Абсорбционные холодильные машины

Принцип действия

Абсорбционныемашины производят холод, как и компрессионные, за счет испарения холодильного агента с последующей его конденсацией. В абсорбционных машинах холодильным агентом является аммиак, пары которого поглощаются водой с образованием водо-аммиачного раствора.

Применение других холодильных агентов и поглотителей (абсорбентов) для низких температур не дало пока положительных результатов.

Для работы абсорбционной холодильной машины необходима тепловая энергия извне (от различных источников температурой 100°C и выше). Пары аммиака конденсируются в конденсаторе, жидкий аммиак дросселируется в регулирующем вентиле и затем испаряется в испарителе. В этих частях абсорбционной машины происходят такие же процессы, как и в компрессионной машине. Из испарителя пары аммиака с низкой температурой поступают в абсорбер, в котором поглощаются при низком давлении слабым водо-аммиачным раствором. Выделяющаяся при этом «теплота поглощения» отводится охлаждающей водой. В результате абсорбции концентрация раствора увеличивается. Насос откачивает полученный в абсорбере крепкий раствор с низким давлением и нагнетает его в кипятильник (генератор). Механическая энергия, затрачиваемая насосом, настолько мала, что ею практически можно принебречь.

В кипятильнике за счет подвода тепла от греющего водяного пара или другого источника крепкий раствор выпаривается при относительно высоком давлении и высокой температуре.

Выделяющиеся из раствора пары аммиака направляются в конденсатор. В результате выпаривания раствор в кипятильнике становится слабым, дросселируется в дополнительном регулирующем вентиле и поступает при пониженном давлении в абсорбер для восстановления концентрации.

Принципиальная схема абсорбционной холодильной машины (рис) дополняется установкой теплообменника для предварительного подогрева крепкого раствора за счет охлаждения слабого, а также другими аппаратами, повышающими экономичность работы.

Свойства растворов, применяемых в абсорбционных машинах.

Состояние раствора определяют следующие параметры: давление − p,температура − t и концентрация − ξ.

Если задано давление, то температура и концентрация могут быть выбраны произвольно в тех пределах, которые характерны для данного раствора. Однако при заданном давлении и принятой температуре раствора концентрация его вполне определенна.

Весовая концентрация представляет отношение веса составной (компонента) к весу всего раствора:

где: G_х.а и G_абс− вес в растворе холодильного агента и абсорбента − кг.

В бинарном растворе отделенные одна от другой физически однородные части его образуют жидкую и паровую фазы.

В отличие от кипения однородной жидкости с определенным соотношением давлений и температур для бинарного раствора температура кипения при заданном давлении переменна и зависит от концентрации кипящего раствора. Пары, образующиеся из кипящего раствора, имеют одинаковую с ним температуру, но другую концентрацию паровой фазы: из раствора всегда выделяется большее количество того компонента, который имеет более низкую температуру кипения.

При взаимных переходах жидкой и паровой фаз системы существуют для определенной температуры и давления соответствующие равновесные состояния, определяемые в обеих фазах концентрацией компонентов − холодильного агента и абсорбента.

Рабочие процессы абсорбционной машины

В аппаратах абсорбционной машины происходят следующие рабочие процессы: выпаривание, ректификация, конденсация, дросселирование, испарение и поглощение.

Выпаривание раствора в кипятильнике-генераторе при постоянном высоком давлении, но переменной температуре характеризуется уменьшением концентрации раствора и повышением температуры кипения.

Ректификация отделение паров одного компонента от паров другого. Последовательным охлаждением паров и отделением жидкости достигается усиление концентрации паров холодильного агента.

Конденсация − процесс перехода паровой фазы в жидкую при постоянной общей концентрации системы.

Испарение (кипение) в испарителе при низком давлении и высокой концентрации раствора, равной практически ξ = 1.

Поглощение (абсорбция) паров в абсорбере при постоянном давлении с повышением концентрации жидкой фазы. Для этого процесса необходим отвод «теплоты поглощения» из раствора.

Дросселирование раствора в регулирующем вентиле не вызывает изменения общей концентрации системы и энтальпии.

Кроме того, в абсорбционной машине раствор нагревается в кипятильнике-генераторе при постоянном давлении и охлаждается в абсорбере (с сохранением равновесного состояния).

Циркуляция раствора в абсорбционной машине без теплообменника и ректификатора происходит следующим образом. Из абсорбера насос подает в кипятильник F-кг/час крепкого ратвора (ξ _кр). За счет подведенного тепла в кипятильнике из этого раствора выпаривается D-кг/час пара, который содержит почти чистый аммиак (ξ"). Остающийся в кипятильнике слабый раствор (ξ_сл) направляется через регулирующий вентиль в абсорбер в количестве F — D-кг/час. Возвращающиеся из испарителя пары D-кг/час поглощаются слабым раствором и в абсорбере, при выделении «теплоты поглощения», снова получается крепкий раствор (ξ _кр). Этот раствор в количестве F-кг/час подается насосом обратно в кипятильник-генератор.

При установившемся состоянии:

F·ξ_кр=(F−D)·ξ_сл+Dξ′′.

Количество раствора, подаваемого из абсорбера в кипятильник, отнесенное к 1 кг пара, полученного в кипятильнике, составляет кратность циркуляции раствора:

Уменьшение концентрации раствора или «интервал дегазации» будет тем меньше, чем больше кратность циркуляции раствора, и составляет:

Тепловой баланс абсорбционной машины:

Q_ген+Q_нас+Q₀=Q_кон+Q_абс ккал/час,

где: Q_ген − тепло, подведенное в кипятильнике - генераторе;

Q_нас − тепло, эквивалентное работе насоса для раствора;

Q₀ − тепло, в испаритель − холопроизводительность абсорбционной

машины;

Q_кон − тепло, отведенное из конденсатора;

Q_абс − тепло, отведенное из абсорбера.

Относя количество тепла на 1 кг пара, уходящего из кипятильника-генератора в конденсатор, получим:

q_ген+q_нас+q₀=q_кон+q_абс ккал/час,

Тепловой коэффициент абсорбционной машины представляет отношение полученного в испарителе холода к затраченному в кипятильнике-генераторе теплу и, без учета теплового эквивалента работы насоса, составляет:

Дата добавления: 2015-09-06