Vlastná výroba kvapalinové chladiace jednotky (chillery) boli organizované v roku 2006. Prvé bloky mali chladiaci výkon 60 kW a boli montované na báze doskových výmenníkov tepla. V prípade potreby boli vybavené hydraulickým modulom.

Hydromodul je tepelne izolovaná nádrž s objemom 500 litrov alebo viac (v závislosti od výkonu, takže pre inštaláciu s chladiacim výkonom 50-60 kW by mala byť kapacita nádrže 1,2-1,5 m3) delená špeciálnou- tvarovaná prepážka do dvoch nádob s "teplou" a "chladenou" vodou . Čerpadlo vnútorného okruhu, ktoré odoberá vodu z „teplého“ oddelenia nádrže, ju dodáva do doskového výmenníka tepla, kde sa chladí v protiprúde s freónom. Ochladená voda vstupuje do druhej časti nádrže. Výkon vnútorného čerpadla nesmie byť nižší ako výkon čerpadla vonkajšieho okruhu. Špeciálny tvar prepážky umožňuje nastaviť prepadový objem v širokom rozsahu s malou zmenou hladiny vody.

Pri použití ako nosič tepla vody takéto inštalácie umožňujú jej ochladenie na +5ºC ÷ +7ºС. V súlade s tým sa pri štandardnom výpočte zariadenia predpokladá teplota vstupnej vody (prichádzajúcej od spotrebiteľa) +10ºC ÷ +12ºС. Kapacita zariadenia sa vypočíta na základe požadovaného prietoku vody.

Naše zariadenia sú vybavené viacstupňovými ochrannými systémami. Tlakové spínače chránia kompresor pred preťažením. Obmedzovač nízkeho tlaku nedovoľuje, aby vriaci freón znížil svoju teplotu pod mínus 2ºС, čím chráni doskový výmenník tepla pred možným zamrznutím vody. Nainštalovaný prietokový spínač vypne chladiaci kompresor, ak dôjde k vzduchovému uzáveru, ak sú upchaté potrubia, ak sú dosky zamrznuté. Regulátor sacieho tlaku udržuje bod varu freónu + 1ºС ± 0,2ºС.

Podobné zariadenia sme inštalovali na chladenie roztoku soľankových kúpeľov na solenie syrov v syrárňach, na rýchle ochladzovanie mlieka po pasterizácii v mliekarňach, na plynulé znižovanie teploty vody v bazénoch v prevádzkach na výrobu (chov a odchov rýb).

Ak je potrebné znížiť teplotu chladiacej kvapaliny z +5ºC ÷ +7ºС na záporné a takmer nulové teploty, namiesto vody sa ako chladivo použije roztok propylénglykolu. Používa sa aj vtedy, ak teplota okolia klesne pod -5ºС, alebo v prípade potreby z času na čas vypnite čerpadlo vnútorného okruhu (okruh: vyrovnávacia nádrž - výmenník tepla chladiacej jednotky).

Pri výpočte zariadenia vždy berieme do úvahy zmeny takých vlastností chladiacej kvapaliny, ako je tepelná kapacita a súčiniteľ prestupu tepla povrchu. JEDNOTKA NAVRHNUTÁ NA PRÁCU S VODOU NEBUDE SPRÁVNE FUNGOVAŤ, KEĎ JE NOSIČ TEPLA NAMENENÝ ROZTOKMI ETYLÉN- GLYKOLU, PROPYLÉN GLYKOLU ALEBO SOĽANKY. A NAOPAK .

Parafínová chladiaca jednotka, zostavená podľa tejto schémy, pracuje v zime v spojení so systémom chladenia vzduchom, s automatické vypnutie chladiaci kompresor.

Máme skúsenosti s návrhom a výrobou chladičov, aby sme vyriešili problém chladenia v krátkom čase, ale s vysokým chladiacim výkonom. Napríklad predajňa mlieka vyžaduje zariadenia s prevádzkovou dobou 2 hodiny/deň na ochladenie 20 ton mlieka počas tejto doby z +25ºC ÷ +30ºС na +6ºC ÷ +8ºС. Ide o takzvaný problém impulzného chladenia.

