4.2.4. Рабочие схемы абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин

В настоящее время в промышленности применяют абсорбцион­ные бромистолитиевые холодильные машины (АБХМ) с одно- и двухступенчатой генерацией пара рабочего вещества, а также АБХМ с совмещенным или раздельным тепломассопереносом в абсорбере. В свою очередь, АБХМ с двухступенчатой генерацией пара рабочего вещества могут работать по схемам с прямоточ­ным и параллельным направлением движения раствора и пара через ступени генераторов низкого и высокого давлений. Их целе­сообразно применять при температуре греющего источника, превы­шающей на 50-60 °С температуру, необходимую для осущест­вления одноступенчатых циклов АБХМ.

Выбирать ту или иную схему, а следовательно, и цикл АБХМ на первоначальном этапе разработки машины или системы ох­лаждения следует на основе анализа их термодинамической эф­фективности с учетом конкретных параметров внешних источ­ников теплоты.

Схема и теоретический цикл АБХМ с одноступенчатой гене­рацией пара рабочего вещества и совмещенным тепломассопе­реносом в аппаратах. Схема и теоретический цикл АБХМ при­ведены на рис. 4.12.

а) б)

Рис. 4.12. Абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина с одноступен­чатой

генерацией пара рабочего вещества и совмещенным тепломассопереносом в абсорбере:

а) схема машины; б) процессы на ξ-h-диаграмме; р₀, р_h, р_a, р_к - давления кипения рабочего вещества, раствора, абсорбции и конденсации пара соответственно; ,,- концентрации слабого, крепкого растворов

и средняя в цикле соответственно

В качестве теоретического цикла АБХМ принят цикл при следующих условиях (рис. 4.12, б): отсутству­ют потери от неполноты насыщения и неполноты выпаривания раствора при абсорбции пара и кипении раствора в соответству­ющих аппаратах; в теплообменнике растворов имеет место пол­ная рекуперация теплоты, т.е. на холодной стороне теплооб­менника растворов имеет место равенство t₂ = t₈; гидравлические сопротивления, возникающие при прохождении пара из испари­теля в абсорбер и из генератора в конденсатор, отсутствуют; выс­шая температура t₄ раствора в конце его кипения в генераторе равна температуре t_h греющего источника; низшая температура t₂ при абсорбции равна температуре t_к конденсации пара, которая, в свою очередь, принята равной температуре t_o.c окружаю­щей среды; температура t₀ кипения воды в испарителе равна температуре t_s охлажденного источника; состояние пара, посту­пающего из генератора АБХМ в конденсатор, определяется при средней концентрации ξ_ср и давлении р_h раствора при его кипении.

В испарителе I (рис. 4.12, а) за счет подвода теплоты от охлаж­даемого источника в количестве q₀ кипит вода при давлении р₀ = р_а. При этом источник охлаждается до температуры t_s. Водяной пар, образовавшийся в испарителе, поступает в абсорбер II, где он абсорбируется крепким раствором, стекающим из генератора III через растворный теплообменник V и гидравлический за­твор VII в абсорбер. Вследствие абсорбции пара раствором кон­центрация последнего снижается.

Теплота, выделяющаяся в процессе абсорбции, отводится к источнику окружающей среды в количестве q_а при температуре t_ос. Слабый раствор из абсорбера насосом VI подается через рас­творный теплообменник в генератор, где он кипит при давлении p_h вследствие подвода теплоты от греющего источника в коли­честве q_h при температуре t_h. Водяной пар, образовавшийся в ге­нераторе, поступает в конденсатор IV, где конденсируется при давлении р_к = p_h. Теплота конденсации отводится к источнику окружающей среды в количестве q при температуре t_о.с. Конденсат из конденсатора стекает в испаритель через гидравличес­кий затвор VIII.

Основные процессы цикла (рис. 4.12, б) следующие: 2-7 - нагрев слабого раствора в теплообменнике растворов; 7-5 - адиабатно-изобарная десорбция пара рабочего вещества; 5-4 - кипение раствора в генераторе при совмещенном тепломассопереносе; 4-8 - охлаждение крепкого раствора в теплообменнике растворов; 8-9 - адиабатно-изобарная абсорбция пара рабочего вещества; 9-2 - абсорбция пара рабочего вещества при совмещенном тепломассопереносе в абсорбере; 3'-3 - отвод теплоты перегрева и конденсация пара рабочего вещества в конденсатор; 1-1' - кипение рабочего вещества в испарителе. Основные соотношения для расчета теоретического цикла АБХМ с одноступенчатой генерацией пара рабочего вещества и совмещенным тепломассопереносом в аппаратах определяются расчетным путем, либо с помощью ЭВМ, либо вручную после построения цикла на ξ-h-диаграмме (рис. 4.12, б) для водного раствора бромистого лития по заданным температурам t_s, t_o.c и t_h внешних источников теплоты и после определения основных параметров цикла АБХМ.

Тепловой поток в испарителе

q₀ = h_1´ - h₃. (4.42)

Тепловой поток в конденсаторе

q = h_3´ - h₃. (4.43)

Количество а* слабого (по соли бромистого лития) раствора, выходящего из абсорбера и поступающего через растворный теплообменник в генератор, определяют из материального баланса потоков в генераторе по соли бромистого лития:

, (4.44)

где g_п - количество водяного пара, выпариваемого в генераторе и поступающего в конденсатор, g_п = 1 кг; - концентрация водяного пара по соли бромистого лития, = 0 %. Тогда уравнение (4.44) примет вид:

(4.45)

После преобразования уравнения (4.45) получают

(4.46)

где - зона дегазации раствора в теоретическом цикле АБХМ.

Тепловой поток в абсорбере

q_a = h_1´ + a*(h₈ - h₂) - h₈. (4.47)

Тепловой поток в генераторе

q_h = h_3´ + a*(h₄ - h₇) - h₄. (4.48)

Тепловой поток в теплообменнике растворов

q_т = (a* - 1)(h₄ - h₈) = a*(h₇ - h₂). (4.49)

Насос слабого раствора перекачивает а* жидкости из абсорбера в генератор. Определив удельный объем раствора v, можно вычислить работу насоса

q_н = va*(p_h - p_a).

Тепловой баланс машины

q₀ + q_h + q_н = q_a + q. (4.50)

В связи с тем, что величина q_н существенно меньше q_h и q₀, в расчетах теплового баланса машины ее обычно принимают равной нулю.

Тогда уравнение (4.50) будет иметь вид:

q₀ + q_h = q_a + q. (4.51)

Тепловой коэффициент АБХМ

ξ* = q₀ / q_h. (4.52)

Величина ξ* показывает, какое количество холода может быть получено в испарителе на единицу затраченной в генераторе теплоты. Чем выше ξ*, тем более эффективным в энергетическом отношении является цикл АБХМ.