Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Холодьльная установка

Введение

Холодильная установка представляет собой совокупность машин, аппаратов, приборов и сооружений, предназначенных для производства и применения искусственного холода. Исходя из этого определения холодильная установка помимо основных элементов, входящих в состав холодильной машины и необходимых для осуществления обратного термодинамического цикла, включает в себя еще аппараты, приборы, трубопроводы и сооружения, необходимые для реализации технологических процессов при низких температурах.

Холодильные установки находят все более широкое применение во многих отраслях промышленности, а развитие некоторых отраслей нельзя себе представить без использования искусственного охлаждения.

В основе применения холода для различных производственных целей лежит тот факт, что многие физические, химические, биологические и другие процессы протекают при низких температурах, существенно отличаясь от того, как они осуществляются при обычных условиях. Большинство этих процессов при низких температурах замедляется, а некоторые из них (например, жизнедеятельность отдельных видов бактерий) прекращаются. Однако существуют процессы, которые при низких температурах протекают интенсивнее, чем при высоких (например, превращение аустенита в мартенсит при низкотемпературной закалке высоколегированных инструментальных сталей); понижение температуры, при которой происходит реакция, позволяет получать полимеры с более высокой молекулярной массой, т. е. более прочные и упругие. При низких температурах меняются свойства многих материалов.

Курсовой проект является завершающим этапом курса «Холодильные установки», в котором необходимо выполнить разработать функциональную схему холодильной установки, рассчитать термодинамический цикл, рассчитать и подобрать холодильное оборудование, разработать принципиальную схему холодильной установки. А также разработать планировку машинного отделения и произвести автоматизацию холодильной установки.

1 Литературный обзор

Для химической промышленности характерно большое разнообразие технологических производств, что обусловливает многообразие конструктивных особенностей применяемой холодильной техники и её режимных параметров работы. Наиболее широко применяют парокомпрессионные холодильные машины, а также теплоиспользующие агрегаты.

В химической промышленности холод применяют для:

азотного производства
производства синтетического каучука
производства этилена
производства хлора
производства смол и пластмасс
резинотехнической и шинной промышленности
производства искусственного волокна
кристаллизации солей и растворов
получения фотоматериалов

Рассмотрим производство искусственного волокна.

Искусственное волокно(вискозное, ацетатное и др.) представляет собой продукт переработки природных полимеров, в основном целлюлозы. Кроме того, синтетическое волокно (капрон, нитрон, лавсан и др.) изготавляют из различных синтетических полимеров (поликапроамид, полиакрилонитрил, полиэтилентерефталат и др.).

Производство полиамидных волокон является наиболее хладоемким. Холод используют на различных стадиях технологического процесса на температурных уровнях 18-20⁰ С. Для этих целей применяют водный конденсат или смягченную воду, охлажденную холодной водой температурой 3-7⁰С в пластинчатых теплообменниках. Применяемый в производстве азот температурой 20⁰С охлаждают водой в кожухотрубных охладителях.

При изготовлении полиэфирных волокон (лавсан) хладоносителем служит вода температурой 6-8⁰С , с помощью которой обрабатывают обдувочный воздух, участвующий в формировании нитей волокон.

Вискозное волокно получают с помощью рассолов температурой -5-10⁰С. При этом осуществляется сульфидирование щелочной целлюлозы при 18-20⁰С и приготовление смягченной воды температурой 4⁰С, добавляемой в технологическую массу. Полувискоза растворяется,, и вискозу обрабатывают при температуре воздуха в помещениях 16-18⁰С. Мощность холодильной установки для предприятия производительностью 30т вискозы в сутки составляет около 2500 кВт. Для изготовления капронового волокна в количестве 1,5 т/ч необходима холодильная установка мощностью 3500 кВт.

