Примеры выполнения задач, по определению параметров холодильных процессов

Задача 1. Определить холодильный коэффициент компрессионной холодильной установки, работающей по циклу Карно, если температура в испарителе –23 °С, а в конденсаторе 27 °С.

Решение. По формуле (6.6) получаем:

Задача 2. Вычислить теоретическую мощность, затрачиваемую холодильной установкой, работающей по циклу Карно и отводящей в 1 с 17400 Дж, при – 19 °С (температура испарения). Температура конденсации 15 °С.

Решение. Холодильный коэффициент:

Теоретическая мощность:

кВт.

Задача 3. Найти минимальную (для цикла Карно) теоретическую мощность компрессора, аммиачной холодильной установки и расход воды в конденсаторе при выработке в 1 ч 500 кг льда из воды, имеющей температуру 0 °С. Аммиак кипит при –7 °С, а конденсируется при 20 ^оС. Вода в конденсаторе нагревается от 10 до 15 °С

Решение. Теплота, выделяющаяся при замерзании воды:

Вт,

где 339,1∙10³ Дж/кг – удельная теплота замерзания воды.

Мощность компрессора (за вычетом работы изоэнтропического расширения):

Вт.

Расход теплоты, отводимой водой в конденсаторе:

Вт = 51,9 кВт.

Задача 4. Определить удельную холодопроизводительность и объемный расход фреона (R-12), поступающего в компрессор, при следующих условиях: температура испарения t₀ = –30 °С, температура конденсации t_к = 25 °С и температура переохлаждения t_П = 20 °С. Холодопроизводительность установки Q₀ = 25 кВт.

Решение. Расчет выполняем с помощью диаграммы для фреона 12, рис.П.4.7., приложение 4, как показано в примере на рис. 23. Согласно значению t₀ = – 30 °С проводят линию 5 — 1 и определяют давление испарения р₀ = 0,1 МПа. По t_К = 25 °С проводят линию 3' — 2' и определяют давление конденсации р_к = 0,66 МПа. Затем из точки 1 при S = const проводят до пересечения с изобарой р_к = 0,06 МПа линию 1 — 2, соответствующую сжатию паров хладагента в компрессоре. Отрезок 2—2' соответствует процессу охлаждения перегретого пара в конденсаторе до t_{нас .} а отрезок 2' — 3' — конденсации пара. Переохлаждение жидкости после конденсатора изображается линией 3' — 3 (точка 3 определяется по заданной температуре переохлаждения t_П = 20 °С). Далее проводят линию дросселирования 3—4 при = const до пересечения с изобарой р₀. Полученный отрезок 4 — 1 характеризует процесс испарения хладагента при t₀ = const.

Рис. 23. Пример холодильного цикла к задаче 4

На диаграмме находят энтальпии в основных точках цикла и удельный объем пара в точке 1: = 538 кДж/кг; = 573 кДж/кг; = 419 кДж/кг и u = 0,16 м³/кг.

Удельная холодопроизводительность R-12:

q_{0 =} = 533 - 419 = 119 кДж/кг.

Массовый расход хладагента по формуле (6.7) будет

G = 25/119 = 0,21 кг/с.

Объемный расход хладагента по формуле (6.8) составит

V = 0,21∙0,16 = 0,034 м³/с.

Задача 5. С помощью холодильной машины охлаждается 1000 л/ ч виноградного сока от 30 до 0 °С. Холодильный агент в испарителе кипит при температуре – 12 °С, конденсируется в конденсаторе при 30 °С. Машина работает по циклу Карно. Вода в конденсаторе нагревается от 20 до 25 °С. Определить теоретические затраты энергии N_Т и расход охлаждающей воды G_B.

Решение. Теплота, отдаваемая соком холодильному агенту, определяется по формуле:

По справочнику для виноградного сока находят удельную теплоемкость сока с_с = 3800 Дж/(кг∙К), плотность сока =1050 кг/м³.

Масса охлаждаемого сока:

кг/с.

Теплота, отдаваемая соком при охлаждении:

Вт.

Холодильный коэффициент:

Затраты энергии определяются по формуле (6.12):

Вт.

Теплота, отводимая в конденсаторе:

Q_K=Q₀ + N_T;

Q_K = 32300 + 5170 = 37470 Вт.

Расход воды в конденсаторе по формуле (6.11):

кг/ с,

где удельная теплоемкость воды с_в = 4187 Дж/(кг∙К).

