3. Теоретические циклы абсорбционной холодильной машины.
Графическое построение теоретических
циклов абсорбционных холодильных
аппаратов производится в координатах
.
Исходные данные: температура кипения
в испарителе t0,
температура конденсации tкд,
высшая температура кипения в генераторе
Тв, конечная температура абсорбции
Та. Построение цикла:
Концентрация жидкого хладагента, поступающего из конденсатора в испаритель, равна единице (ξ =1) – проводится линия ξ =1, затем изотермы Тк, получается точка 5, определяет давление конденсации (Рк). Изотерма Т0 – до пересечения с ξ =1 – точка 6, определяет и давление кипения (Р0). На пересечении изотермы Та с изобарой Р0 получается точка 1 – конец процесса абсорбции. Из точки 1 линию постоянной концентрации ξr до пересечения с давлением конденсации – точка 2 – начало процесса выкипания в генераторе. Конец выкипания – точка 3 – пересечение изотермы Тв с изобарой Рк.
Результат процесса выкипания крепкого раствора в пределах температур Тв-Т2 является образование слабого раствора, направленного к абсорберу. Точка 3определяет концентрацию слабого раствора ξа. Проводя линию ξа до пересечения с давлением кипения, получим точку 4 – начало процесса абсорбции при температуре Тк и давлении Р0.
Теоретический цикл абсорбционного аппарата состоит из замкнутого прямого кругооборота жидкого раствора 1-2-3-4-1 и обратного кругооборота хладагента – 2-5-6-1-2.
На участке 2-3 изобары Рк вследствие выкипания крепкого раствора образуются пары хладагента, направляющиеся в конденсатор – к точке 5, и слабый раствор ξа, направляющийся в абсорбер (к точке 4). На пути движения в абсорбер давление и температура слабого раствора падают. Сконденсировавшийся хладагент при входе в испаритель снижает свое давление и вследствие этого закипает при давлении Р0. Постоянное давление поддерживается тем, что пары хладагента постоянно поглощаются слабым раствором на участке абсорбции 4-1. В результате абсорбции образуется крепкий раствор ξr, который термонасосом подается в генератор.
1-2-3-4-1 – циркуляция жидкого раствора
1-2 – повышение давления и температуры до температуры равной началу кипения перед началом кипения в испарителе;
2-3 – выкипание в генераторе при температуре от Т2 до Тв;
3-4 – снижение температуры и давления при прохождении в абсорбер;
4-1 – процесс абсорбции.
2-5-6-1-2 – циркуляция хладагента
2-5 – конденсация;
5-6 – снижение давления и температуры на входе в испаритель;
6-1 – кипение в испарителе.
Общее уравнение теплового баланса:
,
где
Qв – количество тепла, подведенного к генератору;
Q0 – количество тепла, поглощенного испарителем аппарата из холодильной камеры (холодопроизводительность);
Qн – количество тепла, в жидкостном теплообменнике;
Qк – тепло, отведенное от конденсатора;
Qа – тепло, отведенное от абсорбера;
Qр – тепло, отведенное от ректификатора;
Qд – тепло, отведенное от дефлегматора.
Тепловой баланс генератора:
,
где
– количество хладагента, уходящего из
генератора в абсорбер вместе с
кг слабого раствора концентрации ξа.
– кратность циркуляции крепкого
раствора.
,
,
Цикл движения раствора в ξ, i диаграмме строится так.
Заданы Раб=Р0 и t1 – температура конца абсорбции. На пути движения раствора к генератору его концентрация не меняется. В генераторе при температуре кипения раствора концентрации ξr, соответствующей давлению конденсации, начинается процесс выкипания. Проводим линию ξr до пересечения с кривой кипения при давлении конденсации, получаем точку 2 – начало выкипания в генераторе крепкого раствора. В процессе выкипания при постоянном давлении конденсации концентрация раствора снижается. Концентрация слабого раствора, выходящего из генератора, определяется конечной температурой выкипания, равной температуре слабого раствора. На пересечении изотермы Т3 с изобарой Рк получаем точку 3 – конец процесса выкипания, в результате образуется слабый раствор концентрации ξа. На пути движения слабого раствора в абсорбер его концентрация не изменяется. Проводя линию ξа=const до пересечения с изобарой Р0 получаем точку 4 – начало абсорбции. В процессе абсорбции при постоянном давлении концентрация раствора за счет поглощения паров из испарителя повышается до значения ξr. Теплосодержание раствора снижается от i4 до i1 за счет отдачи теплоты смешения в окружающую среду.
Цикл движения раствора между кипятильником и абсорбером 1-2-3-4-1; 2-3 – процесс выкипания крепкого раствора; 4-1 – абсорбция паров хладагента слабым раствором.