Pri zadaní úlohy impulzného chladenia produktov je ekonomicky výhodné vyrobiť chladič s akumulátorom chladu. Štandardne robíme takéto inštalácie nasledovne:

A) Tepelne izolovaná nádrž je vyrobená s objemom 125-150% vypočítanej vyrovnávacej kapacity, naplnená vodou o 90%;

B) Vnútri je umiestnený výparník vyrobený z ohýbaných medených potrubí alebo kovových platní s vyfrézovanými drážkami vo vnútri;

Dodaním freónu s teplotou -17ºC ÷ -25ºС zabezpečíme zmrazenie ľadu požadovanej hrúbky. Voda prichádzajúca od spotrebiteľa sa ochladzuje v dôsledku topenia ľadu. Prebublávanie sa používa na zvýšenie rýchlosti topenia.

Takýto systém umožňuje použitie chladiacich jednotiek s výkonom 5÷10 krát menším ako je veľkosť impulzného výkonu chladiacej záťaže. Zároveň je potrebné si uvedomiť, že teplota vody v nádrži sa môže výrazne líšiť od 0ºС, pretože rýchlosť topenia ľadu vo vode s teplotou dokonca +5ºС je veľmi nízka. Medzi nevýhody tohto systému patrí aj veľká hmotnosť a rozmery nádrže s výparníkom, čo sa vysvetľuje potrebou zabezpečiť veľkú teplovýmennú plochu na rozhraní ľad/voda.

Ak je potrebné ako nosič tepla použiť vodu s teplotou blízkou nule (0ºС ÷ +1ºС), bez možnosti použitia propylénglykolu, etylénglykolu alebo soľanky (napríklad netesnosti systému alebo požiadavky SANPiN), vyrábame chladiče s použitím filmové výmenníky tepla.

Pri takomto systéme voda prichádzajúca od spotrebiteľa, prechádzajúca cez špeciálny systém kolektorov a trysiek, rovnomerne umýva veľkoplošné kovové platne chladené freónom na mínus 5ºС. Stekajúca časť vody zamrzne na platniach, čím sa vytvorí tenký ľadový film, zvyšok vody stekajúci po tomto filme sa ochladí na požadovanú teplotu a zhromažďuje sa v tepelne izolovanej nádrži umiestnenej pod platňami, od kde vstupuje do spotrebiteľa.

Takéto systémy majú prísne požiadavky na úroveň obsahu prachu v miestnosti, kde je nainštalovaná nádrž výparníka, a zo zrejmých dôvodov vyžadujú viac vysoký stupeň stropy. Vyznačujú sa najväčšími rozmermi a nákladmi.

Naša firma vyrieši akúkoľvek Vami zadanú úlohu chladenia kvapalinou. Zmontujeme (alebo vyberieme hotovú) inštaláciu s optimálnym princípom fungovania a minimálnymi nákladmi ako na samotnú inštaláciu, tak aj na jej prevádzku.

Pri výpočte projektovaného výparníka sa zisťuje jeho teplovýmenná plocha a objem cirkulujúcej soľanky alebo vody.

Teplovýmennú plochu výparníka nájdeme podľa vzorca:

kde F je teplovýmenná plocha výparníka, m2;

Q 0 - chladiaci výkon stroja, W;

Dt m - pre rúrkové výparníky je to priemerný logaritmický rozdiel medzi teplotami chladiva a bodom varu chladiva a pre panelové výparníky je to aritmetický rozdiel medzi teplotami výstupnej soľanky a bodom varu chladiva, 0 С;

je hustota tepelného toku, W/m2.

Na približné výpočty výparníkov sa používajú empiricky získané hodnoty koeficientu prestupu tepla vo W / (m 2 × K):

pre odparovače amoniaku:

plášť a rúrka 450 – 550

panel 550 – 650

pre freónové rúrkové výparníky s valivými rebrami 250 - 350.

Priemerný logaritmický rozdiel medzi teplotami chladiva a teplotou varu chladiva vo výparníku sa vypočíta podľa vzorca:

(5.2)

kde t P1 a t P2 sú teploty chladiacej kvapaliny na vstupe a výstupe z výparníka, 0 С;

t 0 - bod varu chladiva, 0 C.

U panelových výparníkov je možné z dôvodu veľkého objemu nádrže a intenzívnej cirkulácie chladiva odobrať jeho priemernú teplotu rovnú teplote na výstupe z nádrže t P2. Preto pre tieto výparníky

Objem cirkulujúceho chladiva je určený vzorcom:

(5.3)

kde V R je objem cirkulujúceho chladiva, m 3 / s;

с Р je merná tepelná kapacita soľanky, J/(kg× 0 С);

r Р – hustota soľanky, kg/m 3 ;

t Р2 a t Р1 – teplota chladiacej kvapaliny pri vstupe do chladiaceho priestoru a výstupe z neho, 0 С;

Q 0 - chladiaci výkon stroja.

Hodnoty c Р a r Р sa nachádzajú podľa referenčných údajov pre príslušné chladivo v závislosti od jeho teploty a koncentrácie.

Teplota chladiva počas jeho prechodu cez výparník klesá o 2 - 3 0 С.

Výpočet výparníkov pre chladiaci vzduch v chladničkách

Na distribúciu výparníkov, ktoré sú súčasťou balenia chladiča, určte požadovanú plochu prenosu tepla podľa vzorca:

kde SQ je celkový tepelný zisk do komory;

K - súčiniteľ prestupu tepla zariadenia komory, W / (m 2 × K);

Dt je vypočítaný teplotný rozdiel medzi vzduchom v komore a priemernou teplotou chladiacej kvapaliny počas chladenia soľanky, 0 С.

Koeficient prestupu tepla pre batériu je 1,5–2,5 W / (m 2 K), pre vzduchové chladiče - 12–14 W / (m 2 K).

Odhadovaný teplotný rozdiel pre batérie - 14–16 0 С, pre vzduchové chladiče - 9–11 0 С.

Počet chladiacich zariadení pre každú komoru je určený vzorcom:

kde n je požadovaný počet chladiacich zariadení, ks;

f je teplovýmenný povrch jednej batérie alebo vzduchového chladiča (akceptované na základe Technické špecifikácie autá).

Kondenzátory

Existujú dva hlavné typy kondenzátorov: vodou chladené a vzduchom chladené. Vo veľkokapacitných chladiacich jednotkách sa používajú aj vodou-vzduchom chladené kondenzátory, nazývané odparovacie kondenzátory.

V chladiacich jednotkách pre komerčné účely chladiace zariadenie najčastejšie sa používajú vzduchom chladené kondenzátory. V porovnaní s vodou chladeným kondenzátorom sú hospodárne v prevádzke, jednoduchšie sa inštalujú a obsluhujú. Chladiace jednotky s vodou chladenými kondenzátormi sú kompaktnejšie ako tie so vzduchom chladenými kondenzátormi. Navyše počas prevádzky vydávajú menej hluku.

Vodou chladené kondenzátory sa vyznačujú povahou pohybu vody: typ prúdenia a zavlažovanie a dizajn - plášť a cievka, dvojrúrkový a plášťový a rúrkový.

Hlavným typom sú horizontálne rúrkové kondenzátory (obr. 5.3). V závislosti od typu chladiva existujú určité rozdiely v konštrukcii amoniakových a freónových kondenzátorov. Z hľadiska veľkosti teplovýmennej plochy pokrývajú amoniakové kondenzátory rozsah od cca 30 do 1250 m2 a freónové od 5 do 500 m2. Okrem toho sa vyrábajú čpavkové vertikálne rúrkové kondenzátory s teplovýmennou plochou od 50 do 250 m2.

Plášťové a rúrkové kondenzátory sa používajú v strojoch strednej a veľkej kapacity. Horúca para chladiva vstupuje potrubím 3 (obr. 5.3) do prstencového priestoru a kondenzuje na vonkajší povrch zväzok vodorovných rúrok.

Chladiaca voda cirkuluje vo vnútri potrubia pod tlakom čerpadla. Rúry sú rozšírené v rúrkových plechoch, z vonkajšej strany uzavreté vodnými krytmi s priečkami, ktoré vytvárajú niekoľko horizontálnych priechodov (2-4-6). Voda vstupuje potrubím 8 zospodu a vystupuje potrubím 7. Na tom istom kryte vody je ventil 6 na vypustenie vzduchu z vodného priestoru a ventil 9 na vypustenie vody pri revízii alebo oprave kondenzátora.

Obr.5.3 - Horizontálne plášťové a rúrkové kondenzátory

Na vrchu zariadenia je poistný ventil 1 spájajúci prstencový priestor amoniakového kondenzátora s potrubím vyvedeným von, nad hrebeňom strechy najvyššej budovy v okruhu 50 m častí zariadenia. Zospodu je ku karosérii privarená olejová vaňa s odbočnou rúrou 11 na vypúšťanie oleja. Hladina tekutého chladiva na dne krytu je kontrolovaná indikátorom hladiny 12. Počas normálnej prevádzky by malo všetko tekuté chladivo vytiecť do zberača.

Na vrchu krytu je ventil 5 na vypúšťanie vzduchu, ako aj odbočná rúrka na pripojenie tlakomeru 4.

Vertikálne rúrkové kondenzátory sa používajú vo veľkokapacitných čpavkových chladičoch, sú dimenzované na tepelnú záťaž od 225 do 1150 kW a inštalujú sa mimo strojovne bez toho, aby zaberali jej úžitkovú plochu.

Nedávno sa objavili doskové kondenzátory. Vysoká intenzita prenosu tepla v doskových kondenzátoroch v porovnaní s plášťovými kondenzátormi umožňuje pri rovnakom tepelnom zaťažení znížiť spotrebu kovu zariadenia asi o polovicu a zvýšiť jeho kompaktnosť o 3–4 krát.

Vzduch kondenzátory sa používajú hlavne v strojoch malej a strednej produktivity. Podľa povahy pohybu vzduchu sa delia na dva typy:

S voľným pohybom vzduchu; takéto kondenzátory sa používajú v strojoch s veľmi nízkou produktivitou (do približne 500 W) používaných v chladničky pre domácnosť;

S núteným pohybom vzduchu, teda s prefukovaním teplovýmennej plochy pomocou axiálnych ventilátorov. Tento typ kondenzátora je najviac použiteľný v strojoch s malou a strednou produktivitou, ale v poslednej dobe sa kvôli nedostatku vody stále viac používajú v strojoch s vysokou produktivitou.

Vzduchové kondenzátory sa používajú v chladiacich jednotkách s upchávkou, beztesniace a hermetické kompresory. Konštrukcia kondenzátorov je rovnaká. Kondenzátor pozostáva z dvoch alebo viacerých sekcií zapojených do série s cievkami alebo paralelne s kolektormi. Sekcie sú rovné rúrky alebo rúrky v tvare U zostavené do zvitku pomocou zvitkov. Rúry - oceľové, medené; rebrá - oceľové alebo hliníkové.

Kondenzátory s núteným obehom vzduchu sa používajú v komerčných chladiacich jednotkách.

Výpočet kondenzátorov

Pri návrhu kondenzátora sa výpočet redukuje na určenie jeho teplovýmennej plochy a (ak je chladený vodou) množstva spotrebovanej vody. Najprv sa vypočíta skutočné tepelné zaťaženie kondenzátora.

kde Q k je skutočné tepelné zaťaženie kondenzátora, W;

Q 0 - chladiaci výkon kompresora, W;

N i - indikátor výkonu kompresora, W;

N e je efektívny výkon kompresora, W;

h m - mechanická účinnosť kompresora.

V jednotkách s hermetickými alebo bezupchávkovými kompresormi by sa tepelné zaťaženie kondenzátora malo určiť pomocou vzorca:

(5.7)

kde Ne je elektrický výkon na svorkách motora kompresora, W;

h e - účinnosť elektromotora.

Teplovýmenná plocha kondenzátora je určená vzorcom:

(5.8)

kde F je plocha teplovýmennej plochy, m 2;

k - koeficient prestupu tepla kondenzátora, W / (m 2 × K);

Dt m je priemerný logaritmický rozdiel medzi teplotami kondenzácie chladiva a chladiacej vody alebo vzduchu, 0 С;

q F je hustota tepelného toku, W/m 2 .

Priemerný logaritmický rozdiel je určený vzorcom:

(5.9)

kde t in1 je teplota vody alebo vzduchu na vstupe do kondenzátora, 0 C;

t v2 - teplota vody alebo vzduchu na výstupe z kondenzátora, 0 C;

t k - teplota kondenzácie chladiacej jednotky, 0 С.

Koeficienty prestupu tepla rôzne druhy kondenzátory sú uvedené v tabuľke. 5.1.

Tabuľka 5.1 - Koeficienty prestupu tepla kondenzátorov

Zavlažovanie pre amoniak

Odparovací pre amoniak

Vzduchom chladené (s nútenou cirkuláciou vzduchu) pre chladivá

800…1000 460…580 * 700…900 700…900 465…580 20…45 *

hodnoty Komu definovaný pre rebrovaný povrch.

Kde je výparník určený na chladenie kvapaliny, nie vzduchu.

Výparník v chladiči môže byť niekoľkých typov:

• lamelové
• potrubie - ponorné
• shell-and-tube.

Najčastejšie tí, ktorí chcú zbierať chladič sám, použite ponorný - točený výparník, ako najlacnejšiu a najjednoduchšiu možnosť, ktorú si môžete vyrobiť sami. Otázka je hlavne správna výroba výparníka, vzhľadom na výkon kompresora, výber priemeru a dĺžky potrubia, z ktorého bude vyrobený budúci výmenník tepla.