Объемный расход воды:

Задача 6. Машина работает по циклу Карно при температуре кипения холодильного агента – 8 °С, температуре конденсации 27 °С. Вода в конденсаторе нагревается на 6 °С. Найти затраты энергии и расход охлаждающей воды G_B в конденсаторе холодильной машины для получения в час 400 кг льда из воды, имеющей температуру 12 °С.

Решение. Количество теплоты, отнимаемое от воды при замораживании:

Найдем по табл.П.2.1., приложения 2, удельную теплоемкость воды: с = 4187 Дж/(кг∙К); удельную теплоту замерзания воды r_з = 339100 Дж/кг.

Количество теплоты, отнимаемое от воды,

Вт.

Холодильный коэффициент:

Затраты энергии на заморажвание:

Вт.

Тепловая нагрузка конденсатора:

;

Вт.

Расход охлаждающей воды (кг/с) в конденсаторе определяем по формуле (8.11):

Задача 7. Аммиачная холодильная машина имеет холодопроизводительность 30000 Вт при температуре кипения хладагента – 15 °С, температуре конденсации 30 °С. В конденсаторе жидкий холодильный агент переохлаждается до 25 °С, в компрессор из испарителя поступает сухой насыщенный пар. Определить: холодильный коэффициент ; количество циркулирующего аммиака G; теоретическую мощность компрессора , тепловую нагрузку конденсатора .

Решение. По заданным параметрам строят цикл в диаграмме lg р—i для аммиака (рис. П.4.9., приложение 4), пример выполнения на (рис. 24).

Рис. 24. Пример построения холодильного цикла к задаче 7

По таблице термодинамических свойств аммиака (табл. П.2.7. приложения 2) и по диаграмме Р - i для аммиака (рис.П.4.9, приложение 4), определяют:

а) давление в испарителе и конденсаторе: р₀ = 235,3 кПа (2,4 кгс/см²); р_к = 1166,7 кПа (11,9 кгс/см²);

б) энтальпию и температуру пара в конце сжатия (точка 2): i₂ = 1890 кДж/кг, t₂ = 98 °С;

в) энтальпию сухого насыщенного пара, засасываемого компрессором (точка 1): i₁ = 1660 кДж/кг;

г) энтальпию переохлажденного жидкого аммиака (точка 5) i₅ = 536 кДж/кг;

д) плотность засасываемого пара (в точке 1): = 1,966 кг/м³.

Затем рассчитывают:

а) удельную холодопроизводительность аммиака:

q₀ =

б) удельную теоретическую работу сжатия в компрессоре:

в) теплоту, отдаваемую 1 кг аммиака в конденсаторе:

q_к=

г) холодильный коэффициент цикла:

;

д) количество циркулирующего аммиака в системе:

е) объем пара аммиака, засасываемого компрессором:

,

ж) теоретическую мощность компрессора:

з) тепловую нагрузку на конденсатор:

Задача 7. Аммиачная холодильная машина имеет холодопроизводительность 30 кВт при температуре кипения хладагента –15 °С, температуре конденсации 30 °С; в конденсаторе II (рис.25) жидкий холодильный агент переохлаждается до 25 °С. Из испарителя V отсасывается сухой насыщенный пар, проходит теплообменный аппарат III, где нагревается жидким аммиаком и поступает в компрессор I. Разность температур на «теплом» конце теплообменника 15 К. Схема машины и пример построения цикла работы в диаграмме lg р –i приведены на рис. 25. Определить: холодильный коэффициент ; количество циркулирующего аммиака G; тепловую нагрузку конденсатора Q_K.

Рис. 25. Схема и цикл паровой компрессионной машины:

I – компрессор, II – конденсатор, III – теплообменник, IV – регулирующий вентиль, V – испаритель

Решение. По таблице термодинамических свойств аммиака (табл. П.2.7. приложения 2) и по диаграмме Р - i для аммиака (рис.П.4.9, приложение 4) определяют:

а) давление в испарителе и в конденсаторе: р₀ = 0,24 МПа; р_к = 1,16 МПа;

б) энтальпию сухого насыщенного пара аммиака, выходящего из испарителя (точка 6): i ₆ = 1660 кДж/кг;

в) энтальпию переохлажденного жидкого аммиака, выходя­щего из конденсатора (точка 3): i₃ = 536 кДж/кг;

Рассчитывают:

а) температуру пара, выходящего из теплообменника и поступающего в компрессор (точка 1):

по условию = 15°C, откуда: °С; этой температуре соответствует i = 1700 кДж/кг;

б) энтальпию жидкого аммиака на выходе из теплообменника:

из теплового баланса имеем ,

откуда: ,

i ₄ = 536—1700+1660 = 496 кДж/кг;

этой энтальпии соответствует температура t = 16,5 °С (находим по диаграмме lg р –i для аммиака (рис.П.4.9, приложение 4));

в) энтальпию и температуру пара в конце сжатия (точка 2):

i₂ = 1960 кДж/кг; t₂ = 130 °C;

г) удельную холодопроизводительность:

д) удельную теоретическую работу компрессора:

кДж/кг;

ж) холодильный коэффициент цикла:

з) количество циркулирующего в системе аммиака:

кг/с;

и) теоретическая мощность компрессора:

кВт;

к) тепловую нагрузку конденсатора:

6.1.2. Контрольные задачи для закрепления знаний.

1. Вычислить холодильный коэффициент и работу, необходимую для получения 10000 кДж холода в идеальной компрессионной холодильной машине при температуре испарения и температуре .

Ответ: =6,87; L = 1456 кДж.

2. Построить на диаграмме lg p – i для аммиака (рис.П.4.9, приложение 4) цикл аммиачной холодильной машины при следующих условиях: температура испарения , температура конденсации и температуры переохлаждения . Определить энтальпии аммиака в основных точках цикла.

Ответ: =1640, =1884, =490, = 490 кДж/кг.

3. Вычислить холодильный коэффициент и мощность, потребляемую холодильной установкой, работающей по циклу Карно, если ее холодопроизводительность Q = 6400 Вт при температуре испарения . Температура конденсации .

Ответ: = 8,22; = 0,78 кВт.

4. В конденсаторе аммиачной холодильной установки нагревается 20 воды на 6 . Теоретическая мощность, затрачиваемая компрессором, равна 23,5 кВт. Определить холодопроизводительность установки и холодильный коэффициент.

Ответ: Q = 116,5 кВт; = 4,96. ((табл. П.2.7. приложения 2) и по диаграмме Р - i для аммиака (рис.П.4.9, приложение 4)

5. Определить объемный часовой расход аммиака, поступающего в компрессор, если холодопроизводительность установки Q = 58,2 кВт, температура конденсации , температура испарения . Цикл сухой, без переохлаждения.

Ответ: =99,5

6. Вычислить холодильный коэффициент холодильной машины, работающей по циклу Карно, если температура кипения холодильного агента – 20 , температура конденсации 20 .

Ответ:

7. Холодильная паровая компрессионная машина работает по циклу Карно. Определить: теоретические затраты энергии; расход воды в конденсаторе, если вода в нем нагревается от 20 до 25 . Расчет сделать для 2-х вариантов работы: холодопроизводительность 50 и 75 кВт, температура конденсации 30 и 35 .

Ответ: 1) N = 8,75 кВт; 2) N = 22 кВт;

8. Холодильная машина работает по циклу Карно. Условия работы машины: температура кипения холодильного агента –20 , температура конденсации 30 , расход воды в конденсаторе 25 , температура воды на входе в конденсатор 19 , на выходе 24 . Определить: затраты энергии, холодопроизводительность, холодильный коэффициент. (Использовать приложение)

Ответ: N = 24 кВт,

9. В конденсаторе аммиачной холодильной машины 20 охлаждающей жидкости (воды) нагревается на 6 . Теоретическая мощность компрессора составляет 24 кВт. Определить: холодопроизводительность, холодильный коэффициент. (табл. П.2.7. приложения 2) и по диаграмме Р - i для аммиака (рис.П.4.9, приложение 4))

Ответ:

10. Паровая компрессионная холодильная машина работает при температуре кипения холодильного агента , температуре конденсации . В компрессор поступает сухой насыщенный пар холодильного агента. Определить холодильный коэфициент температуру пара на выходе из компрессора . Расчет сделать для 2-х вариантов работы машины: 1) фреон 12, 2) аммиак. (табл. П.2.7. приложения 2) и по диаграмме Р - i для аммиака (рис.П.4.9, приложение 4)

Ответ: 1) 2)

11. Аммиачная паровая компрессионная машина имеет холодопроизводительность 100000 Вт при температуре кипения холодильного агента – 15 и температуре конденсации 30 . Температура жидкого аммиака перед регулирующим вентилем 25 . Из испарителя в компрессор поступает сухой насыщенный пар. Определить затраты энергии количество циркулирующего в системе аммиака G; расход воды в конденсаторе при нагреве ее в нем от 20 до 25 . (табл. П.2.7. приложения 2) и по диаграмме Р - i для аммиака (рис.П.4.9, приложение 4)

Ответ:

12. В испарителе компрессионной холодильной машины кипит фреон 12 при температуре – 20 , в конденсаторе конденсируется при 30 и переохлаждается до 25 . Определить параметры холодильного агента после компрессора (), перед регулирующим вентилем () и холодильный коэффициент для 2-х режимов работы: 1) в компрессор из испарителя поступает сухой насыщенный пар; 2) в компрессор поступает пар, перегретый на 20 ; перегрев происходит в теплообменнике за счет теплообмена с жидким фреоном, поступающим из конденсатора. (табл. П.2.7. приложения 2) и по диаграмме Р - i для аммиака (рис.П.4.9, приложение 4)

Ответ: 1)

2)

13. Фреоновая холодильная машина используется для получения 500 кг/ч холодной воды температурой 1 ; начальная температура воды 16 . Фреон кипит в испарителе при - 8 , конденсируется при 43 , переохлаждается до 40 . Охлаждающий воздух в конденсаторе нагревается от 30 до 35 . Определить расход воздуха, подаваемого для охлаждения конденсатора.

Ответ:

Список литературы

1. Адрианов В. Н. Основы радиационного и сложного теплообмена. М.: Энергия, 1972. 464 с.

2. Блох А. Г. Основы теплообмена излучением. М. – Л.: Госэнергоиздат, 1962. 330с.

3. Беннетт К. О., Майерс Дж. Е., Гидродинамика, теплообмен и массообмен, пер. с англ., Изд. “Недра”, 1966.

4. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. 2-е изд. М.: Наука, 1972. 720 с.

5. Григорьев В. А., Крохин Ю. И. Тепло- и массообменные аппараты криогенной техники. М.: Энергоиздат, 1982. 312 с.

6. Гухман А. А. Применение теории подобности к исследованию процессов тепломасообмена. М.: Высшая школа, 1967. 303 с.

7. Жукаускас А. А. Конвективный перенос в теплообменниках. М.: Наука, 1982. 472 с.

8. Жучков П. А. тепломассообмен в процессах сушки и горения. Л.: ТИЦБП, 1973. 191 с.

9. Таубман Е. И. Выпаривание. – М.: Химия, 1982. 328 с.

10. Гинзбург А. С., Громов М. А., Красовская Г. И. Теплофизические характеристики пищевых продуктов. – М.: Пищевая промышленность, 1980.-288 с.

11. Касаткин А. Г., Основные процессы и аппараты химической технологии, 7-е изд., Госхимиздат, 1960.

12. Кочетков Н. Д. Холодильная техника. – Л.: Машиностроение, 1966.– 408 с.

13. Курылев Е. С., Герасимов Н. А. Холодильные установки. – Л.: Машиностроение, 1970. – 607 с.

14. Свердлов Г. З., Явнель В. К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и установок кондиционирования воздуха. – М.: Пищевая промышленность, 1972. – 382 с.

15. Стабников В. Н., Баранцев В. И. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. – 327 с.

16. Чернобыльский И. И. Выпарные установки. – Киев: Вища школа, 1970.

17. Чубник И. А., Маслов А. М. Справочник по теплофизическим константам пищевых продуктов и полуфабрикатов. – М.: Пищевая промышленность, 1965. – 156 с.

18. Курылев Е. С., Герасимов Н. А. Примеры, расчеты и лабораторные работы по холодильным установкам. – Л.: Машиностроение, 1971. – 256 с.

19. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – М.: Л. – Химия, 1981. – 630 с.

20. Плановский А. Н., Рамм В. М., Каган С. З., Процессы и аппараты химической технологии, 3-е изд., Госхимиздат, 1966.

21. Плановский А. Н., Николаев П. И., Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии, Гостоптехиздат, 1960.

22. Таубман Е. И. Выпаривание. – М.: Химия, 1982. 328 с.

23. Федоткин И. М., Ткаченко С. И. Теплодинамические процессы в выпарных аппаратах. – Киев: Техника, 1975. 212 с.

24. Циборовский Я., Основы процессов химической технологии, пер. с польск., Изд. “Химия”, 1967.

25. Теплофизические основы получения искусственного холода/Н. А. Бучко, Г. Н. Данилова и др.; под ред. И. М. Калнинь. – М.: Пищевая промышленность, 1980. – 231 с.

26. Сборник задач по термодинамике и теплопередаче/ А. В. Болгарский, В. И. Голдобеев, Н. С. Идиатуллин. М.: Высшая школа, 1972. 304 с.

27. Сборник задач по процессам теплообмена в пищевой и холодильной промышленности/ Г. Н. Данилова, В. Н. Филаткин, М. Г. Щербов, Н. А. Бучко. 2-е изд. М.: Пищевая промышленность, 1976. 240 с.

Дата добавления: 2015-07-11