Альфа Лаваль Технический справочник по пластинчатым теплообменникам (2001 год)

140

8. Масла и хладагенты

Температурный уровень хладагента. Откуда следует брать

тановках, поэтому в их конструкции воплощается чрезвычайно

жидкий хладагент для охлаждения масла, из ресивера высоко"

богатый опыт эксплуатации.

го или низкого давления?

3.2. Различие между «новыми» и «старыми»

К ресиверу низкого давления можно подключить затопленный

хладагентами

испаритель в качестве охладителя масла. Однако хладагент

Все хладагенты типа фреонов являются галогенсодержащими

здесь имеет очень низкую температуру, что ведет к сильным

углеводородами. Из галогенов в состав фреонов входят, в ос"

термоударам. Большая разность температур, скорее всего,

новном, хлор и фтор, в особых случаях - бром. Так в чем разни"

сделает производительность теплообменника избыточной, т.е.

ца между «новыми» и «старыми» хладагентами?

масло будет охлаждаться слишком сильно.

♦ «Старые» хладагенты, в основном, полностью галогениро"

Хладагент из ресивера высокого давления обычно имеет тем"

ванные соединения, т.е. их молекулы состоят только из уг"

пературу от 30 до 45 °С, подходящую для охлаждения масла,

лерода и галогенов. По международной классификации они

температура которого, как правило, составляет 70"90 °С. Если

обозначаются CFC (хлор, фтор, углерод, по российской но"

используется система непосредственного расширения (см.

менклатуре " ХФУ) и имеют следующие общие свойства.

рис. 09) и температура испарения близка к температуре в ре"

сивере, то хладагент не испаряется в регулирующем вентиле,

✻ Хорошие растворители, особенно для минеральных масел.

вентиль только обеспечивает подачу хладагента в таком коли"

✻ Не горючи.

честве, которое способно испариться в маслоохладителе.

✻ Химически стабильны - достоинство с точки зрения ра"

К ресиверу высокого давления можно подключить и затоплен"

бочих свойств, но недостаток с точки зрения защиты ок"

ный испаритель. Образующийся пар обычно конденсируется в

ружающей среды.

конденсаторе. Относительно схемы подключения ресивера

высокого давления см. главу 5, «Конденсаторы и жидкостные

✻ Наличие хлора обеспечивает хорошие смазывающие

ресиверы», рис. 06.

свойства, особенно для алюминия.

Поскольку ресивер высокого давления не является отделите"

✻ Не гигроскопичны.

лем жидкости, хладагент нужно испарять как можно полнее, т.е.

✻ Инертны по отношению к наиболее распространенным

его подача регулируется вентилем по значению перегрева (но

конструктивным материалам.

без испарения хладагента в вентиле).

✻ Хлор реагирует с атмосферным озоном, что приводит к

2.5. Заключение

истощению озонового слоя.

♦ Следует избегать быстрых изменений температуры, особен"

✻ Создают парниковый эффект.

но температуры охлаждающей среды. Наиболее опасно

двухпозиционное регулирование, см. рис. 8 А и В.

♦ Неполное замещение атомов водорода галогенами дает

гидрохлорфторуглероды, HCFC или ГХФУ. По сравнению с

♦ Постарайтесь постоянно поддерживать поток обеих сред

CFC их свойства изменяются.

через маслоохладитель, хотя бы небольшой, чтобы ослабить

изменения температуры.

✻ Уменьшается химическая стабильность, а вместе с ней и

потенциал разрушения озона.

♦ В случае двухпозиционного регулирования расхода разни"

ца между температурами включения и выключения должна

✻ Чем больше водородных атомов в молекуле, тем более

быть как можно меньшей. Это предотвратит большие скач"

горючим является вещество.

ки температуры.

♦ Хладагенты, которые не содержат хлора, а только фтор, т.е.

♦ Если имеется возможность установить медленно срабаты"

относятся к типу HFC или ГФУ, отличаются по свойствам от

вающие электромагнитные клапаны, это позволит умень"

HCFC.

шить термоудары (см. рис. 08С). Клапаны с сервоприводом

✻ Потенциал разрушения озона равен нулю.

являются превосходным, но дорогим решением.

✻ Меньший парниковый эффект.

Избегайте применять клапаны, которые регулируют расход

временем открытия, т.е. в соответствии с изменением нагруз"

✻ Меньше растворимость минеральных масел.

ки могут, например, открыться на 19 с, закрыться на 1 с, от"

✻ Более плохие смазывающие свойства.

крыться на 1 с, закрыться на 19 с и т.д. Это вызывает термичес"

кие и гидравлические удары в теплообменнике.

✻ Многие из них гигроскопичны.

✻ Требуют применения специальных масел, которые при"

носят с собой новые проблемы (см. § 2 и § 5 в главе 6,

3. Хладагенты

«Загрязнения и коррозия»).

3.1. Введение

♦ Если убрать еще и атом фтора, получаем обычные углево"

За последние годы количество доступных хладагентов увели"

дороды НС, которые являются действительно старыми хла"

чилось от единиц до нескольких десятков.

дагентами и обладают следующими свойствами.

В это число входят различные хладагенты вместе с подходя"

✻ Не создают парникового эффекта и не разрушают озон

щими маслами. Некоторые из этих комбинаций непригодны по

атмосферы.

тем или иным различным причинам, а применение большин"

✻ Огнеопасны.

ства из них никогда не будет экономически целесообразным.

В ближайшее время в практику войдет новое поколение эколо"

✻ Хорошо растворяют минеральные масла.

гически безопасных хладагентов, вероятно 5 до 10 видов.

✻ Не гигроскопичны

К счастью, пластинчатые теплообменники не критичны к виду

♦ На примере пары R134a " R12 можно показать, что происхо"

хладагента. В отличие от большей части прочего оборудова"

дит, когда хладагент типа CFC заменяется на хладагент типа

ния холодильных установок, ПТО применяются для работы в

HFC.

самых разных режимах - с испарением, кондиционированием,

без фазового перехода, с вязкими средами, с паром, содер"

✻ Во фреоне R134a растворяется в 10 раз больше азота,

жащим неконденсирующиеся газы, и т.д., и в самых разных от"

чем в R12. Если фреон R134a находится в контакте с воз"

раслях - на нефтеперерабатывающих и химических заводах, в

духом, он может содержать азот, который создаст про"

машиностроении и пищевой промышленности, на судовых ус"

блемы в конденсаторе.

8. Масла и хладагенты

141

Масло из компрессора

Масло к ком"

прессору

Рис. 08. Управление маслоохладителями

Двухпозиционное регулирование

D. Система, аналогичная А, но здесь масло идет по байпасу.

А. Небольшой поток хладагента, соответствующий минималь"

Меньший клапан открывается при пуске компрессора. Когда

ной потребности в охлаждении, всегда проходит через мас"

требуется более интенсивное охлаждение масла, открыва"

лоохладитель. Когда требуется повысить холодопроизводи"

ется электромагнитный клапан, и суммарный расход через

тельность, открывается главный клапан подачи хладагента.

оба клапана обеспечивает достаточное охлаждение масла.

B. Масло обычно проходит через байпас. Когда температура

E. Система, аналогичная В, но на стороне воды. Как уже от"

масла поднимается до уставки регулятора, трехходовой элек"

мечалось в тексте, такая схема приводит к серьезным тер"

тромагнитный клапан переключает поток масла с байпаса на

моударам, и в результате неравномерного теплового расши"

ППТО. Если эта уставка ненамного выше температуры воды и

рения соседних пластин возникают разрывы в паяных соеди"

масло довольно вязкое, термоудары будут умеренными.

нениях. Èçáåãàéòå òàêèõ ñèñòåì îõëàæäåíèÿ!

С. Электромагнитный клапан с демпфирующим устройством,

Плавное регулирование.

которое замедляет перемещение запорного органа, обеспе"

B и E. Эти клапаны могут быть заменены трехходовыми кла"

чивает плавное изменение температуры масла.

панами с плавным регулированием расхода. Это позволяет

избежать сильных термоударов, особенно в случае В.

Клапан регулирования

Трубопроводы от основ"

давления с управлением

ных испарителей и к ним.

по разности температуры.

Система управления открыва"

ет электромагнитный клапан,

когда температура масла пре"

вышает уставку. Она также

поддерживает постоянную

разность температур между

температурой испарения и

входной температурой масла,

изменяя давление в испарите"

ле. Термоудары существенно

уменьшаются. Таким спосо"

бом минимизируются измене"

ния температуры масла при

Регулятор

Точка измерения

включении"выключении от"

температуры масла

дельных компрессоров.

Электромагнитный клапан

Рис. 09. Маслоохладители с непосредственным расширением хладагента в системе

с параллельными компрессорами

142

8. Масла и хладагенты

✻ R134a более гигроскопичен, чем R12. R134а в комбина"

Г) Изменение состава. Вероятно, наиболее распространен"

ции с водой ведет к электрохимической микрокоррозия

ный пример, - это разбавление аммиака водой, что приво"

меди (см. главу 6, «Загрязнение и коррозия»). Сухой

дит к понижению давления пара аммиака. Более свежие

R134а не является коррозионным агентом.

примеры - изменения состава хладагентов с температур"

ным глайдом (см. ниже) и изменения состава при неправиль"

✻ Молекула R134а меньше молекулы R12, поэтому фильт"

но выполненной прямой замене, приводящей к смешива"

ры"осушители (молекулярные сита), предназначенные

нию старого и нового хладагентов. Различия между идеаль"

для R12, могут не осушать R134а.

ной и фактической кривыми упругости пара влияют на дав"

✻ Если при переводе системы с хладагента R12 на R134а в

ление конденсации и испарении, а также на перегрев в ис"

ней осталось немного R12, эти два хладагента образуют

парителе.

азеотропную смесь высокого давления, которая создает

Д) Температурный глайд. Хладагент не имеет постоянной

опасность повреждения холодильной установки.

температуры кипения или испарения, фазовый переход

происходит в некотором температурном диапазоне. Это

явление - температурный глайд - подробнее обсуждается

3.3. ПТО и новые хладагенты

ниже.

Вообще говоря, если ПТО работает со старым хладагентом,

он будет успешно работать и с новым, хотя и с изменением

характеристик соответственно изменению свойств хладаген"

3.4. Изменения температуры

та. Тем не менее, есть моменты, которые следует обдумать,

Изменения температуры под действием факторов, перечис"

оценивая перспективы перехода на новый хладагент и (или)

ленных в § 3.3.3, наиболее существенны для работы теплооб"

новое масло.

менников. Их можно объединить в две группы.

♦ Давление пара фактически применяющегося хладагента

3.3.1. Загрязнение

отличается от того, на которое расчитана система управле"

Как указано в § 1 и в главе 6, «Загрязнение и коррозия», суще"

ния, случаи А - В, см. выше. Пример с заменой хладагента

ствует опасность загрязнения испарителя со стороны хлада"

(случай А) приводится в § 3.5.

гента, скорее всего, смолистыми веществами и продуктами

механического износа компрессора.

♦ Температуры испарения и конденсации не являются посто"

янными (случаи Г и Д, см. выше). Ниже мы рассмотрим оба

Загрязнение такого типа развивается медленно, вероятно, в

варианта - и хладагент с температурным глайдом (Д) и не"

течение нескольких лет, что означает, с другой стороны, ог"

предусмотренный глайд в результате разбавления аммиа"

раниченный опыт устранения таких недостатков. Однако заг"

ка водой (Г).

рязнение представляет большую опасность для компрессо"

ра и устройств управления, чем для теплообменников, т.е.

смеси, опасные для ПТО, заведомо неприемлемы для уста"

новки в целом.

3.5.Заправка новым хладагентом

А) Регулятор давления испарения в системе, заправленной

3.3.2. Неконденсирующиеся газы

R12, установлен на 2 °С. Что произойдет, если система бу"

Если производительность конденсаторов постепенно ухудша"

дет заправлена хладагентом R134a? Кривые упругости пара

ется, причиной может быть присутствие в них неконденсирую"

представлены на рис. 10.

щихся газов. При термическом разложении синтетических ма"

сел образуются водорода и углекислый газ. Некоторые хлада"

При работе с R12 регулятор поддерживает давление 3,3 бар

генты и масла растворяют воздух. Систематический выпуск

- давление насыщения R12 при температуре +2 °С. На кри"

неконденсирующихся газов помогает решить эту проблему.

вой упругости пара R134a этому давлению соответствует

температура 3,38 °С. Чтобы получить температуру 2 °С для

R134a, что соответствует давлению 3,145 бар, данный регу"

3.3.3. Кривая упругости пара

лятор нужно установить на 0,5 °С.

В холодильных установках температура часто определяется

косвенно, т.е. измеряется давление и преобразуется в темпе"

Б) Температура конденсации равна +40 °С. Как требуется

ратуру по кривой упругости пара, как это делается в маномет"

изменить настройку регулятора давления конденсации?

рах или в ТРВ. Такой метод определения температур испаре"

Соответствующее давление для R12 равно 9,63 бар, при этом

ния и конденсации приемлем для управления компрессорами

давлении температура конденсации R134a равна 38 °С. Ре"

и устройствами защиты, для которых, в конечном итоге, важ"

гулятор давления, рассчитанный на R12, нужно установить

нейшим параметром является давления. Однако этот метод,

на 42,2 °С, т.е. на давление 10,16 бар. Это соответствует 40

вообще говоря, не подходит для управления работой теплооб"

°С для фреона R134a.

менников, которая зависит от температуры сред или, скорее,

от разности их температур.

В) Перегрев. Испаритель непосредственного расширения,

рассчитанный на работу с R12 при температуре испарения

Существуют ситуации, в которых регулятор давления или ТРВ

2 °С и перегреве на 5 °С переоборудуется под фреон R134a.

работают с ошибкой.

Регулятор давления (предназначенный для R12) установлен

А) Прямая замена старого хладагента новым. Кривые уп"

на 0,5 °С, что соответствует давлению 3,15 бар, т.е. темпе"

ругости пара нового и старого хладагентов различаются, как

ратуре насыщения 2 °С для R134a.

бы удачно ни был подобран хладагент для замены.

ТРВ получает температурный сигнал от термобаллона о тем"

Б) Неисправность приборов. В термобаллоне ТРВ может быть

пературе 7 °С и сигнал давления по уравнительной трубке о

неподходящий заполнитель, манометр может быть механи"

температуре 0,5 °С, т.е. определяет перегрев, равный 6,5 К.

чески блокирован и т.д. Это может случиться как с новыми,

Это больше чем заданное значение 5 К, поэтому вентиль от"

так и со старыми хладагентами.

крывается.

В) Неопределенность физических свойств. Иногда физи"

Г) Испаритель работал с фреоном R502 под давлением 6,10

ческие свойства хладагента, заявленные разными изгото"

бар (температура 2 °С). При этом давлении фреон R 507

вителями, отличаются друг от друга (и от реальности), осо"

имеет температуру кипения "0,52 °С. Чтобы получить тем"

бенно в случае хладагентов с температурным глайдом (см.

пературу кипения R507 2 °С (6,60 бар), прежний, рассчитан"

ниже). Отклонения обычно невелики, но иногда достигают 2

ный на R502, регулятор давления нужно установить на 5,2 °С

°С по температуре насыщения.

(6,6 бар).

8. Масла и хладагенты

143

тимый с системой, рассчитанной на R22, и при этом безопас"

ный для окружающей среды.

В результате удалось найти несколько более или менее подхо"

дящих смесей хладагентов. Смеси хладагентов использовали

и раньше, но только азеотропные, например, R502.

3.6.1. Свойства смесей хладагентов.

Предположим, мы смешали две смешиваемые жидкости с раз"

личными точками кипения, и нагреваем этот раствор до кипе"

ния. Отметим, что жидкости должны быть взаиморастворимы

во всем диапазоне концентраций. Что при этом произойдет и в

чем отличия от кипения каждого из компонентов? Предполо"

жим, что процесс идет при атмосферном давлении.

На рис. 11 представлены два варианта протекания процесса,

А, при котором жидкости нагреваются в разных сосудах, а B -

кипение смеси. Если у каждой чистой жидкости температура

испарения, она же температура конденсации, постоянна, то

смесь кипит в интервале температур. Точка кипения или тем"

пература испарения чистой жидкости равны температуре кон"

Рис. 10. Кривые упругости пара для пар

денсации. Кипение начинается в точке начала кипения (точке

хладагентов R12 R134a и R502 R507.

появления пузырьков) и заканчивается в точке росы.

На рис. 11 приведена зависимость между температурой и кон"

Комментарии

центрацией испарившейся фракции. Это практичный способ

1) В случае замены R502 - R507 без перенастройки регулятора

описания состояния смеси, поскольку он напрямую приложим,

давления температура испарения понижается, так что СРТ

скажем, к испарителю. Хладагент поступает в испаритель час"

и, следовательно, производительность возрастают, т.е. при

тично испарившимся и выходит из него перегретым, т.е. кри"

этом нет необходимости задавать новую уставку регулято"

вая кипения характеризует ту часть процесса, при которой в

ра. Однако теперь температура испарения ниже 0 °С, т.е.

испарителе имеется двухфазная смесь. Кроме того, эту харак"

существует опасность замерзания.

теристику легко получить экспериментально даже для очень

2) Изменения настроек зависят от поддерживаемой темпера"

сложных смесей. Смеси углеводородов, такие как бензин, час"

туры и от пары старый"новый хладагент. Замена R502 " R507

то характеризуют кривыми кипения или дистилляции.

в этом отношении очень удачна: изменения уставок практи"

Типы поведения двухкомпонентных смесей удобнее объяснять

чески постоянны во всем температурном диапазоне.

с помощью графика зависимости температуры от концентра"

3) В случае пары R12 " R134a изменения уставок не требуются

ции одного из компонентов в обеих фазах - жидкой и паровой,

при температуре 18 °С, с понижением температуры уставки

т.е. кривой равновесия, рис. 12. Кривая кипения может быть

все сильнее снижаются, а с повышением, в зоне конденса"

вычислена из кривой равновесия, но не наоборот. На рис. 12

ции, " все сильнее повышаются.

показаны различия между зеотропной и двумя типами азеот"

ропных смесей.

4) Допустимо использование прежнего регулятора давления

при условии, что диапазон регулирования достаточно велик.

Существуют азеотропные смеси трех и более компонентов, но

их труднее представить графически.

5) Настройка ТРВ на самом деле более сложна, чем показано в

примере. ТРВ получает сигнал о перегреве 6,5 К, тогда как

Азеотропы во всех практически важных отношениях ведут себя

уставка равна 5 К, т.е. вентиль должен закрыться. Однако пе"

подобно чистым жидкостям. Их состав может немного изме"

репад давлений увеличился с 9,63 - 3,3 = 6,33 бар до 10,16 -

няться с давлением, т.е. теоретически они могут разделяться,

3,15 = 7,01 бар. Это увеличивает расход хладагента через

но это, по"видимому, возможно лишь для смесей с близкими

ТРВ и уменьшает перегрев.

температурами кипения компонентов, т.е. их температурным

глайдом в любом случае можно пренебречь.

Отношение давлений в компрессоре для R12 обычно равно

2,92. Для некоторых типов компрессора это отношение не"

Смесь двух компонентов азеотропа, взятых в ином - не азеот"

обходимо сохранить. В этом случае давление конденсации

ропном - соотношении, ведет себя подобно смеси двух жид"

для R134a должно быть 3,145 х 2,92 = 9,18 бар, т.е. темпера"

костей - азеотропа и чистого компонента. Хорошо известным

тура равна "37,8 °С. Это понижает производительность и

примером является смесь спирта и воды, которая разделяет"

ТРВ, и конденсатора.

ся дистилляцией на 95,4 % спирт и почти чистую воду.

Пропускная способность ТРВ зависит не только от разно"

Зеотропы являются скорее правилом, чем исключением, боль"

сти давлений и абсолютного давления, но также от термо"

шинство жидкостей не образуют азеотропных смесей. Ниже

динамических и механических свойств хладагентов.

приводится описание некоторых свойств зеотропов.

Пропускная способность ТРВ по фреону R134а приблизи"

♦ Зеотропы можно характеризовать кривой кипения, как на

тельно на 20 % больше, чем по R12, тогда как пропускная

рис. 11, но для расчета теплообменников необходима до"

способность по R502 и R507 приблизительно одинакова.

полнительная информация. Нужно знать температуру, эн"

тальпию и физические свойства пара и жидкости при дан"

Ïðè çàìåíå îäíîãî õëàäàãåíòà äðóãèì íåîáõîäèìî ñëå-

ном давлении в одной или нескольких точках. Для хладаген"

äîâàòü ðåêîìåíäàöèÿì èçãîòîâèòåëåé îòíîñèòåëüíî

тов со слабым глайдом или без него достаточно одной точ"

íàñòðîéêå êëàïàíîâ, îñîáåííî ÒÐÂ.

