微化学工程基础研究进展

1、微化学工程基础研究进展陈远芝 郝旭辉 时乐 滕传昊 侯方磊 龙正权 谢金龙 张成进 纪文根（合肥工业大学化学工程学院化学工与工艺11-01班）摘要：微化工技术是20世纪90年代初的多学科交叉的科技前沿领域，移植集成电路和微传感器制造技术的高新技术，涉及化学、材料、物理、化工、机械、电子、控制学等各种学科和工程技术；着重研究时空特征尺度在数百微米和数百毫秒以内的化工微型设备和并行分布系统的设计、模拟、生产和应用。本文围绕微反应器，微反应及其传递、放大规律，简单介绍其研究进展情况。关键词：微反应器 微反应 微化工系统Abstract ： Micro chemical technology is i

2、n the early 1990 s the multidisciplinary intersecting frontier science and technology, transplantation of integrated circuit and micro sensor manufacturing technology of high and new technology, involving chemical, materials, physical, chemical, machinery, electronics, control and a variety of disci

3、plines such as engineering technology; This paper studies characteristics of time and space scales within several hundred microns and hundreds of milliseconds chemical micro devices and parallel distribution system design, simulation, production and application. This paper around the micro reactor,

4、micro reaction and the law of transmission, amplification, introduces its research progress. Keywords: micro reactor ；micro-reaction；microchemical reaction system前言 新兴与20世纪90年代的微化工，为新世纪的绿色，安全，环保的化工发展提供了一个新的发展方向。微化工技术让反应时间从几小时几十小时缩短到几十秒，甚至几秒，让体积庞大的传统反应容器瘦身至以升、毫升为单位的微反应器。在这样的诱惑下，问世仅20余年的微化工技术以它独特的魅力让我

5、们改变的对化学工业污染重、耗能高和安全性差的传统形象。 21世纪初的10年，是微化工系统的快速发展期【11】，这段时间里国际上发展了多种形式的微化工系统，并对其内部的基本流动、传递和反应规律展开了研究。在这种情势下，我国也开展了相关工作。目前，微化工系统已经广泛应用于化学、化工、生物等领域的基础研究中，也有少部分工业生产过程利用微化工系统实现了过程的强化，体现出了良好的发展前景【7】。德国默克公司曾通过微化工技术将格利雅试剂酮还原反应时间从数小时降至几秒钟。在我国，中石化公司催化剂长岭分公司工业运行2年的磷酸二氢铵生产微化工系统产能可达8万吨，但系统中各设备的体积均不足6升。微化工技术的光明前

6、景引起了国内外的高度重视，基于此，本文就微化工系统的研究进展做简单的介绍。1 微反应器 微反应器，即微通道反应器，利用精密加工技术制造的特征尺寸在10到300微米（或者1000微米）之间的微型反应器，微反应器的“微”表示工艺流体的通道在微米级别，而不是指微反应设备的外形尺寸小或产品的产量小。微反应器中可以包含有成百万上千万的微型通道，因此也实现很高的产量。1.1 形式 作为一类新型的反应设备，微反应器的形式近年来得到了不断发展。微反应器是具有特定微结构的反应设备，微结构是微反应器的核心。微反应器设备根据其主要用途或功能可以细分为微混合器，微换热器和微反应器。几种典型的微反应器有：微通道反应器、

7、毛细管微反应器、降膜式微反应器、多股并流式微反应器、微孔阵列和膜分散式微反应器以及外场强化式微反应器等【3】。从微结构的设计上来看，目前得到广泛应用的多相微化工系统设备主要有：T型错流剪切设备，水力学聚焦设备，引、同轴环管设备和分枝破碎设备4种【8】。目前有名的设备供应商有拜耳-埃尔费尔德微技术公司，简称EMB。其开发的Miprowa系列微反应器已经被世界各大化工公司应用于工艺开发与生产中。1.2 性能与常规尺度的反应器相比，特征尺度的微细化为微反应系统带来了一系列的优点：大比表面积，大比相界面积，体积小，直接并行放大，过程连续，高度集成，混合时间短，能耗低，工艺绿色化【6】。此外，微化工系统

