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

ВариантТемпература рассола в испарителеТемпература охл. воды в конденсатореКПД компрессораАртезианская вода, 0С,

0С,

0С,

0С,,0С2500-6-1132200,80,921,49

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 схемеПараметры рабочего агентаР, МПаe, кДж/кг1-140,250,516699,03199,2621401,450,1381995,69,17484,84113,41,450,12819309,03460,263371,45Менее 0,015984,8367,654271,1Менее 0,015454,62367,395-140,250,2225454,7343,95

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 Св - теплоемкость воды,

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

t3 = 37 0C, ta1=13 0C. Условие t3 > ta1 (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: Тос=293 0К; iос=1710 кДж/кг, Sос=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 евх

(8%).

Внутренние потери в компрессоре:

ток компрессор холодильный конденсатор

% от евх

(13,5%).

Эксергия, отводимая в конденсаторе:

% от евх.

(32,23%).

а) эксергия, отводимая охлаждающей водой

от евх,

где - коэффициент работоспособности отводимого тепла, ,

.

(8,95%).

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

% от евх.

(23,27%).

Потеря эксергии в охладителе:

% от евх.

(0,07%).

Потеря эксергии в дроссельном вентиле:

% от евх.

(6,45%).

Отвод тепла в испарителе:

% от евх.

(39,79%).

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

, % от евх,

=

(33,38%).

б) остальная эксергия dи1 теряется из-за необратимости теплообмена в испарителе:

% от евх.

(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 установку363,641001. Электромеханические потери в компрессоре29,0982. Внутренние потребности в компрессоре48,9713,53. Эксергия отводимая в конденсаторе117,1932,234. Потери эксергии в охладителе0,260,075. Потери эксергии в дроссельном вентиле23,446,456. Потеря эксергии из-за необратимости теплообмена в испарителе23,36,417. Эксергетическая холодопроизводительность121,3933,38Итого363,64100Итого363,64100

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 <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%A1%D0%AD>. 3-е изд., М., Эксмо, 2008, 672 с.

.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.

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

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

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