ки, а для хладагентов с большим глайдом, как правило, дос"

таточно трех (начальная, средняя и конечная).

3.6. Хладагенты с температурным

♦ Когда жидкая смесь начинает кипеть, в фазе пара увеличи"

вается содержание низкокипящего компонента (НКК), но

глайдом

присутствует также и высококипящий компонент (ВКК). Ана"

Из подлежащих замене хладагентов наиболее распостранены

логично, когда пары начинают конденсироваться, в жидкой

R502, R12 и R22. Имеется целый ряд альтернативных хлада"

фазе увеличивается содержание ВКК, но присутствует так"

гентов для замены R502 и R12. Труднее было найти одноком"

же и НКК. НКК не испаряется без ВКК, оба процесса идут

понентный хладагент или азеотроп для замены R22, совмес"

одновременно, хотя с разными скоростями.

144

8. Масла и хладагенты

♦ В противоположность широко распространенному мнению,

♦ Температура на входе в испаритель может меняться, по"

состояние системы не меняется в точном соответствии с

скольку меняется температура на входе в ТРВ. Это означа"

кривой испарения, от точки начала кипения до точки росы.

ет, что, несмотря на постоянство давления, средняя темпе"

Процесс идет по кривой испарения лишь при условии, что

ратура также меняется, что затрудняет сравнение с други"

жидкость и пар интенсивно перемешиваются и движутся с

ми системами.

одной скоростью. Другими словами, определенное количе"

♦ Несмотря на положительную температуру испарения, вход"

ство жидкости должно присутствовать и смешиваться с па"

ная температура может быть отрицательной, т.е. существу"

ром в течение всего процесса. То же самое действительно и

ет îïàñíîñòü çàìåðçàíèÿ. Нельзя забывать, что при заме"

для конденсации.

не R22 хладагентом R407C входная температура может быть

♦ Это условие не всегда выполняется, особенно в конденса"

ниже нуля, хотя температура испарения равна 2 °С.

торах некоторых типов. Если жидкость удаляется по мере

конденсации, она не участвует в поддержании равновесия

3.6.3. Использование температурного глайда

с паровой фазой. Когда конденсируются остатки паров, они

Высказывалось много предположений о том, можно ли исполь"

находятся в равновесии с только что образовавшимся кон"

зовать глайд для эксплуатации теплообменника при меньшей

денсатом, а не со всем конденсатом, полученным в ходе про"

СРТ. Как видно из рис. 13, в нормальном режиме работы уста"

цесса. Этот только что образовавшийся конденсат содер"

новки кондиционирования этот эффект не проявляется.

жит относительно больше НКК, чем конденсат в целом, в

результате смесь должна быть охлаждена до более низкой

Если испаритель может работать без перегрева, глайд позво"

температуры для полной конденсации.

ляет создать режим с меньшей разностью между выходной тем"

пературой охлаждаемой и входной температурой охлаждаю"

♦ К счастью, условия в ПТО благоприятствуют «идеальному»

щей среды, но эту возможность нужно оценивать применитель"

протеканию фазового перехода, поскольку обе фазы интен"

но к конкретной установке.

сивно перемешиваются и движутся с одной скоростью.

♦ Когда кипящий зеотроп находится в контакте с поверхнос"

3.6.4. Использование зеотропов для термосифонных

тью нагрева в испарителе, в ближайшем к стенке слое жид"

установок

кости испаряется, в основном, ЛКК. Поэтому температура в

Хладагенты с глайдом или, во всяком случае, хладагенты с боль"

этом слое повышается, и в результате разность температур

шим глайдом, должны применяться только в испарителях не"

становится меньше расчетной. Практический эффект состо"

посредственного расширения. Поскольку в затопленном испа"

ит в кажущемся понижении коэффициента теплопередачи.

рителе хладагент испаряется только частично, его состав из"

♦ То же самое происходит в конденсаторах, только в них эф"

меняется, это вызывает изменения температуры в различных

фект проявляется слабее.

частях системы, которые очень трудно оценить при расчетах.

Оба последних эффекта меньше проявляются в ПТО вслед"

ствие сильной турбулентности.

3.6.5. Утечки

Утечка зеотропа из сосуда с приблизительно одинаковым со"

держанием паровой и жидкой фаз, имеющих различный состав,

3.6.2. Температуры испарения и конденсации хлада

означает, что оригинальный состав смеси изменяется. В ре"

гентов с глайдом

зультате меняется температурный режим в испарителях и кон"

Если конденсация и испарение происходят в температурном

денсаторах, что может привести к нарушению их функций. Судя

интервале, возникает вопрос, как определить температуру ис"

по большинству проведенных испытаний, система, по"видимо"

парения и температуру конденсации.

му, будет работать в расчетном режиме, если она дозаправля"

♦ Температура испарения - это среднее между входной

ется исходным зеотропом.

температурой и точкой росы при выходном давлении. По"

скольку хладагент обычно поступает в испаритель частично

испаренным, температурный глайд в испарителе меньше

3.7. Устранение неисправностей, связанных

разности между точкой росы и точкой начала кипения.

с температурным глайдом хладагентов

♦ Температура конденсации - это среднее между точкой

До настоящего времени большинство систем проектирова"

росы и точкой начала кипения.

лось для использования чистых жидкостей или азеотропов.

Это позволяло применять в качестве параметра управления

♦ Перегрев в испарителе - это разность между входной тем"

теплообменниками давление, преобразованное в температу"

пературой и точкой росы при выходном давлении.

ру. В ближайшем будущем многие системы будут переведе"

♦ Переохлаждение конденсата - это разность между выход"

ны на новые хладагенты. Это означает, что большое количе"

ной температурой и точкой начала кипения при выходном

ство оборудования будет работать не с теми хладагентами,

давлении.

для которых оно проектировалось, с хладагентами, состав

которых меняется в результате утечек или внутреннего дис"

Эти определения порождают некоторые проблемы (как и аль"

баланса, например, в термосифонах, при иной, чем следова"

тернативные определения), см. также рис. 13.

ло бы, калибровке КИП, с непреднамеренным смешиванием

♦ Выходная температура не является суммой температуры ис"

хладагентов и т.д.

парения и перегрева. На рис. 13 для хладагента R407C она

равна 9,6 °С, т.е. не является суммой 2 °С и 5 К, как в случае

R22. Легко допустить ошибку, взяв слишком низкую вход"

ную температуру воды, особенно для ТРВ с большим пере"

гревом.

♦ Преимущество глайда в том, что он позволяет чуть сильнее

охладить воду. Если разность между выходной температу"

рой охлаждаемой и входной температурой охлаждающей

среды для какого"то теплообменника составляет 3 К, то в

качестве испарителя, работающего при температуре 2 °С,

он охладит воду приблизительно до 5 °С, если использует

R22, и до 3 °С, если использует R407C. Однако см. предыду"

щий абзац.

8. Масла и хладагенты

145

°C

В конце процесса испарения вся жидкость пре"

вращается в пар. Температура, при которой при

последующем охлаждении на поверхности об"

Температура, при которой в

разуются первые капли, является точкой росы.

