CN108413665A - 氨水吸收式制冷系统中不凝性气体与氨气的分离装置 - Google Patents

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孙淑娟
杜垲
江巍雪
李舒宏
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/04—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for withdrawing non-condensible gases
    • F25B43/046—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for withdrawing non-condensible gases for sorption type systems

Abstract

本发明涉及制冷循环设备技术领域，特别涉及一种氨水吸收式制冷系统中不凝性气体与氨气的分离装置，括冷凝器、吸收器、抽气泵、膜分离元件、氨储液罐，所述膜分离元件包括填充在壳体内部的中空纤维膜；所述膜分离元件的进气口、出气口与中空纤维膜的内部连通，所述膜分离元件的进液口、出液口与中空纤维膜的外部连通，通过膜分离元件将氨水吸收式制冷循环中的不凝性气体进行了分离，通过在氨储液罐出口管路上设置液相取样装置，能够判断膜分离元件产生的氨液的浓度大小，并配合导流阀改变不同浓度的氨液的流向，实现了制冷剂蒸汽的回收，解决了氨水吸收式制冷系统排放不凝性气体造成的环保问题，节约制冷剂，使得制冷系统能够高效安全地运行。

Description

氨水吸收式制冷系统中不凝性气体与氨气的分离装置
技术领域
本发明涉及制冷循环设备技术领域，特别涉及一种氨水吸收式制冷系统中不凝性气体与氨气的分离装置。
背景技术
制冷系统在运行过程中，系统内难免混有在系统冷凝压力和冷凝温度下不能液化的气体，称为不凝性气体，不凝性气体的主要成分是空气，其来源：
(1)安装或检修制冷设备后，充灌制冷剂前，系统抽空不彻底，内部留有空气；
(2)补充制冷剂或者清洗过滤器时，空气混入系统中；
(3)当蒸发压力低于大气压力时，空气从不严密处渗入系统内；
(4)制冷剂和吸收剂与机体材料在运行条件下产生的不凝性气体；
不凝性气体会对制冷系统的正常运行产生以下不利影响：
(1)氨吸收式制冷是一个封闭的循环制冷过程，不凝气的存在会使气氨的冷却液化效果降低；不凝气在冷凝器中会挤占换热空间，从而降低冷凝换热效率，在吸收器中会挤占吸收空间，从而降低吸收器吸收效果，影响到氨水吸收式制冷放气范围，从而增大循环倍率，降低系统制冷性能系数；
(2)不凝气的热阻很高，阻碍了传热的进行，使换热器的换热效率降低，导致换热面积不足。
综上所述，进入系统并集中在冷凝器和吸收器中的空气及其他不凝性气体，将引起制冷量减小，系统经济性降低；尤其是对于氨系统，氨和空气混合后，高温下有爆炸的危险，因此必须经常排出制冷系统中的不凝性气体。而在冷凝器和吸收器中，空气及其他不凝性气体是同制冷剂氨蒸汽混合在一起的，排出这些气体的同时将不可避免地排出一部分氨气，从而造成损失；为了减少损失，对于中、大型制冷装置，通常利用气体分离器来排放不凝性气体，它可以将排出气体中的制冷剂氨蒸汽冷凝下来并回收。
中国专利CN 201711056606.7公开了一种应用于氨水吸收式制冷的不凝气体分离、收集、排放装置，吸收器通过泵吸入氨水过冷装置连接至立式离心泵，立式离心泵通过离心泵排气孔连接至自动气体排气装置，自动气体排气装置内设置有换热管，回氨气管通过换热管与氨气管的一端连接，氨气管的另一端接至泵吸入氨水过冷装置，自动气体排气装置的顶部设置有不凝性气体气腔，不凝性气体气腔的外壁安装有自动排气阀门，与不凝性气体气腔连通的外部管道上安装有压力表控制器，所述自动气体排气装置内部还安装有液位控制装置。但该装置中立式离心泵吸入的是吸收终了的全部的浓溶液，流量较大且浓度较高，易导致泵的气蚀和功耗增加，对于氨水溶液循环流率较大的大型制冷系统，此种回收方式会造成生产成本大幅增加，并不适用。
