Контрольная работа: Расчет одноступенчатой парокомпрессионной холодильной установки

Следует отметить, что трансформатор тепла (компрессор или термохимический генератор) является необходимым элементом каждой холодильной установки или теплового насоса. Его назначением, как известно, является повышение потенциала (давления и температуры) холодильного агента. Между трансформаторами тепла, применяющимися в холодильных установках и тепловых насосах, а также используемых для повышения давления отработавшего пара, нет разницы в принципах работы.

10. Объясните принцип работы термохимического трансформатора и ответьте на следующие вопросы. Какой раствор в качестве рабочего вещества следует применять в абсорбере: с высокой или низкой температурной депрессией? Растворение и поглощение водяных паров в абсорбере сопровождается выделением или поглощением тепла? Может ли установка непрерывно работать без испарителя? В каком аппарате - испарителе, абсорбере или генераторе - более высокая температура и в каком наибольшая концентрация раствора?

Принцип работы - последовательное осуществление термохимических реакций смешения (сорбции) и разделения (десорбции) двух или нескольких рабочих компонентов: компонент - легкокипящая фракция (рабочий агент); компонент - более тяжелая фракция (абсорбент). Используются только такие рабочие агенты, к которым подобраны свои абсорбенты. Термохимический компрессор (ТХК) состоит из абсорбера (в нем осуществляется процесс смешения) и генератора (процесс разделения).Схемы работы: повысительная; расщипительная. В первом случае трансформация тепла идет от среды с температурой Т_Н до температуры Т_С. Для этого используется внешний источник, температура которого равна Т_В.

Во второй схеме к установке подводится рабочий поток теплоносителя с температурой Т_С, который разделяется на два потока: один поток повышает свою температуру до Т_В, а второй - понижает до Т_Н.

Применяемые хладагенты:

Главное требование при подборе рабочих компонентов: максимальная разность температур нормального кипения сорбента и рабочего агента для более легкого разделения смеси.

Рисунок 1 Схема идеального абсорбционного термотрансформатора (ХЛУ): Г - генератор; А - абсорбер; Н - насос для раствора; РТ - регенеративный теплообменник; Д - детандер; А - абсорбент; Р.А - рабочий агент

В идеальной схеме приводом насоса служат две турбины (детандеры).

В абсорбер А идет два потока: абсорбент из генератора (через РТ и Д1) и рабочий агент из испарителя И. В результате смешения - экзотермическая реакция, тепло которой отводится к источнику с температурой Т_С (обычно окружающая среда). Смесь перекачивается насосом Н через РТ в генератор для разделения (выпаривания). Для этого в Г подводится внешнее тепло Q_B при температуре Т_В > Т_С. В результате разделения рабочий агент в виде пара идет в конденсатор, в котором происходит отвод тепла Q_K к источнику Т_С, а затем через Д2 идет в испаритель. В испарителе тепло Q_H отводится от НИТ к рабочему агенту при температуре Т_Н.

Тепловой баланс:

Q_H + Q_B = Q_A + Q_K

Если потерь нет, то эксергетический баланс:

E_H + E_B = E_A + E_K

Q_H•t_H + Q_B•t_B = (Q_H + Q_B)•t_C,

где t_i - коэффициент работоспособности.

Удельные затраты энергии на производство холода:

Рисунок 2 Схема идеальной абсорбционной теплонасосной установки (расщепительная схема)

Какой раствор в качестве рабочего вещества следует применять в абсорбере: с высокой или низкой температурной депрессией?

Раствор кипит при более высокой температуре, чем чистый растворитель (t_в.п). Например, для раствора поваренной соли NaCI по мере повышения концентрации температура кипения повышается до тех пор, пока раствор не достигнет предельной концентрации 26 %. При такой концентрации и атмосферном давлении раствор закипит при температуре =107,5 ?, а выделяющиеся пары растворителя будут иметь температуру =100?. Следовательно, нужно использовать высокую температуру депрессией.

Растворение и поглощение водяных паров в абсорбере сопровождается выделением или поглощением тепла?

Поглощение тепла в водяном паре и прозрачность атмосферы. Она протекает с поглощением тепла и поэтому требуется непрерывный подогрев контактного аппарата. Первая реакция идет с поглощением тепла; поэтому с повышением температуры равновесие этой реакции сдвигается в сторону образования метана и углекислоты. Давление не оказывает на эту реакцию влияния, так как она протекает без изменения объема. Уже сейчас идет повышение поглощения тепла Землей на 1%.

Может ли установка непрерывно работать без испарителя?

Отработанная смесь через Д и РТ направляется в испаритель для разделения. Отделение рабочего агента от абсорбента осуществляется за счет тепла потока пара средних параметров. Следовательно, испаритель служит катализатором и разделителем компонентов - работать непрерывно не может.

В каком аппарате - испарителе, абсорбере или генераторе - более высокая температура и в каком наибольшая концентрация раствора?

Генератор служит для нагрева смеси хладагента и теплоносителя. Влага испаряется из раствора, концентрация бромида лития увеличивается - более высокая температура

Испаритель - служит для отвода и выброса тепла и тех химических элементах, которая являются излишними для процесса переработки чего-либо. Следовательно, через испаритель проходит вся химическая смесь и концентрируется наибольшее количество раствора.

11. Какой условный коэффициент инжекции имеет термохимический трансформатор при работе по расщепительной и повысительной схемам и какая из этих схем имеет большие перспективы для практического применения?

В установках, работающих по повысительной схеме, подведённое низкопотенциальное тепло преобразуется в высокопотенциальное; по этой схеме работает большинство холодильных, теплонасосных и комбинированных установок. При давлении инжектируемой среды, равном или большем, чем давление в выходном сечении рабочего сопла, условно принимаем, что струя рабочего пара сохраняет сечение, равное выходному сечению рабочего сопла, вплоть до сечения конфузорной части камеры смешения, в которой эжектируемый поток достигает критической скорости.

По расщепительной схеме работают струйные вихревые установки и некоторые типы компрессионных и абсорбционных установок. При давлении инжектируемой среды меньшем, чем давление в выходном сечении рабочего сопла, струя рабочего пара продолжает расширяться за пределами, увеличивая свое сечение. Условно принимаем, что это сечение рабочего потока, не изменяется вплоть до сечения конфузорной части камеры смешения, в которой эжектируемый поток достигает критической скорости.

Практическое применение находит повысительная схема, так как она использует два типа давление - средний (равный) и больший. Средний может подходит даже если давление инжектируемой среды меньше, чем давление в выходном сечении рабочего сопла. Также она проще в применение, чем при меньшем давлении.