8425

30

(2.20)

26. Определяют удельную массовую холодопроизводительность рабочего тела (установки), считая h5 = h4:

(2.21) 27. Определяют удельную теплоту абсорбции, т.е. количество

отводимой из абсорбера теплоты на единицу массового расхода рабочего пара:

28.Рассчитывают тепловой баланс установки:

(2.23)

Левая часть этого уравнения определяет количество подводимой к установке теплоты, правая часть – количество отводимой теплоты.

Дисбаланс не должен превышать 3%.

29.Отдельные точки и ход процесса трансформации теплоты наносят на диаграмму h-ξ.

30.Определяют массовый расход рабочего пара:

31. Определяют расчетные тепловые нагрузки отдельных аппаратов установки:

(2.25)

32.Расчетная производительность насоса для раствора:

(2.26)

где ν12 – удельный объем крепкого раствора после абсорбера.

31

35. Коэффициент работоспособности теплоты qг, подведенной к генератору:

(2.29)

где Tо.с. = 293 К – температура окружающей среды, Тв – средняя температура греющей среды в генераторе.

36. Удельный расход эксергии теплоты qг на выработку единицы холода:

(2.30)

где Тс = То.с. = 293 К, Тн – средняя температура охлаждаемой среды в испарителе.

39.Коэффициент полезного действия установки:

Аналогично производится расчет абсорбционных теплонасосных установок.

32

3. Абсорбционные бромистолитиевые трансформаторы

теплоты

3.1.Схема и работа бромистолитиевой установки

Бромистолитиевые холодильные установки применяют в основном для охлаждения воды, используемой в системах кондиционирования воздуха.

Рабочим телом в этих установках служит вода H2O, а абсорбентом – бромистый литий LiBr, разность нормальных температур кипения которых составляет ts = 1212 °C. Благодаря такой большой величине ts, в

генераторе установки происходит полное разделение компонентов раствора и образуется чистый водяной пар. Это исключает необходимость использования ректифицирующих устройств (ректификационной колонны и дефлегматора), что уменьшает затраты энергии на трансформацию теплоты.

Во избежание замерзания жидкой воды в испарителе, температура в нем поддерживается в пределах от 0 до 9-10 °С. Этим температурам соответствует давление испарения воды от 0,6 до 1,2 кПа. Температура конденсации водяного пара в конденсаторе составляет 20-30 оС, чему соответствует давление в конденсаторе 2,4-4,5 кПа.

Следовательно, процессы в бромистолитиевых установках протекают при значительном вакууме. Для сокращения недонасыщения раствора в этих установках предусмотрены рециркуляции крепкого раствора через абсорбер.

Используют также рециркуляцию слабого раствора через генератор, что снижает концентрацию поступающего в него раствора.

Кипение воды в вакууме связано с образованием больших объемов водяного пара, а следовательно, требует больших проходных сечений в соединительных каналах, особенно между абсорбером и испарителем.

Принципиальная схема и процесс работы бромистолитиевой холодильной установки показаны на рис. 3.1. Основные аппараты этих установок в большинстве случаев выполняются пленочными и обычно

33

компонуются попарно в одном корпусе. Так скомпонованы конденсатор I и

генератор II, абсорбер VII и испаритель IX.

Рис. 3.1. Схема бромистолитиевой абсорбционной холодильной установки (а) и процесс ее работы на h-ξ диаграмме (б)

Установка содержит: I – конденсатор; II – генератор; III –

рециркуляционный насос; IV – теплообменник; V – насос раствора; VI –

регулирующий вентиль; VII – абсорбер; VIII – регулирующий вентиль на линии воды; IX – испаритель; X – водяной насос; XI – система кондиционирования; XII – вентиль слабого раствора.

Раствор, подаваемый в эти аппараты, орошает поверхность нагрева

(охлаждения), выполненную в виде пучка горизонтальных труб. Внутри этих труб в генераторе проходит греющий теплоноситель (пар или горячая вода,

или горячие продукты сгорания топлива, например, газа), а в абсорбере – охлаждающая среда (обычно вода).

На диаграмме h-ξ (рис. 3.1,б) на оси абсцисс отложена массовая концентрация воды ξ в растворе, т.е. отношение массы воды (легкокипящего компонента) к массе водного раствора бромистого лития. На оси ординат отложена энтальпия h раствора.

Рабочие процессы абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин аналогичны процессам водоаммиачных машин.

