ДЕФЛЕГМАТОР СОВМЕЩЕННОГО ТИПА

Техническое решение относится энергосберегающим системам на базе абсорбционных термотрансформаторов, а именно, к разработке аппарата для очистки бинарного водоаммиачного пара от воды в абсорбционных водоаммиачных машинах малой производительности.
Методы интенсификации процессов тепло- и массообмена со стороны конденсирующегося пара основаны на уменьшении толщины пленки конденсата, турбулизации, либо разрушении ее возле охлаждающей поверхности.
В известных конструкциях дефлегматоров (см. в кн. Блиер Б.М., Вургафт А.В. Теоретические основы проектирования абсорбционных термотрансформаторов. - М.: Пищевая промышленность, 1997. - 199 с) предлагается насадка из колец Рашига, которая из-за размеров элементов в указанных условиях не может быть эффективно использована.
В статье (Стефановский В.М. Исследование укрепляющего действия
водоаммиачной абсорбционной машины // Известия вузов, Пищевая технология. - 1965. - №3. - С.18-21) указано, что пленка конденсата образуется на охлаждающей трубчатой поверхности. При этом массовые потоки рабочего тела и охлаждающей воды должны быть значительными. Недостаток их в том, что применительно к малым холодильным машинам из-за неустойчивого режима орошения теплообменная поверхность будет работать недостаточно эффективно.
Техническая задача - создание аппарата наиболее простой конструкции, имеющего эффективную высоту и позволяющего обеспечить достаточный уровень укрепления пара при минимальном расходе взаимодействующих сред и охлаждающей воды.
Технический результат - повышение эффективности процесса тепло- и массообмена между неравновесным паром и жидкостью, упрощение
устройства и уменьшение его габаритов. Он достигается тем, что аппарат имеет плотную прерывистую насадку, состоящую из отдельных фрагментов тонкой металлической проволоки, уменьшающей толщину пленки конденсата, усиливающей турбулизацию потоков, уменьшающей длину непрерывно стекающей пленки. Насадка выполнена в виде набивки, размещенной на решетке и плотно поджатой сверху крышкой. Эффективная высота аппарата определена на основе математического моделирования протекающих процессов.
Аппарат представлен на чертеже, вид сбоку, (фиг.1). Он имеет корпус 1, охлаждающий змеевик 2, насадку 3, решетку 4, на которой размещена насадка, крышку 5. Он работает следующим образом: ректифицированный пар из исчерпывающей колонны 6 поступает снизу через решетку 4 в корпус дефлегматора 1. Охлаждающая вода подается в змеевик 2 сверху. В процессе фракционной конденсации образуется вода, которая, стекая по развитой поверхности насадки 3 навстречу потоку пара, поглощает аммиак, образуя флегму. Укрепленный пар выходит из дефлегматора через патрубок в крышке 5. В соответствии с принципом работы дефлегматора совмещенного типа в нижнем сечении аппарата флегма имеет самую низкую концентрацию и высокую температуру. Низшая температура пара соответствует состоянию охлаждающей воды в верхнем сечении аппарата.
3
2
3
3
2
3
Пример конкретного выполнения устройства, работающего в составе термического водоаммиачного компрессора производительностью 6кВт, имеет следующие характеристики: корпус аппарата выполнен из стальной трубы диаметром 240 мм, высотой 450 мм. В качестве насадки были использованы 103 фрагмента из проволоки диаметром 0,5 мм, длиной 20 м, весом 20 г каждый. Плотность насадки составила 148 кг/м, объем металла насадки 0,0004 м, площадь поверхности насадки 3,2 м, удельный свободный объем (пористость) 0,97 м/м, площадь поверхности насадки в единице объема 228,6 м/м эквивалентный диаметр насадки 0,017 м.
Минимальный расход охлаждающей дефлегматор воды был установлен при скорости ее движения по змеевику 0,1 м/с и составил 0,0113 кг/с.
В условиях эксперимента температура флегмы в нижнем сечении, определенная с учетом температурного перепада с охлаждающей водой, больше 60°С, что значительно выше средней температуры насыщения.
3
Предполагается, что в процессе контакта пара и флегмы в нижнем сечении происходит увеличение объема пара. Вызванное таким образом увеличение отношения скоростей фильтрации пара и флегмы способно обеспечить «подпор» флегмы. Этим объясняется начало снижения интенсивности процесса укрепления пара на тарелках исчерпывающей колонны и повышение ее в дефлегматоре. Изменение данного режима наблюдается при достижении давления 0,75 МПа. Рост давления от 0,67 до 0,75 МПа происходит примерно за 5 минут. При этом в нижнем сечении аппарата накапливается 0,0006 м флегмы. Высота слоя флегмы составляет 0,02 м, давление, создаваемое столбом флегмы размером 0,02 м, составляет 150 Па. Под этим избыточным давлением горячая флегма опускается через поток пара на тарелки, вызывая резкое снижение степени укрепления пара в исчерпывающей колонне ч незначительное в дефлегматоре.
При достижении давления 0,8 МПа флегма перегревается во всем объеме дефлегматора, что объясняет дальнейшее снижение его эффективности, а в результате поступления на тарелки флегмы в перегретом состоянии пар, на выходе из исчерпывающей колонны достигает температуры, сначала равной, затем несколько более высокой, чем на входе в нее. В состоянии, соответствующем давлению 0,8 МПа, температура флегмы, определенная по оптимальному температурному перепаду, составляет 91,5°С, что выше температуры пара, выходящего из исчерпывающей колонны.
Этим объясняется отрицательное значение степени термодинамического совершенства при давлении более 0,8 МПа.
Чтобы сохранить установившийся режим, соответствующий
определенному давлению, необходимо при минимальном расходе воды не допускать перегрева флегмы. Степень термодинамического совершенства дефлегматора составляет 0,75, что говорит о его достаточной эффективности и позволяет сделать вывод, что в данных условиях наличие только дефлегматора обеспечивает достаточную степень укрепления и условие компактности холодильной машины в целом.