Из этого следует, что, подбирая оборудование для холодильной установки, необходимо начинать именно с испарителя. Многие начинающие ремонтники часто допускают типичную ошибку и начинают комплектацию установки с компрессора.
На рис. 1 представлена схема самой обычной парокомпрессионной холодильной машины. Ее цикл, заданный в координатах: давление Р и i . На рис. 1б точки 1-7 холодильного цикла, является показателем состояния холодильного агента (давления, температуры, удельного объема) и совпадает с аналогичным на рис. 1а (функции параметров состояния).
Рис. 1 – Схема и в координатах обычной парокомпрессионной машины: РУ расширительное устройство, Рk – давление конденсации, Ро – давление кипения.
Графическое изображение рис. 1б отображает состояние и функции холодильного агента, которые изменяются в зависимости от давления и энтальпии. Отрезок АВ на кривой рис. 1б характеризует хладагент в состоянии насыщенного пара. Его температура соответствует температуре начала кипения. Доля пара хладагента в составляет 100%, а перегрев близок к нулю. В правой части от кривой АВ хладагент имеет состояние (температура хладагента больше температуры кипения).
Точка В является критической для данного хладагента, поскольку отвечает той температуре, при которой вещество не может перейти в жидкое состояние, не зависимо от того, на сколько высоким будет давление. На отрезке ВС хладагент имеет состояние насыщенной жидкости, а в левой стороне – переохлажденной жидкости (температура хладагента меньше температуры кипения).
Внутри кривой АВС хладагент находится в состоянии парожидкостной смеси (доля пара в единице объема изменчива). Процесс, происходящий в испарителе (рис. 1б), отвечает отрезку 6-1 . Хладагент поступает в испаритель (точка 6) в состоянии кипящей парожидкостной смеси. При этом доля пара зависит от определенного холодильного цикла и составляет 10-30%.
На выходе из испарителя процесс кипения может не завершиться и точка 1 может не совпадать с точкой 7 . Если температура хладагента на выходе из испарителя больше температуры кипения, то получаем испаритель с перегревом. Его величина ΔТперегрев представляет собой разность температуры хладагента на выходе из испарителя (точка 1) и его температуры на линии насыщения АВ (точка 7):
ΔТперегрев=Т1 – Т7
Если точка 1 и 7 совпадают, то температура хладагента равна температуре кипения, а перегрев ΔТперегрев будет равен нулю. Таким образом, получим затопленный испаритель. Поэтому, при выборе испарителя вначале необходимо совершить выбор между затопленным испарителем и испарителем с перегревом.
Отметим, что при равных условиях затопленный испаритель более выгоден по интенсивности процесса отбора теплоты, чем с перегревом. Но следует учитывать то, что на выходе затопленного испарителя хладагент находится в состоянии насыщенного пара, а подавать влажную среду в компрессор нельзя. В противном случае возникает высокая вероятность появления гидроударов, которые будут сопровождаться механическим разрушением деталей компрессора. Получается, что если выбрать затопленный испаритель, то необходимо предусматривать дополнительную защиту компрессора от попадания в него насыщенного пара.
Если отдать предпочтение испарителю с перегревом, то не нужно заботиться о защите компрессора и попадания в него насыщенного пара. Вероятность возникновения гидравлических ударов будет возникать только в случае отклонения от требуемого показателя величины перегрева. В нормальных условиях эксплуатации холодильной установки величина перегрева ΔТперегрев должна находиться в пределах 4-7 К.
При снижении показателя перегрева ΔТперегрев , интенсивность отбора теплоты окружающей среды повышается. Но при чрезмерно низких значениях ΔТперегрев (менее 3К) возникает вероятность попадания в компрессор влажного пара, что может стать причиной появления гидравлического удара и, следовательно, повреждения механических узлов компрессора.
В обратном случае, при высоком показании ΔТперегрев (больше 10 К), это говорит о том, что в испаритель поступает недостаточное количество хладагента. Резко снижается интенсивность отбора теплоты от охлаждаемой среды и ухудшается тепловой режим компрессора.
При выборе испарителя возникает и другой вопрос, связанный с величиной температуры кипения хладагента в испарителе. Чтобы его решить вначале необходимо определить какую температуру охлаждаемой среды следует обеспечить для нормальной работы холодильной установки. Если в качестве охлаждаемой среды используется воздух, то кроме температуры на выходе из испарителя требуется учесть и влажность на выходе из испарителя. Теперь рассмотрим поведения температур охлаждаемой среды вокруг испарителя во время работы обычной холодильной установки (рис. 1а).
Чтобы не углубляться в данную тему потерями давлений на испарителе будем пренебрегать. Также будем считать, что происходящий теплообмен между хладагентом и окружающей средой осуществляется по прямоточной схеме.
На практике такую схему используют не часто, поскольку по эффективности теплообмена она уступает противоточной схеме. Но если один из теплоносителей имеет постоянную температуру, а показания перегрева невелики, то прямоток и противоток будут равнозначными. Известно, что среднее значение температурного напора не зависит от схемы движения потоков. Рассмотрение прямоточной схемы предоставит нам более наглядное представление о теплообмене, который происходит между хладагентом и охлаждаемой средой.
Для начала введем виртуальную величину L , равную длине теплообменного устройства (конденсатора или испарителя). Ее значение можно определить из следующего выражения: L=W/S , где W – соответствует внутреннему объему теплообменного устройства, в котором происходит циркуляция хладагента, м3; S – площадь поверхности теплообмена м2.
Если речь идет о холодильной машине, то равнозначная длина испарителя практически равняется длине трубки, в которой происходит процесс 6-1 . Поэтому ее наружная поверхность омывается охлаждаемой средой.
Вначале обратим внимание на испаритель, который выполняет роль воздухоохладителя. В нем процесс отбора теплоты от воздуха происходит в результате естественной конвекции или же при помощи принудительного обдува испарителя. Отметим, что в современных холодильных установках первый способ практически не используют, поскольку охлаждение воздуха путем естественной конвекции является малоэффективным.