Для получения холода на химических предприятиях используются различные схемы холодильных установок. Схема холодильной установки должна удовлетворять следующие требования:

- автоматическое поддержание температурного и влажностного режима в камерах;

- автоматизация работы холодильной установки;

- равномерная подача хладагента и хладоносителя в испарительную систему при высокой интенсивности теплопередачи;

- минимальное влияние гидравлического столба жидкости (хладагента ) на работу приборов охлаждения;

- малое заполнение системы хладагентом;

- простота в обслуживании и безопасность в работе;

- надежная защита компрессоров от гидроудара.

Насосные схемы выполняют с верхней или с нижней подачей хладагента в приборы охлаждения. Безнасосные схемы выполняют только с нижней подачей хладагента.

Схемы рассольного охлаждения применяют в следующих случаях:

при расширении действующих, оборудованных рассольным охлаждением холодильников;
при большом удалении холодильника от компрессорного цеха, когда правила техники безопасности запрещает использовать непосредственное охлаждение или когда особенности технологического оборудования вызывают необходимость использования рассольных схем.

В качестве компрессоров применяются винтовые маслозаполненные компрессора. Они характеризуются широким пределом давления всасывания, что позволяет их широко применять в низкотемпературных установках.

В химической промышленности в качестве конденсаторов используются кожухотрубные горизонтальные, кожухотрубные вертикальные, испарительные и воздушные конденсаторы.

Широкое применение нашли пластинчатые и кожухотрубные испарители.

Кроме основных элементов в холодильную установку входят вспомогательное оборудование: маслоотделитель, маслосборник, ресиверы, насосы и т.д.

2Разработка функциональной схемы холодильной установки

2.1 Определение температуры конденсации и температуры кипения хладагента

Определение температуры конденсации.

Климатические характеристики г. Пенза:

t_ср.м.=19,8⁰C;

t_а.м.=38⁰C;

φ=52% /8, с./.

Расчетная температура

Выбираем воду в виде теплоотводящей среды и оборотную систему водоснабжения. Принимаем испарительный конденсатор.

Расчетная температура наружного воздуха t_н.р., ⁰С при расчете испарительных конденсаторов определится:

, (2.1)

где t_ср.м.=25,6-средняя температура самого жаркого месяца, ⁰С /8, с./

t_а.м.=38- температура абсолютного максимума, ⁰С

Находим температуру мокрого термометра t¹,⁰С по h-d диаграмме влажного воздуха в зависимости от и %.

Она равна 18⁰С

Находим температуру конденсации в испарительном конденсаторе/, с./:

, (2.2)

где для испарительного конденсатора , принимаем

2.2 Расчет числа ступеней сжатия. Составление функциональной схемы

По температуре конденсации и кипения находим давления конденсации и кипения по таблице насыщенного пара.

Для выбора циклов холодильной машины необходимо определить отношение давлений конденсации и кипения хладагента

, (2.3)

Для :

Принимаем одноступенчатое сжатие, так как степень сжатия меньше 7.

Для :

Принимаем одноступенчатое сжатие, так как степень сжатия меньше 7.

Выбираем схему одноступенчатого сжатия на две температуры кипения с отделителями жидкости и с безнасосным способом подачи аммиака в испарительную систему.

Рисунок 1 - Функциональная схема холодильной установки с одноступенчатым сжатием, работающей на две температуры кипения.

Принцип действия

1-компрессорный агрегат на первую температуру кипения (-5°С);

2- компрессорный агрегат на вторую температуру кипения (-20°С);

3-отделитель жидкости на -5°С;

4- отделитель жидкости на -20°С;

5-конденсатор;

6-линейный ресивер;

7- регулирующий вентиль;

8-пластинчатые испарители;

9-кожухотрубные испарители;

3 Расчет и подбор холодильного оборудования

3.1 Расчет термодинамических циклов

3.1.1 Нахождение предварительных параметров

Перегрев пара во всасывающем трубопроводе компрессора работающего на температуру кипения :

. / /

Принимаем .

Перегрев пара во всасывающем трубопроводе компрессора работающего на температуру кипения :

. / /

Принимаем .

3.1.2 Построение цикла в lnp-h диаграмме

_{6-3"-3-4-5-5'-цикл
одноступенчатой холодильной
машины} на

7-1"-1-2-5-5'-цикл одноступенчатой холодильной машины на

Таблица 1 - Параметры узловых точек.

	P,МПа	Т,⁰С	h,кДж/кг	v,м³/кг
1	0,19	-9	1460	0,67
1"	0,19	-20	1435	-
2	0,35	135	1765	0,16

3	0,35	1	1465	0,36
3"	0,35	-5	1450	-
4	1,3	91	1660	0,14
5	1,3	32	1435	-
5’	1,3	32	350	-
6	0,35	-5	350	-

Продолжение таблицы 1

	P,МПа	Т,⁰С	h,кДж/кг	v,м³/кг
7	0,19	-20	350	-

3.1.3 Расчет термодинамических параметров / я/

Найдем удельную холодопроизводительность

Найдем удельную работу сжатия в компрессорах:

Эффективность циклов:

3.2 Расчет и подбор компрессорных агрегатов

3.2.1 Расчет и подбор компрессорных агрегатов на / с71/

Количество циркулирующего аммиака:

где r – коэффициент транспортных потерь. Для охлаждения с помощью хладоносителя . / /

Массовый расход пара

Степень сжатия:

Коэффициент подачи:

, / Бар233/

Объемная производительность:

Выбираем винтовой компрессорный агрегат 21А280-7-2( Габаритные размеры 2825х1030х1480 мм, масса 2385 кг)-/ч2

Т.к. тепловая нагрузка в течение суток на компрессор не меняется, то необходимо учитывать коэффициент рабочего времени:

, / /

Действительная объемная производительность компрессорных агрегатов:

Действительная массовая производительность компрессорных агрегатов:

Найдем действительную холодопроизводительность компрессорных агрегатов:

Суммарная теоретическая мощность компрессорных агрегатов:

Эффективный КПД:

, /Быков104/

Эффективная мощность:

Мощность электродвигателя компрессорных агрегатов:

где -КПД передачи , ;

- КПД электродвигателя, .

Мощность электродвигателя двух компрессорных агрегатов марки 21А280-7-2 по паспорту равна .

Так как N_эл< N_дв, то принимаем выбранные компрессорные агрегаты.

3.2.2 Расчет и подбор компрессорных агрегатов на / /

Количество циркулирующего аммиака:

Массовая производительность компрессора:

Степень сжатия:

Коэффициент подачи:

, / /

Объемная производительность:

Выбираем винтовой компрессорный агрегат 21А280-7-2( Габаритные размеры 2825х1030х1480 мм, масса 2385 кг)-в количестве 2(двух)штук

, / с.303/

Действительная объемная производительность компрессорных агрегатов:

Действительная массовая производительность компрессорных агрегатов:

Найдем действительную холодопроизводительность компрессорных агрегатов:

Суммарная теоретическая мощность компрессорных агрегатов:

Эффективный КПД:

, / Быков/

Эффективная мощность:

Мощность электродвигателя компрессорных агрегатов:

где -КПД передачи , ;

- КПД электродвигателя, .

Мощность электродвигателя двух компрессорных агрегатов марки 21А280-7-2 по паспорту равна .

Так как N_эл< N_дв, то принимаем выбранные компрессорные агрегаты.

3.3 Расчет и подбор конденсатора /Бар86/

Расчетная тепловая нагрузка на конденсатор:

где - тепловая нагрузка маслоохладителя.

-расчётная холодопроизводительность компрессора

Выбираем конденсатор марки МИК

3.4Расчет и подбор испарителей

3.4.1 Расчет панельного испарителя

Определяем площадь поверхности панельного испарителя :

, (3.15)

где - нагрузка на испаритель, кВт:

-плотность теплового потока в панельном испарителе,

. / Бар /

Принимаем , тогда

Выбираем панельный испаритель марки ИП-180 общей площадью , вместимостью по аммиаку .

3.4.2 Расчет и подбор горизонтальных кожухотрубных испарителей

Находим площадь теплообменной поверхности:

где =(1,4¸4,5)-удельная плотность теплового потока в испарителе. /Бар,пр38/