8、具有高效、低能耗、可控、内在安全、放大过程简便等特点【1】。微反应器大都采用连续平推流的操作模式，反应时间通过与反应器相连管道的长度来调控，较少有釜式结构的存在，所以在微反应器内反应物的滞存体积很小，这就是微反应器具有固有安全性的主要原因【3】。流体流动状态上微反应器内的流动较为接近平推流，特别是在液柱流、液滴流等流型下，反应器内的轴向扩散作用被极大地削弱旧J，这使得反应时间可以得到精确的控制。1.3 应用微反应器独特的结构给它带来了一系列优质的性能，故它被广泛应用到化学、化工、生物、微化学分析【10】【11】(但是还需进一步的证实其可行性【9】)、材料等诸多领域，也作为提高反应产物质量和提高

9、过程效率的重要手段。例如对于小规模的光化学过程，采用透明的微反应器可有利于薄流体层靠近辐射源；德国美因兹微技术研究所开发了一种平行盘片结构的电化学微反应器，使用这个装置，提高了由4一甲氧基甲苯合成对甲氧基苯甲醛反应的选择性；伊斯玛基洛夫的课题组在微反应器内研究了酶反应的反应动力学，他们利用荧光技术对不同反应时间下的反应产物进行浓度标定，在一个微通道内获得了不同反应时间下的浓度信息，从而方便地测量反应的动力学【3】。2 微化工系统的内的基本规律 随着对微化工系统的深入研究，微尺度下的多相流动、混合、传递和反应过程的基本规律被不断揭示，也不断的取得进展。2.1 微化工系统的放大与集成 微反应器系统

10、内每一通道均相当于一个独立的反应器，故放大过程即为通道数目的叠加过程（Numbering-up）。通常而言微反应器的放大过程包含：单一反应芯片上微通道数目的增加和结构优化，即横向放大模式；多个反应芯片间的排列和叠加，即纵向放大【6】。由于微化工系统内存在多尺度结构,因此并行放大需要研究各控制参量的非均匀分布及其控制对系统整体行为的影响,着重解决因并行放大而引入的设备尺度与微时空尺度之间的相互作用机制以及对传质、反应乃至系统整体行为的影响规律,建立微化工系统并行放大的基本原理 【5】。2.2 微化工系统内多相流动和分散规律 从传递的基本原理可以得知，对于多相混合和反应过程，尤其是以液相为连续相的

11、过程，体系的分散尺度是至关重要的。借助微结构的作用，微化工系统可以有效地将流体的分散尺度从毫米量级降低到微米量级，从而有利于多相混合和反应过程的强化。从微结构的设计上来看，目前得到广泛应用的多相微化工系统设备主要有：T型错流剪切设备(Tjunction device)、水力学聚焦设备(flowfocusing device)、同轴环管设备(coflowing device)和分枝破碎设备(geometrically mediated breakup device)4种【7】。这4种类型微设备内的分散方式虽有不同，但是在微化工系统内流体的分散过程中有普遍规律。在微尺度下黏性力和界面力是实现液滴和

12、气泡破碎的主要作用力，分散相流体的分散尺度主要与两相流体的流量比、黏度比和毛细管准数相关。不同类型的微化工系统内均存在挤压分散(squeezing)、剪切分散(dripping)、射流分散(jetting)和分层流动(1aminar)4种流型，【7】不同流型的产生主要受体系中两相的流量、黏度、流速和界面张力的影响。以T型错流剪切设备中液液分散过程为例，一般当分散相与连续相流量比大于3时容易获得laminar流动，此时分散相流体不能分散；而在流量比较小时，又依据连续相Ca(毛细管准数 Ca=u，其中，表示黏度，u“表示流体平均速度，为界面张力)的不同划分出不同的流型。当Cao01时主要得到dri

13、pping流型。jetting流可以看作从laminar流到dripping流的过渡，一般在分散相黏度或流量较大时得到外，现有研究还表明，反应器材质的浸润性对于分散过程也有较大影响，一般在连续相流体浸润设备时容易获得稳定的分散流型。2.3 微化工系统内的多相传递规律 研究结果表明，微反应器内相间体积传质系数可以达到传统设备的10l000倍，相间体积传热系数也可以达到传统设备的1050倍【3】。在微混合器内，由于流体流层薄，相间接触面积增加，扩散路径变短，混合时间可以达到毫秒级，从而强化了传质过程，实现两相间的均匀、超快速混合【4】。 相对于传统化工系统，微化工系统内流体的流动和分散尺度要小12

14、个数量级，这使得微化工系统内的传递过程可以得到有效的强化。在微化工系统内微米尺度的液滴具有传质系数高、比表面积大的特点，传质过程可以在几秒钟甚至更短的时间内完成。更为重要的是在微化工系统内，液滴的形成阶段对传质过程起到重要的贡献，在一定条件下50的传质量可以在液滴生成的瞬间完成。此外，由于微化工系统内空间尺寸小，因此容易形成较高的浓度梯度，在大传质量的情况下还会发生马兰戈尼效应等界面不稳定现象。利用微化工系统可以有效地强化相间的传热传质过程，在微化工系统内可以高效地完成萃取和吸收过程。在微化工系统内液液间的体积传质系数比传统设备高出l2个数量级。利用微化工系统可以实现有机酸、无机酸、氨基酸、蛋

15、白质的高效萃取，也可以实现二氧化碳、二氧化硫等气体的高效吸收【7】。 对于多相换热过程，利用微化工系统也能够有效地实现相间热量传递的强化。通过对微化工系统中换热效率和传热系数进行表征，发现微化工系统内的相间体积传热系数比传统设备内高出1个数量级，在小于1 s的接触时间内，传热效率可以达到90以上。此外，利用微分散体系良好的传熟性能，在微化工系统内引入微分散的换热介质可以有效地移除反应热，有利于反应温度的控制【7】。3 微反应 经历了21世纪初的快速发展期，微反应技术已经得到了研究者和产业界的广泛认可，随着化学工程领域对于微尺度流动、传递和反应规律认识的逐步深刻，微反应器的应用领域也被一步一步细

16、化和扩大，可以预见未来微反应技术将会得到更大的发展，技术也会更加成熟。3.1 微反应器内有机合成反应 有机合成反应,o c在精细化学品的生产中占有重要的地位，由于有机反应过程复杂，大多伴有副反应的发生，因此一些有机合成过程往往存在产物收率低的问题，微反应器通过强化反应过程的混合和传递过程可以有效提升反应产物的收率。在甲苯法合成己内酰胺的过程中，传统釜式反应器存在混合性能低、反应停留时间长等问题，其核心反应“预混合酰胺化”反应选择性不足85，而使用微反应产物在溶液中过饱和度越高，越容易发生成核作用并且沉淀为纳米颗粒，微反应器内快速的混合和传质可以获得高过饱和度。一个典型的例子就是纳米碳酸钙的制备

17、反应。在微反应器中将CO2以微气泡的形式分散到Ca(OH)2浆料中能够强化CaCO3的沉淀反应，利用微反应器调控CO2的传质过程还可以对纳米颗粒的粒径在一定范围内进行调控，利用这一方法可以制备出平均粒径在30110nm的纳米碳酸钙材料.利用微反应器合成纳米颗粒的原理基本类似【2】。3.2 气相反应 强放热反应多为传质控制过程，气-固多相催化反应尤其如此. 由于气-固催化反应通常是一复杂反应过程，因而热量、质量传递的性能将会影响转化率和目的产物的选择性. 气相反应研究较多的主要有氧化反应（如爆炸极限内的H2-O2燃烧反应、丙烯部分氧化生成丙烯酸、乙烯选择氧化制环氧乙烷、醇类氧化脱氢等）、加氢反应

18、（如苯、环三烯的部分选择加氢）,氨氧化、有毒物质 如甲基异氰酸甲酯（MIC）、HCN 等的合成等【4】。3.3 气-液反应 由于微反应器的良好传递性能，且主体体积小，具有内在安全性，因此，可以实现强放热（吸热）反应、受传质控制的反应、易爆和有毒物质的现场生产等过程的连续操作. 目前所开展的反应主要有芳环化合物的直接氟化、液相加氢、硝化、气-液吸收等反应【4】。3.4 催化剂制备技术 微反应器比表面积大,但比颗粒催化剂仍小,个数量级,而且其主体体积小,在构型和尺度方面与传统的反应器有明显差异,因此如何在微反应器内制备高效催化剂是微反应技术能否成功应用的关键技术之一 。由于微反应器内绝对表面积很小

19、,与蜂窝整体催化剂类似,需对基体进行预处理再制备过渡涂层作为催化活性组分的过渡载体,以提高比表面积,最后在此载体上制备出催化剂。基体预处理可增强同催化剂层的粘附,延长催化剂寿命;对Fe、Cr、Al材质,可采用阳极氧化、热氧化处理法和化学处理法。催化剂制备方法有溶胶- 凝胶、悬浮液、喷涂、浸渍、电泳沉积、电化学沉积和非电解镀层、化学气相沉积和物理气相沉积(阴极喷射、电子束蒸发、激光脉冲沉积) 等,也可采用原位接枝或原位聚合将活性组分固定于微通道表面。此外,纳米材料以其“自我修复、更新、置换”等高功能化的表面特性以及酶的专一选择性 ,将使微型化学化工系统更加高效、可靠。微化工技术与酶和纳米催化技术

20、相结合将是21 世纪的高新技术的主流之一,将大大促进微化工技术的发展【5】。4 结 语 微化工技术的光明前景已引起各国研究机构的高度重视，各国政府都相继制订研究计划。然而，迄今为止，微化工技术在化工生产过程的实际应用尚不多见，业界也一直处于观望状态。陈光文认为，其原因一方面在于微化工技术一些高难度问题尚未得到圆满解决，比如微反应器的加工及材质选择，以及多个微反应器串并联导致的成本增加，因此仍需要不断深化微化工技术的相关基础研究。同时，由于微化工技术研究初期主要集中在高校和科研机构的实验室，产业界虽有关注但介入不多，因此对微化工系统的放大和集成技术的研究机会少，大大减缓了微化工技术的实用化进程。

21、不过，可以预见，微化工技术的成功开发与应用将会对整个化学化工领域产生重大影响。参考文献【1】骆产生，微尺度流动、传递和反应性能的研究，第五届全国化学工程与生 物化工年会，2013年8月28日【2】骆广生、王凯、吕阳成、王玉军、徐建鸿，微尺度下非均相反应的研究进 展，化工学报，2013年1月，第64卷，第一期，166页169页【3】骆广生、王凯、吕阳成、徐建鸿、邵华伟，微反应器研究最新进展，现代 化工，2009年5月，第29卷，第五期，27页29页【4】陈光文、袁权，微化工技术，化工学报，2003,54（4），433页435页【5】陈光文，微化工技术研究进展，现代化工，2007年10月，第27卷

22、，第10期， 第8页10页【6】赵玉潮、张好翠、沈佳妮、陈光文、袁权，微化工技术在化学反应中的应 用进展，中国科技论文在线，2008年3月，第3卷，第3期,第157页158页【7】骆广生、王凯、徐建鸿、吕阳成、王玉军，微化工系统内多相流动及其传 递反应性能研究进展，化工学报，2010年7月，第61卷，第7期，第1621页 1624页【8】姜宝林，微化工系统内多相流动及其传递反应性能研究进展探析，科技论 坛，第76页【9】Prof.H.Behrens,Prof.John.W.Judd,Microchemistry,London:Macmillan and Co,June 1894,122【10】

