氨水精馏效果及其对氨水吸收式系统性能影响的试验研究

　　1 引言

　　氨水吸收式制冷机由于氨工质绿色环保、性能优良,且可获得低于零度的较低的温度,在很多场合有其独到的优越性。国内外对该制冷机的研究日益增多,但主要集中在吸收机理^[1~3、9~10]、整机性能的热力学分析^[4~5、11]、软件模拟计算[6](如物性软件)等方面,而对氨水吸收式系统的重要环节精馏过程研究甚少。本文对氨水精馏过程做了有益的试验探索。

　　2 制冷剂残留水分对系统影响的理论分析

　　从氨水工质对的h-E图中,可以定性地分析当精馏效果不好、氨制冷剂中含部分水分时,对制冷系统性能的影响:

　　在图1中,PE、PC表示的是等压线;t1、t2表示的是等温线;E虚线表示的是等浓度线。其中PC>PE, t1>t2>tE>t3,Er">Er>Ea。设纯氨制冷剂时对应的蒸发压力和蒸发温度为PE、t3;制冷剂含水分时的蒸发压力和蒸发温度为PE*、tE。PC为系统冷凝压力,Er、Ea为系统内的浓溶液和稀溶液浓度。

　　2.1 水分含量对蒸发压力和蒸发温度的影响

　　从图中可以看到,当制冷剂中含有水分时,制冷剂氨的浓度由1降为Er",保持蒸发压力不变,则蒸发温度由t3升高为tE,即水分含量使制冷剂的沸点上升。同理,若保持蒸发温度t3不变,压力表中指示的实际蒸发压力(PE*)要比纯氨制冷剂时的蒸发压力(PE)要低,即PE*

　　2.2 水分含量对系统性能的影响

　　由系统热力计算,可以得到以下公式:

　　式中f—溶液循环倍率

　　式中qh—系统发生器单位热负荷, kJ/kg

　　q0—单位制冷量, kJ/kg

　　h9—精馏后制冷剂气体的焓值, kJ/kg

　　ha—稀溶液的焓值, kJ/kg

　　h3—发生器进口浓溶液焓值, kJ/kg

　　qR—单位精馏热, kJ/kg

　　ERa—精馏后制冷剂气体的浓度, kg/kg

　　经分析可知,当蒸发温度一样时,含水制冷剂的蒸发压力比纯氨制冷剂蒸发压力要低,由于吸收温度t2不变(由冷却水温度决定),吸收后浓溶液浓度由Er减小为E'r,溶液循环在图(1)中由1-2-3-4变为1-5-6-7,因而(Er-Ea)将减小,f增大,qh增大,COP减小。

　　2.3 水分含量对制冷量的影响

　　蒸发中,随着氨的蒸发,溶液中水的比例逐渐增多,相应的蒸发温度逐渐上升,制冷量下降。与纯氨制冷剂相比,含水制冷剂制冷量的降低值,与在蒸发过程中,和水相结合的氨的量有关,这部分氨造成了制冷量的损失。把对应于蒸发压力和蒸发温度tE的溶液平衡浓度设为EEE,因此,蒸发器中残留下来的溶液中,氨的质量与水的质量之比为;1kg浓度为ERa的制冷剂混合物共有)制冷剂不起制冷作用。

　　设即表示制冷剂制冷量的损失的比例。