Сорбционные термотрансформаторы на базе природных цеолитов
В статье приведены результаты экспериментальных исследований сорбционных свойств ряда природных и синтетических цеолитов. Рассчитана их энергетическая эффективность в цикле сорбционной термотрансформации. Показано, что по своим характеристикам природные цеолиты практически не уступают синтетическим...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2007 |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2007
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61317 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Сорбционные термотрансформаторы на базе природных цеолитов / Д.М. Чалаев, В.С. Шаврин, Н.А. Дабижа, Ю.Н. Трощенков // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 34-38. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859659634427559936 |
|---|---|
| author | Чалаев, Д.М. Шаврин, В.С. Дабижа, Н.А. Трощенков, Ю.Н. |
| author_facet | Чалаев, Д.М. Шаврин, В.С. Дабижа, Н.А. Трощенков, Ю.Н. |
| citation_txt | Сорбционные термотрансформаторы на базе природных цеолитов / Д.М. Чалаев, В.С. Шаврин, Н.А. Дабижа, Ю.Н. Трощенков // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 34-38. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | В статье приведены результаты экспериментальных исследований сорбционных свойств ряда природных и синтетических цеолитов. Рассчитана их энергетическая эффективность в цикле сорбционной термотрансформации. Показано, что по своим характеристикам природные цеолиты практически не уступают синтетическим и могут использоваться в качестве рабочих тел адсорбционных термотрансформаторов.
У статті наведено результати експериментальних досліджень сорбційних властивостей ряду природних і синтетичних цеолітів. Розраховано їх енергетичну ефективність в циклі сорбційної термотрансформації. Показано, що за своїми характеристиками природні цеоліти практично не поступаються синтетичним і можуть використовуватися як робочі тіла адсорбційних термотрансформаторів.
This paper presents the results of experimental studies of sorption properties of natural and synthetic zeolites. The energy efficiency of using this zeolites in the sorption thermotransformation cycle is calculated. It is shown that by its characteristics natural zeolites practically does not yield to synthetic ones and can be used as working mediums of adsorption thermotransformers.
|
| first_indexed | 2025-11-30T09:17:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
В последние годы с целью расширения мас;
штабов вовлечения в энергетический оборот
низкопотенциальных источников энергии зна;
чительное внимание стали уделять адсорбцион;
ным термотрансформаторам и исследованиям,
направленным на поиск новых эффективных ра;
бочих тел для них. С помощью адсорбционных
машин можно вырабатывать холод, осуществ;
лять теплоснабжение, а также комбинированную
выработку холода и теплоты.
В адсорбционном цикле процессы тепломас;
сопереноса происходят между тремя основными
аппаратами: адсорбером, конденсатором и испа;
рителем. Особенности цикла определяются тре;
мя температурами: температурами хладагента в
конденсаторе и испарителе, а также температу;
рой дегидратации адсорбента. Характеристиками
адсорбционного цикла являются тепловой (холо;
дильный) коэффициент СОР и удельная холодо;
производительность за цикл.
Принцип действия адсорбционного холо;
дильной или теплонасосной установки может
быть сведен к следующему. В самой простой
компоновке адсорбционная система состоит из
двух основных элементов: адсорбера–десорбера
и конденсатора–испарителя. На рис. 1 показана
34 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
У статті наведено результати експе)
риментальних досліджень сорбційних
властивостей ряду природних і синте)
тичних цеолітів. Розраховано їх енерге)
тичну ефективність в циклі сорбційної
термотрансформації. Показано, що за
своїми характеристиками природні це)
оліти практично не поступаються синте)
тичним і можуть використовуватися як
робочі тіла адсорбційних термотранс)
форматорів.
В статье приведены результаты экс)
периментальных исследований сорбци)
онных свойств ряда природных и синте)
тических цеолитов. Рассчитана их
энергетическая эффективность в цикле
сорбционной термотрансформации.
Показано, что по своим характеристи)
кам природные цеолиты практически не
уступают синтетическим и могут ис)
пользоваться в качестве рабочих тел ад)
сорбционных термотрансформаторов.
