Розрахунок холодильної установки для обслуговування технологічного реактора

 

Одеський національний політехнічний університет

Кафедра технології неорганічних речовин і екології

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

(РОБОТА)

з ___________________________________________________________

(назва дисципліни)

на тему:_____________________________________________________

____________________________________________________________

____________________________________________________________

 

 

 

Студента (ки) _____ курсу ______ групи

напряму підготовки 6.0513 – Хімічна технологія

спеціальності 7.05130101 – Хімічні технології неорганічних речовин

 __________________________________

(прізвище та ініціали)

Керівник ___________________________

____________________________________

(посада, вчене звання, науковий ступінь, прізвище та ініціали)  

 

Національна шкала ______________________   

Кількість балів: __________

Оцінка: ECTS _____

 

 

                                                                     Члени комісії          ________________  ___________________________

                                                                                                                                             (підпис)                       (прізвище та ініціали)

                                                                                                      ________________  ___________________________

                                                                                                                                              (підпис)                        (прізвище та ініціали)

                                                                                                                               ________________  ___________________________

                                                                                                                                              (підпис)                         (прізвище та ініціали

 

 

 

м. Одеса – 20 __рік 

 

 

ЗМІСТ

 

 

ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ……………………………………………………

ЗАВДАННЯ ДО РОЗРАХУНКу  ………………………………………………….....

ПОЧАТКОВІ ДАНІ……………………………………………………………………

1. ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ТИПУ ХОЛОДИЛЬНОІ УСТАНОВКИ……..

2. СХЕМА ХОЛОДИЛЬНОІ  УСТАНОВКИ…………………………………………..

3. ЕНЕРГЕТИЧНИЙ РОЗРАХУНОК УСТАНОВКИ………………………………

3.1. ПОБУДОВА ТЕРМОДІЧНОГО ЦИКЛУ  УСТАНОВКИ…………………………

3.2. РОЗРАХУНОК ЕНЕРГЕТИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ  ЕЛЕМЕНТІВ УСТАНОВКИ…………………………………………………………………………….

3.3. РОЗРАХУНОК  ЕНЕРГЕТИЧНОГО   ККД ………………………………………..

4. ЕКСЕРГЕТИЧНИЙ АНАЛІЗ УСТАНОВКИ……………………………………..

4.1. РОЗРАХУНОК ЕКСЕРГІІ РОБОЧОГО  АГЕНТА І ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМИХ  ВИТРАТ ЕКСЕРГІІ………………………………………………………………………

5. ДОБІР ХОЛОДИЛЬНОГО  УСТАТКУВАННЯ………………………………….

5.1.ДОБІР ХОЛОДИЛЬНОГО КОМПРЕСОРА………………………………………..

5.2. ДОБІР ВИПАРНИКА………………………………………………………………

5.3.РОЗРАХУНОК І ДОБІР КОНДЕНСАТОРА……………………………………….

5.4.ПІДБІР ДОПОМІЖНОГО ОБЛАДНАННЯ………………………………………..

5.5.ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦІІ  ЩОДО ЗНИЖЕННЯ ВТРАТ НА НЕЗВОРОТНІСТЬ В ЕЛЕМЕНТАХ УСТАНОВКИ……………………………………

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ….…………………………………………..

 Додатки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАГАЛЬНІ  ПОЛОЖЕННЯ

 

         Застосування холоду в хімічній  промисловості диктується необхідністю  підтримувати оптимальні умови протікання екзотермічних реакцій,конденсування газів,кристалізації розчинів,газоочищення,субліма-

ційній сушки і т.п.

Штучний холод, отриманий  за допомогою холодильних пристроїв,дозволяє забезпечити заданий рівень виходу готових продуктів, незалежно кліматичних умов.

Створення холодильної  установки для задоволення потреб хімічної технології повинно базуватися на виборі оптимальної схеми установки, підборі холодоагенту з обліком даної холодопродуктивності та температури тепловіддавача. Холодильна установка повинна забезпечувати задану холодопродуктивність та рівень температури в виконавчому органі при мінімальних капітальних експлуатаційних витратах. Тому розрахунок  установки повинен вміщувати раціональний вибір загальної схеми установки, строгі термодинамічні розрахунки продуктивності окремих елементів,облік втрат, прийняття заходів по їх зменшенню та виявлення ймовірних вторинних терморесурсів та їх утилізацію. Тільки після проведення ексергетичного аналізу здійснюється вибір елементів установки, які найбільш сприяють даним умовам.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЧАТКОВІ ДАННІ

 

Холодопродуктивність  установки Q₀=550 кВт

 

Холодоагент - аммиак

 

     Таблиця  1

Температура ропи в випарнику		Температура води в конденсаторі		Температура артезіанської води ta1,°С	Дебіт артезіанської води Ga,кг/с
вхід tн1,°С	вихід tн2,°С	вхід tв1,°С	Вихід tв2,°С
-19	-27	19	32	10	1.7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ТИПУ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

 

Холодильні установки  по виду холодоагенту поділяються на дві основні групи:

1. Газові ( зокрема, повітряні) холодильні установки, в яких холодоагент знаходиться в стані, далекому від лінії насичення;
2. Парові холодильні установки, в яких в якості холодоагентів використовуються пари різних речовин.

Парові холодильні установки  діляться на: парокомпресійні, пароежекторні і абсорбційні.

Окрему групу складають термоелектричні  холодильні установки,принцип дії  яких ґрунтується на використанні ефекту Пєльтьє,а токож установки,що ґрунтуються  на ефекті Етінгсхаузена.У холодильних  установках цього типу холодоагент  відсутній.Холодильні установки,що працюють при температурах нижче 120 К називають криогенними.

Виробництво штучного холоду значним ступенем визначається необхідною температурою охолоджування. Умовно розглядають:                                                                                                                                                               -             - помірне охолоджування(діапазон температур від кімнатних до 100°С);

- глибоке охолодження(до  температури нижче-100°С).

Для газових холодильних  установок розрахунки показують низькі величини відносного холодильного коефіцієнта. Відносний холодильний коефіцієнт-це відношення  холодильного коефіцієнта даного циклу до  холодильного коефіцієнта зворотного циклу Карно. Крім того ,унаслідок малої теплоємності повітря ,теплота теж мала. Тому необхідний великий об”єм циркулюючого повітря і установка виходить громіздкою. Однак використання повітря як холодоагенту перспективне в установках з турбокомпресорами і турбодетандерами.

У хімічній технології часто використовують охолоджену воду  з температурою 276 – 283 К, яку можна одержати або в паро ежекторній або в абсорбційній холодильній установці. Ці установки дозволяють економити паливно-енергетичні ресурси, оскільки вони можуть використовувати вторинні енергоресурси.

Для отримання температур нижче 273 К використовуються парокомпресійні холодильні установки.

Парокомпресійна холодильна установка  має значно більший коефіцієнт, ніж  повітряна холодильна установка, також  і холодопродуктивність. Тому є більш термодинамічно досконалою при невеликому температурному перепаді.

Як холодоагент в парокомпресійних холодильних установках використовують частіше всього аміак або фреон.

Фреон найбільш розповсюджені  в  сучасних компресних холодильних установках. Вони хімічно стійкі, не токсичні, не взаємодіють з конструкційними металами.

 

 

 

2 СХЕМА ПАРОКОМПРЕСІЙНОЇ ХОЛОДИЛЬНОЇ УСТАНОВКИ

У відповідності з  другим початком термодинаміки в  основу холодильної установки покладено  зворотній цикл, що здійснюється робочим  тілом (холодоагентом) за рахунок роботи зовнішніх сил.

Схема холодильної установки  дана на рис.1. На схемі відзначені характерні точки, що відповідають визначеним станам холодоагенту.

