2. Умеренное охлаждение. Парокомпрессионные холодильные машины

В химической технике часто возникает необходимость охлаждать газы, пары и жидкости. Охлаждение происходит в результате теплообмена между охлаждаемой и охлаждающей средами.

Для получения умеренного холода применяют холодильные ма­шины, которые в зависимости от способов сжатия хладоагента и изменения его состояния в рабочем цикле делят на следующие группы: парокомпрессионные, газокомпрессионные, абсорбционные, пароводяные эжекторные.

Парокомпрессионные: хладоагент сжимается компрессором (поршневым, винтовым или турбинным), и сжатый газ конден­сируется;

1-2- адиабатическое сжатие среды (газа или пара)

2-3 – конденсация среды

3-4 – адиабатическое расширение среды

4-1 – испарение среды.

Парокомпрессионные холодильные машины.

В этих машинах в качестве хладоагентов применяют главным образом аммиак, хладоны (фреоны) — фторхлорсодержащие насыщенные углево­дороды, диоксид углерода, углеводороды.

L=(T1-T0)(S2-S1) – работа, которая требуется для получения какого-то количесва холода на участке 41. Q0=T0(S2-S1) – та полезная работа, которая соответствует отводу количества холода, которое отводится в обратном процессе 41.

Циркулирующий хладоагент за­сасывается компрессором а, сжимается до рабочего давления и конденсируется при температуре Т в конденсаторе б путем охлаждения водой, воспринимающей тепло Q = Q₀+L. После конденсации следует дросселирование хладоагента в дроссели­рующем вентиле в и испарение его в испарителе г при темпера­туре T₀ за счет тепла Q₀, отнимаемого от охлаждаемого мате­риала.

Парокомпрессионные холодильные машины могут работать с влажным или сухим ходом компрессора. В первом случае (рис. 9.7, а) компрессор всасывает влажный пар и сжимает его по адиабате 1—2 до состояния насыщения, далее следует кон­денсация пара при постоянной температуре по изотерме 2—3', затем переохлаждение жидкости 3'—3, дросселирование по изо-энтальпе 3—4 и испарение по изотерме 4—1.

Во втором случае (рис. 9.7, б) компрессор всасывает сухой пар и сжимает его по адиабате 1—2 до рабочего давления. Да­лее следуют охлаждение перегретого пара до состояния насы­щения по изобаре 2—2', конденсация по изотерме 2'—3', пере­охлаждение 3'—3, дросселирование по изоэнтальпе 3—4 и испа­рение по изотерме 4—1.

Процесс с влажным ходом компрессора энергетически более выгоден. Он наиболее подходит под цикл Карно. Но в промышленности применяется цикл с сухим ходом компрессора. В процессе с влажным ходом компрессора происходит эрозия компрессора и ковитация.

Обозначим: i1 — энтальпия пара на входе в компрессор; i2 — энтальпия пара после сжатия в компрессоре; i'3 - энталь­пия жидкости после конденсации в конденсаторе; i3 — энтальпия жидкости после переохлаждения; i4 — энтальпия хладо­агента после дросселирования.

Количество тепла, отнимаемого 1 кг хладоагента при испа­рении, или удельная холодопроизводительность, составит (в кДж/кг): q_Q = i1-i4,

Удельная работа на 1 кг среды: l=i2-i1

Количество циркулирующего в холодильной машине хладо­агента (в кг/с): G = Qo/q₀, где Qo — холодопроизводительность холодильной машины, кВт,

Для принятых условий холодильный коэффициент: ε = (i1-i4)/( i2-i1,).