Расчет и проектирование двухступенчатой фреоновой холодильной установки

МИНЕСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО “Полоцкий государственный  университет”

 

 

 

 

 

Кафедра химической

Техники

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

На тему: “ Расчет и  проектирование двухступенчатой фреоновой  холодильной установки”.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                                                                     студент гр. 02-МА

                                                                               Сыревич А.П.

 

Проверил:                                                                       Сафронова Е.В.

 

 

 

 

Новополоцк 2005

 

Содержание:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            1. Выбор температурного режима.

 

1.1)Назначаем температуру хладагента в испарителе:

°С.             (1.1)

1.2) Начальная температура воды:

 Расчетная температура  атмосферного воздуха находится  по среднемесячной температуре июля с учетом максимальных температур ([2],с.521):

  °С,       (1.2)

Расчетную относительную  влажность наружного воздуха  находим по расчетной температуре и влагосодержанию , определенному по среднемесячным значениям параметров атмосферного воздуха для июля(для Минска : °С, )% ([2],с.521 табл. XL), используя для этой цели диаграмму Рамзина (диаграмма I-x влажного воздуха) ([2],c.413). При кг/(кг с. в.) и имеем

Температура воды, охлаждённой  в градирне и подаваемой в конденсатор  холодильной машины:

°С, где                 (1.3)

- температура наружного воздуха  по мокрому термометру (по I-x диаграмме  при  °С и ); - температура охлаждения воды в вентилляторных градирнях (обычно в пределах 3,5-5°С); - коэффициент эффективности водоохлаждающего устройства (для вентилляторных градирен 0,75-0,85).

1.3) Конечная температура воды:

°С.                         (1.4)

1.4) Температура конденсации хладагента:

°С.                                           (1.5)

1.5) Температура переохлаждения хладагента:

°С °С.   (1.6)

Данные по тепловому  режиму сводим в таблицу 1

                                                                                      Таблица 1

	-25°С.
	35°С.
	30°С.

 

2. Построение холодильного цикла,  расчёт хладопроизводительности, определение параметров хладагента в узловых точках цикла.

 

2.1) По температурам испарения и конденсации хладагента на диаграмме i-p для фреона-12 находим давления испарения и конденсации:

°С ат 

°С ат

Промежуточное давление:

                                    (2.1)

где, - давление паров хладагента в испарителе;

- давление паров хладагента  в конденсаторе.

 

Таблица характеристических точек рабочего цикла.

                                                                                                                  Таблица 2

№	p , Па	t,°С	i, кДж/кг	v, м /кг	Агрегатное состояние
1	1,26	-25	555	0,14	насыщенный пар
2	3,34	3	565,2	0,052	перегретый пар
3	3,34	3	560,1	0,05	насыщенный пар
4	8,858	37,5	592,8	0,025	перегретый пар
4'	8,858	35	586,3	0,023	насыщенный пар
5	8,858	35	454		жидкость
5'	8,858	30	450		переохлажденная жидкость
6	3,34	3	450		парожидкостное
7	3,34	3	423,2		жидкость
8	1,26	-25	423,2		парожидкостное

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2)Аналогично строим для стандартного цикла ( °С, °С, °С):

Таблица  характеристических точек стандартного цикла            Таблица 3.                                                                                                               

№	p , Па	t,°С	i, кДж/кг	v, м³/кг	Агрегатное состояние
9	1,8	-15	566,9	0,086	насыщенный пар
10	7,5	40	593,7		перегретый пар
10'	7,5	30	526,6		насыщенный пар
11	7,5	30	448,3		жидкость
11'	7,5	25	440,1		переохлажденная жидкость
12	1,8	-15	440,1		парожидкостное

 

3. Определение расхода хладагента  и электроэнергии.

3.1) Расход хладагента в первой ступени:

Рабочая холодопроизводительность:

,          (3.1)

где - расход рассола, кг/ч; кДж/(кгК) ([2], с.521 табл.LII) - теплоёмкость рассола NaCl при     (3.2)

 

 где,  - рабочая хладопроизводительность.

– энтальпия 1-ой и 8-ой узловых точек.

 

3.2) Расход хладагента во второй ступени:

 Определяется из  уравнения теплового баланса  промежуточного сосуда:

                 (3.4)

3.3)Расход электроэнергии включает  расход на привод компрессора НД, компрессора ВД и привод насоса подачи рассола в испаритель:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Подбор компрессоров

4.1) Компрессор низкого давления.

а) Стандартная холодопроизводительность:

([2],c.444),          (4.1)

где - хладопроизводительность для рабочего цикла, кДж; -  объемные холодопроизводительности для стандартного и рабочего цикла соответственно, кДж/м ; - коэффициенты подачи компрессора для стандартного и рабочего циклов соответственно.

кДж/м ;   (4.2)

Удельная массовая хладопроизводительность  в стандартном цикле:

   кДж/м ,        (4.3)

   - удельные объёмы хладагента на входе в компрессор в рабочем и стандартном цикле соответственно.

 

Отсюда находим  коэффициенты подачи компрессоров для фреона-12 в зависимости от степеней сжатия([1], рис.12.3):

 

 

     (4.4)

 

(4.5)

 

 

 

 

 

 

 

По формуле (4.1) найдем:

 кВт.

б) Требуемая мощность:

,              (4.6)

где - изоэнтропная теоретическая работа компрессора, кДж; - КПД компрессора.

 кВт;    (4.7)

,   (4.8)

где - индикаторный КПД при ([1],рис.12.4); - механический КПД; - КПД передачи; - КПД двигателя.

По формуле (4.6) найдем:

 кВт.

Определим установочную мощность компрессора

          (4.9)

кВт.

-коэф. запаса мощности ([2],таб.2.1);

По справочнику Промышленная теплоэнергетика и теплотехника под ред. Григорьева В.А., Зорина В.М. выбираем компрессор (т.4, с.250 табл. 5.4):

Технические характеристики компрессора низкого давления .       

                                                                                                                               Таблица 4

Типоразмер (марка)	Хладопроизводительность, кВт	Габариты, мм			Масса, кг	Мощность электродвигате-ля, кВт
		длина	ширина	высота
ФУ-175 П	204	1370	1315	1115	1200	72

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2)Компрессор высокого давления.

а) Объём описываемый  поршнем:

,                 (4.10)

где - расход хладагента во второй ступени кДж ; - удельный объём хладагента на входе во второй компрессор 1/ ; - коэффициент подачи компрессора:

                 (4.11)

По формуле (4.10) найдем:

 м /с.

б) Требуемая мощность:

      (4.12)

По формуле (4.8) найдем:

;

 кВт.

Определим установочную мощность компрессора

По формуле (4.9) найдем:

 кВт.

=1,2;

По справочнику Холодильные  компрессоры под ред. Быкова А.В. выбираем компрессор (с.54 табл. 1-10):

Технические характеристики компрессора низкого давления .       

                                                                                                                             Таблица 5

Марка компрессора	Объём, описываемый поршнем, м / с	Габариты, мм			Масса, кг	Мощность электродвигателя,  кВт
		длина	ширина	высота
ФУУ-350П	0,106	1370	1315	1115	1200	110

 

 

5. Расчёт и подбор испарителя

Охлаждения рассола NaCl осуществляется в кожухотрубчатом  испарителе с паровым пространством. В межтрубное пространство испарителя подаётся холодильный агент – фреон -22 при температуре  °С. В трубное пространство, с температурой °С поступает рассол, который на выходе имеет температуру °С.

Тепловая нагрузка на испаритель:

 

 

 

 

 

(5.1)

 кВт.      

Средний температурный  напор в испарителе([1],ф.12.14):

               (5.2)

°С. 

Средняя температура  рассола в испарителе:

По формуле (3.2) найдем:

°C

Ориентировочно принимаем  коэффициент теплопередачи  Вт/м К ([1], c.360).

Ориентировочное значение поверхности теплопередачи испарителя:

      (5.3)

м .

По ГОСТ 14248-79 подбираем  кожухотрубчатый испаритель с паровым  пространством:([[1], с.59 табл.2.10)

Параметры кожухотрубчатого испарителя сводим в таблицу

Таблица 6

Диаметр кожуха D,мм	600
Диаметр труб d, мм	25х2
Общее число труб n, шт	240
Число ходов, z	2
Длина труб l, м	3
Поверхность теплообмена F, м	57

 

 

Уточнённый расчёт.

Рассчитываем коэффициент  теплоотдачи для рассола, движущегося  по трубному пространству испарителя. Критерий Рейнольдса:

,       (5.4)

где - расход рассола, кг/с;  - внутренний диаметр трубок, м; - число трубок; μ - динамический коэффициент вязкости рассола при температуре °С.

 ламинарный режим

При ламинарном режиме течения  жидкости в прямых трубах круглого сечения рекомендуется пользоваться формулой Михеева для определения Нусельта([2], c.188):

,       (5.5)

где - коэффициент, который зависит от отношения ;

([2], табл. 4.4)

Примем  °С, тогда °С

 

Критерий Грасгофа:

                  (5.6)

 По формуле (5.5) найдем критерий Нусельта:

           (5.7)

где  - коэф. теплопроводности для NaCl;

 Вт/м К.

Теплофизические свойства рассола NaCl взяты в литературе [3] c.146, 148 при  °С.

Коэффициент теплоотдачи от кипящего фреона к трубе ([1], с. 54):

,        (5.8)

где ρ пара – плотность паров  фреона-12 при К - температура кипения фреона; q- удельная тепловая нагрузка, рассчитываемая по формуле для случая кипения в большом объёме:

(5.9)

кг/м

                                         (5.10)

где -поверхностное натяжение жидкости.

 Вт/м .

Подставим все известные данные в формулу (5.8).

 Вт/м К.

Теплофизические свойства фреона-12 взяты в литературе [3]  табл.36 при

Определяем коэффициент теплопередачи  по уравнению аддитивности:

,     (5.11)

где Σrзагр - сумма термических  сопротивлений загрязнений,(м К/Вт)([2], с.506 табл.XXXI); δ- толщина стенки трубок, м; λ- коэффициент теплопроводности стали, Вт/м К ([2], с.504 табл. XXVIII).

По формуле (5.11) найдем:

Вт/м К.

Определяем плотность  теплового потока в зоне испарения фреона:

         (5.12) 
Вт/м .

Вычисляем ориентировочные  значения температур стенки со сторон обоих теплоносителей:

                                 (5.13)

°С;

       (5.14)

°С

°С;

 Поскольку  , то:

 °С; (5.15)

 °С. (5.16)

Введём поправку в  коэффициент теплопередачи, определив  точное значение :

;

                        (5.17)

Вт/м К.

Определяем коэффициент  теплопередачи по формуле (5.11):

= Вт/м К.

Поверхность теплопередачи определяем по формуле (5.3):

 м2.

По ГОСТ 14248-79 выбираем испаритель с параметрами([1], с.59 табл. 2.10):

Параметры кожухотрубчатого испарителя сводим в таблицу

Таблица 7

Диаметр кожуха D,мм	600
Диаметр труб d, мм	25 2
Общее число труб n, шт	240
Число ходов, z	2
Длина труб l, м	4
Поверхность теплообмена F, м	75