们将制冷循环分 为两大类，即消耗机械能的制冷和消耗热 能的制冷。n制冷循环机械能制冷气体压缩制冷（g态）蒸汽压缩制冷（g、 l态交替）热能制冷吸收制冷蒸汽喷射制冷n我们重点介绍蒸汽压缩制冷和吸收制冷：

15、n1.蒸汽压缩制冷：n（1）.原理说明：n蒸汽制冷压缩原理图冷凝压缩蒸发液态气态QW节流QL1243n 制冷剂：由高压节流到低压，呈液态； 压缩机将气态的工质由低压压缩到高压； 蒸发器完成液态到气态的转变过程，冷凝 器完成气态到液态的相转变过程。 TT1P1蒸汽压缩制冷T-S示意图T223SP21334421图中：1 2 等熵压缩过程2 3 3恒压冷凝过程3 4 等焓膨胀过程4 1 恒温恒压吸热过程1 2 3 4 1是理想过程。 实际运行是不可逆过程，存在差异，应该 是1 2 2 3 3 4 1过程。为了减小功消耗，同时获得不同的冷冻 温度，常采用多级蒸汽压缩制冷循环，即 通过多级压缩和多级膨胀的组合，使装置 在更经济的条件下运行。n2.吸收制冷：n（1）.吸收制冷：就是直接利用热能制冷的 冷冻循环。通过吸收和精馏装置来完成循 环的过程。n（2）.氨吸收制冷热力学依据:n 吸收制冷是利用二元溶液组分蒸汽压的不 同来进行的。对于氨、水二元溶液，氨易 挥发，且汽化潜热大，用作制冷剂，而水 挥发性小用作吸收剂。n