CN1226584C - 在溴化锂吸收式制冷机中加入添加剂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种在溴化锂吸收式制冷机中加入添加剂的方法，它涉及在溴化锂吸收式制冷机中强化吸收的方法。其特征是把具有强化吸收效果的添加剂以液体形式直接加到蒸发器中作为制冷剂的水中，使水和添加剂在蒸发器中同时蒸发，添加剂以蒸气形式随水蒸气一起到达吸收器、对溴化锂溶液吸收水蒸气的过程起促进作用。实验表明，利用本发明方法可以取得优于传统方法的强化效果。本发明添加过程容易控制、添加剂可以循环使用，并且不需要附加投资，也不会造成运行费用的增加，具有巨大的经济和社会效益。

Description

在溴化锂吸收式制冷机中加入添加剂的方法

技术领域

：本发明涉及在溴化锂吸收式制冷机中强化吸收的方法。

背景技术

：目前我国的溴化锂吸收式制冷机产业发展迅速，但是和压缩式制冷机相比，吸收式制冷机仍然存在体积较大、制造成本较高的缺点。吸收式制冷机的关键部件是吸收器，若能对其传热传质效果进行强化，可减少吸收式制冷机的体积和制造成本，是进一步提高吸收式制冷机市场竞争力的关键。

减少吸收器体积的根本方法是强化溴化锂溶液吸收水蒸气过程中的传热传质效果，目前常用的方法是：(1)通过改进吸收器的结构来强化吸收过程中的传热传质效果，从而减少吸收器的体积；(2)通过在溴化锂溶液中添加少量添加剂，如2-乙基巳醇(2-Ethyl-Hexanol)、1-辛醇(1-Octanol)等，来强化吸收过程中的传热传质效果，从而减少吸收器的体积。利用第一种方法，需要采用新型的吸收器，往往价格昂贵；而采用第二种方法，利用添加剂不仅可以强化吸收器的吸收效果，而且不会造成吸收器制造成本和运行成本的增加，因此已经得到广泛应用。

但是，在以往的技术中，都是把添加剂直接添加在吸收器内的溴化锂溶液中。而近年来，有研究者发现，如果添加剂以蒸气(即气体)的形式添加在吸收器内，则对溴化锂溶液吸收水蒸气过程的强化作用更加明显。Kashiwagi等人(见：“Maragoni Effect on theProcess of Steam Absorption into a Falling Film of an Aqueous Solution of LiBr”，HeatTransfer-Japanese Research，22：355-371，1993)的研究显示：除了直接以液体形式加到溴化锂溶液中的添加剂外，降膜吸收器还通过管道与一个装有添加剂1-辛醇的容器相通，容器置于加热器上、通过加热提高添加剂的温度，从而调节容器中添加剂的蒸气压使之形成蒸气；当吸收发生时，从添加剂容器中进入吸收器并作用在吸收界面上的添加剂蒸气也会对吸收过程产生强化作用，而且这种强化作用比单独以液体形式加到溴化锂溶液中的添加剂所产生的强化作用大20％左右。但是采用这种方法的困难在于：如果容器中添加剂的温度较低，则添加剂的蒸气压小于吸收器的压力，添加剂进入吸收器非常困难；相反，如果容器中添加剂温度较高，则吸收器中添加剂的含量也较高，此时添加剂蒸气作为不凝性气体作用在吸收器中，反而会对吸收过程起到抑制作用，部分抵消了添加剂蒸气对吸收过程的强化作用。因而添加过程不易控制。并且需要附加一个添加剂容器，在工程实际中也不容易实现添加剂的循环使用。

发明内容

：本发明的目的是提出一种在溴化锂吸收式制冷机中加入添加剂的方法，可以利用蒸气添加剂强化溴化锂溶液吸收水蒸气的效果，并且添加过程容易控制、添加剂可以循环使用。

本发明的技术解决方案如下：把添加剂以液体形式加入到蒸发器的制冷剂中，制冷剂中的添加剂浓度控制在200ppm到10000ppm之间，所述浓度为重量浓度；添加剂在蒸发器中随着制冷剂一起蒸发，以蒸气形式随同制冷剂蒸气一起进入吸收器中，使添加剂蒸气作用于吸收器中的吸收剂溶液界面处。

也就是说，本发明可用在由蒸发器1、吸收器2、发生器3、冷凝器4、相应的阀门和连接管道等基本器件组成的单效吸收式制冷机、双效吸收式制冷机以及三效吸收式制冷机中(参见附图1)。蒸发器1里装有制冷剂，目前在该类吸收式制冷机中使用的制冷剂均为水，因而通常就将制冷剂简称为水。吸收器2中装有作为吸收剂的溶液，通常亦简称为溴化锂溶液，可包括溴化锂水溶液、以及溴化锂和其它卤化物(如氯化钙等)的混合物的水溶液。溴化锂溶液的浓度在50％到65％之间。整个系统处于真空状态。蒸发器1通过管道和节流阀F2与冷凝器4相通，蒸发器1中蒸发的水分由冷凝器4中的水来补充。吸收器2和发生器3相通，吸收器2中的溴化锂溶液吸收水蒸气后，浓度变低，成为稀溶液，稀溶液通过溶液泵P1提高压力后送到发生器3；溴化锂稀溶液在发生器3通过受热发生，溴化锂稀溶液变成浓溶液，通过节流阀F3降压后返回吸收器2，重新参加吸收水蒸气的过程。本发明的特点在于：把对溶液吸收有强化效果的添加剂以液体形式直接加到吸收式制冷机的蒸发器1中，而不是象以往那样加入吸收器2中。加入途径可以通过蒸发器的原有管口(如：制冷剂加入口)直接注入，添加到水中。所述添加剂可以为2-乙基巳醇(2-Ethvl-Hexanol)、1-辛醇(1-Octanol)、2-辛醇(2-Octanol)、3-辛醇(3-Octanol)、1-癸醇(1-Decanol)、2-癸醇(2-Decanol)、3-癸醇(3-Decanol)等对溶液吸收具有强化作用的高醇类物质，也可以是其它添加剂。添加剂在水中的浓度在200ppm到10000ppm之间(该浓度即指添加剂与制冷剂的重量之比)，针对不同的添加剂其合适的浓度范围有所不同。

当系统开始工作时，利用蒸发器和吸收器之间的原有压力差，水和添加剂在蒸发器中同时蒸发、形成添加剂蒸气与水蒸气的混合体。添加剂蒸气可随着水蒸气一起通过节流阀F1从蒸发器1进入压力较低的吸收器2中，以添加剂蒸气的形式作用于吸收器2中的吸收剂溶液界面处、即溴化锂溶液的表面，对溴化锂溶液吸收水蒸气的过程产生强化作用。到达吸收器后蒸气压会自动形成平衡，不会产生添加剂蒸气压偏高或偏低的问题，也不需要对其进行控制；水蒸气在吸收器中被溴化锂溶液吸收，添加剂蒸气则作为辅助介质，对溴化锂溶液吸收水蒸气的过程起促进作用。在吸收器2中少量的添加剂蒸气也会溶解在溴化锂溶液中，这部分添加剂随溴化锂稀溶液被送到发生器3后，会在高温下(60～160℃)同水蒸气一起从溴化锂溶液中发生出来，通过阀门F4，在冷凝器4中被冷凝并溶解到水中，最后通过节流阀F2重新输运到蒸发器1中，补充蒸发器1中的添加剂的量。吸收器2可以采用水平管降膜吸收的方式，也可以采用垂直管降膜吸收的方式。吸收器通过冷却系统保持一定的吸收温度，冷却方式可以采用冷却水冷却，也可以使用空气冷却。

综上所述，本发明把添加剂直接加入蒸发器中，使水和添加剂在蒸发器中同时蒸发，添加剂以蒸气形式随水蒸气一起到达吸收器、对溴化锂溶液吸收水蒸气的过程起促进作用。实验表明，在这种情况下，添加剂的强化效果要好于直接把添加剂加到溴化锂溶液中的传统方法(具体数据详见实施例)。而且方法简单，添加过程容易控制、添加剂可以循环使用，也不需要附加投资，不会造成运行费用的增加，具有很大的经济和社会效益。

附图说明

：附图1是本发明在单效吸收式制冷机中蒸气添加剂流动过程示意图；附图2是本发明在静池吸收实验中蒸气添加剂流动过程示意图；附图3是采用添加剂2-乙基巳醇时静池吸收的实验结果图；附图4是采用添加剂1-辛醇时静池吸收的实验结果图。

具体实施方式

：下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1、在单效吸收式制冷机中加入添加剂2-乙基巳醇、强化溴化锂溶液吸收水蒸气。

采用单效溴化锂吸收式制冷机，蒸发器1里装有作为制冷剂的水3000克，吸收器2中装有作为吸收剂的溴化锂溶液(为浓度53.9％的溴化锂水溶液)。取重量分别为0.6克、1.5克、4.5克的添加剂2-乙基巳醇通过制冷剂加入口直接加入蒸发器的水中，使添加剂在水中的浓度分别为200ppm、500ppm、1500ppm；整个系统处于真空状态。运行过程中，蒸发器1通过管道和节流阀F2与冷凝器4相通，蒸发器1中蒸发的水分由冷凝器4中的水来补充。吸收器2通过管道和节流阀F3、溶液泵P1与发生器3相通，吸收器2中的溴化锂溶液吸收水蒸气后，浓度变低，成为稀溶液，稀溶液通过溶液泵P1提高压力后送到发生器3；溴化锂稀溶液在发生器3通过受热发生，溴化锂稀溶液变成浓溶液，通过节流阀F3降压后返回吸收器2，重新参加吸收水蒸气的过程。在吸收过程中，吸收器2中少量的添加剂蒸气溶解在溴化锂溶液中，这部分添加剂随溴化锂稀溶液被送到发生器3后，会在60～160℃的温度下同水蒸气一起从溴化锂溶液中发生出来，通过阀门F4，在冷凝器4中被冷凝并溶解到水中，最后通过节流阀F2输运到蒸发器1中，补充蒸发器1中的添加剂的量。吸收器2采用水平管降膜吸收的方式，冷却方式采用冷却水冷却。经观察表明实际运行过程良好。

实施例2、在单效吸收式制冷机中加入添加剂1-辛醇、强化溴化锂溶液吸收水蒸气。

采用单效溴化锂吸收式制冷机，蒸发器1里装有作为制冷剂的水2500克，吸收器2中装有作为吸收剂的溴化锂溶液(为浓度53.9％的溴化锂水溶液)。取重量分别为0.5克、1.25克、3.75克、7.5克、25克的添加剂1-辛醇通过制冷剂加入口直接加入蒸发器的水中，使添加剂在水中的浓度分别为200ppm、500ppm、1500ppm、3000ppm、10000ppm；整个系统处于真空状态。运行过程中，蒸发器1通过管道和节流阀F2与冷凝器4相通，蒸发器1中蒸发的水分由冷凝器4中的水来补充。吸收器2通过管道和节流阀F3、溶液泵P1与发生器3相通，吸收器2中的溴化锂溶液吸收水蒸气后，浓度变低，成为稀溶液，稀溶液通过溶液泵P1提高压力后送到发生器3；溴化锂稀溶液在发生器3通过受热发生，溴化锂稀溶液变成浓溶液，通过节流阀F3降压后返回吸收器2，重新参加吸收水蒸气的过程。在吸收过程中，吸收器2中少量的添加剂蒸气溶解在溴化锂溶液中，这部分添加剂随溴化锂稀溶液被送到发生器3后，会在60～160℃的温度下同水蒸气一起从溴化锂溶液中发生出来，通过阀门F4，在冷凝器4中被冷凝并溶解到水中，最后通过节流阀F2输运到蒸发器1中，补充蒸发器1中的添加剂的量。吸收器2采用垂直管降膜吸收的方式，冷却方式采用空气冷却。经观察表明实际运行过程良好。

