Тепловой расчет водоаммиачной абсорбционной холодильной машины без теплообменника и ректификатора

В данной статье рассмотрен алгоритм теплового расчета простейшей схемы водоаммиачной абсорбционной холодильной машины – без теплообменника и ректификатора.

Обозначим количество пара, сжижаемого в конденсаторе, – D кг/с, а количество крепкого раствора, поступающего из абсорбера в генератор, – F кг/с.

Из F кг раствора, поступающего в генератор (рис. 1), выделяется D кг пара, который поступает в конденсатор, a (F – D) кг слабого раствора возвращается из генератора в абсорбер.

scheme_and_heat_flows_of_AWARM_wo_HE_and_R

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

В конденсаторе конденсируется D кг пара, следовательно, такое же количество должно пройти через испаритель. В абсорбер поступает (F – D) кг слабого раствора из генератора и D кг влажного пара из испарителя, а отводится F кг крепкого раствора в генератор.

Тепловой расчет водоаммиачной абсорбционной холодильной машины (ВАХМ) удобно вести, относя тепловые потоки всех аппаратов к 1 кг пара, сжижаемого в конденсаторе.

Тепловой баланс ВАХМ:

Q0 + Qг = Qк + Qа,

где:
Q0 кВт – тепло, подведенное к испарителю;
Qг кВт – тепло, подведенное к генератору;
Qк кВт – тепло, отведенное от конденсатора;
Qа кВт – тепло, отведенное от абсорбера.

Тепловым эквивалентом работы насоса в процессе расчета мы пренебрегаем. Разделив тепловые потоки на D, получим величины, отнесенные к 1 кг пара, сжижаемого в кон­денсаторе:

heat_flow_related_to_1kg_vapor

Тепловой баланс абсорбционной холодильной машины, отнесенный к 1 кг пара, сжижаемого в конден­саторе, можно записать теперь так: q0 + qг = qк + qа.

Отнесем также количество раствора, циркулирующего через аппараты, к 1 кг пара, сжижаемого в конденсаторе. Соответствующее количество a крепкого раствора, поступающего в генератор:

circulation_rate

Величина а и есть кратность циркуляции.

Если в конденсаторе конденсируется 1 кг пара, то и через испаритель проходит 1 кг вещества. Тогда в генератор будет поступать а кг крепкого раствора, из которого 1 кг пара направляется в конденсатор и (а – 1) кг слабого раствора – в абсорбер, в котором 1 кг влажного пара из испарителя поглощается (а – 1) кг слабого раствора, в результате чего из абсорбера поступит в генератор а кг крепкого раствора. Определив концентрации жидкости и пара, можно вычислить величину кратности циркуляции. Зная температуры греющего источника th, охлаждающей воды tw и охлаждаемой среды ts, можно изобразить цикл водоаммиачной абсорбционной холодильной машины в диаграмме и определить концентрацию крепкого раствора, поступающего в генератор, ξr, концентрации слабого раствора ξa и пара ξd, выходящего из генератора.

Количество аммиака, поступившее в генератор с крепким раствором, должно быть равно количеству его, отведенному из генератора с паром и слабым раствором. Мы можем записать это в виде равенства:

а · ξr = ξd + (а – 1) · ξa,

где:
а · ξr – количество аммиака, поступившее в генератор с крепким раствором;
ξd – количество аммиака, отведенное из генератора с 1 кг пара;
(а – 1) · ξa – количество аммиака, отведенное из генератора со слабым раствором.

Решив это уравнение относительно а, получим:
circulation_rate_related_to_concentrationsТеперь мы можем определить удельные тепловые потоки аппаратов.

Тепло qг, подведенное к генератору.

Процесс в генераторе совершается при постоянном давлении, поэтому количество подведенного тепла равно разности энтальпий вещества в конце и в начале процесса.

В начале процесса в генераторе находится жидкий раствор с энтальпией i4 в количестве а кг; энтальпия вещества – а · i4.

В конце процесса в генераторе образуется 1 кг пара энтальпии i5 и (a – 1) кг слабого жидкого раствора энтальпии i2; энтальпия вещества равна i5 + (a – 1) · i2.

Следовательно,

qг = i5 + (a – 1) · i2a · i4 кДж/кг

или после преобразования:

qг = i5i2 + a · (i2i4) кДж/кг.

Энтальпии i2, i4 и i5 могут быть найдены в диаграмме ξ-i (рис. 2).

Тепло qк, отведенное в конденсаторе.

В конденсаторе сжижается 1 кг пара при постоянном давлении p, поэтому:

qк = i5i6 кДж/кг.

cycle_and_enthalpy_AWARM_wo_HE_and_R

Рис. 2 – Определение энтальпии в основных точках цикла водоаммиачной абсорбционной холодильной машины без теплообменника и ректификатора.

Тепло q0, подведенное в испарителе.

В испаритель поступает 1 кг вещества с энтальпией i6, а после кипения при постоянном давлении из испарителя отводится 1 кг влажного пара с энтальпией i8:

q0 = i8i6 кДж/кг.

Тепло qа, отведенное в абсорбере.

В абсорбер поступает (a – 1) кг раствора из генератора с энтальпией i3 и 1 кг влажного пара из испарителя с энтальпией i8. После поглощения при постоянном давлении из абсорбера уходит a кг раствора с энтальпией i4. Энтальпия вещества в начале процесса равна (a – 1) · i3 + i8, а в конце процесса a · i4, следовательно:

qа = i8 + (a – 1) · i3a · i4 кДж/кг,

а после преобразования

qа = i8i3 + a · (i3i4) кДж/кг.

Так как в процессе дросселирования энтальпия не меняется (i2 = i3) , то

qа = i8i2 + a · (i2i4) кДж/кг.

Работа насоса qн.

Водоаммиачный насос должен перекачивать a кг жидкости из абсорбера (давление p0) в генератор (давление p). Если обозначить удельный объем раствора υ, то работа насоса в тепловых единицах:

qн = A · υ · a · (pp0) кДж/кг.

Удельный объем раствора может быть найден по таблицам или по при­ближенной формуле:
specific_volume_of_solutionВеличина qн очень мала по сравнению с qг, поэтому ею обычно пре­небрегают при составлении тепловых балансов.

Величина теплового коэффициента:
coefficient_of_performance_for_AWARM

Коэффициент полезного действия абсорбционной машины.

Потери в абсорбционной холодильной машине состоят из:
а) тепловых потерь в аппаратах и трубо­проводах;
б) потерь на сопротивление движению рабочего тела в аппаратах и трубопроводах;
в) потерь вследствие неполноты процесса абсорбции.
Степень насыщения раствора зависит от условий работы ВАХМ и ее конструкции. По данным измерений при проведении экспериментов, в одном из затопленных абсорберов при давлении 2 ата (абсолютное давление) и температуре 25 °C концентрация крепкого раствора составляла 0,36 вместо 0,414 для насыщенного раствора. В другом барабанном противоточном абсорбере при давлении в 1 ата и температуре 25 °C концентрация была равна 0,248 вместо 0,313 для насыщенного раствора.
Все потери учитываются общим коэффициентом полезного действия ВАХМ, который равен отношению теоретического теплового коэффи­циента к действительному. Величина коэффициента полезного действия абсорбционной холодильной машины составляет (70…85) %, в зависимости от размеров машины и ее компоновки.

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>