Таким образом, будем предполагать, что воздухоохладитель оборудован вентилятором, который обеспечивает принудительный обдув испарителя воздухом и являет собой трубчато-ребристый теплообменный аппарат (рис. 2). Его схематическое изображение представлено на рис. 2б. рассмотрим основные величины, которые характеризуют процесс обдува.
ΔТ=Та1- Та2 ,
где ΔТа находится в пределах от 2 до 8 К (для трубчато-ребристых испарителей с принудительным обдувом).
Другими словами, при нормальной работе холодильной установки воздух проходящий через испаритель должен охлаждаться не ниже 2 К и не выше 8 К.
Рис. 2 – Схема и температурные параметры охлаждения воздуха на воздухоохладителе:
Та1 и Та2 – температура воздуха на входе и выходе из воздухоохладителя;
DTмакс=Та1 – То
Данный показатель применяется при подборе воздухоохладителей, поскольку зарубежные производители холодильной техники предоставляют значения холодопроизводительности испарителей Qисп в зависимости от величины DTмакс . Рассмотрим метод подбора воздухоохладителя холодильной установки и определим расчетные значения DTмакс . Для этого приведем в пример общепринятые рекомендации по подбору значения DTмакс :
F=ΔТперегр/DTмакс=(Т1-Т0)/(Та1-Т0) ,
где Т1 – температура пара хладагента на выходе из испарителя.
Данный показатель у нас практически не используют, но в зарубежных каталогах предусмотрено, что показания холодопроизводительности воздухоохладителей Qисп соответствует значению F=0,65.
Во время эксплуатации значение F принято принимать от 0 до 1. Предположим, что F=0 , тогда ΔТперегр=0 , а хладагент на выходе из испарителя будет иметь состояние насыщенного пара. Для данной модели воздухоохладителя фактическая холодопроизводительность будет на 10-15% больше показателя, приведенного в каталоге.
Если F>0,65 , то показатель холодопроизводительности для данной модели воздухоохладителя, должен быть меньше значения, приведенного в каталоге. Допустим, что F>0,8 , тогда фактическая производительность для данной модели будет на 25-30% больше значения, приведенного в каталоге.
Если F->1 , то холодопроизводительность испарителя Qисп->0 (рис.3).
Рис.3 – зависимость холодопроизводительности испарителя Qисп от перегрева F
Процесс, изображенный на рис.2б, характеризуют и другие параметры:
Рис. 4 – Схема и температурные параметры, отображающие процесс на испарителе:
где Те1 и Те2 температура воды на входы и выходе испарителя;
Если перепад температур по воде ΔТе=Те1-Те2 , то для кожухотрубных испарителей ΔТе следует поддерживать в диапазоне 5±1 К, а для пластинчатых испарителей показатель ΔТе будет находиться в пределах 5±1,5 К.
В отличие от воздухоохладителей в охладителях жидкости необходимо поддерживать не максимальный, а минимальный температурный напор DTмин=Те2-То – разность между температурой охлаждаемой среды на выходе из испарителя и температурой кипения хладагента в испарителе.
Для кожухотрубных испарителей минимальный температурный напор DTмин=Те2-То следует поддерживать в пределах 4-6 К, а для пластинчатых испарителей – 3-5 К.
Заданный диапазон (разность между температурой охлаждаемой среды на выходе из испарителя и температурой кипения хладагента в испарителе) необходимо поддерживать по следующим причинам: при увеличении разности интенсивность охлаждения начинает снижаться, а при снижении повышается риск замерзания охлаждаемой жидкости в испарителе, что может стать причиной его механического разрушения.
Как известно, охлаждение определенной среды возможно при помощи теплообменника. Его конструктивное решение следует выбирать согласно технологическим требованиям, которые предъявляются к данным устройствам. Особо важным моментом является соответствие устройства технологическому процессу термической обработки среды, что возможно при следующих условиях:
На удобство эксплуатации и надежность устройства влияют такие факторы как прочность и герметичность разъемных соединений, компенсация температурных деформаций, удобства для обслуживания и ремонта устройства. Данные требования заложены в основу конструирования и выбора теплообменного агрегата. Главную роль в этом занимает обеспечение требуемого технологического процесса в холодопотребляющем производстве.
Для того, что выбрать правильное конструктивное решение испарителя необходимо руководствоваться следующими правилами. 1) охлаждение жидкостей лучше всего осуществлять при помощи трубчатого теплообменника жесткой конструкции или компактного пластинчатого теплообменника; 2) применение трубчато-ребристых устройств обусловлено следующими условиями: теплоотдача между рабочими средами и стенкой по обе стороны поверхности нагрева значительно отличаются. При этом оребрение необходимо устанавливать со стороны наименьшего коэффициента теплоотдачи.
Для увеличения интенсивности теплообмена в теплообменниках необходимо придерживаться таких правил:
Улучшение теплообменных процессов является одним из основных процессов по совершенствованию теплообменного оборудования холодильных машин. В этом отношении проводятся исследования в области энергетики и химической техники. Это изучение режимных характеристик течения, турбулизация потока путем создания искусственных шероховатостей. Кроме того, ведется разработка новых поверхностей теплообмена, благодаря чему теплообменники станут более компактными.
Чтобы произвести тепловой расчет поверхностного теплообменника необходимо решить уравнение теплопередачи и теплового баланса, с учетом определенных условий работы устройства (конструктивные размеры теплопередающих поверхностей, пределов изменения температур и схем, относительно движения охлаждающей и охлаждаемой среды). Чтобы найти решение этой задачу нужно применять правила, которые позволят получить результаты из исходных данных. Но из-за многочисленных факторов, найти общее решение для различных теплообменников невозможно. Вместе с этим существует много методов приближенного расчета, которые легко произвести в ручном или машинном варианте.
Современные технологии позволяют подобрать испаритель при помощи специальных программ. В основном они предоставляются производителями теплообменной аппаратуры и позволяют быстро подобрать необходимую модель. При использовании таких программ необходимо учитывать то, что они предполагают работу испарителя при стандартных условиях. Если фактические условия отличаются от стандартных, то производительность испарителя будет иной. Таким образом, желательно всегда проводить проверочные расчеты выбранной вами конструкции испарителя, относительно фактических условий его работы.
Исходные данные:
ρж – плотность охлаждаемой жидкости, кг/м3.
Решение
1. Определяем недостающие данные.
Перепад температур охлаждаемой жидкости ΔТж=Тнж-Ткж=Qo х 3600/G х Срж x ρж = 16 x 3600/2 x 4,19 x 1000=6,8°С, где
3. Температура жидкости на выходе из Тк=5°С.
4. Выбираем водоохлаждающую установку, которая подходит по требуемой холодопроизводительности при температуре воды на выходе из установки 5°С и температуре окружающего воздуха 30°С.
После просмотра определяем, что водоохлаждающая установка ВМТ-20 удовлетворяет этим условиям. Холодопроизводительность 16.3 кВт, потребляемая мощность 7,7 кВт.
1. Определяем потребную холодопроизводительность.
2.
Выбираем схему водоохлаждающей установки. Однонасосная схема без использования промежуточной емкости.
Перепад температур ΔТж =17>7°С, определяем кратность циркуляции охлаждаемой жидкости n
=Срж х ΔTж/Ср х ΔТ=4,2х17/4,2x5=3,4
где ΔТ=5°С - температурный перепад в испарителе.
Тогда расчетный расход охлаждаемой жидкости G = G х n= 1,66 x 3,4=5,64 м3/ч.
3. Температура жидкости на выходе из испарителя Тк=8°С.
4. Выбираем водоохлаждающую установку, которая подходит по требуемой холодопроизводительноСти при температуре воды на выходе из установки 8°С и температуре окружающего воздуха 28°С После просмотра таблиц определяем, что холодопроизводительность установки ВМТ-36 при Токр.ср.=30°С холодопроизводительность 33,3 кВт, мощность 12,2 кВт.
Экструдер в количестве 2шт . Расход ПВХ на одном составляет 100кг/час. Охлаждение ПВХ с +190°С до +40°С
Q (кВт) = (М (кг/час) х Сp (ккал/кг*°С) х ΔT х 1,163)/1000;
Q (кВт) = (200(кг/час) х 0.55 (ккал/кг*°С) х 150 х 1,163)/1000=19.2 кВт.
Миксер горячего смешения в количестве 1 шт. Расход ПВХ 780кг/час. Охлаждение с +120°С до +40°С:
Q (кВт) = (780(кг/час) х 0.55 (ккал/кг*°С) х 80 х 1,163)/1000=39.9 кВт.
ТПА (термопластавтомат) в количестве 2шт. Расход ПВХ на одном составляет 2,5 кг/час. Охлаждение ПВХ с +190°С до +40°С:
Q (кВт) = (5(кг/час) х 0.55 (ккал/кг*°С) х 150 х 1,163)/1000=0.5 кВт.
Итого получаем суммарную холодопроизводительность 59,6 кВт .
1. Теплоотдача материала
P = количество перерабатываемой продукции кг/час
K = ккал/кг ч (теплоемкость материала)
Пластики :
Металлы:
2. Учет горячего канала
Pr = мощность горячего канала в Квт
860 ккал/час = 1 КВт
K = поправочный коэфициент (обычно 0.3):
K = 0.3 для изолированного ГК
K = 0.5 для не изолированного ГК
3. Охлаждение масла для литьевой машины
Pm = мощность двигателя масляного насоса кВт
860 ккал/ч = 1 кВт
K = скоростной (обычно 0.5):
k = 0.4 для медленного цикла
k = 0.5 для среднего цикла
k = 0.6 для быстрого цикла
КОРРЕКЦИЯ МОЩНОСТИ ЧИЛЛЕРА (ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ ТАБЛИЦА)
| ТЕМПЕРАТУРА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (°C) |
|||||||
Приблизительный расчет мощности при отсутствии других параметров для тпа.
| Усилие смыкания | Производительность (кг/час) | На масло (ккал/час) | На формы (ккал/час) | Всего (ккал/час) |
Корректировочный коэфициент:
Например:
ТПА с усилием смыкания 300 тонн и с циклом 15 секунд (средний)
Приблизительная хладопроизводительность:
Масло: Q масла = 20,000 x 0.7 = 14,000 ккал/час = 16.3 КВт
Форма: Q формы = 12,000 x 0.5 = 6,000 ккал/час = 7 КВт
По материалам компании Илма Технолоджи
| Обозначение | Название | Плот-ность (23°С), г/см3 | Технологические характеристики | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Темп. экспл., °С | Атмо-сферо-стойкость (УФ-излучение) | Температура, °С | ||||||
| Между-народное | Русское | Min | Мax | Формы | Пере-работки | |||
| ABS | АБС | Акрилонитрил бутадиен стирол | 1.02 - 1.06 | -40 | 110 | Не стоек | 40-90 | 210-240 |
| ABS+PA | АБС + ПА | Смесь АБС-пластика и полиамида | 1.05 - 1.09 | -40 | 180 | Удовл | 40-90 | 240-290 |
| ABS+PC | АБС + ПК | Смесь АБС-пластика и поликарбоната | 1.10 - 1.25 | -50 | 130 | Не стоек | 80-100 | 250-280 |