34

Две верхние пограничные кривые П показывают состояние сухого насыщенного пара над кипящим жидким раствором при двух давлениях: pк –

в генераторе и конденсаторе и p0 – в испарителе и абсорбере. Две нижние пограничные кривые Ж изображают состояние кипящей жидкости при тех же давлениях pк и p0.

Иногда на диаграммах h-ξ водного раствора бромистого лития на оси абсцисс откладывают массовую концентрацию бромистого лития в растворе.

В таких диаграммах величина ξ = 1 соответствует не чистой воде, а чистому бромистому литию. При использовании этих диаграмм концентрацию воды в растворе определяют по уравнению:

(3.1)

Установка работает следующим образом. В испаритель IX, в котором поддерживается низкое давление p0 , поступают два потока жидкой воды:

один из системы кондиционирования XI с температурой tв – охлаждаемая вода (точка 17), второй – из конденсатора с температурой tк (точка 2). В

испарителе вода закипает, и температура ее снижается, так как при прохождении воды через вентиль VIII ее давление уменьшается от pк до p0.

Виспарителе устанавливается температура воды и пара t0,

соответствующая давлению насыщения p0. Из испарителя выводятся два потока: охлажденная вода (точка 16), которая отводится с помощью водяного насоса X в систему кондиционирования, и пар в состоянии 4, который поступает из испарителя в абсорбер VII. При этом массовые расходы воды,

поступившей из системы кондиционирования и отводимой в неѐ, равны:

G17 = G16. Также равны массовые расходы воды, поступившей из конденсатора в испаритель, и пара, отводимого из испарителя в абсорбер:

G2 = G4.

В генераторе II раствор кипит при давлении pк и температуре tг. В

результате кипения из раствора выделяются водяные пары в состоянии 1, а

горячий слабый (по концентрации воды) раствор с концентрацией ξс,

35

выходящий из генератора в состоянии 11, направляется через теплообменник

IV и вентиль XII в абсорбер VII.

В теплообменнике IV горячий слабый раствор охлаждается холодным крепким раствором, который с помощью насоса V подается из абсорбера через теплообменник в генератор.

Состояние слабого раствора после теплообменника определяется точкой 13. Здесь раствор имеет более низкие температуру и энтальпию, чем на выходе из генератора в точке 11, хотя давления pк в этих точках одинаковы.

После теплообменника слабый раствор направляется через вентиль XII

в абсорбер. Между теплообменником и абсорбером к слабому раствору с помощью насоса V подмешивается некоторое количество крепкого раствора,

выходящего из абсорбера, для увеличения плотности орошения охлаждающей поверхности абсорбера. Давления крепкого и слабого растворов снижаются в вентилях VI и XII соответственно от pк до p0. При этом температуры и энтальпии этих потоков не изменяются. Поэтому состояние раствора, поступающего в абсорбер (точка 14), находится на линии

13-8, соединяющей состояния смешиваемых потоков.

Для составления материального и теплового баланса абсорбера смешивание двух потоков раствора (рециркуляция крепкого раствора) не имеет значения, так как рециркулирующий раствор берется из самого абсорбера.

Поэтому можно условно принять, что в абсорбере смешиваются два потока: жидкий слабый раствор в состоянии 13 и водяной пар в состоянии 4.

В результате поглощения, т.е. абсорбции водяного пара раствором,

получается крепкий раствор с концентрацией ξк. Начальное состояние смеси определяется точкой 5, находящейся на прямой 13-4, соединяющей точки состояния исходных потоков.

В результате смешивания получается двухфазная смесь при давлении p0. После охлаждения в абсорбере эта смесь превращается в жидкий раствор,

36

который в состоянии точки 6 отводится из абсорбера насосом V. После насоса крепкий раствор делится на два потока: один (точка 8) направляется через вентиль VI на рециркуляцию, второй (точка 7) через теплообменник IV

в генератор II.

Состояния крепкого раствора в точках 6, 7, 8 определяются одной точкой, поскольку концентрации и энтальпии раствора в этих точках одинаковы, хотя давления различны (в точке 6 – p0, в точках 7 и 8 – pк).

Подогретый крепкий раствор выходит из теплообменника в состоянии точки 9 и направляется в генератор. Между теплообменником и генератором к нему с помощью рециркуляционного насоса III подмешивается некоторое количество слабого раствора, выходящего из генератора, что увеличивает плотность орошения его поверхности нагрева. Поэтому фактическое состояние раствора, поступающего в генератор (точка 15), находится на линии 9-11 между этими точками.

