Расчет системы холодоснабжения промышленного предприятия в г. Томск

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет системы холодоснабжения промышленного предприятия в г. Томск

Содержание

холодильный установка

Нормативные ссылки

Введение

1. Выбор расчетного температурного режима работы холодильной установки

2. Тепловой расчет холодильной машины и подбор компрессора

3. Пересчет заданной холодопроизводительности на стандартные условия

4. Тепловой расчет и подбор конденсатора

5. Тепловой расчет и подбор испарителя

6. Расчет теплопритоков в холодильную камеру

7. Расчет и подбор циркуляционных насосов

8. Расчет и подбор градирни

9. Эксергетический анализ работы холодильной установки

Заключение

Список использованных источников

Нормативные ссылки

В настоящем курсовом проекте использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 2.105-95 ЕСКДОбщие требования к текстовым документам.

ГОСТ 21.101-97 ЕСКДОсновные требования к рабочим чертежам.

ГОСТ 2.301-68 ЕСКДФорматы.

ГОСТ 2.302-68 ЕСКДМасштабы.

ГОСТ 2.303-68 ЕСКДЛинии.

ГОСТ 2.304-68 ЕСКДШрифты чертежные.

ГОСТ 2.305-68 ЕСКДИзображения, виды, разрезы, сечения.

ГОСТ 2.306-68 ЕСКДОбозначения графических материалов и правила их нанесения на чертежи.

ГОСТ 2.307-68 ЕСКДНаписание размеров и предельных отклонений.

ГОСТ 2.411-72 ЕСКДПравила выполнения чертежей трубопроводов.

ГОСТ 21.403-80 ЕСКДОбозначения условные, графические в схемах оборудования.

ГОСТ 2.791-74 ЕСКДОтстойники и фильтры.

ГОСТ 21.403-80 ЕСКДЭнергетическое оборудование.

ГОСТ 2.781-96 ЕСКДОбозначения условные и графические. Аппаратура распределительная, регулирующая, гидравлическая и пневматическая.

ГОСТ 2.782-96 ЕСКДОбозначения условные и графические, насосы и двигатели гидравлические и пневматические.

Введение

Впервые парокомпрессионная холодильная установка, работающая на парах эфира, была создана ещё в 1834 году. Затем в качестве хладоагентов в установках этого типа были использованы метиловый эфир и сернистый ангидрид. В 1874 году немецкий инженер К. Линде создал аммиачную, а в 1881 году - с двуокисью углерода парокомпрессионные установки. В 30-х годах нашего столетия в холодильной технике в качестве хладоагентов в парокомпрессионных установках были впервые использованы синтезированные в этот период фреоны.

В процессе работы всякой холодильной установки теплота отбирается из охлаждаемого объёма и сообщается среде с более высокой температурой.

Следовательно, результатом осуществления холодильного цикла является не только охлаждение теплоотдатчика, но и нагрев теплоприёмника.

Аммиак обеспечивает высокий холодильный цикл, но применение его ограничивается температурами конденсации не выше 55 °С и температурами перегретого пара после компрессора не выше 130 °С.

1. Определение температурного режима работы холодильной машины

1.Определим температуру кипения агента при рассольной системе охлаждения объекта

(1)

°С

2. Определим температуру рассола на выходе из испарителя

(2)

°С

3. Определим температуру рассола на входе в испаритель

(3)

°С

4. Температуру замерзания рассола примем

(4)

°С

Выбираем рассол - NH3

5. Температура воды оборотной системы водоснабжения выходящая из градирни и входящей в конденсатор

(5)

 - расчетная летняя температура наружного воздуха, °С

°С

6. Температура воды на выходе из конденсатора

Рекомендуемый подогрев воды в конденсаторе составляет °С, следовательно

(6)

°С

7. Температура конденсации хладоагента

(7)

°С

8. Температуры хладоагента в переохладителе

За конденсатором установлен регенеративный теплообменник, в котором поток аммиака выходящий из конденсатора переохлаждается аммиаком поступающим из испарителя, причем этот поток, поступающий на компрессора, перегревается.

