基于gax循环氨水双膜传热传质过程的实验和模拟研究

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1、北京化工大学硕士学位论文GAX循环氨水双膜传热传质过程的实验和模拟研究姓名：邹弋申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：郑丹星20100531北京化工大学硕士研究生毕业论文GAX循环氨水双膜传热传质过程的实验和模拟研究摘要吸收式制冷是一种可以直接采用低品位的热能作为驱动能源的制冷方式，并且利用天然工质作为制冷剂，是一种节能环保的绿色技术。在能源危机和环境问题日益严重的今天，吸收式制冷吸引了越来越多的研究者的注意。如何提高吸收式循环系统的效率是近来吸收式循环研究的焦点。目前吸收式制冷循环高效化的手段，主要着眼于三个方面：一方面是工质对的研究，试图寻找新的，

2、性能更好的替代工质对；另一方面是从循环的构型出发实现制冷循环的多级、多效化以及循环内部能量耦合的优化；再一方面就是循环关键过程的传质传热的强化，减小过程的推动力。本文主要从事GAX循环双膜分离过程传质传热特性以及模拟和实验研究。研究工作分为两个组成部分：GAX循环热集成分析与双膜过程传质传热的实验研究。热集成分析研究采用AspenPlus流程模拟软件模，拟了氨水GAX吸收式制冷循环中的氨分离过程，提出了增设中间再沸器模拟GAX氨分离过程的方法，并考察了中间再沸器的热交换效率、进出口位置和塔内采出物流流量对精馏塔的操作成本的影响。通过热集成度分析发现，增设中

3、间再沸器的方法可以降低精馏和高温塔釜液换热过程的损失，从而提高系统的热集成度。增设中间再沸器后，塔釜热负荷、塔顶热负荷分别降低了10．5l％和13．45％，系统热集成度提高了12．87％。双膜过程研究提出了一种新型GAX系统氨水双膜分离器，分离侧采用垂直降I北京化工大学硕士研究生毕业论文膜分离过程，加热侧则采用环隙强制升膜，整个换热过程为对流换热过程。首先通过以水为工质的热膜实验验证了小环隙这种特殊的几何结构的传热特性；又通过氨水分离实验验证环隙操作条件对分离效果的影响。文章考察了环隙雷诺数、温度和环隙尺度对传质传热的影响。并归纳出与环隙尺度有关的数学模型

4、。本文在GAX循环中氨分离过程的热集成中提出了以增设中间再沸器的方法减小GAX循环中氨分离过程的能耗。实际上，中间再沸器的设置是对高温塔釜液能量的梯级利用，把高温塔釜液的能量再次用于高浓度氨水的发生过程。立式双膜热交换器的研究正是为中间再沸器的设置提供新的思路。从立式双膜热交换器的结构而言，环隙强制升膜流体为管内降膜高浓度氨水提供分离所需的热量。换言之，将立式双膜热交换器应用于GAX循环的氨分离过程，环隙升膜液可为高温塔釜液，管内降膜液可为待分离的高浓度氨水。这样的配置，可以减小因增设中间再沸器而导致的系统复杂性增大，大幅度减小了设备尺寸。为开展新循环的实

5、验研究奠定了理论基础。关键词：双膜，传热，传质，升膜，降膜，环隙，GAX循环，氨分离，热集成北京化工大学硕士研究生毕业论文EXPERIMENTALANDSIMULATIONSTUDYoNDoUBLEFILMHEATANDMLASSTRANSFERPRoCESSINTHEAMMoNIA／rWATERGAXCYCLEABSTRACTAbsorptionrefrigerationisanenergysavingrefrigerationtechnologyandaneffectiveapproachtoutilizelowgradeheatasdrivingpo

6、weranditsworkingfluidisnaturalcryogen．So，moreandmorescholarspaidattentiontoabsorptionrefrigeration．Mostscholarsfocusonaneffectivetechniquetoimprovetheperformanceofabsorptioncycle．Now,threewaysareusuallytakeninabsorptionrefrigerationcycletomakesystemmoreefficient：First，trytoresearc

7、handfindnewworkingfluidwithbetternaturalproperty；Second，improveabsorptioncycleconstructiontogetmulti—stageandeffectandmoreexcellentinternalenergyintegration；Third，enhanceefficiencyofheatandmasstransferofkeyprocessofabsorptioncycletoreduceresistanceofheatandmasstransfer．Inthisstudy

8、,experimentalandsimulatingresearc