升膜理论在氨水吸收式制冷循环中的应用

    0　引　言

    吸收式制冷机是以热能为动力,且将正向循环与逆向循环合为一体的制冷装置。吸收式制冷机可以利用低压蒸汽、热水、工厂废热或废气等低品位热能作为驱动力,使能源可以得到充分合理的应用;此外,出于环保要求,国际上制定了严格的CFCs限制及禁用措施,加之能源愈来愈紧缺,在这种形势下,氨水吸收式制冷的应用前景越来越广阔[1]。

    在氨水吸收式制冷机中,由于氨气和水在相同压力下的汽化温度比较接近(例如在一个大气压下,氨与水的沸点分别为- 33.4和100℃,两者仅相差133.4℃);对于氨水溶液加热所产生的蒸汽中含有较多的水分。氨蒸汽质量分数的高低,直接影响整个装置的经济性,为了提高氨蒸汽的质量分数,必须加精馏塔。然而,精馏塔的安装工艺要求比较高,整个塔体与竖直面间的夹角要求在3°～5°,因而就限制了这一循环在车、船等制冷系统中的应用。现行的解决办法是用多级冷凝发生来实现精馏塔的功能,如采用高温发生出的氨蒸汽作为下一级发生加热热源的双效循环;采用高温流程的吸收热作为低一级发生的加热热源的双效循环等。氨气的质量分数是提高了,但前者会使得工作循环压力相当高,而后者的结构又过于复杂,无论是循环实现还是过程控制,都极为不便[2-3]。本文将比较前沿的升膜理论应用到制冷循环中,用一个冷凝发生器来实现精馏塔的功能,既解决了没有精馏器塔而造成的氨气的质量分数过低的问题,也使得整个循环的结构大为简化。

    1　冷凝发生循环简述

    如图1所示,质量分数为w1的fkg浓溶液(点1)进入发生器,在发生器内被加热;吸收热量后产生Rkg质量分数为w3的氨气(点3),压力为ph,其中含有较多的水分。这些较浓的氨气进入冷凝发生器中,重新发生形成1 kg质量分数为w5的浓氨气,压力变为pa,剩余的(R- 1)kg比较浓的氨水溶液直接进入吸收器中。从冷凝发生器出来的几乎是纯氨的蒸汽进入冷凝器C,在等压、等质量分数条件下冷凝成液体(点6)。液氨经过节流阀K,压力下降到蒸发压力p1(点6a)后进入蒸发器E。在蒸发器内,液氨吸收物体的热量而气化,进入吸收器内。

    另一方面,从发生器底部排出的质量分数为wa的(f-R)kg稀溶液(点2),在溶液热交换器T内温度下降,经过节流阀压力下降到pl;进入吸收器A,吸收由蒸发器产生的1 kg氨气,形成(f-R+ 1)kg质量分数为w9的浓溶液,吸收过程产生的热量被冷却水带走。点9状态的浓溶液经溶液屏蔽泵G后压力提高;再经溶液热交换器T加热,温度升高,进入储氨器S中,与从冷凝发生器出来的(R- 1)kg浓溶液混合,形成质量分数为w1的fkg浓溶液(点1),最后进入发生器D,循环重复进行[4]。