Рабочая пара веществ для абсорбционной холодильной машины

 

Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано для выработки холода с температурой до минус на базе тепловых отходов. Цель изобретения - повышение эксплуатационных характеристик абсорбционной холодильной машины ( путем снижения рабочих , перепадов давлений, исключения необходимости в ректифицирующих аппаратах и путем уменьшенная токсичности. Поставленная цель достигается использованием в рабочей паре веществ АХМ в качестве хладагента тетрагидрофурана, а в качестве абсорбента 2-60% раствора тетрагидрофурана в фосфорной кислоте. Предложенная пара веществ обеспечивает достижение цели без существенного снижения термодинамической эффективности AXl I. 2 ил., 1 табл. с S

СОЮЗ СОВЕтСНИХ соцИАлиСтичЕСких

РЕСПУБЛИК (gy)$ Г 25 В 15/00

4:в

О

СО

Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3985050/63 (22) 03.12.85 (46) 07.06.91. Бюл. Р 21 (71) Ленинградский технологический институт холодильной промьппленности (72) H.Н.Герчикова (53) 621.56 (088.8) (56) Холодильная техника. Энциклопедический справочник. Том I. Госторгиэдат, 1960, с.398. (54) РАБОЧАЯ ПЛРЛ ВЕЦЕСТВ ДЛЯ ЛБСОРБЦИОННОЙ ХОЛОДИЛЪНО}} ИЛ1Л1НЫ (57) Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано для выработки холода с температурой до минус 30 С на базе о

Изобретение oT}..ownòñÿ к области холодильной техники, в частности, к рабочим веществам абсорбционных холодильных машин (ЛХИ) и может быть использовано,для выработки холода в хииической промьппленности, например, при производстве тетрагидрофурана (ТГФ) .

Известна рабочая пара вещества

AXH вода-бромистый литий /1/, обеспечивающая высокую термодинамическую эффективность и хорошие эксплуатационные характеристики AXN.

Однако эта рабочая пара веществ не позволяет производить в АХИ холод отрицательных температур вследствие замерзания хпадагента (воды), Известна также рабочая пара веществ АХИ аммиак-вода /2/, тоже обесВзаме}! ранее изда}п}ого) „„ЯО„„1453129 тепловых отходов. Цель изобретения повышение эксплуатационных характеристик абсорбционной холодильной машины (ЛХМ) путеи снижения рабочих, перепадов давлений, исключения необходимости в ректи}1}ицируюп}их аппаратах и путем уь}еньп}е}}}}я токсичности, Поставленная цель достигается использованием в рабочей паре веществ АХ 1 в качестве хладагента тетрагидрофурана, а в качестве абсорбента 2-60Е раствора тетрагидрофурана в фосфорной кислоте. Предложенная пара веществ обеспечивает достижение цели без существенного снижения териодинамической эффективности АХМ, 2 ил., 1 табл. печива}ощая высоку}о териодинамическую эффективность и, кроме -îãî,,позволяющая производить в AXI холод отрицательных теиператур.

Однако, пара веществ, /2/ в ряде .случаев не обеспечивает достаточно хороших эксплуатацион}}ь}х характеристик ЛХМ.

Дело в том, что при температурах конденсации хладагента, обычно имеющих кесто на практике (25-40 C), давление нась}щенного пара аммиака (хлад агента в рабочей паре /2/) весьма ве.— лико .(1000-1500 кПа), что обусловливает работу генератора АХИ при сравнительно большом давлении и, как следствие, — работу АХИ при довольно ..значительном перепаде давлений между

1453129 генератором и абсорбером. Все это снижает эксплуатационные характеристики АХМ, вынуждает повышать прочНость ряда узлов и аппаратов.

Кроме того, недостаточно большая, 5 как в /1/, разность между .нормальными температурами кипения хладагента абсорбента в /2/ (аммиака и воды) бусловливает образование в генераоре при кипении раствора двухкомпоентного пара рабочего тела, что треует наличие в АХМ /2/ ректифицируюх аппаратов и других элементов для" обеспечения приемлемой термодинами15 олеской эффективности АХМ, но, вместе

Ic тем, снижающих эксплуатационные ( характеристики АХМ, 1

И, наконец, хладагент в /2/ является хими -.,ески активным веществом, и

20 присутствие его (в виде утечек) в некоторых химических производствах нежелательно, а в ряде случаев и недо пустимо. Кроме .того,хладагент в /2/ высокотоксичное вещество с резким физиологическим воздействием, что также снижает эксплуатационные характеристики АХМ.

Цель изобретения — повышение экс, плуатационных характеристик АХМ пу30 тем снижения рабочих перепадов давлений, исключения необходимости в ректифицирующих аппаратах и путем уменьшения токсичности.

Поставленная цель достигается использованием в рабочей паре веществ 35 в качестве хладагента ТГФ, а в качестве абсорбента 2-603 раствора

ТГФ в фосфорной кислоте.

На фиг, 1 представлена графичес.— кая зависимость давления насыщенного 40 пара от температуры для ТГФ и аммиака. На фиг. 2 изображена Р, Т, диаграмма системы ТГФ вЂ” фосфорная кислота, где показаны узловые точки цикла АХМ, параметры которого приведены в таблице.

ТГФ обладает совокупностью свойств,, позволяющей использовать его в качестве хладагента АХМ. Параметры равновесного состояния жидкость-пар со- 50 ответствуют условиям реализации xo— лодильного цикла (фиг,1). Температура кристаллизации, равная минус 108 С, о значительно ниже температуры в испарителе АХМ. Теплота конденсации составляет 437,3 кДж/кг при 20 С. ТГФ— бесцветная жидкость почти без запаха о с температурой кипения 65,6 С и плотностью равной 887,6 кг/м при 20 С, Концентрационные и температурные пределы воспламенения в воздухе составляют 1,84-11,8 об,/ и (-20) — (+10) Ñ соответственно. ТГФ термически устойчив, малотоксичен (ПДК = 100 мг/м, тогда как у аммиака 1ЩК = 20 мг/м ), коррозионного воздействия на конструкционные материалы не оказывает.

