Абсорбционные трансформаторы тепла.

Процессы внутреннего охлаждения рабочего тела и отвода тепла от объекта охлаждения осуществляется в абсорбционных трансформаторах также, как и в парожидкостных компрессионных установках. Однако существенное отличие определяется тем, что процесс повышения давления рабочего агента, выполняемый в парожидкостных компрессионных трансформаторах тепла с помощью механического компрессора в абсорбционных с помощью термохимических процессов смешения и эндотермических – разделения. В абсорбционных установках применяются два вещества – рабочий агент и абсорбент (поглотитель), имеющие различные нормальные температуры кипения и обладающие свойством образовывать при адиабатном смешении смеси с температурой, отличной от температур смешиваемых веществ. Абсорбционные трансформаторы могут работать по двум различным схемам: повышающий и расщепляющий.

Рис. 1. Принципиальная схема идеального повышающего абсорбционного трансформатора тепла

Рис. 2. Принципиальная схема идеального расщепляющего абсорбционного трансформатора тепла

В испарителе VIII к рабочему агенту подводится тепло низкого потенциала Q_н с температурой Т_н. Рабочий агент кипит (испаряется) в испарителе при температуре Т_н и соответствующей им давлении Р_н. Пары рабочего агента поступают из испарителя в абсорбер I и поглощается абсорбентом, поступающем из генератора III через теплообменник V и детандер VI. Процесс абсорбции рабочего агента абсорбентом происходит при температуре Т_с> Т_н. Выделившаяся при этом теплота смешения Q_а отводится из абсорбера при температуре Т_с. Образовавшийся в абсорбере жидкий раствор подается через теплообменник V с помощью насоса II из абсорбера I находящегося под давлением Р_н в генератор III находящий под более высоким давлением Р_в. В генераторе происходит выпаривание раствора за счет тепла Qв подводимого при температуре Т_в. Раствор поступивший в генератор разделяется на два потока: паровой поток поступивший результате выпаривания рабочего агента, направляющийся в конденсатор IV и жидкий поток абсорбента, направляющийся через теплообменник V и детандер VI в абсорбер. В теплообменнике абсорбент охлаждается с температуры Т_в до температуре Т_с, передавая тепло раствору, который поступает из абсорбера в теплообменник с температурой Т_с. Пары рабочего агента поступившие из генератора в конденсатор IV конденсируются в нем при температуре Т_с при этом из конденсатора отводится тепло Q_к.

Жидкий рабочий агент из конденсатора направляется через детандер VII в испаритель. Для привода насоса, перекачивающего раствор из абсорбента в генератор используется работа, полученная в детандерах. Рассматриваемая идеальная установка обладает следующими особенностями.

а) в процессе кипения в генераторе производится полное разделение раствора, т.е отделение паров рабочего агента от абсорбента.

б) во всех аппаратах установки отсутствуют внешние потери от необратимости.

в) во всех аппаратах установки: генераторе, конденсаторе и т.д – процесс подвода и отвода тепла изотермический.

2) Схема идеального расщепляющего абсорбционного трансформатора тепла.

Рис. 2. Принципиальная схема идеального расщепляющего абсорбционного трансформатора тепла

Абсорбционные трансформаторы тепла выполняются большей частью одноступенчатыми, многоступенчатые сложнее и дороже.

Схема и процесс работы реальных абсорбционных трансформаторов тепла.

I – абсорбер

II – насос

III – генератор

IV – ректификационная колонна

V – дефлегматор

VI – конденсатор

VII – ресивер

VIII – охладитель

IX – дроссельный вентиль

X – испаритель

1–2 – охлаждение пара в дефлегматоре V

2–3 – конденсация за счет отвода тепла VI

3–4 – охлаждение парообразным рабочим агентом в охладителе VIII

4–5 – дросселирование в вентиле IX

5­–6 – подвод тепла в испарителе X

6–7 – нагрев пара в охладителе

14–8–9 – изменение состояния раствора в ректификационной колонне и генераторе

14–8 – подогрев крепкого раствора до состояния кипения

8–9 – состояние жидкого раствора в процессе кипения

11–12 – процесс отвода тепла от влажного пара

12–14 – процесс подогрева крепкого раствора в т/о

9–10 – процесс охлаждения слабого раствора в т/о

15–11–7 – смешение паров рабочего агента со слабым раствором попадающим в абсорбер

Использование диаграммы i–ξ облегчает расчет.

ξ – массовая концентрация легкокипящего компонента в растворе, т.е отношение массы легкокипящего компонента к массе раствора. Две верхние пограничные кривые II – состояние насыщенного пара над кипящим жидким раствором при двух давлениях P_k – в генераторе и конденсаторе; P_o – в испарителе и абсорбере. Две нижние пограничные кривые Ж – состояние кипящей жидкости при тех же давлениях. Между кривыми находится область влажного пара при P_k и P_o. Равновесие между кипящей жидкостью и сухим насыщенным паром при любом давлении определяется изотермой соединяющей точки на пограничных кривых, относящихся к этому давлению.

1–8 – изотерма, относится к определенному P и t.

Работа установки.

К ректификационной колонне IV подводиться из абсорбера I крепкий раствор с давлением P_k т.е раствор повышенной концентрации в состоянии 14, представляющей собой смесь рабочего агента и абсорбера с концентрацией ξ _к. Этот раствор проходит через колонну. В результате тепломассообмена между раствором и противоточно движущимся паром концентрация легкокипящего компонента в паре повышается, а в жидком растворе снижается. Затем раствор стекает в генератор III где производиться выпаривание из него легкокипящего компонента путем подвода тепла извне. Содержание рабочего агента в жидкой фазе раствора при этом сильно уменьшается, и раствор из крепкого превращается в слабый. Изменение состояния раствора в колонне и генераторе линия 14–8–9. Подогрев крепкого раствора до состояния кипения происходит по линии 14–8 затем раствор начинает кипеть.

Состояние жидкого раствора в процессе кипения 8-9 при этом t₈ конденсируется до t₉ (t₈ t₉), а концентрация снижается от ξ _к до ξ _с. Концентрация ξ _п выше концентрации ξ _ж кипящей жидкости (ξ _п > ξ _ж). Для повышения концентрации пар направляется из генератора в ректификационную колонну (цилиндр, внутри которого установлены тарелки или насадки из колец). Пар в колонне проходит противотоком крепкому раствору. В процессе пар передает тепло раствору, охлаждается, а раствор нагревается.

При отводе тепла от пара из него выпадает жидкость (флегма), концентрация которой по легкокипящему компоненту меньше концентрации пара. В результате концентрация рабочего агента возрастает в паре и снижается в жидкости.

Из колонны пар в состоянии 1 поступает в дефлегматор V где охлаждается. Выделившаяся из пара флегма течет вниз навстречу пару. Температура пара после дефлегматора отличается от температуры конденсации чистого вещества при данном давлении. Изменение состояния пара в дефлегматоре 1-2. Генератор, колонна и дефлегматор обеспечивают движение пара вверх, а флегма и крепкого раствора – вниз. Затем пар поступает в конденсатор (2-3 – процесс конденсации), затем рабочий агент в ресивер (для регулирования работы в установке при переменных режимах). Из ресивера в охладитель VIII, где охлаждается парообразным агентом, направляющийся из испарителя X в абсорбер I (3-4 – процесс охлаждения). Охлажденный затем поступает в вентиль IX, где энтальпия и ξ не меняется, точки 4 и 5 совпадают (4 – жидкость, 5 – смесь пара и жидкости), меняется Р_к Р_о.

После дроссельного вентиля IX агент в состоянии 5 поступает в испаритель и превращается в сухой насыщенный пар 5-6. В состоянии 6 рабочий пар поступает в охладитель, где перегревается за счет тепла от жидкого рабочего агента (6-7) а затем в состоянии 7 в абсорбер, где происходит смешение паров рабочего агента со слабым раствором, попадающим в абсорбер в состоянии 15. Состояние смеси определяет точка 11 (влажный пар). Для превращение в жидкий крепкий раствор из абсорбера отводится тепло (11-12). Крепкий раствор в состоянии 1-2 выходит из абсорбера подается насосом II через теплообменник XII в ректификационную колонну. Процесс подогрева в теплообменнике 12-14.

Противотоком крепкому раствору через теплообменник проходит слабый раствор. Процесс его охлаждения в теплообменнике 9-10.

После теплообменника раствор подается в вентиль XI в абсорбер, а крепкий раствор в колонну IV.