Теоретический цикл абсорбционной холодильной машины

С целью анализа термодинамической эффективности цикла абсорбционной холодильной машины осуществляется построение диаграммы энтальпия - концентрация. Процессы абсорбционной холодильной машины в x - i диаграмме показаны на рисунке 2.

Рис. 2. Процессы абсорбционной холодильной машины в x - i диаграмме

Для определения параметров узловых точек цикла используют диаграмму энтальпия - концентрация равновесных фаз NН₃- Н₂О и таблицу термодинамических параметров равновесных фаз водоаммиачного раствора. Таблица содержит равновесные значения температур и концентраций, энтропии и энтальпии паровой и жидкостной фаз раствора и позволяет получить уточненные значения этих величин.

Внешние условия, определяющие рабочие процессы, задаются тремя температурами: температурой греющего источника Т_h, от которой зависит высшая температура кипения раствора в генераторе Т₂; температурой окружающей среды Т_w, от которой зависит температура и давление конденсации хладагента Т_k и Р_k, а также низшая температура раствора в конце процесса абсорбции Т₄; требуемой температурой в охлаждаемом объеме Т_s, от которой зависит давление и температура кипения хладагента в испарителе Р_o и Т_o.

Давление в генераторе выше давления конденсации на величину гидравлических потерь давления пара на пути в конденсатор. Давление в абсорбере ниже давления в испарителе также на величину гидравлических потерь давления парогазовой смеси между испарителем и абсорбером. Для упрощения построения цикла этими потерями пренебрегают.

Построение цикла абсорбционной холодильной машины в x - i диаграмме производится в следующей последовательности. Точка пересечения изотермы Т₄ с изобарой Р_o определяет концентрацию крепкого раствора x_r и характеризует состояние жидкости на выходе из абсорбера (точка 4). Точка пересечения изотермы Т₂ с изобарой Р_k определяет концентрацию слабого раствора x_a и состояние жидкости в конце процесса кипения в генераторе (точка 2).

Раствор низкой концентрации с температурой Т₂ поступает в теплообменник и охлаждается встречным потоком холодного раствора высокой концентрации из абсорбера (линия 2-3) до температуры Т₃. Температуру Т₃ определяют в зависимости от температуры крепкого раствора, поступающего из абсорбера. концентрация слабого раствора в теплообменнике не изменяется, и его состояние на диаграмме определяется точкой пересечения линии x_a с изотермой Т₃; при этом раствор может быть насыщенным или охлажденным ниже температуры насыщения Т₃^o при давлении Р_o.

Состояние раствора высокой концентрации на выходе из теплообменника (точка 1) определяется по тепловому балансу этого аппарата; оно должно быть близко к состоянию насыщения при давлении в генераторе (точка 1^o). Если раствор переохлажден, то линия 1-1^o характеризует процесс насыщения раствора при поступлении в генератор.

Состояние пара в начале кипения определяется точкой пересечения изотермы Т₁ в области влажного пара с изобарой Р_k (точка 1'), а в конце процесса - точкой пересечения изотермы Т₂ с той же изобарой. При идеальных условиях теплообмена между паром и раствором высокой концентрации в генераторе температуры пара и крепкого раствора будут равны и концентрация пара составит x_1'. В действительности концентрация пара будет на 2 - 3% ниже этого значения.

В процессе ректификации и дефлегмации концентрация пара увеличивается до значения x_d, близкого к 1. Если продолжить изотерму Т₁ до пересечения с линией x_d = соnst, то отрезок 1"-5 будет изображать теплоту, отведенную в дефлегматоре.

Конденсация хладагента с незначительным содержанием водяных паров происходит при постоянной концентрации. Пересечение линии x_d с изобарой жидкости Р_k определяет состояние жидкости после конденсации (точка 6). Жидкость после конденсатора переохлаждается до состояния 6'. За счет присутствия в испарителе водорода давление хладагента снижается до значения Р_o. Состояние жидкости на входе в испаритель характеризуется точкой 6', а состояние влажного пара в конце процесса кипения в испарителе соответствует точке 8.