TEHNIKA HLAĐENJA. Teorija apsorpcijskih rashladnih uređaja temelji se na termodinamici smjesa, jer rade sa smjesama dviju ili više tvari.

Transcript

1 . APSORPCIJSKI RASHLADNI UREĐAJI Teoij psopcijski slni ueđj temelji se n temoinmici smjes, je e s smjesm viju ili više tvi. Rzlikuju se vije gupe: slni ueđji s kontinuinim pogonom (češće se pimjenjuju) slni ueđji s iskontinuinim pogonom (ovje se neće zmtti). Diskontinini pogon se njčešće koisti zbog tog što je sobent kut tv. Većin psopcijski ueđj s kontinuinim pogonom i s vojnim smjesm, ko što su vo monijk (H O NH 3 ), ili litijev bomi vo (LiB H O). D bi se zumio psopcijski slni ueđj, potebno je poznvti osnove temoinmike smjes. Ktk pikz n je u nstvku... DVOJNE SMJESE Smjese obivmo miješnjem jenostvni tvi. Smjese mogu biti omogene i eteogene. Homogene smjese imju svugje isti tlk p, tempetuu T ( ), gustoću ρ, i sstv (u svim, m kko mlim volumenim ). Tipične omogene smjese sstvljene su iz v plin, li im i omogeni smjes i ko kpljevin (np lkool i vo) i kuti tvi. Heteogene smjese nemju ov svojstv. Pimje eteogene smjese je np. smjes voe i ulj. Homogene smjese se ne mogu bez potošk stviti n sstvne ijelove. Heteogene smjese možemo smim meničkim sestvim, teoetski bez potošk, zvojiti n omogene fze iz koji su sstvljene. Smjese mogu biti sstvljene iz vije ili više tvi. Smjese koje se sstoje iz vije tvi nzivju se vojne ili binne smjese. Što se smjes sstoji iz više tvi zmtnj su zmšenij. Stnje smjese se može jenoznčno oeiti ko je poznt tlk p, tempetu T, i sstv. Tv Tv Svojstv tvi oznčvmo s. Svojstv tvi oznčvmo s. s s Svojstv smjese oznčvmo bez ctice. v v Smjes mse M kg sži M kg tvi i M tvi. Mseni uio tvi u kg smjese oznčvmo s. M M M M + M M + M M Ako u kg smjese im kg tvi on im - kg tvi. 78

2 z čistu tv vijei 0 z čistu tv vijei sstv smjese keće se o 0 o... Toplinske pojve ko miješnj (s i bez ovođenj topline) Sl... Ustljeno miješnje (miješnje se ovij ko pconst.) Ko miješnj ielni plinov jenke tempetue tempetu se pilikom miješnj ne mijenj ukoliko se izvn ne ovoi niti ovoi toplin. To ost točno vži i z elne plinove ukoliko ne nstju kemijske ekcije. Ko miješnj kpljevin više nije tko. Ko neki smjes pilikom mješnj tempetu ste, ok se ko ugi jvlj sniženje tempetue tj. općenito govoeći tempetu se mijenj. Želimo li miješnje bue izveeno tko tempetu smjese bue jenk početnoj tempetui momo mješlištu ovesti ili ovesti toplinu. Tu toplinu nzivmo izotemn toplin miješnj i oznčujemo je s t, on ovisi o vsti smjese i sstvu, ko neki smjes i o tempetui. T toplin može biti t > 0 ko toplinu teb ovoiti i t < 0 ko toplinu teb ovoiti, ili t 0 ko ne teb ovoiti ni ovoiti. t se izžv u kj/kg smjese. Z 0 i t 0 0 tv ( H O ) ( t ) 0 0 ( t ) 0 tv ( NH 3 ) pkonst t ne ovisi o tempetui Sl... Toplin miješnj voe i monijk t ovisi o tempetui Sl..3. Toplin miješnj voe i etnol Tvi i n slikm.. i.3. su pije miješnj imle tempetuu 0 C. 79

3 Ako je t > 0, tebmo ovoiti toplinu ožimo istu tempetuu, p je t moguće miješnjem viju tvi ostviti lđenje. Toplin miješnj je u uskoj vezi s entlpijom smjese. Pem pvom glvnom stvku vijei. - vp v p Ako se miješnje ovij ko p const., slijei p0 i p - t kj/kg smjese - entlpij smjese nkon miješnj - entlpij tvi (suionik) pije miješnj ( ) + - specifičn entlpij tvi ko tempetue - specifičn entlpij tvi ko tempetue ko se z entlpiju smjese nkon miješnj piše:, on je t t - {( - ) + } t + {( - ) + }... Mekelov - ijgm ' konst + ( ) t t >0 t <0 '' ( ) 0 tv tv Sl..4. Toplin miješnj i izoteme u - ijgmu t obiveno mjeenjim i uneseno u ijgm. Z t 0 entlpij smjese jenk je entlpiji tvi pije miješnj. 80

4 Izotem z više tempetue ie pem goe, z niže pem olje. Izotemn toplin miješnj - izotemn integln toplin miješnj može se oeiti tko posui u kojoj se nlzi (- 0 ) kg tvi oveemo 0 kg tvi i izmjeimo toplinu t koju teb ovesti temp. ostne nepomjenjen, ili se posui u kojoj se nlzi (- 0 ) kg tvi postepeno oju mle količine tvi i svki put se izmjei potebn toplin miješnj. U ob slučj topline t moju biti jenke...3. Miješnje U posui su vije tvi oijeljene pegom koj se može pomicti. Sl..5. Pomjen volumen pi miješnju v v 0 - volumen pije miješnj ( ) v + v 0 Ako poignemo pegu nivo će se povisiti ili sniziti i u posui će smjes zuzeti volumen v v0. Ko neki kpljevin volumen se povećv, ko ugi smnjuje, ko neki smnjuje o nekog sstv ztim se povećv (ovo svojstvo može se koistiti ko mjeenj sstv smjese). n jenom ijelu smnjenje, n jenom povećnje volumen volumen se smnjuje Sl..6. Dijgm pomjene volumen pi miješnju 8

5 ..3.. Pvilo miješnj i tempetu miješnj Mješlištu se ovoe vije stuje o koji je svk smjes viju tvi ( i ). μ kg,, p, v, μ kg,, p, v, Mješlište kg m,, p, v, Sl..7. Uz bilnce tvi i topline pi miješnju Bilnc ukupne količine tvi je μ + μ μ je uio smjese sstv u kg smjese sstv μ je uio smjese sstv u kg smjese sstv p p p - usvjmo su tlkovi jenki Postvljju se 3 bilnce :. Ukupn bilnc tvi μ + μ. Bilnc tvi μ + μ 3. Bilnc topline μ + μ m iz. i. μ, μ m + tj izz možemo peočiti u ijgmu ko to uvstimo u 3. bilncu ( ) Sl..8. Pvc miješnj u, - ijgmu - uz poznte,, μ i poznte,, μ iz ijgm se može oeiti m i 8

6 83 ( ) ( ) MN MN MN MN m m Z miješnje vži pvilo : U, - ijgmu leži stnje smjese ko toplinski nepopusnog miješnj uvijek n pvcu miješnj. Ovo pvilo nije vezno n to u kkvom se gegtnom stnju nlze stuje miješnj. Ako su poznte izoteme u, - ijgmu možemo očitti i tempetuu smjese nkon miješnj m Sl..9. Pvc miješnj i tempetu smjese u, - ijgmu..3.. Miješnje uz ovođenje topline Ako se miješnje ne vši toplinski nepopusno t će entlpij poizveene smjese biti već ili mnj o potk koje je pvc miješnj, ovisno o tome li se toplin ovoi ili ovoi tj. li je > 0 ili je < 0. Uzmimo se mješlištu ovoi toplin. T je stnje nkon miješnj i gijnj H, entlpij nkon miješnj : Sl..0. Miješnje uz ovođenje topline u, - ijgmu 0 konst M m μ μ 0 konst M m μ μ H