(8)

(9)

°С°С

Таблица1. Параметры холодильного агента при заданных условиях

№ точки	t, °С	Р, кПа	I, кДж/кг	х, м3/кг	S, КДж/кг
11	-20	0,19	1658,5	0,6	9,07
1	-10	0,19	1675	0,615	9,14
2т	155	1.45	2075	0,14	9,3
2	135	1.45	1975	0,125	9,14
3	38	1.45	600	0,009	4,8
4	28	1.45	469	0,009	4,4
5	-20	0.19	469	0,07	4,4

Значения параметров точки 2 определяется по расчетному значению энтальпии

(10)

- КПД компрессорной машины

- действительная работа сжатия, кДж/кг(11)

кДж/кг

2. Тепловой расчет и подбор холодильного агрегата и подбор компрессора

1. Удельная массовая холодопроизводительность

(12)

кДж/кг

2. Удельная объемная холодопроизводительность

(13)

кДж/кг

3. Удельная тепловая нагрузка на конденсатор

(14)

кДж/кг

4. Удельная нагрузка переохладителя

(15)

кДж/кг

5. Работа компрессора в теоретическом (адиабатном) процессе сжатия

(16)

кДж/кг

6. Уравнение теплового баланса

(17)

7. Теоретический холодильный коэффициент

(18)

8. массовое количество циркулирующего хладоагента

(19)

кг/с

9. Действительный объем пара поступающий в компрессор

(20)

м3/с

10. Индикаторный коэффициент подачи компрессора

(21)

11. Коэффициент невидимых потерь для бескрейцкопфных компрессоров

(22)

12. Коэффициент подачи компрессора

(23)



13. Теоретическая объемная подача компрессора

(24)

м3/с

3. Пересчет заданной холодопроизводительности на стандартные условия

Стандартными условиями являются: температура кипения хладоагента t0 = - 15°С; температура конденсации tК = 30 °С.

1.Определим температуру кипения агента при рассольной системе охлаждения объекта

°С (25)

2. Определим температуру рассола на выходе из испарителя

(26)

°С

3. Определим температуру рассола на входе в испаритель

(27)

°С

4. Температуру замерзания рассола примем

(28)

°С

Выбираем рассол - NH3

5. Температура воды оборотной системы водоснабжения выходящая из градирни и входящей в конденсатор

(29)

- расчетная летняя температура наружного воздуха, °С°С

6. Температура воды на выходе из конденсатора

Рекомендуемый подогрев воды в конденсаторе составляет °С, следовательно

(30)

°С

7. Температура конденсации хладоагента

°С (31)

8. Температуры хладоагента в переохладители

За конденсатором установлен регенеративный теплообменник, в котором поток аммиака выходящий из конденсатора переохлаждается аммиаком поступающим из испарителя, причем этот поток, поступающий на всас компрессора, перегревается.

(32)

(33)

°С°С

Таблица 2. Пересчет заданной холодопроизводительности на стандартные условия

№ точки	t, °С	Р, кПа	I, кДж/кг	х, м3/кг	S, КДж/кг
11	-15	0.24	1663	0.38	9,0
1	-5	0.24	1680	0.58	9,14
2т	90	1.2	1913	0.15	9,1
2	130	1.2	1990	0.17	9,38
3	30	1.2	575	0.009	4,75
4	20	1.2	500	0.009	4,5
5	-15	0.24	500	0.06	4,5

- КПД компрессорной машины

- действительная работа сжатия, кДж/кг(34)

кДж/кг.

 (35)

кДж/кг (36)

кВт

1. Адиабатная мощность компрессора

(37)

кВт

2. Индикаторный КПД

(38)

- эмпирический коэффициент, для аммиачных бескрейцкопфных машин

3. Индикаторная мощность

(39)

кВт

4. Мощность трения

(40)

 - удельное давление трения, для аммиачных машин, кПа.

кВт

5. Эффективная мощность

(41)

Ne= 129,8 + 23,88= 153,7

6. Мощность на валу электродвигателя

(42)

- КПД передачи

кВт

7. Эффективная удельная холодопроизводительность или действительный холодильный коэффициент

(43)

Подбираем конкретный холодильный агрегат с запасом по производительности 10%.

2А350-7-1(0)производительность 0.245 м3/с *2 и резервный.

Мощность прив. 148кВт (2., стр.110)

Выбираем три компрессорных агрегата.

4. Тепловой расчет и подбор конденсатора

1. Тепловая нагрузка на конденсатор

(44)

К = 0,70…0,80 - коэффициент теплопередачи, кВт/м2К

Принимаем К = 0.8 кВт/м2К

- среднелогарифмическая разность температур

(45)

°С

м2

Запас по площади - 10%

(46)

м2

Окончательно принимаем м2

Выбираем 2 конденсатора КТГ-63 и резервный. [3.,стр.127]

Площадь поверхности - 67 м2

Z труб - 216

N ходов - 8

3. Расход охлаждающей воды

(47)

кг/с

Уточненный расчет конденсатора

1.число труб в одном ходу теплообменника

(48)

2. скорость воды

(49)

Данные из (1.,табл LI) (4)

- внутренний диаметр труб, м

- плотность воды, кг/м3

- динамический коэф. вязкости, Па.с

- коэф. теплопроводности, Вт/(м.К)

м/с

3. Число Рейнольдса

(50)



4. Число Прандтля

5. Число Нуссельта

(51)

6. Коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы

(52)

7. Коэффициент теплоотдачи от стенки к аммиаку

(53)

Данные из (1., табл LI)

- наружный диаметр труб, м

- плотность аммиака , кг/м3

- динамический коэф. вязкости, Па.с

- коэф. теплопроводности, Вт/(м.К)

8. Термическое сопротивление загрязненной стенки

(54)

- толщина стенки трубы, мм

- коэффициент теплопроводности стенки трубы, Вт/м.К (1.,стр 514)

9. Коэффициент теплопередачи

(55)

10. Погрешность

%

Т.к. погрешность меньше 15%, то конденсатор выбран верно.

5. Тепловой расчет и подбор испарителя

Предварительный расчет испарителя

1. холодопроизводительность испарителя

кВт (56)

k = 0,47 - коэффициент теплопередачи, кВт/м2К

2. Определение средней разности температур

(57)

3. Предварительная площадь поверхности испарителя

(58)

м2

Выбираем 2 испарителя марки ИТГ-63 F=68 м2 и резервный. (3., стр. 105)

Общее число труб Z = 216

Число ходов N=8

Площадь поверхности F = 136 м2

4. расход рассола

(59)

- теплоемкость рассола, кВт

- температура рассола на выходе из холодильной камеры, °С

- температура рассола на входе в холодильную камеру, °С

кг/с

Уточненный расчет испарителя

1.Число труб в одном ходу теплообменника

(60)

2. Скорость рассола

- внутренний диаметр труб, м

Физические константы рассола [1, табл. LI]

- плотность рассола, кг/м3

- динамический коэф. вязкости, Па.с

- коэф. теплопроводности, Вт/(м.К)

(61)

3. Число Рейнольдса

(62)

4. Число Прандтля

(63)

5. Число Нуссельта

(64)

отношение принимаем 0.93

6. Коэффициент теплоотдачи от рассола к стенки трубы

(65)

7. Коэффициент теплоотдачи от стенки к аммиаку

(66)

Данные из (1., табл. LI)

- коэф. теплопроводности, Вт/(м.К)

- кинематический коэффициент вязкости

- коэффициент поверхностного натяжения

(67)

Принимаем °С - температура стенки трубы

(57)

8. термическое сопротивление загрязненной стенки

(68)

- толщина стенки трубы, мм

- коэффициент теплопроводности стенки трубы, Вт/м.К

- коэффициент загрязнения со стороны рассола и аммиака

9. Коэффициент теплопередачи

(69)

Ошибка %

Т.к ошибка меньше 15%, то испаритель выбран верно.

6. Расчет теплопритоков в холодильную камеру

Принимаем высоту холодильной камеры h = 6 м, длину a = 24 м, ширину b = 18 м.

