8.2.5. Тепловий розрахунок авхм з теплообмінником розчинів та водяним дефлегматором графічним способом

Розрахунок може бути проведений, аналогічно розрахунку найпростішої АВХМ, шляхом геометричної побудови в h-ξ – діаграмі. Ця побудова наведена на рис.8.4. Параметри точок 2, 4, 1⁰, 1, 1', е', 6 і 8 наносяться на діаграму за визначеними значеннями температур та тисків (порядок визначення розглянуто вище). Потім через точки 2 та 4 і через 2 та 1 проводять лінії до перетину з лінією ξ_е'=const (точки О та О'); подовжують ізотерму в області вологої пари до перетину з лінією ξ_е'=const (точка Д). Виконавши зазначені побудови, питомі навантаження апаратів машини визначають безпосередньо з діаграми як величини відповідних відрізків (дивись побудову).

Для пояснення правильності визначення питомої теплоти дефлегматора величиною відрізка Д-е' розглянемо два трикутники: Д-Е-1' та 1'-Ж-1⁰. Оскільки вони подібні, то

. (8.43)

Згідно формули (8.37) права частина відношення характеризує собою кількість флегми R, яка утворюється у дефлегматорі. Отже .

Якщо до кожної частини рівняння додати величину , отримаємо вираз для питомої теплоти дефлегматора

. (8.44)

Довжина відрізку показує питому теплоту генератора у схемі з ректифікацією та водяним дефлегматором, а довжина відрізку – питому теплоту генератора при ректифікації пари у ректифікаційній колонні та відсутності дефлегматора. Як бачимо з побудови, включення у схему водяного дефлегматора збільшує теплове навантаження генератора.

8.2.6. Авхм із зворотним подавання розчину у генераторі та абсорбері

Як відзначалося раніше, через теплообмінник розчинів проходить різна кількість міцного та слабкого розчинів. Тому, якщо навіть відбувається ідеальний теплообмін, різниця температур між розчинами може повністю зникнути лише на одному кінці апарата – на вході міцного розчину (точка 4 рис.8.4) та виході слабкого (точка 3). Температура міцного розчину в точці 1 ніколи не досягне температури t₂. Таким чином, процеси теплообміну в теплообміннику розчинів завжди протікають незворотно, при цьому чим більші теплота q_t і значення середньої різниці температур, тим більша необоротність процесів у теплообміннику.

Зменшення втрат у прямому циклі можна досягнути використанням зворотного подавання міцного розчину через абсорбер та слабкого розчину через генератор до їхнього надходження в теплообмінник розчинів. Схема машини із зворотним подаванням та процеси для рідкої фази розчину на діаграмі показано на рис.8.6. Під час пропускання міцного розчину через змійовики зворотного подавання абсорбера в ідеальному випадку він досягне температури слабкого розчину, який надходить у абсорбер. При цьому теплота слабкого розчину передається вже не охолодній воді, а міцному розчину і таким чином знову повертається у генератор. Як наслідок, на цю величину зменшується теплове навантаження генератора q_г. З побудови на h-ξ – діаграмі, наведеної на рис.8.6, видно, що при зворотному подаванні міцного розчину через абсорбер точки 3 та 4 лежать на одній ізотермі, яка перетинає ізобару р₀ в точці з концентрацією ξ_а. Точка Б, що лежить на перетині ліній 2-1 та ξ_е'=const, переміститься вище і, як наслідок, в однаковій мірі зменшаться значення q_г та q_а. При зворотному подаванні слабкого розчину через генератор, в ідеальному випадку, його можна охолодити до початкової температури процесу кипіння . Зниження точки 2 до перетину ізотерми з ξ_а=const не змінює положення точки Б, і, відповідно, не зменшує q_г, однак значно зменшує теплоту рідинного теплообмінника q_t. Зменшення q_t призводить, в свою чергу, до зменшення необоротності прямого суміщеного циклу.

Рис.8.6. Схема АВХМ із зворотним подаванням розчину через абсорбер та генератор та процеси в та h-ξ – діаграмі для рідкої фази розчину

Чим більша різниця , тим вигіднішою буде зворотне подавання розчинів. При певній різниці теплове навантаження на теплообмінник розчинів стає рівним нулю. При цьому точки 2 та 3 співпадають на ізобарі р₀, а точки 1 та 4 – на ізобарі р_к, і всі точки знаходяться на одній ізотермі.