Состояние
вещества
|
Номер
точки
|
Температура,
t,
0С
|
Давление,
Р,
МПа
|
Концентрация,
x,
кг/кг
|
Энтальпия,
i, кДж/кг
|
Жидкая
фаза, влажный пар
|
После
кипятильника
|
2
|
130
|
1,75
|
0,275
|
381,29
|
На
выходе из абсорбера
|
4
|
30
|
0,15
|
0,36
|
-104,75
|
Слабый
раствор после теплообменника
|
3
|
60
|
1,75
|
0,275
|
50,28
|
На
выходе из конденсатора
|
6
|
45
|
1,75
|
0,98
|
201,12
|
После
испарителя
|
8
|
-8
|
0,15
|
0,98
|
1139,68
|
Крепкий
раствор после теплообменника
|
5
|
0,15
|
0,36
|
186,33
|
Крепкий
раствор после насоса
|
40
|
30
|
1,75
|
0,36
|
-104,75
|
Паровая фаза
|
Равновесная
с крепким раствором (и флегмой) в кипятильнике
|
1´
|
79
|
1,75
|
0,98
|
1416,22
|
Равновесная
со слабым раствором в кипятильнике
|
2´
|
130
|
1,75
|
0,875
|
1696,95
|
В
конце процесса кипения в испарителе
|
8´
|
-8
|
0,15
|
0,999
|
1265,38
|
После
ректификатора (равновесная жидкости средней концентрации в колонне)
|
1
|
79
|
1,75
|
0,91
|
1634,1
|
3. Определение
тепловых нагрузок аппаратов и расходов энергоносителей
Для вычисления тепловых потоков аппаратов машины
определяются следующие величины:
кратность циркуляции:
,(3.1)
флегмовое число:
,(3.2)
Уравнение теплового баланса установки в
обозначениях, указанных на рис. 1, 2, имеет вид:
, кДж/кг(3.3)
В тепловом балансе условно не учитывается работа
насоса на сжатие жидкости (перешедшая в тепло) вследствие ее незначительной
величины.
Теплота, отводимая в дефлегматоре водой:
, кДж/кг(3.4)
Энтальпия крепкого раствора после
теплообменника:
, кДж/кг(3.5)
Теплота, отдаваемая слабым раствором в
теплообменнике:
, кДж/кг(3.6)
, кДж/кг
Теплота, затрачиваемая в кипятильнике:
(3.7)
Теплота, отдаваемая в конденсаторе:
(3.8)
Теплота, отдаваемая в абсорбере:
(3.9)
Теплота, подведенная в испарителе:
(3.10)
Холодильный коэффициент абсорбционной машины:
(3.11)
Количество хладоагента, проходящее в системе
конденсатор - испаритель:
Количество раствора, поступившего в кипятильник:
(3.13)
Тепло, подведенное в испарителе и генераторе
соответственно: Qо
= 600 кВт (по заданию);
, кВт(3.14)
Теплопроизводительность аппаратов:
· конденсатора,
, кВт(3.15)
· абсорбера,
, кВт(3.16)
· дефлегматора
, кВт(3.17)
4.
Расчет и выбор основного и вспомогательного оборудования АХМ
Абсорбционные водоаммиачные холодильные машины в
настоящее время серийно не выпускаются и изготавливаются отдельными партиями, в
основном для типовых технологических линий в химической промышленности. В
соответствии с утвержденным ОСТ 26.03 - 286 - 77 условное обозначение этих
машин включает наименование (АВХМ), холодопроизводительность (в тыс. ккал/ч),
температуру кипения в испарителе, исполнение генератора в зависимости от
греющего источника (I - водяной
пар, II - горячая
вода, III -
парогазовые смеси), указание способа охлаждения конденсатора водой (К) или
воздухом (В).
Аппараты абсорбционной машины по принципу
действия делят на затопленные и пленочные (оросительные). Конструктивно
аппараты выполняются вертикальными и горизонтальными кожухотрубными,
кожухозмеевиковыми, элементными и двухтрубными.
.1 Кипятильник - генератор
Назначением генератора является выпаривание
хладоагента из крепкого водоаммиачного раствора.
Тепловая нагрузка генератора определяется из
предыдущего расчета.
Среднюю разность температур между греющим паром
и раствором можно определить как
(4.1)
Приняв коэффициент теплопередачи между раствором
и греющим паром определяют
поверхность теплообмена кипятильника
(4.2)
Расход пара на кипятильник
(4.3)
где -
теплота парообразования греющего пара при давлении.
.2 Дефлегматор
Конструктивно аппарат может быть выполнен
горизонтальным кожухотрубным, элементным, кожухозмеевиковым или двухтрубным.
Главным критерием выбора конструкции дефлегматора является осуществление в нем
противотока между водоаммиачным паром и охлаждающей средой (водой или холодным
крепким раствором). Немаловажную роль в эффективности теплообмена играет
скорость движения сред, которая для пара не должна быть ниже 1…1,5 м/с, а для
охлаждающей среды не ниже 0,4…0,5 м/с. В то же время, во избежание уноса флегмы
в конденсатор, скорость пара не должна превышать 2,5 м/с. Для свободного слива
флегмы в ректификационную колонну дефлегматор должен быть установлен выше
колонны.
Тепловая нагрузка аппарата определяется из
предыдущих расчетов т
Средняя разность температур
(4.4)
где и
-
соответственно температура охлаждающей воды на входе и выходе из дефлегматора,
°C.
Поверхность теплообмена дефлегматора можно
определить по упрощенному расчету, задавшись определенным значением
коэффициента теплопередачи
(4.5)
4.3 Абсорбер
По принципу действия абсорберы делятся на
затопленные барботажные и пленочные. По конструкции они бывают кожухотрубные,
змеевиковые, элементные и двухтрубные. Поверхность
теплообмена абсорбера может быть определена по уравнению теплопередачи при
известной тепловой нагрузке аппарата ,
рассчитанном температурном напоре и коэффициенте теплопередачи
Средняя разность температур определяется по
формуле
,
(4.6)
абсорбционный
холодильный вентиляторный градирня
Определим поверхность теплообмена абсорбера
(4.7)
4.4 Испаритель
В абсорбционных водоаммиачных холодильных
машинах возможно использование аммиачных испарителей компрессорных машин.
Особенностью работы аппарата является необходимость отвода флегмы, которая
непрерывно накапливается в испарителе вследствие того, что в него поступает не
чистый хладоагент. Поскольку в
испарителе отсутствует загрязнение маслом, коэффициент теплопередачи в нем
выше, чем в таком же аппарате компрессорной холодильной машины.
Принципиальный
вид аммиачного кожухотрубного испарителя приведен на рисунке 3.
Рисунок 3 - Аммиачный кожухотрубный испаритель
затопленный: 1 - сухопарник, 2 -
трубы, 3 - корпус, 4 - отстойник, 5, 6 - крышки
В качестве хладоносителя используем водный
раствор хлористого кальция, концентрация которого определяется из условия
незамерзания раствора до температур, на 7 - 10 ниже
.
Температура начала затвердевания раствора
(4.8)
Выбираем раствор концентрацией соли (масс.),
,
плотностью при 15, равной
Находим средний температурный напор в испарителе
(4.9)
Средняя температура хладоносителя в испарителе
(4.10)
Коэффициент теплопередачи аммиачных
кожухотрубных испарителей колеблется в пределах 250 - 580 Вт/(м²К),
в зависимости от плотности, температуры и скорости хладоносителя. Для данных
условий примем ориентировочно К = 307 Вт/(м²К),
тогда плотность теплового потока равна
, Вт/м²(4.11)
(4.12)
Подбираем аппарат типа 250ИТГ с площадью
поверхности теплообмена аппарата 273 .
Определяем массовый расход хладоносителя.
(4.13)
Определяем объемный расход воды.
(4.14)
Рассчитаем удельный тепловой поток на
испаритель.
(4.15)
Коэффициент теплоотдачи со стороны аммиака
определяется по формуле Кружилина.
,(4.16)
где А- коэффициент принимаемый равным 4,02 для
аммиака.