发明内容
本发明解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种氨水吸收式制冷系统中不凝性气体与氨气的分离装置。
为解决上述问题，本发明的技术方案如下：
氨水吸收式制冷系统中不凝性气体与氨气的分离装置，包括冷凝器、吸收器、抽气泵、膜分离元件、氨储液罐，
所述膜分离元件包括壳体、设置在壳体底部的进气口、设置在壳体顶部的出气口、设置在壳体侧壁和进液口和出液口、以及填充在壳体内部的中空纤维膜；所述膜分离元件的进气口、出气口与中空纤维膜的内部连通，所述膜分离元件的进液口、出液口与中空纤维膜的外部连通，所述膜分离元件出液口与氨储液罐的进液口相连；
所述的吸收器顶部设有出气管口，出气管口连接至抽气泵进气口，抽气泵出气口连接至膜分离元件的进气口，
冷凝器顶部设有出气管口，出气管口连接至膜分离元件进气口。
作为本发明的一种改进，所述中空纤维膜为亲水性中空纤维膜。
作为本发明的一种改进，所述中空纤维膜以螺旋状排布于壳体内。
作为本发明的一种改进，所述吸收器出气管口与抽气泵之间设置有第一截止阀。
作为本发明的一种改进，所述冷凝器出气管口设置第二截止阀。
作为本发明的一种改进，所述氨储液罐设置氨储液罐出液口，所述氨储液罐出液口管路上设置有液相取样装置。
作为本发明的一种改进，所述氨储液罐出液口通过导流阀分别连接至吸收器浓溶液出口管路以及膜分离元件进液口。在氨储液罐出口管路上设置有液相取样装置，能够判断膜分离元件产生的氨液的浓度大小，并配合导流阀改变不同浓度的氨液的流向，从而避免了浓度较低的氨水溶液汇入吸收器出口浓溶液管路而影响后续精馏塔进料液的浓度，从而不会影响制冷系统整体制冷性能。
作为本发明的一种改进，所述氨储液罐出液口与导流阀相连的管道上设置氨液循环泵。
作为本发明的一种改进，所述膜分离元件的壳体为管壳式结构，外壳用钢板做成的筒体，两端有管板。
相对于现有技术，本发明的优点如下，
本发明的装置采用了亲水性中空纤维膜的膜分离元件将氨水吸收式制冷循环中的不凝性气体进行了分离，并回收了其中的制冷剂蒸汽，解决了氨水吸收式制冷系统排放不凝性气体造成的环保问题，并且节约了制冷剂，使得制冷系统能够高效安全地运行。
附图说明
图1为本发明系统的连接示意图；
图2为本发明膜分离元件的具体内部结构图；
其中：1-吸收器，2-第一截止阀，3-抽气泵，4-冷凝器，5-第二截止阀，6-膜分离元件，7-氨储液罐，8-氨液循环泵，9-导流阀，10-液相取样装置，11-膜分离元件进气口，12-膜分离元件进液口，13-膜分离元件出液口，14-膜分离元件出气口，15-吸收器浓溶液出口管路。
具体实施方式
实施例1：
氨水吸收式制冷系统中不凝性气体与氨气的分离装置，包括冷凝器4、吸收器1、抽气泵3、膜分离元件6、氨储液罐7，
所述膜分离元件6包括壳体、设置在壳体底部的进气口11、设置在壳体顶部的出气口14、设置在壳体侧壁和进液口12和出液口13、以及填充在壳体内部的中空纤维膜；所述壳体优选为管壳式结构，外壳用钢板做成的筒体，两端有管板；所述中空纤维膜优选为亲水性中空纤维膜，以螺旋状排布于壳体内；所述膜分离元件6的进气口11、出气口14与中空纤维膜的内部连通，所述膜分离元件6的进液口12、出液口13与中空纤维膜的外部连通，不凝性气体和氨气的混合气体在螺旋状纤维膜内部流动，吸收剂在亲水性中空纤维膜外部流动；所述膜分离元件6出液口与氨储液罐7的进液口相连；
所述的吸收器1顶部设有出气管口，出气管口连接至抽气泵3进气口，抽气泵3出气口连接至膜分离元件6的进气口11，所述吸收器1出气管口与抽气泵3之间设置有第一截止阀2；
冷凝器4顶部设有出气管口，出气管口连接至膜分离元件11进气口；所述冷凝器4出气管口设置第二截止阀5；
所述氨储液罐7设置氨储液罐出液口，所述氨储液罐7出液口管路上设置有液相取样装置10。
所述氨储液罐7出液口通过导流阀9分别连接至吸收器1浓溶液出口管路15以及膜分离元件6进液口12。
所述氨储液罐7出液口与导流阀9相连的管道上设置氨液循环泵8。
本发明的氨水吸收式制冷系统中不凝性气体与氨气的分离装置的工作过程如下：
1)打开冷凝器4顶部和吸收器1顶部的截止阀，冷凝器4顶部的不凝性气体在压差作用下自动进入膜分离元件进气口11，吸收器1顶部的不凝性混合气体由抽气泵3抽至膜分离元件进气口11，混合气体在膜中扩散，吸收剂从膜分离元件进液口12流经亲水性中空纤维膜的外部，混合气体中的氨气穿过纤维膜而被吸收剂吸收形成一定浓度的氨水溶液，经由膜分离元件出液口13流入氨储液罐7中，并由液相取样装置10检测氨液浓度大小，同时分离出的不凝性气体则通过膜分离元件6的出气口14排入大气。
2)根据液相取样装置10检测到的氨液浓度来判断氨储液罐7中氨液的去向：若浓度较高(比如接近或者高于吸收器1出口浓溶液浓度)，则向左打开导流阀9，氨液经由氨液循环泵8被送至吸收器1浓溶液出口管路15中；若浓度较小(比如低于吸收器1出口浓溶液浓度)，则向右打开导流阀9，氨液将由氨液循环泵8送入膜分离元件6进液口12，再次参与膜分离元件6内部的吸收过程。
本具体实施例的技术优势为：
(1)采用了亲水性中空纤维膜分离元件，不仅能够有效分离并回收氨气，而且结构简单，成本低廉。
(2)在氨储液罐出口管路上设置有液相取样装置，能够判断膜分离元件产生的氨液的浓度大小，并配合导流阀改变不同浓度的氨液的流向，从而避免了浓度较低的氨水溶液汇入吸收器出口浓溶液管路而影响后续精馏塔进料液的浓度，从而不会影响制冷系统整体制冷性能。
需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述基础上做出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.氨水吸收式制冷系统中不凝性气体与氨气的分离装置，其特征在于，包括冷凝器、吸收器、抽气泵、膜分离元件、氨储液罐，
所述膜分离元件包括壳体、设置在壳体底部的进气口、设置在壳体顶部的出气口、设置在壳体侧壁和进液口和出液口、以及填充在壳体内部的中空纤维膜；所述膜分离元件的进气口、出气口与中空纤维膜的内部连通，所述膜分离元件的进液口、出液口与中空纤维膜的外部连通，所述膜分离元件出液口与氨储液罐的进液口相连；
所述的吸收器顶部设有出气管口，出气管口连接至抽气泵进气口，抽气泵出气口连接至膜分离元件进气口，
冷凝器顶部设有出气管口，出气管口连接至膜分离元件进气口。
2.如权利要求1所述的氨水吸收式制冷系统中不凝性气体与氨气的分离装置，其特征在于，所述中空纤维膜为亲水性中空纤维膜。
3.如权利要求1所述的氨水吸收式制冷系统中不凝性气体与氨气的分离装置，其特征在于，所述中空纤维膜以螺旋状排布于壳体内。
4.如权利要求1所述的氨水吸收式制冷系统中不凝性气体与氨气的分离装置，其特征在于，所述吸收器出气管口与抽气泵之间设置有第一截止阀。
5.如权利要求1所述的氨水吸收式制冷系统中不凝性气体与氨气的分离装置，其特征在于，所述冷凝器出气管口设置第二截止阀。
6.如权利要求1所述的氨水吸收式制冷系统中不凝性气体与氨气的分离装置，其特征在于，所述氨储液罐设置氨储液罐出液口，所述氨储液罐出液口管路上设置有液相取样装置。
7.如权利要求1所述的氨水吸收式制冷系统中不凝性气体与氨气的分离装置，其特征在于，所述氨储液罐出液口通过导流阀分别连接至吸收器浓溶液出口管路以及膜分离元件进液口。
8.如权利要求7所述的氨水吸收式制冷系统中不凝性气体与氨气的分离装置，其特征在于，所述氨储液罐出液口与导流阀相连的管道上设置氨液循环泵。
9.如权利要求1所述的氨水吸收式制冷系统中不凝性气体与氨气的分离装置，其特征在于，所述膜分离元件的壳体为管壳式结构，外壳用钢板做成的筒体，两端有管板。
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