5.5. Методика расчета абсорбционно-холодильной системы, ахс

Основной целью расчета АХС является определение расхода рабо­чего агента и раствора, производительности отдельных элементов системы, расхода энергии и эксергии на трансформацию теплоты и КПД установки.

Для расчета системы (рис. 5.11) должны быть заданы:

1) холодопроизводительность Q₀, кДж/ч, кВт;

2) температура нижнего источника теплоты t_н;

3) температура охлаждающей среды t_с;

4) температурный уровень t_b внешнего источника тепла (греющей среды), используемого для работы трансформатора тепла;

5) рабочий агент и абсорбент;

6) схема установки.

Задаются или выбираются на основе технико-экономических рас­четов значения меньшей конечной разности температур между греющей и нагреваемой средой в испарителе Δt_Н, конденсаторе Δt_К, абсорбере Δt_А, генераторе Δt_Г, переохладителе рабочего агента Δt_ПО, теплооб­меннике раствора Δt_ТO. Задаются разностью температур Δt_D пара пос­ле дефлегматора и конденсации.

Температуры испарения и конденсации определяют по формулам

t_O = t*_н2- Δt_И; (5.56)

t_К = t_ckl- Δt_К, (5.57)

где t_н2 - температура охлаждаемой среды на выходе из испари­теля; t_ckl - температура охлаждающей среды на выходе из конденса­тора.

Находят давления: p_o - в испарителе и абсорбере, p_k - в кон­денсаторе и генераторе.

Температуру крепкого раствора на выходе из абсорбера находят по формуле:

t₁₂ = t_са2+ Δt_А, (5.58)

где t_ca2 - температура охлаждающей среды на входе в абсор­бер.

а б

Рис. 5.11. Схема одноступенчатого абсорбционного повысительного трансформатора тепла (а) и процесс работы в диаграмме i-ξ (б):

А - абсорбер; Г - генератор; PK - ректификационная колонка; К - кон­денсатор; И - испаритель; ДФ - дефлегматор; Р - рессивер жидкого рабоче­го агента; ПО - переохладитель жидкого рабочего агента; ТО - тепло­обменник раствора; РВ_I - регулирующий вентиль жидкого рабочего аген­та; РВ_II - регулирующий вентиль слабого раствора; Н - насос.

По давлению p_o и температуре крепкого раствора t₁₂ определяют концентрацию крепкого раствора x по термодинамическим таблицам или диаграммам раствора.

Находят температуру слабого раствора на выходе из генератора

t₉ = t_b1- Δt_Г, (5.59)

где t_b1 - температура греющей среды на входе в генератор.

По давлению Р_К и температуре слабого раствора t₉ определяют концентрацию слабого раствора ξ_с, пользуясь i-ξ-диаграммой или таблицами раствора.

При проведении расчета состояния агента в отдельных точках схемы и сам ход процесса наносят на i-ξ-диаграмму (рис. 5.11б).

Расчет установки производится по формулам, приведенным ниже. В формулах принята следующая размерность отдельных величин: темпе­ратура t - в °C; энтальпия i - в кДж/кг; удельный отвод или подвод тепла на единицу массового расхода q - в кДж/кг; массовый расход G - в кг/с; тепловой эквивалент w = G_c - в кВт/град, тепловая наг­рузка аппаратов Q - в кВт.

Кратность циркуляции, т.е. отношение массового расхода крепкого раствора к массовому расходу пара из дефлегматора:

, (5.60)

где G_К = G₁₂ и G_П = G₂ - массовые расходы крепкого раствора и пара; ξ_П=ξ₂ - концентрация рабочего пара после дефлегматора при правильно организованной дефлегмации и ректификации; ξ_К=ξ₁₂ - кон­центрация крепкого раствора; ξ_С=ξ₉ - концентрация слабого раство­ра.

Удельный массовый расход слабого раствора на единицу массово­го расхода пара: , (5.61)

где G_c - массовый расход слабого раствора.

Удельный отвод флегмы в дефлегматоре, т.е. отношение массово­го расхода флегмы из дефлегматора к массовому расходу пара из деф­легматора:

, (5.62)

где ξ_f=ξ_s - концентрация флегмы на выходе из дефлегматора; ξ_пк=ξ₁ - концентрация пара, равновесного флегме.

Удельная теплота дефлегмации, т.е. отвод тепла из дефлег­матора на единицу массового расхода пара из дефлегматора:

q_D = (i₁ - i₂) + φ(i₁ - i₈), (5.63)

где i₁, i₂, i₈ - удельная энтальпия пара до и после дефлегма­тора и флегмы после дефлегматора.

Энтальпия пара i₂ определяется по температуре t₂, которая должна превышать температуру конденсации чистого агента при давле­нии Р_к на небольшую величину Δt_D, принимаемую обычно Δt_D = 5-10 град.

Удельная теплота генерации, т.е. расход тепла в генераторе на единицу массового расхода пара: q_г = (i₁ - i₉) + φ(i₉ - i₁₄) + φ(i₁ - i₈), (5.64)

где i₁₄, i₈, i₉ - удельная энтальпия раствора перед генерато­ром и в состоянии кипения при давлении Р_к и слабого раствора на выходе из генератора.

Удельная теплота конденсации, т.е. отвод тепла из конден­сатора на единицу массового расхода пара: q_k = (i₂ - i₃), (5.65)

где i₃ - удельная энтальпия конденсата рабочего агента после конденсатора.

Температура рабочего пара агента после переохлаждения

t₇ = t₃- Δt_по, (5.66)

где t₃ - температура жидкого рабочего агента после конден­сатора, °C.

Удельная тепловая нагрузка переохладителя на единицу массово­го расхода пара: q_по = (i₇ - i₆), (5.67)

где i₇ и i₆ - удельная энтальпия пара после переохладителя и до него. Энтальпия пара i₇ находится по давлению пара р_к и его температуре t₇.

Удельная энтальпия жидкого рабочего агента перед регулирующим вентилем РВ_I: i₄ = i₃ - q_по. (5.68)

Удельная массовая холодопроизводительность рабочего агента:

q_o = i₆ - i₄. (5.69)

Предварительно определяют температуру слабого раствора пос­ле теплообменника по формуле t₁₀ = t₁₂ + Δt_то. (5.70)

Находят удельную энтальпию i₁₀ слабого раствора по концент­рации ξ_с=ξ₁₀ и температуре t₁₀.

Определяют удельную энтальпию крепкого раствора на входе в генератор, пренебрегая при этом приростом энтальпии крепкого раст­вора в насосе Н вследствие малости этой величины, т.е. из усло­вия

i₁₃ = i₁₂; i₁₄ = i₁₂ + (i₉-i₁₀) ≤ i₈, (5.71)

где i₁₂ - удельная энтальпия крепкого раствора после абсорбе­ра.

Неравенство в формуле (5.71) показывает, что энтальпия креп­кого раствора после теплообменника не должна превыщать энтальпии кипящего раствора с концентрацией ξ_к при давлении р_к.

Если условие i₁₄, i₈ выдерживается, то найденная величина i₁₀ принимается для дальнейших расчетов.

Если при расчете по формуле (5.71) получается i₁₄ ≥ i₈, то это означает, что предварительно принятое изменение энтальпии слабого раствора в теплообменнике является завышенным.

В этом случае принимают i₁₄ = i₈ и определяют удельную энталь­пию слабого раствора после теплообменника по формуле: i₁₀=i₉ - (i₈ - i₁₂). (5.72)

Удельная теплота абсорбции, т.е. отвод тепла в абсорбере на единицу массового расхода пара q_аб = (i₇ - i₁₀) + f (i₁₀ - i₁₂). (5.73)

Удельная тепловая нагрузка теплообменника

q_то = (f - 1) (i₉ - i₁₀) = f (i₁₄-i₁₂). (5.74)

Тепловой баланс установки проверяется по формуле

q_o + q_г = q_a + q_k + q_D. (5.75)

Массовый расход рабочего агента . (5.76)

Расчетные тепловые нагрузки отдельных аппаратов определяются по формуле: Q = G_q. (5.77)

Расчетная производительность насоса для раствора

V_н = fGv₁₂, (5.78)

где v₁₂ - удельный объем крепкого раствора после абсорбера, м³/кг.

Расчетный перепад давлений, развиваемый насосом,

ΔР_Н = P_Г - P_A + ΔP, (5.79)

где P_Г, P_A, ΔP - давление в генераторе, абсорбере и потери дав­ления на тракте абсорбер-генератор.

Удельный расход энергии в форме тепла на выработку холода qг

= qo . (5.80)

Удельный расход эксергии тепла на выработку холода

ωq = ωq, (5.81)

где q - коэффициент работоспособности тепла, подведенного к генератору.

Величина, обратная удельному расходу энергии на выработку хо­лода, называемая холодильным коэффициентом абсорбционной установ­ки, определяется по формуле . (5.82)

Коэффициент полезного действия абсорбционной установки

, (5.83)

где - удельный расход энергии в идеальной абсорбционной установке.