Na výber potrubia a jeho množstva je potrebné použiť tepelnotechnický výpočet, ktorý možno ľahko nájsť na internete. Na výrobu chladičov s výkonom do 15 kW, s krúteným výparníkom, sú najviac použiteľné nasledujúce priemery medených rúr 1/2; 5/8; 3/4. Rúry s veľkým priemerom (od 7/8) sa veľmi ťažko ohýbajú bez špeciálnych strojov, preto sa nepoužívajú na skrútené výparníky. Najoptimálnejšie z hľadiska jednoduchosti obsluhy a výkonu na 1 meter dĺžky je potrubie 5/8. V žiadnom prípade by nemal byť povolený približný výpočet dĺžky potrubia. Ak nie je správne vytvoriť výparník chladiča, potom nebude možné dosiahnuť požadované prehriatie, ani požadované podchladenie, ani tlak varu freónu, v dôsledku čoho nebude chladič fungovať efektívne alebo nebude chladiť. vôbec.

Ešte jedna nuansa, keďže chladeným médiom je voda (najčastejšie), bod varu, keď (pri použití vody) by nemal byť nižší ako -9C, s delta nie viac ako 10K medzi bodom varu freónu a teplota ochladenej vody. V tomto ohľade by mal byť núdzový nízkotlakový spínač nastavený na núdzovú značku, ktorá nie je nižšia ako tlak použitého freónu pri jeho bode varu -9 °C. V opačnom prípade, ak má snímač regulátora chybu a teplota vody klesne pod +1C, voda začne zamŕzať na výparníku, čím sa zníži a časom zníži jej funkcia výmeny tepla takmer na nulu - chladič vody nebude pracovať správne.

Plocha povrchu uvoľňujúceho teplo výparníka F, m 2, je určená vzorcom:

kde je tok tepla vo výparníku, W

k - koeficient prestupu tepla výparníka, W / (m 2 * K), závisí od typu výparníka;

Priemerný logaritmický rozdiel medzi teplotami vriaceho freónu a chladeného média;

- špecifický tepelný tok rovný 4700 W/m2

Prietok chladiacej kvapaliny potrebný na odstránenie prítoku tepla je určený vzorcom:

Kde s - tepelná kapacita chladeného média: pre vodu 4,187 kJ / (kg * ° С), pre soľanku sa tepelná kapacita berie podľa špeciálnych tabuliek v závislosti od jej teploty tuhnutia, ktorá sa odoberá 5-8 ° С pod bodom varu chladivo t 0 pre otvorené systémy a 8 -10°С nižšie t 0 pre uzavreté systémy;

ρ r - hustota, chladiaca kvapalina SCR, kg/m 3;

Δ t R - teplotný rozdiel chladiacej kvapaliny na vstupe a výstupe výparníka, °C.

Pre podmienky klimatizácie v prítomnosti postrekovacích komôr na zavlažovanie sa používajú schémy distribúcie prietoku vody. Podľa toho je Δt p definovaný ako teplotný rozdiel na výstupe z jímky závlahovej komory t w.k a na výstupe z výparníka t X :.

8. Výber kondenzátora

Výpočet kondenzátora sa redukuje na určenie plochy povrchu prenosu tepla, podľa ktorého sa vyberie jeden alebo viac kondenzátorov s celkovou plochou rovnou vypočítanej ploche (rozpätie povrchu nie je väčšie ako + 15%). .

1. Teoretický tepelný tok v kondenzátore je určený rozdielom špecifických entalpií v teoretickom cykle, s alebo bez podchladenia v kondenzátore:

a) tepelný tok, berúc do úvahy podchladenie v kondenzátore, je určený rozdielom špecifických entalpií v teoretickom cykle:

b) tepelný tok bez zohľadnenia podchladenia v kondenzátore a pri absencii regeneračného výmenníka tepla

Celkové tepelné zaťaženie, berúc do úvahy tepelný ekvivalent energie spotrebovanej kompresorom na stlačenie chladiva (skutočný tepelný tok):

2. Stanoví sa priemerný logaritmický teplotný rozdiel θav medzi kondenzujúcim chladivom a médiom chladiacim kondenzátor, °С:

kde je teplotný rozdiel na začiatku teplovýmennej plochy (veľký teplotný rozdiel), 0 С:

Teplotný rozdiel na konci teplovýmennej plochy (menší teplotný rozdiel), 0 С:

3. Nájdite špecifický tepelný tok:

kde k je koeficient prestupu tepla rovný 700 W / (m 2 * K)

4. Plocha teplovýmennej plochy kondenzátora:

5. Prietok chladiacej kvapaliny kondenzátora:

kde je celkový tepelný tok v kondenzátore zo všetkých skupín kompresorov, kW;

s -špecifické teplo média chladiaceho kondenzátor (voda, vzduch), kJ/(kg*K);

ρ je hustota média chladiaceho kondenzátor, kg/m 3 ;

- ohrev okolia chladenie kondenzátora, °С:

1,1 - bezpečnostný faktor (10%), berúc do úvahy neproduktívne straty.

Podľa prietoku vody, berúc do úvahy požadovaný tlak, sa vyberie obehové čerpadlo na prívod vody s požadovanou kapacitou. Nezabudnite poskytnúť záložné čerpadlo.

9. Výber hlavných chladiacich jednotiek

Výber chladiaceho stroja sa vykonáva jedným z troch spôsobov:

Podľa opísaného objemu kompresora zahrnutého v stroji;

Podľa grafov chladiaceho výkonu stroja;

Podľa tabuľkových hodnôt chladiaceho výkonu stroja, uvedených v technických charakteristikách produktu.

Prvá metóda je podobná tej, ktorá sa používa na výpočet jednostupňového kompresora: určí sa požadovaný objem opísaný piestami kompresora a potom sa podľa tabuliek technických charakteristík vyberie stroj alebo niekoľko strojov tak, aby skutočná hodnota objemu opísaného piestami je o 20-30% väčší ako získaný výpočet.

Pri výbere chladiaceho stroja tretím spôsobom je potrebné uviesť chladiaci výkon stroja, vypočítaný pre prevádzkové podmienky, na podmienky, za ktorých je uvedený v tabuľke charakteristík, teda na štandardné podmienky.

Po výbere značky jednotky (podľa chladiaceho výkonu zníženého na štandardné podmienky) je potrebné skontrolovať, či je teplovýmenná plocha výparníka a kondenzátora dostatočná. Ak je plocha teplovýmennej plochy zariadení uvedená v technickej špecifikácii rovnaká alebo o niečo väčšia ako vypočítaná, stroj je vybraný správne. Ak sa napríklad ukáže, že plocha výparníka je menšia ako vypočítaná, je potrebné nastaviť novú hodnotu teplotného rozdielu (nižšia teplota výparu) a potom skontrolovať, či je výkon kompresora dostatočný. pri novej teplote odparovania.

Prijímame vodou chladený chladič značky York YCWM s chladiacim výkonom 75 kW.

Úloha 1

Prúd horúceho produktu opúšťajúceho reaktor musí byť ochladený z počiatočnej teploty t1n = 95 °C na konečnú teplotu t1k = 50 °C, na to je odoslaný do chladničky, kde sa dodáva voda s počiatočnou teplotou. t2n = 20 °C. Je potrebné vypočítať ∆t cf v podmienkach súprúdu a protiprúdu v chladničke.

Riešenie: 1) Konečná teplota chladiacej vody t 2k v stave súprúdového pohybu nosičov tepla nemôže prekročiť hodnotu konečnej teploty horúceho chladiva (t 1k = 50°C), preto berieme hodnotu t2k = 40 °C.

Vypočítajte priemerné teploty na vstupe a výstupe z chladničky:

∆t n cf = 95 - 20 = 75;

∆t až cf = 50 - 40 = 10

∆tav = 75 - 10 / ln (75/10) = 32,3 °C

2) Konečná teplota vody v protiprúde bude rovnaká ako pri priamom prúde teplonosných látok t 2k = 40°C.

∆t n cf = 95 - 40 = 55;

∆t až cf = 50 - 20 = 30

∆tav = 55 - 30 / ln (55/30) = 41,3 °C

Úloha 2.

Pomocou podmienok úlohy 1 určte požadovanú teplovýmennú plochu (F) a prietok chladiacej vody (G). Spotreba horúceho produktu G = 15000 kg/h, jeho tepelná kapacita C = 3430 J/kg deg (0,8 kcal kg deg). Chladiaca voda má tieto hodnoty: tepelná kapacita c = 4080 J / kg deg (1 kcal kg deg), koeficient prestupu tepla k = 290 W / m 2 deg (250 kcal / m 2 * deg).

Riešenie: Pomocou rovnice tepelnej bilancie získame výraz na určenie tepelného toku pri zahrievaní studenej chladiacej kvapaliny:

Q \u003d Q gt \u003d Q xt

odkiaľ: Q \u003d Q gt \u003d GC (t 1n - t 1k) \u003d (15000/3600) 3430 (95 - 50) \u003d 643125 W

Pri t 2k \u003d 40 ° C nájdeme prietok studenej chladiacej kvapaliny:

G \u003d Q / c (t 2k - t 2n) \u003d 643125 / 4080 (40 - 20) \u003d 7,9 kg / s \u003d 28 500 kg / h

Požadovaná plocha na prenos tepla

pre dopredný tok:

F \u003d Q / k ∆t cf \u003d 643125 / 290 32,3 \u003d 69 m 2

s protiprúdom:

F \u003d Q / k ∆t cf \u003d 643125 / 290 41,3 \u003d 54 m 2

Úloha 3

Pri výrobe sa plyn prepravuje oceľovým potrubím s vonkajším priemerom d 2 \u003d 1500 mm, hrúbkou steny δ 2 \u003d 15 mm, tepelnou vodivosťou λ 2 \u003d 55 W / m·deg. Vo vnútri je potrubie vymurované šamotovými tehlami, ktorých hrúbka je δ 1 = 85 mm, tepelná vodivosť λ 1 = 0,91 W/m·deg. Súčiniteľ prestupu tepla z plynu do steny α 1 = 12,7 W / m 2 · deg, z vonkajšieho povrchu steny do vzduchu α 2 = 17,3 W / m 2 · deg. Je potrebné nájsť koeficient prenosu tepla z plynu do vzduchu.

Riešenie: 1) Určite vnútorný priemer potrubia:

d 1 \u003d d 2 - 2 (δ 2 + δ 1) \u003d 1500 - 2 (15 + 85) \u003d 1300 mm \u003d 1,3 m

priemerný priemer obloženia:

d 1 cf \u003d 1300 + 85 \u003d 1385 mm \u003d 1,385 m

priemerný priemer steny potrubia:

d 2 cf \u003d 1500 - 15 \u003d 1485 mm \u003d 1,485 m

Vypočítajte koeficient prestupu tepla pomocou vzorca:

k = [(1/α 1) (1/d 1) + (5 1 / λ 1) (1/d 1 sr) + (5 2 / λ 2) (1/d 2 sr) + ( 1/α 2)] -1 = [(1/12,7) (1/1,3) + (0,085/0,91) (1/1,385)+(0,015/55) (1/1,485) + (1/17,3)] -1 \u003d 5,4 W / m 2 st

Úloha 4

V jednopriechodovom rúrkovom výmenníku tepla sa metanol zahrieva s vodou z počiatočnej teploty 20 až 45 °C. Prúd vody sa ochladzuje zo 100 na 45 °C. Rúrkový zväzok výmenníka obsahuje 111 rúrok, priemer jednej rúry je 25x2,5 mm. Prietok metylalkoholu rúrkami je 0,8 m/s (w). Súčiniteľ prestupu tepla je rovný 400 W/m 2 st. Určte celkovú dĺžku zväzku rúrok.

Definujme priemerný teplotný rozdiel nosičov tepla ako priemerný logaritmický.

∆t n cf = 95 - 45 = 50;

∆t až cf = 45 - 20 = 25

∆tav = 45 + 20 / 2 = 32,5 °C

Stanovme hmotnostný prietok metylalkoholu.

G cn \u003d n 0,785 d int 2 w cn ρ cn \u003d 111 0,785 0,02 2 0,8 \u003d 21,8

ρ cn \u003d 785 kg / m 3 - hustota metylalkoholu pri 32,5 ° C bola zistená z referenčnej literatúry.

Potom určíme tepelný tok.

Q \u003d G cn ​​​​c cn (t c cn - t n cn) \u003d 21,8 2520 (45 - 20) \u003d 1,373 10 6 W

c cn \u003d 2520 kg / m 3 - tepelná kapacita metylalkoholu pri 32,5 ° C bola zistená z referenčnej literatúry.

Stanovme požadovanú teplovýmennú plochu.

F \u003d Q / K∆t cf \u003d 1,373 10 6 / (400 37,5) \u003d 91,7 m 3

Vypočítajme celkovú dĺžku zväzku rúrok zo stredného priemeru rúrok.

L \u003d F / nπd cf \u003d 91,7 / 111 3,14 0,0225 \u003d 11,7 m.

Úloha 5

Na ohrev prúdu 10% roztoku NaOH zo 40 °C na 75 °C sa používa doskový výmenník tepla. Spotreba hydroxidu sodného je 19000 kg/h. Ako vykurovacie činidlo je použitý kondenzát vodnej pary, jeho spotreba je 16000 kg/h, počiatočná teplota je 95°C. Vezmite koeficient prestupu tepla rovný 1400 W / m 2 st. Je potrebné vypočítať hlavné parametre doskového výmenníka tepla.

Riešenie: Zistite množstvo odovzdaného tepla.

Q \u003d Gp s p (tk p - t n p) \u003d 19000/3600 3860 (75 - 40) \u003d 713 028 W

Z rovnice tepelnej bilancie určíme konečnú teplotu kondenzátu.

t až x \u003d (Q 3600 / G až c to) - 95 \u003d (713028 3600) / (16000 4190) - 95 \u003d 56,7 °C

с р,к - tepelná kapacita roztoku a kondenzátu zistená z referenčných materiálov.

Stanovenie priemerných teplôt nosičov tepla.

∆t n cf = 95 - 75 = 20;

∆t až cf = 56,7 - 40 = 16,7

∆tav = 20 + 16,7 / 2 = 18,4 °C

Určíme prierez kanálov, pre výpočet berieme hmotnostnú rýchlosť kondenzátu W c = 1500 kg/m 2 ·sec.

S \u003d G/W \u003d 16000/3600 1500 \u003d 0,003 m 2

Za predpokladu šírky kanála b = 6 mm zistíme šírku špirály.

B = S/b = 0,003/ 0,006 = 0,5 m

Upravme sekciu kanála

S \u003d B b \u003d 0,58 0,006 \u003d 0,0035 m 2

a hmotnostný prietok

Wp \u003d Gp / S \u003d 19 000 / 3 600 0,0035 \u003d 1 508 kg / m 3 s

W na \u003d G na / S \u003d 16000 / 3600 0,0035 \u003d 1270 kg / m 3 s

Určenie teplovýmennej plochy špirálového výmenníka tepla sa uskutočňuje nasledovne.

F \u003d Q / K∆t cf \u003d 713028 / (1400 18,4) \u003d 27,7 m 2

Určte pracovnú dĺžku špirály

L \u003d F / 2B \u003d 27,7 / (2 0,58) \u003d 23,8 m

t = b + 5 = 6 + 5 = 11 mm

Na výpočet počtu závitov každej špirály je potrebné vziať počiatočný priemer špirály na základe odporúčaní d = 200 mm.

N \u003d (√ (2 l / πt) + x 2) - x \u003d (√ (2 23,8 / 3,14 0,011) + 8,6 2) - 8,6 \u003d 29,5

kde x \u003d 0,5 (d / t - 1) \u003d 0,5 (200/11 - 1) \u003d 8,6

Vonkajší priemer špirály sa určí nasledovne.

D = d + 2Nt + 5 = 200 + 2 29,5 11 + 5 = 860 mm.

Úloha 6

Určte hydraulický odpor nosičov tepla vytvorených v štvorťahovom doskovom výmenníku tepla s dĺžkou kanála 0,9 ma ekvivalentným priemerom 7,5 10 -3 pri ochladzovaní butylalkoholu vodou. Butylalkohol má nasledujúce charakteristiky: spotreba G = 2,5 kg/s, rýchlosť W = 0,240 m/s a hustota ρ = 776 kg/m 3 (Reynoldsovo kritérium Re = 1573 > 50). Chladiaca voda má nasledujúce charakteristiky: prietok G = 5 kg/s, rýchlosť W = 0,175 m/s a hustotu ρ = 995 kg/m 3 (Reynoldsovo kritérium Re = 3101 > 50).

Riešenie: Stanovme koeficient lokálneho hydraulického odporu.

ζ bs = 15/Re 0,25 = 15/1573 0,25 = 2,38

ζ in \u003d 15 / Re 0,25 \u003d 15/3101 0,25 \u003d 2,01

Uvedieme rýchlosť pohybu liehu a vody v armatúrach (berieme d ks = 0,3 m)

W ks \u003d G bs / ρ bs 0,785 d ks 2 \u003d 2,5 / 776 0,785 0,3 2 \u003d 0,05 m / s menej ako 2 m / s možno preto ignorovať.

W ks \u003d G in / ρ v 0,785 d ks 2 \u003d 5/995 0,785 0,3 2 \u003d 0,07 m / s menej ako 2 m / s, preto možno ignorovať.

Stanovme hodnotu hydraulického odporu pre butylalkohol a chladiacu vodu.

∆Р bs = xζ ( l/d) (ρ bs w 2/2) \u003d (4 2,38 0,9 / 0,0075) (776 0,240 2 / 2) \u003d 25532 Pa

∆Р in = xζ ( l/d) (ρ v š 2/2) \u003d (4 2,01 0,9 / 0,0075) (995 0,175 2 / 2) \u003d 14699 Pa.