Процеси у холодильних машинах

Процеси в холодильних машинах - Лекція, розділ Інформатика, Теплообмінні процеси Для Штучного Охолодження Газів Застосовують Холодильні Машини: П.

Для штучного охолодження газів застосовують такі холодильні машини: паро-і газокомпресійні, абсорбційні, пароводяні, ежекторні та термоелектричні.

У холодильних машинах продукти можуть охолоджуватися безпосередньо холодоагентом або за допомогою проміжних охолоджувачів, які відводять теплоту від об'єктів охолодження, що знаходяться поза холодильною машиною, і віддають її холодоагенту.

При використанні охолоджувачів випарник холодильної машини розміщують в ємності, заповненої охолоджувачем-розсолом. В результаті випаровування холодоагенту розсіл охолоджується до заданої температури і насосом подається в загальний трубопровід, з якого розподіляється насосом по охолоджувальним елементам холодильника. Відпрацьований розсіл збирається в загальний трубопровід і знову надходить на охолодження в ємність.

Для охолодження до температур не нижче -15 ° С використовують розчин хлориду натрію.

Парокомпресійні машини. Принцип дії цих машин заснований на стисканні холодоагенту компресором та конденсації стисненого газу.

У холодильних машинах, що працюють з аміаком та хладонами, не потрібно створювати високий тиск. На відміну від аміаку хладони не мають подразнюючого носоглотку запаху та вибухобезпечні. Такі машини застосовують для охолодження до -80 °С.

Схема парокомпресійної машини представлена на рис. 4. Вона складається з компресораКм,конденсатора, дроселюючого вентиляВ,випарникаІ.Хладагент, що циркулює в машині (рис.5), стискається компресором до робочого тиску по адіабаті1—2до стану насичення і конденсується притемпературі Т в конденсаторі (лінія2-3),який охолоджується водою. Вода при цьому відводить від холодоагенту теплотуQ= Q0 + L. -4абоУ-4,якщо відсутнє переохолодження) і випаровується потім у випарнику при температуріТ0(лінія4-1)за рахунок теплотиQ0,відбирається від охолоджуваного об'єкта. Переохолодження холодоагенту сприяє збільшенню теплоти, що відводитьсяQ0.

Рис.4.Схема парокомпресійної холодильної машини:

Км- компресор; К-конденсатор;В-дроселюючий вентиль;І—випарник (стан холодоагенту в точках1. 4відображено на рис. 5 та рис. 6)

Вище описано процес зі стисненням в компресорі вологої пари, але у більшості випадків холодильні машини працюють зі стисненням сухої пари (рис.6). Процес адіабатичного стиснення пари в компресорі відбивається лінією1—2.Потім слідують охолодження перегрітої пари до стану насичення по ізобарі2—2',конденсація при температурі Т по ізотермі7— 3',переохолодженняЗ'—З,дроселювання по ізоентальпі3—4та випаровування по ізотермі4—1.

Рис.5. Цикл паракомпресійної холодильної машини зі стиском вологого газу в компресорі

Рис.6. Цикл паракомпресійної холодильної машини зі стисненням сухої пари

Зі порівняння наведених циклів роботи парокомпресійних машин випливає, що термодинамічний цикл з вологою парою ближче до циклу Карно і холодильний коефіцієнт для нього вище. Однак при стисканні вологої пари в компресорі виникає небезпека гідравлічного удару та знижується коефіцієнт подачікомпресора, що робить такий цикл менш вигідним у порівнянні з циклом стиснення сухої пари. Коефіцієнт подачі компресора, що залежить від ступеня стискур/р0,визначають на підставі експериментальних даних.

Питому холодопродуктивність (кДж/кг) можна з рис. 6:

(12)

а масова витрата холодоагенту, що циркулює в холодильній машині (кг/с) — за формулою

(13)

Рис.7. Схема газокомпресійної холодильної машини:

точках на діаграмі Т-s (див. рис.2)

Рис.8. Цикл газокомпресійної холодильної машини

Рис.9. Схема абсорбційної холодильної машини:

охолоджується водою в холодильнику від температуриТ2 до Т3 по ізобарі2—3, охолоджене повітря розширюється адіабатично в детандері, при цьому його температура знижується до Т4. З детандера повітря надходить у теплообмінник, в якому забирає на нижчому температурному рівні теплоту при постійному тиску по ізобарі4—1. Ці машини характеризуються підвищеною витратою енергії, їх застосовують тільки для створення температур нижче -100 °С.

Абсорбційні холодильні машини. У цих машинах холодоагентом служить водоаміачний розчин. Їх застосовують для охолодження до -60 °С.

Машина складається з кип'ятильника1, який обігрівається водяною парою, конденсатора2, охолоджуваної водою, дроселюючих вентилів3 , 8, випарника4, абсорбера 5, теплообмінника 7 та насоса6 (рис.9). У кип'ятильнику з водоаміачного розчину при нагріванні виділяється більша частина газоподібного аміаку, який під надлишковим тиском надходить у конденсатор, де охолоджується водоюконденсується за високої температуриТ. При конденсації аміак віддає теплотуQ охолоджувальній воді. Зріджений аміак дроселюється в дроселюючому вентилі3 (при цьому його тиск знижується) і випаровується у випарнику4, віднімаючи теплоту від середовища, що охолоджується на низький рівень Т0. Після випарника газоподібний аміак надходить в абсорбер, охолоджується та абсорбується водою. Отриманий висококонцентрований розчин подається насосом теплообмінник, де нагрівається, і потім в кип'ятильник. Частина аміаку (20 %), що не випарувалася, подається в теплообмінник і потім через дросельний вентиль надходить на зрошення в абсорбер. В результаті абсорбції газоподібного аміаку, що надходить з випарника, знову одержують концентрований водоаміачний розчин, що надходить у кип'ятильник, і процес повторюється. В абсорбційній холодильній машині функції компресора виконує термокомпресор, який складається з кип'ятильника, абсорбера та теплообмінника.

Кількість циркулюючого в машині водоаміачного розчину можна визначити з рівнянь матеріального балансу термокомпресора:

(15)

(16)

Пароводяні ежекторні холодильні машини. Тут холодоагент стискається в паровому ежекторі, а пара конденсується в конденсаторах змішування з водою або в поверхневих конденсаторах. Холодоносієм тут служать розсіл або чиста вода. За допомогою розсолів продукт охолоджується до -15 ° С, а за допомогою води до 5 ° С.

Схему пароводяної ежекторної холодильної машини наведено на рис. 10. Водяна пара високого тиску, що надходить в ежектор2, відсмоктує пар з випарника 1. В результаті цього тиск у випарнику знижується до 250. 500 Па і циркулюючий розсіл охолоджується до -10. +15" С. Охолодженийрозсіл відкачується насосом 5 і прямує на охолодження об'єктів. Водяна пара з ежектора надходить у конденсатор змішування3, де конденсується і відводиться у вигляді конденсату мокроповітряним насосом4.

У пароводяних ежекторних холодильних машин, що працюють на воді, високий холодильний коефіцієнт завдяки невеликій різниці температурних рівнів. Такі машини прості, надійні, компактні та зручні в експлуатації.

Рис.10. Схема пароводяної ежекторної холодильної машини:

1-випарник; 2-ежектор; 3-конденсатор змішування; 4,5-насоси