Рабочая пара веществ для абсорбционной холодильной машины Советский патент 1989 года по МПК F25B15/00 

Изобретение относится к области холодильной техники, в частности, к рабочим веществам абсорб1дионных холодильных машин (АХМ) и может быть использовано,для выработки холода в химической промышленности, например, при производстве тетрагидрофурана (ТГФ).

Известна рабочая пара вещества АХМ вода-бромистый литий /1/, обеспечивающая высокую термодинамическую эффективность и хорошие эксплуатационные характеристики АХМ.

Однако эта рабочая пара веществ не позволяет производить в АХМ холод отрицательных температур вследствие замерзания хладагента (воды).

Известна также рабочая пара веществ АХМ aм иaк-вoдa /2/, тоже обеспечивающая высокую термодинамическую эффективность и, кроме того, позволяющая производить в АХМ холод отрицательных температур.

Однако, пара веществ, /2/ в ряде случаев не обеспечивает достаточно хороших эксплуата1;ион ых характеристик АХМ.

Дело в том, что при температурах конденсащ-:и хладагента, обычно имеющих место на практике (25-40 0), давление насьш5енного пара аммиака (хлад- агента в рабочей паре /2/) весьма велико .(1000-1500 кПа), что обусловливает работу генератора АХМ при срав- нliтeльнo большом давлении и, как следствие, - работу AX1-I при довольно ..значительном перепаде давлении между

4

СЛ СО

го

со

г енератором и абсорбером. Все это с|нижает эксплуатационные характеристики АХМ, вынуждает повышать прочность ряда узлов и аппаратов.

Кроме того, недостаточно большая, как в /1/, разность между .нормальны- да температурами кипения хладагента lit абсорбента в /2/ (аммиака и воды) Уусловливает образование в генера- tope при кипении раствора двухкомпо- центного пара рабочего тела, что требует наличие в АХМ /2/ ректифицирующих аппаратов и других элементов для обеспечения приемлемой термодинами- ческой эффективности АХ14, но, вместе с тем, снижаюш х эксплуатационные характеристики AXtl.

И, наконец, хладагент в /2/ является химически активным веществом, и 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, 4то также снижает эксплуатационные характеристики АХМ.

Цель изобретения - повышение эксплуатационных характеристик АХМ пу- тем снижения рабочих перепадов давлений, исключения необходимости в ректифицирующих аппаратах и путем уменьшения токсичности.

Поставленная цель достигается использованием в рабочей паре веществ в качестве хладагента ТГФ, а в ка честве абсорбента 2-60% раствора ТГФ в фосфорной кислоте.

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

ТГФ обладает совокупностью свойс позволяющей использовать его в качестве хладагента AXli, Параметры Рановесного состояния жидкость-пар соответствуют условиям реализации хо лодильного цикла (фиг.1), Температу ра кристаллизации, равная минус 108 значительно ниже температуры в испа рителе АХМ. Теплота конденсации составляет 437,3 кДж/кг при 20 С. ТГФ бесцветная жидкость почти без запах с температурой кипения 65,6 С и пло

.

ностью равной 887,6 кг/м при 2(fC. Концентрационные и температурные пре целы воспламенения в воздухе составляют 1 ,84-1 1 .8 об.%. и (-20)-(+1ГС соответственно. ТГФ термически устойчив, малотоксичен (ГЩК 100 мг/м , тогда как у аммиака ПДК 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 р .j У- диаграммы (фиг.2) видно, что в зависимости от схемных решений АХМ и температур внешних источников система ТГФ - фосфорная кислота может быть использована в достаточно широком концентращюнном интервале. Однако экспериментально установлено, что нacьщ eниe раствора тетрагидрофураном выше 60%. 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 положитель 1ых температур. Экспериментально проверено, что добавление к чистой фосфор ной кислоте (температура кристаллизации 42,35°С) тетрагидрофурана в количествах от 2% .и более переводит процесс кристаллизадаи в область отрицательных температур, т.е. безопасную с точки зрения работоспособности АХМ. Пределы концентраций фосфорной кислоты () определяются содержанием ТГФ в бинарном растворе по формуле % Н,РО 100% ТГФ.

Расчет теоретических тепловых коэффициентов выборочно взятых циклов АХМ показал, что при работе в одинаковом температурном режиме термодинамические эффективности ци1слов AXI-1 с предложенной рабочей парой, веществ и с /2/ сопоставимы (см. таблицу). Расчет для АХМ /2/ выполнен с учетом наличия ректификационной колонны, де- фл.егматора и растворного теплообменника (Б АХМ с предложенной рабочей парой только растворного теплообменника).

5

Выполненное исследование по коррозионному воздействию растворов ТГФ - HjP04 на различные марки сталей показало, что в условиях работы АХМ предпочтительной является сталь Х18Н1.0Т, либо иные материалы с антикоррозионными свойствами. Фосфорная кислота является дешевым и доступным продуктом, при температурах до 200 С термически устойчива и практически не образует паровой фазы. Отсутствие соис- паряемости фосфорной кислоты при нагревании, раствора ТГФ - до проверено экспериментально.

Пример конкретного использования изобретения можно видеть на процессе получения холода минус 10 С в AXli с раствором ТГФ - фосфорная кислота в качестве рабочей пары веществ. Давление, соответствующее кипению ТГФ в испарителе при минус 10 С, поддерживается поглощением его паров слабым раствором, поступающим в абсорбер из генератора. Концентрация раствора, вьфаженная в % ТГФ, увеличивается. При охлаждении абсорбирующего раствора до 40 С она достигает 13,2% ТГФ. Если охлаждать раствор до О С (такое охлаждение может быть получено в двухступенчатой ма1Ш1не), то концентрация его возрастает до 60% ТГФ. Крепкий раствор из абсорбера транспортируется в генератор, давление в котором определяется температурой конденсации хладагента. Если она равна , то в соответствии с Р, Т, - диаграммой раствор 13,2% ТГФ в фосфорно кислоте закипит при 96°С, а 60% раствор - при . По мере выпаривания ТГФ из крепкого раствора температура кипения раствора повышается, а содержание ТГФ в нем уменьшается. Например, TeNmeparype кипения 110 С соответствует концентрация 5% ТГФ. Если процесс выпаривания продолжать, то содержание ТГФ в растворе можно довести .до 2%, что соответствует кипению при l5°C. Далее продолжать выпаривание нецелесообразно по причине, указанной выше. Подачей слабого раствора в абсорбер растворный цикл замыкается .

В описанном примере показан вариант использования рабочего раствора

J

129

в диапазоне (с зоной дегазатщи) от 13,2% ТГФ до 5% с возможным расширением границ до 60% ТГФ и 2%.

0

5

0

35

40

Температура,°С: Хладагента в испарителе

Хладагента в конденсатореКрепкого раствора на выходе из абсорбера

Слабого раствора на выходе из генератора

Крепкого раствора на выходе из теплообменникаДавление, КПа: в испарителе (абсорбере) в конденсаторе (генераторе) Концентрация (% вес.хладагента) крепкого раствора на выходе из абсорбера

слабого раствора на выходе из генераторазона дегазации Кратность n ipKy- ляции (кг/кг) Теоретический тепловой коэффициент

-10 40

40

110

45

-10 40

40

110

45

3,801 290,9 40,55 1557,0

13,2

5,0 8,2

11,6 0,50

39,2

35,0 4,2

15,4 0,53

Формула изобретения

5

Рабочая пара веществ для абсорбци- .онной холодильной машины, состоящая из хладагента и абсорбента, отличающаяся тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик абсорбционной холодильной машины, в качестве хладагента используют тетрагидрофуран, а в качестве абсорбента 2-60% раствора тетрагидро- фурана в фосфорной кислоте.

0 3.8 3.6 ЗА 3,2 Д . г Фиг.2 ; Составитель Д.Плачендовский

Редактор Е.Гиринская Техред Л.ОлийныкКорректор А,Обручар v

:|аказ 2557Тираж 335Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

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 тетрагидрофу- рана, 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