Водоаммиачная абсорбционная холодильная машина без теплообменника и ректификатора

В наиболее простой по своему устройству абсорбционной машине расширительный цилиндр прямого цикла заменен дроссельным вентилем и концентрация раствора в обратном цикле равна концентрации пара в прямом цикле.

Водоаммиачная абсорбционная холодильная машина (рис. 1) без теплообменника и ректификатора отличается наибольшей простотой и наименьшим совершенством.

Элементы абсорбционной холодильной машины:

  • генератор (десорбер);
  • конденсатор;
  • регулирующий вентиль;
  • испаритель;
  • абсорбер;
  • дроссель слабого раствора;
  • водоаммиачный насос.

Внешние условия, определяющие рабочие процессы, заданы тремя температурами:

  • высшей температурой греющего источника th, от которой зависит высшая температура кипения в генераторе t2;
  • температурой охлаждающей воды tw, от которой зависят давление конденсатора p и низшая температура раствора в конце процесса абсорбции t4;
  • температурой охлаждаемой среды ts, от которой зависит давление p0 и температура в испарителе t0.
ARM_scheme_wo_HE_and_R

Рис. 1 — Схема водоаммиачной абсорбционной холодильной машины без теплообменника и ректификатора: Г-Д – генератор-десорбер; Кд – конденсатор; ДК1, ДК2 – дроссельный (регулирующий) клапан; И – испаритель; А – абсорбер; Н – водоаммиачный насос; ГС — греющая среда; ОВ — охлаждающая вода; ХН — хладоноситель.

Если известны th, tw и ts, то могут быть найдены следующие величины:

1) высшая температура в генераторе t2 = th — τ;
2) давление в конденсаторе p (по температуре конденсации t = tw + τ); давление в испарителе p0 может быть принято равным давлению насыщенных паров при температуре t0;
3) давление в десорбере принимается выше давления конденсатора на величину потерь в трубопроводе, соединяющем генератор с конденсатором. Для упрощения расчетов этими потерями пренебрегают, считая давление генератора равным давлению конденсатора p;
4) низшая температура в абсорбере t4 = tw + τ; принимаем, что охлаждающая вода циркулирует параллельно через конденсатор и абсорбер. В случае недостатка воды циркуляция ее может быть осуществлена последовательно — через конденсатор, а затем абсорбер;
5) низшая температура кипения в испарителе t0 = ts — τ; эта температура ниже ts охлаждаемой среды на величину разности температур в процессе теплопередачи при конечных поверхностях; по значению t0 находят высшую температуру кипения в испарителе t8; t8 = t0 + (3…10) °C, причем разность (t8t0) зависит от конструкции испарителя (она возрастает в более интенсивных аппаратах) и концентрации раствора;
6) давление в испарителе p0 принимается несколько меньшим (примерно на 0,5 бар) давления насыщенных паров аммиака при низшей температуре в испарителе (в зависимости от концентрации раствора);
7) давление в абсорбере принимается равным давлению в испарителе p0.
Отметим узловые точки процессов машины в ξ-i диаграмме (рис. 2). Для этого проведем линии постоянного давления p в генераторе и конденсаторе и p0 — в абсорбере и испарителе для жидкой и паровой фаз. Затем нанесем изотермы t2, t4 и t8. Точка пересечения изотермы t4 с линией давления p0 характеризует состояние жидкости на выходе ее из абсорбера (точка 4). Раствор из абсорбера подаётся водоаммиачным насосом в генератор. После насоса температура жидкости t4, концентрация ξr, давление p и энтальпия i4 (точка 1).

Мы пренебрегаем изменением энтальпии жидкости при прохождении ее через насос.

Cycle_ARM_wo_HE_and_R

Рис. 2 — Цикл водоаммиачной абсорбционной холодильной машины без теплообменника и ректификатора

Раствор при давлении p (точка 1) находится ниже кривой кипения, следовательно, является охлажденной жидкостью. Процесс в генераторе начинается от точки 1. Здесь раствор сначала подогревается при постоянной концентрации ξr и давлении p до состояния насыщения (точка 1°), после чего начинается кипение. Конец процесса кипения при постоянном давлении p соответствует высшей температуре в генераторе t2. Точка пересечения изотермы t2 с линией давления p (точка 2) определяет состояние жидкости в конце процесса кипения. Состояние пара в начале кипения находится пересечением изотермы t1 в области влажного пара с линией давления p (точка 1′), а в конце процесса кипения — пересечением изотермы t2 в области влажного пара с линией того же давления пара p (точка 2′). Состояние пара, поступающего из десорбера в конденсатор, равновесное среднему состоянию жидкости в десорбере, определяется точкой 5. Таким образом, линия 1-1° характеризует процесс подогрева жидкости до состояния кипения, линия 1°-2 — изменение состояния жидкой фазы во время кипения в генераторе, а 1′-2′ — изменение состояния паровой фазы при кипении в десорбере.
Конденсация водоаммиачного пара совершается при постоянной концентрации, поэтому, опустив перпендикуляр из точки 5 до пересечения с линией давления p жидкости, получим состояние жидкости после конденсации (точка 6). Прямая 5-6 показывает изменение состояния в процессе конденсации. Жидкость после конденсатора дросселируется до давления p0. Поскольку энтальпия и общая концентрация раствора остаются постоянными при дросселировании, точка 7, определяющая состояние раствора в конце процесса, совпадает с точкой 6, характеризующей раствор до дросселирования. Однако в точке 7 при давлении p0 будет не жидкость, а влажный пар, т.е. смесь жидкости (точка 7°) и пара (точка 7′) с температурой t0.
Жидкость 7° кипит в испарителе при давлении p0, при этом температура кипения повышается от t0 до высшей температуры в испарителе t8. Состояние жидкости в конце процесса кипения в испарителе (точка 8°) определяется пересечением изотермы t8 с линией давления p0 жидкости, а состояние пара — пересечением изотермы влажного пара t8 с линией давления p0 пара (точка 8′). Так как состояния пара 8′ и 7′ незначительно отличаются, то мы будем принимать, что пар, образованный в испарителе, имеет состояние 8′; таким образом, точка 8, характеризующая смесь жидкости 8° и пара 8′, определяет состояние раствора после его кипения в испарителе.
Жидкий раствор после генератора (точка 2) дросселируется до давления p0, а затем поступает в абсорбер. Точка 3, характеризующая раствор после дросселирования, совпадает с точкой 2, определяющей состояние раствора до дросселирования. Однако раствор после дросселирования при давлении p0 и концентрации ξa представляет собой влажный пар с температурой t3. Далее раствор поступает в абсорбер. Благодаря охлаждению последнего водой жидкая фаза поглощает не только пар, образованный в процессе дросселирования, но и влажный пар, поступающий из испарителя. Этот процесс поглощения изображен линией 3°-4.

Поделитесь с друзьями
  • Facebook
  • Twitter
  • LinkedIn
  • Добавить ВКонтакте заметку об этой странице

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>