Схема с непосредственным испарением хладагента в технологических аппаратах (непосредственное охлаждение)

Искусственный холод и области его применения

1.1. Общие сведения [1]

Холод – это та же теплота, температурный уровень которой, ниже температурного уровня окружающей среды. Поэтому все известные законы термодинамики и теплопередачи в области низких температур такие же как и в области высоких температур.

Выгоды применения природного холода человек научился использовать давно. Аккумулирование естественного холода может осуществляться заготовкой водяного льда (0°С), а также применением льдосоляных смесей. Применение смеси солей CaCl₂ и NaCl со льдом позволяет получать температуры плавления льда до -55°С.

Холод более низких температур люди смогли получать только тогда, когда были созданы устройства, которые теперь обобщенно называются трансформаторами тепла.

Основное назначение трансформаторов тепла – отвод теплоты от теплоотдатчика (охлаждаемой среды) на сравнительно низком температурном уровне и подвод ее к теплоприемнику (охлаждающая или нагреваемая среда) на более высоком температурном уровне. Создание таких устройств открыло новое, самостоятельное направление в технике – хладотехника.

Хладотехника – это техника низких температур. В настоящее время оределились два направления использования хладотехники:

1) использование низких температур для улучшения, интенсификации известных или создания новых технологических процессов. Это разделение газов, опреснение и очистка воды, обработка материалов, консервирование продуктов и медицинских препаратов, укрепление грунтов в строительстве и т.д. и т.п.;

2) у ряда веществ при низких температурах открываются совершенно новые свойства, которые можно использовать при создании качественно иных систем. Это сверхпроводимость, сверхтекучесть, сверхскольжение, термомагнитный эффект и другие явления.

Современная техника низких температур условно разделяется на две части, которые отличаются друг от друга только температурным диапазоном работы:

а) криогенная техника;

б) холодильная техника.

Криогенная техника – это область получения холода с температурой ниже 120 К (-153°С). Эта граница обусловлена температурой сжижения природного газа (температура сжижения метана –161,30°С, включена в область криогеники).

Основными рабочими веществам криогенной техники являются воздух и продукты его разделения: азот, кислород, аргон, водород, гелий, криптон, неон, ксенон. Используется эта техника, главным образом, для получения газов из смесей.

Холодильная техника используется для получения холода с температурой выше 120 К (от +7 до –153 °С). Этот холод применяется в самых различных целях.

Основные схемы холодоснабжения технологических цехов от холодильных станций

Существует три наиболее часто встречающиеся схемы холодоснабжения:

1. Непосредственное испарение хладагента в технологических аппаратах;

2. Охлаждение технологических продуктов с помощью промежуточных хладоносителей (рассольное охлаждение);

3. Смешанная схема, где часть продукта охлаждается непосредственно испаряющимся хладагентом, часть – промежуточным хладоносителем.

Рассмотрим эти схемы.

Схема с непосредственным испарением хладагента в технологических аппаратах (непосредственное охлаждение)

Принципиальная схема взаимосвязи холодильной станции с технологическими цехами при использовании холода двух параметрах представлена на рис.8.1.

Рис.8.1. Схема трубопроводной связи холодильной станции с технологическими цехами при охлаждении продуктов производства непосредственным испарением ХА в технологических аппаратах

Цех № 1 потребляет холод -12°C, цеха № 2 и № 3 потребляют холод 0°C. При такой схеме холодоснабжения на холодильной станции размещаются компрессорно-конденсаторные агрегаты. В качестве испарителей используются непосредственно технологические аппараты в цехах.

По трубопроводу 1 – пары ХА с температурой -12°C отсасываются компрессорами или абсорберами холодильной станции.

По трубопроводу 2 – то же самое, но пары с температурой 0°C.

Трубопровод 3 – служит для подачи жидкого ХА в цеха. Диаметры этих трубопроводов определяются из теплового и гидравлического расчетов.

Трубопровод 4 – предназначен для проведения вспомогательных операций в аппаратах технологических цехов (отсос паров, передавливание жидкого ХА парами высокого давления). Диаметр – 50-100 мм.

Трубопровод 5 – служит для освобождения технологических аппаратов от жидкого ХА или флегмы. Диаметр находят из расчета быстрого освобождения системы от жидкости (например за 1 час, если время не оговаривается техусловиями).

Трубопровод 6 – прокладывается в том случае, если на складе ХА нет компрессора. По нему подают пары под давлением для передавливания жидкого ХА со склада на ХС.

Трубопровод 7 – служит для подачи жидкого ХА со склада на станцию и обратно.

Для конденсации ХА, как правило, на станции устанавливают единый блок конденсаторов, которые оснащены единой системой водоснабжения и системой сбора конденсата. Это позволяет подавать жидкий ХА во все цеха по общему трубопроводу и с параметрами, независящих от температуры получаемого холода