氨水吸收式制冷精餾塔模擬計算與動態(tài)分析.pdf

1、氨水吸收式制冷是一種以熱能為補償?shù)闹评溲h(huán)過程，具有可綜合利用低品位熱能、耗電量少、能源適應(yīng)性強、制冷工質(zhì)對環(huán)境友好等優(yōu)點。由于制冷劑氨與吸收劑水的標準沸點相差不大，在發(fā)生過程中產(chǎn)生的蒸汽含有一部分水蒸氣，而這部分水蒸氣的存在將會對氨水吸收式制冷系統(tǒng)的COP性能產(chǎn)生很大的影響，因此該制冷系統(tǒng)利用精餾塔來提純氨蒸汽。氨水吸收式制冷運行工況不僅與加熱熱源溫度及制冷溫度有關(guān)，還與環(huán)境溫度有關(guān)，精餾塔的運行工況隨環(huán)境溫度的變化而變化，這樣精餾塔

2、經(jīng)常在變工況以及各種擾動因素下工作，而且精餾塔的精餾效果直接影響到制冷系統(tǒng)的性能，因此對精餾塔穩(wěn)態(tài)下運行工況的優(yōu)化及動態(tài)控制方法的研究應(yīng)當引起足夠的重視。目前在實際應(yīng)用中，仍以傳統(tǒng)的精餾塔結(jié)構(gòu)為主，本文通過選擇適宜的氨水相平衡物性方程，對氨水吸收式制冷精餾塔建立數(shù)學模型，通過參數(shù)分析對已有精餾塔設(shè)備提出改進措施，在此基礎(chǔ)上探索進一步提高氨水吸收式制冷系統(tǒng)COP的方法，具有積極的指導意義，然后又在各種擾動因素下對精餾塔進行動態(tài)模擬分析，對

3、氨水吸收式制冷精餾塔建立必要的控制系統(tǒng)。開展的工作主要包含以下幾個方面:
　　(1)確定描述NH3及H2O相平衡特性的物性方程。對文獻中提到的狀態(tài)方程模型與活度系數(shù)模型進行分析，選取5種物性方程分別在1MPa和2MPa壓力下進行相平衡計算，所得計算結(jié)果與羅尋費爾德提出的氨水溶液氣液平衡數(shù)據(jù)值進行比較，并且借助Aspen plus軟件的數(shù)據(jù)回歸功能進一步修正物性方程的二元交互作用參數(shù)來優(yōu)化物性方程，確定能描述氨水相平衡特性最適宜的物

4、性方程。結(jié)果表明修正的PR-BM方程能夠較為準確的預(yù)測氨水溶液的相平衡特性。
　　(2)對精餾塔建立不同的數(shù)學模型并求解分析，通過對比選擇適合的數(shù)學模型。對精餾塔建立平衡級模型和兩種非平衡級模型，列出控制方程，并對所列方程組數(shù)值求解，將計算結(jié)果與文獻中的實驗數(shù)據(jù)進行詳細的參數(shù)對比，進而采用與實際較接近的模型來預(yù)測操作工況對精餾效果的影響。
　　(3)借助自由度分析方法，選取合適的獨立變量和非獨立變量，使用建立的數(shù)學模型多次迭

5、代求解進行參數(shù)分析。首先對精餾塔內(nèi)部的回流比、塔徑、溢流堰高度、精餾段和提餾段塔板數(shù)等參數(shù)進行分析，對已有的精餾塔設(shè)備進行優(yōu)化改進;接著又在經(jīng)過改進的精餾塔的基礎(chǔ)上進一步分析進料濃度、發(fā)生器熱負荷、進料位置、精餾塔操作壓力等參數(shù)對精餾過程的影響，所得結(jié)論對進一步提高氨水吸收式制冷系統(tǒng)COP，具有重要意義。
　　(4)對精餾塔的開環(huán)響應(yīng)過程和閉環(huán)響應(yīng)過程進行動態(tài)模擬，并對精餾塔建立有效的控制系統(tǒng)。在Aspen plus穩(wěn)態(tài)模擬的基礎(chǔ)