Рабочие вещества абсорбционных

Холодильных машин

Выбор рабочих веществ для различного типа АХМ определяется прежде всего уровнями температур в основных аппаратах.

Во всех странах до сих пор преимущественно применяются для разных целей две классические рабочие пары (летучий компонент — абсорбент): NН₃—Н₂О и Н₂0—LiBr, и большинство разработок систем АХМ основывается на одной из них. Поиск новых рабочих веществ объясняется лишь хорошо известными недостатками обеих пар.

В последние два десятилетия предложены десятки новых рабочих веществ и проведена оценка термодинамической эффективности АХМ с использованием этих веществ.

Одним из важных направлений исследования и усовершенствования АХМ признано улучшение свойств известных рабочих веществ путем введения в них добавок с целью увеличения производительности или расширения области действия АХМ без кристаллизации веществ в аппаратах. Однако основным направлением поиска считается получение температур в испарителе ниже 0 °С, причем предпочтение отдается органическим веществам.

Чаще в литературе встречается классификация рабочих веществ АХМ по типу летучего компонента. Такая классификация более универсальна, так как позволяет включать системы с еще не до конца исследованными и определенными областями применения. Рабочие вещества по типу летучего компонента делят на следующие группы: аммиачные, спиртовые, водные, хладоновые и углеводородные.

Аммиачные системы. К этой группе относятся системы, в которых в качестве летучего компонента используется не только аммиак NН₃, но и его производные — амины: метиламин СН₃NН₂ и этиламин С₂Н₅NН₂.

Система NН₃—Н₂О — одна из наиболее изученных. В 1860 г. Ф. Карре изобрел и сконструировал первую абсорбционную водоаммиачную холодильную установку. С тех пор система NН₃—Н₂О тщательно исследовалась, и усовершенствовались конструкции водоаммиачных АХМ. Главными достоинствами NН₃—Н₂О является возможность получения отрицательных температур (около —35 °С) и большая абсолютная теплота парообразования летучего компонента. Она широко применяется в АХМ любого типа. Основными недостатками данной системы являются токсичность аммиака и близость температур кипения компонентов, поэтому необходимо предусматривать устройство для ректификации. Кроме того, аммиак вызывает коррозию меди и ее сплавов, смеси NН₃ с воздухом горючи и взрывоопасны. Однако возможность получения отрицательных температур объясняет неослабевающий интерес к этой системе.

Водные системы. Вода безвредный, доступный и дешевый летучий компонент, имеющий большую абсолютную теплоту парообразования. В качестве абсорбентов для воды предложено применять соли: LiСl, LiВг, LiI, СаСl₂ и другие, смеси солей, а также Н₂SO₄ и NаОН. Кислоты и щелочи малоперспективны для использования в АХМ из-за их токсичности и высокой коррозионной активности.

Наибольшее применение в различного типа АХМ имеет система Н₂0—LiВr. Теплофизические свойства ее хорошо изучены и наиболее благоприятны для применения в АХМ. Первая абсорбционная установка на Н₂О—LiBr в ее современном виде была сконструирована в США в 1945 г., и с тех пор продолжается ее усовершенствование. Для расширения рабочей зоны АХМ к LiBr предложено добавлять соли и органические вещества.

Добавка органических веществ, как правило, приводит к уменьшению растворимости неорганических солей в воде, что имеет место, например, при добавке этиленгликоля в раствор Н₂О—LiBr. При использовании этой системы в абсорбционной холодильной машине, с одной стороны, происходит сужение рабочей зоны, а с другой — увеличиваются теоретические тепловые коэффициенты.

Большой интерес представляет использование в АХМ системы Н₂О—LiСl, что связано с большей термической стабильностью LiС1 по сравнению с LiВr и LiI. Из-за меньшей растворимости LiСl АХМ имеют более узкую область применения. В настоящее время Н₂О—LiСI в основном применяют для выработки холода с относительно высокой температурой в солнечных абсорбционных холодильных машинах.

Система Н₂О—LiI, также как и предыдущая, предложена для использования в АХМ для получения холодной технологической воды и кондиционирования воздуха, но при этом для обогрева генератора требуется теплота более низкого потенциала. Однако ограниченная растворимость LiI, его высокая стоимость и наименьшая среди галогенидов лития термическая стойкость делают эту систему наименее перспективной из них для использования в АХМ.

При циркуляции воды по замкнутому контуру в системе охлаждения АХМ, обеспечивающей в летнее время охлаждение воды до температуры не выше 25 °С, рекомендуется система Н₂О—СаСl₂, причем для снижения теплопередающей поверхности конденсатора и избежание работы под вакуумом предлагается поддерживать температуру конденсации водяного пара на высоком уровне — около 100 °С. Хотя система Н₂О—СаСl₂ очень дешевая, нетоксичная и доступная, но практического применения в АХМ не нашла из-за малой растворимости и большой опасности кристаллизации плохорастворимых кристаллогидратов СаСl₂·хН₂О в аппаратах, а также значительной коррозионной активности.

В связи с отсутствием надежных ингибиторов коррозии в жидкой и паровой фазах для применяемых в настоящее время материалов АХМ наиболее надежными в эксплуатации следует считать водные растворы солей щелочных металлов и их смесей (исключая, как указывалось выше, термически нестойкие роданиды и взрывоопасные в безводном состоянии перхлораты). Соли двухвалентных металлов (Мg, Са, Zn в другие) в водных растворах подвергаются гидролизу в значительно большей степени, чем соли лития, поэтому их введение приводит к подкислению раствора, что обычно усиливает коррозионное воздействие его на конструкционные материалы АХМ.

Введение нитрат-ионов в различных комбинациях солей не только увеличивает общую растворимость солей из-за особенностей строения этого нона, но и уменьшает коррозию. Однако при температурах выше 130 °С возможен и обратный эффект. Поэтому все многокомпонентные системы с добавками нитратов рекомендованы только для использования в АХМ для получения холода. Учитывая эксплуатационные требования, наиболее перспективной для этих целей следует считать систему Н₂О—LiС1—LiNО₃.

Достоинства водно-соленых систем, кроме указанных выше:

абсолютно безвредный, доступный летучий компонент — вода, имеющая очень большую абсолютную теплоту испарения; большая разница в температурах кипения компонентов, поэтому нет необходимости в ректификационном узле; высокие теоретические коэффициенты трансформации.

Недостатки водных систем: невозможность получения в испарителе температур ниже 0 °С; достаточно высокое коррозионное воздействие водных систем на конструкционные материалы АХМ, особенно в газовой фазе и по ватерлинии.

Поиск по сайту: