Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
курсова / ªãàᮢ  / Davydyuk2013_2_formatA4.doc
Скачиваний:
141
Добавлен:
23.02.2016
Размер:
2.48 Mб
Скачать

Рис. 13.5. Двохступінчаста компресійна холодильна машина:

І – випаровувач; ІІ – циліндр високого тиску; ІІІ – холодильник; IV – посудина-розділювач; V – циліндр високого тиску; VІ – конденсатор;

Vіі, vііі – регулюючі вентилі

У двоступінчастій компресійній холодильній машині (рис. 13.5) пари холодильного агента за тиску р засмоктуються з випаровувача І, стискуються компресором низького тиску ІІ до деякого проміжного тиску р1 і через холодильник ІІІ надходять до посудини-розділювача ІV, де вони барботують через шар киплячого холодильного агента. При цьому внаслідок часткового випаровування рідини пари охолоджуються до температури насичення, відділяються від рідини та у насиченому стані засмоктуються у циліндр високого тиску V. Далі вони стискуються до тиску р2 і надходять до конденсатора VІ. Рідина, що утворилася в результаті конденсації парів, проходить через дросельний вентиль VІІ, за допомогою якого відбувається її дроселювання до тиску р1. За цього тиску рідина надходить до посудини-розділювача ІV, де охолоджує пари, що надходять за такого ж тиску з холодильника ІІІ. Крім частини рідини, що випарувалась і яка приєдналася до парів, що надходять на стиснення до циліндра V, решта рідкого хладагента проходить через другий дросельний вентиль VІІІ, дроселюється до тиску р і надходить до випаровувача І, де віднімає тепло від охолоджуваного середовища. Пари, що виходять за тиску р, засмоктуються до циліндра ІІ.

У двоступінчастій холодильній машині ступені стиснення у циліндрах низького та високого тиску значно нижчі, ніж в одноступінчастій, тому об’ємний коефіцієнт корисної дії компресора відповідно вищий.

Як зазначалося вище, холодильний коефіцієнт не залежить від властивостей хладагента. Проте, розміри холодильної машини, конструкційний матеріал, з якого вона може бути виготовлена, і тиск за заданих умов роботи визначаються властивостями холодильного агента. Тому до речовин, що використовуються як холодильні агенти, висуваються ряд вимог:

1) висока критична температура, що забезпечує можливість кондесації парів хладагента у конденсаторі за допомогою природних охолоджуючих агентів (вода, повітря);

2) велика теплота випаровування для того, щоб зменшити витрату холодильного агента, необхідну для досягнення заданої холодопродуктивності;

3) якмога менший питомий об’єм парів холодильного агента за тиску та температури випаровування, що зумовлює зменшення розмірів холодильної машини;

4) тиск випаровування повинен бути дещо більший за атмосферний через те, що легше запобігти витокам холодильного агента, ніж підсмоктуванню повітря; підсмоктування повітря погіршує теплопередачу і вносить до системи водяну пару, яка може замерзати у випаровувачі та призводити до утворення хімічно активних сполук;

5) бажаний помірний тиск парів за температури конденсації для запобігання ускладнення конструкції та здорожчання апаратів і трубопроводів.

Водночас холодильний агент не повинен бути хімічно агресивним і здійснювати шкідливого впливу на організм людини; окрім того, він має бути безпечним у пожежному відношенні, а також доступним і недорогим.

Найбільше відповідають зазначеним вимогам аміак і фреони. Рідше як хладагент застосовують диоксид вуглецю, ще рідше – диоксид сірки та хлористий метил. Для отримання температур нижче за –70 °С використовують пропан, етан і етилен.

Перевагами аміаку як хладагента є: значна теплота пароутворення, невеликий надлишковий тиск його парів у випаровувачі та помірний тиск у конденсаторі. Водночас аміак горючий, отруйний, може утворювати з повітрям вибухонебезпечні суміші та здатний спричиняти корозію міді та її сплавів у присутності вологи.

Фреони (хладони) – фторхлорпохідні метана. У позначенні фреонів перша цифра вказує кількість атомів водню, а друга – кількість атомів фтору у молекулі фреону, причому перша цифра на одиницю більша за кількість атомів водню. Фреони мають невисокі тиски конденсації та випаровування, зазвичай нешкідливі, пожежо- та вибухобезпечні, а також не спричиняють корозії звичайних конструкційних матеріалів за робочих умов. До їх недоліків належать дуже низька в’язкість, що полегшує витоки хладагента, та відносно висока взаємна розчинність фреонів та змащуючих масел.

Диоксид вуглецю характеризується досить високою об’ємною холодопродуктивністю (віднесеною до 1 м3 парів хладагента), що забезпечує високу компактність циліндра компресора. Проте диоксид вуглецю має дуже низьку критичну температуру та високий тиск конденсації, що обмежує його використання як хладагента.

Суттєвим недоліком диоксиду сірки та хлористого метилу є низький (нижчий за атмосферний) тиск парів у випаровувачі. Окрім того, диоксид сірки має корозійні та токсичні властивості.

У промислових умовах холодильна установка зазвичай обслуговує кілька апаратів, для охолодження яких використовують проміжні хладоносії. Як проміжні хладоносії застосовують холодильні розсоли – водні розчини деяких солей, наприклад, хлориду натрію, хлориду кальцію або хлориду магнію, що замерзають за низьких температур. Холодильні розсоли за допомогою насоса циркулюють між випаровувачем холодильної машини, де вони охолоджуються, і апаратами – споживачами холоду, де вони віддають холод і самі нагріваються. Вибір розсолу та його концентрація залежать від потрібної температури охолодження, причому ця температура має бути вища з кріогідратну точку, що відповідає температурі замерзання розсолу.

На відміну від компресорних холодильних машин отримання холоду в абсорбційних машинах здійснюється не шляхом безпосередньої витрати механічної енергії, а за рахунок використання тепла невисокого потенціалу.

Дія абсорбційних холодильних машин базується на поглинанні (абсорбції) парів холодильного агента певним абсорбентом за тиску випаровування р0 і наступним його виділенні (за тиску конденсації р) шляхом нагрівання. Замість стиснення холодильного агента у компресорі, необхідного для подальшої його конденсації водою, тут для тієї ж мети використовуються виділення (десорбція) та відгонка холодильного агента з розчинника за надлишкового тиску.

В абсорбційних холодильних машинах найпоширенішим холодильним агентом є аміак, а поглиначем (абсорбентом) – вода. Як відомо, аміак добре розчинний у воді і цей розчин має температуру кипіння значно вищу за температуру кипіння самого аміака.

У водоаміачній абсорбційній холодильній машині (рис. 13.6) концентрований водно-аміачний розчин, що містить близько 50% аміаку, надходить до кип’ятильника І, працюючого за підвищеного тиску р для того, щоб пари аміаку, які відганяються з розчину, могли бути зконденсовані водою у поверхневому конденсаторі ІІ. Потім рідкий аміак проходить через вентиль ІІІ, дроселюється до тиску р0 (атмосферного або дещо нижчого) і при цьому частково випаровується й охолоджується. Суміш рідкого та газоподібного аміаку надходить до випаровувача ІV, де, випаровуючись, віднімає тепло від охолоджуваного середовища. Холодопродуктивність машини визначається кількістю тепла, що віднімається.

Рис. 13.6. Схема водно-аміачної абсорбційної холодильної машини:

І – кип’ятильник; ІІ – конденсатор; ІІІ, VІІ – регулюючі вентилі;

IV – випаровувач; V – абсорбер; VІ – теплообмінник; VІІІ – насос

Пари аміаку спрямовуються з випаровувача до абсорбера V, де вони поглинаються зрошуючим абсорбер слабким водноаміачним розчином, який надходить з кип’ятильника І. Для підвищення ступеня поглинання при абсорбції процес слід проводити за пониженої температури. Тому на шляху з кип’ятильника до абсорбера слабкий водноаміачний розчин охолоджується у теплообміннику VІ і потім (за рахунок часткового самовипаровування) при проходженні через вентиль (дросель) VІІ. Охолодження слабкого розчину у теплообміннику VІ проводиться холоднішим концентрованим розчином аміаку, що подається насосом VІІІ з абсорбера V через теплообмінник VІ на випаровування у кип’ятильник І. Тепло, що виділяється у абсорбері при поглинанні аміаку, відводиться (через стінку змійовика) охолоджуючою водою. Наявність теплообмінника VІ підвищує ефективність роботи установки, оскільки концентрований розчин надходить у кип’ятильник вже підігрітим і тому витрата тепла у ньому може бути зменшена.

У кип’ятильник І підводиться з теплоносієм (зазвичай гріючою глухою парою) тепло, необхідне для кипіння водноаміачного розчину та утворення парів хладагента. Це тепло еквівалентне роботі, яку необхідно витратити для перенесення тепла з нижчого рівня (від охолоджуваного середовища у випаровувачі ІV) на вищий рівень (охолоджуючій воді у конденсаторі ІІ), тобто для здійснення холодильного циклу. Для підвищення економічності установки на практиці випаровування водно-аміачного розчину у кип’ятильнику зазвичай доповнюють його ректифікацією у ректифікаційній колонні неперервної дії.

Якщо знехтувати втратами тепла у навколишнє середовище, то рівняння теплового балансу абсорбційної холодильної машини матиме вигляд:

, (13.10)

де Qк – тепло, що підводиться теплоносієм до водноаміачного розчину у кип’ятильнику; Q0 – тепло, що сприймається холодильним агентом (аміаком) від охолоджуваного середовища у випаровувачі (холодопродуктивність установки); Qконд – тепло, що відводиться охолоджуючою водою у конденсаторі; Qабс – тепло, що відводиться охолоджуючою водою в абсорбері.

Холодильний коефіцієнт в даній машині є відношенням холодопродуктивності до тепла, що передане водно-аміачному розчину у кип’ятильнику:

. (13.11)

Холодильний коефіцієнт абсорбційної машини менший за відповідний коефіцієнт для компресійної. Проте в абсорбційних холодильних машинах змість електричної енергії, споживаної компресором, витрачається тепло, яке може бути отримане при утилізації відпрацьованої пари, внаслідок чого використання абсорбційних машин у ряді випадків виявляється рентабельнішим за компресійні. Головний недолік абсорбційних холодильних машин – підвищена металоємність.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.