Будучи продуктом отечественного крупнотоннажного производства, ТГФ является дешевым и доступным веществом, Использование в качестве абсорбента раствора ТГФ в фосфорной кислоте базируется прежде всего на экспериментально полученной температурной зависимости давления насыщенного пара

ТГФ над растворами. Из рассмотрения

P Т, (— диаграммы (фиг.2) видно, что в зависимости от схемных решений АХМ и температур внешних источников система ТГФ вЂ” фосфорная кислота может быть использована в достаточно широком концентрационном интервале, Однако экспериментально установлено, что насыщение раствора тетрагидрофураном выше 60Х. нецелесообразно из-за резкого спада скорости поглощения паров, Кроме того, нежелательно уменьшение концентрации ТГФ при кипении в генераторе ниже 2/, т.к., в противном случае, зона кристаллизации может сместиться в область положительных температур. Экспериментально проверено, что добавление к чистой фосфорной кислоте (температура кристаллио, зации 42,35 С) тетрагидрофурана в количествах от 2Х,и более переводит процесс кристаллизации в область отрицательных температур, т.е. безопасную с точки зрения работоспособности

AXM. Пределы концентраций фосфорной кислоты (Н РО ) определяются содержанием ТГФ в бинарном растворе по формуле Х Н РОс = 100/ ТГФ.

Расчет теоретических тепловых коР эффициентов выборочно взятых циклов

AXN показал, что при работе в одинаковом температурном режиме термодинамические эффективности циклов АХМ с предложенной рабочей парой веществ и с /2/ сопоставимы (см. таблицу)

Расчет для AXN /2/ выполнен с учетом наличия ректификационной колонны, дефлегматора и растворного теплообменника (Б АХМ с предложенной рабочей парой-только растворного теплообменника) .

5 14

Выполненное исследование по коррозионному воздействию растворов ТГФ—

Н РО на различные марки сталей показало, что в условиях работы АХМ предпочтительной является сталь Х18Н10Т, либо иные материалы с антикоррозионными свойствами. Фосфорная кислота является дешевым и доступным продуко том, при температурах до 200 С термически устойчива и практически не образует паровой фазы. Отсутствие соиспаряемости фосфорной кислоты при нагревании- раствора ТГФ вЂ” Н РО4 до

150 С проверено экспериментально.

Пример конкретного использования изобретения можно видеть на процессе о получения холода минус 10 С в АХИ с раствором ТГФ вЂ” фосфорная кислота в качестве рабочей пары веществ. Давление, соответствующее кипению ТГФ о в испарителе при минус 10 С, поддерживается поглощением его паров слабым раствором, поступающим в абсорбер из генератора. Концентрация раствора, выраженная в Х ТГФ, увеличивается.

При охлаждении абсорбирующего раствора до 40 С она достигает 13,2Х ТГФ.

Если охлаждать раствор до 0 С (такое охлаждение может быть получено в двухступенчатой машине), то концентрация его возрастает до 60Х ТГФ. Крепкий раствор из абсорбера транспортируется в генератор, давление в котором определяется температурой кондепсао, ции хладагента. Если она равна 40 С, то в соответствии с Р, Т, (— диаграммой раствор 13,2Х ТГФ в фосфорной кислоте закипит при 96 С, а 60Х расто вор — при 47 С. По мере выпаривания

ТГФ из крепкого раствора температура кипения раствора повышается, а содержание ТГФ в нем уменьшается. Наприо мер, температуре кипения 110 С соответствует концентрация 5Х ТГФ. Если процесс выпаривания продолжать, то содержание ТГФ в растворе можно довести.до 2/, что соответствует кипению при 115 С. Далее продолжать выпаривание нецелесообразно по причине, указанной выше. Подачей слабого раствора в абсорбер растворный(цикл замыкается.

В описанном примере показан вариант использования рабочего раствора

" 1! 29

5 Параметры цикла

ТГФ-Н >РО4 аммиаквода

-10

-1О

40

40

l l0

110

45

3,801

40,55

290,9

1557,0

13,2

39,2

5,0

8,2

35 0

4,2

11,6

15,4

0 53

0 50

?О

40 в диапазоне (с зоной дегазации) от

13,2Х ТГФ до 5Х с возможным расширением границ до 60i. ТГФ и 2Х. о, Температура, С:

Хладагента в испарителе

Хладагента в конденсаторе

Крепкого раствора на выходе из абсорбера

Слабого раствора на выходе из генератора

Крепкого раствора на выходе из теплообменника

Давление, КПа: в испарителе (абсорбере) в конденсаторе (генераторе)

Концентрация (Х вес.хладагента): крепкого раствора на выходе из абсорбера слабого раствора на выходе из генератора зона дегаэации

Кратность циркуляции (кг кг)

Теоретический тепловой коэффициент

Формула изобретения

Рабочая пара веществ для абсорбционной холодильной машины, состоящая из хладагента и абсорбента, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик абсорбционной холодильной машины, в качестве хпадагента используют тетрагидрофуран, а в качестве абсорбента 2-60Х раствора тетрагидрофурана в фосфорной кислоте.

1453129

g,6r 10 6„2 з

ll,0

Корректор А.Обручар g

Редактор Е.Гиринская

Заказ 2557 Тираж 335 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4!5

«>

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Р, к0а

5 х8 м х V Ю гв

Составитель Д. Плачендовский

TexPeg Л.Олийнык