| ACS | АХС | Сополимер акрилонитрила | 1.06 - 1.07 | -35 | 100 | Хорошая | 50-60 | 200 |
| ASA | АСА | 1.06 - 1.10 | -25 | 80 | Хорошая | 50-85 | 210-240 | |
| CA | АЦЭ | Ацетат целлюлозы | 1.26 - 1.30 | -35 | 70 | Хорошая стойкость | 40-70 | 180-210 |
| CAB | АБЦ | Ацетобутират целлюлозы | 1.16 - 1.21 | -40 | 90 | Хорошая | 40-70 | 180-220 |
| CAP | АПЦ | Ацетопропионат целлюлозы | 1.19 - 1.40 | -40 | 100 | Хорошая | 40-70 | 190-225 |
| CP | АПЦ | Ацетопропионат целлюлозы | 1.15 - 1.20 | -40 | 100 | Хорошая | 40-70 | 190-225 |
| CPE | ПХ | Полиэтилен хлорированный | 1.03 - 1.04 | -20 | 60 | Не стоек | 80-96 | 160-240 |
| CPVC | ХПВХ | Хлорированный поливинхлорид | 1.35 - 1.50 | -25 | 60 | Не стоек | 90-100 | 200 |
| EEA | СЭА | Сополимер этилена и этилен-акрилата | 0.92 - 0.93 | -50 | 70 | Не стоек | 60 | 205-315 |
| EVA | СЭВ | Сополимер этилена и винилацетата | 0.92 - 0.96 | -60 | 80 | Не стоек | 24-40 | 120-180 |
| FEP | Ф-4МБ | Cополимер тетрафторэтилена | 2.12 - 2.17 | -250 | 200 | Высокая | 200-230 | 330-400 |
| GPPS | ПС | Полистирол общего назначения | 1.04 - 1.05 | -60 | 80 | Не стоек | 60-80 | 200 |
| HDPE | ПЭНД | Полиэтилен высокой плотности | 0.94 - 0.97 | -80 | 110 | Не стоек | 35-65 | 180-240 |
| HIPS | УПС | Ударопрочный полистирол | 1.04 - 1.05 | -60 | 70 | Не стоек | 60-80 | 200 |
| HMWDPE | ВМП | Высоко-молекулярный полиэтилен | 0.93 - 0.95 | -269 | 120 | Удовл. | 40-70 | 130-140 |
| In | И | Иономер | 0.94 - 0.97 | -110 | 60 | Удовл. | 50-70 | 180-220 |
| LCP | ЖКП | Жидко-кристаллические полимеры | 1.40 - 1.41 | -100 | 260 | Хорошая | 260-280 | 320-350 |
| LDPE | ПЭВД | Полиэтилен низкой плотности | 0.91 - 0.925 | -120 | 60 | Не стоек | 50-70 | 180-250 |
| MABS | АБС-прозрач | Сополимер метилметакрилата | 1.07 - 1.11 | -40 | 90 | Не стоек | 40-90 | 210-240 |
| MDPE | ПЭСД | Полиэтилен среднего давления | 0.93 - 0.94 | -50 | 60 | Не стоек | 50-70 | 180-250 |
| PA6 | ПА6 | Полиамид 6 | 1.06 - 1.20 | -60 | 215 | Хорошая | 21-94 | 250-305 |
| PA612 | ПА612 | Полиамид612 | 1.04 - 1.07 | -120 | 210 | Хорошая | 30-80 | 250-305 |
| PA66 | ПА66 | Полиамид 66 | 1.06 - 1.19 | -40 | 245 | Хорошая | 21-94 | 315-371 |
| PA66G30 | ПА66Ст30% | Стекло-наполненный полиамид | 1.37 - 1.38 | -40 | 220 | Высокая | 30-85 | 260-310 |
| PBT | ПБТ | Полибутилен-терефталат | 1.20 - 1.30 | -55 | 210 | Удовл. | 60-80 | 250-270 |
| PC | ПК | Поликарбонат | 1.19 - 1.20 | -100 | 130 | Не стоек | 80-110 | 250-340 |
| PEC | ПЭК | Полиэфир-карбонат | 1.22 - 1.26 | -40 | 125 | Хорошая | 75-105 | 240-320 |
| PEI | ПЭИ | Полиэфиримид | 1.27 - 1.37 | -60 | 170 | Высокая | 50-120 | 330-430 |
| PES | ПЭС | Полиэфир-сульфон | 1.36 - 1.58 | -100 | 190 | Хорошая | 110-130 | 300-360 |
| PET | ПЭТ | Полиэтилен-терефталат | 1.26 - 1.34 | -50 | 150 | Удовл. | 60-80 | 230-270 |
| PMMA | ПММА | Полиметил-метакрилат | 1.14 - 1.19 | -70 | 95 | Хорошая | 70-110 | 160-290 |
| POM | ПОМ | Полифор-мальдегид | 1.33 - 1.52 | -60 | 135 | Хорошая | 75-90 | 155-185 |
| PP | ПП | Полипропилен | 0.92 - 1.24 | -60 | 110 | Хорошая | 40-60 | 200-280 |
| PPO | ПФО | Полифенилен-оксид | 1.04 - 1.08 | -40 | 140 | Удовл. | 120-150 | 340-350 |
| PPS | ПФС | Полифенилен-сульфид | 1.28 - 1.35 | -60 | 240 | Удовл. | 120-150 | 340-350 |
| PPSU | ПАСФ | Полифенилен-сульфон | 1.29 - 1.44 | -40 | 185 | Удовл. | 80-120 | 320-380 |
| PS | ПС | Полистирол | 1.04 - 1.1 | -60 | 80 | Не стоек | 60-80 | 200 |
| PVC | ПВХ | Поливинил-хлорид | 1.13 - 1.58 | -20 | 60 | Удовл. | 40-50 | 160-190 |
| PVDF | Ф-2М | Фторопласт-2М | 1.75 - 1.80 | -60 | 150 | Высокая | 60-90 | 180-260 |
| SAN | САН | Сополимер стирола и акрилонитрила | 1.07 - 1.08 | -70 | 85 | Высокая | 65-75 | 180-270 |
| TPU | ТЭП | Термопластичные полиуретены | 1.06 - 1.21 | -70 | 120 | Высокая | 38-40 | 160-190 |
При расчете проектируемого испарителя определяют его теплопередающую поверхность и объем циркулирующего рассола или воды.
Теплопередающую поверхность испарителя находят по формуле:
где F – теплопередающая поверхность испарителя, м 2 ;
Q 0 – холодопроизводительность машины, Вт;
Dt m – для кожухотрубных испарителей это средняя логарифмическая разность между температурами хладоносителя и кипения холодильного агента, а для панельных испарителей – арифметическая разность между температурами выходящего рассола и кипения холодильного агента, 0 С;
– плотность теплового потока, Вт/м 2 .
