Абсорбционная холодильная машина с мультиступенчатым эжектором

Технический результат достигается в абсорбционной холодильной машине с мультиступенчатым эжектором, содержащей замкнутый циркуляционный контур, в котором последовательно установлены генератор, мультиступенчатый эжектор, конденсатор, дроссель, испаритель, насос и теплообменник, причем корпус мультиступенчатого эжектора покрыт кожухом с образованием полости, являющейся рубашкой охлаждения, и состоит из последовательно размещенных по ходу пара и соединенных между собой n ступеней, каждая из которых содержит приемную камеру, сопло и диффузор, при этом приемная камера и сопло I-й ступени соединены трубопроводами с испарителем и генератором соответственно, генератор, в свою очередь, соединен с теплообменником и насосом, приемные камеры II-й и последующих ступеней соединены с диффузорами предыдущих ступеней, внутри их устроены направляющие лопатки, теплообменник, сопла II-й и последующих ступеней соединены с нагнетательным патрубком насоса параллельно, кожух примыкает к корпусу конденсатора и снабжен входным патрубком, рубашка охлаждения и диффузор последней ступени соединены с конденсатором через отверстия в стенке его корпуса и крышке соответственно.

На фиг.1 представлен общий вид предлагаемой абсорбционной холодильной машины с мультиступенчатым эжектором (АХММСЭ), на фиг.2 - узел компоновки мультиступенчатого эжектора, на фиг.3 представлен процесс поглощения паров легколетучего компонента слабым раствором рабочей жидкости в мультиступенчатом эжекторе, изображенный на диаграмме У-Х (У - концентрация легколетучего компонента в паровой фазе, кмоль/кмоль; X - концентрация легколетучего компонента в жидкой фазе, кмоль/кмоль).

общий вид предлагаемой абсорбционной холодильной машины с мультиступенчатым эжектором (АХММСЭ)

АХММСЭ содержит замкнутый циркуляционный контур, в котором последовательно установлены генератор 1, мультиступенчатый эжектор 2, конденсатор 3, дроссель 4, испаритель 5, насос 6 и теплообменник 7, причем корпус мультиступенчатого эжектора 2 покрыт кожухом 8 с образованием полости, являющейся рубашкой охлаждения 9 и состоит из последовательно размещенных по ходу пара и соединенных между собой I-й, II-й и и III-й ступеней, каждая из которых содержит приемную камеру 10, сопло 11 и диффузор 12, при этом приемная камера 10 и сопло 11 I-й ступени соединены трубопроводами с испарителем 5 и генератором 1 соответственно, генератор 1, в свою очередь, соединен с теплообменником 7 и насосом 6, приемные камеры 10 II-й и последующих ступеней соединены с диффузорами 12 предыдущих ступеней, внутри их устроены направляющие лопатки 13, теплообменник 7, сопла 11 II-й и последующих ступеней соединены с нагнетательным патрубком насоса 6 параллельно, кожух 8 примыкает к корпусу конденсатора 3 и снабжен входным патрубком 14, рубашка охлаждения 9 соединена с межтрубным пространством конденсатора 3 через отверстие 15 в стенке его корпуса, а диффузор 12 последней III-й ступени соединен с верхней крышкой конденсатора 3 через отверстие 16.

