氨水吸收式制冷系统中制冷剂提纯的研究进展.pdf

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1、552化工机械2013年氨水吸收式制冷系统中制冷剂提纯的研究进展4孔丁峰料1柳建华2(1．中国科学院上海高等研究院；2．上海理工大学)摘要从溶液物性和制冷系统方面介绍了氨水吸收式制冷的研究现状，着重讨论了嗣冷剂对系统性能的影响，归纳了通常采用板效率修正平衡级模型进行精馏设备设计的方法，指出采用基于速率的非平衡级模型可描述系统中制冷剂实际的提纯过程。为改进氨精馏塔的设计提供参考。关键词氨水吸收式制冷精馏传质非平衡级中圈分类号TQ025．3文献标识码A文章编号0254-6094(2013)05-0552-05能源短缺是当今备受关注的全球性问题，从我国能源利用效率来看，开发余热、废热及太阳能等

2、低品位热能的能源利用技术，为解决我国能源供需矛盾提出了一个重要方向。气候变暖和臭氧层破坏所带来的环境污染也是当前人们普遍关注的又一全球性问题，实现CFCs、HCFCs和HFCs这类制冷工质的替代，采用臭氧层损耗潜能值(ODP)和全球变暖潜能值(GWP)较低的制冷工质，特别是自然工质的使用将是环境保护的有效途径。氨水吸收式制冷是一种以热能为驱动力的制冷技术，自从1860年法国的费迪南德·卡尔发明了氨水吸收式制冷机，科研人员在氨水吸收式制冷系统领域的研究已经进行了很多年，但因为其在应用过程中存在着设备尺寸较大和初投资高及热效率低的问题，随着蒸汽压缩式制冷机的蓬勃发展，氨水吸收式制冷机在发展中

3、受到一定的限制。近三十年来，由于国际能源问题日益严重，合成制冷剂对大自然破坏的现实，由工业余热、废热或可再生能源驱动的氨水吸收式制冷系统重新引起越来越多研究者的重视与开发热情。氨水吸收式制冷系统可有效利用余热制取O。C以下低温，由于氨一水两组分的标准沸点相近，在发生过程中挥发出的氨蒸气含有水蒸气，在很大程度上影响氨水吸收式制冷系统的效率和工作范围，需设置精馏设备提高氨制冷剂的纯度。1氨水吸收式制冷系统的发展研究氨水吸收式制冷系统中，吸收器和发生器的作用相当于蒸汽压缩式制冷机中的压缩机，其换热器主要包括发生器、蒸发器、冷凝器、吸收器以及精馏塔等。氨水吸收式制冷循环主要建立在制冷剂氨蒸气循环

4、和氨水溶液循环上。1．1氨水溶液物性的研究进展氨是最早就开始使用且应用较广的中温制冷剂之一，Stoecker根据以往的文献实验数据推导出了计算氨水溶液热物理性质的多项式；其后的Jain和Gable推导出了在两个压力范围之内(0．3445—0．5472MPa及1．723—2．432MPa)计算氨水溶液热物理性质的多项式。氨分子与水分子相比，分子量大小相差不多，都是强极性物质，但两者的电子式形状不同，组分分子间的相互作用导致能量不对称，分子在气相中发生缔合，由于氢键的存在，也会使液相存在非理想性，两种分子间存在着缔合与离子化特殊作用的氨水溶液会呈现出非理想化的特殊性⋯。因此，研究氨水体系的制

5、冷剂提纯过程，必须通过严格的热力学关系式来确定其气液相平衡行为。SchulzSCG在前人的研究基础上，针对氨水溶液的饱和气相和液相，分别建立了在温度范围从一73—1770C，压力范围从0．9807～2452kPa女国家自然科学基金青年科学基金项目(51206114)。料孔丁峰，女，1983年12月生，助理研究员。上海市，201210。第40卷第5期化工机械553条件下的氨水溶液状态方程式旧J，该状态方程式分别通过计算氨水溶液中纯氨组分和纯水组分的Gibbs自由焓和混合物超额Gibbs自由焓，构成氨水溶液混合物的Gibbs自由焓气液关联式，进而能推导氨水溶液的熵方程、焓方程等关系式。文献[

6、3—7]拓展了在不同压力范围下的氨水溶液状态方程式。氨水体系气液相平衡的预测是吸收式制冷系统研究的重要基础工作，国内正逐渐加强对这一热点的研究，徐士鸣按热力学关系式从Schulz建立的氨水溶液状态方程推导出了氨水溶液相平衡关联式¨1。QiY和ZhengDX评价了6个具有代表性的气液相平衡模型，用回归的SR-P方程描述了氨水气液相平衡过程一1。郑丹星等研究发现：在0～2MPa的压力范围内，活度系数法较状态方程法对氨水体系气液平衡性质预测的适用性较优‘叫。1．2氨水吸收式制冷系统的研究进展对于氨水吸收式制冷系统的研究，关键是要考虑低品位热源的高效率利用，反映到系统性能上就是系统热能利用率也就

7、是性能系数(COP)的值。国外单级氨水吸收式制冷机的最大制冷量已达1000RT，最低蒸发温度为一55℃，在较低的蒸发温度范围一40一一20℃下，制冷系统COP可达到0．4—0．6¨“。上海交通大学研制的太阳能氨水吸收式制冰机，日产冰量可达5．4kg，制冰机总效率为6．24％¨2

8、；陈斌研制的氨水吸收式制冷实验装置经过改进后，系统在发生器加热温度为71．78℃情况下，实验证明其制冷系统COP为0．278¨3‘；苏晓群等研制出可在100