论文总字数：26962字

摘 要

吸收式制冷循环具有可以利用低品位热源驱动、不使用有害工质等独特优点，越来越受到人们的关注。制冷工质对的研究对吸收式制冷技术的应用和发展具有实质意义。其中氨-水吸收式制冷工质对由于单位制冷量大等优点得到研究，但氨-水吸收式制冷系统中由精馏热以及工作压力高等特点导致系统性能较低。为了克服以上缺点，可在氨-水溶液中添加某种盐来提高系统性能，如在溶液中添加溴化锂、硝酸锂等工质。本课题将通过已有商业软件分析氨-水-盐三元吸收式制冷系统在不同盐浓度时系统性能系数，探究添加不同盐类对氨-水吸收式制冷系统的影响，并对系统进行优化。

本文基于Aspen Plus，建立了二元工质的氨水吸收式制冷系统模型，通过数值模拟表明Aspen Plus仿真模型得到的结果与已有文献数据基本符合，误差在8%之内，表明模拟可靠。在此基础上，本文建立了含盐的氨水吸收式制冷系统模型，模拟结果表明相对于二元氨-水系统，在加入第三种盐后，系统发生压力会下降。加入溴化锂浓度为25%时，与相同工况下的二元氨水系统相比，能效比提升8.9%；加入硝酸锂浓度为25%时能效比增加了19.5%。在氨-水-溴化锂系统的基础上增加了电渗析膜分离装置后，其能效比提高了36.1%，使用膜分离设备可以提高系统性能。

关键词：吸收式制冷，三元，Aspen Plus，膜分离

Abstract

Absorption refrigeration cycle has the advantages that it can be driven by low-grade heat source and does not use harmful working fluids. The study of the refrigerant pair has practical significance for the application and development of absorption refrigeration technology. Among them, the ammonia-water absorption refrigerant has been studied for its advantages such as large unit refrigeration capacity. However, the performance of the ammonia-water absorption refrigeration system leads to low system performance due to heat of distillation and high operating pressure. In order to overcome the above disadvantages, a certain salt may be added in the ammonia-water solution to improve the system performance, such as adding lithium bromide, lithium nitrate and other working substances in the solution. This project will analyze the system performance coefficient of ammonia-water-salt ternary absorption refrigeration system at different salt concentrations through software, explore the impact of adding different salts in the solution, and optimize the system.

Based on Aspen Plus, this paper establishes a model of ammonia absorption refrigeration system of binary working fluid. Through numerical simulation, the results are basically consistent with the literature data, and the relative error is within 8%, indicating that the simulation is reliable. Based on this, a model of ammonia absorption refrigeration system containing salt is established. The simulation results show that compared with the binary ammonia-water system, the pressure of the system will decrease after adding the salt. When the concentration of LiBr is 25%, the COP is increased by 8.9% ,compared with the binary ammonia system under the same conditions; when the concentration of LiNO3 is 25%, the energy efficiency ratio is increased by about 19.5%. After adding the electrodialysis membrane on the basis of the ammonia-water-lithium bromide system, the energy efficiency ratio has increased by 36.1%, and using membrane can improve system performance.

KEY WORDS: absorption refrigeration , ternary, Aspen Plus, membrane separation

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文研究内容 3

第二章 基于Aspen Plus的吸收式制冷模型建立 4

2.1 Aspen Plus软件 4

2.2 吸收式制冷流程建立 4

2.3 小结 8

第三章 吸收式制冷流程模拟 9

3.1 二元吸收式制冷模拟 9

3.1.1 普通循环 9

3.1.2 GAX循环 10

3.1.3 两种循环对比 12

3.2 三元吸收式制冷模拟 13

3.2.1 普通循环 13

3.2.2 GAX循环 17

3.2.3 两种循环对比 17

3.3 变工况比较 19

3.3.1 改变冷却介质温度 19

3.3.2 改变吸收温度 20

3.4 模型优化 22

3.5 小结 25

第四章 结果及展望 27

参考文献 29

绪论

研究背景

随着环境破坏和能源短缺问题越来越严重，吸收式制冷以节约环保等优势得到广泛关注，可以利用太阳能、废水废热等低品位热源的吸收式制冷系统更是成为研究重点。吸收式制冷循环具有可以直接利用低品位热源驱动、不使用有害工质等独特优点，越来越受到人们的关注。吸收式制冷利用热源在发生器中加热浓溶液，使其中作为制冷剂的低沸点组分部分被蒸发出来。然后送入冷凝器冷凝成为液体，由节流阀降到蒸发压力，在蒸发器中蒸发制冷。蒸发器出来的制冷剂蒸气被发生器中完成发生过程后剩下的稀溶液吸收，使溶液重新恢复到原有浓度，再由溶液泵送到发生器中循环使用。目前广泛使用的吸收工质对均为二元工质，氨-水和溴化锂-水是目前使用最广泛的热物性最好的两种二元吸收工质对，却有各自的不足。溴化锂-水有对真空要求高，且由于只能有水蒸发出来作为制冷剂而不能获得零度以下制冷温度、溴化锂溶液温度过低时会结晶、高温时的腐蚀问题。而氨-水吸收式制冷工质对由于单位制冷量大、可以在蒸发温度区间运行等优点得到较多研究，但氨水溶液中氨和水的沸点相差不大，使水相对于氨有一定的挥发性。氨在发生器中被加热时，有部分水会随氨一起蒸发出来。因而必须采用精馏设备，用以提高进入冷凝器的氨蒸气浓度。氨-水吸收式制冷系统中由于精馏过程产生的精馏热以及工作压力偏高等特点导致系统性能较低、运行经济效益差，主要发生气体水含量大，需要采用蒸馏等分离装置而引起系统庞大。为了克服以上缺点，可在氨-水溶液中添加某种盐来增强氨的发生效果并提高系统性能系数，如在溶液中添加溴化锂、硝酸锂、氢氧化钠等工质。制冷工质对的研究对吸收式制冷技术的应用和发展具有实质意义。本课题将通过商业软件Aspen Plus分析氨-水-盐三元吸收式制冷系统在不同盐浓度时系统性能系数，探究添加不同盐类对氨-水吸收式制冷系统的影响，并对系统进行优化。

国内外研究现状

现有的文献对于三元吸收制冷工质有了一定的研究，其中研究最多的是氨-水-溴化锂，除此之外还有氨-水-氢氧化钠，氨-水-硝酸锂等。

王鹏飞等^[1]针对三元吸收制冷的研究进展做了简单介绍及展望，得出以下结论：加入第三种工质后，制冷剂气相中水含量减少，甚至可以避免使用精馏过程，使用三元吸收制冷有利于简化系统；现在仍然缺少对于三元工质物性的成熟的计算方法，需要作出进一步研究。

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