Материал: Проектирование схемы холодильной установки химического комбината в г. Уфа

Проектирование схемы холодильной установки химического комбината в г. Уфа

Содержание

Введение

. Литературный обзор

. Выбор функциональной схемы холодильной установки

.1 Определение температуры конденсации хладагента

.2 Расчёт числа ступеней сжатия

.3 Составление функциональной схемы

. Расчет и подбор холодильного оборудования

.1 Расчёт цикла холодильной установки

.2 Подбор компрессоров

.3 Подбор конденсатора

.4 Подбор испарителя

.5 Подбор ресиверов

.6 Подбор маслоотделителей, маслосборников, гидроциклонов и воздухоотделителей

.7 Подбор градирни

.8 Подбор насосов

.9 Расчет диаметра трубопроводов

. Планировка машинного отделения

. Автоматизация холодильной установки

Заключение

Список использованных источников

Введение

Охлаждением называется процесс отвода теплоты или отдачи работы, который сопровождается понижением температуры и протекает с участием двух тел: охлаждаемого и охлаждающего. В холодильной технике различают естественное и искусственное охлаждение.

Много столетий назад уже были известны способы использования естественного холода: накапливание льда и снега в ледниках для хранения продуктов, хранение продуктов в глубоких ямах (использование низкой средней температуры грунта), охлаждение воды при ее испарении.

Первоначально искусственное охлаждение в широких масштабах начинает применяться при заготовке и транспортировке пищевых продуктов.

Холод в пищевой промышленности обеспечивает почти полное сохранение первоначальных свойств, вкуса, питательности и внешнего вида пищевых продуктов.

В основе применения холода для различных производственных целей лежит тот факт, что многие физические, химические, биологические и другие процессы протекают при низких температурах, существенно отличаясь от того, как они осуществляются при обычных условиях. Большинство этих процессов при низких температурах замедляется, а некоторые из них (жизнедеятельность отдельных видов бактерий) прекращаются.

Искусственный холод находит широкое применение в народном хозяйстве. Так, например, на строительстве каналов и метро, при горных работах, в условиях водоносных пород применяется искусственное замораживание грунта с целью защиты проходки от прорыва воды; в химической и газовой промышленности искусственный холод применяется для сжижения технически важных газов.

В химической промышленности холод используют для получения жидких газов. С его помощью разделяют на составные части сложные растворы, увеличивают их концентрацию и т. д. Холод необходим при производстве взрывчатых веществ, анилиновых красок, синтетического каучука, при очистке смазочных масел, для выделения из нефти парафина и т. д.

Чтобы получить некоторые химические продукты, необходимы настолько низкие температуры, что они не могут быть достигнуты обычными паровыми холодильными машинами. В этих случаях применяют глубокое охлаждение.

Холодильные установки находят все более широкое применение во многих отраслях промышленности, а развитие некоторых отраслей нельзя себе представить без использования искусственного охлаждения.

1. Литературный обзор

Вооружённый опытом и знаниями человек овладел холодом относительно недавно, приблизительно сто лет назад. Однако те изменения, которые холод внёс в пищевую промышленность и другие области его применения, очень велики. Как в научных исследованиях, так и в разнообразной практической деятельности человек нашёл в холоде верного и надёжного помощника.

Достижения современной холодильной техники, использующей как естественный, так и искусственный холод, свидетельствуют о большой победе творческого гения человека в завоевании сил природы.

Осуществление различных технологических процессов при температурах ниже температуры окружающей среды связано с производством искусственного холода. Этих технологий становится все больше, и они находят все большее применение во многих отраслях народного хозяйства.

Холодильная технология пищевых продуктов охватывает сельское хозяйство; перерабатывающую - мясную и молочную промышленность; торговлю; транспорт (автомобильный, железнодорожный и водный); рыбодобывающую и рыбоперерабатывающую с рыбопромысловыми и перерабатывающими базами и судами.

Для осуществления холодильной технологии пищевых продуктов в СССР создана холодильная цепь, звенья которой предназначены для создания необходимых температурно-влажностных режимов для холодильной обработки, хранения, транспортирования и реализации пищевых продуктов.

С целью обеспечения длительного сохранения высокого качества скоропортящихся продуктов холодильные установки должны поддерживать нужный температурный режим среды: для охлаждения до минус 5°С, замораживания минус 35 -минус 40°С, хранения продуктов в охлажденном виде 0 −2°С, в замороженном минус 20 -минус 30°С. Температурный режим транспортных рефрижераторов зависит от вида перевозимых продуктов и предварительного процесса холодильной технологии - их охлаждения или замораживания.

Перерабатывающая промышленность и торговля являются крупными потребителями холода. Потребность в холоде непрерывно возрастает. Именно из-за недостаточного использования искусственного холода в мире теряется в среднем 25-30% произведенных пищевых продуктов.

