8.4.1. Одноступеневі абхм

Схема та теоретичний цикл одноступеневої АБХМ із суміщеним тепломасоперенесенням в абсорбері наведено на рис.8.12. Теоретичним циклом прийнято цикл, для якого: відсутні втрати від неповного випаровування під час кипіння та неповного насичення під час абсорбції; в теплообмінниках відбувається повна рекуперація теплоти без втрат; гідравлічні втрати відсутні; вища температура кипіння розчину дорівнює температурі гарячого джерела (t₄=t_h); нижча температура під час абсорбції дорівнює температурі конденсації, а та, в свою чергу, дорівнює температурі навколишнього середовища (t₂=t_к=t_нc); температура кипіння у випарнику дорівнює температурі охолодного середовища (t₀=t_s); стан пари, що надходить з генератора у конденсатор визначається при середніх значеннях концентрації ξ_ср і тиску розчину під час його кипіння р_h.

Робота машини відбувається наступним чином. У випарнику В за рахунок теплоти, що підводиться від охолодного середовища в кількості q₀ кипить вода при тиску р₀=р_а та температурі t₀. При цьому охолодне джерело охолоджується до температури t_s. Водяна пара, яка при цьому утворюється, надходить до абсорбера А, де абсорбується міцним розчином, що стікає з генератора Г через теплообмінник ТО і гідравлічний затвор ГЗ до абсорбера. Внаслідок абсорбції пари розчином концентрація його знижується. Теплота абсорбції в кількості q_а відводиться до навколишнього середовища при температурі навколишнього середовища t_нc. Слабкий розчин із абсорбера насосом Н подається через теплообмінник в генератор, де кипить при тиску р_h внаслідок підведення теплоти в кількості q_h при температурі t_h. Водяна пара, що утворюється в генераторі, надходить до конденсатора КД, де конденсується. Теплота конденсації в кількості q_к відводиться до навколишнього середовища. Конденсат з конденсатора через гідрозатвор стікає у випарник. Основні процеси циклу наступні: 2-7 – нагрівання слабкого розчину у ТО розчинів; 7-5 – абіабатно-ізобарна десорбція пари робочої речовини; 5-4 – кипіння слабкого розчину в генераторі; 4-8 – охолодження міцного розчину в ТО; 8-9 – адіабатно-ізобарна абсорбція пари; 9-2 – абсорбція пари в абсорбері; 3-3' – відведення теплоти перегрівання та конденсації пари у конденсаторі; 1-1' – кипіння робочої речовини у випарнику.

Рис.8.12. Схема та теоретичний цикл в h-ξ – діаграмі одноступеневої АБХМ із суміщеним тепломасоперенесенням в абсорбері

Розрахунок АБХМ проводять аналітичним способом після побудови циклу в h-ξ – діаграмі Н₂О-LiBr за відомими температурами t_s, t_h та t_нc.

Якщо прийняти, що з генератора у конденсатор поступає 1 кг водяної пари (холодильного агенту), то матеріальний баланс генератора буде мати вигляд

, (8.48)

де – кількість слабкого розчину по солі Li-Br, що виходить з абсорбера та поступає через теплообмінник у генератор; – концентрація пари по солі Li-Br, що виходить з генератора, ; – концентрація міцного розчину на вході до абсорбера; – концентрація слабкого розчину на виході з абсорбера; – кількість водяної пари, що виходить з генератора у конденсатор, . Тоді рівняння (8.48) прийме вигляд

. (8.49)

Після перетворення отримаємо

, (8.50)

де – зона дегазації розчину в теоретичному циклі АБХМ.

Знайшовши, після побудови циклу, та склавши теплові баланси апаратів, можна визначити питомі теплові потоки:

генератора , (8.51)

випарника , (8.52)

конденсатора , (8.53)

абсорбера , (8.54)

теплообміннику розчинів . (8.54)

Робота (кДж/кг), який перекачує із абсорбера у генератор слабкий розчин у кількості а^* визначається за формулою

(8.55)

де  – питомий об’єм розчину, м³/кг.

Енергетична ефективність циклу машини визначається за тепловим коефіцієнтом за формулою

. (8.56)

На рис.8.13. наведено схему та теоретичний цикл одноступеневої АБХМ з розділеними процесами тепломасоперенесення в абсорбері. На відміну від попередньої схеми, поверхня теплообміну виноситься за межі абсорбера і теплота абсорбції відводиться у переохолоджувачі ПО змішаного розчину. Змішаний розчин подається у переохолоджувач насосом Н2. Таке виконання абсорбера дозволяє розділити процеси тепло- та масоперенесення, завдяки чому теплота відводиться у теплообміннику “рідина-рідина” (без парової фази). Внаслідок цього значно скорочується корозія зі сторони водного розчину солі.

Рис.8.13. Схема та теоретичний цикл в h-ξ – діаграмі одноступеневої АБХМ з розділеними процесами тепломасоперенесення в абсорбері

В циклі при фіксованих температурах зовнішніх джерел та фіксованій концентрації міцного розчину , концентрація слабкого розчину може бути прийнята різною в межах від мінімальної до максимальної. При мінімальній концентрації слабкого розчину рециркуляція в циклі 2-7-5-4-8-2 досягає нескінченної величини і концентрація суміші буде при цьому дорівнювати концентрації слабкого розчину , а саме . Параметри основних вузлових точок циклу з роздільним тепломасоперенесенням будуть повністю відповідати параметрам тих же точок, але циклу із сумісним тепломасоперенесенням (попередній випадок). При відсутності рециркуляції слабкого розчину в циклі 9-7₀-5₀-4-8₀-8 процес 8-8₀ – охолодження міцного розчину в переохолоднику, а 8-9 – адіабатно-ізобарна абсорбція пари робочої речовини до максимально можливого при заданій температурі зовнішнього джерела концентрації слабкого розчину , яка визначається положенням точок 8,1',9 і ізобари р₀=р_а. Для здійснення цього циклу в схемі вентилі В1 та В2 закривають, вентиль В3 відкривають, а насос Н2 виключають. Будь-який із проміжних циклів, наприклад 2_і-7_і-5_і-4-8_і-9_і-10_і здійснюється з певною рециркуляцією слабкого розчину; при цьому процеси: 2_і-8_і – змішування рециркуляційного слабкого розчину після абсорбера і міцного після теплообмінника розчинів з утворенням змішаного розчину стану 9_і; 9_і-10_і – охолодження змішаного розчину в переохолоднику; 10_і-2_і – адіабатно-ізобарна абсорбція. Таким чином, положення точки 10_і на ізотермі t_нс може бути будь-яким між фіксованими положеннями точок 2 та 8, які визначаються температурами зовнішніх джерел.

Теплові потоки у випарнику q₀ та конденсаторі q_к визначають за формулами (8.52) та (8.53). При нескінченно великій кратності рециркуляції слабкого розчину в абсорбері (b_i=∞) теплові потоки в генераторі q_h та теплообміннику розчинів q_t, а також кратність циркуляції а^* слабкого розчину в циклі визначають за формулами (8.51), (8.54) і (8.50) відповідно.

При проміжному значенні ξ_аі концентрації слабкого розчину та кінцевому значенні кратності рециркуляції b_i питомі теплові потоки:

генератора , (8.57)

конденсатора , (8.58)

абсорбера , (8.59)

, (8.60)

теплообміннику розчинів , (8.61)

де – кратність циркуляції розчину

; (8.62)

– кратність рециркуляції слабкого розчину

, (8.63)

або , (8.64)

або . (8.65)

При розділеному тепломасоперенесенні в абсорбері та відсутності рециркуляції слабкого розчину (b_i=0) питомі теплові потоки:

генератора , (8.66)

конденсатора , (8.67)

абсорбера , (8.68)

, (8.69)

теплообміннику розчинів , (8.70)

де – кратність циркуляції розчину

; (8.71)

або . (8.72)