узел компоновки мультиступенчатого эжектора

АХММСЭ работает следующим образом

Из поддона испарителя 5 слабый раствор по трубопроводу поступает в насос 6, после которого его давление повышается от P₃ до P₁ а его поток делится на 2 части: одна часть подается в генератор 1 для образования пара для I-й ступени через теплообменник 7, а другая - холодная часть, подается на абсорбцию во II-ю и III-ю ступени мультиступенчатого эжектора 2. Первая часть слабого раствора, количество которого находят исходя из требуемого количества пара для эжектирования, подогревается в теплообменнике 7 за счет тепла горячей оборотной воды и при давлении P₁ подается в генератор 1, где нагревается до температуры кипения за счет тепла постороннего теплоносителя (например, вторичного пара), в результате чего образуется пар, который с концентрацией легкокипящего компонента Х_Н при давлении P₁ подается в приемную камеру 10 через сопло 11 I-й ступени мультиступенчатого эжектора 2. В результате истечения струи пара из сопла 11 в приемной камере 10 I-й ступени и соединенном с ней трубопроводом испарителе 5 создается разрежение P₃, а давление паровой смеси на выходе из диффузора 12 снижается от P₁ до P ₂  . Одновременно в диффузоре 12 I-й ступени за счет теплообмена через стенку с охлажденной оборотной водой происходит охлаждение паровой смеси и частичная ее конденсация, образуются капли раствора, осуществляется процесс абсорбции паров легкокипящего компонента этими каплями, в результате чего концентрация легкокипящего компонента в паровой фазе снижается, а в жидкой фазе возрастает (линия a-b на диаграмме У-Х, фиг.3), после чего парожидкостная смесь поступает в приемную камеру 10 II-й ступени. Одновременно другую - холодную часть слабого раствора (общее количество слабого раствора должно обеспечивать оптимальные условия эжекции и абсорбции) после испарителя 5 при давлении P₁ насос 6 подает параллельно в приемные камеры 10 через сопла 11 во II-ю и последующие ступени мультиступенчатого эжектора 2. Из диффузора 12 I-й ступени мультиступенчатого эжектора 2 парожидкостная смесь поступает в приемную камеру 10 II-й ступени, где за счет наличия направляющих лопаток 13 происходит закручивание и перемешивание парожидкостного потока, в результате чего интенсифицируется процесс поглощения легкокипящего компонента раствором. В результате истечения слабого раствора из сопла 11 в приемной камере 10 II-й ступени также при давлении P₁, жидкостная струя которого увлекает парожидкостную смесь, последняя на выходе из приемной камеры 11 и перемещении по диффузору 12 по инерции совершает вращательное движение, смешивается с ней, после чего давление в ней на выходе из диффузора 12 повышается от P₂  до Р₂ ^'. Одновременно в диффузоре 12 II-й ступени осуществляется процесс абсорбции паров легкокипящего компонента слабым раствором, который интенсифицируется процессами закручивания и перемешивания парожидкостного потока, в результате чего концентрация легкокипящего компонента в паровой фазе становится ниже, а в жидкой фазе больше, чем на выходе из диффузора 12 I-й ступени, (линия b-c на диаграмме У-Х, фиг.3). Далее парожидкостная смесь поступает в приемную камеру 10 III-й ступени, в которой происходят процессы, аналогичные произошедшим во II-й ступени, в результате которых давление в ней на выходе из диффузора 12 дополнительно повышается от до Р₂ ^' до Р₂, концентрация легкокипящего компонента в паровой фазе становится ниже, а в жидкой фазе больше, чем на выходе из диффузора 12 II-й ступени (линия c-d на диаграмме У-Х, фиг.3), после чего насыщенная парожидкостная смесь через отверстие 16 поступает в конденсатор 3. Параллельно процессам эжектирования и абсорбции, происходящих во всех трех ступенях мультиступенчатого эжектора 2, осуществляется отвод тепла абсорбции от его поверхности потоком оборотной холодной воды, подаваемой из входного патрубка 14 в рубашку охлаждения 9 и удаляющейся из нее через отверстие 15 в межтрубное пространство конденсатора 3. В конденсаторе 3 происходит дальнейшее охлаждение и конденсация парожидкостной смеси, поступающей из III-й ступени мультиступенчатого эжектора 2 до окончательного образования крепкого раствора с давлением P₂ и концентрацией легкокипящего компонента Х_К, который стекает в поддон, отвод остаточного тепла абсорбции и тепла конденсации, воспринимаемого оборотной водой, поступающей из рубашки охлаждения 9 и частично нагретой в ней за счет тепла абсорбции в мультиступенчатом эжекторе 2, после чего горячая оборотная вода направляется в теплообменник 7. Крепкий раствор из поддона конденсатора 3 поступает через дроссель 4 в испаритель 5, где он дросселируется до давления разрежения P₃, в результате чего снижается его температура кипения, происходит испарение легкокипящего компонента при низкой температуре с образованием пара, поступающего в приемную камеру 10 I-й ступени мультиступенчатого эжектора 2 и образование слабого раствора с концентрацией легкокипящего компонента Х_Н, а также охлаждение хладоагента, который далее направляют потребителю. Из поддона испарителя 5 слабый раствор поступает в насос 6, после которого при давлении P₁ делится на 2 части, и цикл повторяется. При этом охлажденная в теплообменнике 7 оборотная вода охлаждается далее, например, в градирне (на фиг.1-3 не показан).