Для приближенных расчетов испарителей пользуются значениями коэффициентов теплопередачи, полученными опытным путем в Вт/(м 2 ×К):
для аммиачных испарителей:
кожухотрубных 450 – 550
панельных 550 – 650
для фреоновых кожухотрубных испарителей с накатными ребрами 250 – 350.
Среднюю логарифмическую разность температур хладоносителя и кипения холодильного агента в испарителе рассчитывают по формуле:
(5.2)
где t Р1 и t Р2 – температуры хладоносителя на входе и выходе из испарителя, 0 С;
t 0 – температура кипения холодильного агента, 0 С.
Для панельных испарителей, благодаря большому объему бака и интенсивной циркуляции хладоносителя, его средняя температура может быть принята равной температуре на выходе из бака t Р2 . Поэтому для этих испарителей 
Объем циркулирующего хладоносителя определяют по формуле:
(5.3)
где V Р – объем циркулирующего теплоносителя, м 3 /с;
с Р – удельная теплоемкость рассола, Дж/(кг× 0 С);
r Р – плотность рассола, кг/м 3 ;
t Р2 и t Р1 – температура теплоносителя соответственно при входе в охлаждаемое помещение и выходе из него, 0 С;
Q 0 – холодопроизводительность машины.
Величины с Р и r Р находят по справочным данным для соответствующего хладоносителя в зависимости от его температуры и концентрации.
Температура хладоносителя при прохождении его через испаритель понижается на 2 – 3 0 С.
Расчет испарителей для охлаждения воздуха в холодильных камерах
Для распределения испарителей, входящих в комплект холодильной машины, определяют требуемую теплопередающую поверхность по формуле:
где SQ – суммарный теплоприток на камеру;
К – коэффициент теплопередачи камерного оборудования, Вт/(м 2 ×К);
Dt – расчетная разность температур между воздухом в камере и средней температурой хладоносителя при рассольном охлаждении, 0 С.
Коэффициент теплопередачи для батареи принимают 1,5–2,5 Вт/(м 2 К), для воздухоохладителей – 12–14 Вт/(м 2 К).
Расчетную разность температур для батарей - 14–16 0 С, для воздухоохладителей - 9–11 0 С.
Количество приборов охлаждения для каждой камеры определяют по формуле:
где n – требуемое количество приборов охлаждения, шт.;
f – теплопередающая поверхность одной батареи или воздухоохладителя (принимают исходя из технической характеристики машины).
Конденсаторы
Различают два основных типа конденсаторов: с водяным и воздушным охлаждением. В холодильных установках большой производительности используются также конденсаторы с водо-воздушным охлаждением, называемые испарительными.
В холодильных агрегатах для торгового холодильного оборудования чаще всего применяют конденсаторы воздушного охлаждения. По сравнению с конденсатором водяного охлаждения они экономичны в работе, проще в монтаже и эксплуатации. Холодильные агрегаты, в состав которых входят конденсаторы водяного охлаждения, более компактны, чем агрегаты с конденсаторами воздушного охлаждения. Кроме того, при эксплуатации они издают меньше шума.
Конденсаторы с водяным охлаждением различают по характеру движения воды: проточного типа и оросительные, а по конструкции – кожухозмеевиковые, двухтрубные и кожухотрубные.
Основным типом являются горизонтальные кожухотрубные конденсаторы (рис. 5.3). В зависимости от вида хладагента в конструкции аммиачных и фреоновых конденсаторов есть некоторые отличия. По величине теплопередающей поверхности аммиачные конденсаторы охватывают диапазон, примерно от 30 до 1250 м 2 , а фреоновые – от 5 до 500 м 2 . Кроме того, выпускаются аммиачные вертикальные кожухотрубные конденсаторы с площадью теплопередающей поверхности от 50 до 250 м 2 .
Кожухотрубные конденсаторы используют в машинах средней и большой производительности. Горячие пары хладагента поступают через патрубок 3 (рис. 5.3) в межтрубное пространство и конденсируются на наружной поверхности пучка горизонтальных труб.
Внутри труб под напором насоса циркулирует охлаждающая вода. Трубы развальцованы в трубных решетках, закрыты снаружи водяными крышками с перегородками, создающими несколько горизонтальных ходов (2-4-6). Вода поступает через патрубок 8 снизу и выходит через патрубок 7. На этой же водяной крышке имеется вентиль 6 для выпуска воздуха из водяного пространства и вентиль 9 для слива воды при ревизии или ремонте конденсатора.
Рис.5.3 - Горизонтальные кожухотрубные конденсаторы
Сверху аппарата имеется предохранительный клапан 1, соединяющий межтрубное пространство аммиачного конденсатора с трубопроводом, выведенным наружу, выше конька крыши самого высокого здания в радиусе 50 м. Через патрубок 2 подсоединяется уравнительная линия, соединяющая конденсатор с ресивером, куда выводится жидкий хладагент через патрубок 10 из нижней части аппарата. Снизу к корпусу приварен маслосборник с патрубком 11 для слива масла. Уровень жидкого хладагента в нижней части кожуха контролируется с помощью указателя уровня 12. При нормальной работе весь жидкий хладагент должен сливаться в ресивер.
Сверху кожуха имеется вентиль 5 для спуска воздуха, а также патрубок для подсоединения манометра 4.
Вертикальные кожухотрубные конденсаторы применяются в аммиачных холодильных машинах большой производительности, они рассчитаны на тепловую нагрузку от 225 до 1150 кВт и устанавливаются снаружи машинного зала, не занимая его полезную площадь.
В последнее время появились конденсаторы пластинчатого типа. Высокая интенсивность теплообмена в пластинчатых конденсаторах, по сравнению с кожухотрубными, позволяет при одинаковой тепловой нагрузке примерно вдвое уменьшить металлоемкость аппарата и в 3–4 раза повысить компактность.