Для составления материального и теплового баланса генератора рециркуляция слабого раствора не имеет значения, так как раствор для рециркуляции берется из самого генератора.

Крепкий раствор, поступающий в генератор, выпаривается в нем. Из раствора выделяется водяной пар при давлении pк в состоянии точки 1,

который поступает из генератора в конденсатор. Полученный слабый раствор выводится из генератора в состоянии точки 11. Этот раствор после генератора разделяется на два потока: один (точка 10) направляется с помощью насоса III на рециркуляцию, второй (точка 12) – через теплообменник в абсорбер.

Концентрации и энтальпии слабого раствора в точках 10, 11, 12

одинаковы, поэтому на диаграмме h-ξ эти состояния определяются одной точкой.

Водяной пар, поступивший из генератора, конденсируется в конденсаторе и выходит из него в виде потока жидкой воды (точка 2).

37

3.2.Методика расчета бромистолитиевой холодильной установки

Для расчета установки должны быть известны:

1)холодопроизводительность Q0;

2)давление pк в конденсаторе;

3)давление p0 в испарителе;

4)температура генерации tг , температура слабого раствора на выходе из генератора;

5)температура конденсации tк (температура конденсата на выходе из конденсатора);

6)температура абсорбции tа (температура крепкого раствора на выходе из абсорбера);

7)температура испарения t0 (температура охлажденной воды на выходе из испарителя).

Расчет производят в следующей последовательности.

1.По таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара определяют параметры рабочего тела (водяного пара и жидкой воды) в

точках 1, 2, 3, 4, считая, что в этих точках бромистый литий в растворе отсутствует: ξп = 1.

2.По диаграмме h-ξ или таблицам водного раствора бромистого лития определяют параметры крепкого раствора в точках 6,7,8 и слабого раствора в точках 10, 11, 12.

3.Материальный баланс генератора в пределах контура,

ограниченного на рис. 3.1,а штриховой линией:

Из этого уравнения кратность циркуляции крепкого раствора:

В генераторах бромистолитиевых установок генерируется практически чистый водяной пар, поэтому ξп = 1.

4.Кратность циркуляции слабого раствора

38

5.Задаются меньшей разностью температур между слабым и

крепким растворами в теплообменнике tто или определяют ее на основе технико-экономического анализа.

6. Определяют температуру слабого раствора на выходе из теплообменника:

(3.5)

7.Определяют энтальпию h13 слабого раствора после теплообменника по диаграмме h-ξ, используя величины t13 и pк.

8.Определяют энтальпию крепкого раствора на выходе из теплообменника:

9.Удельная тепловая нагрузка генератора:

10.Удельная тепловая нагрузка конденсатора:

(3.8)

11.Из теплового баланса абсорбера в пределах контура,

ограниченного на рис. 3.1,а штриховой линией, определяют удельную

12.Удельная тепловая нагрузка теплообменника:

холодопроизводительность рабочего тела:

(3.11)

14.Рассчитывают тепловой баланс установки:

(3.12)

Дисбаланс не должен превышать 3%.

39

15.Строят процесс трансформации теплоты в диаграмме h-ξ для водного раствора бромистого лития.

16.Определяют расход охлаждаемой воды Gв в системе кондиционирования воздуха (в общем случае расход хладоносителя в системе охдаждения) на единицу массового расхода рабочего тела в холодильной установке:

⁄( ) (3.13)

где h17 и h16 – энтальпии охлаждаемой воды на входе и выходе из испарителя, определяются по таблицам термодинамических параметров воды и водяного пара по температурам и давлениям жидкой воды в точках 16 и 17.

17.Массовый расход рабочего тела (водяного пара) в установке:

Следует иметь в виду, что в абсорбционных бромистолитиевых установках при установившемся режиме работы массовый расход рабочего тела через генератор, конденсатор, испаритель и абсорбер одинаков, т.е. G1 = G2 = G3 = G4.

18. Определяют расчетные тепловые нагрузки Q отдельных аппаратов установки по уравнению:

(3.15)

19.Удельные расходы энергии и эксергии, холодильный коэффициент и КПД установки определяют по уравнениям (2.28), (2.30), (2.31), (2.33) соответственно.

20.Определяют коэффициенты рециркуляции β крепкого и слабого растворов в абсорбере и генераторе, представляющие собой отношение массового расхода потока раствора, поступающего в аппарат (абсорбер или генератор), к массовому расходу этого потока до узла рециркуляции.

Для генератора: