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氨吸收式制冷循环模拟+灵敏度分析大作业
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氨吸收式制冷循环模拟+灵敏度分析大作业
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1
氨水吸收式制冷循环仿真模拟
蔡泽华
1
基本原理
图 1-1 氨水吸收式制冷系统工作流程图
单级循环是吸收式制冷循环的基础,图 1-1 表示了其基本工作流程。该循环主要由精馏、
冷凝、节流、蒸发和吸收过程组成。氨含量较多的富液从吸收器中流出,送入溶液泵中获得
高压后进入溶液热交换器吸热升温后流入精馏塔,由于氨与水的沸点比较接近,为了获得较
纯的制冷剂以提高制冷效率必须设置精馏塔
[1]
。在精馏塔中富液被分离为氨含量较低的贫液
和纯度很高的氨(浓度可达 99.98%)。贫液经节流阀降压后流回吸收器吸收从蒸发器来的氨。
另外,冷凝后的高浓度氨流过节流阀节流降压,然后在蒸发器内吸收热量蒸发为蒸汽,产生
制冷效应。完成制冷后的氨蒸汽流回吸收器被贫液吸收,并冷却到环境温度,氨气进入吸收
器与之前的稀氨水混合形成浓氨水完成整个循环。
2
2
物性参数设置
(1)填写物性参数中的组分信息。我们需要用到的物质组分有氨和水,因此物性中的
组分信息填写 NH
3
和 H
2
O,然后点击电解质向导中确认可能发生的化学反应,其中包含水
的离解作用,氢离子类型选择 H
+
,如图 2-1 所示。
图 2-1 组分信息
(2)确定热力学方法。选择合适的方法来估算工质的热力学性质是影响吸收式制冷循
环模拟的最重要步骤之一。因此,必须仔细选择适当的方法来估计工作流体的不同性质。
Aspen Plus 包括一个大型热力学性质和输运模型数据库,其中包含用于估计混合物性质的相
对应的混合规则。在 Aspen Plus 中执行模拟之前,务必确保选定的属性方法是最可靠的热力
学模型。由于氨溶于水形成的溶液属于无机电解质溶液,因此热力学方法选用电解质方法,
即在方法选项下的规定中选用 ELECNRTL 电解质物性方法,如图 2-2 所示,然后查看
Henry 组分、二元交互作用、电解质对确认所有物性参数输入完成。
3
图 2-2 热力学方法的确定
点击左侧分析,然后点击菜单栏的二元分析,如图 2-3 所示,分析类型选择“Txy”即可
查看对应组分在某压力条件下的 T-x-y 图。
图 2-3 二元分析参数设置
4
20barNH
3
-H
2
O 体系的 T-x-y 图如图 2-4 所示。同理可查看 108℃下 NH
3
-H
2
O 体系的 P-x-
y 图如图 2-5 所示。这是查看物质物性参数的十分重要的手段,与所选用的热力学方法有关,
不同的热力学方法所呈现出的曲线会有一定的区别,因此选用合适的热力学方法尤为重要。
T-x-y 相平衡图和 P-x-y 相平衡图是确定模拟选用的热力学方法的重要途径,一般会将相平衡
图与实验数据图进行对比,选用与所采用的实验数据最为吻合的一种热力学方法。
图 2-4 NH
3
-H
2
O 体系的 T-x-y 图
图 2-5 NH
3
-H
2
O 体系的 P-x-y 图
NH3/H2O的T-xy图表
液相/汽相摩尔分率, NH3
温度,
C
0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 0.125 0.150 0.175 0.200 0.225 0.250 0.275 0.300 0.325 0.350 0.375 0.400 0.425 0.450 0.475 0.500 0.525 0.550 0.575 0.600 0.625 0.650 0.675 0.700 0.725 0.750 0.775 0.800 0.825 0.850 0.875 0.900 0.925 0.950 0.975 1.000
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
180
185
190
195
200
205
210
215
x 20.0 bar
y 20.0 bar
NH3/H2O的P-xy图表
液相/汽相摩尔分率, NH3
压力,
bar
0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 0.125 0.150 0.175 0.200 0.225 0.250 0.275 0.300 0.325 0.350 0.375 0.400 0.425 0.450 0.475 0.500 0.525 0.550 0.575 0.600 0.625 0.650 0.675 0.700 0.725 0.750 0.775 0.800 0.825 0.850 0.875 0.900 0.925 0.950 0.975 1.000
0.0
2.5
5.0
7.5
10.0
12.5
15.0
17.5
20.0
22.5
25.0
27.5
30.0
32.5
35.0
37.5
40.0
42.5
45.0
47.5
50.0
52.5
55.0
57.5
60.0
62.5
65.0
67.5
70.0
72.5
x 108.0 C
y 108.0 C
5
3
各模块参数设置
本仿真模型的开发过程中使用了“序贯模块法”,对其中每个模块分别计算,即某一时
间只计算一个模块单元。模型中考虑了循环输入条件的“断点”。该“断点”作为状态点 1,
即精馏塔入口。溶液热交换器出口(状态点 1A)和 精馏塔如口(状态点 1)代表相同的状态,
因此状态点 1A 应具有与模拟运行后精馏塔入口输入相同的特性,这构成了模拟的收敛准则。
3.1
精馏塔
在氨水吸收式制冷循环中,精馏塔是最为重要的一个部分,该设备的作用是得到近乎纯
的氨。若精馏效果不佳,氨气中含有较多水分,导致液氨在蒸发时所需的压力降低;同时氨
中的水分将滞留于蒸发器,从而降低系统的制冷效果
[2]
。因此精馏塔的精馏效果对整个吸收式
制冷系统具有重要影响。
如图 3-1 所示,精馏塔从下之至上由五部分构成:再沸器、提馏段、进料板、精馏段、回
流冷凝器。氨水溶液从进料板进入精馏塔,流经提馏段的各层塔板,逐层而下至塔底的再沸
器,该过程溶液温度不断升高
[3]
。溶液吸收再沸器的热量,导致其一部分的液体变成气体,剩
余的液体从塔底流出,进入溶液热交换器参与换热。每层塔板产生的气体向上流动,最终进
入回流冷凝器中,由气态变为液态,部分液体重新流入到精馏塔中参与循环,而剩余液体从
塔顶流出进入过冷器。
对于回流冷凝器可分为两种:部分回流冷凝器和全回流冷凝器。对于前者来说,当近乎纯
的氨气流入冷凝器中,部分气体冷凝成液体,作为回流液进入精馏塔之中。剩余气体从塔顶
流出,重新进入新的冷凝器中继续冷凝
[4]
。全冷凝器将氨气全部冷凝为氨液,一部分作为回流
液重新流进精馏塔之中,一部分无需再次被冷凝,直接流经过冷器中
[5]
。
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资源评论
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