Силовим елементом установки  є компресор І, який приводиться  до руху за допомогою електродвигуна VIІІ. Холодоагент у вигляді сухої насиченої пари (т.1) стискується в компресорі від тиску Ро до Рк, при цьому температура підвищується з То до Тр і переходить у стан перегрітої пари (т.2).

У конденсаторі II перегріта пара охолоджується водою до температури конденсування Тк, що відповідає тиску Рк (т.2") і потім переходить у рідкий стан (т.3) при цій температурі.

У охолоджувачі ІІІ рідкий холодоагент переохолоджується  артезіанською водою (3-4), після чого надходить у дросельний вентиль IV.

Процес дроселювання полягає у різкому зниженні тиску  рідкого хладагенту з Рк до Ро за рахунок раптового розширення в  дроселі. Розширення супроводжується  внутрішнім охолодженням робочого тіла з температури Тк до То і частковим  закипанням рідини, тобто утворюється волога насичена пара (т.5).

З роздільника рідини від пари V, охолоджена рідина надходить  у випарник VI, а частина робочого тіла, що випарювалася, повертається в  компресор.

Виконавчий орган холодильної  машини – випарник VI, являє собою  теплообмінник, у якому теплота, необхідна для випарювання хладагенту, відбирається від холодного джерела теплоти, яким є технологічний реактор VII.

 

 У якості допоміжного теплоносія  використовується незамерзаючий  концентрований розчин солей  типу СаСl₂, що циркулює в просторі, між корпусом і сорочкою реактора, та у випарнику. Рідкий холодоагент у випарнику цілком переходить у стан сухої насиченої пари при температурі То і далі передається на вхід компресора. Цикл повторюється. Таким чином, корисну холодопродуктивність виконує тільки та частина робочого тіла, яка надходить у випарник у рідкому стані.

 

 

 

 

3 ЕНЕРГЕТИЧНИЙ РОЗРАХУНОК УСТАНОВКИ

Розрахунок ґрунтується  на побудові циклу холодильної машини шляхом визначення параметрів робочого тіла на початку і кінці процесів, що складають цикл, тобто визначення координат, характерних точок циклу за допомогою діаграми стану [І].

Розглянемо порядок розрахунку на конкретному прикладі для наступних вихідних даних:

холодильний агент – аміак

холодопродуктивність  – Q₀=550 кВт;

температура розсолу випарнику:

  на вході – t_н1= - 19 ⁰С;

  на виході – t_н2= -27 ⁰С;

температура води в конденсаторі:

  на вході – t_в1= 19 ⁰С;

           на виході - t_в2= 32 ⁰С;

температура артезіанської  води – t_а1=10⁰С;

витрати артезіанської  води – G_а=1,7 кг/с.

 

3.1. Побудова термодинамічного циклу установки

 

Розрахункова температура  кондеесації обчислюється  за формулою:

                                                       t _к = t_в2+∆t_к,                                               (3.1)

де t_в2 – температура води на виході з конденсатору;

     ∆t_к – кінцева різниця температур в конденсаторі; приймаємо ∆t_к =5

Тоді температура конденсації  буде дорівнювати:

 

                                            t_к =5+32=37 °С

 

 

 

Розрахункова температура випару обчислюється за формулою:

      (3.2)

t_в = t_н2 - ∆t_в,

                                                      

де t_н2 - температура розсолу на виході з випарнику;

     ∆t_в – кінцева різниця температур в випарнику. Це значення визначає ефективність роботи установки. Чим вона менше, тим нижче витрати на незворотні процеси.  Приймаємо ∆t_в =3°С

                                              °С      (3.3)

Тоді температура випару буде дорівнювати:

 

                                        °С      (3.4)

 

          Температура аміака – 12 на вході після охолодження артезіанською водою:

t₄ = t₃ - ∆ t_ох,

де t₃- температура аміаку – 12 на вході в охолоджувач. Згідно схеми установки в охолоджувач надходить аміак – 12 у виді рідини при температурі конденсації. Тобто t₃= t_к = 33°С