本发明通过静池吸收实验来验证其对溴化锂溶液吸收水蒸气的强化效果。附图2显示了在静池吸收实验中的蒸气添加剂的流动过程。静池吸收装置由蒸发器1、吸收器2、连接蒸发器1和吸收器2的管道以及它们之间的阀门F1组成。蒸发器1里装有作为制冷剂的水200克，吸收器2中装有作为吸收剂的溴化锂溶液15克(为浓度53.9％的溴化锂水溶液)。对于添加剂2-乙基巳醇，取重量分别为0.04克、0.1克、0.3克直接加入蒸发器的水中，使添加剂在水中的浓度分别为200ppm、500ppm、1500ppm；对于添加剂1-辛醇，取重量分别为0.04克、0.1克、0.3克、0.6克、2克直接加入蒸发器的水中，使添加剂在水中的浓度分别为200ppm、500ppm、1500ppm、3000ppm、10000ppm；整个系统处于真空绝热状态。系统开始工作时，阀门F1打开，在蒸发器1中，水蒸气和从水中挥发出来的添加剂蒸气形成气体混合物。由于蒸发器和吸收器之间的压力差，水蒸气和添加剂蒸气的混合物进入吸收器2，水蒸气被溴化锂溶液所吸收，添加剂蒸气作用于溴化锂溶液的吸收表面，对吸收过程起到强化作用。

图3、图4分别显示添加剂为2-乙基巳醇和1-辛醇时，静池吸收的实验曲线。实验条件为：蒸发器1的初始温度为18℃，吸收器2中溴化锂溶液的初始浓度为53.9％，初始温度为25℃，初始压力为0.3kPa，吸收器绝热。横坐标表示吸收进行的时间，纵坐标表示吸收过程中溴化锂溶液液膜的温升随时间的变化。由于在吸收过程中，液膜温度升高的程度受溴化锂溶液对水蒸气吸收量的影响，吸收量越大，温升越高，因此纵坐标基本反映了溶液在一定时间内对水蒸气的吸收量的大小。在图3、图4中，实线表示采用传统方法，即添加剂直接加到溴化锂溶液中并且添加剂的浓度为200ppm时，液膜温升随吸收时间的变化；虚线表示采用本发明所述方法，添加剂在水中的浓度从200ppm变化到10000ppm时，液膜温升随吸收时间的变化关系。实验表明，与传统的添加剂直接加到溴化锂溶液中的情况相比，当吸收进行到2分钟时，在添加剂为2-乙基巳醇的情况下，使用本发明的方法，溴化锂溶液对水蒸气的吸收量比传统方法提高了18％左右；在添加剂为1-辛醇的情况下，使用本发明的方法，溴化锂溶液对水蒸气的吸收量比传统方法提高了10％左右。

由于在实际运行的溴化锂吸收式制冷机中，其吸收器2的吸收过程中溴化锂溶液的浓度、吸收温度以及吸收压力都保持稳定，比绝热静池实验更利于吸收，当取得比绝热静池吸收更好的强化效果。因此，与传统的添加剂添加方法相比，采用本发明对溴化锂溶液吸收水蒸气过程的传热传质效果有更好的强化作用。

Claims (1)

1.一种在溴化锂吸收式制冷机中加入添加剂的方法，其特征在于：把添加剂以液体形式加入到蒸发器(1)的制冷剂中，制冷剂中的添加剂浓度控制在200ppm到10000ppm之间，所述浓度为重量浓度；添加剂在蒸发器中随着制冷剂一起蒸发，以蒸气形式随同制冷剂蒸气一起进入吸收器(2)中，使添加剂蒸气作用于吸收器中的吸收剂溶液界面处。