Скорость хладоносителя в трубном пространстве
определяется по следующей формуле:
(4.17)
Определяем коэффициент теплоотдачи со стороны
хладоносителя.
,(4.18)
где В - поправочный коэффициент.
Определим термическое сопротивление слоя масла и
стенки.
(4.19)
где -
толщина слоя масла на трубах; -
толщина стенки трубы; -
теплопроводность масла; -
теплопроводность стальных трубок.
Определяем полное термическое сопротивление
(4.20)
Коэффициент теплопередачи определяем по формуле
(4.21)
Тогда площадь поверхности испарителя будет равна
(4.22)
Сопоставляем и
(4.23)
Полученные значения отвечают данному условию.
Расчет закончен. Принимаем
испаритель 250ИТГ с площадью поверхности теплообмена аппарата 273м2.
Количество трубок 616, диаметр трубок и толщина стенки составляет 38х3,5мм.
4.5 Конденсатор
Поверхность теплообмена аппаратов (испарителя и
конденсатора) определяется из теплового конструктивного расчета, который
выполняется как для обычного кожухотрубного теплообменника.
В качестве конденсаторов в абсорбционных
водоаммиачных машинах применяются аппараты тех же конструкций, что и в
компрессорных машинах: горизонтальные кожухотрубные, кожухозмеевиковые,
оросительные, испарительные и конденсаторы воздушного охлаждения.
Число ходов кожухотрубных аппаратов, как
правило, четное и не превышает восьми.
Тепловая нагрузка в конденсаторе составляет
Средняя разность температур в конденсаторе
определяется по формуле
(4.24)
Коэффициент теплоотдачи в конденсаторе =
500 Вт/(м2К).
Определим ориентировочную поверхность
теплообмена конденсатора
(4.25)
Принимается конденсатор марки КТГ-125, с
площадью поверхности 120 м².
Количество трубок в конденсаторе n
= 386.
5. Выбор водоохлаждающего устройства
Для охлаждения циркуляционной воды применяются
градирни следующие устройства: брызгальные бассейны с форсунками(охлаждающие
пруды),Открытые башенные градирни с естественным продуванием воздуха,
вентиляторные градирни.
Брызгальные бассейны применяются для крупных
холодильных установок с большим количеством циркулирующей воды.
Для теплового конструкторского расчета
охладителя должны быть заданны следующие величины:
ü гидравлическая нагрузка, Gж,
кг/с или м3/с;
ü тепловая нагрузка Q,
Вт, или ширина зоны охлаждения
(5.1)
ü параметры наружного воздуха:
температура и относительная
влажность = 59%.
5.1 Определение тепловой нагрузки
Охлаждающая вода используется в дефлегматоре,
конденсаторе и абсорбере.
Тепловая нагрузка составляет:
ü дефлегматор
ü конденсатор
ü абсорбер
Общая нагрузка:
(5.2)
5.2 Определение гидравлической нагрузки
Расход воды определяется по формуле:
(5.3)
где -
ширина зоны охлаждения, ; -
теплоемкость воды при средней температуре 4,19 кДж/(кг·К).
(5.4)
Расход воды составит:
ü на дефлегматор
ü на конденсатор
ü на абсорбер
Общий расход воды составит
Объемный расход воды
(5.5)
где -
плотность воды при
5.3 Расчет вентиляторной градирни
По температуре наружного воздуха и относительной
влажности определем:
Рисунок 4 - распределение потоков
влагосодержания и энтальпии воздуха
Расход воздуха на градирню определяется из
уравнения теплового баланса градирни
(5.6)
где -
тепловая нагрузка градирни, кВт; Св - теплоемкость воды, кДж/(кг*К);
-
коэффициент, принимаемый равным 0,96
Влагосодержание воздуха поступающего в градирню
(5.7)
где В - барометрическое давление, Па;
- давление
насыщенного водяного пара при температуре ,
Па
Температура воздуха на выходе из градирни при
относительной влажности воздуха = 100% определяется
(5.8)
где -
упругость пара при температурах воды =
38
и =
23,
;
- парциальное
давление водяного пара в воздухе при температурах ,
Па;
(5.9)
где -
упругость пара при средней температуре охлаждаемой и охлажденной воды,
Па
Решение уравнения (5.8) производится подбором ,
расчетом и
построением графика/расчет/=f(принятое).