Равновесная концентрация паров, выходящих из генератора, ξк при t2 и давлении конденсации определяется с помощью кривой конденсации при давлении конденсации и вспомогательной кривой Р'к=Рк. Соединив точки 5 и 2 прямой, получим изотерму начальной температуры выкипания t2 в области влажного пара. Точка 5 – наивысшее значение энтальпии паров, выходящих из генератора. Соединим точки 3 и 1 прямой до пересечения с линией ξк=const. Треугольники 3-1-ξа и 3-А-ξа подобны:
Кратность циркуляции крепкого раствора
пропорциональна отрезку
,
кратность циркуляции слабого раствора
пропорциональна отрезку
.
Результаты испытаний абсорбционного холодильника
(режим работы непрерывный).
Сопротивление нагревателя R=400
Ом, мощность нагревателя
.
Выход на режим через 280 мин. после включения из отепленного состояния.
Первый режим испытания: U = 150 В, N = 56,25 Вт
|
|
|
|
|
t1= -24,0°C |
t1= 157°C |
t1= 210°C |
|
t2= -5,0°C |
t2= 57°C |
t2= 210°C |
|
t3= -4,0°C |
t3= 144°C |
t3= 210°C |
|
t4= +4,5°C |
t4= 101°C |
t4= 210°C |
|
t5= +6,0°C |
t5= 146°C |
t5= 210°C |
|
t6= +23°C |
t6= 157°C |
t6= 210°C |
|
t7= +7,5°C |
t7= 92°C |
t7= 224°C |
|
t8= +7,5°C |
t8= 153°C |
t8= 224°C |
|
t9= +6,5°C |
t9= 145°C |
t9= 224°C |
|
t10= +12,0°C |
t10= 159°C |
t10= 224°C |
|
t11= +7,5°C |
t11= 146°C |
t11= 224°C |
|
t12= -7,0°C |
t12= 152°C |
t12= 224°C |
Второй режим испытания: U = 180 В, N = 81 Вт
-
t1= -38°C
t1= 167°C
t1= 250°C
t2= -22°C
t2= 62°C
t2= 250°C
t3= -27°C
t3= 162°C
t3= 250°C
t4= -20°C
t4= 140°C
t4= 250°C
t5= -8°C
t5= 162°C
t5= 250°C
t6= +34°C
t6= 167°C
t6= 250°C
t7= -1°C
t7= 142°C(-)
t7= 265°C
t8= -1°C
t8= 168°C
t8= 265°C
t9= -8°C
t9= 162°C(-)
t9= 265°C
t10= +12,5°C
t10= 168°C
t10= 265°C
t11= -3,5°C
t11= 162°C
t11= 265°C
t12= -22,5°C
t12= 164°C
t12= 265°C
Третий режим испытания: U = 200 В, N = 100 Вт.
-
t1= -40°C
t1= 177°C
t1= 280°C
t2= -26°C
t2= 150°C
t2= 280°C
t3= -30°C
t3= 171°C
t3= 280°C
t4= -25°C
t4= 150°C
t4= 280°C
t5= -19°C
t5= 174°C
t5= 280°C
t6= +37°C
t6= 175°C
t6= 280°C
t7= -10°C
t7= 151°C(-)
t7= 295°C
t8= -10°C
t8= 173°C
t8= 295°C
t9= -18°C
t9= 171°C(-)
t9= 295°C
t10= +7°C
t10= 174°C
t10= 295°C
t11= -16°C
t11= 173°C(-)
t11= 295°C
t12= -25°C
t12= 172°C
t12= 295°C
Четвертый режим испытания: U = 220 В, N = 121 Вт.
-
t1= -42°C
t1= 184°C
t1= 315°C
t2= -28,5°C
t2= 155°C
t2= 315°C
t3= -32,5°C
t3= 182°C
t3= 315°C
t4= -27,5°C
t4= 160°C
t4= 315°C
t5= -21,5°C
t5= 182,5°C
t5= 315°C
t6= 38°C
t6= 184°C
t6= 315°C
t7= -13°C
t7= 159°C(-)
t7= 329°C
t8= -12,5°C
t8= 189°C
t8= 328°C
t9= -21°C
t9= 182°C(-)
t9= 328°C
t10= -5,5°C
t10= 185°C
t10= 328°C
t11= -19°C
t11= 183°C(-)
t11= 328°C
t12= -27°C
t12= 180°C
t12= 328°C
Пятый режим испытания: U = 240 В, N = 144 Вт.
-
t1= -38°C
t1= 197,5°C
t1= 347°C
t2= -22°C
t2= 176°C
t2= 347°C
t3= -26°C
t3= 198°C
t3= 347°C
t4= -20,5°C
t4= 198°C
t4= 347°C
t5= -15°C
t5= 177,5°C
t5= 347°C
t6= 46°C
t6= 210°C
t6= 347°C
t7= -4°C
t7= 197,°C(-)
t7= 365°C
t8= -6,5°C
t8= 198,5°C
t8= 365°C
t9= -14,5°C
t9= 198°C(-)
t9= 365°C
t10= 0°C
t10= 193°C
t10= 365°C
t11= -13°C
t11= 199°C(-)
t11= 365°C
t12= -21°C
t12= 172°C
t12= 365°C