23、E.J.Vaughan,Developments in Micro Chemical Analysis,Nature, November 13,1943,No.3863,555【11】Development of micro chemical, biological and thermal systems in China:A review,Chemical Engineering Journal 163(2010)165-179车辆制冷与空调第二次作业参考答案车辆隔热壁、制冷方法与制冷剂、蒸汽压缩式制冷一简答题1. 什么是隔热壁的传热系数？它的意义是什么？答：隔热壁的传热系数指车内外空气温度

24、相差1时，在一小时内，通过一平方米热壁表面积所传递的热量。可以概括为单位时间、单位面积、单位温差传递的热量。 它可以表示出车体隔热壁允许热量通过的能力，愈大，在同样的传热面积与车内外温差的情况下，通过的热量就愈大，隔热性能就愈差。2. 热量是如何从隔热壁一侧的空气中传至另一侧空气的？答：热量从隔热壁一侧的空气中传至另一侧的空气中，其传热过程可以分为：1）表面吸热热量从一侧的空气中传至隔热壁的一侧表面；2）结构透热热量从隔热壁的一侧表面传至另一侧表面；3）表面放热热量从隔热壁另一侧表面传至另一侧的空气中。3. 如何改善隔热壁的性能？答：（1）尽可能减少热桥；（2）不同材料必须完全密贴；（3）减少

25、漏泄；（4）选用隔热性能较好的材料。4. 蒸汽压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成，各有何作用？答：在蒸汽压缩制冷循环系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件。蒸发器是输送冷量的设备。制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。实际制冷系统中，除上述四大件之外，常常有一些辅助设备，如电磁阀、分配器、干燥器、集热器、易熔塞、

26、压力控制器等部件组成，它们是为了提高运行的经济性，可靠性和安全性而设置的。5. 蒸发器内制冷剂的汽化过程是蒸发吗？蒸发与沸腾有什么区别？答：是。蒸发是汽化的一种形式，只在液体表面发生，而沸腾是汽化的又一种形式是在液体内部和表面同时发生的。 液体蒸发在任何温度下都能进行,且只在液体表面进行。 液体沸腾是在一定温度下发生的剧烈的汽化现象。液体沸腾时要吸热，但液体温度保持不变。6. 制冷剂在蒸汽压缩制冷循环中，热力状态是如何变化的？答：制冷剂蒸汽由蒸发器的末端进入压缩机吸气口时，压力越高温度越高，压力越低温度越低。制冷剂蒸汽在压缩机中被压缩成过热蒸汽，压力由蒸发压力P0升高到冷凝压力Pk。为绝热压缩

27、过程。外界的能量对制冷剂做功，使得制冷剂蒸汽的温度再进一步升高，压缩机排出的蒸汽温度高于冷凝温度。过热蒸汽进入冷凝器后，在压力不变的条件下，先是散发出一部分热量，使制冷剂过热蒸汽冷却成饱和蒸汽。饱和蒸汽在等温条件下，继续放出热量而冷凝产生了饱和液体。饱和液体制冷剂经过节流元件，由冷凝压力Pk降至蒸发压力P0，温度由tk降至t0。为绝热膨胀过程。 以液体为主的制冷剂，流入蒸发器不断汽化，全部汽化变时，又重新流回到压缩机的吸气口，再次被压缩机吸入、压缩、排出，进入下一次循环。7. 制冷剂在通过节流元件时压力降低，温度也大幅下降，可以认为节流过程近似为绝热过程（即与外界没有热量交换），那么制冷剂降温