Теплопритоки через ограждающие конструкции

Теплопритоки через стены

1 2 3 4 5

Рисунок 1. Конструкция стен

Таблица 3. Конструкция стен

№ слоя	Наименование материала	Толщина , м	Коэффициент теплопроводности , Вт/(м.К)	Тепловое сопротивление ,
1	Штукатурка	0,020	0,98	0,020
2	Плиты из пенопласта полистерольного ПСБ-С.	0,05	0,05	1
3	Бетон на гравии и щебне.	0,14	1,86	0,075
4	Плиты теплоизолирующие из минеральной ваты.	0,004	0,3	0,013
5	Гидроизоляция.	0.01	0.09	0.11

Суммарное тепловое сопротивление

(70)

Коэффициент теплопередачи стены

(71)

Площадь стен

(72)

м2

Теплопритоки через стены

(73)

- температура наружного воздуха, °С

- температура воздуха внутри холодильной камеры, °С

Вт

Теплопритоки через полы

Рисунок 2. Конструкция пола

Таблица 4. Конструкция полов

№ слоя	Наименование материала		Толщина , м		Коэффициент теплопроводности , Вт/(м.К)	Тепловое сопротивление ,
1	Монолитное бетонное покрытие из бетона.		0,04		1,86	0,022
2	Стяжка из бетона по металлической сетке		0,04		1,86	0,022
3	Полистирол		0,15		0,05	3
4	Уплотненный песок		1,35		0,58	2,338
5	Цементно-песчанный раствор.		0,025		0,98	0,026

Суммарное тепловое сопротивление

Теплоприток через полы определяем суммированием теплопотерь через условные зоны шириной 2 м (рис. 3).

Рисунок 3. Разбивка на условные зоны

Теплопритоки через полы

i - номер зоны от 1 до 4

- условный коэффициент теплопередачи соответствующей зоны пола,

- 1 зона

- 2 зона

- 3 зона

- 4 зона

м2

м2

м2

м2

m - коэффициент, характеризующий относительное возрастание термического сопротивления пола

(76)

1 зона

Вт

2 зона

Вт

3 зона

Вт

4 зона

Вт

Суммарные теплопритоки через полы

(77)

Вт

Теплопритоки через потолок

Рисунок 4. Структура потолка

Таблица 5. Структура потолка

№ слоя	Наименование материала		Толщина , м	Коэффициент теплопроводности , Вт/(м.К)	Тепловое сопротивление ,
1	Железобетон		0,3	2,04	0,147
2	Изоляция		0,004	0,3	0,13
3	Блоки из пенопласта		0,3	0.14	2,14
4	Гидроизоляция		0,03	0,3	0,01
5 Рубероид	0,005	0,18	0,027

Суммарное тепловое сопротивление

(78)

Коэффициент теплопередачи потолка

(79)

Площадь потолка

(80)

м2

Теплопритоки через потолок

(81)

Вт

Теплопритоки через двери

Принимаем 2 двери:

1 - основная м

2 - запасная м

(82)

м2

м2

- коэффициент теплопередачи изолированных дверей,

Вт

Суммарные теплопритоки

(83)

Вт

Эксплуатационные теплопритоки

Теплопритоки от освещения

(84)

А = 2,3 - теплота выделяемая источником освещения, Вт/ м2

Вт

Теплопритоки от пребывания персонала

(85)

n = 3 - количество персонала [

Вт

Теплопритоки от работающих двигателей

(86)

Для камер хранения Вт. Принимаем Вт

Вт

Теплопритоки при открывании дверей

(87)

К = 12 Вт/ м2 - удельный приток теплоты при открывании дверей

Суммарные эксплуатационные теплопритоки

(88)

Вт

Теплопритоки при вентиляции

(89)

- энтальпия наружного воздуха, кДж/кг

- энтальпия воздуха в камере, кДж/кг

- расход вентилируемого воздуха

(90)

V = 2592 объем камеры, м3

- кратность воздухообмена

- плотность воздуха, кг/ м3

кВт

Общие теплопритоки в камеру

(91)

Вт

Выбор компрессора для режима хранения

(92)

кВт

Выбираем 1компрессор ПБ50 (2.,стр. 79)

7. Расчет циркуляционных насосов

Циркуляционные насосы подбирают по их подаче.

Расход охлаждающей воды:

(93)

°С - подогрев воды в конденсаторе

- тепловая нагрузка на конденсатор, кВт

- плотность воды, кг/м3

с = 4,19 - теплоемкость воды, кДж/кг.К

м3/ч

м3/ч с запасом в 10%

Выбираем насос 5М-7х8б и резервный

V = 125 м3/ч, n = 2950 об/мин

(5., стр.152)

Расход рассола

(94)

°С - разность температур рассола на входе и выходе из испарителя

- тепловая нагрузка на испаритель, кВт

- плотность рассола, кг/м3

сР = - теплоемкость рассола, кДж/кг.К

м3/с

м3/ч с запасом 10%

Выбираем насос 12АП-18x2 и резервный

V = 165м3/ч, n = 2865 об/мин

(5., стр.201)

8. Расчет и выбор градирни

Градирню выбираем по площади поперечного сечения

(95)

- удельная тепловая нагрузка на градирню, кВт/м2

(96)

кВт/м2

м2

Выбираем градирню ГПВ-160 с площадью орошения 3,92м2

и 2 градирни ГПВ - 320 с площадью орошения 6,5 м2

9. Эксергетический анализ работы холодильной установки

Значения удельных эксэргий NH3 в характерных точках процесса

(97)

где = 293К

- энтальпия окружающей среды, кДж/кг

- энтропия окружающей среды, кДж/кг

Таблица 6. Значения удельных эксэргий

№	Энтальпия i, кДж/кг	Энтропия s, кДж/кг	Эксэргий e, кДж/кг
1	1675	9.2	90,8
2	2075	9.3	461,5
3	600	4,8	305
4	469	4,3	320,5
5	469	4,4	291,5

Количество эксэргии подведенной к установки, кВт:

(98)

Потеря эксергии, связвнная с электромеханическими потерями, кДж/кг:

(99)

где - электромеханический КПД

Удельная эксэргия, подведенная внутрь компрессора, кДж/кг:

(100)

Внутренние потери эксергии в компрессоре, , кДж/кг:

(101)

(104)

(105)

Потери эксэргии в конденсаторе

Эксэргия отданная хладоагентом, кДж/кг:

(102)

Эксэргия полученная охлаждающей водой, кДж/кг:

(103)

(104)

Потери эксэргии из-за необратимого теплообмена, кДж/кг:

(105)

Суммарная потеря эксэргии в конденсаторе, кДж/кг:

(106)

Эксэргия, отданная хладоагентом, кДж/кг:

(107)

Потеря эксэргии в регулирующем вентиле, кДж/кг:

(108)

Потери эксэргии в испарителе, кДж/кг:

Эксэргия, отданная хладоагентом:

(109)

Эксэргия, полученная хладоносителем, кДж/кг:

(110)

(111)

Потеря эксэргии из-за необратимого теплообмена, кДж/кг:

(112)

Потеря эксэргии в переохладителе без учета эксэргии артезианской воды

(113)

КПД электродвигателя:

(114)

КПД компрессора

(115)

КПД установки без учета эксэргии артезианской воды, %:

(116)

Заключение

В результате расчета системы централизованного холодоснабжения промышленного предприятия в городе Казань:

1.выбран расчетный температурный режим работы холодильной установки, построен цикл в диаграмме и определены основные параметры характерных точек

2.выполнен тепловой расчет холодильной машины и выбрано 2 компрессора марки 2А350-7-1(0) и 1 резервный

3.выполнен тепловой расчет конденсатора и выбрано 2 конденсатора марки КТГ-63 и 1 резервный

4.выполнен тепловой расчет испарителя и выбрано 2 испаритель марки ИТГ-63 и 1 резервный

5.было выбрано 2 циркуляционных насоса для рассола и воды марки 12АП-18x2, 5М-7х8б и 1 резервный.

6.был выполнен расчет и выбраны градирня марки ГПВ-160 и ГПВ-320 2шт.

7.был выполнен расчет теплопритоков в холодильную камеру, в результате чего было выбрано 2 компрессора марки ПБ50 и 1 резервный, для работы холодильной машины в режиме хранения.

8.был сделан эксергетический анализ работы холодильной установки и определен КПД холодильной установки, который составил 27%.

Список использованных источников

1. Павлов К.Ф., Романков П.Г. Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Сп-б.: Химия, 1981.

2. Быков А.В .Справочник холодильно- компрессорный .

3. Свердлов Г.Е., Явнель Б.К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха. - М.: Пищевая промышленность, 1978. - 264с.

4. Юрьен, Лебедев. Теплотехнический справочник - том 1 ,1975.

5. Каталог-справочник «Насосы» под ред. Д.Н. Азарх.

6. Таблицы стандартных справочных данных

Размещено на Allbest.ru