8.2. Водоаміачні абсорбційні холодильні машини (авхм)

8.2.1. Найпростіша холодильна машина

Схема машини та цикл такої холодильної машини, побудований в h– діаграмі, показано на рис.8.2. Процеси тепло- та масообміну в найпростішій АВХМ здійснюються а допомогою таких елементів: генератора Г, конденсатора КД, випарника В, абсорбера А, насоса Н та дроселів РВ1, РВ2. Принцип дії машини описано вище. Різниця полягає лише у тому, що для спрощення машини процеси розширення у детандерах замінено дроселюванням.

Температурний режим роботи АВХМ визначається трьома температурами – навколишнього середовища , гарячого джерела , охолодного середовища . Якщо для охолодження конденсатора та абсорбера використовується вода, то температура навколишнього середовища приймається рівною температурі води на вході до конденсатора – . Температура охолодного середовища приймається рівною температурі у камері при безпосередньому охолодженні, чи температурі теплоносія на виході з випарника – при використанні проміжного теплоносія. За цими температурами визначають параметри рідкої та парової фаз розчину у вузлових точках циклу після чого проводять побудову процесів в h– діаграмі.

Вища температура розчину в процесі кипіння в генераторі, С,

, (8.5)

де t – різниця температур кипіння та зовнішнього джерела теплоти, t=5…10С.

Різниця температур t в будь-якому апараті приймається на основі техніко-економічного аналізу, оскільки від її значення залежить площа теплообмінної поверхні апаратів і внутрішні параметри циклу (тиск та температури), а останні спричиняють вплив на затрату роботи в насосі та термодинамічну ефективність циклу.

Температура конденсації аміаку в конденсаторі, С,

,С, (8.6)

де t – різниця температур конденсації та навколишнього середовища (води), t=5…10С.

За температурою конденсації знаходять тиск конденсації р_к, скориставшись термодинамічними таблицями чистого аміаку.

Нижча температура кипіння у випарнику, С,

, (8.7)

де t – різниця температур випаровування та охолодного середовища, t=4...6С.

За температурою знаходять тиск насиченої пари аміаку у випарнику , скориставшись термодинамічними таблицями. Оскільки у випарник надходить не чистий аміак, то розрахункова величина тиску випаровування зменшується на величину МПа, тоді .

Рис.8.2. Схема та цикл абсорбційної водоаміачної холодильної машини у діаграмі h–

Вища температура кипіння у випарнику, С,

,С, (8.8)

де t=4…8С.

Температура розчину на виході з абсорбера визначається з температури води, що надходить на охолодження,С,

, (8.9)

де t=4…6С.

Для спрощення розрахунків тиски в абсорбері та випарнику приймають рівними, а гідравлічними втратами в трубопроводах машини нехтують. У випадку послідовного подавання води спочатку до конденсатора а потім до абсорбера, температура розчину на виході з абсорбера,С,

, (8.10)

де t=4…6С – різниця температур розчину на виході з абсорбера та охолодної води на вході, °С – температура води на виході з конденсатора.

Визначивши температури, будують циклу машини скориставшись діаграмою в h-ξ розчину. Спочатку на h– діаграмі відмічають ізобари р_к та р₀ для рідкої та парової фаз розчину. На перетині ізотерми та ізобари р₀ в області рідини знаходять точку 4 – стан міцного розчину на виході з абсорбера. Якщо знехтувати зміною ентальпії розчину під час проходження її через насос, то стан холодного розчину на вході в генератор визначається параметрами , , , (точка 1 збігається з точкою 4). У генераторі розчин спочатку нагрівається до температури кипіння (процес 1 – 1⁰), а потім кипить (процес 1⁰– 2). Стан розчину після нагрівання у генераторі точка 1⁰ знаходять на перетині лінії та ізобари р_к. Кипіння розчину в генераторі характеризується зміною його параметрів від , , до , , . Точку 2 знаходять на перетині ізотерми з ізобарою р_к. Насичена пара, яка утворюється у генераторі, змінює свої параметри по мірі зміни концентрації розчину. Рівноважний стан пари на початку та в кінці кипіння (точка 1’ та точка 2’ ), які відповідають стану рідини (точки 1⁰ та 2), знаходять на перетині ізотерм , (лінії 1⁰-1’ та 2-2’ ) проведених в області вологої пари з ізобарою р_к для сухої насиченої пари. Стан суміші парів, яка надходить до конденсатора (точка 5’ ), визначається на перетині ізотерми (лінія 5⁰-5’ ) проведеної в області вологої пари з ізобарою р_к для сухої насиченої пари. положення точки 5⁰ визначають за середньою концентрацією розчину в генераторі. У конденсаторі пара конденсується, віддаючи теплоту до навколишнього середовища (процес 5’-6). Положення точки 6 знаходять провівши лінію постійної концентрації з точки 5’ до перетину з ізобарою р_к для насиченої рідини. Після конденсатора рідина дроселюється в РВ1 до тиску р₀ (процес 6-7) та поступає у випарник, де кипить відбираючи теплоту від охолодного середовища (процес 7⁰-8⁰). Оскільки процес дроселювання проходить за постійної ентальпії, то точка 6 збігається з точкою 7. У процесі дроселювання частина рідини випарується. При цьому утвориться насичена пара (стан 7’ ) та насичена рідина (стан 7⁰). Точка 7⁰ на ізобарі р₀ проставляється таким чином, щоб ізотерма (лінія 7⁰-7’ ) проведена в області вологої пари пройшла через точку 7. Положення точки 8⁰, яка відповідає закінченню процесу кипіння у випарнику, знаходять на перетині ізотерми та ізобари р₀ в області рідини.

Положення точок 7’ та 8’ знаходять на перетині відповідних ізотерм в області вологої пари з ізобарою р₀ для сухої насиченої пари. Оскільки у випарнику кипить розчин дуже високої концентрації, то стан насиченої пари на початку і в кінці процесу практично однаковий, тому стан вологої пари на виході з випарника можна визначити точкою 8, отриманою на перетині ізотерми (лінія 8⁰–8’ ) з лінією .

Точка 3 стану вологої пари після дроселювання (процес 2-3) слабкого розчину в РВ2 після генератора збігається з точкою 2, оскільки процес проходить за постійної ентальпії. Точка 3⁰ на ізобарі р₀ проставляється таким чином, щоб ізотерма (лінія 3⁰-3’ ) проведена в області вологої пари пройшла через точку 7.