This paper presents the results of
experimental studies of sorption properties
of natural and synthetic zeolites. The ener)
gy efficiency of using this zeolites in the
sorption thermotransformation cycle is
calculated. It is shown that by its character)
istics natural zeolites practically does not
yield to synthetic ones and can be used as
working mediums of adsorption thermo)
transformers.
УДК 621.577
ЧАЛАЕВ Д.М.1, ШАВРИН В.С.1,
ДАБИЖА Н.А.1, ТРОЩЕНКОВ Ю.Н.2
1Институт технической теплофизики НАН Украины
2Институт магнетизма НАН Украины
СОРБЦИОННЫЕ ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРЫ НА БАЗЕ
ПРИРОДНЫХ ЦЕОЛИТОВ
ΔH – теплота десорбции;
L – скрытая теплота парообразования хлада;
гента;
Δm – десорбированная масса за цикл;
mcр – теплоемкость адсорбера;
Qо – холодопроизводительность;
Qрег – расход энергии на регенерацию сорбента,
включающий нагрев сорбента и десорб;
цию хладагента;
Qсор – теплота сорбции, выделяющаяся при по;
глощении хладагента сорбентом;
Qконд – теплота конденсации хладагента.
p – давление;
R – универсальная газовая постоянная;
r – теплота парообразования хладагента при тем;
пературе испарения;
T – температура;
ΔТ – перепад температур в адсорбере;
w – влагосодержание адсорбента.
схема работы адсорбционного термотрансфор;
матора.
На стадии десорбции (рис. 1, а) адсорбент на;
гревается от внешнего источника теплоты. При
нагревании из адсорбента выделяется пар хлада;
гента, который поступает в конденсатор и кон;
денсируется в нем. Теплота конденсации отво;
дится в окружающую среду (в цикле холодильной
машины) или используется полезно (в цикле теп;
лового насоса).
При переходе на стадию адсорбции (рис. 1, б)
нагревание адсорбента прекращается. При этом
сорбент охлаждается и начинает адсорбировать
пар из испарителя при низком давлении. Для то;
го, чтобы происходил процесс испарения, к ис;
парителю нужно подводить тепло. Благодаря
низкому давлению в системе это тепло может
быть подведено при низкой температуре из окру;
жающей среды (при работе в режиме теплового
насоса) или отбираться от охлаждаемого матери;
ала (при работе в режиме холодильной машины).
Поглощение пара хладагента адсорбентом со;
провождается выделениям теплоты сорбции, ко;
торая, соответственно, используется полезно
(теплонасоссный режим) или рассевается в окру;
жающую среду (холодильный режим).
Величина СОР зависит в основном от уровня
рабочих температур, степени обратимости тепло;
массообменных процессов и теплоемкости кон;
струкции
.
Основными показателями эффективности ра;
бочей пары являются влагоемкость сорбента,
температура регенерации и теплота десорбции
хладагента. С качественной стороны можно ска;
зать, что чем сильнее энергия связи между твер;
дым телом и адсорбируемой молекулой, тем ни;
же температура, при которой сможет работать
испаритель, но тем ниже будет тепловой коэф;
фициент и выше температура регенерации адсор;
бента.
В тепловых насосах для утилизации теплоты
низкопотенциального источника при плюсовых
температурах более выгодным является примене;
ние пары адсорбент;хладагент со слабой связью
(типа «твердый поглотитель–вода»), которая поз;
воляет получить тепловой коэффициент 1,7...1,8.
При минусовых температурах источника жела;
тельно применять пару с более сильной связью
(типа «твердый поглотитель–метанол») и тепло;
вым коэффициентом порядка 1,5...1,6. При более
низких температурах (–10…–20 oС) – необходи;
мы пары с очень сильной связью (типа «твердый
поглотитель–аммиак»), что дает тепловой коэф;
фициент не более 1,3.
Авторами проанализированы известные сорб;
ционные пары, которые применяются в качестве
рабочих тел адсорбционных термотрансформа;
торов, а также экспериментально исследованы
сорбционные пары: клиноптилолит – вода (мес;
p
L m L
COP COP
H m mc T H
Δ
≈ ⇒ ≤
Δ Δ + Δ Δ∑
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 35
Рис. 1. Упрощенная схема работы адсорбционного
термотрансформатора: стадия десорбции (а);
стадия адсорбции (б).
торождение Сокирница, Закарпатье); морденит –
вода (месторождение Липча, Закарпатье); цеолит
NаX – вода; морденит модифицированный – во;
да; клиноптилолит модифицированный – вода.
Природные цеолиты представляют интерес в
связи с доступностью (есть ряд месторождений в
Украине) и дешевизной. Поскольку в литературе
отсутствуют данные по сорбционным свойствам
цеолитов при температурах, необходимых для
расчета адсорбционного теплонасосного и холо;
дильного цикла, для этих сорбентов методом тер;
могравиметрии были измерены изотермы ад;
сорбции воды в диапазоне рабочих температур
адсорбционного цикла.
Изотерма адсорбции является одной из основ;
ных характеристик сорбентов, позволяющей
оценить его сорбционную емкость и эффектив;
ность в адсорбционном цикле. В адсорбцион;
ном термотрансформаторе режимы адсорбции и
десорбции протекают в интервале температур
40...120 оС, поэтому для расчета цикла и выбора
оптимальных условий процесса необходимо рас;
полагать совокупностью изотерм, охватывающей
всю область рабочих условий.
На рис. 2–5 приведены изотермы адсорбции,
полученные в диапазоне температур 40...120 оС
для исследуемых рабочих пар.
Рабочие процессы теоретического адсорбцион;
ного холодильного цикла характеризуются отрезка;
ми: АВ – нагрев насыщенного адсорбента от темпе;
ратуры сорбции до температуры начала регенера;
ции; ВС – регенерация адсорбента и конденсация
десорбируемых паров хладагента; СD – охлаждение
регенерированного адсорбента до температуры на;
чала сорбции; DА – адсорбция паров хладагента,
образующихся при его кипении испарителе.
Количество хладагента, участвующего в холо;
дильном цикле, определяется по разности влаго;
содержания адсорбента в точках А и С.
Теоретическая величина удельной холодопро;
изводительности (без учета потерь на охлаждение
жидкого хладагента от температуры конденсации
до температуры испарения):
.
Теплота сорбции и десорбции:
.
Действительный тепловой коэффициент цик;
ла равен:
в холодильном режиме ,
в теплонасосном режиме .
В адсорбционном цикле основная часть энер;
гии расходуется на десорбцию хладагента, по;
этому высокими значениями будут обладать аг;
регаты, использующие рабочие вещества с
соотношением .1r HΔ →
сор конд
T
рег
Q Q
Q
+
ϕ =
o
o
рег
Q
Q
ϕ =
( )к нw w−сор десq q H= = Δ
( )o к н
q r w w= −
36 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
Рис. 2. Изотермы адсорбции воды на природном
клиноптилолите.
Рис. 3. Изотермы адсорбции воды на
модифицированном клиноптилолите.
Второе условие – широкий интервал заполне;
ния адсорбента хладагентом и, следовательно,
малая масса адсорбента на единицу производи;
тельности. Использование хладагента с большим
значением теплоты парообразования r также по;
вышает энергетическую эффективность цикла,
т.к. приводит к снижению его количества в цикле.
Для расчета теплового коэффициента необхо;
димо знать теплоты адсорбции (табл. 1). Прямые
калориметрические измерения весьма трудоем;
ки, поэтому на данной стадии исследований
можно ограничиться изостерическими теплота;
ми адсорбции qst, рассчитанными согласно урав;
нению Клайперона;Клаузиуса:
.
При расчете зоны десорбции Δw принято: тем;
пература десорбции – 110 оС; температура кон;
денсации – 40 оС; температура сорбции – 40 оС;
температура испарения – 0 оС.
В соответствии с приведенными выше зависи;
мостями рассчитан расход теплоты на выработку
1000 кДж холода (табл. 2). Теплоемкость для всех
сорбентов принята равной 0,9 кДж/кг К. При
расчете количества теплоты на нагрев генерато;
ра;адсорбера принято, что он выполнен в виде
короба из стали толщиной 1,5 мм.
