化工热力学第六章liyibing.ppt

6.4.3 吸收式制冷 吸收式制冷是消耗热能而实现制冷目的。选用的工质是混合溶液，如氨水溶液、水溴化锂溶液等。氨水溶液中，氨是制冷剂，水是吸收剂；水溴化锂溶液中水是制冷剂，溴化锂是吸收剂。图6-20是示意图。图中虚线部分，代替了蒸汽压缩制冷装置中的压缩机。 其他的组成部分与蒸汽压缩制冷相同。循环过程：从蒸发器出来的氨蒸气进入吸收器被稀氨水吸收（吸收器用冷却水冷却，维持低温，有利于吸收），吸收器出来的浓氨水和解吸器来的稀氨水在换热器内进行热交换提高温度后用泵打入解吸器。（充分利用热能） 浓氨水在解吸器中被外部热源（可以是蒸气或其他废热）加热蒸出氨蒸气，氨蒸气进入冷凝器冷凝成液氨、节流、蒸发完成一次循环，降温后的稀氨水则进入吸收器再次吸收氨。 吸收式制冷中，利用制冷剂在低温下被吸收剂吸收以及在较高温度下从吸收剂中解吸的过程代替压缩过程，即以消耗热能代替消耗机械能实现制冷目的。 解吸器的压力由冷凝器中制冷剂的冷凝温度决定； 吸收器的压力由蒸发器中制冷剂的蒸发温度决定； 根据解吸器和吸收器所给定的温度、压力条件，从氨水的蒸汽压-浓度数据关系确定氨水的浓度。 吸收式制冷装置的技术经济指标用热能利用系数ξ表示。 式中，Q0 为吸收式制冷的制冷量， Q 为热源供给的热量。 6.4.4 热泵及其应用 化工生产过程中存在着各种各样的废热，像锅炉废气、工艺水、冷凝液等。虽然携带废热的介质(气体或液体)温度较低，但如果将其能量品位提高，这部分热能还是可以利用的。 热泵是以消耗一部分能量(机械功或电等)为代价，通过热力循环，将热能不断地从低温区输送到高温区的装置。热泵的作用是将低品位的能量提高到能够被利用的较高温度，达到重新用于工业生产或人工取暖的目的。很显然，热泵循环的热力学原理与制冷循环的完全相同，只是两者的工作范围和使用目的不同。制冷装置是用来制冷，热泵是用来供热。 吸收式制冷的优点是可以利用低品位的热能以及工业生产中的余热或废热；装置中没有昂贵的压缩机，设备成本低廉。缺点是热能利用系数低，装置体积庞大。 虽然热泵循环是用来供热，制冷循环是用来制冷，但经过合理的设计，使同一装置可以在不同的温度范围内工作，便可以在同一机组中实现供热和制冷两个功能。 热泵循环的能量平衡方程为 (6-44) 式中，QH 为热泵的供热量；QL 为取自低温热源的热量；W 为完成循环所消耗的净功量。 一般情况下，QL 来自室外空气或天然水等自然介质，即便是生产中使用的热泵，消耗的也是工业废热，不计入成本。因此热泵的操作费用仅取决于压缩机消耗的机械能或者电能的费用，其经济性能以单位功量所得到的供热量来衡量，称为供热系数，用 表示，即 (6-45) 理想热泵(逆向Carnot 循环)的供热系数为 (6-46) (6-47) 将能量平衡方程式 ( 6 – 44 ) 代入式( 6 – 45 )，可导出供热系数与制冷系数的关系式，为 上式表明，供热系数大于制冷系数，且 永远大于 1。这说明热泵所消耗的功最后也转变成热而一同输到高温热源。因此，热泵是一种合理的供热装置。家用冷暖空调就是采用热泵进行空气调节的，其电能耗要远低于直接电加热的取暖器，且可以一机两用。 随着能源和环境问题的日益严重，使高效节能的热泵技术越来越受到重视。除了住房用的小型热泵外，大型工业热泵也被广泛使用。工业热泵主要用于生产过程中的余热回收，尤其适用于那些温度低于 80℃ 的大量温热水、冷凝水热量的回收利用。 例如，在海水淡化的蒸发过程中，产生的二次蒸汽量几乎与加热蒸气量相当，但其温度、压力都比加热蒸汽为低，不能直接应用。为利用这部分热能，可将蒸发过程与热泵循环合二为一，构成热泵蒸发，其工作原理如图 6 – 21 所示。 将蒸发器中沸腾溶液（海水）蒸发出来的二次蒸汽送入压缩机绝热压缩，使温度、压力提高后再送回蒸发器的加热室，作为加热蒸气使用，使蒸发器内的溶液继续蒸发，而其本身则冷凝成水。由冷凝器巧妙结合构成的热泵循环，蒸汽的潜热得到反复利用，而且还省去了冷凝器的冷却介质，从而达到节约能源、降低成本的目的。 [例6-5] 某冷库需要一台制冷能力为2×105kJ/h,功率为18kW的制冷机，试问：1.制冷机的冷冻系数是多少？2.冷却冷凝器的热负荷是多少？3.若冷凝器的热负荷不变，操作温度为298K，冷冻蒸发器所能保持的最低温度是多少？ 解：假设制冷剂的循环量为m，1.制冷机的冷冻系数为： 2.由图可见，冷却冷凝器的热负