Классификация абсорбционных холодильных машин

1. Введение
2. Классификация абсорбционных холодильных машин
1. Одноступенчатые, двухступенчатые и трехступенчатые абсорбционные холодильные машины
3. Эффективность абсорбционных холодильных машин
4. Целесообразная область применения
5. Технологический расчет

5.1Термодинамический расчет цикла

     5.2 Тепловой расчет генератора

      5.3Расчет испарителя

     5.4 Гидравлический расчет тракта подачи исходной смеси в генератор

6.Заключение

7.Список  литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Введение

 

Абсорбция – поглощение газа в объёме, а так же избирательное поглощение одного или нескольких компонентов газовой смеси жидким поглотителем (абсорбентом). Поглощение происходит либо в результате растворения в абсорбенте, либо в результате химического взаимодействия. В 1-м случае процесс называется физической абсорбцией, во 2-м – хемабсорбцией.

Абсорбентами  служат однородные жидкости, либо растворы активного компонента в жидком растворителе.

К абсорбентам  предъявляют следующие требования: высокая абсорбционная способность; селективность; низкое давление паров; химическая инертность по отношению  к конструкционным материалам; нетоксичность; огне- и взрывобезопасность.

С технологической  точки зрения, лучшими являются те абсорбенты, расход которых для определённого  процесса наименьший, т.е. в котором  растворимость поглощаемого вещества выше. Поэтому абсорбенты выбирают по данным о растворимости в них  поглощаемых веществ.

Физическая  абсорбция газа чаще всего сопровождается выделением теплоты, следовательно, что  в результате повышения температуры  абсорбента возможно резкое понижение  растворимости газа. Поэтому для  поддержания производительности абсорбента прибегают к его охлаждению.

 

Преимущество  абсорбционной холодильной установки  передкомпрессионной является использование  для выработки холода тепловой энергии  как низкого, так и среднего потенциала.

В процессе абсорбции температура пара может  быть ниже температуры абсорбента, поглощающего пар. Для процесса важно  следующее: необходимо, чтобы концентрация абсорбируемого пара была равна или  больше равновесной концентрации этого  пара над абсорбентом.

Для возможности  применения абсорбента он должен с  достаточной скоростью поглощать  хладагент и при одинаковых давлениях  их температура кипения должна быть значительно выше температуры кипения  хладагента.

Наибольшее  применение получили водоаммиачные  абсорбционные установки, в которых  аммиак является хладагентом, а вода – поглотителем (абсорбентом). Аммиак сильно растворяется в воде. При 0⁰С в одном объёме воды растворяется 1148 объёмов парообразного аммиака.

Абсорбция жидкого аммиака в воде сопровождается выделением тепла (750 кДж на 1 кг аммиака). Ещё больше аммиака выделяется при растворении паров аммиака, т.к. происходит выделение теплоты парообразования (1250 кДж/кг).

При нагревании водоаммиачного раствора происходит не только выделение паров аммиака, но и испарение воды. Пока температура  низкая – выделяется в основном пар аммиака. Состав смеси паров  первоначальной стадии отличается преобладанием  аммиака, в дальнейшем количество водяных  паров начинает расти.

В генераторе за счёт подогрева происходит выпаривание  аммиачного раствора, в результате чего, образуется аммиачный пар с  незначительной примесью воды. Вследствие чего, содержание аммиака в растворе может уменьшаться, если его не пополнять  крепким концентрированным раствором. Полученный пар попадает в конденсатор, где за счёт внешнего охлаждения превращается в жидкость. Жидкий аммиак идёт в  регулирующий вентиль, где происходит понижение давления с частичным  испарением жидкого аммиака и  понижением его температуры. Далее  аммиак поступает в испаритель, где  он переходит в паровую фазу за счёт тепла, подводимого хладоносителем. Пары аммиака поступают в абсорбер, где поглощаются слабым раствором, поступающим из генератора. Для возможности  непрерывности процесса теплоту  абсорбции отводят с помощью  охлаждающей воды. В результате в  абсорбере образуется крепкий аммиачный  раствор, который насосом перекачивается в генератор. А взамен его из генератора через вентиль в абсорбер подаётся слабый раствор. Т.е., в простой абсорбционной установке имеется 2 аппарата, в которых тепло подводится к рабочему телу извне (генератор и испаритель) и 2 аппарата, в которых тепло отводится от рабочего тела (конденсатор и абсорбер).

Аппараты  абсорбционной холодильной установки.

Генераторы  для абсорбционных холодильных  установок выполняются в виде горизонтальных или вертикальных кожухотрубных  аппаратов или же в виде элементных двухтрубных аппаратов.

На рисунке  изображён трубчатый генератор  с ректификационной колонной, обогреваемой дымовыми газами. В межтрубном пространстве кипит аммиачная смесь. Эта смесь  поступает в аппарат через  ректификационную колонну.

Если  аппарат вертикальный, то газ или  греющий пар поступает в межтрубное пространство, а раствор кипит  в трубах. Исходный раствор поступает  в ректификационную колонну, расположенную  над греющей поверхностью. Колонны  генераторов в качестве насадок  используют тарелки или кольца Рашига.

В элементных генераторах греющий пар или  газ движется внутри трубок, а водоаммиачный  раствор кипит в межтрубном пространстве. Этот аппарат имеет выносной ректификатор, в некоторых случаях и дефлегматор.

Абсорберы выполняются как горизонтальными, так и вертикальными плёночными (противоточные). В горизонтальных оросительных абсорберах раствор поступает в  аппарат сверху и орошает трубки, внутри которых циркулирует охлаждающая  вода. Снизу подаётся пар, который поглощается раствором. Крепкий раствор в абсорбере отводится из нижней части.

Остальные аппараты (конденсатор, дроссельный  вентиль, испаритель, теплообменники) не имеют принципиального отличия  от аппаратов для компрессионной холодильной установки рассмотренной  ранее.

Параметрический ряд абсорбционных холодильных  установок водоаммиачных по мощности, кВт (ккал/ч): 580 (500); 1160 (1000); 1860 (1600); 2900 (2500); 4650 (4000); 7330 (6300); 9280 (8000).

Водоаммиачные машины холодильной мощностью 1,16 МВт  с температурой охлаждения 258 К работают на паре из отбора турбин ТЭЦ, на заводах  искусственного волокна, на машиностроительных заводах и используются в строительстве.

 

 

 

 

 

 

 

  2 Классификация абсорбционных холодильных машин

 

Абсорбционная холодильная машина – пароконденсационная  холодильная установка. В этой установке  хладагент испаряется за счет его  поглощения (абсорбции) абсорбентом. Процесс  испарения происходит с поглощением  теплоты. Затем пары хладагента за счет нагрева (внешним источником тепловой энергии) выделяются из абсорбента и  поступают в конденсатор, где  за счет повышенного давления конденсируются.

АБХМ  бывают прямого и непрямого нагрева, одноступенчатые, двухступенчатые  и трехступенчатые. В машинах  прямого нагрева источником тепла  может быть газ или другое топливо, сжигаемое непосредственно в  установке. В машинах непрямого  нагрева используется пар или  другой теплоноситель, посредством  которого теплота переносится от источника. В качестве источника  может выступать бойлер, или, например, использоваться тепловая энергия, являющаяся побочным продуктом технологического процесса. Кроме того, существуют комбинированные (гибридные) системы, в состав которых  входят АБХМ и когенераторные установки  на природном газе, обеспечивающие выработку тепловой и электрической  энергии; использование гибридных  установок позволяет оптимизировать нагрузку на систему энергоснабжения  и обеспечить экономию энергетических ресурсов.

Существуют  бромистолитиевые или аммиачные  АБХМ. В бромистолитиевых АБХМ в  качестве хлад-агента используется вода, а в качестве абсорбента – бромид лития LiBr. В аммиачных АБХМ в качестве хладагента используется аммиак NH3, а  в качестве абсорбента – вода. В  настоящее время наибольшее распространение  получили бромистолитиевые АБХМ.

Компонент системы, поглощаемый абсорбентом  в процессе абсорбции, носит название абсорбат. Соответственно, абсорбент  – жидкая фаза, поглощающая абсорбат в процессе абсорбции.

 

      2.1.Одноступенчатые, двухступенчатые и трехступенчатые абсорбционные холодильные машины

 

 

Одноступенчатые абсорбционные холодильные машины

         В одноступенчатых АБХМ («single effect», в литературе иногда используется термин «одноконтурные») хладагент последовательно перемещается через четыре основных компонента машины – испаритель, абсорбер, десорбер и конденсатор. Холодильный цикл одноступенчатой АБХМ очень похож на холодильный цикл парокомпрессионной холодильной машины. Схема одноступенчатой АБХМ: Хладагент испаряется при понижении давления в испарителе . Этот процесс идет с поглощением теплоты. В отличие от парокомпрессионной холодильной машины, процесс понижения давления в испарителе происходит не за счет работы компрессора, а за счет объемного поглощения (абсорбции) хладагента жидким абсорбентом в абсорбере . Затем абсорбент с поглощенным им хлад-агентом (бинарный раствор) поступает в десорбер . В десорбере бинарный раствор нагревается за счет горения газа, паром и т. д., в результате чего происходит выделение хладагента из абсорбента. Обедненный абсорбент из десорбера возвращается в абсорбер. Хладагент поступает под большим давлением в конденсатор где переходит в жидкую фазу с выделением теплоты, а затем через расширительный клапан поступает в испаритель, после чего начинается новый цикл.

Изменение концентрации хлад-агента в абсорбере  и десорбере сопровождается изменением температуры насыщения. Для снижения потерь энергии при циркуляции абсорбента между аб-сорбером и десорбером устанавливается  рекуперативный теплообменник.

Идеальная одноступенчатая АБХМ могла бы обеспечить холодильный эффект, равный количеству тепловой энергии, подведенной к  генератору, однако из-за термодинамических потерь в реальных установках холодильный эффект всегда будет ниже, чем затраты тепловой энергии.

В настоящее время одноступенчатые АБХМ часто устанавливаются в тех зданиях, где имеются легкодоступные источники сбросного тепла. Машины этого типа используются в составе систем кондиционирования воздуха и в качестве источника охлажденной воды для различных технологических процессов. Установочная мощность одноступенчатых АБХМ составляет, как правило, от 25 кВт до 5 МВт.

 

Двухступенчатые абсорбционные холодильные машины

   Более высокой эффективностью по сравнению с одноступенчатыми отличаются двухступенчатые АБХМ. В этих установках, в отличие от одноступенчатых холодильных машин, используется два конденсатора или два абсорбера, с тем чтобы обеспечить более эффективное выделение хладагента из абсорбента при меньших затратах тепловой энергии.

Двухступенчатые АБХМ могут быть разных конфигураций. Две основные конфигурации – системы  с двойным конденсатором и  системы с двойным абсорбером. Принцип их действия основан на том, что охлаждающая способность  холодильной машины зависит, прежде всего, от количества хладагента, который  может быть переведен в газовую  фазу в испарителе, и, используя тепловую энергию, отводимую от конденсатора или образующуюся на стадии абсорбции, можно повысить количество хладагента, десорбируемого из абсорбента.

В первом десорбере (Десорбер 1) за счет нагрева  от внешнего источника образуются пары хладагента при частичной десорбции  хладагента из абсорбента, которые  поступают в первый конденсатор (Конденсатор 1). Обедненная смесь абсорбента и хладагента поступает во второй десорбер (Десорбер 2). Во втором десорбере  происходит окончательная десорбция  хладагента за счет тепловой энергии, образующейся при конденсации хладагента в первом конденсаторе (Конденсатор 1). Затем хладагент и из первого конденсатора (Конденсатор 1) и из второго десорбера (Десорбер 2) поступает во второй конденсатор (Конденсатор 2), в котором и происходит окончательный процесс конденсации.

В свою очередь, для десорбции паров хладагента из бинарного раствора в высокотемпературном  десорбере (Десорбер 1) используется тепловая энергия от внешнего источника. Пары хладагента и из второго (Десорбер 2), и из первого (Десорбер 1) десорбера  поступают в единственный конденсатор (Конденсатор).

В качестве источника тепловой энергии в  машинах этого типа может использоваться перегретый пар высокого давления либо различные виды горючего топлива, чаще всего природный газ. Двухступенчатые  АБХМ целесообразно использовать в  тех случаях, когда стоимость  электрической энергии высока относительно стоимости природного газа (либо другого  топлива). Кроме того, двухступенчатые  АБХМ могут применяться в случаях, когда есть источник перегретого  пара высокого давления. Они более  эффективны, но при этом отличаются более высокой стоимостью по сравнению  с одноступенчатыми. Более высокая  стоимость двухступенчатых АБХМ обуславливается в том числе  применением более дорогостоящих  материалов высокой коррозионной стойкости (из-за более высоких рабочих температур), с большей площадью поверхности  теплообменника, более сложными системами  управления.