жидкости образуются первые

пузырьки, это точка начала

кипения.

Температурный глайд

Температур"

в испарителе

ный глайд в

конденсаторе

Вход в ис"

% испарения

паритель

А. Жидкости в отдельных сосудах.

В. Жидкости в одном сосуде.

Рис. 11. Испарение двух смешиваемых жидкостей

Каждая из двух жидкостей содержатся в отдельном сосуде (А).

чале испарения пар содержит, в основном, низкокипящий

Температура увеличивается одновременно в обоих сосудах.

компонент, и этот компонент преобладает в паре на протяже"

Когда низкокипящая жидкость (синяя) достигает точки кипе"

нии всего процесса испарения. По мере испарения повыша"

ния, она испаряется при постоянной температуре. Когда вся

ется концентрация высококипящего компонента в жидкости.

низкокипящая жидкость испарилось, температура повыша"

В результате возрастает температура кипения, это продол"

ется, пока не начинает кипеть высококипящая жидкость (крас"

жается до тех пор, пока вся жидкость не испарится, обычно

ная). Испарение происходит при постоянной температуре.

испарение заканчивается при температуре чуть более низ"

кой, чем температура кипения высококипящей жидкости.

Кривая кипения - зависимость температуры от состава пара

- в данном случае представляет собой две горизонтальные

Испарение начинается в точке начала кипения (точке обра"

линии. Обратите внимание! Также выглядит кривая кипения

зования пузырьков), а заканчивается в точке росы. Глайд -

двух несмешивающихся жидкостей.

это разность между точкой росы и температурой на входе в

испаритель, т.е. температурой частично испаренного хлада"

Когда две жидкости смешаны в одном сосуде (В), кипение на"

гента в случае испарителя непосредственного расширения.

чинается при чуть более высокой температуре, чем темпера"

тура кипения низкокипящей жидкости, но эта температура

Конденсация начинается точке росы и заканчивается в точ"

ниже температуры кипения высококипящей жидкости. В на" ке начала кипения. Разность между этими точками так же яв"

ляется глайдом.

100 °C

А. Зеотроп.

100 °C

Максимальный

Кривая пара или кривая

азеотроп

конденсации.

Постоянное

давление

Минимальный

азеотроп

Кривая жидкости

или кривая кипения.

100 % ВКК

Рис. 12. Кривая равновесия для зеотропных и двух типов азеотропных смесей

В зеотропах концентрация высококипящего компонента все"

У азеотропов кривые кипения и конденсации касаются друг

гда ниже в паровой фазе, чем в жидкости.

друга в одной точке. В этой точке составы паровой и жидкой

фаз одинаковы. Эта точка кипения либо выше точек кипения

При 60 °С (линия 1) его концентрация в паре представлена

каждого из компонентов, либо ниже их.

точкой Х и равна 40 %, а в жидкости (Y) " 70%. То есть для жид"

кости, содержащей 70 % ВКК, точка начала кипения - 60 °С.

Применительно к азеотропам можно говорить о точке кипе"

Точка росы для смеси этого состава (линия 2) это точка Z, око"

ния, так как точка начала кипения и точка росы совпадают.

ло 75 °С.

Компоненты азеотропной смеси нельзя разделить испаре"

нием и последующей конденсацией, так как концентрация

Компоненты зеотропа могут быть разделены в последова"

компонента одинакова в паре и в жидкости. Т.е. азеотропы

тельных испарителях и конденсаторах дистилляцией или

ведут себя подобно однокомпонентной жидкости.

фракционной перегонкой.

146

8. Масла и хладагенты

Концентрация, Эффект

Группа

Хладагенты

млн¹

водорода

воды

воздуха

и другие газы

Некоторые люди ощущают запах.

Н₂ = 2

СН₄ = 16

HCN = 27

C₃H₆ = 42

Большинство людей ощущает запах.

Отчетливо ощутимый запах.

He = 4

NH₃ = 17

N₂, CO, C₂H₄ = 28

CO₂, C₃H₈ = 44

100

Неприятные запах, неопытные люди на"

(H₂O = 18) Воздух = 29

R32 = 52

чинают тревожиться.

300

Опытные люди покидают данную зону,

HF = 20

NO, C₂H₆ = 30

R125 = 120

неопытные впадают в панику.

Ne = 20

N₂H₄, O₂ = 32

Cl₂ = 70

400"700

Сильное раздражение слизистой глаз,

носа и легких. В зоне невозможно оста"

Плотность газа пропорциональна его молекулярной мас"

ваться.

се. Имеется три газа, более легких, чем аммиак, и шесть

1700

Кашель, спазмы. Получасовое воздей"

газов легче воздуха. Есть еще три газа с плотностью мень"

ствие может привести к тяжелым травмам.

ше чем у воздуха, но настолько близкой, что их смесь с

2000 - 5000

Воздействие, длящееся меньше получа"

воздухом практически не разделяется. Самый легкий из

са, может привести к смерти.

хладагентов, пропен, С₃H₆, значительно тяжелее воздуха.

7000

Летальный исход в течение нескольких

ГФУ (HFC) по плотности занимают промежуточное положе"

минут.

ние между R32 и R125.

Таблица 1. Физиологическое воздействие аммиака

Таблица 2. Молекулярная масса некоторых газов

Óòå÷êè. Утечка жидкости из той части установки, где присут"

ном, так и в двухфазном состоянии, далеко опережают все дру"

ствует двухфазная смесь, вызывает падение температуры во

гие среды. Сочетание низкой вязкости и высоких теплопровод"

всей установке. Утечка пара повышает температуру. Утечка

ности, удельной теплоемкости и скрытой теплоты делает эти

из той части установки, где присутствует однофазный хлада"

среды лучшими возможными теплоносителями. Аммиаку чуть

гент, например, между испарителем и компрессором или в

недостает плотности, чтобы быть идеальным хладагентом, но

ТРВ, не изменяет состав хладагента и, следовательно, тем"

это не такой уж большой недостаток. Действительно, есть хо"

пературу.

рошие более легкие вещества, но водород или гелий не суще"

ствуют в жидком виде в нормальном состоянии.

Ïðîèçâîäèòåëüíîñòü. Отыскивая причины неисправности теп"

лообменника, особенно причины недостаточной производитель"

Аммиак имеет оптимальные свойства в очень важном темпе"

ности, ïðîâåðüòå òåðìîìåòðîì âñå òåìïåðàòóðû, которые

ратурном диапазоне: от "50 до +10 °С. Единственный недо"

определяются по давлению. Параметрами управления теплооб"

статок аммиака в том, что он считается опасным. Несомнен"

менника должны именно температуры, а не давления сред.

но, он токсичен и горюч, но эти свойства сами по себе не де"

лают его опасным при условии надлежащего обращения. В

Çàìåðçàíèå. Проверьте входную температуру термометром.

определенных отношениях он менее опасен, чем другие хла"

Не доверяйте показаниям температуры, измеренным косвен"

дагенты.

но, по давлению.

