Анализ эффективности применения процесса мембранного осушения в водоиспарительной схеме охлаждения воздуха

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 59- 536. 24
А. В. Михайлов
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОЦЕССА МЕМБРАННОГО ОСУШЕНИЯ В ВОДОИСПАРИТЕЛЬНОЙ СХЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА
Дан анализ возможных результатов применения мембранных модулей в системах испарительного охлаждения воздуха. Проведен анализ эффективности использования мембранного модуля. Показано, что применение мембранного модуля может привести к повышению эффективности водоиспарительной схемы охлаждения воздуха.
E-mail: michailovav@rambler. ru
Ключевые слова: мембранный модуль, водоиспарительная схема, осушение, абсорбция, охлаждение.
Наиболее распространенным способом охлаждения воздуха в системах кондиционирования является применение парокомпрессион-ных холодильных машин. Однако требования экологической безопасности устанавливают определенные ограничения на использование хладагентов в таких машинах. Обеспечить выполнение предъявляемых требований можно применением в таких машинах экологически безопасных хладагентов или использованием альтернативных способов обработки воздуха, в частности водоиспарительных систем.
В регионах с сухим и жарким климатом такие системы охлаждения получили широкое распространение, успешно используется схема с прямым испарением воды в воздушном потоке. Однако при повышении влажности воздуха эффективность водоиспарительных систем снижается. Повысить эффективность удается, реализуя циклы с пониженным давлением. Анализ водоиспарительных систем обработки воздуха с атмосферным и пониженным давлением в цикле проведен в работе [1].
В качестве альтернативного пути повышения эффективности водо-испарительных систем можно предложить использование мембранных блоков для предварительного осушения воздуха. В настоящее время мембранные аппараты применяется для осушения газовых потоков высокого давления, разделения газовых смесей.
Процесс осушения можно осуществлять в пассивных и активных мембранных системах [2]. Проанализируем работу аппарата с водо-испарительным блоком охлаждения и блоком активного мембранного осушения (мембранным контактором). Принципиальная схема обработки воздуха представлена на рисунке. Обрабатываемый воздух сжимается в компрессоре до давления, необходимого для осуществления
Принципиальная схема обработки воздуха
процесса осушения в мембранном аппарате. Далее воздух поступает в мембранный осушитель. После осушения воздух расширяется. Целесообразно проводить этот процесс в детандере в целях утилизации работы и использования ее в процессе сжатия. Далее воздух увлажняется.
Эффективность использования мембранного модуля в схеме охлаждения воздуха можно оценить следующим отношением:

Qn + Qu — Wm Qn
(1)
где Qп — удельная теплота испарения воды, подаваемой в кондиционер без мембранного осушителя- Qм — удельная теплота испарения воды, подаваемой в кондиционер с мембранным осушителем- Wм — удельная энергия, подведенная к аппарату для охлаждения, которая для приведенной схемы определяется как разность работы компрессора, сжимающего обрабатываемый воздуху, и работы, отводимой детандером, Wм = Wк — Wд.
Также необходимо учесть энергию, затрачиваемую на регенерацию абсорбента мембранного контактора, работу насосов, перекачивающих абсорбент и воду.
Величину Qм можно охарактеризовать как функцию, зависящую от параметров режима осушения в мембранном блоке, определяющих степень осушения, Qм = /(К, Ар, 8, Твх, У, ф), параметрами которой являются: К — коэффициент проницаемости мембраны, л-м/(м2-с-Па) — 8 — толщина стенки мембраны, м- 5 — площадь поверхности мембраны, м2- Ар — разность парциальных давлений воды между полостями высокого и низкого давления мембранного модуля, Па- Твх — температура воздуха на входе аппарат, К- V — расход осушаемого воздуха, м3/с-вх — относительная влажность на входе в аппарат.
Очевидно, что использование мембранного модуля становится оправданным при & gt- 1 или Qм & gt- Wм, т. е. при условии что удельная энергия, подведенная к аппарату для осуществления процесса мембранного осушения, окажется ниже удельной энергии испарения воды.
Холодильный коэффициент процесса увлажнения для представленной схемы можно определить как
Qп + Q м
ем = -ЙТ& quot- • (2)
Рассмотрим работу аппарата на примере. В качестве исходных данных примем значения, используемые при экспериментальном изучении работы активного мембранного модуля (контактора) [2]: Твх = 293 К-вх = 40%- V = 0,55 л/с- в полости высокого давления мембранного осушителя давление составляет 1,38 бар- Б = 1,1 м2- абсорбент — триэтиленгликоль (ТЭГ). При определении производительности мембраны по воде используется относительная влажность воздуха на выходе из осушителя, равная 16%.
Удельная изоэнтропная работа сжатия воздуха в компрессоре определяется как
Йиз = ^ ^ (п? — Л, (3)
Рвх к — 1 V У
где рвх, рвх — параметры воздуха на входе в компрессор- к — показатель адиабаты- п — степень сжатия в компрессоре.
Тогда подводимую к компрессорно-детандерному агрегату работу определим как
Йм = ЙИз (1 — п), (4)
где п — КПД компрессоно-детандерного агрегата.
Для расчетных условий получаем Йиз = 28,1 кДж/кг (воздуха). При осушении из воздуха извлекается 1,95 • 10−6 л/с (воды)/м2 (мембраны) для расхода V = 0,55 л/с (воздуха). Следовательно, при расходе воздуха 1 кг/с необходимо затратить 28,1 кВт. При этом 1 м² мембраны может выделить из воздуха 2,95 • 10−3 л/с (воды).
Скрытую теплоту парообразования г, кДж/кг, при температуре Ьи), ° С, находим согласно работе [3] по формуле
г = 2500 — 4,2^• (5)
Таким образом, при расходе воздуха 1 кг/с мощность парообразования рана 7,1 кВт.
Проведем аналогичный расчет для условий, обеспечивающих значение относительной влажности на выходе из компрессора ^ = 92%. Из поставленного условия определяем влажность на входе в установку
вх = 66%. Из условия пропорциональной зависимости от парциального давления водяных паров в полости высокого давления определяем производительность мембраны, равную 4,87−10−3 л/с (воды). Следовательно, мощность парообразования составляет 11,7 кВт. Мощность, затрачиваемая на регенерацию, равна 1,6 кВт, при этом предполагаем, что теплота абсорбции утилизируется в процессе десорбции. Задавая КПД компрессорно-детандерного агрегата равным 0,7, получаем положительный эффект использования мембранного модуля 1,7 кВт.
В качестве пути повышения эффективности схемы можно предложить применение рекуперативных теплообменников на выходе из компрессора для подогрева абсорбента перед десорбером рекуперативного теплообменника для охлаждения/нагрева абсорбента.
В заключение отметим следующее: применение активных мембранных систем позволяет проводить осушение при меньших перепадах давления, чем в пассивных системах- применение мембранных модулей может привести к повышению эффективности водоиспари-тельной схемы охлаждения воздуха.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Жаров А. А., Фролов Ю. Д. Системы кондиционирования воздуха с водо-воздушным косвенно-испарительным циклом для влажного климата // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение. Спец. выпуск & quot-Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения& quot-. — 2005. — С. 252−266.
2. У с, а ч о в В. В., ЛагунцовН. И., Тепляков В. В. Экспериментальное изучение мембранной контакторной системы для осушения газов // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение. Спец. выпуск & quot-Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения& quot-. — 2005. -С. 196−205.
3. Кокорин О. Я. Современные системы кондиционирования воздуха. — М:. ФИЗМАТЛИТ. — 2003. — 273 с.
Статья поступила в редакцию 1. 07. 2010

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой