Процессы в абсорбционных установках

Расчёты абсорбционной холодильной установки ведутся при помощи — диаграмм. — концентрация, например, аммиака. Диаграммы построены для водоаммиачных растворов. В холодильной технике концентрацию легкокипящего компонента обозначают через и относят её к 1 кг раствора.

В — диаграмме изотермы в области влажного пара не показаны, их проводят в соответствии с равновесными концентрациями аммиака в жидкой фазе и парах. Например, точке концентрации аммиака в парах соответствует т.2, которая определяется пересечением изотермы из т.1 с изобарой. Линия 1−2 соответствует изотерме влажного пара.

В пределах равных изобар для жидкой и паровой фаз изотермы образуют сетку прямых линий с различным углом наклона. Для других значений изобар изотермы имеют другой уклон и могут пересекаться с ними, поэтому сетка изотерм влажного пара на — диаграмме не наносится.

Построение процессов в абсорбционной холодильной установке в — диаграмме принципиально не отличается от построения процессов для ректификационной установки, но абсорбционной холодильной установке кроме рассмотренных выше элементарных процессов есть также процессы дросселирования и абсорбции. абсорбционный амиак дросселирование Рассмотрим процесс дросселирования.

Представим жидкость с давлением Р_г перед дроссельным вентилем (т.6). Давление после дросселирования — Р₀. Процесс дросселирования происходит при равенстве начального и конечного теплосодержания; концентрация смеси, пара и жидкости после дросселирования равна начальной концентрации жидкости (), поэтому т.7 совпадает с т.6 и характеризует раствор до и после дросселирования. При давлении Р_г и теплосодержании i₆ (т.6) раствор является жидкостью. После дросселирования часть раствора при давлении Р₀ превращается в пар. т.7 лежит вне линии Р₀ и характеризует состояние влажного пара при t₇. Состояние жидкой и паровой фаз после дросселирования можно найти зная положение изотермы t₇, проходящей при давлении Р₀ через т.7. Смесь содержит жидкость и пар с концентрациями и. Это соответствующие точки при пересечении изотермы t₇ с кривыми, относящимися к давлению Р₀. Количество пара, полученного после дросселирования пропорционально отрезку, а количество жидкости — отрезку. На — диаграмме процесс дросселирования изображается линией 6−7. Как видно из этой диаграммы процесс протекает с понижением температуры с образованием пара.

Рассмотрим процесс абсорбции (поглощения).

Для процесса абсорбции необходимо чтобы концентрация аммиака в паровой фазе была в течении всего процесса равной или большей концентрации его в паре, находящегося в равновесии с поглощающей жидкостью.

Например, если точке 3⁰, соответствующей содержанию аммиака в жидкости, то т.3^`, соответствующая содержанию аммиака в парах, то концентрация аммиачной смеси, поступающей из испарителя в абсорбер д.б. равной или большей, чем концентрация аммиака .

Если концентрация аммиака в парах меньше равновесной (т.), то процесс поглощения начинается после того, как эти пары будут охлаждены до температуры жидкости, причём концентрация смеси после абсорбции будет меньше, чем в случае, когда концентрация поглощающих паров выше равновесной над абсорбирующей жидкостью.

Упрощённо процесс абсорбции можно представить как смешение влажного пара, поступающего из испарителя с парожидкостной эмульсией из генератора и последующее охлаждение этой смеси до полной конденсации.

Допустим, что из испарителя в абсорбер поступает влажный пар в состоянии т.8. Начальное теплосодержание и концентрация парожидкостной эмульсии, поступающей из генератора определяется точкой 3. Точка смешения лежит на линии 3−8. Предположим, что параметры этой смеси определены точкой С. Для полной конденсации и непрерывности процесса абсорбции необходимо отвести теплоту охлаждения до т.4. Количество теплоты. В результате этого процесса концентрация аммиака в холодном конце абсорбера увеличится ().

Т.о. процесс поглощения жидкостью паров, с концентрацией превышающей концентрацию равновесного состояния при постоянном давлении характеризуется повышением концентрации аммиака в жидкости и отводом тепла абсорбции (температура жидкости понижается).

Для изображения процесса упрощённой абсорбционной установки на — диаграмме в соответствии со схемой надо определит температуры жидкости при выходе из генератора t₂, из абсорбера t₄ и испарителя t₈. Эти температуры устанавливаются в зависимости от температуры греющего источника, т. е. температуры насыщения (t_н); температуры охлаждающей воды (t_в) и температуры охлаждаемой среды (t_с). Давление в конденсаторе Р_к определяют по температуре сконденсированной водоаммиачной смеси t_в, которую принимают на 5…7⁰С выше температуры охлаждающей воды (при выходе её из конденсатора). Давление в генераторе Р_г в упрощённых расчётах равно Р_к, тогда давление в абсорбере Р₀ принимается равным давлению в испарителе, а последнее чуть меньше (на 0,05 МПа) давления насыщенных паров аммиака при низшей температуре в испарителе t₇.

Проводят линии кипения и конденсации для давлении Р₀ и Р_г. Наносят изотермы t₂, t₄ и t₈. т.4 характеризует состояние жидкости на выходе её из абсорбера. Раствор из абсорбера подаётся водоаммиачным насосом в генератор. После насоса жидкость имеет давление Р_г, но ту же температуру t₄, концентрацию и теплосодержание i₄, но все эти параметры совпадают с т.1.

Температура раствора, сжатого насосом до давления Р_г будет ниже точки кипения 1⁰ и он, следовательно, будет находиться в переохлаждённом состоянии. Поступив в генератор раствор подогревается до температуры кипения по линии (). После этого раствор начинает кипеть при Р_г=const и кипит в пределах температур t₁…t₂. Состояние пара, уходящего из генератора в конденсатор, являясь равновесным среднему состоянию жидкости в генераторе и определяется т.5. Т.о. линия, соответствующая изменению состояния жидкой фазы во время кипения в генераторе, а линия — изменению паровой фазы в процессе кипения в генераторе.

Конденсация водоаммиачного пара происходит при постоянной концентрации, поэтому опустив перпендикуляр из т.5 до пересечения с линией давления Р_г (жидкости), получаем состояние её после конденсации (т.6). Жидкость после конденсации дросселируется до давления Р₀ и т.к. при этом концентрация парожидкостной эмульсии не меняется, то т.7 совпадает с т.6 и определяет состояние раствора в конце процесса дросселирования. При этом т.7 соответствует не жидкость, а влажный пар, т. е. смесь жидкости (т.7⁰) и пара (т.7') при температуре t₇.

Жидкость в состоянии т.7⁰ кипит в испарителе при давлении Р₀, при этом её температура меняется от t₇ до t₈ и этой температуре соответствует равновесное состояние пара (т.8'). Параметры жидкости в конце процесса кипения в испарителе (т.8⁰) определяются пересечением изотермы t₈ с линией давления Р₀. Состояние пара точки пересечения изотермы t₈ с линией давления Р₀ — пар в состоянии (т.8'). Состояние пара в т.8' мало отличается от пара состояния т.7', поэтому за конечное состояние пара принимают т.8. Т.к. концентрация парожидкостной эмульсии остаётся постоянной и равной величине, то пересечение изотермы t₈ с линией в т.8 определяет параметры смеси после её кипения в испарителе.

Жидкий раствор после генератора в т.2 дросселируется до давления Р₀ (т.3) и поступает в абсорбер. т.3 соответствует очень влажному пару с температурой t₃, давлением Р₀ и концентрацией аммиака .

Смесь после перепускного дроссельного вентиля с параметрами т.3 и влажный пар после испарителя т.8 поступает в абсорбер, где происходит поглощение жидкой фазой паров с большей концентрацией аммиака, поступающей из испарителя.

Процесс абсорбции представляется двумя фазами:

• 1. смешение — линия 3с8;
• 2. охлаждение — линия с4.

Охлаждение необходимо для конденсации не только пара из испарителя, но и пара, образовавшегося при дросселировании. Процесс поглощения изображается также линией 3⁰4.