Питання для самоконтролю

1. Недоцільність використання багатоступінчастих холодильних машин для одержання низьких температур кипіння.

2. Знати схеми та цикли каскадних холодильних машин.

3. Переваги роботи з робочими речовинами високого тиску.

4. Основна перевага каскадних холодильних машин у порівнянні з багатоступінчастими.

5. Умови забезпечення економічної та надійної роботи каскадних машин.

6. Недоліки холодильних каскадних машин.

Лекция 16 абсорбційні та пароежекторні холодильні установки

16.1 Принцип дії абсорбційної холодильної установки.

Процеси внутрішнього охолодження робочого тіла й відводу тепла від об’єкта охолодження здійснюються в абсорбційних холодильних машинах так само, як і в парових компресійних установках. Їхня основна особливість полягає в тому, що вони споживають не механічну, а теплову енергію. Звідси випливають їхні достоїнства й недоліки.

Абсорбційні машини прості по конструкції (крім насосів для перекачування рідини, у них немає інших механізмів, що рухаються), дешеві у виготовленні, надійні, малошумні. Їх можна розміщати поза приміщеннями: на відкритих площадках під легкими навісами для захисту від осадків. Головний недолік – невисока енергетична ефективність. Для вироблення однакової кількості холоду абсорбційним холодильним машинам потрібно більше енергії, чим парокомпресійним. Це пояснюється тим, що в агрегаті холодильника абсорбційного типу, що харчується від електромережі, споживана електрична енергія спочатку перетворюється в теплову енергію, яка потім забезпечує вироблення холоду.

У великих промислових установках використовувати електро- енергію необов’язково. Якщо ж на об’єкті є надлишкові теплові ресурси у вигляді пари або гарячої рідини (тепло яких іноді навіть “скидають” у навколишнє середовище), то абсорбційні машини стають вигідніше парокомпресійних. Саме в таких випадках головним чином і використо- вують абсорбційні машини.

Абсорбцією називається процес поглинання пари однієї речовини іншою (рідкою) речовиною - абсорбентом; при цьому температура абсорбируємої пари може бути нижче температури абсорбенту. Процес абсорбції може протікати тільки при концентрації пари, рівної або більшої рівноважної концентрації абсорбируємої пари над абсорбентом.

Дія термохімічного компресора засновано на використанні екзотермічних процесів змішання й ендотермічних – поділу.

Ендотермічна реакція - хімічна реакція, при якій реагуюча система поглинає теплоту з навколишнього середовища. Екзотермічна реакція - хімічна реакція, при якій з реагуючої системи в навколишнє середовище виділяється теплота.

В абсорбційних установках, як правило, застосовуються дві речо- вини – робочий агент і абсорбент (поглинач), що мають різні нормальні температури кипіння й мають властивість утворювати при адіабатному змішанні суміші з температурою, яка відмінна від температур речовин, що змішуються.

Для створення холодильного циклу в абсорбційній холодильній установці рідкі абсорбенти повинні з достатньою швидкістю поглинати хладоагент і при однакових тисках температура кипіння їх повинна бути значно вище температури кипіння холодоагента.

Вимоги до бінарної суміші, застосовуваної для абсорбційних холо- дильних установок, відносно впливу її на метали, пожежної безпеки, санітарії й гігієни не відрізняються від вимог, взагалі пропонованих до хладоагентів.

Найбільше застосування одержали водоаміачні абсорбційні установки, у яких аміак є хладоагентом, а вода – поглиначем – абсор- бентом. Аміак активно абсорбується водою: при 0 °С у 1 обсязі води розчиняється до 1148 обсягів пароподібного аміаку. Поглинання або абсорбція рідкого аміаку у воді супроводжується значним виділенням тепла (близько 190 ккал на 1 кг аміаку). Ще більша кількість тепла виділяється при розчиненні у воді пар аміаку, тому що при цьому відбувається виділення теплоти паротворення, у середньому рівної 300 ккал/кг.

Найпростіша одноступінчаста абсорбційна холодильна установка зобажена на рис. 16.1.

