Розрахунок холодильної установки для обслуговування технологічного реактора

 

τ_е =1 – T_зс / Т _в.ср                                 (4.2.7)

де Т_в.ср – середня температура тепловіддавача (вода віддає тепло навколишньому середовищу). При даних умовах (п.4.1) маємо:

 

Т_в.ср=  (Т_в1+T_в2)/2  К (4.2.8)

Т_в.ср =(292+305)/2=298,5 К

τ_е=1-(291/298,5)=0,0251

 

Оцінимо величину ексергії, яка відводиться водою:

 

е _{конд 2} =1500,1·0,025 37,691=37,692 кДж/кг

е_конд2 =0.0725· е_вх

 

Величина ексергії, яка  губиться через незворотність процесу  в конденсаторі:

 

d_конд=  e_конд1 -e_конд2  кДж/кг                   (4.2.9)

d_конд =117,85 –37,692 =1,68 кДж/кг

d_конд  =0,047· е_вх

Втрати ексергії в  охолоджувачі:

кДж/кг               (4.2.10)

кДж/кг

 

 

 

Втрати ексергії в дроселі:

 

 кДж/кг (4.2.11)

 

 кДж/кг

 

_вх

 

Всю ексергію, яка відводиться  з випарника, знаходимо із відношення:

 

               

кДж/кг                                (4.2.12)

 кДж/кг

 

Із ексергії, яка відводиться  від випарювача, тільки частина використовується у вигляді ексергетичної холодопродуктивності. Її значення:

 

q _e.o =q ₀ · (-τ _e.м )     кДж/кг                                    (4.2.13)

 

де τ _е.н – коефіцієнт працездатності отриманого холоду, який визначається по формулі:

τ_е.м =1 – T_зс /Т _н.ср                           (4.2.14)

τ_{е м}=1 – 291 /250= - 0,164

Ексергетична холодопродуктивність:

 

q _e.o =1119 ·(-0,164)=190,5  кДж/кг

 

q _e.o =0,56· е_вх

 

 

 

Решта ексергії dв губиться через незворотній теплообмін в випарнику:

 

d _в =∆е _в - q _e.o кДж/кг                         (4.2.15)

d_в =190,5 – 190,5=6,98 кДж/кг

d _в =0,00085 е_вх

Для перевірки розрахунків складаємо  питомий ексергетичний баланс холодильної  установки:

 

е_вх =509,8 кДж/кг = 100%

Відведення ексергії:

 

- внутрішні втрати  в компресорі:

                      d_ем + d_к=5,32+2,48=7,8кДж/кг = 22 %

           - втрати в конденсаторі:

d_конд + е _{конд 2}

=53,591+37,691=91,2 кДж/кг =10%

            - втрати в охолоджувачі:

                        d _ох = 13,25 кДж/кг=2 %

 - втрати у дросельному вентилі:

                         кДж/кг = 11%

- втрати через незворотній  теплообмін у випарнику:    

                         кДж/кг = 8%

-ексергетична холодопродуктивність:

                          q _e.o=183,5=35%

 

 

 

 

 

 

5. ДОБІР ХОЛОДИЛЬНОГО УСТАТКУВАННЯ

 

5.1. Добір  холодильного компресора

 

Компресор є основним силовим елементом установки. Він  відсмоктує пари холодоагенту з випарника, стискає їх і нагнітає в конденсатор. Компресор повинен задовольняти таким основним вимогам:

- нескладність конструкції;

- простота і надійність в експлуатації;

- уніфікація деталей;

- малі габарити і  порівняно невелика маса.

 

Записуємо технічні характерстики  обраного раніше поршневого компресора ФУ-120 з теоретичною обьемною продуктивністю  м³/с.   – це паспортна характеристика.

Технічна характеристика компресора:

 

      Таблиця  3

Тип комперсора	АО-1200
Число циліндрів	4
Хід поршня, мм	220
Діаметр циліндра, мм	280
Швидкість обертання  валу, об/хв.	500
Потужність електродвигуна, кВт	3170
Зняття холоду з 1 кг маси, Вт	630
Маса компресорного  агрегату з маховиком, кг	-

 

 

 

 

Теоретична потужність, яка використовується компресором :

 

кВт     (5.1)

 

кВт

 

Індикаторна потужність:

кВт                                          (5.4)

кВт

 

Потужність, що витрачається на подолання сил тертя в компресорі, визначаємо за умовним розміром питомого тиску тертя :

 

,кВт                                (5.5)

 

Для аміачних машин кПа.

 

кВт

 

Ефективна потужність, яка  використовується компресором:

 

 

кВт                                       (5.6)

 кВт

 

Обираємо комплектний  електродвигун с комплектною потужністю                N_Н =630 кВт.

Визначаємо величину теплових перевантажень на елементи установки,

 

приймаючи до уваги вже  відому масову витрату холодоагенту .

 

Теплове навантаження на випарник:

 

кВт                                        (5.7)

кВт

 

Теплове навантаження на конденсатор:

      

кВт (5.8)

кВт

Теплове навантаження на охолоджувач:

                кВт  (5.9)

                  кВт

Складаємо енергетичний баланс:

 

 

кВт

кВт

Баланс сходиться.

 

Визначаємо температуру  артезіанської води на виході з охолоджувача за формулою

 

t_а2= t_а1 +(Q_ох/с *G_а) °С  (5.10)

 

t_а2 =10+28,23/4,19· 1,7=13,96 ºС

 

 

 

 

 

5.2.Розрахуно і добір випарника

 

Випарник – теплообмінний  апарат, у якому холодоагент кипить за рахунок теплоти, що приймається від холодного джерела тепла. Теплообмін між тілом, що охолоджується (розсолом), та холодоагентом, здійснюється через стінки труб.

Головна вимога, яка пред’являється до випарника – висока ефективність теплопередачі з мінімальними втратами на незворотність. Знайдемо температуру затвердіння ропи t₃ із вимоги :

 

                        (5.11)

            

°С

 

У якості ропи обираємо розчин солі СаСl₂ із концентрацією х = 36,5% (мас) .

Середній температурний  напір у випарнику дорівнює :

 

                                      (5.12)

 

де tн₁ та tн₂ – температури ропи  на вході і виході з випарника;

t₀ – температура випару аміаку.

 

                                                         °С 

 

 

 

 

Розраховуємо середню температуру  холодоагенту у випарнику за формулою:

t_х.ср. = t_в +  Ө_в°С (5.13)

t_х.ср. = - 30 + 6,15= - 23,8 ºС

Коефіцієнт теплопередачі кожухотрубних випарників коливається в межах 250-580 Вт/(м²·К) для фреону

K=550 Вт/(м²·К);

Щільність теплового  потоку випарника:

 

q_F(в)=K·     Вт/м²                                                              (5.14)

q _{f (в)}=550·6,15=3386 Вт/м ²

 

Знайдемо необхідну  поверхню теплообміну:

 

F= Q_в/(q_F(в))                                                      (5.15)

Q _в =55,521кВт=55521Вт

F=55521/3386=1,63 м²

Обираємо аміачний  випарник, технічні характеристики ИТ-45

 

            Таблиця 4

Марка випарника	90ИКТ
Поверхня теплопередачі, м2	385
Довжина корпусу, мм	8
Діамерт, мм	4670
Число труб	1800
Ємність труб, л	1145
Ємність між трубного простору, л	235
Маса. кг	3500

 

 

 

 

Кількість розсолу, яка циркулює  у випарнику

 

кг/год

де С – теплоємність розчину СаСl₂  в воді:

 

С = 2,809 кДж(кг·К)

 

Об’єм розчину, що циркулює :

 

,м³/год                                     (5.16)

де ρ – щільність розчину СаСl₂, ρ = 1260 кг/м³:

 

V_р=88920/1260=70,56 м³/год ;

 

3. Розрахунок і добір конденсаторів

 

Розрахуємо і виберемо горизонтальний кожухотрубний конденсатор. Вихідними даними є:

- тип холодоагенту - аміак ;

- тип теплоносія (звичайно - вода);

- температура конденсації  холодоагенту (t_к);

- температура теплоносія  на вході в конденсатор (t_т2) і на виході (t_т1);

- теплове навантаження  на конденсатор (Q_к).

Середній температурний  напір в конденсаторі може бути обчислений по формулі:

θ_конд=(t_в1 – t_в2) / ln ((t_к – t_в1)/(t_к – t_в2)), °С.                       (5.17)

 

 

 

θ_конд = (19-32)/ln((37-19)/(37-32))=10,14 °С

задаємось коефіцієнтом тепловіддачі

K=900 Вт/м²К;

 

Знаходимо щільність  теплового потоку конденсатора за формулою

                                            q_F=K* θ_конд =900·10,14=9133,96 Вт/м² (5.18)

Знаходимо поверхню теплообміну:

                                          

                 м²;

Підбираємо конденсатор  марки  25КТТ

Технічні характеристики конденсатора:

Таблиця 5

Поверхня, м2	9
Число труб	408
Число ходів	1880
Діаметр. мм	535
Довжина, мм	760
Ширина, мм	99
Висота, мм	10
Довжина обичайки ,мм	1500
Діаметри патрубків d,мм	50
d1	15
d2	1,25
d3	10
d4	10
Маса,кг	590

 

 

5.4. Підбір допоміжних  елементів установки

 

Крім масовідділника, на всмоктувальному боці, поблизу  компресора, може бути вмонтований  брудоуловлювач. Його призначення захистити  циліндри компресора від попадання твердих часток, що можуть викликати задирки і риски на дзеркалі циліндрів.

З метою економії свіжої води, воду, що відходить із конденсатора спрямовують в устрій для її охолодження: градирню, бризкальний басейн, де вода охолоджується в результаті конденсації і часткового випару, віддаючи отримане тепло навколишньому повітрю. Свіжу воду додають лише для відшкодування втрат від випару і розбризкування, що складає 5 – 10% від кількості, що протікає через конденсатор.

Рекомендується для  охолодження зворотної води застосовувати установку переважно вентиляторних градирень.