5.5.1. Расчет схемы одноступенчатой абсорбционно-холодильной установки

Исходные данные

Холодопроизводительность Q_o=106 ккал/ч=1163 кВт; температура рассола на входе в испаритель t_н1 = -18°C и на выходе из него t_н2 = -25°С; температура охлаждающей воды на входе в конденсатор, дефлегматор и абсорбер t_с2 = 20°C и на выходе из этих аппаратов t_с1 = 30°С. Греющей средой в генераторе является водяной пар при давлении Р_п=6 бар и температуре t_п=180°С; Температура конденсации греющего пара t_кп=158°C; рабочий агент - аммиак, абсорбент - вода.

1. Принимаем значение конечной разности температур:

в испарителе Δt_н=t_н2 - t_o=3 град; в конденсаторе Δt_к=t_к - t_с1=5 град;

в абсорбере Δt_а=t₁₂ - t_с2=5 град; в генераторе Δt_г=t_кп - t₉=8 град;

в переохладителе Δt_по=t₃ - t₇=8 град; в теплообменнике Δt_то=t₁₀ - t₁₃=10 град.

2. Принимаем разность между температурой пара после дефлегматора и температурой конденсации Δt=t₂-t_к=10 град.

3. Определяем температуру испарения t_o и конденсации t_k:

t_o=t_н2- Δt_и=-25-3=-28°C; t_к=t_с1+ Δt_к=30+5=35°С.

4. Определяем по термодинамическим таблицам аммиака:

давление в испарителе Р_o=1,3 бар; давление в конденсаторе Р_к=13,8 бар.

5. Вычисляем температуру крепкого раствора на выходе из абсор­бера по формуле (5.58): t₁₂ = 20 + 5 = 25°C.

6. Находим i по i-ξ или t-ξ диаграммам для водноаммиачного раст­вора:

ξ _к = ξ ₁₂ = 0,35; i₁₂ = -5 ккал/кг = -20,9 кДж/кг.

7. Определяем температуру слабого раствора на выходе из гене­ратора по формуле (5.59): t₉ = 158 – 8 = 150°С.

8. Находим по i-ξ или t-ξ- диаграммам для водноаммиачного раствора ξ_с:

x_с = x₉ = 0,16; i₉ = 140 ккал/кг = 585 кДж/кг.

9. Кратность циркуляции раствора определяем по формуле (5.60):

.

10. Находим температуру пара после дефлегматора:

t₂ = t_k+ Δt = 35 + 10 = 45°С.

11. Определяем по i-ξ- или t-ξ- диаграммам параметры пара пос­ле дефлегматора: Р_к = Р₂ = 13,8 бар; t₂ = 45°C.

12. Вычисляем по i-ξ- или t-ξ-диаграммам параметры пара, рав­новесного кипящему крепкому раствору:

Р₈ = Р₁ = 13,8 бар; t₁ = 105°С ; ξ _пк = ξ ₁ = 0,935; i₁ = 450 ккал/кг = 1880 кДж/кг.

13. Удельный отвод флегмы в дефлегматоре находим по формуле (5.62):

.

14. Удельнуюя теплоту дефлегмации рассчитываем по формуле (5.63):

q_D = (450 - 390) + 0,111·(450 - 85) = 100 ккал/кг = 419 кДж/кг.

15. Определяем предварительно температуру слабого раствора после теплообменника по формуле (5.70): t₁₀ = 25 + 10 = 35°С.

Энтальпия слабого раствора i₁₀ = 18 ккал/кг = 75 кДж/кг.

16. Определяем энтальпию крепкого раствора на входе в генера­тор по формуле (5.71): i₁₄ = -5 + ·(140 - 18) = 99 ккал/кг = 415 кДж/кг.

17. Находим энтальпию кипящего крепкого раствора при xк= 0,35 и Рк = 13,8 бар: i₈ = 85 ккал/кг = 356 кДж/кг.

18. Поскольку полученное значение i₁₄ > i₈, принимаем i₁₄ = i₈ и определяем энтальпию слабого раствора после теплообменника по формуле (5.68):

i₁₀ = 140 - · (85 + 5) = 25 ккал/кг = 104,5 кДж/кг.

19. Рассчитываем удельную тепловую нагрузку теплообменника

q_то = 3,4·(140 - 25) = 390 ккал/кг = 1630 кДж/кг.

20. Удельную теплоту генерации находим по формуле (5.64):

q_г = (450 - 140) + 4,4·(140 - 85) + 0,111·(450 - 85) = 592 ккал/кг = 2480 кДж/кг.

21. Удельную теплоту конденсации определяем по формуле (5.66):

q_к = 390 - 125 = 265 ккал/кг = 1110 кДж/кг;

i₃ = 125 ккал/кг = 524 кДж/кг.

22. Температуру рабочего пара после переохлаждения находим по формуле (5.67): i₇ = 405 ккал/кг = 1700 кДж/кг.

23. Удельную тепловую нагрузку переохладителя рассчитываем по формуле (5.68): q_по = 405 - 375 = 30 ккал/кг = 126 кДж/кг;

i₆ = 375 ккал/кг = 1575 кДж/кг.

24. Энтальпию жидкого рабочего агента перед регулирующим вен­тилем РВ_I находим по формуле (5.69):

i₄ = 125 - 30 = 95 ккал/кг = 398 кДж/кг.

25. Удельная массовая холодопроизводительность рабочего агента составит (5.70): q_o = 375 - 95 = 280 ккал/кг = 1170 кДж/кг.

26. Удельную теплоту абсорбции рассчитывем по формуле (5.73):

q_а = (405 - 25) + 4,4 (25 + 5) = 512 ккал/кг = 2140 кДж/кг.

26. Проверяем тепловой баланс установки по формуле (5.75):

Удельный подвод тепла: q_подв = q_o + q_г = 1170 + 2480 = 3650 кДж/кг.

Удельный отвод тепла: q_отв = q_а + q_к + q_D = 2140 + 1110 + 419 = 3669 кДж/кг.

Невязка баланса составит · 100 = 0,5%,

что находится в пределах точности исходных данных.

27. Массовый расход рабочего агента определим по формуле

G = = 1 кг/с.

28. Находим расчетные тепловые нагрузки отдельных аппаратов по формуле (5.80). Поскольку G = 1 кг/с, тепловая нагрузка отдель­ных аппаратов Q, кВт, численно равна удельной тепловой нагрузке q, кДж/кг.

29. Удельный расход энергии в форме тепла на выработку холода определится по формуле: = = 2,12.

30. Коэффициент работоспособности тепла, подведенного к гене­ратору рассчитаем по формуле: (ω_i)_ср = = 1 - Т_о,с , (5.84)

где Δе, Δi, ΔS - изменение удельных параметров потока соответс­твенно эксергии, энтальпии и энтропии: (w_j)_ср = 1 – 293· = 0,32.

31. Удельный расход эксергии на выработку холода найдем по формуле (5.81): = 2,12·0,32 = 0,68.

32. Удельный расход эксергии на выработку холода в идеальной установке

, (5.85)

где Т_А- температура абсорбента АХС после поглощения паров в абсорбере; Т2- температура холодного источника

.

33. Коэффициент полезного действия установки находим по формуле (5.83)

.