Представительство в России
Пожалуйста, заполните форму и мы свяжемся с Вами в ближайшее время
Пожалуйста, заполните форму, чтобы получить каталог продукции и консультацию специалиста.
Представительство в России
Водный раствор бромида лития используется в качестве рабочей жидкости для процессов абсорбции, поскольку он является одним из лучших вариантов среди сотен рассмотренных пар рабочих жидкостей. Хотя водный раствор бромида лития является предпочтительным выбором для множества различных устройств, использующих процессы абсорбции, существует также и множество ограничений, связанных с этим выбором. В предыдущих статьях были кратко рассмотрены термодинамические и теплофизические свойства рабочих жидкостей, однако существуют дополнительные свойства водного раствора бромида лития, которые влияют на конструкцию и работу холодильных машин, применяющих данную рабочую жидкость. Эти свойства и ограничения будут представлены ниже.
Принципы построения абсорбционного цикла
Принципы построения абсорбционного цикла с использованием водного раствора бромида лития в качестве рабочего тела, для простоты обсуждения рассматриваются на примере базового одноступенчатого цикла. Особенности более сложных, но и более эффективных циклов абсорбции будут представлены позднее.
На рисунке 5 представлена блок-схема холодильной машины, использующей одноступенчатый цикл абсорбции. Схема отображена таким образом, как если бы она была наложена на диаграмму Дюринга, которая обычно отображает свойства рабочих тел в процессах абсорбции. Таким образом, положения компонентов указывают относительную температуры, давления и массовые доли компонентов.
Холодильная машина состоит из четырех компонентов, которые обмениваются энергией с окружающей средой, одного внутреннего теплообменника, двух ограничителей потока, которые для краткости на схеме называются расширительными вентилями, а также насоса для циркуляции рабочей жидкости. Еще одним важным для проектирования машины элементом, являются соединительные трубопроводы между всеми этими устройствами.
Описание цикла
Рабочий раствор в контуре холодильной машины циркулирует между десорбером и абсорбером. При этом рабочая жидкость (раствор «хладагент/абсорбент» с помощью насоса перекачивается от низкого давления в абсорбере к высокому давлению в десорбере. В первом приближении можно допустить, что абсорбционная машина работает между двумя уровнями давления, создаваемых насосом. Конечно, в реальной работе машины имеются потери давления вследствие гидравлических сопротивлений при прохождении рабочего раствора через компоненты, а также вследствие гравитационных процессов из-за наличия столба жидкости. Эти потери должны быть сведены к минимуму при проектировании конструкции холодильных машин. Поэтому для рассмотрения базовых процессов в абсорбционной машине, ее конструкцию можно рассматривать как устройство с двумя уровнями давления в цикле, значительные изменения которого происходят только в расширительных вентилях и в насосе.
Рабочая жидкость в виде раствора двух компонентов закачивается в десорбер, в который подводится тепловая энергия от внешних источников, таких как, например, газовая горелка, парогенератор или любой другой источник с достаточно высокой температурой.
Требуемый уровень температуры источника тепловой энергии определяется свойствами рабочей жидкости и работой других компонентов машины. Для типичной одноступенчатой абсорбционной машины с водным раствором бромида лития в качестве рабочей жидкости, тепловая энергия, подаваемая в десорбер, должна иметь источник с температурой выше примерно 90 °C. Это значение является практическим правилом, причем фактические требования к источнику тепловой энергии зависят от конкретного применения данной техники. Когда к раствору подводится теплота, летучий компонент (то есть хладагент) из раствора выпаривается. В случае водного раствора бромида лития таким хладагентом является вода.
При работе со смесями всегда следует принимать во внимание относительную летучесть компонентов. В случае водного раствора бромида лития соль (т.е. бромид лития) является по существу нелетучим веществом, а относительная летучесть ее фактически бесконечна. С молекулярной точки зрения, предполагается, что некоторые молекулы соли (или ионы) могут покинуть поверхность жидкого раствора и присутствовать в паровой фазе. Однако в условиях, имеющихся в абсорбционной машине, тенденция появления ионов соли в паровой фазе настолько мала, что пар над жидким раствором является по существу чистым компонентом, то есть просто водяным паром. Этот факт можно подтвердить тем, что нормальная температура кипения твердой соли бромида лития составляет 1282 °C. Таким образом, парциальное давление соли бромида лития в типичных условиях абсорбционной машины является чрезвычайно низким. С термодинамической точки зрения, предполагается, что в паровой фазе рабочей жидкости содержание соли практически нулевое, а свойства паровой фазы раствора являются свойствами чистой жидкости, то есть водяного пара. Однако, при интенсивных процессах испарения хладагента, происходящих в реальной машине, рабочая жидкость может переносить соль по всем внутренним полостям машины. Наличие во внутренних полостях элементов машины пусть и небольших количеств соли бромистого лития, который имеет высокую степень коррозионной активности по отношению ко многим металлам, способствует ускоренной коррозии по всему внутреннему объему.
Когда к раствору в десорбере подводится теплота, пар хладагента «генерируется» или «десорбируется», и затем попадает в конденсатор. Оставшийся раствор рабочей жидкости выходит из десорбера и возвращается в абсорбер. Процесс в десорбере представляет собой процесс частичного испарения. Поскольку пар хладагента, выходящий из десорбера, по существу, не содержит соли, во время процесса частичного испарения раствор рабочей жидкости повышает концентрацию другого компонента (абсорбента). Таким образом, солевой раствор, поступающий обратно в абсорбер, имеет относительно высокую концентрацию по сравнению с раствором, выходящим из абсорбера. Одним из терминов, которые используются для описания концентраций в абсорбционных системах является массовая доля. В общем случае иногда используют термины «богатый» и «бедный» раствор, однако необходимо при этом знать, к какому компоненту смеси относятся эти определения. При использовании этих терминов необходимо, например, сказать, что решение «богато хладагентом». Аналогичный вариант терминов «сильный» и «слабый». То есть, если назвать раствор «сильным» относительно хладагента, в этом случае это будет означать низкую массовую долю бромида лития. Поэтому в дальнейшем для описания концентрации раствора будет использован термин «массовая доля» соли.
Концентрированный водный раствор LiBr, выходящий из десорбера, проходит через теплообменник раствора и обменивается тепловой энергией с раствором, выходящим из абсорбера. Процесс теплообмена, происходящий между двумя потоками жидкости, предполагает, что потоки жидкости обмениваются явной теплотой, поскольку при нормальных условиях в этом устройстве не происходит фазового перехода. Назначение этого внутреннего теплообменного устройства состоит в том, чтобы снизить потребность во внешнем подводе тепловой энергии за счет использования энергии, уже имеющейся в цикле машины, которая в противном случае была бы не использована. Благодаря наличию этого теплообменника количество теплоты, выделяемое в абсорбере, также снижается. Таким образом, теплообменник раствора является ключевым компонентом, производительность и эффективность которого оказывает большое влияние на конструкцию абсорбционной машины.
Раствор, выходящий из десорбера, возвращается в абсорбер, по пути отдавая энергию в теплообменнике раствора и далее поступает в расширительный вентиль раствора уже в переохлажденном состоянии. Поскольку переохлажденная жидкость дросселируется в расширительном вентиле, из жидкости может выделяться некоторое количество пара. Этот двухфазный поток затем поступает в абсорбер. В абсорбере концентрированный раствор соли LiBr приводится в контакт с парами, подаваемыми из испарителя. Процесс абсорбции происходит, если абсорбер охлаждается, отдавая излишнюю теплоту внешнему теплоносителю, например, потока из градирни. По мере поглощения пара массовая доля соли в жидкости снижается до уровня ввода в десорбер. Когда пар абсорбируется в раствор, массовый расход жидкости, выходящей из абсорбера, становится больше, чем массовый расход жидкости, поступающей в абсорбер. В десорбере процесс происходит наоборот.
Процессы, происходящие с хладагентом
Процессы, происходящие с хладагентом абсорбционной машины, идентичны соответствующим процессам, происходящим в парокомпрессионной машине. Поток раствора рабочей жидкости забирает пары хладагента из десорбера и направляет их в конденсатор, где они конденсируются, отдавая теплоту конденсации внешнему теплоносителю. В машине традиционной конструкции абсорбер и конденсатор будут отводить теплоту в один и тот же контур внешнего теплоносителя, то есть приблизительно на одном и том же температурном уровне. Переохлажденная жидкость, выходящая из конденсатора, дросселируется через расширительный вентиль до низкого давления. Этот процесс дросселирования обычно сопровождается некоторым испарением пара. Однако из-за высокой скрытой теплоты парообразования воды термодинамические свойства пара, выходящего из расширительного устройства, являются относительно низким по сравнению со свойствами традиционных хладагентов, используемыми в парожидкостных системах. Затем двухфазный хладагент поступает в испаритель. Происходит процесс испарения хладагента, сопровождаемый подводом теплоты из среды, окружающей испаритель, потоку хладагента внутри испарителя с низким давлением, создаваемым абсорбером. Полное испарение хладагента означает, что весь поток хладагента поступает в абсорбер в виде пара. В реальном испарителе из- за высоких скоростей потока паровой фазы хладагента может происходить захват некоторого количества капельной жидкости. Этот унос жидкой фазы должен быть сведен к минимуму, поскольку жидкость, покидающая испаритель, снижает холодопроизводительность машины.
