Расчет одноступенчатой парожидкостной компрессионной холодильной установки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ИННОВАЦИОННЫЙ ЕВРАЗИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДЕПАРТАМЕНТ ЭНЕРГЕТИКИ И МЕТАЛЛУРГИИ КУРСОВАЯ РАБОТА По дисциплине: «Система производства и распределения энергоносителей»

На тему: «Расчет одноступенчатой парожидкостной компрессионной холодильной установки»

г. Павлодар, 2015 г.

Задание на курсовую работу Таблица 1- Задания для выполнения курсовой работы

Введение

Холодильные машины и установки предназначены для искусственного снижения и поддержания пониженной температуры ниже температуры окружающей среды от 10 °C и до ?153 °С в заданном охлаждаемом объекте. Машины и установки для создания более низких температур называются криогенными. Отвод и перенос тепла осуществляется за счет потребляемой при этом энергии.

Холодильная установка может состоять из одной или нескольких холодильных машин, укомплектованных вспомогательным оборудованием: системой энергои водоснабжения, контрольно-измерительными приборами, приборами регулирования и управления, а также системой теплообмена с охлаждаемым объектом.

Холодильное оборудование подразделяется на промышленное, торговое, бытовое. Промышленное холодильное оборудование — оборудование, имеющее, как правило, в своем составе холодильные системы и (или) установки холодопроизводительностью свыше 15 КВт.

Холодильная система — комплекс холодильного оборудования (один или несколько компрессоров, конденсаторов, испарителей различного типа, ресиверов и др.), в котором циркулирует или находится хладагент для производства искусственного холода. Холодильная установка — совокупность одной или нескольких холодильных машин и всех узлов, агрегатов, элементов, трубопроводов и жидкостей, необходимых для их функционирования, а также распределения и использования холода.

Холодильная машина — категория тепловых машин, которые, поглощая энергию, имеют своей целью изъятие тепла от тел с низкой температурой и передачу его телам с более высокой температурой.

Различают несколько типов холодильных машин.

По способу получения холода — компрессионные, абсорбционные и термоэлектрические (в маркировке холодильников типы холодильных агрегатов обозначаются первыми заглавными буквами: Ккомпрессионные, Аабсорбционные с электрическим нагревателем, АГ — абсорбционные с газовым нагревателем, ТЭ — термоэлектрические).

По холодильному агенту — фреоновые (хладоновые), аммиачные и др.

По холодопроизводительности — малые, средние и крупные.

По области применения различают стационарные (кухонные и комнатные) и переносные (термостаты) бытовые холодильники.

По назначению:

— холодильники — приборы, обеспечивающие хранение продуктов в охлажденном и замороженном состоянии;

— морозильники — приборы, обеспечивающие быстрое замораживание продуктов с последующим их длительным хранением;

— холодильники-морозильники — конструктивно объединенные в одно изделие холодильник и морозильник, имеющие автономные агрегаты.

Аммиачная холодильная установка (АХУ) — холодильная установка компрессионного или абсорбционного типа, в которой в качестве хладагента используется аммиак.

Аммиачная холодильная установка является химически опасным объектом, поскольку аммиак — сильнодействующее ядовитое вещество, обладающее удушающим и нейротропным действием. Использование аммиака, как потенциально опасного газа, достаточно строго регламентируется правилами безопасности аммиачных холодильных установок.

Аммиак не растворяется в смазке, нечувствителен к влаге, и его легко можно обнаружить при утечке. Дополнительными преимуществами аммиака являются его низкая цена и то, что он не способствует созданию парникового эффекта.

Недостатком аммиака является его высокая токсичность, взрывоопасность, при растворении в воде он создаёт опасность ожога из-за выделения большого количества тепла, а также имеет высокую температуру нагнетания при сжатии.

Требования к хладагентам подразделяются на следующие группы:

· экологические — низкий потенциал глобального потепления, озонобезопасность, негорючесть и нетоксичность;

· термодинамические — большая объемная холодопроизводительность; низкая температура кипения при атмосфер ном давлении; невысокое давление конденсации; хорошая теплопроводность; малые плотность и вязкость хладагента, обеспечивающие сокращение гидравлических потерь на тре ние и местные сопротивления при его транспортировке; максимальная приближенность к заменяемым хладагентам (для альтернативных озонобезопасных хладагентов) по давлениям, температурам, удельной объемной холодопроизводительности и холодильному коэффициенту;

· эксплуатационные — термохимическая стабильность, химическая совместимость с материалами и холодильными масла ми, достаточная взаимная растворимость с маслом для обеспечения его циркуляции, технологичность применения, негорючесть и невзрывоопасность, способность растворять воду, не значительная текучесть, наличие запаха, цвет и т. д.;

· экономические — наличие товарного производства, доступные (низкие) цены. Хладагенты, отвечающие перечисленным требованиям, найти практически невозможно, поэтому в каждом отдельном случае выбирают хладагент с учетом конкретных условий работы холодильной машины, и предпочтение следует отдавать таким, которые удовлетворяют принципиальным и определяющим требованиям. Альтернативными хладагентами могут быть чистые (простые) вещества и смеси. Предпочтение отдается прежде всего чистым веществам, но они имеют ряд недостатков. Например, R134a — при температуре ниже -15 °С имеет меньшую удельную объемную холодопроизводительность и холодильный коэффициент по сравнению с R12. Поэтому применяют смесевые хладогенты. Предпочтение отдается хладагентам с низкими значениями неизотермичности.

1. Порядок расчета Определяем параметры рабочего агента в характерных токах схемы Конечная разность температур в испарителе:

.

в конденсаторе:

Расчетная температура испарения:

Расчетная температура конденсации:

Предварительный перепад температур жидкого аммиака в охладителе:

.

Параметры рабочего агента в характерных точках схемы находим по T-S диаграмме, результаты вносим в таблицу 2.

Энтальпия рабочего агента на выходе из компрессора:

Таблица 2- Параметры рабочего агента в характерных точках схемы

Удельная внутренняя работа компрессора:

Удельный расход тепла на единицу расхода рабочего агента в отдельных аппаратах установки:

а) испаритель

б) конденсатор

в) охладитель

Энергетический баланс установки при отсутствии внешнего охладителя компрессора,

Определяем расхода рабочего агента, нагрузку отдельных агрегатов. Электрическая мощность компрессора и энергетические показатели установки Массовый расход рабочего агента Объемная производительность компрессора:

Расчетная тепловая нагрузка конденсатора Расчетная тепловая нагрузка охладителя:

Температура охлаждающей воды на выходе из охладителя:

где С_в — теплоемкость воды,

Проверка соблюдения условия, при невыполнении условия в схеме холодильной установки исключается охладитель.

t₃ = 37 ⁰C, t_a1=13 ⁰C. Условие t₃ > t_a1 (37>13) выполняется, следовательно, охладитель в схеме холодильной установки оставляем.

Удельный расход электрической энергии на единицу выработанного холода при :

Электрическая мощность компрессора:

Холодильный коэффициент установки:

КПД холодильной установки:

а) температуру окружающей среды принимаем равной температуре воды на входе в конденсатор ;

б) средняя температура теплоотдатчика :

в) удельный расход электроэнергии в идеальном цикле:

г) энергетический КПД холодильной установки:

Энергетический баланс компрессорной холодильной установки Значение эксергии в характерных точках процесса определяется по формуле:

где значения для параметров окружающей среды следующие: Т_ос=293 ⁰К; i_ос=1710 кДж/кг, S_ос=9,85 кДж/кг.

е₁ = 1669 — 1710 — 293(9,03 — 9,85) = 199,26 кДж/кг;

е₂= 1995,6 — 1710 — 293(9,17 — 9,85) = 484,84 кДж/кг;

е₂'=1930 — 1710 — 293(9,03 — 9,85) = 460,26 кДж/кг;

е₃ =598 — 1710 — 293(4,8 — 9,85) = 367,65 кДж/кг;

е₄ =545 — 1710 — 293(4,62 — 9,85) = 367,39 кДж/кг;

е₅ =545 — 1710 — 293(4,7 — 9,85) = 343,95 кДж/кг.

Удельное количество эксергии, вводимое в установку в виде электрической энергии, проведенной к электродвигателю компрессора:

Удельные электромеханические потери в компрессоре:

% от е_вх

(8%).

Внутренние потери в компрессоре:

ток компрессор холодильный конденсатор

% от е_вх

(13,5%).

Эксергия, отводимая в конденсаторе:

% от е_вх.

(32,23%).

а) эксергия, отводимая охлаждающей водой

от е_вх,

где — коэффициент работоспособности отводимого тепла, ,

.

(8,95%).

б) эксергия, теряемая из-за необратимости теплообмена в конденсаторе:

% от е_вх.

(23,27%).

Потеря эксергии в охладителе:

% от е_вх.

(0,07%).

Потеря эксергии в дроссельном вентиле:

% от е_вх.

(6,45%).

Отвод тепла в испарителе:

% от е_вх.

(39,79%).

а) из эксергии, отводимой в испарителе, используется в виде эксергетической холодопроизводительности:

% от е_вх,

=

(33,38%).

б) остальная эксергия d_и1 теряется из-за необратимости теплообмена в испарителе:

% от е_вх.

(6,41%).

По полученным данным составляем таблицу 3.

Таблица 3 — Эксергетический баланс холодильной установки

1. Плевако А. П. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Система производства и распределения энергоносителей» для студентов специальности 5В5 071 700 «Теплоэнергетика». — Павлодар, 2011. — 44 с.

2. Холодильные установки // БСЭ. 3-е изд., М., Эксмо, 2008, 672 с.

3. Холодильные машины: Учебник для студентов вузов специальности «Техника и физика низких температур» /А. В. Бараненко, Н. Н. Бухарин, В. И. Пекарев, Л. С. Тимофеевский: Под общ. ред. Л. С. Тимофеевского.- СПб.: Политехника, 1997 г.- 992с.

4. Руцкой А. В. Холодильная техника и технология. — М.: Высшая школа. 2002.

5. Плевако А. П. Краткий курс лекций по дисциплине «Система производства и распределения энергоносителей». Часть 1. — Павлодар. 2003. — 100 с. (чзт-15)

6. Круглов Г. А., Булгакова Р. И., Круглова Е. С. Теплотехника. — СПб.: Лань. 2010. (чзт-1)