Воздушные конденсаторы применяют главным образом в машинах малой и средней производительности. По характеру движения воздуха их делят на два типа:
Со свободным движением воздуха; такие конденсаторы используют в машинах очень малой производительности (примерно до 500 Вт), применяемых в бытовых холодильниках;
С принудительным движением воздуха, то есть с обдувом теплопередающей поверхности с помощью осевых вентиляторов. Этот тип конденсатора наиболее применим в машинах малой и средней производительности, однако в последнее время в связи с дефицитом воды они все больше используются и в машинах большой производительности.
Конденсаторы воздушного типа применяют в холодильных агрегатах с сальниковыми, бессальниковыми и герметичными компрессорами. Конструкции конденсаторов однотипные. Конденсатор состоит из двух или более секций, соединенных последовательно калачами или параллельно коллекторами. Секции представляют собой прямые или U-образные трубки, собранные в змеевик с помощью калачей. Трубы – стальные, медные; ребра – стальные или алюминиевые.
Конденсаторы с принудительным движением воздуха используют в торговых холодильных агрегатах.
Расчет конденсаторов
При проектировании конденсатора расчет сводится к определению его теплопередающей поверхности и (если он с водяным охлаждением) количества расходуемой воды. Прежде всего подсчитывают действительную тепловую нагрузку на конденсатор
где Q к – действительная тепловая нагрузка на конденсатор, Вт;
Q 0 – холодопроизводительность компрессора, Вт;
N i – индикаторная мощность компрессора, Вт;
N е – эффективная мощность компрессора, Вт;
h м – механический к. п. д. компрессора.
В агрегатах с герметичными или бессальниковыми компрессорами тепловую нагрузку на конденсатор следует определять но формуле:
(5.7)
где N э – электрическая мощность на клеммах электродвигателя компрессора, Вт;
h э – к. п. д. электродвигателя.
Теплопередающая поверхность конденсатора определяется по формуле:
(5.8)
где F – площадь теплопередающей поверхности, м 2 ;
к – коэффициент теплопередачи конденсатора, Вт/(м 2 ×К);
Dt m – средняя логарифмическая разность между температурами конденсации холодильного агента и охлаждающей воды или воздуха, 0 С;
q F – плотность теплового потока, Вт/м 2 .
Среднюю логарифмическая разность определяют по формуле:
(5.9)
где t в1 – температура воды или воздуха на входе в конденсатор, 0 С;
t в2 – температура воды или воздуха на выходе из конденсатора, 0 С;
t к – температура конденсации холодильного агрегата, 0 С.
Коэффициенты теплопередачи различных типов конденсаторов приведены в табл. 5.1.
Таблица 5.1 - Коэффициенты теплопередачи конденсаторов
Оросительный для аммиакаИспарительный для аммиака
С воздушным охлаждением (при принудительной циркуляции воздуха) для хладонов
Значения к определены для оребренной поверхности.
Задача 1
Поток горячего продукта, выходящего из реактора, необходимо охладить с начальной температуры t 1н = 95°C до конечной температуры t 1к = 50°C, для этого его направляют в холодильник, куда подают воду с начальной температурой t 2н = 20°C. Требуется рассчитать ∆t ср в условиях прямотока и противотока в холодильнике.
Решение: 1) Конечная температура охлаждающей воды t 2к в условии прямоточного движения теплоносителей не может превысить значение конечной температуры горячего теплоносителя (t 1к = 50°C), поэтому примем значение t 2к = 40°C.
Рассчитаем средние температуры на входе и выходе из холодильника:
∆t н ср = 95 - 20 = 75;
∆t к ср = 50 - 40 = 10
∆t ср = 75 - 10 / ln(75/10) = 32,3 °C
2) Конечную температуру воды при противоточном движении примем такой же, как и при прямоточном движении теплоносителей t 2к = 40°C.
∆t н ср = 95 - 40 = 55;
∆t к ср = 50 - 20 = 30
∆t ср = 55 - 30 / ln(55/30) = 41,3°C
Задача 2.
Используя условия задачи 1 определить требуемую поверхность теплообмена (F) и расход охлаждающей воды (G). Расход горячего продукта G = 15000 кг/ч, его теплоемкость С = 3430 Дж/кг·град (0,8 ккал·кг·град). Охлаждающая вода имеет следующие значения: теплоемкость с = 4080 Дж/кг·град (1 ккал·кг·град), коэффициент теплопередачи k = 290 Вт/м 2 ·град (250 ккал/м 2 *град).
Решение: Используя уравнение теплового баланса, получим выражение для определения теплового потока при нагревании холодного теплоносителя:
Q = Q гт = Q хт
откуда: Q = Q гт = GC (t 1н - t 1к) = (15000/3600)·3430·(95 - 50) = 643125 Вт
Принимая t 2к = 40°C, найдем расход холодного теплоносителя:
G = Q/ c(t 2к - t 2н) = 643125/ 4080(40 - 20) = 7,9 кг/сек = 28 500 кг/ч
Требуемая поверхность теплообмена
при прямотоке:
F = Q/k·∆t ср = 643125/ 290·32,3 = 69 м 2
при противотоке:
F = Q/k·∆t ср = 643125/ 290·41,3 = 54 м 2
Задача 3
На производстве осуществляется транспорт газа по стальному трубопроводу наружным диаметром d 2 = 1500 мм, толщиной стенки δ 2 = 15 мм, теплопроводностью λ 2 = 55 Вт/м·град. Внутри трубопровод футерован шамотным кирпичом, толщина которого δ 1 = 85 мм, теплопроводность λ 1 = 0,91 Вт/м·град. Коэффициент теплоотдачи от газа к стенке α 1 = 12,7 Вт/м 2 ·град, от наружной поверхности стенки к воздуху α 2 = 17,3 Вт/м 2 ·град. Требуется найти коэффициент теплопередачи от газа к воздуху.
Решение: 1) Определим внутренний диаметр трубопровода:
d 1 = d 2 - 2·(δ 2 + δ 1) = 1500 - 2(15 + 85) = 1300 мм = 1,3 м
средний диаметр футеровки:
d 1 ср = 1300 + 85 = 1385 мм = 1,385 м
средний диаметр стенки трубопровода:
d 2 ср = 1500 - 15 = 1485 мм = 1,485 м
Рассчитаем коэффициент теплопередачи по формуле:
k = [(1/α 1)·(1/d 1) + (δ 1 /λ 1)·(1/d 1 ср)+(δ 2 /λ 2)·(1/d 2 ср)+(1/α 2)] -1 = [(1/12,7)·(1/1,3) + (0,085/0,91)·(1/1,385)+(0,015/55)·(1/1,485)+(1/17,3)] -1 = 5,4 Вт/м 2 ·град
Задача 4
В одноходовом кожухотрубчатом теплообменнике осуществляется подогрев метилового спирта водой с начальной температуры 20 до 45 °C. Поток воды охлаждается с температуры 100 до 45 °C. Трубный пучек теплообменника содержит 111 труб, диаметр одной трубы 25х2,5 мм. Скорость течения метилового спирта по трубкам 0,8 м/с (w). Коэффициент теплопередачи равен 400 Вт/м 2 ·град. Определить общую длину трубного пучка.
Определим среднюю разность температур теплоносителей как среднелогарифмическое.
∆t н ср = 95 - 45 = 50;
∆t к ср = 45 - 20 = 25
∆t ср = 45 + 20 / 2 = 32,5°C
Определим массовый расход метилового спирта.
G сп = n·0,785·d вн 2 ·w сп ·ρ сп = 111·0,785·0,02 2 ·0,8· = 21,8
ρ сп = 785 кг/ м 3 - плотность метилового спирта при 32,5°C найдена из справочной литературы.
Затем определим тепловой поток.
Q = G сп с сп (t к сп - t н сп) = 21,8·2520 (45 - 20) = 1,373·10 6 Вт
c сп = 2520 кг/ м 3 - теплоемкость метилового спирта при 32,5°C найдена из справочной литературы.
Определим требуемую поверхность теплообмена.
F = Q/ K∆t ср = 1,373·10 6 / (400·37,5) = 91,7 м 3
Вычислим общую длину трубного пучка по среднему диаметру труб.
L = F/ nπd ср = 91,7/ 111·3,14·0,0225 = 11,7 м.
Задача 5
Для нагрева потока 10-% раствора NaOH от температуры 40°C до 75°C используют пластинчатый теплообменный аппарат. Расход гидроксида натрия составляет 19000 кг/ч. В качестве нагревающего агента используется конденсат водяного пара, его расход составляет 16000 кг/ч, начальная температура 95°C. Принять коэффициент теплообмена равный 1400 Вт/м 2 ·град. Необходимо произвести расчет основных параметров пластинчатого теплообменного аппарата.
Решение: Найдем количество передаваемого тепла.
Q = G р с р (t к р - t н р) = 19000/3600 · 3860 (75 - 40) = 713 028 Вт
Из уравнения теплового баланса определим конечную температуру конденсата.
t к х = (Q·3600/G к с к) - 95 = (713028·3600)/(16000·4190) - 95 = 56,7°C
с р,к - теплоемкость раствора и конденсата найдены из справочных материалов.
Определение средних температур теплоносителей.
∆t н ср = 95 - 75 = 20;
∆t к ср = 56,7 - 40 = 16,7
∆t ср = 20 + 16,7 / 2 = 18,4°C
Определим сечение каналов, для расчета примем массовую скорость конденсата W к = 1500 кг/м 2 ·сек.
S = G/W = 16000/3600·1500 = 0,003 м 2
Принимая ширину канала b = 6 мм, найдем ширину спирали.
B = S/b = 0,003/ 0,006 = 0,5 м
Произведем уточнение сечения канала
S = B·b = 0,58·0,006 = 0,0035 м 2
и массовой скорости потоков
W р = G р /S = 19000/ 3600·0,0035 = 1508 кг/ м 3 ·сек
W к = G к /S = 16000/ 3600·0,0035 = 1270 кг/ м 3 ·сек
Определение поверхности теплообмена спирального теплообменника осуществляется следующим образом.
F = Q/K∆t ср = 713028/ (1400·18,4) = 27,7 м 2
Определим рабочую длину спирали
L = F/2B = 27,7/(2·0,58) = 23,8 м
t = b + δ = 6 + 5 = 11 мм
Для вычисления числа витков каждой спирали необходимо принять начальный диаметр спирали исходя из рекомендаций d = 200 мм.
N = (√(2L/πt)+x 2) - x = (√(2·23,8/3,14·0,011)+8,6 2) - 8,6 = 29,5
где х = 0,5 (d/t - 1) = 0,5 (200/11 - 1) = 8,6
Наружный диаметр спирали определяется следующим образом.
D = d + 2Nt + δ = 200 + 2·29,5·11 + 5 = 860 мм.
Задача 6
Определить гидравлическое сопротивление теплоносителей создаваемое в четырехходовом пластинчатом теплообменном аппарате с длиной каналов 0,9 м и эквивалентным диаметром 7,5 ·10 -3 при охлаждении бутилового спирта водой. Бутиловый спирт имеет следующие характеристики расход G = 2,5 кг/с, скорость движения W = 0,240 м/с и плотность ρ = 776 кг/м 3 (Критерий Рейнольдса Re = 1573 > 50). Охлаждающая вода имеет следующие характеристики расход G = 5 кг/с, скорость движения W = 0,175 м/с и плотность ρ = 995 кг/м 3 (Критерий Рейнольдса Re = 3101 > 50).
Решение: Определим коэффициент местного гидравлического сопротивления.
ζ бс = 15/Re 0,25 = 15/1573 0,25 = 2,38
ζ в = 15/Re 0,25 = 15/3101 0,25 = 2,01
Уточним скорость движения спирта и воды в штуцерах (примем d шт = 0,3м)
W шт = G бс /ρ бс 0,785d шт 2 = 2,5/776 ·0,785·0,3 2 = 0,05 м/с менее 2 м/с поэтому можно не учитывать.
