Расчет одноступенчатой парожидкостной компрессионной холодильной установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

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

Вариант		Температура рассола в испарителе	Температура охл. воды в конденсаторе	КПД компрессора	Артезианская вода
		, 0С	, 0С	, 0С	, 0С			,	,0С
2	500	-6	-11	32	20	0,8	0,92	1,4	9

Введение

Холодильные машины и установки предназначены для искусственного снижения и поддержания пониженной температуры ниже температуры окружающей среды от 10 °С 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 энерго- и 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: К- компрессионные, А- абсорбционные 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

Точка на схеме	Параметры рабочего агента
		Р, МПа				e, кДж/кг
1	-14	0,25	0,5	1669	9,03	199,26
2	140	1,45	0,138	1995,6	9,17	484,84
	113,4	1,45	0,128	1930	9,03	460,26
3	37	1,45	Менее 0,01	598	4,8	367,65
4	27	1,1	Менее 0,01	545	4,62	367,39
5	-14	0,25	0,222	545	4,7	343,95

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

Статьи баланса (приход)	Эксергия кДж/кг	%	Статьи баланса (расход)	Эксергия и потери эксергии кДж/кг	%
1. Эксергия вводимая в установку	363,64	100	1. Электромеханические потери в компрессоре	29,09	8
			2. Внутренние потребности в компрессоре	48,97	13,5
			3. Эксергия отводимая в конденсаторе	117,19	32,23
			4. Потери эксергии в охладителе	0,26	0,07
			5. Потери эксергии в дроссельном вентиле	23,44	6,45
			6. Потеря эксергии из-за необратимости теплообмена в испарителе	23,3	6,41
			7. Эксергетическая холодопроизводительность	121,39	33,38
Итого	363,64	100	Итого	363,64	100



Список литературы

1. Плевако А.П. Методические указания к курсовой работе по дисциплине "Система производства и распределения энергоносителей" для студентов специальности 5В5071700 "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)

Размещено на Allbest.ru