7 Točk H koj pestvlj stnje smjese u, - ijgmu nkon miješnj i ovođenj topline ne leži više n pvcu miješnj već je z užinu izn pvc miješnj. Ukoliko se toplin ovoi t se točk H obije tko se nnosi o točke M pem olje...4. Ispivnje Ako se nekoj jenostvnoj tvi ovoi toplin ko konstntnog tlk, tempetu ste o tempetue venj ko koje tv počinje kipjeti stvjući mjeuiće pe. Uz ljnje ovođenje topline pe im sve više, tempetu se pilikom ispivnj ne mijenj. Tek k ispi cijel kpljevin, ko se i lje ovoi toplin tempetu počinje sti. Ako se nekoj omogenoj smjesi np. smjesi H O-NH 3 polznog sstv i tempetue ovoi toplin ko konstntnog tlk p, tempetu ste o tempetue venj ko koje smjes počinje kipjeti stvjući pi tome mjeuiće pe. Anlizom se može ustnoviti je tempetu nstle pe jenk tempetui kpljevine 3, li se sstv pe 3 zlikuje o sstv kpljevine. Sl... Ispivnje smjese u, - ijgmu Tv vije ko tlk pconst. i ko konstntne tempetue ( pestvlj tempetuu vele kpljevine i suozsićene pe tvi ) Tv vije ko tlk pconst. i ko konstntne tempetue Kpljevin stnj ugijv se o stnj, onosno o tempetue venj k se počnu stvti pvi mjeuići pe. T je p bogtij n tvi, tko je 3 > 3 vnotežni sstv pe z sstv kpljevine ko tlk p i ko tempetue. Kpljevin stnj u vnoteži je s pom stnj 3. Kko je 3 >, ljnjim ispivnjem peostl kpljevin osiomšuje n tvi. Osim tog ljnjim ispivnjem tempetu ste iko se tlk nije pomjenio. Peostl kpljevin sve je siomšnij s tvi. Znje kpljice kpljevine biti će sstv 7. Ako ovođenjem topline olzimo u stnje 4 u posui se nlzi smjes kpljevine stnj 5 i pe stnj 6 iste tempetue Sstv 5 6. ( 5 sstv kpljevine, 6 sstv pe). Ko tempetue 4 u vnoteži je kpljevin stnj 5 i p stnj 6. 84

8 Poizveen p (8) im isti sstv ko i početn kpljevin. Nkon što sv kpljevin ispi, p će se pegijti i ponšti ko svk plinsk smjes. Mogu se oeiti vnotežn stnj pe i kpljevine z zličite sstve. Linij ošenj obije se ko spojimo stnj vnotežne pe. Linij venj obije se ko spojimo stnj vele kpljevine. Z viši tlk p, te linije će ležti više je je tempetu venj viš. U kg smjese stnj 4 im ϕ kg kpljevine stnj 5 i δ kg pe stnj 6, p vijei δ +ϕ Količin tvi mo z vijeme ispivnj ostti ist, p je 4 δ 6 + ϕ5. Slijei ϕ δ Ko znog tlk nemju vojne smjese z zliku o jenostvni tvi jenu jeinu tempetuu venj već se on mijenj s sstvom. Z vijeme ispivnj ko konstntnog tlk mijenj se sstv kpljevine i sstv pe, posječni sstv ostje isti. Z vijeme ispivnj tempetu ste. U, - ijgmu linije venj i ošenj se sstju u točki z čistu tv i z čistu tv je z čiste tvi nem zlike u sstvu kpljevine i pe, ispivnje je ko konstntne tempetue. 0 0 Sl..., - ijgm z venj pi zličitim tlkovim Ko viši tlkov poučje između linije ošenj i venj je uže nego ko niži. Tv ko tlk p vije ko tempetue, tv ko tempetue. Iz ijgm se može vijeti je sstv pe koj nstje iz kpljevine sstv ovisn o tlku p. 85

9 Ko tlk p iz kpljevine zvij se vnotežn p sstv mnjeg o sstv vnotežne pe z p. Z p < p < p 3 sstv pe > > Ukpljivnje υ Sl..3. Ukpljivnje povite smjese u, - ijgmu Pegijn pu stnj sstv li se ok se ne postigne tempetu (točk ). Tu se pojvljuju pve kpljice konenzt sstv 3. Dljnjim lđenjem p postje bogtij n tvi je konenzt koji nstje im niži sstv o. Ko tempetue 4 kpljevin im sstv 6, p sstv 5. Posljenji tgovi pe koji konenziju imti će sstv 8, ko se kpljevin miješ, popimit će nkon potpune konenzcije pe sstv 7. N liniji venj leže stnj vele kpljevine, n liniji ošenj stnj suozsićene pe...6. Toplinske pojve ko ispivnj Ove pojve se ne mogu ptiti u, - ijgmu, već u, - ijgmu. Izoteme kpljevine ctju se n nije pikzn nčin, isto tko i izoteme pe z koje uzimmo su pvci buući se toplin miješnj ko p i plinov obično može znemiti, tj. 0. Z ispivnje tvi teb ovesti toplinu - f. Z ispivnje tvi teb ovesti toplinu - f. Pimje: - z vou p b, t venj 00 C, - f 56,685 kj/kg - z NH 3 p b, t ispiv. -33,5 C, - f 368,745 kj/kg Z neku tempetuu sstv kpljevine nnosimo n izotemu kpljevine, sstv pe nnosimo n izotemu pe. Izoteme u zsićenom poučju ctju se spjnjem vnotežni sstv n linijm ošenj i venj. Izoteme u poučju moke pe su to stmije što su bliže 0,. Z čiste tvi izoteme pju u ointne osi. t 86

10 Sl..4., - ijgm poučj ispivnj Sl..5. Toplinske pojve pi ispivnju D bi se pomjenilo stnje o o potebno je ovesti toplinu (sl..5). Tkođe je Z ispivnje smjese sstv potebno je ovesti toplinu 8 8 Izoteme u zsićenom poučju momo ctti z svki tlk posebno. U kpljevitom poučju istu mežu izotemi možemo pimjeniti z zličite tlkove. Z pojeine smjese to možemo pimijeniti n pegijno poučje. p < p < p 3 < p 4 Sl..6. Poučje zsićenosti z zličite tlkove 87

11 ..7. Azeotopske smjese Azeotopske se smjese ne vlju ko venj ko što je os opisno i pikzno u ijgmu, tj. linije venj i ošenj nemju ovkv tok. Im smjes s tempetunim minimumom i smjes s tempetunim mksimumom. 3 3 min ( p mx ) Sl..7., - ijgm zeotopske smjese s tempetunim minimumom venj (zličiti tlkovi) U točki A (zeotopsk točk) oiuju se linije venj i ošenj p p i kpljevin imju isti sstv. Smjes sstv vije ko jenostvn tv. Iz kpljevine sstv zvij se ko tempetue p sstv. Tempetu se ne mijenj ok cijel smjes ne ispi. Dkle, smjes ispuje ko jenostvn tv. Tempetu venj niž je o tempetu venj z bilo koji sstv ili bilo koji o suionik. Sstv z neku smjesu ovisi o tlku (točk A pomiče se s postom tlk ispivnj). Ko neki smjes pomicnje točke A je tko veliko točk A može nestti u jenoj o ointni osi. Ko smjes s tempetunim mksimumom, tempetuni je mksimum viši nego tempetu venj pvog ili ugog suionik. ( p mx min ) Sl..8., - ijgm zeotopske smjese s tempetunim mksimumom venj 88

12 ..8. Nepekino ispivnje Sl..9. Nepekino ispivnje bilnc tvi i topline Genetou pe (kotlu, kulu) se u ustljenom pogonu ovoi F & [kg/s] bogte otopine. Stv se p D & [kg/s] koj je bogtij n tvi o bogte otopine, tj. D > R. Iz geneto pe izlzi siomšn otopin F & [kg/s] sstv. Genetou se ovoi toplin Q & [ kj/s ]. Z D kg pe ovoi se toplin Q, je oveen toplin po jenom kilogmu poizveene pe. Postvljju se 3 bilnce :. Bilnc ukupne mse F& F& + D&, iz čeg slijei F& F& D&. Bilnc tvi : Bogtom otopinom ovoi se toliko tvi koliko se ovoi u pi i slboj otopini. ( F& D& ) F& D& +, okle slijei F& f - specifični optok jke otopine f i D & F& f - specifični optok slbe otopine f D & 3. bilnc topline ( F& D& ) Q & + F& D & + Q& D& ( ) + F& ( ) Q& [ kj/kg D& poizveene pe ] + ( ) [ kj/kg ] Toplinu možemo oeiti iz, -ijgm. Z oeđivnje teb znti stnj pe n izlzu iz geneto. 89

13 Rzlikuju se v gničn slučj stnj pe, ovisno o nčinu vođenj poces : Sl..0. Gnični slučjevi ovjnj pe iz geneto ) p je n izlzu u oiu s slbom otopinom, te je u gničnom slučju u vnoteži s njom ( ko ost velike povšine ) b) p je n izlzu u oiu s jkom otopinom, u gničnom slučju nstl p je u vnoteži s jkom otopinom P koj se zvij u genetou može biti u svim vnotežnim stnjim između ov v gničn slučj. Sl...Toplinske pojve pi nepekinom ispivnju - stnje jke otopine zno tempetuom i sstvom - slb otopin im tempetuu i sstv Stnje pe može biti između 8 i 9. P može biti zsićen ili pegijn, li i jenostvnosti uvijek je ctmo n liniji ošenj. Z oeđivnje spojimo i i použimo o, p n sjecištu obijemo točku 4 z sstv. u ijgmu pestvlj zliku entlpij 3-4. ( ) + ( )

14 ( ) ( ) , ( ) Pvilo pojekcij toplin Ko nepekinog ispivnj ukupn je oveen toplin D Q & &, toplin oveen po kg pe je D Q & & ili ( ) + Ako toplinu Q & želimo čunti po kg jke otopine mo biti zovoljen sljeeći izz: D F Q & & & - toplin koju teb ovesti po kg jke otopine ( ) ( ) Slično se može toplinu Q & čunti po kg slbe otopine ( ) D D F F Q & & & & & f D F D ( ) ( ) + Poveznost toplin, i može se vijeti u sljeećem ijgmu: Sl... Pvilo pojekcij toplin Iz slike slijei, onosno.

15 ..0. Apsopcij Ko konenzcije jenokomponentni tvi slni meij (vo, zk...) mo biti niže tempetue o pe koj konenzi. Ko smjes je moguće kpljevin psobi svu pu, li niti kpljevin niti slni meij ne moju imti nižu tempetuu o pe koju kpljevin psobi. Hlnij kpljevin može psobiti topliju pu i bez ovođenj topline, li je t potebn velik potok kpljevine. Apsobe je jen o osnovni ijelov psopcijski slni ueđj. Ako se u kpljevinu F & uvoi p (sl..3) o pesjek M - M, neće se psobiti cijel p, li ko ovoimo toplinu n izlzu ćemo imti kpljevinu F &. Sl..3. Apsopcij bilnc tvi i topline Kpljevin će psobiti pu ko tempetuu žimo ovoljno nisko. Općenito uzevši o pesjek M - M sv p nije psobin p M leži u zsićenom poučju. Želimo li se sv p psobi, teb ovoiti toplinu. Q & Po kg psobine pe ovoi se toplin. D& Toplin oveen po jenom kilogmu smjese F je Q F Sl..4. Apsopcij u, - ijgmu < < - tempetu slne voe 9

16 Tempetu je viš o - to je svojstvo smjes (nije moguće ko jenostvni tvi ) ϕ M - uio kpljevine, δ M - uio pe Što je točk M bliže liniji venj uio kpljevine je veći, uio pe mnji. Ovođenjem topline mijenj se smo tempetu, olzimo o stnj oznčenog točkom F u poučju kpljevine. Kpljevin stnj F može psobiti mlu količinu pe bez lđenj. Točk M bi t ležl u točki N. Imli bi toplinski nepopusno miješnje pe D & i kpljevine F &. Točk N ne smije peći liniju venj. Z psobciju iste količine pe D & ko u peonom slučju momo upotijebiti veliku količinu kpljevine F &, li ne teb sln vo. Kjnj točk je on koj leži izn - to je sjecište izoteme i linije venj z tlk p const. K bi se pešlo, jen io pe osto bi nepsobin. M - gničn točk U ovom slučju potebno je ovesti mnje topline nego u petonom slučju.... Pigušivnje Ko pigušivnj teb uočiti vije kkteistike : - sstv smjese pije pigušivnj jenk je sstvu nkon pigušivnj, tj. vijei - ko pigušivnj se ne mijenj entlpij ko pigušilištu niti ovoimo niti ovoimo toplinu, tj. vijei Sl..5. Pigušivnje u, - ijgmu Stnje je kpljevin, ok je stnje mješvin pe i kpljevine tj. točk leži u zsićenom poučju. < - tempetu nkon pigušenog ventil je niž o tempetue ispe pigušnog ventil. 93