Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Тепловые насосы и кондиционеры

Хладоновые системы

Первые систематические исследования систем хладон-органический абсорбент были начаты Целлхоффером в 1935 г.. Им были исследованы десятки бинарных систем и в том числе хладон R2I (CHC12F) и R22 (CHCIF2), а среди абсорбентов - диметиловый эфир тетраетиленгликоля (ТЭГ) С | 0Н22О5. Позже системы R21- ТЭГ и R22-тег были выделены как наиболее перспективные для применения в АПТ для получения холода. Однако испытания в США промышленных АПТ для кондиционирования воздуха с парой R21- ТЭГ показало термическую неустойчивость хладона R21. Поэтому последние 20 лет главным образом исследования проводились для систем R22- органический абсорбент.

Достоинством всех этих систем является малая токсичность хладонов, исключение кристаллизации абсорбента в аппаратах АПТ.

Недостатки: не очень большая разница в температурах кипения компонентов, небольшие абсолютные количества теплоты испарения хладонов.

Хладоновые системы рекомендуются для применения в АПТ, работающих при температурах менее 0 ° С, где аммиак НЕ применим из-за токсичности.

Углеводороды системы

Применение в АПТ углеводородов позволяет получить в испарителе температуры до -100 ° С. Предложено использовать легкие углеводороды как летучие компоненты углеводородных систем, а тяжелые углеводороды и другие органические вещества - как абсорбенты. В качестве летучих компонентов предлагается использовать углеводороды с четырьмя атомами углерода: бутан и изобутан, бутилен и изобутилена, в которых давление конденсации примерно в два раза меньше, чем в аммиака, а нормальная температура кипения -12 ° С. Как абсорбент применяют гептан растворы.

Недостатки те же, что и в хладонов, но еще добавляются пожаро- и взрывоопасность.

Термодинамические диаграммы рабочих веществ АПТ

В данном разделе рассматривается расчет и построение диаграмм на примере H20-LiBr. Диаграммы (р, ^) и fig г., / т). С исследовательских данных о давлении насыщенного пара летучих компонентов над растворами удобнее сначала строить диаграмму давление {г) - концентрация ( £). Она является вспомогательной для расчета всех других диаграмм. В значительной области температур и концентраций практически всех систем наблюдается линейная зависимость между igp и И / Г. Поэтому наиболее простой вид имеют диаграммы давление - температура в этих координатах. Такие диаграммы (диаграмма Дюринга) представляют собой серию линий постоянных концентраций Igp (1 / г). Диаграмма Дюринга удобная для определения возможных режимов АПТ: температура кипения летучего компонента, температура раствора на выходе из генератора заданной температуры охлаждающей воды, а также зоны дегазации (Д £).

Диаграмма энтальпия-концентрация

Для теплотехнических расчетов различных процессов наиболее удобная диаграмма энтальпия (я) - концентрация (£), предложенная Меркелем, где концентрация указывается в массовых процентах или в массовых долях одного компонента (нелетучего).

Полные диаграммы описывают состояние системы в трех фазах: пара, жидкость, твердое вещество.

Жидкая фаза. Для построения изотерм И {£) в жидкой фазе энтальпия раствора должна быть рассчитана в зависимости от концентрации и температуры. Для этого необходимо знать значения энтальпий чистых компонентов. Абсолютное значение энтальпий даже простых веществ в это время рассчитать невозможно, поэтому пользуются относительной шкале, выбрав какой-нибудь состояние веществ за начало отсчета. Потому что для теплотехнических задач необходимо только определение разницы энтальпий, то выбор значений нулевых точек энтальпий чистых компонентов может быть произвольным. Обычно в технической литературе как состояние отсчета принимают определенные значения энтальпий чистых количеств (Hqj) при нормальных условиях (273,25 К и 101,3 кПа). Например, h0] = hQ2 = 0 кДж-кг "1 или hQl == 400 кДжкг1 (или выбирается любое другое значение Hqj зависимости от природы системы, чтобы изотермы hit) находились в положительной области энтальпий для удобства расчетов циклов). Если при Т = const два чистых компоненты смешиваются друг с другом в определенном массовом соотношении и не возникают тепловые эффекты, то энтальпия смеси рассчитывается по аддитивности:

где ц - массовая доля абсорбента; / 70, и - энтальпии летучих и нелетучих компонентов, соответственно.

Однако такие системы в АПТ НЕ используются. Применение нашли только системы, в которых при смешивании компонентов выделяется некоторое количество теплоты. Эту теплоту необходимо отвести, чтобы температура смеси осталась такой же, какой имели отдельные компоненты до начала процесса смешивания.

В этом случае расчет энтальпии системы (изотермы // (^) при Т = Т0) осуществляется следующим образом

где Ahs - теплота смешения.

Вид изотермы для системы с ограниченной растворимостью показан на рис. 1.28. По графическим методом можно определить для £ = £ в качестве величины Д / Tj, так и ее дифференциальные составляющие Ah и А /? 2 •

Графическое определение теплоты смешения и ее дифференциальных составляющих (метод Розебома)

Рис. 1.28. Графическое определение теплоты смешения и ее дифференциальных составляющих (метод Розебома)

Если данные по теплоемкости растворов при различных концентрациях и температурах, то расчетная энтальпия при температуре Т для 5 = соп5И находится по известному уравнению

Каждая изотерма А (£;) ограничена точкой, соответствующей концентрации насыщенного раствора при данной температуре раствора. Соединение этих точек дает линию кристаллизации, то есть определяет область существования раствора.

Для удобства теплотехнических расчетов на сетку изотерм и (£) наносят сетку линий кипения раствора (р = const), используя данные диаграммы или ИТ, \% р. Такой метод расчета и построение диаграммы £, Л наиболее точными и простыми.

Паровая фаза. В интервале температур от -100 до + 150 ° С давлением пара бромистого лития в паровой фазе можно пренебречь. Поэтому энтальпия паровой фазы можно определить по таблицам водяного пара.

Для облегчения пользования диаграммой предложили над линиями для жидкой фазы нанести вспомогательные линии постоянного давления, соответствующие изобарам жидкой фазы. Эти линии дают значение энтальпии перегретого пара заданного давления при температурах, соответствует концентрации жидкой фазы.

Эксплуатационные требования, предъявляемые к рабочим веществ АПТ

Главная эксплуатационная требование - безвредность рабочих веществ для человека, так как контакт с ними возможен не только при заправке и ремонте АПТ, но и в процессе эксплуатации установок, когда возможные утечки через неплотности. Однако строго выполнить данное требование практически невозможно, поскольку абсорбция пар летучего компонента происходит только в том случае, если между молекулами (или ионами) летучего и нелетучего компонентов является химическое взаимодействие, а это определяет их некоторую химическую активность. Только вода абсолютно безвредным веществом из-за особенностей возникновения жизни на Земле.

Часто требования к теплофизических свойств рабочих веществ вступают в противоречие с эксплуатационными требованиями.

Движущей силой абсорбции разница химических потенциалов летучих компонентов в испарителе и в абсорбере. Чем больше разница давлений, тем больше движущая сила абсорбции. Желательно все-таки, чтобы давление пара летучих компонентов был умеренным, так как при высоком давлении и при глубоком вакууме система АПТ значительно удорожается и более сложна в эксплуатации.

Абсолютная теплота парообразования летучего компонента должна быть возможно высокой, чтобы обеспечить большую холодопроизводительность. Однако это имеет место только в том случае, если молекулы летучего компонента полярные, что определяет их химическую активность (исключение - вода).

Температуры кипения компонентов раствора должны значительно отличаться друг от друга, тогда отпадает необходимость в ректификационных устройствах, но при этом в большинстве случаев имеет место ограниченная растворимость и существует опасность кристаллизации веществ в аппаратах, что нежелательно.

Вязкость и поверхностное натяжение раствора должны быть небольшими, а теплопроводность большой. Только тогда обеспечиваются благоприятные условия для процессов тепло- и массообмена в аппаратах АПТ. Однако в большинстве случаев, чем больше абсорбционная способность растворов, тем больше вязкость. Проблему уменьшения вязкости раствора можно решить только с учетом строение раствора И, как правило, за счет уменьшения абсорбционной способности раствора и т.д.

Рекомендуется, чтобы химические вещества были химически и термически устойчивыми, пожаро- и взрывоопасным, а производство их было недорогим, чтобы коррозионное воздействие рабочих веществ на конструктивные материалы АПТ отсутствовал или минимальным.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее