Проект холодильной установки химкомбината
Содержание
| Введение………………………………………………………… |
||
| 1 | Литературный
обзор………………………………………………………………… |
|
| 2 | Разработка функциональной схемы холодильной установки……………………..….. | |
| 2.1 | Определение температуры
конденсации………………………………………………. |
|
| 2.2 | Составление функциональной схемы холодильной установки……………………... | |
| 3 | Расчет термодинамического цикла…………………………………………………….…. | |
| 3.1 | Нахождение предварительных параметров цикла…………………………………….. | |
| 3.2 | Построение
цикла в ln(p)-h диаграмме…………………………………........ |
|
| 3.3 | Расчет термодинамических параметров …………………………………………….…. | |
| 4 | Расчет и подбор холодильного оборудования…………………………………………… | |
| 4.1 | Расчет и
подбор компрессорных агрегатов………………… |
|
| 4.2 | Расчет и
подбор конденсатора……………………………………………… |
|
| 4.3 | Расчет и
подбор испарителей ……………………………………………… |
|
| 4.4 | Расчет и подбор градирен ……………………………………………………………….…. | |
| 4.5 | Расчет и
подбор отделителей жидкости………………………… |
|
| 4.6 | Расчет и
подбор линейного ресивера……………………………… |
|
| 4.7 | Расчет и подбор
дренажного ресивера………………………………………....... |
|
| 5 | Расчет и подбор вспомогательного оборудования…………………………… ………. | |
| 5.1 | Расчет и
подбор маслоотделителя …………………………………… |
|
| 5.2 | Подбор маслосборника………….…………… |
|
| 5.3 | Подбор воздухоотделителя…..………………………… |
|
| 6 | Расчет и подбор насосов….. ……………………………………………………………….. | |
| 6.1 | Расчет и
подбор насосов для подачи воды в
градирню………………………............. |
|
| 6.2 | Расчет и подбор насосов для подачи воды в ИС1…………………………….............. | |
| 6.2 | Расчет и подбор насосов для подачи воды в ИС2…………………………….............. | |
| 7 | Расчет трубопроводов………………………… |
|
| 7.1 | Расчет нагнетательного
трубопровода……………………………………………… |
|
| 7.2 | Расчет всасывающего
трубопровода……………………………………………… |
|
| 8 | Разработка
планировки машинного отделения…………………………… |
|
| 8.1 | Требования
к планированию машинного отделения…………………………… |
|
| 8.2 | Расчет площади
машинного отделения…………………………… |
|
| 9 | Автоматизация
холодильной установки……………………… |
|
| Заключение…………………………………………………… |
||
| Список литературы………………………………… |
||
| Приложение А: Термодинамический цикл в lg(p)-h диаграмме | ||
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 пищевой промышленности искусственное охлаждение обеспечивает длительное сохранение высокого качества скоропортящихся продуктов. И именно из-за недостаточного еще использования холода в мире теряется до 40 % произведенных пищевых продуктов.
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
- минимальное
влияние гидравлического
- малое заполнение системы хладагентом;
- простота в обслуживании и безопасность в работе;
- надежная
защита компрессоров от
На молочных предприятиях используются схемы как с непосредственным, так и с рассольным охлаждением.
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.
2 Разработка функциональной схемы холодильной установки
2.1 Определение температуры конденсации.
Климатические характеристики г. Гродно.
tср.м.=180C;
tа.м.=360C; /8, с.51/
φ=57%.
Расчетная температура:
Используя h-d диаграмму для влажного воздуха для tн.р.=23,040C и φ=57% находим температуру мокрого термометра:
Нагрев воды для конденсаторов водяного охлаждения:
Охлаждение х/а в конденсаторах водяного охлаждения:
Находим температуру воды на выходе из конденсатора:
где -коэффициент градирни
Находим температуру конденсации:
Температура воды на входе в конденсатор:
По
температуре конденсации и
Для выбора циклов холодильной машины необходимо определить отношение давлений конденсации и кипения хладагента.
Принимаем
одноступенчатое сжатие, так как степень
сжатия меньше 8 .
2.2
Составление функциональной
схемы холодильной установки
для химкомбината.
Выбираем схему одноступенчатого сжатия на две температуры кипения с отделителями жидкости и с безнасосным способом подачи аммиака в испарительную систему.
В состав схемы входит:
1-компрессорный агрегат на первую температуру кипения (-1°С);
2- компрессорный агрегат на вторую температуру кипения (+4°С);
3-отделитель жидкости на -1°С;
4- отделитель жидкости на +4°С;
5-конденсатор;
6-линейный ресивер;
7- регулирующий вентиль;
8-пластинчатые испарители;
9-кожухотрубные испарители;
Рисунок
1 - Функциональная схема холодильной установки
с одноступенчатым сжатием, работающей
на две температуры кипения.
3
Расчет термодинамического
цикла
3.1 Нахождение предварительных параметров
Перегрев пара во всасывающем трубопроводе компрессора работающего на :
Принимаем .
Перегрев пара во всасывающем трубопроводе компрессора работающего на :
Принимаем
.
3.2 Построение цикла в lnp-h диаграмме
Построение цикла представлено в приложении А.
Таблица 1 - Параметры узловых точек.
| P,МПа | Т,0С | h,кДж/кг | v,м3/кг | |
| 1 | 0,42 | 10 | 1485 | 0,31 |
| 1’ | 0,42 | -1 | 1450 | - |
| 2 | 1,39 | 103 | 1670 | 0,13 |
| 2м | 1,39 | 80 | 1620 | 0,115 |
| 3 | 0,49 | 10 | 1480 | 0,25 |
| 3’ | 0,49 | 4 | 1460 | - |
| 4 | 1,39 | 90 | 1650 | 0,13 |
| 5 | 1,39 | 37 | 1491 | - |
| 5’ | 1,39 | 37 | 380 | - |
| 6 | 0,49 | 4 | 380 | - |
Продолжение
таблицы 1
| P,МПа | Т,0С | h,кДж/кг | v,м3/кг | |
| 7 | 0,42 | -1 | 380 | - |
3.3 Расчет термодинамических
параметров
Найдем удельную холодопроизводительность первой ступени:
Найдем удельную холодопроизводительность второй ступени:
Найдем удельную работу сжатия в компрессорах:
Эффективность циклов:
4 Расчет и подбор холодильного оборудования
4.1 Расчет и подбор компрессорных
агрегатов
4.1.1
Расчет и подбор компрессорных
агрегатов на первую
температуру кипения
Количество циркулирующего аммиака:
Массовая производительность компрессора:
Степень сжатия:
Коэффициент подачи:
Объемная производительность:
Выбираем компрессорный агрегат 2А350-7-1( )-(2 единицы).
Т.к. тепловая нагрузка в течение суток на компрессор не меняется, то необходимо учитывать коэффициент рабочего времени:
Действительная массовая производительность компрессорных агрегатов:
Найдем действительную холодопроизводительность компрессорных агрегатов:
Суммарная теоретическая мощность компрессорных агрегатов:
Эффективный КПД:
Эффективная мощность:
Мощность электродвигателя компрессорных агрегатов:
где -КПД передачи , ;
- КПД электродвигателя, .
Мощность электродвигателя двух компрессорных агрегатов марки 2А350-7-1 по паспорту равна .
Так
как Nэл< Nдв, то принимаем
выбранные компрессорные агрегаты.
4.1.2
Расчет и подбор компрессорных
агрегатов на вторую
температуру кипения
Количество циркулирующего аммиака:
Массовая производительность компрессора:
Степень сжатия:
Коэффициент подачи:
Объемная производительность:
Выбираем компрессорный агрегат 21А280-7-1( ) -(3 единицы).
Т.к. тепловая нагрузка в течение суток на компрессор не меняется, то необходимо учитывать коэффициент рабочего времени:
Действительная массовая производительность компрессорных агрегатов:
Найдем действительную холодопроизводительность компрессорных агрегатов:
Суммарная теоретическая мощность компрессорных агрегатов:
Эффективный КПД:
Эффективная мощность:
Мощность электродвигателя компрессорных агрегатов:
где -КПД передачи , ;
- КПД электродвигателя, .
Мощность электродвигателя трех компрессорных агрегатов марки 21А280-7-1 по паспорту равна .
Так как Nэл<
Nдв, то принимаем выбранные компрессорные
агрегаты.
4.2
Расчет и подбор конденсатора
Расчетная теоретическая тепловая нагрузка на конденсатор:
Действительная тепловая нагрузка на конденсатор:
Находим средний логарифмический перепад температур в конденсаторе:
где температура воды на входе и выходе из конденсатора.
Удельная плотность теплового потока в конденсаторе:
где k-коэффициент теплопередачи для КТГ.
Площадь теплообменной поверхности:
Выбираем 2 конденсатора марки КТГ-500( ) .
Объемный расход воды на охлаждение конденсатора:
4.3 Расчет и подбор испарителей
4.3.1 Расчет и подбор пластинчатых испарителей
Находим
площадь теплообменной
где =(5¸15 )-удельная плотность теплового потока в испарителе.
Выбираем
пластинчатый испаритель марки AV660-(F=142
,
).
4.3.2
Расчет и подбор кожухотрубных
испарителей
Находим
площадь теплообменной
где
=(1,4¸4,5
)-удельная плотность теплового потока
в испарителе.
