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細(xì)箭頭表示制冷劑循環(huán)的方向,該循環(huán)為一個(gè)附屬的制冷系統(tǒng):膨脹機(jī)3 的回收功,可以作為附屬制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)1f 的輸入功,在熱交換器5 中,從流化床流出的冷空氣對(duì)附屬制冷系統(tǒng)的高溫高壓的制冷劑進(jìn)行冷卻;2f 為一節(jié)流閥;該附屬制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)盤管直接纏繞在流化床的壁層上(其外包上保溫層) 。
    物料的質(zhì)量通過電子天平A 進(jìn)行秤量,冷卻夾套B 由蒸發(fā)盤管和保溫層構(gòu)成,C 為溫度探頭,可以對(duì)物料以及流化床的溫度進(jìn)行測控,D 為布風(fēng)板,E 為吸附劑。吸附劑在流化床中,在低溫、常壓的條件下吸收水分,使得物料干燥。在這個(gè)過程中
吸附劑放出了熱量,同時(shí),吸附劑需要有一個(gè)脫附的過程[2 ] 。

整個(gè)循環(huán)的特點(diǎn):
    1) 直接制得用于流化床的冷風(fēng),無需用冷媒二次換熱;
    2) 用附屬制冷系統(tǒng)供冷,通過夾套來控制整個(gè)流化床的溫度,達(dá)到保持低溫環(huán)境的目的;
    3) 用于流化床的空氣,可以通過適當(dāng)?shù)目刂拼胧?變工況流動(dòng)。
2 　系統(tǒng)性能計(jì)算分析
    在進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí),作了如下4 點(diǎn)假設(shè):
    1) 空氣制冷系統(tǒng)的制冷工質(zhì)為空氣,且空氣視為理想氣體,質(zhì)量流量為1 kg/ s ,初始溫度為30 ℃,初始?jí)毫?00 kPa ;
    2) 附屬制冷系統(tǒng)的低壓為200 kPa ,壓比為5 ,壓縮機(jī)進(jìn)口工質(zhì)為飽和氣體;
    3) 壓縮過程近似等熵,膨脹過程近似等熵,且膨脹機(jī)的輸出功W3 等于附屬制冷系統(tǒng)壓縮機(jī)的輸入功W1f ;
    4) 不計(jì)管路及換熱器中的壓力損失,即在換熱器中流體等壓換熱。
    COP 表征系統(tǒng)的能耗高低, 而膨脹機(jī)出口的空氣比體積v 的大小,直接影響系統(tǒng)的尺寸。

COP —系統(tǒng)總的性能系數(shù);Qa —空氣制冷系統(tǒng)的制冷量,kW;Qb —附屬制冷系統(tǒng)的制冷量,kW;
W1 —壓氣機(jī)1 的耗功,kW。由W1f = W3 ,可以推得:

W1f —壓縮機(jī)1f 的耗功,kW;W3 —膨脹機(jī)3 的膨脹功,kW;mf —附屬制冷系統(tǒng)的制冷劑流量,kg/ s ;
Δh —壓縮機(jī)1f 出口與進(jìn)口的比焓差,kJ/ kg。而常壓流化床, P4 = 100 kPa。
2. 1 　空氣制冷系統(tǒng)壓比對(duì)系統(tǒng)性能的影響
    空氣制冷系統(tǒng)的空氣,進(jìn)入熱交換器5 的溫度為- 20 ℃。附屬制冷系統(tǒng)使用R22 作為制冷工質(zhì)。

  隨著壓比的變大,整個(gè)系統(tǒng)的制冷系數(shù)COP 變小, 剛開始?jí)罕葹?～10 時(shí),變化急劇, 后面變化趨緩。COP 變小影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。但是,隨著壓比的變大,膨脹機(jī)出口的空氣比體積也減小, 這將有利于減小設(shè)備尺寸。但是,如果壓比過大,高壓過高,必然對(duì)設(shè)備承壓能力提出了更高的要求, 也增加了系統(tǒng)設(shè)備的初投資。因而,當(dāng)取一個(gè)中間值壓比為10 作為空氣制冷系統(tǒng)的壓比時(shí),適合于流化床冷凍干燥系統(tǒng)。
2. 2 　流化床出口溫度t4 對(duì)系統(tǒng)性能的影響
    根據(jù)2. 1 ,取空氣制冷系統(tǒng)的壓比為10 。附屬制冷系統(tǒng)工質(zhì)為R22 ,由式(3) ,可以計(jì)算得到mf= 3. 63 kg/ s。
　 流化床出口溫度越低, COP的值越低。但是,變化的幅度不大,在流化床冷凍干燥過程中,得保證流化床內(nèi)溫度不高于物料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,比如,甘露醇的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度在- 27 ℃[3 ,5 ] ,我們?nèi)? 30 ℃,因此設(shè)定流化床的出口溫度為- 30 ℃。
2. 3 　附屬制冷系統(tǒng)不同制冷劑的選取對(duì)系統(tǒng)性能的影響
    根據(jù)2. 1 ,取空氣制冷系統(tǒng)的壓比為10 ,根據(jù)2. 2 ,取流化床出口溫度為- 30 ℃。附屬制冷系統(tǒng)采用不同制冷劑。

  在附屬制冷系統(tǒng)4 種工質(zhì)中,采用氨作為工質(zhì)的系統(tǒng)制冷量Q ( Qa + Qb) 以及COP zui大,而R12 是一個(gè)低谷,系統(tǒng)制冷量以及COP zui小。因而在研究附屬制冷系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮制冷劑的影響。但同時(shí)可以看出,制冷劑對(duì)系統(tǒng)制冷量Q 的影響不是很大。
3 　結(jié)　語
    從上述分析可以得出以下結(jié)論:
    1) 隨著壓比的變大, 整個(gè)系統(tǒng)的制冷系數(shù)COP 變小,在壓比為2～10 時(shí), 變化急劇; 壓比變大,膨脹機(jī)出口比體積將減小, 這有利于減小設(shè)備尺寸,但是,如果壓比過大,高壓過高,對(duì)設(shè)備承壓能力提出了更高的要求, 因而本文建議取壓比為10 作為空氣制冷系統(tǒng)的壓比。
    　2) 流化床出口溫度越低, COP 的值越低,但是,變化的幅度不大。在空氣制冷循環(huán)流化床冷凍干燥過程中,為保證流化床內(nèi)溫度不高于物料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,建議流化床的出口溫度取- 30 ℃為宜。
    3) 在附屬制冷系統(tǒng)4 種工質(zhì)中,氨的制冷量以及COP zui大,而R12 的制冷量以及COP zui小。因而,附屬制冷系統(tǒng)應(yīng)該考慮制冷劑的影響。