Îáùèå ñâîéñòâà. Аммиак, NH₃, при нормальной температуре

Îøèáêè ÒÐÂ. Не забудьте, что перегрев больше не является

является газом. Он легко растворяется в воде, образуя комп"

разностью между выходной температурой и температурой ис"

лексное соединение, упрощенно обозначаемое NH₄OH. Это

парения. При той же номинальной температуре перегрев для

сильное основание, т.е. нейтрализует кислоты, при этом выде"

R407C значительно меньше, чем для R22.

ляется большое количество теплоты.

ТРВ, которые прекрасно работали на R22, могут не обеспечи"

Аммиак - полярное соединение, т.е. его молекула имеет поло"

вать требуемую производительность или генерировать само"

жительно и отрицательно заряженные части, но в целом явля"

возбуждающиеся колебания после перевода установки на

ется электрически нейтральной. Аммиак " хороший раствори"

R407C. Следуйте рекомендациям изготовителей клапанов.

тель, особенно для других полярных соединений и солей.

Êîíäåíñàòîð обычно создает меньше проблем, чем испарите"

При температуре выше 450 °С аммиак разлагается на азот и

ли. Не забывайте, что переохлаждение " это не просто разность

водород. Это свойство используется при пайке, так как данная

между выходной температурой и температурой конденсации.

смесь восстанавливает, т.е. удаляет оксиды.

Переохлаждение конденсата можно ошибочно посчитать дос"

Ïðîèñõîæäåíèå. Аммиак встречается всюду, где есть мате"

таточно большим, чтобы допустить некоторое снижение дав"

риал биологического происхождения, так как образуется в ре"

ления без закипания конденсата.

зультате разложения азотсодержащих органических веществ.

Ïîêàçàíèÿ äàâëåíèÿ-òåìïåðàòóðû. Помните, что опублико"

В коровниках сильно пахнет аммиаком. Аммиак также тесно

ванные данные о хладагентах различаются. По данным различ"

связан с круговоротом азота, как двуокись углерода - с круго"

ных производителей различие температуры насыщения может

воротом углерода.

достигать 2 °С. Поэтому тщательно проверяйте показания тем"

Ïðîèçâîäñòâî. Жидкий аммиак впервые выделили и получа"

пературы, измеренной косвенно, по давлению.

ли конденсацией из газов, образующихся при разложении орга"

Ïîêàçàíèÿ òåìïåðàòóðû. Характеристики испарителей и кон"

нических материалов. Сейчас его производят главным обра"

денсаторов часто оценивают с помощью инструментов, пред"

зом синтезом из водорода (полученного из природного газа) и

назначенных для компрессоров, как правило, манометров, рас"

азота в присутсвии катализатора, т.е. в процессе, обратном

положенных на некотором расстоянии от теплообменника. На

разложению.

этом участке, разумеется, происходит какое"то падение дав"

Äåéñòâèå íà îêðóæàþùóþ ñðåäó. Являясь природным про"

ления. Для компрессоров важнейшими параметрами являют"

дуктом, аммиак совершенно безвреден для окружающей сре"

ся значения давления, а для теплообменников - значения тем"

ды. Он не разрушает озон и не создает парниковый эффект.

пературы. К показаниям температуры, измеренным косвенно,

Даже если бы дело обстояло иначе, это не имело бы значения,

по давлению, нужно относиться осторожно, особенно если

так как хорошая растворимость в воде означает, что аммиак не

манометр расположен на удалении от теплообменника.

задерживается в атмосфере.

Коррозионные свойства. Аммиак в сочетании с водой и кис

лородом вызывает коррозию меди и цинка.

3.8. Аммиак.

По коэффициенту теплоотдачи вода и аммиак, как в однофаз"

Физиологическое действие аммиака. Хотя аммиак - при"

8. Масла и хладагенты

147

А. С перегревом

В. Без перегрева

Вода

˚C

R 407C

Вода

R 22

MTD = 7.21 K

СРТ = 6.91 K СРТ = 6.45 K

R 407C

MTD =7.50 K

R 22

= 2,0 °С

Опасность

tисп

0,6 °С замерзания!

tвход=

Нагрузка

Рис. 13. СРТ для R22 и R407C

Æèðíûìè ëèíèÿìè ïîêàçàíû òåìïåðàòóðíûå êðèâûå áåç ïå-

Åñëè ìû ïîïûòàåìñÿ ïîíèçèòü òåìïåðàòóðó âîäû, òî ïðè èñ-

ðåïàäà äàâëåíèÿ. È R22, è R407C èìåþò íîìèíàëüíóþ òåì-

ïîëüçîâàíèè R407C ýòî áûñòðî ïðèâåäåò ê ñìûêàíèþ òåì-

ïåðàòóðó èñïàðåíèÿ 2 °Ñ. Äëÿ R22 ýòî ðåàëüíàÿ òî÷êà êèïå-

ïåðàòóðíûõ êðèâûõ, ò.ê. âõîäíàÿ òåìïåðàòóðà âîäû ïðèáëè-

íèÿ, à äëÿ R407C ýòî ñðåäíåå ìåæäó âõîäíîé òåìïåðàòóðîé è

æàåòñÿ ê âûõîäíîé òåìïåðàòóðå R407C, ðàâíîé 9,6 °Ñ.

òî÷êîé ðîñû.

Èñïàðåíèå áåç ïåðåãðåâà (ðèñ. Â) ìåíÿåò ñèòóàöèþ: Ñ

^ÐÒR407C

Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî òåìïåðàòóðà èñïàðåíèÿ ðàâíà 2 °Ñ, âõîä-

здесь больше, чем СРТ_R22.

íàÿ òåìïåðàòóðà õëàäàãåíòà R407C íèæå íóëÿ, ò.å. ñóùåñòâó-

В этом случае хладагент R407C допускает более существен"

åò îïàñíîñòü çàìåðçàíèÿ.

ное понижение температуры воды (или увеличение темпе"

Òîíêèìè ëèíèÿìè ïîêàçàíû òåìïåðàòóðíûå êðèâûå â ñëó÷àå

ратуры испарения), чем R22.

ïåðåïàäà äàâëåíèÿ â òåïëîîáìåííèêå. Âõîäíàÿ òåìïåðàòóðà

Однако, как видно на графике, в режиме прямотока проис"

ïîâûøàåòñÿ, è îïàñíîñòü çàìåðçàíèÿ óñòðàíÿåòñÿ. Â ýòîì

ходит смыкание температурных кривых воды и R407C.

ñëó÷àå ÑÐÒ

немного выше, чем СРТ_R407C.

R22

родный продукт, в высокой концентрации он ядовит. Кроме того,

♦ Óòå÷êà èç òîé ÷àñòè õîëîäèëüíîé óñòàíîâêè, ãäå ñîäåðæèòñÿ

он оказывает раздражающее действие на слизистую глаз, носа

ïàð, ïðèâîäèò ê ïîòåðå ïàðà. Ïî ìåðå òîãî êàê äàâëåíèå ïî-

и легких (см. табл. 1). К счастью, даже после интенсивного воз"

íèæàåòñÿ, æèäêèé àììèàê èñïàðÿåòñÿ. Èç óñòàíîâêè äîëæ-

действия аммиака можно рассчитывать на полное выздоров"

íî èñïàðèòüñÿ îò 10 äî 15 % àììèàêà, ÷òîáû áûëà äîñòèãíó-

ление пациента.