Развивающейся отраслью промышленности является концентрирование соков, получение сухих порошков из концентрированных соков, а также продуктов с промежуточной влажностью с целью их хранения при обычных температурах, сублимационная сушка.

В нефтяной промышленности искусственное охлаждение используют в технологических процессах, где применяют в основном системы непосредственного кипения холодильного агента в поверхностных аппаратах. Выбор холодильного агента определяется условиями работы предприятий. Чаще всего используют углеводороды, которые имеются в достаточном количестве на данном производстве. Они имеют высокую молекулярную массу, и поэтому возможно применение в холодильной установке центробежных компрессоров.

В газовой промышленности искусственный холод применяют при подготовке газа к транспортированию и при переработке нефтяных и природных газов газоконденсатных месторождений. При этом используют как внешние, так и внутренние холодильные циклы, в которых холод получают в процессе переработки газа ( дросселирование жидкостей или расширение газа), а также комбинированные циклы. Температура транспортируемого газа минус 5 -минус 25°С, давление 5,5 Мпа.

В химической промышленности (получение этилена, фармацевтических и биохимических препаратов, производство азотное, синтетического каучука, хлора и др.) имеется многообразие систем холодоснабжения с различным типом холодильных машин, начиная с небольших поршневых компрессоров и кончая крупными центробежными агрегатами производительностью в несколько тысяч киловатт. Широко применяют абсорбционные установки, использующие теплоту технологических процессов, либо теплофикационные отборы ТЭЦ.

Азотное производство включает предприятия синтеза аммиака и некоторые производства азотной кислоты. Основная часть холода при производстве аммиака потребляется агрегатом синтеза для конденсации аммиака из азотно-водородно-аммиачной смеси высокого давления при температурах кипения хладагента (минус 10 -минус 12°С), а также для конденсации аммиака при температурах кипения минус 30 - минус 34°С. Для производства аммиака применяют теплоиспользующие абсорбционные водоаммиачные машины и аммиачные центробежные компрессорные агрегаты. Для производства этилена используют искусственный холод температурных уровней от 6 до минус 100°С. При этом применяют системы непосредственного кипения на холодильных агентах-этилене и пропилене (продуктах данного производства).

Производство синтетического каучука основано на полимеризации непредельных углеводородов - мономеров, для чего требуется искусственный холод на температурном уровне от 7 до минус 40°С. Вторая стадия технологии получения каучука проводится при минус 100°С.[9]

Хлор выделяется из газовой смеси в результате фракционной конденсации, где применяют абсорбционные водоаммиачные холодильные установки с температурой кипения минус 45°С или фреоновые установки с температурным режимом 5, минус 20, минус 65°С, оборудованные центробежными компрессорными машинами.

Крупным потребителем холода в химической промышленности является производство химических волокон, изготовленных из различных видов синтетических полимеров. В данной отрасли применяют только системы охлаждения с промежуточным хладоносителем. Потребность в холоде крупных комбинатов достигает 35-58 МВт.[9]

Поэтому правильное определение температурного режима и необходимой производительности холодильной станции, а также выбор наиболее рационального типа оборудования и технологической схемы в целом имеют важное значение.

Вследствие особенностей технологии химической промышленности к используемому холодильному оборудованию предъявляют ряд требований: холодильные машины должны иметь большую холодопроизводительность, высокую степень. надежности, достаточно большой ресурс работы; допускать применение дешевых холодильных агентов (основные или побочные продукты на данном комплексе); обеспечивать возможность использования энергетических ресурсов, которыми располагает производство; быть максимально автоматизированными.

В качестве хладоносителя в холдильной технике все чаще применяется пропиленгликоль. Использование пропиленгликоля, в отличии от этиленгликоля, обеспечивает повышенную вторичную безопасность при нарушении циркуляции теплоносителя/хладоносителя, техногенных катастрофах, промышленных авариях и ошибках персонала. Перевод на раствор пропиленгликоля не требует доработок самой системы циркуляции. При переходе от воды или рассола к пропиленгликолю необходимо только очистить систему от кальциевых осадков и хлоридов. Было также зарегистрировано уменьшение расхода энергии для подачи охладителя.

При аварийном разливе теплоносителя на основе пропиленгликоля его достаточно собрать мокрой тряпкой, в то же время, при проливе этиленгликоль содержащих теплоносителей рекомендуется менять или плитку, или деревянный пол и утеплитель, впитавший ядовитый этиленгликоль.

Коррозионная активность пропиленгликоля ниже, чем у большинства известных водных растворов солей и спиртов, что позволяет предъявлять невысокие требования к сортности стали для оборудования и снизить стоимость используемого оборудования.

