Холод

2Примеры

Пр и м е р 1. В холодильной установке, работающей на фреоне – 12,

осуществляется сухой цикл без переохлаждения конденсата. Температура хладагента в холодильной камере при испарении минус 20ОС, а при конденсации 20ОС. Холодопроизводительность установки 30 МДж/ч. Определить давления конденсации и испарения, холодильный коэффициент, расход хладагента (кг/ч), теоретическую мощность двигателя компрессора, а также теоретически максимальный холодильный коэффициент и теоретически минимальную мощность двигателя компрессора (для обратного цикла Карно). Изобразить цикл в lgP – i, T– s и Р – v координатах.

Р е ш е н и е.

Изображение сухого цикла без переохлаждения конденсата в T – s координатах представлено на рисунке 6.

1.По диаграмме (см. рисунок А.4 Приложения) определим по темпе-

ратуре конденсации tК=20ОС давление конденсации РК=0,56 МПа (линию сухого насыщенного пара х=1 при температуре 20ОС пересекает изобара 0,56 МПа).

Определим по диаграмме энтальпии хладагента в узловых точках. Для точки 1, находящейся на пересечении изотермы минус 20ОС (горизонтальная линия) и верхней пограничной кривой (линии сухого насыщенного пара х=1), i1=563 кДж/кг. Для точки 2, находящейся на пересечении адиабаты (вертикальной линии), проходящей через точку 1, и изобары РК=0,56 МПа, i2=587 кДж/кг.

Для точки 4, находящейся на пересечении изобары РК=0,56 МПа (в области влажного пара она совпадает с изотермой tК=20ОС) и нижней пограничной кри-

вой х=0, i4=438 кДж/кг.

2.Холодильный коэффициент

i1 i4 563 438 5,21.

3. Удельная холодопроизводительность

qO = i1 – i4 = 563 – 438 = 125 кДж/кг.

4. Расход хладагента

11

П р и м е р 2. Холодильная установка, работающая на фреоне 22, производит 500 кг/час льда с температурой 10ОС из воды с температурой 10ОС. Давление хладагента в испарителе 0,2 МПа, температура конденсации 38ОС, температура пара перед компрессором минус 10ОС. Конденсат хладагента переохлаждается на 15К. Определить холодопроизводительность установки, расход хладагента, холодильный коэффициент, теоретическую мощность двигателя компрессора, расход воды подаваемой в теплообменник – конденсатор при ее нагреве от 15ОС до 25ОС. Определить также температуру и давление в узловых точках цикла. Изобразить цикл в lgP – i, T– s и Р – v координатах.

Р е ш е н и е.

1. Удельная теплота образования льда

qЛ = сВ tВ + Л – сЛ tЛ = 4,19 10 + 334 – 2,1 (– 10)=397 кДж/кг.

Холодопроизводительность

QО = mЛ qЛ = 500 396,9 55,1 кВт. 3600

2. По диаграмме (см. рисунок А.5 Приложения) определим по температуре конденсации tК = 38ОС давление конденсации РК = 1,5 МПа; по давлению испарения РИ = 0,2 МПа температуру испарения tИ = –26ОС = 247К.

Поскольку температура хладагента перед компрессором (t1 = –10ОС) больше температуры испарения, то в холодильной установке осуществляется цикл с перегревом пара перед компрессором, а также, согласно условию, с переохлаждением конденсата.

Изображение цикла в lgP – i координатах представлено на рисунке 13. По диаграмме определим: для точки 1, находящейся на пересечении изо-

бары РИ = 0,2 МПа (горизонтальная линия) и изотермы t1 = –10ОС (штрихпунктирная линия), i1 = 625 кДж/кг; для точки 2, находящейся на пересечении изобары РК = 1,5 МПа (горизонтальная линия) и адиабаты s = 5,02 кДж/(кг К) (наклонная линия), проходящей через точку 1, i2 =680 кДж/кг, t2 = 92ОС; для точки 4, находящейся на пересечении изобары РК =1,5 МПа (горизонтальная линия) и

изотермы t4 = tК – tпер = 38 –15 = 23ОС, i4 = 450 кДж/кг. (Поскольку в области жидкости изотермы практически вертикальные, то вместо изобары можно воспользоваться нижней пограничной кривой х = 0).

Давления и температуры в узловых точках цикла приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Давления и температуры в узловых точках цикла

13

Рисунок 13 – Цикл в lgР–i координатах (к примеру 2)

3.Холодильный коэффициент

i1 i4 625 450 3,18.

4. Удельная холодопроизводительность

qO = i1 – i4 = 625 – 450 = 175 кДж/кг.

5. Расход хладагента

6. Теоретическая мощность двигателя компрессора

N = mX lЗ = mX (i2 – i1) = 0,315 (680–625) = 17,3 кВт,

или иначе

N=QО 55,1 17,3кВт.

3,18

14

15

3Задачи

За д а ч а 1. В холодильной установке осуществляется сухой цикл без переохлаждения конденсата. Температура хладагента при испарении минус 10ОС, при конденсации 35 ОС. Холодопроизводительность установки 96 кВт. Для различных хладагентов (аммиака, фреона 12, фреона 22) определить эффективность установки (холодильный коэффициент), расход хладагента, теоретическую мощность двигателя компрессора, давления в конденсаторе и испарителе. Определить также теоретически максимальный холодильный коэффициент.

За д а ч а 2. В холодильной установке, работающей на фреоне 22, осуществляется сухой цикл с переохлаждением хладагента до 20 ОС. Холодопроизводительность установки 120 кВт, температура конденсации 30 ОС. Определить изменения холодильного коэффициента, расхода хладагента и теоретической

мощности двигателя компрессора при изменении температуры испарения с минус 5ОС до минус 20ОС.

За д а ч а 3. В холодильной установке, работающей на фреоне 12 без переохлаждения конденсата, температура хладагента при испарении минус 20 ОС, при конденсации 30 ОС. Влажность хладагента перед компрессором 1%. Холодопроизводительность установки 160 кВт. Определить давления испарения и конденсации, холодильный коэффициент, расход хладагента, теоретическую мощность двигателя компрессора, расход воды, подаваемой в конденсатор, при

еенагреве на 15 К. Изобразить цикл в lgP – i, Т – s и P – v координатах.

За д а ч а 4. В холодильной установке, работающей на фреоне 22, давле-

ние в испарителе 0,15 МПа, в конденсаторе 1,0 МПа. Температура хладагента перед компрессором минус 20 ОС. Холодопроизводительность установки, работающей без переохлаждения конденсата, 90 кВт. Определить холодильный коэффициент, расход хладагента, теоретическую мощность двигателя компрессора, а также температуру воды на выходе из конденсатора, если расход воды

5 кг/с, а начальная температура воды 10 ОС. Изобразить цикл в lgP – i, Т – s и P – v координатах.

За д а ч а 5. Аммиачная холодильная установка производит 400 кг/ч льда

стемпературой минус 5 ОС из воды с температурой 15 ОС. В установке осуще-

ствляется сухой цикл с переохлаждением конденсата на 10 К. Температура хладагента при испарении минус 20ОС, при конденсации 30ОС. Определить давления испарения и конденсации, холодопроизводительность установки, расход хладагента, холодильный коэффициент, теоретическую мощность двигателя компрессора. Изобразить цикл в lgP – i, Т – s и P – v координатах.

16

Литература

1Техническая термодинамика /Под ред. В. И. Крутова. М.: Высш. шк., 1991. 384 с.

2Кириллин В. А., Сычев В. В., Шейндлин А. Е. Техническая термодинамика. М.: Энергоатомиздат, 1983. 416 с.

3Романков П. Г., Носков А. А. Сборник расчетных диаграмм по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Л.: Химия, 1977. 24 с.

4Романков П. Г., Курочкина М. И. Расчетные диаграммы и номограммы по курсу «Процессы и аппараты химической промышленности». Л.: Химия, 1985. 56 с.

17

Приложение А

(справочное)

Диаграммы состояния хладагентов

18