òà òî÷êà êèïåíèÿ, ò.å. -33,4 Ñ. Ïîñêîëüêó ñîñóäû ñ àììèàêîì

îáû÷íî òåïëîèçîëèðîâàíû, à àììèàê èìååò âûñîêóþ òåï-

Воспламеняемость. Àììèàê ãîðèò, åñëè åãî êîíöåíòðàöèÿ â

ëîòó ôàçîâîãî ïåðåõîäà, îñòàâøàÿñÿ æèäêîñòü èñïàðÿåòñÿ

âîçäóõå ñîñòàâëÿåò îò 15 äî 28 %. Ñàì ïî ñåáå àììèàê ìîæåò

î÷åíü ìåäëåííî. Ïàð àììèàêà ïîäíèìàåòñÿ ââåðõ.

ãîðåòü òîëüêî â çàìêíóòîì ïðîñòðàíñòâå. Íà îòêðûòîì âîçäó-

õå äëÿ ïîääåðæàíèÿ ãîðåíèÿ àììèàêà íåîáõîäèìî âíåøíåå

♦ Óòå÷êà èç òîé ÷àñòè õîëîäèëüíîé óñòàíîâêè, ãäå ñîäåðæèòñÿ

ïëàìÿ.

æèäêèé àììèàê, ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî âûòåêàåò âñÿ æèäêîñòü

èç âûøåëåæàùåé ÷àñòè óñòàíîâêè, è, êðîìå òîãî, èñïàðÿåò-

Îáðàòèòå âíèìàíèå! Àììèàê горит, à íå âçðûâàåòñÿ. Ðàñïðîñ-

ñÿ åùå 10 15 %. Îñòàâøàÿñÿ æèäêîñòü èñïàðÿåòñÿ î÷åíü

òðàíåíèå ôðîíòà ïëàìåíè â àììèàêå ìîæíî ïðîñëåäèòü âçãëÿ-

ìåäëåííî. Íàèáîëåå ñåðüåçíûì ïîñëåäñòâèåì óòå÷êè æèä-

äîì. Ýòî âîâñå íå òà ÿðîñòíàÿ ñèëà âçðûâà ïðèðîäíîãî ãàçà,

êîãî àììèàêà ÿâëÿåòñÿ îáðàçîâàíèå àýðîçîëåé.

êîòîðàÿ ìîæåò ïîëíîñòüþ ðàçðóøèòü çäàíèå. Êèðïè÷íîå çäà-

íèå, íå èìåþùåå âûõîäîâ äëÿ ãàçîîáðàçíûõ ïðîäóêòîâ ñãîðà-

Образование аэрозолей. Ïðè îïðåäåëåííûõ óñëîâèÿõ îáðà-

íèÿ, ðóõíåò. Íî çäàíèå áîëåå ïðî÷íîé êîíñòðóêöèè, â êîòîðîì

çóåòñÿ àýðîçîëü àììèàêà, ò.å. âçâåñü êàïåëü àììèàêà â ãàçå.

åñòü âûõîäû äëÿ ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ, íàïðèìåð, îêíà â êðûøå,

Òàêîé àýðîçîëü ìîæåò áûòü òÿæåëåå âîçäóõà, è ïîýòîìó îí îïàñ-

óñòîèò, òîëüêî ïîòåðÿåò ñòåêëà. Êîíå÷íî, ñëåäóåò ïðîèçâåñòè

íåå, ÷åì ãàçîîáðàçíûé àììèàê.

ðàñ÷åò äëÿ îïðåäåëåíèÿ òèïà è ðàçìåðîâ âûõîäîâ äëÿ ãàçîîá-

Àýðîçîëü îáðàçóåòñÿ òåì ëåã÷å, ÷åì âûøå äàâëåíèå àììèàêà,

ðàçíûõ ïðîäóêòîâ ñãîðàíèÿ.

ïîýòîìó óòå÷êà èç ðåñèâåðà âûñîêîãî äàâëåíèÿ áîëåå îïàñíà,

Çàìåòüòå òàêæå, ÷òî âî âñåì ìèðå ðàáîòàþò ìèëëèîíû àáñîðá-

÷åì èç ðåñèâåðà íèçêîãî äàâëåíèÿ. Õóæå âñåãî, åñëè óòå÷êà

öèîííûõ õîëîäèëüíèêîâ, óñòàíîâëåííûõ, íàïðèìåð, â ãîñòèíè÷-

ïðîèñõîäèò â ñëàáûé ïîòîê âîçäóõà, êîòîðûé óíîñèò îáðàçóþ-

íûõ íîìåðàõ, è ñåðüåçíûå èíöèäåíòû ïðîèñõîäÿò äîâîëüíî

ùèéñÿ àýðîçîëü.

ðåäêî. Òàêèå õîëîäèëüíèêè ñîäåðæàò ñìåñü àììèàêà è âîäî-

Â íåïîäâèæíîì âîçäóõå, ò.å. â çàìêíóòîì

ïðîñòðàíñòâå, êàïëè

ðîäà ïîä âûñîêèì äàâëåíèåì, è ê íåêîòîðûì èç íèõ òåïëî ïîä-

àýðîçîëÿ ñëèâàþòñÿ, òåìïåðàòóðà ïîíèæàåòñÿ, è áîëüøàÿ ÷àñòü

âîäèòñÿ îòêðûòûì ïëàìåíåì ãàçîâîé ãîðåëêè.

æèäêîñòè îñòàåòñÿ â æèäêîé ôàçå. Ñëèøêîì ñèëüíûé ïîòîê

Плотность пара. Äàííûå î ïëîòíîñòè ïðèâåäåíû â òàáëèöå 2

âîçäóõà ðàçáàâëÿåò àììèàê, è êàïëè èñïàðÿþòñÿ.

è íà ðèñ. 14 è 15. Ýòî î÷åíü âàæíîå êà÷åñòâî. Â ñëó÷àå óòå÷êè

Êîãäà àýðîçîëü ñìåøèâàåòñÿ ñ âîçäóõîì èëè íàãðåâàåòñÿ, êàï-

àììèàê ïîäíèìàåòñÿ âûøå óðîâíÿ âîçäóõà.

ëè èñïàðÿþòñÿ, è, ïîñêîëüêó ïàð àììèàêà ëåã÷å âîçäóõà, îí

Утечка аммиака. Ïîñëåäñòâèÿ óòå÷êè çàâèñÿò îò òîãî, ãäå îíà

ïîäíèìàåòñÿ ââåðõ. Îáðàòèòå âíèìàíèå, ÷òî â ýòîì îòíîøå-

ïðîèñõîäèò.