Всего в числе элементов холодильных машин можно выделить три основных: компрессор, испаритель и конденсатор. Хладагент и вода (или любая другая жидкость, которую требуется охладить) пропускается через испаритель. В результате обмена тепловой энергией и в силу различия свойств жидкостей вода охлаждается, а хладагент нагревается до газообразного состояния. Парообразный хладагент пропускают через компрессор, где он сжимается, а затем отправляют в конденсатор, где происходит обратный процесс по превращению хладагента в жидкость.

Испарители классифицируют по наиболее характерным признакам. По характеру охлаждаемой среды (по назначению) различают испарители для охлаждения жидких хладоносителей и технологических продуктов; для охлаждения воздуха и газообразных технологических продуктов, т. е. когда происходит непосредственный теплообмен между охлаждаемым объектом и хладагентом; для охлаждения твердых технологических продуктов; испарители-конденсаторы.

В холодильной технике теплообменные аппараты, используемые для охлаждения жидких хладоносителей и жидких технологических продуктов, называют испарителями, а аппараты для охлаждения воздуха - батареями и воздухоохладителями.

В зависимости от условий циркуляции охлаждаемой жидкости испарители могут быть закрытого или открытого типов. Испарителями закрытого типа называют испарители с закрытой системой циркуляции охлаждаемой жидкости, прокачиваемой насосом. К ним относятся кожухотрубные и кожухозмеевиковые испарители. Испарителями открытого типа называют испарители с открытым уровнем охлаждаемой жидкости, циркуляция которой создается мешалкой. К ним относятся вертикально-трубные и панельные испарители.

По характеру заполнения хладагентом испарители разделяют на затопленные и незатопленные. К последним относятся оросительный, кожухотрубный с кипением в трубах, а также змеевиковый испарители с верхней подачей жидкости.

Испарители также разделяют на группы в зависимости от того, на какой поверхности кипит хладагент: в межтрубном пространстве (кожухотрубные затопленные и оросительные) или внутри труб и каналов (кожухотрубные с кипением в трубах, вертикально-трубные и панельные). Последнее разделение важно с точки зрения выбора модели для расчета теплоотдачи кипящей жидкости.

По характеру движения хладагента различают испарители с естественной и вынужденной циркуляцией. Отечественная промышленность выпускает аммиачные кожухотрубные испарители с горизонтальными трубами (ИТГ) с площадью теплопередающей поверхности от 67 до 800 м2, работающие на аммиаке, и фреоновые типа ИТР с площадью поверхности от 12 до 1800 м2. Тип конструкций аммиачных и фреоновых испарителей одинаков. Основное их отличие состоит в материале и характере поверхности теплообмена. В отечественных испарителях принято четное число ходов, что обеспечивает расположение рассольных подводящего и отводящего трубопроводов для хладоносителя на одной стороне аппарата. Число ходов по хладоносителю составляет от 4 до 12. Выбирают его таким образом, чтобы обеспечить достаточно высокую скорость движения хладоносителя. Хладсдоситель подводят к нижнему штуцеру и отводят от верхнего.

Парожидкостную смесь от регулирующего вентиля подводят в испаритель снизу в межтрубное пространство. В аппараты с большой поверхностью парожидкостная смесь поступает от общего коллектора в нескольких точках по длине испарителя.

Конструкционные отличия фреоновых испарителей от аммиачных зависят от теплофизических свойств хладагента. При малых (перепадах температур, при которых обычно работают испарители холодильных машин, коэффициенты теплоотдачи со стороны кипящих фреонов оказываются ниже коэффициентов теплоотдачи со стороны хладоносителя. Для снижения термического сопротивления со стороны кипящего фреона на трубах делают накатные ребра малой высотой (1,45-1,6 мм) с малым шагом (коэффициент оребрения 3,5-3,8).[9]

Рисунок 1- Испаритель ИТГ

Пленочные испарители предназначены для охлаждения воды и других жидкостей, используемых далее в технологических процессах на предприятиях пищевой и химической промышленности. Основная цель применения пленочных испарителей - охлаждение воды до температур, близких к 0°С, без риска размораживания испарителя.

Модуль охлаждения представляет собой конструкцию с вертикально установленными теплообменными панелями из нержавеющей стали и распределительного бака. Теплообменные панели объединены распределителем хладагента на входе и коллектором на выходе. Распределительный бак и теплообменные панели закреплены на общем каркасе корпуса испарителя, имеющего съемные верхние и боковые панели, что позволяет беспрепятственно производить очистку теплообменных поверхностей в период технического обслуживания.

Принцип работы пленочного испарителя и его эффективность заключается в том, что вода из распределительного бака равномерно распределяется через перфорированные отверстия и стекает по поверхности теплообменных панелей в виде тонкой пленки в располагаемый ниже накопительный бак. Требуемый объем подачи воды обеспечивается конструкцией распределительного бака.