Процеси в чилъри
Процеси в хладилните машини - Лекция, раздел Информатика, Топлообменни процеси За изкуствено охлаждане на газовете се използват следните хладилни машини: П.
За изкуствено охлаждане на газове се използват следните хладилни машини: парни и газови компресионни, абсорбционни, пароводни, ежекторни и термоелектрически.
В хладилните машини продуктите могат да се охлаждат директно с хладилен агент или с помощта на междинни охладители, които отнемат топлината от охлаждащи обекти, разположени извън хладилната машина, и я предават на хладилния агент.
При използване на хладилни агенти, изпарителят на хладилната машина се поставя в съд, напълнен с хладилен агент-саламура. В резултат на изпарението на хладилния агент саламурата се охлажда до предварително определена температура и се изпомпва в общия тръбопровод, от който се разпределя от помпата към охлаждащите елементи на хладилника. Отработеният солен разтвор се събира в общ тръбопровод и се подава отново за охлаждане в контейнер.
За охлаждане до температури не по-ниски от -15 ° C се използва разтвор на натриев хлорид.
Машини за компресиране на пара. Принципът на работа на тези машини се основава на компресирането на хладилния агент от компресор и кондензацията на сгъстения газ.
При хладилни машини, работещи с амоняк и фреони, не се изисква създаване на високо налягане. За разлика от амоняка, фреоните нямат дразнеща миризма за назофаринкса и са взривобезопасни. Такива машини се използват за охлаждане до -80 °C.
Схемата на машината за компресиране на пара е показана на фиг. 4. Състои се от компресорKm,кондензатор, дроселиращ клапанB,изпарителI.Хладилният агент, циркулиращ в машината (фиг. 5), се компресира от компресора до работното налягане по адиабата1—2до състояние на насищане и кондензира притемпература Т в кондензатора (линия2-3),който се охлажда с вода. В същото време водата отнема топлината от хладилния агентQ= Q0 + L.След преохлаждане (линия3—3'), образуваната течност навлиза в дроселиращия клапан, където се дроселира по протежение на изоенталпа(3—4илиY—4,ако няма преохлаждане) и след това се изпарява в изпарителя при температураT0(ред4—1)за изчисляване на топлинатаQ0,, отведена от охладения обект. Преохлаждането на хладилния агент увеличава разсейването на топлинатаQ0.
Фиг.4.Схема на охладителя с парна компресия:
Km— компресор; K - кондензатор;B—дроселиращ клапан;I—изпарител
Процесът с компресия в компресора за мокра пара беше описан по-горе, но в повечето случаи хладилните машини работят със суха компресия на пара (фиг. 6). Процесът на адиабатно компресиране на парата в компресора се отразява от линията1—2.След това прегрятата пара се охлажда до насищане по изобарата2—2',кондензация при температура Т по изотермата7—3',преохлажданеЗ'—З,дроселиране по изоенталпа3—4и изпарение по изотермата4—1.
Фиг.5. Хладилен цикъл с компресия на пара с компресия на мокър газ в компресора
Фиг.6. Цикъл на охладителя с компресия на суха пара
От сравнението на горните цикли на работа на машини за компресиране на пара следва, че термодинамичният цикъл с мокра пара е по-близък до цикъла на Карно и коефициентът на ефективност за него е по-висок. Въпреки това, когато мократа пара се компресира в компресора, съществува риск от воден удар и намален дебит.компресор, което прави такъв цикъл по-малко изгоден в сравнение с цикъла на компресия със суха пара. Дебитът на компресора в зависимост от степента на компресияp/p0,се определя въз основа на експериментални данни.
Специфичният капацитет на охлаждане (kJ/kg) може да се определи от фиг. 6:
(12)
и масовия дебит на хладилния агент, циркулиращ в хладилната машина (kg / s) - по формулата
(13)
 |
Фиг.7. Диаграма на хладилна машина за компресиране на газ:
точки на T-s диаграмата (виж Фиг. 2)
Фиг.8. Цикъл на охладителя с компресия на газ
Фиг.9. Диаграма на абсорбционен охладител:
охладен с вода в хладилник от температураТ2 до Т3 по изобара2—3, охладеният въздух се разширява адиабатично в разширителя, като температурата му се понижава до Т4. От разширителя въздухът навлиза в топлообменника, в който отнема топлина при най-ниското температурно ниво при постоянно налягане по протежение на изобара4—1. Тези машини се характеризират с повишена консумация на енергия, те се използват само за създаване на температури под -100 ° C.
Абсорбционни хладилни машини. Хладилният агент, използван в тези машини, е разтвор на амоняк-вода. Използват се за охлаждане до -60 °C.
Машината се състои от котел1, който се нагрява с водна пара, кондензатор2, охлажда се с вода, дроселиращи вентили3, 8, изпарител4, абсорбатор 5, топлообменник 7 и помпа6 ( фиг.9). В котела от водно-амонячния разтвор при нагряване се отделя по-голямата част от газообразния амоняк, който под свръхналягане навлиза в кондензатора, където се охлажда с вода икондензира при висока температураT. Когато кондензира, амонякът отделя топлинаQ на охлаждащата вода. Втечненият амоняк се дроселира в дроселиращия клапан3 (в същото време налягането му намалява) и се изпарява в изпарителя4,, като отнема топлината от охладената среда при ниско ниво Т0. След изпарителя газообразният амоняк постъпва в абсорбера, охлажда се и се абсорбира от водата. Полученият силно концентриран разтвор се изпомпва в топлообменника, където се нагрява и след това в котела. Неизпарената част от амоняка (20%) се подава в топлообменника и след това през дроселната клапа постъпва в абсорбера за напояване. В резултат на абсорбцията на газообразен амоняк, идващ от изпарителя, отново се получава концентриран воден разтвор на амоняк, който влиза в котела и процесът се повтаря. При абсорбционната хладилна машина функциите на компресора се изпълняват от термокомпресор, който се състои от котел, абсорбер и топлообменник.
Количеството разтвор на амоняк-вода, циркулиращ в машината, може да се определи от уравненията на материалния баланс на термокомпресора:
(15)
(16)
Охладители с парен ежектор. Тук хладилният агент се компресира в парен ежектор и парата се кондензира в кондензатори за смесване на вода или повърхностни кондензатори. Студеният носител тук е саламура или чиста вода. С помощта на саламура продуктът се охлажда до -15 ° C, а с помощта на вода - до 5 ° C.
Схемата на пароводно-ежекторната хладилна машина е показана на фиг. 10. Водна пара под високо налягане, влизаща в ежектора2, изсмуква пара от изпарителя 1. В резултат на това налягането в изпарителя се намалява до 250.500 Pa и циркулиращият солен разтвор се охлажда до -10. +15 "С. Охладеносаламурата се изпомпва от помпа 5 и се изпраща за охлаждане на обектите. Водната пара от ежектора навлиза в смесителния кондензатор3, където се кондензира и отстранява като кондензат от помпа за мокър въздух4.
Ежекторните хладилни машини пара-вода, работещи с вода, имат висок коефициент на полезно действие поради малката разлика в температурните нива. Такива машини са прости, надеждни, компактни и лесни за използване.
Фиг.10. Схема на хладилна машина с пара-воден ежектор:
1-изпарител; 2-ежектор; 3-смесителен кондензатор; 4.5-помпи