Точка пересечения полученной кривой и прямой линии, проходящей под углом 450
к осям, определит искомое значение .
(5.10)
Рисунок 5 - Соотношение принятого значения и
расчетного
Теоретический относительный расход воздуха через
градирню равен
(5.11)
где -
доля тепла воспринятая воздухом
(5.12)
(5.13)
(5.14)
Теоретический расход воздуха
(5.15)
В приближенных расчетах действительный расход
воздуха принимают равным теоретическому.
Поверхность охлаждения
(5.16)
где -
коэффициент массоотдачи, отнесенный к разности парциальных давлений, ;
Для определения используем
формулу
(5.17)
(5.18)
где -
коэффициент диффузии, отнесенный к градиенту парциального давления.
, (5.19)
где Т - абсолютная средняя температура в
градирне
- эквивалентный
диаметр канала
м(5.21)
где
- расстояние между
щитами, принимаем 0,05 м
,n
- коэффициенты в критериальном уравнении, которые выбираются в зависимости от
режима движения
(5.22)
где -
коэффициент кинематической вязкости воздуха при средней температуре
, м/с(5.23)
- скорость
воздуха, м/с;
- скорость
жидкостной пленки, м/с;
Принимаем
(5.24)
- величина
удельной гидравлической нагрузки на 1 погонный метр каждой стороны щитов;
- плотность
воздуха при средней температуре
Следовательно
(5.25)
(5.26)
(5.27)
(5.28)
Тогда поверхность охлаждения будет равна
.4 Определение основных размеров оросителя
Проходное сечение для воздуха
(5.29)
где -
расход воздуха по тепловому расчету , кг/с
Общая высота оросителя(щитов)
(5.30)
где -
коэффициент, учитывающий влияние неравномерности распределения воды и воздуха,
принимается равным 1,1-1,3
Активная площадь оросителя при щитовой
конструкции
(5.31)
где -
коэффициент, учитывающий площадь, занятую под стойками, колоннами и другими
элементами строительной конструкции принимают 1,1-1,2
5.5 Аэродинамический расчет градирни
Аэродинамическое сопротивление градирни
(5.32)
Расход воздуха проходящего через градирню
(5.33)
Для вентиляторной градирни определяем мощность,
потребляемую вентилятором в расчетном режиме
(5.34)
- число
вентиляторов;
- КПД вентилятора
с редуктором и приводным электродвигателем, 0,6-0,75.
Заключение
В результате проделанной работы были выполнены
расчет процесса холода на диаграмме,
определение тепловых нагрузок аппаратов. Было выбрано основное и
вспомогательное оборудования АХМ. Произведен выбор водоохлаждающего устройства.
Принимаем испаритель 250ИТГ с площадью
поверхности теплообмена аппарата 273м2. Количество трубок 616,
диаметр трубок и толщина стенки составляет 38х3,5мм.
В качестве водоохлаждающего устройства выбрана
вентиляторная градирня.
Список используемых источников
1. Расчет и выбор оборудования
абсорбционных холодильных установок. Методические указания к выполнению
курсовой работы по дисциплине "Энергетические комплексы промышленных
предприятий". СГТУ: Саратов 2001.
2. Розенфельд Л.М., Ткачев
А.Г., Гуревич Е.С. Примеры и расчеты холодильных машин и аппаратов.
Государственное издательство торговой литературы. Москва 1960.
. Кочетков Н.Д., Холодильная
техника. Издательство "машиностроение". Москва. 1966.
. Павлов К.Ф., Романков П.Г.,
Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической
технологии. Л.: Химия.1979.
. Борисов Г.С., Брыков В.П.,
Дытнерский Ю.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.:Химия
1991.
. Чернобыльский И.И., Машины
и аппараты химических производств. М.:Машиностроение.1975
. Расчет водоохлаждающих
устройств. Методические указания по выполнению курсовой работы.
Саратов:СГТУ.1979