94

Δtср =

tв2 − tв1

(5.27)

n

tк − tв1

tк − tв2

где tк – температура конденсации аммиака.

У

5.4 Абсорбционные холодильные установки

Т

Основным преимуществом абсорбционных холодильных установок (АХУ)

по сравнению с компрессионными является использование для выработки хо-

Н

лода тепловой энергии низкого и среднего потенциалов, в то время как в ко м-

Б

прессионных холодильных установках для выработки холода используется

электрическая или механическая энергия.

рк , т.е.

сом Х через теплообменник VII подвод тсякрепкий

раствор давлением

АХУ, принципиальная схема которой представлена на рисунке 5.8, работа-

и

ет следующим образом. К ректификационной колонне Iб из абсорбера IX насо-

р

о

раствор повышенной концент ации в состоянии 15, представляющий собой

т

смесь хладагента (аммиака) и абс бента (воды) с концентрацией ξкр. Этот рас-

твор проходит через рек ификаци нную колонну. При этом из состояния 15

и

крепкий раствор нагревае ся до температуры кипения, соответствующей ξкр

з

(точка 8) и обра уются пары, равновесное состояние которых характеризуется

раствора

точкой 1. Об гащенные летучим (аммиаком) пары движутся по колонне вверх,

п

а обедненная жидк сть стекает вниз в генератор Iа (состояние 9). Изменение

е

в ректификационной колонне и генераторе изображено на

состояния

Р

У

R → ∞). Поэтому концентрацию пара доводят до значения, отличающегося от

единицы на доли процента. Процесс обогащения паров в колонне изображен

кривой 1-2 на i,ξ - диаграмме (рисунок 5.8).

Т

Н

Генератор, ректификационная колонна и дефлегматор обычно компонуют-

Б

ся вместе таким образом, чтобы обеспечить естественное движение паров

вверх, а флегмы и крепкого раствора – вниз.

й

После дефлегматора пар аммиака поступает в конденсатор III – процесс 2-

и

3, затем в охладитель, где дополнительно охлаждается парами хладагента из

испарителя –

процесс

3-4. Далее ж дк

хладагент

дросселируется в V

4

о

2

3

III

2

т

р

i,

Рк

II

кДж/кг

Ро

1

IV

и

7

з

V

Iб

t = const

7

5

6

6

1

8

о

15

Рк

qк

9

12

Iа

9

Ро

qо

VI

8

3

п

14

10,11

15

VII 10

13,14

4,5

X

Р

VIII

1

IX13

е

7

12

0 ξсл

ξкр

1 ξ

Н2О

NH3

денная жидкость (ниже пограничной кривой рк ), а в точке 5 – влажный насы-

щенный пар (т.к. выше пограничной кривой ро).

У

После дроссельного вентиля хладагент поступает в испаритель VI, где в

Т

результате подвода теплоты извне он кипит и превращается в сухой насыщен-

Н

ный пар (процесс 5-6). Затем пары хладагента поступают в охладитель, где пе-

ξсл = const) и дросселируется в VIII (процесс 10-11 при i = const и ξсл = const,

есечения

т.е. точки 10 и 11 совпадают). Итак, в абсорбере смешивается пар с состоянием

р

в точке 7 и жидкость в точке 11. П

ад абатномйсмешении состояние смеси на

точка

прямой, соединяющей исход-

диаграмме определяется как

пе

т

динатой, соответствующей концентра-

ные состояния (----- на рисунке 5.8) с

смеси

ции полученной

(ξкр). Т.е. на пересечении прямой 7-11 с ординатой ξкр

Для определения температур и остальных параметров раствора, циркули-

рующего в схеме АХУ, задаются значениями меньшей конечной разности тем-

ператур между греющей и нагреваемой средами в испарителе, конденсаторе,

абсорбере, генераторе, охладителе жидкого хладагента (ХА), теплообменнике

раствора, дефлегматоре.

У

Т

Тогда температуры испарения и конденсации ХА

Н

tо = t р2

о

− Δtи ,

С

Б

(5.28)-(5.29)

t

к

= t

в

2

+ Δt

к

,

оС.

Этим температурам соответствуют давленйя р

– в испарителе и абсорбе-

o

ре, рк

– в конденсаторе и гене ат

е (таблицыили T,s-диаграмма ХА).

р

Температура крепкого рас в ра на выходе из абсорбера (рисунок 5.8)

о

+ Δt

, оС

(5.30)

t

= t

в

2

a

13

т

По давлению рo

температуре t13

определяют концентрацию крепкого

и

раствора ξкр = зξ13 и его энтальпию i13 (по термодинамическим таблицам или i,ξ-

д

ХА).

о

Т

ратура слабого раствора на выходе из генератора

мп

иаграмме

t9 = tгр.п. − Δtг, оС,

(5.31)

Ргде tгр.п. – температура греющего пара, поступающего в генератор, опре-

При расчете состояние агента в отдельных точках схемы и ход процесса

наносят на i,ξ-диаграмму (рисунок 5.8).

У

Кратность циркуляции, т.е. отношение массового расхода крепкого рас-

твора к массовому расходу паров ХА из дефлегматора,

Н

f =

Gкр

=

G15

=

ξ2 − ξ9

Т

(5.32)

D

G2

ξ13 − ξ9

Б

При правильно организованной дефлегмации и ректификации ξ2 1,0.

й

Температура пара после дефлегматора должна немного (на ∆tд) превышать

при

= tв

+ Δtд, оС. Его

температуру конденсации чистого агента

давлении рк t2

2

энтальпия i2

р

ли таблицам) при ξ2 1,0 и рк .

определяется по i,ξ-диаг амме (

о

По i,ξ-диаграмме определяются па аметры пара, равновесного кипящему

т

= Р8 = Рк ;

t1 = t8 ;

ξ1 ; i1 .

крепкому раствору (точка 1, рисун к 5.8) – Р1

и

з

Удельный отвод флегмы из дефлегматора, т.е. отношение массового рас-

хода флегмы к массовому расходу пара на выходе из дефлегматора (флегмовое

отношение)

п

G8

ξ2 − ξ1

е

о

(5.33)

ϕ = G

2

= ξ

− ξ

8

1

Уд льная тепловая нагрузка дефлегматора, т.е. отвод тепла из дефлегмато-

ра на единицу массового расхода пара из дефлегматора

Р

q

д

= (i

−i

) +

ϕ (i

−i

) ,

кДж

(5.34)

1

2

1

8

кг

t10 = t14 + ∆t14 −10 ;

(5.35)

- энтальпия i10

У

слабого раствора (находится по концентрации) ξ10

= ξ9 и

температуре t10 .

Т

Энтальпия крепкого раствора на входе в генератор (пренебрегая приростом

Н

его энтальпии в насосе вследствие малого значения этой величины, т.е. i14 = i13)

Б

i

= i

+

f −1

(i

−i ) ,

кДж

(5.36)

15

13

f

9

10

кг

й

где i13 – энтальпия крепкого раствора после абсорбера.

если

Энтальпия крепкого раствора после теплообменника (на входе в генератор)

р

не должна превышать энтальпии к пящего раствора с концентрацией ξкр при

давлении Рк (точка 8, рисунок 5.8). Т. .

i15 ≤ i8, то найденное значение i10

о

> i8 , значит, предварительно

принимается для дальнейших

асчет в. Если i15

т

принятое изменение эн альпии слаб го раствора в теплообменнике завышено.

и

В этом случае пр н мают i15 ≤ i8

и определяют энтальпию слабого раствора

после теплообменн ка по формуле

з

i

= i

−

f

(i

−i

)

,

кДж

(5.37)

10

9

f −1

8

13

кг

е

Р

Удельнаяотепловая нагрузка теплообменника

п

q

то

= (f

−1)(i

−i

) ,

кДж

(5.38)

9

10

кг

Удельная тепловая нагрузка конденсатора

q

к

= i

−i

,

кДж

(5.39)

2

3

кг

100

t

7

= t

3

− Δt

3 − 7

,

oC

где t3 – температура жидкого ХА после конденсатора, т.е. t3 = tк.

Удельная тепловая нагрузка охладителя

У

кДж

q

по

= i

−i

,

(5.40)

7

6

кг

Т

где i6 и i7 – энтальпия пара до охладителя и после него соответственно.

Н

Энтальпию пара i7 находят по давлению пара Р0

и его температуре t7

(по T,s-

диаграмме аммиака).

Б

Энтальпия жидкого аммиака перед дросселем

й

i

= i

− q

по

,

кДж

(5.41)

4

3

кг

и

кг

Удельная холодопроизводительность установки

q

= i

− i

= i

−i

,

кДж

(5.42)

o

6

5

6

4

т

ртв димое в абсорбере

Удельное количес во

епла,

и

кДж

qa

о

(i10 − i13 ) ,

(5.43)

з

= (i7

− i10 )

+

f

кг

или

о

q

a

= f (i

−i

) ,

кДж

(5.44)

п

12

13

кг

кг

Удельная тепл вая нагрузка генератора

q

г

= (i

−i

) + f

(i

−i

) +

ϕ (i

−i

) , кДж

(5.45)

1

9

9

15

1

8

еТепловой баланс установки

qподв = qотв,

Р

qподв = qг + qo ,

(5.46)

qотв = qa + qк + qд .

Расход ХА (аммиака)

G =

Qo

,

кг

(5.47)

с

q

o

Тепловая нагрузка

- генератора

Qг = G qг ,

(5.48)

У

- абсорбера

Qa = G qa ,

(5.49)

- конденсатора

Qк = G qк,

Н

(5.50)

- дефлегматора

Qд = G qд,

(5.51)

Б

Т

- теплообменника

Qто = G qто

(5.52)

Удельный расход теплоты

и

qг

Qг

э =

=

й

(5.53)

q

Q

р

o

о

o

г

Холодильный коэффициент

т

qо

(5.54)

и

ε =

q

з

о

5.5 Эк н мическое сравнение компрессионных и абсорбционных холо-

п

дильных устан в к

е

Р

Пробл мы энергосбережения в настоящее время чрезвычайно актуальны в

У

потребляют энергию в виде теплоты, причем в последнем случае могут исполь-

зоваться так называемые вторичные тепловые ресурсы.

Т

Основным первичным ресурсом для выработки тепла и электрической

энергии служит топливо, при сравнении вариантов используется понятие ус-

ловное топливо.

Б

o

Энергетическим показателем любой холодильной установки является хо-

лодильный коэффициент ε: отношение полезного эффектаН(количество вырабо-

танного холода Q ) к затраченной энергии. Так для компрессионной холодиль-

и

Q

ной установки (КХУ) εк

= QNo

р

привода компрессора. Для

, где

N

к

- мощностьй