溴化锂制冷原理

吸收式製冷目前在日本、中國和韓國得到了較普遍的應用。隨著我國西氣東輸工程的實施和天然氣的引進或開採，吸收式製冷正在製冷空調中發揮重要作用。充分利用餘熱的冷熱電聯產系統將使得吸收式製冷必不可少；廣泛的燃氣供應，以及夏季燃氣低谷和用電高峰，可以使得燃氣直燃式吸收式空調得到更廣泛的應用。我國在吸收製冷設計和製造方面處於國際先進水準，出現了江蘇雙良，長沙遠大，大連三洋等一系列著名品牌。前言第一節吸收式製冷的基本原理氣體製冷劑回復到液體狀態製冷劑蒸發吸收熱量製冷（利用吸收方式）基本原理基本原理吸收式製冷利用溶液在一定條件下能析出低沸點組分的蒸氣，在另一種條件下又能吸收低沸點組分這一特性完成製冷迴圈。目前吸收式製冷機多用二元溶液，習慣上稱低沸點組分為制冷劑，高沸點組分為吸收劑。基本原理吸收式與蒸氣壓縮式製冷迴圈的比較(a)蒸氣壓縮式製冷迴圈；(b)吸收式製冷迴圈基本原理整個系統包括兩個回路：製冷劑回路溶液回路吸收式製冷是利用工質對的品質分數變化，完成製冷劑的迴圈，因而被稱為吸收式製冷。基本原理發生器和冷凝器（高壓側）與蒸發器和吸收器（低壓側）之間的壓差通過安裝在相應管道上的膨脹閥或其它節流機構來保持。在溴化鋰吸收式製冷機中，這一壓差相當小，一般只有6.5～8kPa，因而採用U型管、節流短管或節流小孔即可。基本原理發生器generator吸收式製冷機中，通過加熱析出製冷劑的設備。吸收器absorber吸收式製冷機中，通過濃溶液吸收劑在其中噴霧以吸收來自蒸發器的製冷劑蒸氣的設備。基本原理綜上所述，溴化鋰吸收式製冷機的工作過程可分為兩個部分：(1)製冷劑迴圈發生器中產生的冷劑蒸氣在冷凝器中冷凝成冷劑水，經U形管進入蒸發器，在低壓下蒸發，產生製冷效應。這些過程與蒸氣壓縮式製冷迴圈在冷凝器、節流閥和蒸發器中所產生的過程完全相同；(2)溶液迴圈發生器中流出的濃溶液降壓後進入吸收器，吸收由蒸發器產生的冷劑蒸氣，形成稀溶液，用泵將稀溶液輸送至發生器，重新加熱，形成濃溶液。這些過程的作用相當於蒸氣壓縮式製冷迴圈中壓縮機所起的作用。壓縮式與吸收式製冷的異同高壓製冷劑蒸氣在冷凝器中冷凝後，經節流元件節流，溫度和壓力降低，低溫、低壓液體在蒸發器內汽化，實現製冷。共同點壓縮式與吸收式製冷的異同消耗的能量不同蒸發壓縮式製冷機消耗機械功，吸收式製冷機消耗的是熱能。吸收製冷劑蒸氣的方式不同利用液體蒸發連續不斷地製冷時，需不斷地在蒸發器內產生蒸氣。蒸氣壓縮式用壓縮機A吸收此蒸氣，吸收式製冷機用吸收劑在吸收器內吸取製冷劑蒸氣。將低壓製冷劑蒸氣變為高壓製冷劑蒸氣時採取的方式不同蒸氣壓縮式製冷機通過原動機驅動壓縮機完成，吸收式製冷機則是通過吸收器、溶液泵、發生器和節流閥完成。提供的冷源溫度不同蒸氣壓縮式製冷可以提供0℃以下的低溫冷源，應用範圍廣泛；而吸收式製冷一般只能制取0℃以上的冷水，多用於空調系統。不同點工質不同壓縮式製冷吸收式製冷單組分或多組分工質雙組分工質對溴化鋰－水氨－水吸收劑製冷劑高沸點組分低沸點組分壓縮式與吸收式製冷的異同不同點吸收劑對吸收劑的要求：1)有強烈吸收製冷劑的能力；2)在相同壓力下，它的沸騰溫度應比製冷劑的沸騰溫度高得多；3)不應有爆炸、燃燒的危險，並對人體無毒害；4)對金屬材料的腐蝕性小；5)價格低，易獲得。可供考慮使用的製冷劑--吸收劑溶液很多，按溶液中含有的製冷劑種類區分，可分為水類、氨類、乙醇類和氟里昂類。吸收式製冷的特點(1)可以利用各種熱能（蒸氣、廢熱、餘熱、燃油、燃氣等）驅動；(2)可以大量節約用電；(3)結構簡單，運動部件少，安全可靠；(4)對環境和大氣臭氧層無害。熱力係數評價指標：吸收式製冷機所消耗的能量主要是熱能，常以熱力係數作為其經濟性評價指標。熱力係數是吸收式製冷機所制取的製冷量QO與消耗的熱量Qh之比：hQ＝Q/0最大熱力係數因此，最大熱力係數為：逆卡諾迴圈的製冷係數卡諾迴圈的熱效率熱力完善度熱力係數與最大熱力係數之比，稱為熱力完善度。最大熱力係數可逆吸收式製冷迴圈是卡諾迴圈與逆卡諾迴圈構成的聯合迴圈。吸收式製冷機與由熱機直接驅動的壓縮式製冷機相比，在對外界能量交換的關係上是等效的。只要外界的溫度條件相同，二者的理想最大熱力係數是相同的。壓縮式製冷機的製冷係數應乘以驅動壓縮機的動力裝置的熱效率後，才能與吸收式製冷機的熱力係數進行比較。可逆吸收式製冷迴圈第二節吸收式製冷機的溶液熱力學基礎兩種互相不起化學作用的物質組成的均勻混合物稱為二元溶液。吸收式製冷工質對是一種二元溶液,其品質分數是以溶液中溶質的品質百分數表示的。二元溶液的品質分數w溴化鋰水溶液的品質百分數：%100)/(2LiBrOHLiBrmmmw二元溶液的摩爾分數是以溶液中溶質的摩爾百分數表示的。二元溶液的摩爾分數溴化鋰水溶液的摩爾分數：%100/2LiBrOHLiBrnnnx拉烏爾定律：在一定溫度下，理想溶液任一組分的蒸氣分壓等於其純組分的飽和蒸氣壓乘以該組分在液相中的摩爾分數。氣液相平衡0AAAppx0BBBppx，對於二元溶液，總飽和蒸氣壓等於兩組分的蒸氣壓之和：0000(1)AABBAABAppxpxpxpx（）11ABAB因为yy，xx，因此氣液相平衡OHOHLiBrLiBrOHOHpppp2020202020OHLiBrpp對於溴化鋰水溶液，由於溴化鋰的沸點比水高得多，因此：即氣相中只有水蒸氣。混合現象兩種液體混合時容積和溫度的變化混合現象混合熱：每生成1kg混合物所需要加入或排出的熱量，稱為混合物的混合熱。兩種液體混合前的比焓：混合後的比焓：二元溶液的溫度—濃度圖封閉容器內二元溶液的定壓氣化泡點露點二元溶液在不同壓力下的溫度-濃度圖二元溶液在不同壓力下的溫度-濃度關係封閉容器內二元氣態溶液的定壓冷凝二元溶液的溫度—濃度圖二元溶液的的特性（小結）純物質在一定壓力下只有一個飽和溫度，其定壓氣化或冷凝過程是定溫過程。而二元溶液在一定壓力下的飽和溫度卻與濃度有關。隨著溶液的氣化，剩餘液體中低沸點物質含量的減少，其溫度將逐漸升高。所以，二元溶液的定壓氣化過程是升溫過程。同理，二元氣態溶液的定壓冷凝過程則是降溫過程。濕蒸氣中飽和液與飽和氣的溫度相同而濃度不同，飽和液的濃度低於濕蒸氣的濃度，飽和氣的濃度高於濕蒸氣的濃度。對於一定濃度的二元溶液，其飽和溫度隨壓力的增加而上升。純物質的飽和液或飽和氣狀態點只需壓力或溫度二者中一個參數即可確定，而二元溶液的飽和液或飽和氣狀態點必須由壓力、溫度、濃度中任意兩個參數確定（p-t圖）。溶解和結晶0℃以上，溴化鋰極易溶于水，0℃時飽和濃度為55％；溴化鋰在水中的溶解度隨溫度的降低而降低，溶液的濃度不宜超過66％，否則運行中，當溶液溫度降低時，將有溴化鋰結晶析出的危險性，破壞迴圈的正常運行。溴化鋰的結晶線很陡峭，濃度略有變化，結晶溫度相差很大。溴化鋰水溶液的特性溴化鋰結晶線图2-134溴化锂溶液的液固相平衡图吸收能力溴化鋰水溶液的水蒸氣分壓比同溫度下純水的飽和蒸汽壓小得多，故在相同壓力下，溴化鋰水溶液具有吸收溫度比它低得多的水蒸氣的能力，這是溴化鋰水溶液能作為吸收式製冷工質對的原因。如濃度為58％的溴化鋰水溶液在溫度為32℃時，溶液水蒸氣分壓力為479Pa，純水在32℃時為4759Pa；溴化鋰水溶液濃度越高，它對水蒸氣的吸收能力越強。溴化鋰水溶液的特性一個大氣壓下：水的沸點100℃溴化鋰的沸點1265℃溴化鋰與水的沸點溴化鋰水溶液的特性由於溴化鋰的沸點比水高得多，溴化鋰水溶液在發生器中沸騰時只有水汽化，生成純冷劑水，故不需要蒸汽精餾設備，系統較為簡單，熱力係數較高。腐蝕性對一般金屬（炭鋼、紫銅等）有強腐蝕性，有空氣（氧氣）存在時腐蝕性更為嚴重。運行時控制腐蝕方法：嚴格保持系統內的真空度（真空泵）；在溶液在加緩蝕劑減緩腐蝕。溴化鋰水溶液的特性毒性溴化鋰水溶液無毒，有鎮靜作用，大量服用有害；對皮膚無刺激作用（微癢感）；加入緩蝕劑後視緩蝕劑的種類有不同的毒性。溴化鋰水溶液的特性溴化鋰水溶液的壓力-飽和溫度圖（P-T）圖純水的P-T線結晶線溴化鋰水溶液的壓力-飽和溫度圖（P-T）圖溫度越低，溴化鋰水溶液的飽和濃度也越低。因此，溴化鋰水溶液的濃度過高或溫度過低時均易於形成結晶，這是溴化鋰吸收式製冷機設計和運行中必須注意的問題。在一定溫度下，溶液面上水蒸氣飽和分壓力低於純水的飽和分壓力，而且溶液的濃度越高，液面上水蒸氣飽和分壓力越低，則溶液的吸水性越強。相同壓力時，隨著濃度的升高；對應的溶液飽和溫度上升溴化鋰水溶液的壓力-飽和溫度圖（P-T）圖P-T圖除了可以用來確定溶液的狀態參數外，還常被用來表示溴化鋰水溶液熱力狀態的變化及溴化鋰吸收式製冷的工作迴圈過程。ABCDAB:溶液在發生器中的等壓加熱濃縮過程，稱為發生過程CD:溶液在吸收器中的等壓冷卻稀釋過程，稱為吸收過程BC:濃溶液在熱交換器中的冷卻過程；DA:稀溶液在熱交換器中的加熱過程；溴化鋰水溶液的壓力-飽和溫度圖（P-t）圖這兩個過程因為沒有發生傳質現象，因此溶液的濃度不變。P-T圖由於沒有反映比焓的變化，因此不能用P-T圖進行吸收式製冷迴圈的熱力計算。為了進行熱力計算，常用比焓－濃度圖（h-）。w溴化鋰水溶液的比焓濃度圖比焓-濃度圖不但可以求得溶液的狀態參數，還可以將溶液的熱力過程清楚地表示出來，是進行吸收式製冷迴圈的理論分析，熱力計算和運行特性分析的主要圖表。其用途相當於蒸氣壓縮製冷中的壓－焓圖。氣相區液相區溴化鋰水溶液的比焓濃度圖ABC四個參數：溫度濃度水蒸氣壓比焓只要知道任意2個，就可以查出另外2個注意：等壓線反映的是溶液所具有的水蒸氣壓，而不是溶液的壓力。只有處於相平衡時，溶液的壓力才等於其水蒸氣壓。第三節溴化鋰吸收式製冷機圖5-1單筒單效蒸汽型溴化鋰冷水機組1－冷凝器2－發生器3－蒸發器4－吸收器5－溶液熱交換器6－溶液泵I7－冷劑泵8－溶液泵II圖5-2雙筒單效溴化鋰吸收式製冷機的典型結構結構型式單筒類型雙筒類型三筒類型圖5-1為一種單筒型單效溴化鋰冷水機組理想迴圈在h-w圖上的表示點2：稀溶液出吸收器的狀態。t2、wa2-7：稀溶液。t↑、w=C7-5：稀溶液在發生器中的等濃度加熱過程。t7↑—t55-4：發生器內蒸汽發生過程。t5↑t4,wa↑wr點4：發生器出口濃溶液狀態，wr,t44-8：濃溶液在熱交換器中的預冷過程，t4↓—t8，wr=C8-9’：濃溶液與稀溶液的混合過程。wo,t9ˊ9’-9：混合溶液出吸收器噴嘴的閃發過程,wo↑—w99-2：噴淋液在吸收器的吸收過程,w,t↓3’-3：發生器產生的蒸汽在冷凝器的冷凝過程。壓力pk3-1’:冷劑水經U形管產生部分閃發（1’），未閃發冷劑水（1）進蒸發器被吸收器中噴淋的混合溶液吸收。完成一個製冷迴圈。圖5-2溴化鋰吸收式製冷的h-w圖（右圖為溶液在h-w圖上的迴圈）(1)理想溴化鋰製冷迴圈迴圈倍率和放氣範圍系統中每產生1kg製冷劑所需要的製冷劑-吸收劑溶液的kg數，稱為溶液的循環倍率，用a表示。對發生器進行溶質守恆計算：放氣範圍，表示濃溶液與稀溶液的濃度差arwa.qmf=(qmf-qmd)wr+0.qmd令a=qmf/qmd解出a=wr/wr-wamfmdqqPgPk，兩者之差是發生器與冷凝器之間的壓力損失。當加熱溫度不變時，等溫線5—5不變，如圖5-3。由於發生器的壓力由Pk↑到Pg，本來在5點可以沸騰的稀溶液在5，點才開始沸騰，降低了開始發生蒸汽的濃度，由wa↓為wa’。由於w↓使溶液的含水量增加，從而使逸出溶液的水量減少，製冷劑流量qmd↓，造成製冷量↓，（wa—wa’）稱發生不足。另一方面在加熱溫度不變的情況下，由於壓力由Pk↑到Pg，溶液的飽和壓力（溫度）也↑，溶液產生蒸汽的過熱度↓，這也使蒸汽的蒸發量↓，製冷量↓。(2)實際迴圈與理想迴圈的比較從圖上也可以看到5‘點的水蒸汽焓比5點的水蒸汽焓大，即h5”h5a，可知由於發生不足生產水蒸氣會增加能耗，熱力係數↓