W шт = G в /ρ в 0,785d шт 2 = 5/995 ·0,785·0,3 2 = 0,07 м/с менее 2 м/с поэтому можно не учитывать.
Определим значение гидравлического сопротивления для бутилового спирта и охлаждающей воды.
∆Р бс = хζ·(l /d ) · (ρ бс w 2 /2) = (4·2,38·0,9/ 0,0075)·(776·0,240 2 /2) = 25532 Па
∆Р в = хζ·(l /d ) · (ρ в w 2 /2) = (4·2,01·0,9/ 0,0075)·(995·0,175 2 /2) = 14699 Па.
Подробности
Как правильно сделать , на что в первую очередь надо полагаться чтобы, среди множества предложений, произвести качественный ?
На этой странице мы дадим несколько рекомендаций, прислушавшись к которым вы приблизитесь к тому, чтобы сделать правильный .
В первую очередь по формуле , в которой участвует объем охлаждаемой жидкости; изменение температуры жидкости, которое надо обеспечить охладителем; теплоемкость жидкости; ну и конечно время за которое этот объем жидкости надо охладить - определяется мощность охлаждения:
Формула охлаждения, т.е. формула вычисления необходимой холодопроизводительности:
Q = G*(Т1- Т2)*C рж *pж / 3600
Q – холодопроизводительность, кВт/час
G - объёмный расход охлаждаемой жидкости, м 3 /час
Т2 - конечная температура охлаждаемой жидкости, о С
Т1 - начальная температура охлаждаемой жидкости, о С
C рж -удельная теплоёмкость охлаждаемой жидкости, кДж / (кг* о С)
pж - плотность охлаждаемой жидкости, кг/м 3
* Для воды C рж *pж = 4,2
По данной формуле определяется необходимая мощность охлаждения и она является основной при выборе чиллера.
1 кВт = 860 кКал/час
1 кКал/час = 4,19 кДж
1 кВт = 3,4121 кБТУ/час
Для того, чтобы произвести подбор чиллера - очень важно выполнить правильное составление технического задания на расчет чиллера, в котором участвуют не только параметры самого водоохладителя, но и данные о его размещении и условии его совместной работы с потребителем. На основании выполненных вычислений можно - выбрать чиллер.
Не нужно забывать про то, в каком регионе Вы находитесь. Например, расчет для города Москва будет отличаться от расчета для города Мурманск так как максимальные температуры двух данных городов отличается.
П о таблицам параметров водоохлаждающих машин делаем первый выбор чиллера и знакомимся с его характеристиками. Далее, имея на руках основные характеристики выбранной машины, такие как: - холодопроизводительность чиллера , потребляемая им электрическая мощность, есть ли в его составе гидромодуль и его - подача и напор жидкости, объём проходящего через охладитель воздуха (который нагревается) в куб.метрах в секунду - Вы сможете проверить возможность установки охладителя воды на выделенной площадке. После того, как предполагаемый охладитель воды удовлетворит требованиям технического задания и вероятнее всего сможет работать на подготовленной для него площадке рекомендуем обратиться к специалистам, которые проверят Ваш выбор.
Основные требования к месту будущей установки охладителя воды и схемы его работы с потребителем :
Программа подбора чиллера
К сведению: даёт только приближённое понимание о необходимой модели охладителя и соответствия его техническому заданию. Далее необходима проверка расчетов специалистом. При этом Вы можете ориентироваться на полученную в результате расчетов стоимость +/- 30% (в случаях с низкотемпературными моделями охладителей жидкости - указанная цифра ещё больше) . Оптимальная модель и стоимость будут определены только после проверки расчетов и сопоставления характеристик разных моделей и производителей нашим специалистом.
Вы можете сделать обратившись к нашему онлайн консультанту, который быстро и технически обоснованно даст ответ на Ваш вопрос. Также консультант может выполнить исходя из кратко написанных параметров технического задания расчет чиллера онлайн и дать приблизительно подходящую по параметрам модель.
Расчеты, произведённые не специалистом часто приводят к тому, что выбранный водоохладитель не соответствует в полной мере ожидаемым результатам.
Компания Питер Холод специализируется на комплексных решениях по обеспечению промышленных предприятий оборудованием, которое полностью удовлетворяет требования технического задания на поставку системы водоохлаждения. Мы производим сбор информации для наполнения технического задания, расчет холодопроизводительности чиллера, определение оптимально подходящего охладителя воды, проверку с выдачей рекомендаций по его установке на выделенной площадке, расчет и комплектацию всех дополнительных элементов для работы машины в системе с потребителем (расчет бака аккумулятора, гидромодуля, дополнительных, при необходимости теплообменников, трубопроводов и запирающей и регулирующей арматуры).
Накопив многолетний опыт расчетов и последующих внедрений систем охлаждения воды на различные предприятия мы обладаем знаниями, по решению любых стандартных и далеко не стандартных задач связанных с многочисленными особенностями установки на предприятие охладителей жидкости, объединения их с технологическими линиями, настройке специфических параметров работы оборудования.
Самым оптимальный и точный и соответственно определение модели водоохладителя можно сделать очень быстро, позвонив или послав заявку инженеру нашей компании.
Т смеш = (М1*С1*Т1+М2*С2*Т2) / (С1*M1+С2*М2)
Т смеш – температура смешанной жидкости, о С
М1 – масса 1-ой жидкости, кг
C1 - удельная теплоёмкость 1-ой жидкости, кДж/(кг* о С)
Т1 - температура 1-ой жидкости, о С
М2 – масса 2-ой жидкости, кг
C2 - удельная теплоёмкость 2-ой жидкости, кДж/(кг* о С)
Т2 - температура 2-ой жидкости, о С
Данная формула используется, если применяется аккумулирующая емкость в системе охлаждения, нагрузка непостоянна по времени и температуре (чаще всего при расчете необходимой мощности охлаждения автоклав и реакторов)
|
