1.3. Холодильні агенти
У 1928 році Томас Мідглі синтезував діфтодіхлорметан, речовина, отримана з метану. Речовина була названа «фреон-12».
У 1987 році в світі було вироблено 1 млн 300 тис. Тонн різних синтетичних холодоагентів. Ці безбарвні, без запаху, нешкідливі для людини і хімічно стабільні речовини дозволили досягати температур до -130 ° С. Синтетичні холодоагенти стали застосовуватися також в якості пропиленів, ефективних розчинників, як ефективний засіб пожежогасіння.
Холодильний агент - робоча речовина холодильної машини, яка при кипінні забирає теплоту від охолоджуваного об'єкта і потім після стиснення передає її охолоджуючої середовищі за рахунок конденсації.
Важливою відмінністю є використання теплоносіїв в одному і тому ж агрегатному стані, в той час, як холодоагенти зазвичай використовують фазовий перехід.
Основними холодильними агентами є аміак, фреони і деякі вуглеводні. Слід розрізняти холодоагенти і кріоагента.
Один з основних питань, що виникають при створенні холодильних машин, вибір холодильних агентів, які сприяли б надійної та економічної роботи машини в заданому температурному діапазоні.
Робочі речовини, призначені для холодильних машин, повинні максимально відповідати таким основним вимогам:
§ Володіти хімічною стабільністю ;
§ Мати допустимі значення робочих тисків ;
§ Не чинити негативних впливів на навколишнє середовище і людину;
§ Бути негорючими і вибухобезпечними;
§ Мати високу ступінь термодинамічної досконалості, велику об'ємну холодопродуктивність;
§ Випускатися промисловістю і мати відносно низьку вартість.
Як правило, в холодильній машині застосовують робочі речовини, що задовольняють лише найбільш важливим вимогам. Крім перерахованих, важливою вимогою, яка пред'являється до холодильних агентам, є безпека експлуатації холодильного обладнання. У холодильних камерах певну небезпеку становлять витоку холодоагенту і їх шкідливий вплив на людей і зберігаються в них продукти.
Розрізняють природні і штучні холодильні агенти. До природних холодоагентів відносяться: аміак (R717), повітря (R729), вода (R718), вуглекислота (R744) та ін., До штучних - хладони (суміші різних фреонів).
За термодинамічних властивостях найкращим природним холодильним агентом вважається аміак. Тому в даний час на великих холодильних установках з помірно низькими температурами (-15 ...- 25 ° С) найбільш поширений аміак. У малих і середніх холодильних машинах і установках використовують хладон-12 і хладон-22.
У холодильних технологіях знаходять все велике застосування природні
холодоагенти, такі як вуглеводні, діоксид вуглецю і аміак. це викликано
обмеженням використання озон руйнуючих речовин відповідно до
Монреальським протоколом 1987 р а також внесенням в нього в 1990-і роки
поправок і коректив, в які були включені додаткові, в тому числі
викликають парниковий ефект холодоагенти.
Аміак є одним з кращих холодильних агентів і в даний час широко використовується в великих холодильних установках. Вуглеводні ще більш вибух пожежонебезпечні, ніж аміак, тому їх доцільно використовувати тільки в дуже малих холодильних машинах або на спеціальних нафтохімічних виробництвах. На цьому тлі, підвищений інтерес до діоксиду вуглецю стає цілком зрозумілим. Таким чином, діоксид вуглецю володіє наступними перевагами: володіє високою об'ємною холодопродуктивністю, не токсичний і безпечний, інертний до матеріалів, дешевий і доступний.
1.4. Класифікація холодильних установок
Холодильні установки - це велика область спеціальних знань, конструкцій і способів отримання низьких температур, від близьких до нуля до глибоко негативних значень. Ці низькі температури створюються в теплоізольованих від навколишнього середовища обсягах.
Установки для отримання низьких температур можна розділити на три групи:
а) встановлення для помірного охолодження (до мінус 1800С);
б) встановлення для вироблення глибокого холоду (до мінус 2700С);
в) установки для досягнення наднизьких температур (нижче мінус 2700С).
Установки для отримання глибокого холоду отримали застосування в експериментальній техніці, а також широко використовуються для скраплення газів і розділення газових сумішей.
Отримання наднизьких температур, близьких до абсолютного нуля, необхідно для деяких апаратів і приладів, які використовуються при вивченні надплинності, надпровідності і в інших фізичних дослідженнях.
Всі типи холодильних установок можна класифікувати по ряду подібних ознак. Кожен з них відображає лише одну характерну особливість установки, тому у визначенні холодильної установки може бути два і більше ознаки. Холодильні установки або станції можуть відрізнятися за такими показниками:
§ За призначенням: стаціонарні та пересувні з централізованим і децентралізованим охолодженням для холодопостачання, теплопостачання, змішаного тепло- і холодопостачання, для акумулювання теплової енергії та її транспорту;
§ По продуктивності: великі - продуктивністю понад 3,0 МВт, середні - до 1,00 МВт, дрібні - до 60 кВт;
§ За режимом роботи: стаціонарні, нестаціонарні, безперервні або циклічні, нестаціонарні з акумулятором теплової енергії.
§ За видом холодильного агента: аміачні, фреонові, метанова, пропанові, вуглекислотні, на сумішах холодильних агентів.
§ По виду охолодження: з безпосереднім, проміжним охолодженням.
§ За принципом дії: на компресорні холодильні машини, що вимагають для виробництва холоду витрати механічної роботи (від парового або електричного приводу) і абсорбція і пароежекторні установки, що вимагають для виробництва холоду витрати тепла.
Основним призначенням холодильних машин є вироблення штучного холоду або відведення тепла від охолоджуваного тіла в навколишнє середовище, що має більш високу температур. За допомогою холодильних установок можна знижувати температуру різних об'єктів або в обмежених обсягах підтримувати більш низьку температуру в порівнянні з навколишнім середовищем.
Роль холодильних машин в промисловості і народному господарстві в даний час дуже значна. Холодильні установки не тільки стали невід'ємним обладнанням харчових підприємств, а й слугує потужним засобом для інтенсифікації процесів в різних галузях техніки: в хімічній промисловості - виробництві пластмас і штучних волокон, на транспорті, особливо в авіації, - для кондиціонування повітря, в машинобудуванні - для низькотемпературної термічної обробки металів, в будівництві - для заморожування ґрунтів. Зараз холод широко застосовується для кондиціонування повітря в театрах, ресторанах, в цехах промислових підприємств, а також в медицині та медичної промисловості, в побуті на торгових базах і в магазинах.
Компресорні холодильні установки.
Найпоширенішими і досягли в конструктивному відношенні високого ступеня досконалості і економічності є поршневі компресорні холодильні машини. У цих машинах як робоче тіло використовуються рідини з низькими температурами кипіння. Робота ідеальної компресорної парової холодильної машини теоретично здійснюється по зворотному циклу Карно.
Основні елементи компресорних холодильних установок - компресори - поділяються на такі основні типи:
1. ротаційні;
2. поршневі;
3. відцентрові;
4. турбокомпресори.
У невеликих або середніх холодильних установках найбільше застосування отримали поршневі компресори.
§ Ротаційні компресори. Існують два основних типи ротаційних компресорів: з катящимся поршнем, у якого вісь вала збігається з віссю циліндра; і з лопатками або пластинами, притискають під дією відцентрової сили до циліндра, у якого ротор обертається навколо власної осі, яка не співпадає з віссю циліндра.
§ Поршневі компресори. Яскраво вираженою тенденцією в сучасному компрессостроеніі для холодильних установок є перехід до швидкохідних вертикальним прямоточним конструкціям. Прямоточним називається компресор, в якому холодоагент переміщається тільки в одному напрямку, тобто з одного боку циліндра засмоктується пар низького тиску, а з іншого виходить стислий пар при високій температурі. Прямоточні компресори допускають менше шкідливий простір, мають значну перетину клапанів, а отже, мають більший індикаторним ККД.
Охолодження парових компресійних машин залежить від температурних умов роботи і різко зменшується при зниженні температури випаровування. Тому одна і та ж холодильна машина має різну холодопроизводительность при високих і низьких температурах випаровування. Крім того, на величину холодопроизводительности впливають перегрів пари при всмоктуванні їх з випарника, а також температури конденсації і переохолодження конденсату.
§ Холодильні турбокомпресори. Турбокомпресор при роботі з загальноприйнятими хладоагентов успішно конкурує з поршневим компресором тільки при великій продуктивності, коли він володіє досить високим ККД, і при низьких температурах випаровування (від - 30 до - 1000С). Однак застосування нових хладоагентов: фреону-11 (СFCl3) і фреону-113 (C2F3Cl3) робить турбокомпресор більш економічним у порівнянні з поршневим компресором і при середній хладопроизводительности.
Переваги турбокомпресора:
§ Прямоточность руху хладоагента;
§ Зручність здійснення багатоступінчастого стискання, а також охолодження стискається агента між групами коліс;
§ Відсутність внутрішньої мастила, завдяки чому теплообмінники не забруднюються маслом і працюють з великим коефіцієнтом теплопередачі і меншими температурними напорами;
§ Відсутність клапанів, які є часто причиною незадовільної роботи поршневої машини;
§ Менша площа, займана компресором в приміщенні.
Принцип дії холодильного турбокомпресора наступний. Пари холодоагенту надходять в робоче колесо, на якому внаслідок відцентрового ефекту підвищується їх натиск, потім вони проходять через дифузор, в якому зменшується їх швидкість і знову підвищується натиск; направляючи пари через проміжний канал на друге робоче колесо і таким чином через ряд інших коліс, насаджених на один вал, представляється можливим стиснути пари холодоагенту до необхідного кінцевого тиску.
Абсорбційні холодильні установки.
Основною перевагою абсорбційних холодильних установок у порівнянні з компресійними є використання для вироблення холоду тепло виття енергії низького і середнього потенціалів, в той час як в компресійних холодильних установках для вироблення холоду використовується електрична або механічна енергія.
Абсорбцією називається процес поглинання пара одного речовини іншим (рідким) речовиною - абсорбентом; при цьому температура абсорбується пара може бути нижче температури абсорбенту. Процес абсорбції може протікати тільки при концентрації пара, рівною або більшою рівноважної концентрації абсорбується пара над абсорбентом.
Для створення холодильного циклу в абсорбційної холодильної установки рідкі абсорбенти повинні з достатньою швидкістю поглинати хладоагент і при однакових тисках температура кипіння їх повинна бути значно вище температури кипіння холодоагенту.
Найбільше застосування отримали водоаміачних абсорбція установки, в яких аміак є хладоагентом, а вода - поглиначем - абсорбентом. Аміак активно абсорбується водою, при 00С в одному об'ємі води розчиняється до 1148 обсягів пароподібного аміаку. Поглинання або абсорбція рідкого аміаку у воді супроводжується значним виділенням тепла (близько 190 ккал на 1 кг аміаку). Ще більшу кількість тепла виділяється при розчиненні у воді парів аміаку, так як при цьому відбувається виділення теплоти пароутворення, в середньому дорівнює 300 ккал / кг.
Абсорбні холодильні установки мають значні перспективи в умовах теплофікації міст і промислових підприємств. Водоаміачних абсорбція установки доцільно застосовувати в наступних випадках: а) якщо можливо отримання холоду на базі використання тепла димових газів; б) якщо потрібні низькі температури хладоагента (від - 30 до - 600С), так як в цих умовах багатоступінчасті компресійні установки за первинними і експлуатаційних витрат поступаються абсорбційним установкам; в) якщо холод потрібно в віддалених пунктах, де немає або недостатньо електроенергії; г) якщо можна використовувати гарячу воду з конденсатора холодильної установки для будь-яких побутових або технологічних цілей, це можливо, наприклад, в м'ясної чи молочної галузях промисловості, що вимагають більшу кількість гарячої води. У цих випадках може виявитися, що для компресорного отримання холоду і гарячої води будуть потрібні менші витрати тепла на абсорбційну установку, ніж для приготування тільки однієї гарячої води.
Аміачні холодильні установки, найпоширеніші і екологічно найбільш чисті, застосовують для холодопостачання підприємств харчової, хімічної, металургійної та інших галузей промисловості. Такі холодильні установки споживають велику кількість електричної енергії. Перед низькотемпературної енергетикою стоїть завдання використати для холодопостачання, особливо централізованого і для великих споживачів, абсорбція холодильні установки, які працюють на вторинних енергоресурсах.
В останні роки набули застосування бромістолітіевие (LiBr + H2O) абсорбція холодильні установки. Принцип дії їх не відрізняється від принципу роботи водоаміачних абсорбційних холодильних установок, з тією лише різницею, що в бромолітіевій установці водяна пара є легко закипаючим компонентом, відганяє в генераторі, а абсорбуючим речовиною є розчин бромистого літію в воді. Бромистий літій має високу температуру кипіння і не відганяється з водяними парами, тому ректифікації не потрібно.
Так як холодильним агентом є вода, яка замерзає при температурі 00С, то такі установки застосовуються зазвичай тільки для отримання холодної води з температурою + (1,7 ÷ 70С) в системах кондиціонування повітря, у виробництві синтетичних волокон і т.д.
Діючі бромістолітіевие холодильні установки мають продуктивність від 0,5 до 10 млн. Ккал / год.
Розглядаючи особливості холодильних установок в залежності від використовуваного чого тіла, слід зазначити, що їх специфіка визначається властивостями хладагентов. Однокомпонентні чисті холодоагенти, що знаходяться в експлуатації в сучасних холодильних установках, добре вивчені, і є достатня кількість рекомендацій, які відображають специфіку холодильних установок. У Монреалі підписано міжнародну угоду (1986 рік), яке вимагає поступового виключення застосування хлорфторуглеводородов в побуті і в промисловості через руйнування озонового шару в атмосфері Землі.
0 комментариев