28、时的热量传给了谁？用于干什么？答：这个过程中热量传给了自身，使部分制冷剂液体汽化成蒸汽。8. 单级蒸汽压缩式制冷理论循环有哪些假设条件？答：理论循环假定： 假设进入压缩机的为饱和蒸汽，进入节流阀的为饱和液体； 假设压缩过程是等熵过程，节流过程是等焓过程； 假设蒸发与冷凝过程无传热温差； 假设除两大换热器外，系统与外界无热交换； 假设制冷剂无流阻损失。9. 什么叫液体过冷？液体过冷对循环各性能参数有何影响？、答：过冷液体：当冷凝剂在冷凝器中被冷凝成液体后，如果液体继续向外放热，制冷剂的温度就会低于饱和温度（对应于冷凝压力的冷凝温度），低于饱和温度的制冷剂液体称为过冷液体。液体过冷对循环各性能参数

29、的影响： 使单位制冷量增大； 使单位容积制冷量增大； 单位功保持不变； 使制冷系数增大。总之，制冷剂液体的过冷有利于制冷循环，可提高制冷循环经济性。10. 试写出制冷剂R11、R115、R32和R12、Rl2B1的化学式。答：R11: CFCL3 R115: C2F5CL (注意区分：R1150：C2H4)R32: CH2F2 R12: CF2Cl2Rl2B1：CF2CLBr11. 试写出CF3Cl、CH4、CHF3、C2H3F2Cl、H2O、CO2的编号。答： CF3CL：R13 CH4: R50 CHF3：R23 C2H3F2Cl: R142BH2O：R718 CO2：R744 12. 写

30、出与下列制冷剂的符号规定式相对应的化学分子式(要求写出过程)（1）R22 （2）R134 答：（1）R22符号规定式通式为R（m-1）（n+1）x m-1=2 n+1=2 x=2所以m=1 n=1 x=2符号规定式通式为：CmHnFxCIy y=2m+2-n-x=2+2-1-2=1 所以R22的符号规定式为CHCIF2 （2）R134符号规定式通式为R（m-1）（n+1）x m-1=1 n+1=3 x=4所以m=2 n=2 x=4 符号规定式通式为：CmHnFxCIy y=2m+2-n-x=4+2-2-4=0 所以R134的符号规定式为C2H2F413. 单级蒸汽压缩式制冷实际循环与理论循环有

31、何区别？答：单级蒸汽压缩式制冷实际循环与理论循环的区别：在实际循环中存在：（1）制冷剂在流动过程中会产生阻力压降；（2）蒸发器出口蒸汽过热（3）冷凝器出口液体过冷；（4）压缩机压缩空气的过程不等熵。与理论循环相比，实际循环单位实际压缩功增大，而压缩机实际输气量减小。14. 什么叫有效过热？什么叫有害过热？有效过热对哪些制冷剂有利，对哪些制冷剂不利？答：有效过热：即吸入蒸汽的过热量全部来自冷藏货物间内的吸热。如果吸入蒸汽的过热发生在蒸发器本身的后部，或者发生在安装于被冷却室内的吸气管道上，或者发生在二者皆有的情况下，那么因过热而吸收的热量来自被冷却空间，如吸入蒸汽的过热热全部来自冷藏货物间或客车

32、室内的西热，因而产生了有用的制冷效果。这种过热称之为“有效”过热。有效过热对R502 R600a R290 R134a等制冷剂有利，而对R22 和Nh3等制冷剂不利。有害过热：吸入蒸汽的过热全部来自冷藏货物间外。由蒸发器出来的低温制冷剂蒸汽，在通过吸入管道进入压缩机前，从周围环境中（如冷藏货物间之外）吸取热量而过热，制冷剂所增加的吸热量q0r并没有对冷却对象产生任何制冷效应，即没有提高制冷装置的有效制冷量，习惯上称这种过热为“无效”过热。在这种吸气过热时，过热度越大，制冷系数和单位容积制冷量降低越多，冷凝器的热负荷也增加越多，故称之为有害过热。蒸发温度越低，有害过热越大。15. 什么是回热循环

