Абсорбционные холодильные машины в настоящее время серийно не выпускаются и изготавливаются отдельными партиями, в основном для типовых технологических линий в химической промышленности. В соответствии с утвержденным ОСТ 26.03-286-77, условное обозначение этих машин включает наименование (АВХМ), холодопроизводительность (в тыс.ккал/ч), температуру кипения в испарителе, исполнение генератора в зависимости от греющего источника (1-вода, П-горячая вода, Ш-парогазовые смеси), указание способа охлаждения конденсатора водой (К) или воздухом (В).
Аппараты абсорбционной машины по принципу действия делят на затопленные и пленочные (оросительные). Конструктивно аппараты выполняются вертикальными и горизонтальными, кожухотрубными, кожухозмеевиковыми, элементными и двухтрубными.
Кипятильник-генератор:
Назначением генератора является выпаривание хладагента из крепкого водоаммиачного раствора.
Тепловая нагрузка генератора определяется из предыдущего расчета:
Qг = 6348,8 кВт.
Среднюю разность температур между греющим паром и раствором можно определить:
DtСР = tгр– t2, °С; (26)
DtСР =143– 135 = 8 °С.
Для горизонтальных генераторов значение коэффициента теплопередачи между раствором и греющим паром рекомендуется принимать равным kг=580-820 Вт/м2∙К [6]. Примем kг=800 Вт/м2∙К и определим поверхность теплообмена кипятильника:
, м2; (27)
, м2.
Расход пара на кипятильник:
, кг/с; (28)
где rп – теплота парообразования греющего пара при температуре tгр = 143 °С; rп =2135,8 кДж/кг [8].
кг/с.
Дефлегматор:
Конструктивно дефлегматор может быть выполнен как горизонтальный кожухотрубный теплообменник. Главным критерием выбора конструкции дефлегматора является осуществление в нем противотока между водоаммиачным паром и охлаждающей водой или холодным крепким раствором. Немаловажную роль в эффективности теплообмена играет скорость движения сред, которая для пара не должна быть ниже 1-1,5 м/с, а для охлаждающей воды среды не ниже 0,4-0,5 м/с. В тоже время, во избежании уноса флегмы в конденсатор, скорость пара не должна превышать 2,5м/с. Для свободного слива флегмы в ректификационную колонну дефлегматор должен быть установлен выше колонны.
|
|
Тепловая нагрузка аппарата определяется из предыдущих расчетов:
QR = 602,6 кВт.
Средняя разность температур:
, °С; (29)
где 
и 
- температура охлаждающей воды на входе и на выходе из дефлегматора 
.
°С.
Поверхность теплообмена дефлегматора можно определить по упрощенному расчету, задавшись значением коэффициента теплопередачи. Для кожухотрубчатых дефлегматоров рекомендуется принимать kr = 400-470 Вт/м2∙К [6]. Примем kr = 450 Вт/м2∙К.
, м2; (30)
м2.
Абсорбер:
Поверхность теплообмена абсорбера может быть определена по уравнению теплопередачи при известной тепловой нагрузке аппарата QА = 4612,8 кВт, рассчитанным температурным напором и коэффициенте теплопередачи kа=550 Вт/(м2К). [6].
Средняя разность температур определяется по формуле:
, °С; (31)
°С.
Определим поверхность теплообмена абсорбера:
, м2; (32)
м2.
Испаритель:
В абсорбционных водоаммиачных холодильных машинах возможно использование аммиачных испарителей компрессионных машин. Особенностью работы аппарата является необходимость отвода флегмы, которая непрерывно накапливается в испарителе вследствие того, что в него поступает не чистый хладагент.
|
|
Поскольку в испарителе отсутствует загрязнение маслом, коэффициент теплопередачи в нем выше, чем в таком же аппарате компрессионной холодильной машины.
Зависимость коэффициента теплопередачи испарителей от плотности теплового потока qи приведена в [3,6]. Для ориентировочных расчетов значение qи можно принять по таблице 2, составленной на основании результатов испытаний промышленных испарителей при скорости рассола CaCl2 1,5м/с и плотности его при 150С равной 1250кг/м3. при использовании рассола меньшей концентрации qи возрастает. Приведенные в таблице 2 значения qи рекомендуется уточнять на основании технико-экономического оптимизационного расчета для конкретных условий работы аппарата.
Таблица 2 – Среднее значение qи в аммиачных кожухотрубных испарителях.
| Температура кипения, t0, 0С | Плотность теплового потока qи Вт/м2 при среднем
температурном напоре, 
| ||
| 
| 
| |
| -15 -25 | - |
Площадь поверхности теплообмена аппаратов в укрупненных расчетах определяют по формуле:
, м2; (33)
где Q0 – теплота, подведённая в испарителе, кВт (Q0 = 2326 кВт по заданию).