Порівнюючи принципові схеми компресійної й абсорбційної установок, можна відзначити, що кип’ятильник (генератор) в абсорбційній установці заміняє нагнітальну сторону поршневого компресора, а абсорбер – його усмоктувальну сторону. Якщо зневажити невеликою витратою енергії для перекачування міцного розчину з абсорбера в генератор, стиск відбувається без витрати механічної енергії.

У випарнику ІV до робочого агента підводить тепло низького потенціалу Q_н з температурою Т_н. Робочий агент кипить (випаровується) у випарнику при температурі Т_н і відповідному їй тиску Р_н. Пари робочого агента надходять із випарника в абсорбер V і поглинаються абсорбентом, що надходить з генератора І через детандер VІ.

Процес абсорбції робочого агента абсорбентом відбувається при температурі Т_с > Т_н. Теплота Q_a , що виділилася при цьому, відводить- ся з абсорбера при температурі Т₀.

Рідкий розчин, що утворився в абсорбері, подається за допомогою насосу VII з абсорбера V, що перебуває під тиском P_н, у генератор І, що перебуває під більш високим тиском Р_в. У генераторі відбувається ви- парювання розчину за рахунок тепла Q_в, яке підводиться при темпера- турі Т_в. Розчин, що надійшов у генератор, розділяється на два потоки: паровий потік, що вийшов у результаті випарювання робочого агенту, направляється в конденсатор ІІ, а рідкий потік абсорбенту направ- ляється через детандер VІ в абсорбер.

Пари робочого агента, що надійшли з генератора в конденсатор ІІ, конденсуються в ньому при температурі Т_с, при цьому з конденсатора приділяється тепло Q_к. Рідкий робочий агент із конденсатора направ- ляється через детандер ІІІ у випарник.

Для приводу насосу, який перекачує розчин з абсорбера в генератор, використовується робота, отримана в детандерах.

Таким чином, у простій абсорбційній холодильній установці є два апарати (генератор і випарник), у яких тепло підводить до робочого тіла ззовні, і два апарати, у яких тепло відводиться від робочого тіла (конденсатор і абсорбер).

Q_к

ІІ

І

ІІІ

Q_в

IV VI

V VII

Q_н

Q_a

Рис.16.1 Схема ідеальної абсорбційної холодильної установки

Тепловий коефіцієнт абсорбційної холодильної установки

де q₀ – тепло, підведене до випарника, кДж/кг; q_т – тепло, підведене до генератора, кДж/кг.

З термодинамічної точки зору Т ідеальна абсорбційна холодильна установка може розглядатися як Т_г складана із трьох резервуарів. У 2 3 Т_w перший резервуар (генератор) 8 9 надходить тепло q_г (пл. 1-2-3-4-1 на 5 T₀ 6 Тs – діаграмі ) при найвищій температурі Т_г ; у другий резервуар (випарник) уводиться тепло q₀ q_г q₀ (пл. 4 - 5 - 6 - 7 - 4) при найнижчій температурі Т₀; із третього резер- 1 4 7 вуара (конденсатора й абсорбера) S відводиться тепло (пл. 1- 8 - 9-7-1) Рис. 16.2. Баланс устаноки. при температурі охолодної води Т_в , еквівалентне сумі розглянутих площадок, тобто

де q_r - тепло, відведене в конденсаторі, кДж/кг; q_a - тепло, відведене в абсорбері, кДж/кг (рис 16.2).

Розглянута ідеальна установка має наступні особливості:

– у процесі кипіння в генераторі виробляється повне розділення розчину, тобто відділення пар робочого агента від абсорбенту;

– у всіх апаратах установки - генераторі, конденсаторі, випарнику, абсорбері - процес підводу й відводу тепла відбувається ізотермічно;

– у всіх апаратах установки відсутні зовнішні втрати від необоротності.

Абсорбційні холодильні установки виконуються здебільшого одно- ступінчастими, хоча принципово можуть бути й багатоступінчасті уста- новки. Багатоступінчасті установки складніше й дорожче односту- пінчастих, тому застосування багатоступінчастих, наприклад двосту- пінчастих, установок може бути виправдано тільки в тому випадку, коли температурний рівень Т_в тепла, використовуваного для роботи уста- новки, недостатній для здійснення необхідної трансформації тепла із Т_н до Т_с.