4.1.2 Теплопритоки від вантажу при холодильній обробці

Добове надходження продуктів в камеру:

.

Кількість тепла, що виділяється при охолоджуванні продуктів в камері визначають за формулою:

де – різниця питомих ентальпій продуктів відповідних початковій і кінцевій температурі продуктів [1. додаток 11].

Маса тари:

.

Теплоприток від тари:

=,

де – питома теплоємність металевої тари [1].

Загальні теплопритоки від вантажу:

4.1.3 Теплопритоки при вентиляцій приміщень

Теплопритоки при вентиляцій приміщень не враховується, бо його потрібно враховувати для спеціалізованих холодильників та камер для зберігання фруктів, а наш продукт морозиво, тому Q₃=0 кВт.

4.1.4 Експлуатаційні теплопритоки

Теплопритоки від освітлення:

де – теплота, що віддається джерелом освітлення в одиницю часу на 1 кв.м. площі підлоги. З врахуванням коефіцієнту одночасності вмикання освітлення, приймаємо [1.стр.60].

Теплопритоки від перебування людей q₂ в (Вт):

де n=2, – кількість людей, що працюють в даному приміщенні.

Теплопритоки при відчинені дверей:

де K=78 Вт/м² – питомий потік теплоти від відкривання дверей, для камер завантажувально-розвантажувальних [1.табл. 9.2].

.

4.1.5 Теплопритоки від овочем та фруктів при «диханні»

Не враховується, так як наша продукція морозиво, тому Q₅=0.

4.1.6 Загальна холодопродуктивність

Навантаження на камерне устаткування визначається як сума всіх теплопритоків камери, так як камера повинна забезпечити відведення тепла при найбільш не сприятливих умовах [1]:

Приймаємо =16 кВт.

На цій стадії розрахунку необхідно визначити проміжну холодопродуктивність випарника в першому наближенні, яка дозволяє компенсувати проміжну теплову наrрузку (суму всіх визначених раніше

теплових наrрузок). Далі отримане значення проміжної холодопродуктивності буде використано нами для розрахунку планованої холодопродуктивності.

Проміжна теплова наrрузка визначається як:

де щоденна тривалість роботи холодильної установки. Згідно рекомендація щодо тривалості роботи холодильної установки приймаємо

[2,табл.. 2.12].

Попередня теплове навантаження від роботи повітроохолоджувачів , яка складає 10 % від :

Планова холодопродуктивність:

Остаточно теплопритоки в холодильну камеру приймаємо

4.2. Розрахунок двоступінчастої холодильної машини

Метою розрахунку є обґрунтування доцільності використання двоступінчастої холодильної машини (ХМ) та вибір режиму її роботи. Задачі, які витікають: виконання теплового розрахунку теоретичного циклу машини при роботі з повним і неповним проміжним охолодженням. Розрахунок холодильного коефіцієнту для еквівалентного циклу Карно та даного циклу, що показаний на рисунку 5.3, порівняння та зробити висновки.

Розрахункова схема зображена на рисунку 4.2.

ПК – поршневий компресор; К – конденсатор; ТО – теплообмінник; ДР – дросель; В – випарник; С – сепаратор ( відокремлювач рідини); РВ – вентиль; ПП – проміжна посудина Рисунок 4.2 – Схема двоступінчастої холодильної машини зі змієвиковою проміжною посудиною та однократним дроселюванням

_{Відомо декілька різновидів двоступінчастих холодильних машин: з одноразовим дроселюванням (зі зміївиковою проміжною посудиною і повним та неповним проміжним охолодженням), з дворазовим дроселюванням (з повним та неповним проміжним охолодженням), з одноступінчастим гвинтовим компресором, з двома випарниками.}

_{В залежності від способу охолодження проміжної пари між ступенями та переохолодження рідини перед регулюючим дроселем розрізняють схеми з повним та неповним проміжним охолодженням [3].}

_{В таких холодильних машинах як робоча речовина найчастіше використовується аміак R717, NH3.}

Аміак є доступним і дешевим холодильним агентом. Він застосовується, головним чином, в холодильних машинах з поршневими компресорами при температурах кипіння до -60 °С і конденсації не вище

40 °С.

Призначення та класифікація конденсаторів. Конденсатор слугує для передачі теплоти холодильного агенту навколишньому середовищу чи «джерелу високої температури». В загальному випадку перегрітий пар холодильного агенту в конденсаторі охолоджується до температури насичення на декілька градусів нижче температури конденсації.

За видом охолоджуючого середовища конденсатори можна розділити на 2 великі групи: з водяним та повітряним охолодженням. Ще є спеціальні конденсатори-випарники.

За принципом відводу теплоти конденсатори з водяним охолодженням поділяються на проточні, зрошувальні і випарні.

До проточних конденсаторів відносяться горизонтальні і вертикальні кожухотрубні, пакетно-панельні та елементні [8].

Оскільки проточна вода є на виробництві, то використовуємо конденсатор з водяним охолодженням.

В більшості випадків для великих та середніх установок, що працюють на різних холодильних агентах, застосовують конденсатори з водяним охолодженням – горизонтальні кожухотрубні. Доцільно використовувати ці конденсатори при наявності зворотнього водопостачання [1].

Таким чином приймаємо холодильну машину зі змійовиковою проміжною посудиною, що містить випарник, компресор першого ступеня, проміжний теплообмінник, проміжну посудину із заглибним змійовиком, компресором другого ступеня і конденсатор.

Робоча речовина холодильної машини R717 (аміак, NH₃),

Холодопродуктивність машини кВт.

Приймаємо температуру кипіння ˚С та температуру конденсації ˚С.

Перегрів пари на всмоктуванні в компресор I ступеня . Недорекуперація на вході робочої речовини зі змійовика проміжної посудини

Для даного процесу використовуємо камеру шокової заморозки BURAN M 468. По регламенту виробництва морозива, температура в камер повинна підримуватись мінус 40 ˚С. Температура морозива на вході мінус

6 ˚С, бо вона була отримана при поступанні морозива в камеру шокової заморозки.

Вихідні дані:

холодопродуктивність машини Q, кВт 24

температура кипіння -48;

температурами конденсації 30;

перегрів пари на всмоктуванні в компресор I ступеня 7;

недорекуперація на вході робочої речовини 5.

Розрахунок здійснюємо за методикою, викладеною в [3].

Для розрахунку будемо користуватись s – T та p – h діаграмами. Оскільки ми користуємось різними діаграмами, то потрібно їх узгодити. Перевіряємо параметри стану робочої речовини

За заданими значеннями температури кипіння ˚С та конденсації˚С визначаємо [3, 4] тискиМПа та

МПа.

Робимо перевірку при . Тоді необхідно переходити до багатоступеневого стискування: двох- або трьохступінчастим машинам, а також до каскадних циклів. Привикористовують двохступінчасті, а при–

трьохступінчасті машини. При температурах випаровування нижче використовують каскадний цикл.

Так як , до використання 2-х ступінчастої машини є необхідним.

Визначення проміжного тиску з умови мінімальної сумарної роботи компресорів [3]:

МПа.

Приймаємо

Перевірка степені стискування по І та ІІ ступені

Перевіряємо степені підвищення тисків:

що відповідає умові

Висновок: степінь підвищення тиску в ступенях не повинна перевищувати 8.

За значенням проміжного тиску , знаходимо проміжну температуру

Визначаємо температуру в точці 10 (рисунок 4.3):

Далі розраховуємо температуру всмоктування пари в компресор першого ступеня :

По діаграмі [3, 4] за значеннями температур визначаються значення параметрів робочої речовини у вузлових точках 2, 3, 5, 7, 8, 10 та 11 (рисунок 4.3), які заносяться до таблиці 4.1.

(а)

(б) Рисунок 4.3 – Зображення зміни параметрів стану робочої речовини в s-T (а) та h-p (б) діаграмах

Таблиця 4.1 – Параметри робочої речовини у вузлових точках

Вузлові точки	Стан робочої речовини	t , ˚С	p, МПа	h, кДж/кг	v, м3/кг
1	Перегріта пара, х = 1	–41	0,045	1630	3
2	Перегріта пара, х = 1	65	0,23	1845	-
3	Перегріта пара, х = 1	30	0,23	1775	-
4	Перегріта пара, х = 1	24	0,23	1759	0,6
5	Перегріта пара, х = 1	95	1,18	1895	-
5	Перегріта пара, х = 1	150	1,18	2019	-
6	Насичена рідина, х =0	30	1,18	562	-
7	Волога пара, х =0,154	–16	0,23	562	-
8	Суха насичена пара, х = 1	–16	0,23	1671
9	Насичена рідина, х =0	–16	0,23	343	-
10	Переохолоджена рідина, х =0	–11	1,18	366	-
11	Волога пара, х =0,12	–48	0,045	366	-

Розрахунок теоретичного циклу машини, при роботі з повним проміжним охолодженням. Розраховуємо необхідну кількість робочої речовини для першої та другої ступені відповідно:

кг/с,

кг/с.

Розраховуємо ізоентропну потужність компресорів:

кВт,

кВт.

Визначаємо холодильний коефіцієнт циклу:

Розраховуємо холодильний коефіцієнт циклу Карно:

Ступінь сумарної досконалості циклу:

Розрахунок теоретичного циклу машини, при роботі з неповним проміжним охолодженням. Розраховуємо необхідну кількість робочої речовини для другого ступеня:

кг/с.

Розраховуємо ентальпію пари робочої речовини при усмоктуванні в компресор другого ступеня ( тчк.4),кДж/кг:

кДж/кг.

Розраховуємо ізоентропну потужність компресора другого ступеня:

кВт.

Тепер визначаємо холодильний коефіцієнт циклу:

Степінь термодинамічної досконалості циклу:

Теплота (кДж/кг), яку треба відвести в конденсаторі:

.

кВт.

Теплоту, яку необхідно відвести в випарнику :

.

кВт.

Висновок.

Порівнюємо роботу машини при повному та неповному проміжному охолодженні. Результати зводимо до таблиці 4.2.

Таблиця 4.2 – Результати розрахунків та їх аналіз

Параметр	Проміжне охолодження
	повне	неповне
G, кг/с	0,043	0,041
, кВт	9,846	9,883
	2,53	2,428
	0,876	0,841

В результаті проведення теплового розрахунку теоретичного циклу машини було визначено холодильні коефіцієнти для еквівалентного циклу Карно та даного циклу при роботі з повним та неповним проміжним охолодженням. Зробивши аналіз отриманих даних було зроблено висновок, що при практично однаковій необхідній кількості холодильного агенту, працюючи у режимі повного проміжного охолодження, машина буде мати кращі енергетичні та термодинамічні показники.

За даними таблиці вибираємо цикл з повним проміжним охолодженням.