33、？它对制冷循环有何影响？答：回热循环就是让蒸发器出来的制冷剂蒸汽和高温制冷剂液体在热交换器中进行热交换，使液体过冷，气体过热的循环。 回热循环对制冷循环的影响： （1）可以保证制冷装置的压缩机运转安全； （2）可以减小节流热损失。16. 蒸汽有害过热对循环各性能参数有何影响？减小蒸汽有害过热的措施是什么？答：蒸汽过热对循环各性能参数的影响：单位质量制冷量q0不变；单位理论功增大；制冷系数减小；单位容积制冷量减小；冷凝器的热负荷增加。减小蒸汽有害过热的措施：吸气管路用隔热材料包扎起来。17. 什么叫过冷度？什么叫过热度？答：过冷度：饱和温度与过冷液体的温度之差称为过冷度。 过热度：过热蒸汽的温度

34、与饱和蒸汽的温度之差称为过热度。18. 蒸汽压缩制冷用制冷剂是如何分类的？ 答：按化学结构分有：无机化合物（如R717等）；碳氢化合物（R600a、R290等）。氟里昂（R22、R134a等）；多元混合溶液（非共沸溶液有R407C等，共沸溶液有R502等）；按蒸发温度和冷凝压力分有：高温低压制冷剂；中温中压制冷剂；低温高压制冷剂。按可然性和毒性分，分不可然、可然、易燃、低毒、高毒等组合类别。19. 何为CFC类物质？为何要限制和禁用CFC类物质？答：CFC类物质就是不含氢的氟里昂。CFC物质对大气忠的臭氧和地球高空的臭氧层有严重的破坏作用，会导致地球表面的紫外线辐射强度增加，破坏人体免疫系统。

35、还会导致大气温度升高，加剧温室效应。因此，减少和禁用CFC类物质的使用和生产，已经成为国际社会环保的紧迫任务。20. 冷凝温度变化和蒸发温度变化分别对蒸汽压缩式制冷系统有何影响？答：当蒸温度一定时，随着冷凝温度的升高，则节流损失增大，制冷量减少，而轴功率增大，制冷系数降低；冷凝温度下降，则节流损失减小，制冷量增加，功耗减少，制冷系数提高。当冷凝温度一定时，随着蒸发温度的下降，压缩机制冷量减少，而轴功率与制冷系数视情况而变。也减少。冷凝温度不变时，制冷机在不同蒸发温度下轴功率是变化的，而且与未变化前的蒸发温度有关。当te由室温逐渐下降时，制冷机的轴功率逐渐增大，te下降到一定值时，轴功率会达到最

36、大值。如果蒸发温度te继续下降，轴功率逐渐减小。二. 画图及说明画出制冷系统的基本原理图及单级蒸汽压缩式制冷循环的理论循环压焓图和T-S，并说明其循环过程。答：制冷系统的基本原理图间图1。压缩机的可逆绝热过程是等熵过程，节流过程常可看作为等焓过程，则循环可用如下P-H和-S图表示。图2 为单级蒸汽压缩式制冷循环的理论循环压焓图和T-S。图1 图2 画出蒸汽压缩制冷回热循环的P-H图和图。解：单级蒸汽压缩制冷回热循环的P-H图和-S图如下图所示：三. 计算题 假定循环为单级压缩蒸汽制冷的理论循环，蒸发温度t0=15,冷凝温度为30，工质为R12，试对该循环进行热力计算。（根据R12的热力性质图表，查出有关状态参数值：h1=345.8 kJ/kg v1=0.09145 m3/kg h3=h4=228.6 kJ/kg h2=375.1 kJ/kg t2=57）解：该循环的压焓图如下所示： 1 单位质量制冷量q0=h1h5=345.8-228.6=117.2 kJ/kg 2 单位容积制冷量qV= q0/ v1=117.2/0.09145=1281.6 kJ/M34 单位理论功 w0=h2h1=375.1-345.8=29.3 kJ/kg 5 制冷系数= q0/ w0=117.2/29.3=4.0 6冷凝器单位热负荷 qk=h2h3=375.1-228.6=146.