terma 2 dobre

Inżynieria Chemiczna i Procesowa - Politechnika Warszawska

Warszawa, 05.06.2014r

Termodynamika procesowa Projekt nr 2

Wykonawca: Dorota Lemanowicz Wariant 34

1

Inżynieria Chemiczna i Procesowa - Politechnika Warszawska

Zadanie II.2 W przedstawionej na schemacie instalacji produkowane jest 1000 kg/h lodu o temperaturze t = -25 C. W dwustopniowym obiegu suchym czynnikiem chłodniczym jest substancja A (R125), dopływająca do sprężarki w stanie pary nasyconej o ciśnieniu p = 0.2 bar. Po adiabatycznym sprężeniu w pierwszym stopniu para czynnika chłodniczego dopływa do mieszalnika, a następnie jest sprężana adiabatycznie w drugim stopniu do ciśnienia p = 15 bar. Ciśnienie w mieszalniku jest równe średniej geometrycznej ciśnienia początkowego i końcowego. Sprawność mechaniczna sprężarek wynosi 80 %. Po drugim stopniu sprężania czynnik chłodniczy dopływa do skraplacza, gdzie oddaje ciepło wodzie chłodzącej, której temperatura podczas tego procesu wzrasta o 7C. Opuszczająca skraplacz ciecz wrząca rozpręża się w zaworze dławiącym. Para nasycona z mieszalnika dopływa do sprężarki, a ciecz rozpręża się w zaworze dławiącym do ciśnienia p i w parowniku pobiera ciepło od solanki cyrkulującej między parownikiem i komorą chłodniczą, do której dostarczane są pojemniki z zamrażaną wodą o temperaturze początkowej 15 C. Straty ciepła w układzie parownik komora chłodnicza wynoszą 20 % ciepła odbieranego od zamrażanej wody. Posługując się wykresem p - H (ciśnienie - entalpia) dla substancji A obliczyć teoretyczny i rzeczywisty współczynnik wydajności chłodniczej, wydajność chłodniczą instalacji, natężenie przepływu czynnika chłodniczego w pierwszym i w drugim stopniu, moc poszczególnych sprężarek oraz natężenie przepływu wody chłodzącej.

Dane: P1  0.2 10

5

5

P2  15 10 1000 m  3600 t2  25

Pa

ciśnienie początkowe

Pa

ciśnienie w drugim stopniu

kg

strumień masowy produkcji lodu

s C

T2  263.15 K

sprawność mechaniczna sprężarek

ηs  0.8

różnieca temperatur czynnika chłodzącego po przyjęciu ciepła od czynnika chłodniczego

ΔT  7 t1  15

temperaruta lodu

C

temperatura początkowa wody

T1  288.15 K

straty ciepła w układzie parownik - komora chłodnicza Qstrat  0.2 Obliczam ciśnienie panujące w mieszalniku z średniej geometrycznej ciśnienia początkowego i końcowego: Pm 

P1  P2 5

Pm  1.732  10Pa Odczytuję z wykresu log P - H (Wykres 1) : kJ H1  290 kg kJ H2  331 kg kJ H3  316 kg kJ H4  355 kg kJ H5  236 kg

2

Inżynieria Chemiczna i Procesowa - Politechnika Warszawska

H6  H5 kJ H7  160 kg H8  H7 Procesy zachodzące w obiegu chłodniczym: 1-2 - adiabatyczne sprzężanie czynnika chłodniczego w sprężarce do ciśnienia panującego w mieszalniku Pm w pierwszym stopniu. 2-3 - izobaryczne chłodzenie czynnika 3-4 - adiabatyczne sprzężanie w sprężarce do ciśnienia P2 w drugim stopniu 4-5 - izobaryczne chłodzenie i skraplanie czynnika do cieczy wrzącej 5-6 - izoentalowa ekspansja czynnika chłodniczego w zaworze dławiącym 6-7 - zmiana entalpi w procesie izobaryczno-izotermicznym 7-8 - izoentalpowe rozprężanie czynnika w zaworze dławiącym do ciśnienia początkowego 8-1 - izobaryczno-izotermiczne odparowanie czynnika do pary nasyconej Teoretyczny współczynnik wydajności chłodniczej obliczam ze wzoru:

εt 

Q1 Lt

Q1

 L1 

m1 m2

H1  H8

  L2

H2  H1 

m2 m1



 H4  H3



gdzie: Q1 - ciepło pobrane przez parownik Lt - sumaryczna praca wykonana przez sprężarki (praca techniczna) m1 i m2 - ilości czynnika w każdym z obiegów, przy czym: r

m2 m1



H2  H7 H3  H6

Ponieważ w sprężarkach odbywa się sprzężanie adiabatyczne (zakaładam odwracalność tych procesów), korzystam ze wzoru: Lt  ΔH Obliczam pracę sprzężania w pierwszym stopniu: kJ L1  H2  H1  41 kg Obliczam pracę sprzężania w drugim stopniu: kJ L2  H4  H3  39 kg Obliczam współczynnik r: r 

H2  H7 H3  H6

 2.138

Obliczam ciepło pobrane w paroniku: kJ Q1  H1  H8  130 kg

3

Inżynieria Chemiczna i Procesowa - Politechnika Warszawska

Teroretyczny współczynnki wydajności wynosi: εt 

Q1 L1  r L2

 1.045

Rzeczywisty współczynnik wydajności chłodniczej obliczam ze wzoru: Q1

ε rz 

Lrz

gdzie Lrz - praca rzeczywista sprężarek: Lrz  Przy czym Lt wynosi: Lt  L1  r L2  124.363

Lt ηs

kJ kg

Więc praca rzeczywista procesu: Lrz 

Lt ηs

 155.453

kJ kg

Rzeczywsty współczynnik wydajności chłodniczej wynosi: ε rz 

Q1 Lrz

 0.836

Wydajność chłodniczą instalacji obliczam ze wzoru:











w  m Cw T1  T0  L  Cl T0  T2  1  Qstrat   gdzie: Cw - ciepło właściewe wody dla T1 [kJ/kgK] [kJ/kgK] Cl - ciepło właściewe wody dla T2 T0 - temperatura odniesienia L

- ciepło topnienia wody

T0  273.15 K [kJ/kgK]

Ze źródła 1: Cw  4.1856

kJ/kgK

ciepło właściwe wody

Cl  1.913

kJ/kgK

ciepło właściwe lodu

L  332.43

kJ/kg

ciepło topnienia lodu

Wydajność chłodnicza instalacji wynosi:







 



w  m Cw T1  T0  L  Cl T0  T2   1  Qstrat  138.115 kW   w  138.115

kW

4

Inżynieria Chemiczna i Procesowa - Politechnika Warszawska

Natężenie przepływu czynnika chłodniczego w pierwszym stopniu wynosi: w m1  H1  H8 kg/s

m1  1.062

Natężenie przepływu czynnika chłodniczego w drugim stopniu wynosi: m2 



m1  H2  H7



H3  H6 kg/s

m2  2.271

Moc sprężaek w poszególnych stopniach: W I stopniu: N1 

L1  m1 ηs

N1  54.449

kW

W II stopniu: N2 

L2  m2 ηs

N2  110.708

kW

Natężenie przepływu wody chłodzącej: m3 

H4  H5 m2 Cw ΔT

m3  9.223

kg s

5