м2.
По таблице [2], выбираем испаритель ИТГ-500 (2 шт.) с площадью поверхности теплообмена аппарата 580 м2, количество трубок 827.
Конденсатор:
Поверхность теплообмена аппаратов (испарителя и конденсатора) определяется исходя из теплового конструкторского расчета, который выполняется как для обычного кожухотрубного теплообменника [1,2,3,5].
В качестве конденсаторов абсорбционных водоаммиачных машин применяются аппараты тех же конструкций, что и в компрессионных машинах: горизонтальные кожухотрубные, кожухозмеевиковые, оросительные, испарительные и конденсаторы воздушного охлаждения. Горизонтальные кожухотрубные конденсаторы получили широкое распространение в большом интервале холодильных установок.
|
|
Число ходов кожухотрубных аппаратов, как правило, четное и не превышает восьми.
Тепловая нагрузка в конденсаторе составляет QК = 3539,9 кВт.
Средняя разность температур в конденсаторе определяется по формуле:
, °С; (34)
°С.
Предварительно зададимся значением коэффициента теплопередачи в конденсаторе kк=700 Вт/(м2∙К) [6] и определим ориентировочную площадь поверхности теплообмена конденсатора:
, м2; (35)
м2. Принимается конденсатор марки КТГ-630, с площадью поверхности 635 м2. Количество трубок в конденсаторе n=1023, число ходов по трубному пространству 4. Диаметр трубок и толщина стенки составляет 25х2,5мм
Расход воды, необходимой для конденсации, кг/с:
, кг/с; (36)
где Св – теплоемкость воды; Св=4,19кДж/кг∙К;
кг/с.
Проходное сечение по трубкам, м2:
, м2; (37)
где dвн – внутренний диаметр трубок, м;
n – число трубок в конденсаторе.
м2.
Скорость течения воды по трубкам, м/с:
Wтр=Gв/(fтр∙rв), м/с; (38)
Wтр=84,48/(0,08∙1000) = 1,056 м/с.
Определяем режим движения воды в трубках:
Reтр= 
, (39)
где ν – коэффициент кинематической вязкости воды при средней температуре tср = 25 °С; ν=0,9∙10-6 м2/с.
Reтр= 
.
Т.к. Re>2300, расчёт теплоотдачи проведём по формулам для турбулентного режима движения.
Определяем критерий Нуссельта:
Nu = 0,023*Re0,8*Pr0,4; (40)
где Pr – критерий Прандтля для воды при средней температуре tср=25 °С; Pr=6,24;
Nu = 0,023*234670,8*6,240,4 =150.
Определяем коэффициент теплоотдачи внутри трубок, Вт/(м2*К):
αтр = Nu* λв/d, Вт/м∙К; (41)
λв – коэффициент теплопроводности воды при средней температуре tср=25 °С; λв=0,605 Вт/м*К.
Тогда:
αтр = 150* 0,605/0,02 = 4537 Вт/м∙К.
Определяем коэффициент теплоотдачи в межтрубном пространстве:
, Вт/м∙К; (42)
ρха – плотность жидкого хладоагента при средней температуре 
°С; ρха=534,5 кг/м3;
μха – коэффициент динамической вязкости жидкого хладоагента при средней температуре; μха=190∙10-6 Па*с;
λха – теплопроводность жидкого хладоагента при средней температуре λха=0,391 Вт/м∙К;
rха – удельная теплота парообразования жидкого хладоагента при средней температуре; rха=1190 кДж/кг;
Δt – разность температур между конденсирующимся паром и стенкой, °С.
, °С; (43)
0С.
Тогда:
Вт/м∙К.
Определяем расчетный коэффициент теплопередачи:
, Вт/(м2∙К); (44)
где ΣRзагр – суммарное сопротивление загрязнения, м2∙К/Вт; ΣRзагр=0,0005 м2∙К/Вт;
δст – толщина стенки трубки, мм; δ=2,5 мм;
λст – коэффициент теплопроводности материала трубки, Вт/м∙К. Примем материал трубки – сталь, тогда λст = 46,5 Вт/м∙К.
Вт/м2∙К.
Определяем действительную площадь поверхности теплообмена:
м2.
Т.о. окончательно принимаем кожухотрубный аммиачный конденсатор горизонтального типа КТГ-400 [9] с поверхностью охлаждения 400 м2. Основные параметры конденсатора:
Dк=1200 мм;
L=6800 мм;
Количество труб n=870 шт.
Количество ходов z=4.