На основе экспериментально полученных
изотерм адсорбции воды для морденита и кли;
ноптилолита и исследования их энергетических
показателей в адсорбционном холодильном и
теплонасосном циклах показано, что по своим
характеристикам природные цеолиты практичес;
ки не уступают синтетическим и могут использо;
ваться в качестве рабочих тел адсорбционных
термотрансформаторов.
Исследования выполнялись в рамках про;
граммы INTAS (№ 03;51;6260) и комплексной
( )
( ) ( )2
ln
ln
st
p q
T RT
∂
=
∂
ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7 37
Та б л и ц а 1 . Сорбционные характеристики адсорбентов
Та б л и ц а 2 . Показатели адсорбционного холодильного и теплонасосного циклов
программы научных исследований НАН Укра;
ины “Научно;технические основы решения
проблем энергосбережения (“Энергосбереже;
ние”)”.
38 ISSN 0204�3602. Пром. теплотехника, 2007, т. 29, № 7
Рис. 5. Изотермы адсорбции воды на
модифицированном мордените.
Рис. 4. Изотермы адсорбции воды на природном
мордените.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61317 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T09:17:10Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Чалаев, Д.М. Шаврин, В.С. Дабижа, Н.А. Трощенков, Ю.Н. 2014-04-30T15:48:37Z 2014-04-30T15:48:37Z 2007 Сорбционные термотрансформаторы на базе природных цеолитов / Д.М. Чалаев, В.С. Шаврин, Н.А. Дабижа, Ю.Н. Трощенков // Промышленная теплотехника. — 2007. — Т. 29, № 7. — С. 34-38. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61317 621.577 В статье приведены результаты экспериментальных исследований сорбционных свойств ряда природных и синтетических цеолитов. Рассчитана их энергетическая эффективность в цикле сорбционной термотрансформации. Показано, что по своим характеристикам природные цеолиты практически не уступают синтетическим и могут использоваться в качестве рабочих тел адсорбционных термотрансформаторов. У статті наведено результати експериментальних досліджень сорбційних властивостей ряду природних і синтетичних цеолітів. Розраховано їх енергетичну ефективність в циклі сорбційної термотрансформації. Показано, що за своїми характеристиками природні цеоліти практично не поступаються синтетичним і можуть використовуватися як робочі тіла адсорбційних термотрансформаторів. This paper presents the results of experimental studies of sorption properties of natural and synthetic zeolites. The energy efficiency of using this zeolites in the sorption thermotransformation cycle is calculated. It is shown that by its characteristics natural zeolites practically does not yield to synthetic ones and can be used as working mediums of adsorption thermotransformers. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Сорбционные термотрансформаторы на базе природных цеолитов Sorption thermotransformers on basis of natural zeolites Article published earlier |
| spellingShingle | Сорбционные термотрансформаторы на базе природных цеолитов Чалаев, Д.М. Шаврин, В.С. Дабижа, Н.А. Трощенков, Ю.Н. |
| title | Сорбционные термотрансформаторы на базе природных цеолитов |
| title_alt | Sorption thermotransformers on basis of natural zeolites |
| title_full | Сорбционные термотрансформаторы на базе природных цеолитов |
| title_fullStr | Сорбционные термотрансформаторы на базе природных цеолитов |
| title_full_unstemmed | Сорбционные термотрансформаторы на базе природных цеолитов |
| title_short | Сорбционные термотрансформаторы на базе природных цеолитов |
| title_sort | сорбционные термотрансформаторы на базе природных цеолитов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61317 |
| work_keys_str_mv | AT čalaevdm sorbcionnyetermotransformatorynabazeprirodnyhceolitov AT šavrinvs sorbcionnyetermotransformatorynabazeprirodnyhceolitov AT dabižana sorbcionnyetermotransformatorynabazeprirodnyhceolitov AT troŝenkovûn sorbcionnyetermotransformatorynabazeprirodnyhceolitov AT čalaevdm sorptionthermotransformersonbasisofnaturalzeolites AT šavrinvs sorptionthermotransformersonbasisofnaturalzeolites AT dabižana sorptionthermotransformersonbasisofnaturalzeolites AT troŝenkovûn sorptionthermotransformersonbasisofnaturalzeolites |