разное

Абсорбционно-диффузионные машины

В завершение рассмотрим адсорбционно-диффузионные ма­шины, представляющие особый класс абсорбционных машин.

Принципиальное отличие схемы абсорбционно-диффузионной машины от абсорбционной состоит в том, что в термохимическом компрессоре абсорбционно-диффузионной машины используется термонасос, который осуществляет подачу слабого раствора из гене­ратора в абсорбер, тогда как в абсорбционных машинах механический насос подает крепкий раствор из абсорбера в генератор.

В связи с этим абсорбционно-диффузионные машины иногда называют безнасосными (имея в виду отсутствие механического насоса).

Особенность процессов, происходящих в абсорбционно- диффузионных машинах, обусловлена использованием смеси «агент - абсорбент - неконденсирующийся газ» в качестве рабочего вещества.

Абсорбционно-диффузионные машины бывают только малой производительности (масштабный фактор проведения процессов не позволяет создать крупные машины), однако могут работать как в режиме «холодильная машина», так и «тепловой насос».

Идея создания непрерывно действующей абсорбционной машины без движущихся частей принадлежит Г. фон Гепперту (Германия), который в 1899 году впервые ввел в дополнение к рабочей смеси «агент-абсорбент» вспомогательный неконденсирую­щийся газ (первоначально для этих целей был предложен воздух, в связи с чем разработки фон Гепперта практического применения не получили). Первая реальная абсорбционно-диффузионная холодиль­ная машина была создана в 1922 году на основании теоретических и экспериментальных разработок студентов, а в дальнейшем инжене­ров-исследователей КТН (Шведского Королевского Технологического института, Стокгольм) Б. фон Платена и К. Мунтерса. В качестве рабочего вещества они использовали смесь NH3-H20 с Н2 как неконденсирующимся газом. Малая плотность Н2 по сравнению со смесью NH3-H20 позволила обеспечить надежную циркуляцию рабочего вещества в машине.

На рис.22.36а представлена уже совершенствованная конструкция абсорбционно-диффузионной холодильной машины (охлаждение конденсатора и абсорбера воздушное), выполненная Платеном и Мунтерсом в 1929 году, которая легла в основу машин, начатых производиться фирмой «Electrolux» (Швеция) с 1931 года. На рис.22.366 представлена одна из современных конструкций абсорб­ционно-диффузионной холодильной машины фирмы «Electrolux» для домашнего холодильника.

Интенсивное развитие абсорбционно-диффузионные холо­дильные машины получили в 1930-50-ые годы в Швеции, Германии, Италии, Франции, Швейцарии, Англии и СССР. Результаты теорети­ческих и экспериментальных исследований В. Бюхе, Э. Альтеркирха, М. Беккштрема, А. Каттаньо, Н. П.Третьякова (ЛТИХП) обобщил в 1959 году В. Нибергалл (Германия). Исследования, проведенные в 1960-ых годах на фирме «Sibir» (Швейцария) под руководством Г. Стирлина, послужили основой к дальнейшему, весьма перспектив­ному, развитию и совершенствованию этих машин.

Достаточно указать, что величина СОР абсорбционно-диффу - зионных холодильных машин от ОД2...О, і7 (первые конструкции) была повышена до 0,65...0,7 (современные машины).

В бывшем СССР абсорбционно-диффузионные машины стали объектом исследований в Ленинградском технологическом институте холодильной промышленности, где внимание ученых было сосредо­точено на изучении процесса испарения NH3 в парогазовый поток. Полученные критериальные уравнения для процессов тепломассооб­мена позволили проводить теплотехнические расчеты испарителя и абсорбера с точностью, достаточной для инженерной практики, кроме того были созданы основы для расчета термодинамических и теплофизических свойств смеси «агент-абсорбент-неконденси­рующийся газ».

За рубежом научные исследования в этом же направлении принадлежат Н. Эберу и Г. Стирлину (Швейцария), Д. Коуременосу и

А. Стегоу-Сагиа (Греция). В результате проведенных работ были созданы уникальные диаграммы состояний h-X для смеси NH3~H2.

Значительный вклад в развитие теории и практики абсорб- ционно-диффузионных холодильных машин сделан при длительном научном сотрудничестве между кафедрой холодильных машин ОТИХП (ОГАХ), НИИЭМП «Веста» (г. Киев) и Васильковским заводом холодильников.

Абсорбционно-диффузионные машины пользуются славой машин с чрезвычайно сложной комбинацией термодинамических и гидродинамических процессов. Однако, если первоначально избежать углубления в анализ процессов и расчеты, то можно ясно представить основные принципы работы машины, оценить ее возможности и определить проблемы.

Принципиальная схема простейшей абсорбционно-диффузион­ной холодильной машины представлена на рис.22.37а.

Машина работает следующим образом. Крепкий раствор из абсорбера через теплообменник растворов поступает в термонасос (Н(Т)) и далее направляется в генератор. Частичная генерация пара и подъем жидкости происходят в термонасосе. После термонасоса крепкий раствор продолжает кипеть, разделяясь на пар и слабый раствор. Пар агента через ректификатор и дефлегматор направляется в конденсатор, слабый раствор через РТО-Р в абсорбер. Для функ­ционирования термонасоса существует условие, что во всех элементах машины установливается единое давление, равное давлению конден­сации агента рк. При кипении крепкого раствора в генераторе некон­денсирующийся газ вытесняется из генератора и конденсатора, оста­ваясь в абсорбере и испарителе. Таким образом присутствие некон­денсирующегося газа способствует обеспечению единого давления в машине.

После конденсатора агент через РТО-А поступает в испари­тель. Сюда же после РТО-А поступает неконденсирующийся газ в виде обедненной парогазовой смеси с агентом.

В испарителе при собственном низком парциальном давлении агент испаряется в парогазовую смесь, производя холод. Обогащаясь парами агента в испарителе, парогазовая смесь повышает свою плот­ность. После испарителя парогазовая смесь через РТО-А направляется в абсорбер (к нижнему уровню). В абсорбере слабый раствор двига­ется противотоком к парогазовой смеси и абсорбирует из него агент, находящийся при собственном низком парциальном давлении. Обра­зующиеся в процессе абсорбции крепкий раствор и обедненная паро-

Газовая смесь при дальнейшем продвижении замыкают контуры цир­куляции.

Цикл абсорбционно-диффузионной холодильной машины в диаграмме T-s (рис.22.376) дает представление о процессах, происхо­дящих в машине, однако для инженерных расчетов необходимо использовать специальные диаграммы.

Для анализа процессов удобно представить абсорбционно- диффузионную машину, состоящую из двух самостоятельных блоков:

высокотемпературного, где осуществляются процессы прямо­го термодинамического цикла. Рабочее вещество - смесь «агент- абсорбент». Процессы., происходящие? в этом блоке, подобны тем, которые происходят в соответствующих элементах обычных абсорб­ционных машин. Наличие термонасоса вносит особенности в конст­рукцию генератора, формирует самостоятельную теорию расчета, проектирования и оптимизации генератора с термонасосом;

низкотемпературного, где реализуется обратный термоди­намический цикл. Рабочее вещество - смесь «агент - неконденси­рующийся газ». Процессы, происходящие в этом блоке, специфичны, поэтому рассмотрим их подробно.

Метод получения низкой температурык абсорбционно - диффузионной холодильной машине - испарение жидкости в парога­зовую смесь. В испаритель машины поступает поток жидкого агента и парогазовой смеси. Под действием разности потенциалов давлений и температур происходит испарение жидкого хладагента с понижением его температуры. При достижении динамического равновесия в про­цессе адиабатного тепломассообмена, устанавливается минимальная температура испарения агента - температура мокрого термометра. Уравнение теплового баланса описанного процесса имеет вид

А(Тпг - Т0тш) = гР(р0тіп-РпГ), (22.50)

Где а - коэффициент конвективной теплоотдачи от парогазовой смеси к поверхности жидкости; Тпг - температура поступающей парогазовой смеси вдали от жидкости; T0mm - температура испаряющегся агента, температура по «мокрому термометру»; p0mm - парциальное давление пара агента, равновесное насыщенной жидкости при Т0тш\ рп<тт ~ пар­циальное давление пара агента в парогазовом потоке вдали от по­верхности жидкости; г - удельное тепло фазового перехода; коэф­фициент массоотдачи, отнесенный к разности парциальных давлений.

После этого происходит процесс получения холода путем испарения агента в парогазовый поток при теплообмене с охлаж­даемым объектом.

На рис.22.38 представлена принципиальная схема процесса в испарителе, на рис.22.39 - обобщенный характер изменения темпе­ратур и давлений в канале испарителя. На начальном участке испарителя I-II (процесс получения низкой температуры) происходит охлаждение жидкого агента от Тж до T0mm - При этом давление пара

Т.'Щ

Рис.22.39. Обобщенный

Характер изменения темпе­ратур и давлений в канале испарителя абсорбционно - диффузионной холодиль­ной машины ( агент; * • ■» парогазовая смесь)

■ • • ■

Над поверхностью жидкости изменяется от ровщ до роип. В канале испарителя 11-ТИ (процесс получения холода) при подводе тепла от охлаждаемого объекта температура жидкости агента и температура парогазовой смеси изменяются от Т0тт и Тп<тт до Т0пшх с соот - ретствующим изменением давлений ротш —>Р(Га\ pjnn —»Pn. nULX-

Процесс, происходящий в испарителе абсорбционно-диффу- 4ионной холодильной машины, характеризуется таким соотношением начальных параметров входящих потоков, когда по всей поверхности их контакта массоперенос направлен от жидкости к парогазовой і меси, а поток тепла меняет свое направление.

При расчете и проектировании величина Т0тш обычно задана как функция температуры в охлаждаемом объекте. Для получения м ой температуры (в соответствии с ур.(22.50)) в цикле абсорбционно - диффузионной холодильной машины необходимо предварительно vподготовить парогазовую смесь» с параметрамир„"пп и Тп"1т, освобо­див ее от паров агента, а пары агента сконденсировать.

Со щание низкотемпературных абсорбционно-диффузионных холодильных машин возможно только при значительном охлаждении обедненной парогазовой смеси путем внутренней регенерации тепла. Таким образом РТО-А представляет достаточно сложную конструк­цию, в которой должны соединиться требования большой теплооб­менной поверхности и малых газодинамических сопротивлений.

Математическое моделирование процессов, происходящих в абсорбционно-диффузионных холодильных машинах, производится

На основании теорий, разработанных для абсорбционных машин совместно с элементами анализа некоторых химико-технологических процессов, частные случаи которых имеют место в абсорбционно - диффузионных машинах.

В качестве иллюстрации современных достижений в области абсорбционно-диффузионных холодильных машин, на рис.22.40 представлена функциональная схема агрегата для домашнего холо­дильника.