Принцип теплового расчета абсорбционной холодильной машины.

При расчетах задаются холодопроизводительностью машины Q₀ , температурой кипения аммиака t₀ °C, температурой греющей воды, температурой охлаждающей воды. На диаграмме наносят основные точки рабочего процесса и определяют количество подведенного или отведенного тепла, измеренные разностью энтальпий соответствующих точек, так как процессы в испарителе, абсорбере, кипятильнике и конденсаторе происходят при постоянных давлениях. Для изображения рабочего процесса в диаграмме отмечают изобары давления конденсации р_к и давления кипения р_о (рис.2). Давление р_к зависит от температуры охлаждающей воды, а давление р_о – от заданной температуры кипеня t₀. Высшая температура в кипятильнике t₂ определяется температурой греющей среды с учетом перепада температур 5-8 С^о, необходимого для процесса теплопередачи.

Рис.2. Абсорбционная холодильная машина.

а – схема; б – процессы в диаграмме ζ-i

Низшая температура в абсорбере t₄ , определяющая концентрацию крепкого раствора, должна быть на 5-8 С^о выше температуры охлаждающей воды.

Высшая температура кипения в испарителе:

Давление в кипятильнике принимается равным давлению в конденсаторе р_к. Давление в абсорбере принимается равным давлению в испарителе р_о. Кроме изобар р_о и р_к наносим на диаграмму изотермы t₁, t₂, t₃ и t₈. Точка 4 на линии давления р_о характеризует состояние жидкости на выходе ее из абсорбера. Состояние раствора в точке 1, где начинается

процесс в кипятильнике, будет совпадать с точкой 4. так как при процессе перекачки раствора насосом его энтальпия и концентрация не изменяется. Однако нельзя забывать, что давление в точке 1, равно р_к, поэтому состояние 1 будет в зоне переохлажденной жидкости.

В кипятильнике раствор сначала подогревается при постоянной концентрации до состояния насыщения (т. 1⁰) , после чего начинается кипение. Конец процесса кипения при постоянном давлении р_к соответствует высшей температуре в кипятильнике t_2. Точка пересечения изотермы t₂ с линией р_к (т.2) определяет состояние жидкости в конце процесса кипения. Состояние пара в начале кипения находится пересечением изотермы t₁ в области влажного пара с линией давления р_к (т.1¹ ), а в конце процесса- пересечением изотермы t₂ (т.2¹). Состояние пара, поступающего из кипятильника в конденсатор, определяется т.5, которая лежит на пересечении линии концентрации с линией давления р_к между состояниями 1¹ и 2¹.

Положение т.5 по отношению к т.1¹ и 2¹ определяется конструкцией кипятильника. В тепловом отношении наиболее выгодно осуществлять в нем противоток между парами и жидким раствором. Тогда т.5 будет находится вблизи от т.1¹ и концентрация пара, выходящею из кипятильника, будет выше, чем в случае параллельного тока (т.5 вблизи т. 2¹). Конденсация водоаммиачного пара происходит при постоянной концентрации , поэтому опустив перпендикуляр из точки 5 до пересечения с линией давления р_к жидкости, получим состояние жидкости после конденсации (т.6). После конденсации жидкость дросселируется до давления р_о при постоянной энтальпии и концентрации. Поэтому т.7, определяющая состояние раствора в конце процесса, совпадает с точкой 6, но в т.7 будет не жидкость, а влажный пар, то есть смесь жидкости (т.7⁰) и пара (т.7¹) с температурой t₀. Жидкость состояния 7 кипит в испарителе при давлении р_о ,при этом t₀ повышается до высшей температуры в испарителе t₈. Состояние жидкости в конце процесса кипения в испарителе (т.8⁰) определяется пересечением изотермы t₈ с линией давления р_о пара (т.8¹)

Жидкий раствор после кипятильника (т.2) дросселируется до давления р_о при постоянной концентрации ,поэтому т.3, характеризующая раствор после дросселирования, совпадает с т.2,но в т.3- влажный пар при t_3.

Таким образом, в диаграмме получены следующие линии:

1-1⁰- подогрев крепкого раствора до состояния кипения;

1⁰-2- изменение состояния жидкой фазы при кипении в кипятильнике;

1¹-2¹-изменение состояния паровой фазы при кипении в кипятильнике;

2-3- охлаждение слабого раствора до состояния насыщения с конденсацией паров, образовавшихся при дросселировании;

3⁰-4- процесс поглощения в абсорбере паров, поступающих из испарения и полученных при дросселировании;

5-6- процесс конденсации паров в конденсаторе;

7-8⁰- процесс кипения аммиака в испарителе р_о.

Количество раствора, подаваемого из абсорбера в кипятильник, отнесенное к 1кг пара, полученного в кипятильнике, называется кратностью циркуляции (f).

Методика расчета энергетических характеристик абсорбционной холодильной машины по температуре и давлению с использованием диаграммы

Для расчета энергетических характеристик абсорбционной холодильной машины используется так называемая диаграмма энтальпии-концентрации( )

рис. 2.

Для расчета нам необходимо найти базовые точки по которым можно определить требуемые нам энтальпии.

Сначала наносим на диаграмму, в нижнюю часть (область жидкости) и в верхнюю (область пара) заданные давления кипения, Р₀=0,02 МПа и давление конденсации, Р_к=0,15 МПа. Затем начинаем находить точки. Начальную температуру кипения в кипятильнике принимаем равной t=70⁰С, конечную 90⁰С.

Температуру кипения аммиака принимаем равным t₀=-20ºС.

Точка -начало кипения раствора в кипятильнике находится путем

пересечения отложенной нами линии Р_к и изотермы соответствующей начальной температуре кипения в кипятильнике - 70ºС.

Точки 3º и 4 как и линия 3º-4 – процесс поглощения в абсорбере паров, поступающих из испарителя и полученных при дросселировании, находятся путем опускания перпендикуляра с точек 2 и 1⁰ на линию Р₀ так, как и в том и в этом случае имеется одинаковая концентрация смеси.

Температура t₃ слабого раствора при выходе из теплообменника на 5-10ºС выше температуры крепкого раствора при выходе из абсорбера, т.е. t₃= t₄+5-10ºС. Так как температура в т.4 равна 20ºС принимаем t=30ºС и откладываем точку на этой же линии Р₀. Затем с помощью вспомогательных линий для определения равновесного пара находим точку с давлением Р₀ на линии сухого пара. Проводим изотерму влажного пара через точку (t=30ºС) до пересечения с перпендикуляром с т.3 до концентрации. Найденная точка и будет точкой 3. Положение точки 5 определяется конструкцией кипятильника, она будет находится вблизи от т. .Высшая температура кипения в испарителе t₈= t₀+3-10ºС. Ставим точку на линии Р₀ (область жидкости) с температурой t=-10ºС. С помощью вспомагательных линий для определения равновесного пара проводим изотерму t₈. Пересечение изотермы с перпендикуляром на концентрацию с т. и будет точка 8. Точка 6- пересечение этого же перпендикуляра и линии Р_к. Так как в этих точках будет одинаковая концентрация смеси.

По точкам находим энтальпию:

i₂=… кДж кг^-1; i₃=… кДж кг^-1; i₄=…кДж кг^-1; i₅=… кДж кг^-1; i₆=… кДж кг^-1;

i₈=… кДж кг^-1;

Задаемся численным значением кратности циркуляции – f=1,8кг/кг; Находим тепло, отдаваемое слабым раствором:

q =( f-1) (i₂- i₃); ккал/кг

Если пренебречь потерями тепла в окружающею среду, то:

q_тс=q_т;

откуда:

i₁=i₄+ ; кДж кг^-1;

Находим точку 1, энтальпия пересекается с линией 1⁰-4;

Находим тепло отведенное в конденсаторе:

q_к = i₅- i₆; q_к; кДж кг^-1;

Находим тепло подведенное в испарителе:

q₀= i₈- i₆; q₀; кДж кг^-1;

Находим тепло, подведенное в кипятильнике:

q_кп = i₅- i₂+ f(i₂- i₄)-( i₁- i₄); кДж кг^-1;

Находим тепло, отведенное в абсорбере:

q_аб= i₈- i₃+1,8(i₃- i₄); кДж кг^-1;

Принимаем q_аб-без теплообменника т.к. схема имеет два теплообменника с противоположными процесами.

Находим тепловой баланс машины :

q₀+q_кп=q_к+q_аб

Результат баланса расходится в 1 кДж кг^-1, что можно считать приемлемым.

Тепловой коэффициент:

= ;

Рис. 2. Диаграмма энтальпия – концентрация i– ζ
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Наименование, цепь работы.

2. Построенный цикл холодильной установки с пограничными кривыми и обозначенными узловыми точками.

3. Анализ построенных циклов с описанием термодинамических процессов, происходящих в каждом элементе холодильной установки.

5. Расчет энергетических характеристик холодильной установки.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5