溴化锂吸收式制冷教程

建筑设备热源与冷源主编：王丽陈志佳单元19溴化锂吸收式制冷吸收式制冷机的工作原理吸收式制冷原理与蒸气压缩式制冷相比，有相同之处，都是利用液态制冷剂在低温低压条件下蒸发、汽化，同时吸收载冷剂的热量，产生冷效应，使载冷剂温度降低。所不同的是吸收式制冷利用二元溶液作为工质对，组成二元溶液的是两种沸点不同的物质。其中，低沸点的物质是制冷剂，高沸点的物质是吸收剂。为了比较，图19.1列出了两种制冷方式的工作原理，吸收式制冷机中有两个循环，即制冷剂循环和溶液循环。从图中可以看出，吸收式制冷系统必须具备四个热交换装置：发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器。这四个热交换装置，辅以其他辅助设备，组成吸收式制冷机。单元19溴化锂吸收式制冷制冷剂循环：由发生器G中出来的制冷剂蒸气（可能含有少量制冷剂蒸气）在冷凝器C中向冷却剂释放热量，凝结成液态高压制冷剂。高压液体经膨胀阀EV节流到蒸发压力后进入蒸发器E，在蒸发器中液态制冷剂又被气化为低压制冷剂蒸气，同时吸收载冷剂热量产生制冷效应。低压制冷剂蒸气进入吸收器A中，而后吸收器/发生器组合将低压制冷剂蒸气转变成高压蒸气，从而完成制冷剂循环。19.1吸收式制冷机的工作原理单元19溴化锂吸收式制冷溶液循环：在吸收器A中，由发生器来的稀溶液（溶液浓度以制冷剂的含量计算）吸收来自蒸发器所产生的低压制冷剂蒸气，从而成为浓溶液，吸收过程放出的热量被冷却剂带走。由吸收器出来的浓溶液经溶液泵P升压后，输送到发生器G中。在发生器中，利用低品位热能对浓溶液加热，使之沸腾，由于发生器内压力不高，其中低沸点的制冷剂蒸气被蒸发出来（可能有少量吸收剂蒸气），浓溶液成为稀溶液。从发生器出来的高压稀溶液经膨胀阀EV节流到蒸发压力，又回到吸收器中，完成了溶液循环。19.1吸收式制冷机的工作原理单元19溴化锂吸收式制冷可见，吸收式制冷机中制冷剂循环的冷凝、蒸发、节流三个过程与蒸气压缩式制冷是相同的，所不同的是吸收式制冷以热源为主要动力，消耗热能，而蒸气压缩式制冷消耗机械能。由于吸收式制冷以热能为主要动力，加之吸收过程要放出大量热量，所以吸收式制冷向外界放出热量较大。吸收式制冷机中所用的二元溶液主要有两种，即氨水溶液和溴化锂水溶液。氨水溶液中氨为制冷剂，水为吸收剂。溴化锂水溶液中水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。在空调工程中采用溴化锂水溶液，即溴化锂吸收式制冷机。19.1吸收式制冷机的工作原理单元19溴化锂吸收式制冷吸收式和蒸气压缩式制冷机工作原理(a)吸收式制冷机；(b)蒸气压缩式制冷机单元19溴化锂吸收式制冷溴化锂吸收式制冷机的工作原理溴化锂水溶液是由固体的溴化锂溶解在水中形成的溶液。溴化锂是无色结晶物，化学性质稳定，在大气中不挥发，无毒。溶点为549℃，沸点为1265℃。溴化锂水溶液购进时应满足以下要求：（1）无色透明液体；（2）浓度不低于50%；（3）溶液pH8；（4）杂质最高含量：SO42-≤0.1%，多硫化物含量放入BrOs-无反应，此外溶液中不应含有CO2、O3等不凝性气体。19.2.1溴化锂水溶液特性单元19溴化锂吸收式制冷℃时，溴化锂的溶解度为111.2g，可以看出，溴化锂易溶于水。但溴化锂的溶解度与温度有关。在一定温度下的溴化锂饱和溶液，随着温度降低，溶解度减小，部分溴化锂会从溶液中析出，从而形成结晶现象。当含有晶体溴化锂的溶液被加热至某温度时，晶体全部消失，这一温度即为该浓度溴化锂水溶液的结晶温度。图19.2为溴化锂的溶解曲线。曲线上的点表示该温度下溶液的饱和状态。图中左侧是析冰线，右侧是结晶线。从图上可以看到，在0℃以上时，溴化锂易溶于水，浓度可达55%，当浓度高于37%时，溴化锂溶解度随温度升高而增加。但是19.2溴化锂吸收式制冷机的工作原理单元19溴化锂吸收式制冷曲线较陡，即浓度略有变化，结晶温度相差很大，在浓度高于65%时更加明显，也就是说溶液中水蒸发就会有结晶的可能。如果析出晶体到达一定数量，将影响溴化锂吸收式制冷机的运行，即运行中必须注意结晶现象。19.2溴化锂吸收式制冷机的工作原理单元19溴化锂吸收式制冷浓度在溴化锂吸收式制冷机中，溴化锂水溶液浓度一般采用质量百分比浓度，即溴化锂在溴化锂水溶液中所占的百分比，用符号ξ表示。如果溴化锂水溶液中溴化锂质量为gxkg，溶剂水为gskg，则质量百分比为ξ=gx/（gs+gx）=gx/G（19.1）其中G=gx+gs，即溶液质量。19.2溴化锂吸收式制冷机的工作原理单元19溴化锂吸收式制冷吸收能力溴化锂水溶液的水蒸气分压力很小。例如，当温度为25℃，浓度为50%时，其饱和蒸气压力为0.80kPa，而水在此温度时饱和压力为3.16kPa，后者约为前者的4倍，溶液的水蒸气分压力小，表明水分子从溶液中逃逸能力小。即表明水分子容易进入溴化锂溶液，后者吸收水蒸气能力强。溴化锂水溶液浓度越高，温度越低，对水蒸气的吸收能力越强。19.2溴化锂吸收式制冷机的工作原理单元19溴化锂吸收式制冷溴化锂与水的沸点相差大在常压下，水的沸点是100℃，而溴化锂的为1265℃，两者相差1165℃，因此，溶液沸腾时产生的蒸气几乎全是水的成分，很少带有溴化锂。这样，在溴化锂吸收式制冷机中，无须用蒸馏就可得到纯制冷剂蒸气。19.2溴化锂吸收式制冷机的工作原理单元19溴化锂吸收式制冷腐蚀性溴化锂水溶液对普通金属有腐蚀作用，有氧存在的情况下更为严重。这不仅缩短了机器的使用寿命，而且会产生不凝性气体，难以保证机组的真空度，影响制冷效果。因此，溴化锂吸收式制冷机在实际运行中应严格保持系统的真空度，并在机组停机时加入氮气，此外，应在溶液中加入缓蚀剂。6.毒性溴化锂水溶液无毒，有镇静作用。当溶液中加入缓蚀剂后，视缓蚀剂而确定其毒性。溴化锂水溶液对皮肤无刺激作用。19.2溴化锂吸收式制冷机的工作原理单元19溴化锂吸收式制冷溴化锂溶于水以后，就改变了水在饱和状态下温度和压力的关系，而且在相同压力下溴化锂溶液的饱和温度随其浓度的变化而变化。也就是说，溴化锂水溶液在饱和状态下，温度与压力和浓度有关。这种关系见溴化锂溶液的P－t图（图19.3）。它表明溴化锂水溶液的压力、温度和浓度三者之间的关系，是溴化锂溶液最基本的图表，在溴化锂吸收式制冷机的设计及运行中经常使用。图中左上角第一条线是纯水的压力和饱和温度的关系；对应一浓度，就有一条压力与饱和温度关系的斜线，随着浓度的增加，斜线向右依次排列。从图19.3中可以看出，在相同压力19.2溴化锂吸收式制冷机的工作原理19.2.2溴化锂水溶液的压力－饱和温度(P-t)图单元19溴化锂吸收式制冷下，相对应的饱和温度随浓度的增加而增加。换句话说，在相同温度下，相对应的饱和压力随浓度的增加而降低。图中右下角的折线是结晶线。