процесс поглощения паров легколетучего компонента слабым раствором рабочей жидкости в мультиступенчатом эжекторе

Из описания работы мультиступенчатого эжектора 2 видно, что этот аппарат одновременно выполняет функции компрессора и струйного абсорбера. Из сравнения рабочей линии процесса абсорбции в одноступенчатом аппарате a-d^' с конечной Х _К ^' концентрацией легкокипящего компонента в растворе и суммарной рабочей линии процесса a-b-c-d с конечной Х_К концентрацией легкокипящего компонента в растворе в предлагаемом мультиступенчатом эжекторе 2, при равных начальных концентрациях Х_Н (диаграмма У-Х, фиг.3) следует, что конструкция последнего позволяет проводить процессы абсорбции ступенчато, что обеспечивает при одинаковых расходах абсорбента (раствора) большую степень поглощения легкокипящего компонента и таким образом снизить удельный расход абсорбента [Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971, с.492-495]. В то же время мультиступенчатый эжектор 2 обеспечивает большее повышение давления, чем одноступенчатый аппарат (P₂>Р₂  ). При этом, в результате использования тепла горячей оборотной воды, нагретой в конденсаторе 3, для подогрева слабого раствора в теплообменнике 7, предлагаемая АХММСЭ вырабатывает только холод без выработки низкопотенциального тепла, которому трудно найти потребителя, а затрата тепла в генераторе 1 в ней меньше, чем в известном устройстве.

Параметры АХММСЭ зависят от физико-химических свойств веществ, составляющих раствор, мощности и давления, развиваемого насосом 1 и числа ступеней в мультиступенчатом эжекторе 2. Оптимальное число ступеней находят из технико-экономического расчета.

Таким образом, компоновка предлагаемой АХММСЭ и применение в ней мультиступенчатого эжектора обеспечивают повышение эффективности ее работы.

Формула изобретения

Абсорбционная холодильная машина с мультиступенчатым эжектором, содержащая замкнутый циркуляционный контур, в котором последовательно установлены генератор, эжектор с приемной камерой, абсорбер, выполненный в виде струйного аппарата, конденсатор, дроссель, испаритель, насос, теплообменник, отличающаяся тем, что эжектор и струйный абсорбер выполнены в виде мультиступенчатого эжектора, корпус которого покрыт кожухом с образованием полости, являющейся рубашкой охлаждения, причем мультиступенчатый эжектор состоит из последовательно размещенных по ходу пара и соединенных между собой n ступеней, каждая из которых содержит приемную камеру, сопло и диффузор, при этом приемная камера и сопло I-й ступени соединены трубопроводами с испарителем и генератором соответственно, генератор, в свою очередь, соединен с теплообменником и насосом, приемные камеры II-й и последующих ступеней соединены с диффузорами предыдущих ступеней, внутри их устроены направляющие лопатки, теплообменник и сопла II-й и последующих ступеней соединены с нагнетательным патрубком насоса параллельно, кожух примыкает к корпусу конденсатора и снабжен входным патрубком, рубашка охлаждения и диффузор последней ступени соединены с конденсатором через отверстия в стенке его корпуса и крышке соответственно.

Имя изобретателя: Ежов Владимир Сергеевич
Имя патентообладателя: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ)
Почтовый адрес для переписки: 305040, г.Курск, ул. 50 лет Октября, 94, ЮЗ ГУ, ОЗиОИС
Дата начала отсчета действия патента: 05.10.2010

Разместил статью: admin
Дата публикации:  9-11-2012, 14:52

html-cсылка на публикацию		⇩ Разместил статью ⇩ Фомин Дмитрий Владимирович  Его публикации  Нужна регистрация Отправить сообщение
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию

Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!