Расчет водоаммиачной холодильной машины

      Контрольная работа № 1

      По заданным параметрам внешних источников построить цикл абсорбционной холодильной машины в термодинамической диаграмме  
концентрация-энтальпия (x-h), определить параметры узловых точек цикла, рассчитать тепловые потоки в аппаратах АХМ и тепловой коэффициент машины.

    Расчет  проводится для абсорбционной водоаммиачной  холодильной машины (АВХМ) с ректификационной колонной в генераторе, регенеративным теплообменником растворов и водяным дефлегматором.

    Подача  охлаждающей среды (вода) в конденсатор  и абсорбер АХМ осуществляется параллельно. 

      
 

    а) схема; б) цикл ; I - абсорбер, II- насос крепкого раствора, III- регенеративный теплообменник, IV- генератор с ректификатором,

    V-дефлегматор, VI-конденсатор, VII- дроссельный вентиль хладоагента,

    VIII- испаритель, IX- дроссельный вентиль раствора; 

    Рисунок 1- Абсорбционная водоаммиачная  ХМ с теплообменником, ректификатором и водяным дефлегматором 

    Температурный режим работы АВХМ определяется тремя  независимыми параметрами внешних источников:

     1) Высшей температурой греющего  источника t_h1= 140°С;

      По t_h1 находят высшую температуру кипения раствора в генераторе (на выходе из генератора) (Δt_h ≈ 10°С),/2, с. 42/: 

t₂ = t_h1 – Δt_h,                                                        (1) 

    где t₂ -  высшая температура кипения раствора в генераторе, °С;

           t_h1- высшая температура греющего источника,°С. 

    t₂ = 140 – 10=130°С. 

    2) Низшей температурой охлаждающей  среды t_W1= 25°С.

    Параллельная  подача:

    По  t_W1 находят давление и температуру конденсации, (Δt_K ≈ 5°С), /2, с. 42/.  

    t_K = t_W1 + Δt_K,                                                       (2) 

      где t_К -  температура конденсации хладагента, °С;

             t_w1- низшая температура охлаждающей среды,°С. 

    t_K = 25 + 5=30°С. 

    Давление  в конденсаторе и генераторе принимается  одинаковым P_h = P_K, МПа, и определяется по температуре конденсации t_K, °С, чистого аммиака. Используя таблицы со свойствами чистого аммиака, находим P_K = f(t_K). По таблице свойств чистого аммиака t_K = 30°С находим P_K= 1,1675 МПа.

      Наличие в парах аммиака паров  воды в действительности несколько снижает P_K, МПа. Принимая давление конденсации P_K, МПа, по таблицам свойств чистого аммиака несколько завышается его значение, что идет в запас расчета и в дальнейшем к ошибке не приводит. При параллельной подаче охлаждающей среды в конденсатор и абсорбер по значению t_W1,°С, находим низшую температуру раствора при абсорбции пара в абсорбере(Δt_А ≈ 5°С), /2, с. 43/.: 

t₄ = t_W1 + Δt_A,                  (3) 

      где t₄ -  низшая температура абсорбции раствора в абсорбере, °С;

             t_w1- низшая температура охлаждающей среды,°С. 

             t₄ = 25 + 5=30°С 

    3) Низшей температурой охлаждаемого хладоносителя t_S2= -10°С.

      По t_S2 находим низшую температуру кипения в испарителе t₀,°С, ( Δt₀ ≈ 5°С):  

    t₀ =  t_S2 – Δt₀,          (4) 

      где  t_S2- низшая температура охлаждаемого хладоносителя,°С. 

    t₀ = -10 – 5= -15°С 

    C помощью таблиц со свойствами чистого аммиака по t₀ находим Р₀′. По таблице свойств чистого аммиака t₀ =-15°С находим Р₀′= 0,2362 МПа.  Действительное значение Р₀ будет ниже Р₀′: 

    Р₀ = Р₀′ - ΔР,                 (5) 

      где Р₀′-  давление насыщенного аммиачного пара при температуре t₀ =-15°С;

             ΔР =0,005 МПа -  учитывает наличие воды в аммиаке. 

    Р₀ = 0,2362 – 0,03=0,2062 МПа 

    Для упрощения расчетов пренебрегают гидравлическим сопротивлением паровых трубопроводов между генератором и конденсатором, между испарителем и абсорбером. Тогда давление в генераторе равно давлению в конденсаторе, давление в испарителе равно давлению в абсорбере (P_h = P_K, P_A = P₀).

    Введение  регенеративного теплообменника позволяет  уменьшить количество теплоты подводимого  к раствору  в генераторе от внешнего источника и количество теплоты отводимого от раствора в абсорбере охлаждающей средой. Тепловой коэффициент машины с РТ больше, чем без него. В идеальном случае на холодной стороне регенеративного теплообменника температура охлажденного слабого раствора может достигать температуры входящего крепкого раствора. В действительности при конечных поверхностях и времени контакта на холодной стороне будет иметь место недорекуперация теплоты (Δt_т = 5 ÷ 10) : 

           t₃ = t₄ + Δt_т,                              (6) 

      где t₄ -  низшая температура абсорбции раствора в абсорбере, °С;

             t₃- температура слабого раствора при выходе из  теплообменника,°С. 

    t₃ = 30 + 5=35°С. 

    Для дальнейшего увеличения концентрации могут быть использованы спец аппараты дефлегматоры, в которых пар охлаждается и частично конденсируется, при этом концентрация пара по аммиаку увеличивается.

    Положение точки е΄ находят на пересечении  изобары Р_к,МПа, в области пара и линии постоянной концентрации ξ_е,кг/кг,_΄ в области пара и линии постоянной концентрации ξ_е ,кг/кг _΄. Значение ξ_е΄,кг/кг, определяется по таблице термодинамических параметров равновесных фаз водоаммиачного раствора по температуре t_e΄, которая определяется/4, стр.29/:

    t_e΄ = t_к + Δt,                     (7) 

      где t_К -  температура конденсации хладагента, °С;

            t_e’- температура пара хладоагента при выходе из дефлегматора,°С. 

    t_e΄ = 30 + 10=40°С. 

 Таблица 1- Параметры узловых точек

      
 

    Методика  расчета абсорбционная водоаммиачная  холодильной машины с теплообменником, ректификатором и водяным дефлегматором взята из  /2, стр. 45/. 

    Тепловой  баланс машины, отнесенный к 1 кг пара циркулирующего хладагента:

    ;        (8) 

    где q_г -  теплота отведенная в генераторе, кДж/кг;

          q₀ - теплота отведенная в испарителе, кДж/кг;

          q_к - теплота подведенная в конденсаторе, кДж/кг;

          q_а - теплота подведенная в абсорбере, кДж/кг;

          q_д - теплота подведенная в дефлегматоре, кДж/кг. 

    Кратность циркуляции раствора f, кг/кг, определяется по формуле 
 

    где – концентрация по аммиаку слабого раствора, кг/кг, /таблица 1/;

          – концентрация аммиака, на выходе из дефлегматора, кг/кг, /таблица 1/;

          – концентрация аммиака, на выходе из генератора, кг/кг, /таблица 1/. 
 
 

    Масса флегмы R, кг/кг, образующейся в дефлегматоре определяется по формуле 
 

    где – концентрация аммиака, на входе в дефлегматор, кг/кг;  
 
 

    Теплота подведенная в дефлегматоре  q_д, кДж/кг, определяется по формуле: 

       q_д = (1 + R) ×h_1΄ – h_e΄ – R×h_1º,                                  (11)

    где R - масса флегмы, кг/кг;

            h_1΄, h_e΄, h_1º - энтальпия точек состояния 1΄,е΄,1⁰,   кДж/кг×К /таблица 1/.

          

                     q_д = (1 + 0,045) ×1860 – 1830 – 0,045×560 = 88,5 кДж/кг.                       
 

    Теплота теплообменника  q_т, кДж/кг, определяется по формуле 

         q_т = (f –1)×(h₂ – h₃),                                               (12)

    где  f - кратность циркуляции раствора, кг/кг;

            h₂, h₃ - энтальпия точек состояния 2, 3, кДж/кг×К /таблица 1/. 

         q_т = (3,3–1)×(890 – 420) = 1081 кДж/кг.