从图中还可以看到，在相同压力下，溴化锂的溶解度随溶液温度的降低而减小。在P-t图上可以清楚地看出溴化锂溶液在加热和冷却过程中热力状态的变化和过程。图19.3所示点A，在等压条件下加热，随着温度的升高，溶液中的水分被蒸发，溶液温度会随之增大。当温度升高到96℃时，由于水分的蒸发，浓度达到62%，即状态点B。这样，溶液状态由点A变到点B，这是等压发生过程，发生在发生器中。反之，状态点B的溶液被冷却，如果压力不变，溶液就一定吸收水蒸气，从而使浓度降低，就是等压吸收过程，发生在发生器中。19.2溴化锂吸收式制冷机的工作原理单元19溴化锂吸收式制冷ξ图，描述了溴化锂水溶液的压力、温度、浓度、比焓四个参数之间的关系。图中纵坐标为溶液比焓h，横坐标为溶液的质量百分比浓度ξ。全图分成上、下两部分，上半部分为汽相区，是溶液相平衡的水蒸气等压辅助曲线；下半部分为液相区，虚线为等温线簇，实线为等压线簇。19.2溴化锂吸收式制冷机的工作原理19.2.3溴化锂水溶液的比焓－浓度图单元19溴化锂吸收式制冷ξ图，只要知道P、t、h、ξ中任意两个参数，就可以确定其他另两个参数。确定方法见图19.4。如果已知饱和溶液的浓度ξ及温度t，可在h-ξ图上用等温线、等浓度线的交点求得饱和溶液的压力P及水蒸气的焓值h′。在h－ξ图下部分实线为饱和液体等压线，某一压力下溶液的饱和状态落在该压力值的等压线上。等压线以下为过冷液体区，压力升高，温度、浓度、比焓不变时，虽然状态点位置不变，但过冷液体区的上界线也随等压线上升，该点1变成过冷状态。19.2溴化锂吸收式制冷机的工作原理单元19溴化锂吸收式制冷溴化锂吸收式制冷机是靠水在低压下不断汽化而产生制冷效应。图19.5（a）是一种最简单的利用溴化锂溶液实现制冷的装置。把装有溴化锂浓溶液的容器A和水溶液的容器E相连，并抽出空气维持一定的真空度。由于在容器A中的溴化锂浓溶液对水蒸气具有强烈的吸收作用，因此不断吸收来自容器E的水蒸气，使E中的水蒸气分压力降低，促使容器E中的水继续蒸发吸热，使E产生制冷效应。但是A中的溴化锂浓溶液随时间的增大，溶液变稀，吸收能力降低，19.2溴化锂吸收式制冷机的工作原理19.2.4溴化锂吸收式制冷机的工作原理单元19溴化锂吸收式制冷温度升高，使容器E的制冷能力减小，直到不能制冷。同时，容器E中的水也在不断减少。很明显，这套装置无法实现连续制冷。图19.5（b）是改进以后的装置。在这套装置中，蒸发器E可以补水以补充蒸发掉的水，同时在吸收器中补充溴化锂浓溶液，排出溴化锂稀溶液，以保证吸收器中溴化锂的吸收能力。为了提高蒸发器的换热能力及减少液柱对蒸发温度的影响，在蒸发器中设置冷剂水泵和盘管，将水喷淋在盘管上，盘管内通过需冷却的冷冻水。为了增强吸收器的吸收作用，将溶液喷淋在管簇上，管簇内通以冷却水，带走吸收过程放出的热量。这种装置虽然可以连续运行，但并不经济，它消耗溴化锂和水，为此，应将溶液再生利用。19.2溴化锂吸收式制冷机的工作原理单元19溴化锂吸收式制冷（c）是溶液进行循环，制冷剂（简称冷剂水）也进行循环的溴化锂吸收式制冷机的流程图。在这个系统中增设了发生器G和冷凝器C。在发生器中装有加热盘管，并通以表压为0.1MPa左右的工作蒸气或120℃左右的高温水，加热稀溶液，使溶液沸腾，产生水蒸气，从而使溶液变为浓溶液。浓溶液经节流后再回吸收器，吸收水蒸气后变为稀溶液。吸收器中的稀溶液经溶液泵SP升压送到发生器中。为了减少吸收器的排出热量和发生