íèè àììèàê ðàçèòåëüíî îòëè÷àåòñÿ îò õëîðà èëè äâóîêèñè ñåðû,

148

8. Масла и хладагенты

Горячий

Аммиак,

воздух,

25 °С

80 °С

Аммиак нужно охладить при"

близительно до "100 °С, чтобы

он стал тяжелее, чем воздух

при +25 °С.

Сильный запах

аммиака позво"

ляет вовремя оп"

ределить его

Люди и воздух

присутствие.

имеют общее

Воздух

свойство: они тя"

Аммиак воспла"

желее аммиака.

меняется, но го"

рит плохо.

Аммиак будет под"

Все другие хладагенты

ниматься вверх.

остаются внизу.

Воздух

Рис. 14

Плотность аммиака

Рис. 15. Утечка хладагентов

Àììèàê î÷åíü ëåãêèé ãàç. Âîçäóøíûé øàð, íàïîëíåííûé àì-

Âîçäóõ îñòàåòñÿ ó ïîëà, à àììèàê ïîäíèìàåòñÿ ââåðõ. Ýòèì

ìèàêîì, ïîäíÿë áû íà ïÿòü ÷åëîâåê áîëüøå, ÷åì òàêîé æå

îí îòëè÷àåòñÿ îò âñåõ îñòàëüíûõ õëàäàãåíòîâ. Îá èñêëþ÷å-

øàð ñ ãîðÿ÷èì âîçäóõîì.

íèÿõ ñì. â òåêñòå.

äâóõ äðóãèõ ãàçîâ, î÷åíü øèðîêî ïðèìåíÿþùèõñÿ â ïðîìûø-

ïðèìåíÿòüñÿ â êðóïíûõ ïðîìûøëåííûõ óñòàíîâêàõ, à â äðóãèõ

ëåííîñòè. Îáà îíè â ÷åòûðå ðàçà òÿæåëåå àììèàêà è îñòàþòñÿ

ïðèëîæåíèÿõ åãî èñïîëüçîâàíèå äàæå ðàñøèðÿåòñÿ, ïðèìåíå-

âáëèçè çåìëè èëè ïîëà.

íèå äâóîêèñè óãëåðîäà â ïîñëåäíèå ãîäû ïðàêòè÷åñêè ïðåêðà-

òèëîñü. Ïðè÷èíà ýòîãî ïðîñòà: î÷åíü íèçêàÿ êðèòè÷åñêàÿ òåì-

Утечки из сосудов под давлением. Àììèàê â õîëîäèëüíûõ

ïåðàòóðà, 30,9 °Ñ, òðåáóåò î÷åíü õîëîäíîé îõëàæäàþùåé ñðå-

óñòàíîâêàõ íå ñîäåðæèòñÿ â îäíîì áîëüøîì ñîñóäå, à ðàñïðå-

äû äëÿ êîíäåíñàòîðà.

äåëåí ïî ñîåäèíåííûì ìåæäó ñîáîé ñîñóäàì è òðóáàì. Ýòî

îãðàíè÷èâàåò ñêîðîñòü óòå÷êè è äàåò âðåìÿ çàêðûòü êëàïàíû,

Физические свойства. Ãàç ïðèáëèçèòåëüíî íà 52 % ïëîòíåå

÷òîáû åùå ñèëüíåå óìåíüøèòü óòå÷êó.

âîçäóõà, ïîýòîìó ñîáèðàåòñÿ âíèçó. Òî÷êà êèïåíèÿ, -78,2 °Ñ, íèæå

òî÷êè ïëàâëåíèÿ, ò.å. òâåðäàÿ äâóîêèñü óãëåðîäà

ñóáëèìèðóåò-

Íàèáîëåå âåðîÿòíûå ìåñòà óòå÷êè ýòî íåèñïðàâíûå ñàëüíèêè,

ñÿ. Ïîýòîìó äâóîêèñü óãëåðîäà ïåðåâîçÿò â âèäå ñóõîãî ëüäà.

ïðîêëàäêè, óïëîòíåíèÿ êëàïàíîâ è ò.ä. Òðóáû íå ïåðåëàìûâà-

þòñÿ íà äâå ÷àñòè, â íèõ áîëåå âåðîÿòíî îáðàçîâàíèå ïðîäîëü-

Химические свойства. Ñóõàÿ äâóîêèñü óãëåðîäà ïðàêòè÷åñêè

íûõ òðåùèí. Êîððîçèÿ íå ïðèâîäèò ê âíåçàïíîìó ðàçðóøåíèþ

èíåðòíà, ò.å. íå âûçûâàåò êîððîçèè, íå ãîðèò è íå ðåàãèðóåò ñ

ñîñóäîâ, à íà÷èíàåòñÿ ñ îáðàçîâàíèÿ ìàëåíüêèõ îòâåðñòèé. Âñå

ìàñëàìè.

ýòî îãðàíè÷èâàåò ñêîðîñòü óòå÷êè è ïîçâîëÿåò çàêðûòü êëàïà-

Физиологическое действие.

Â íèçêèõ êîíöåíòðàöèÿõ ñòè-

íû, ïîäàòü àâàðèéíûé ñèãíàë, ïîêèíóòü êîìïðåññîðíûé çàë è

ìóëèðóåò äûõàíèå îñâåæàþùèé ýôôåêò ãàçèðîâàííûõ íà-

ïðèíÿòü äðóãèå ìåðû çàùèòû.

ïèòêîâ, íî â áîëüøèõ êîíöåíòðàöèÿõ îêîëî 20 % ïðèâîäèò

Çàìåòèì òàêæå, ÷òî ñîâðåìåííûå ñîñóäû ïîä äàâëåíèåì, èç-

ê ñìåðòè îò óäóøüÿ. Ñèìïòîìû îòðàâëåíèÿ äâóîêèñüþ óãëå-

ãîòîâëåííûå â ñîîòâåòñòâèè ñ äåéñòâóþùèìè íîðìàìè, ÿâëÿ-

ðîäà: òîøíîòà, ãîëîâîêðóæåíèå, ãîëîâíàÿ áîëü, íàðóøåíèå

þòñÿ âûñîêîêà÷åñòâåííûì îáîðóäîâàíèåì, ðàçðóøåíèå êîòî-

çðåíèÿ è ñëóõà, ò.å. ýòîò ãàç êîâàðåí è îêàçûâàåò îáùåå îò-

ðîãî êðàéíå ìàëîâåðîÿòíî.

ðàâëÿþùåå äåéñòâèå. Îäíàêî åãî äîïóñòèìàÿ êîíöåíòðàöèÿ

ñîñòàâëÿåò îêîëî 5000 ìëí"1, что в несколько раз выше, чем у

Жидкий аммиак, âûëèâøèéñÿ íà ïîë, èñïàðÿåòñÿ ìåäëåííî,

большинства ГХФУ.

çíà÷èòåëüíî ìåäëåííåå, ÷åì ïðîëèòûé ôðåîí. Ýòî îáúÿñíÿåò-

ñÿ áîëüøîé ñêðûòîé òåïëîòîé àììèàêà. Âíèìàíèå! Íè â êîåì

Действие на окружающую среду. Íå ðàçðóøàåò îçîí, íî îá-

ñëó÷àå íå ñìûâàéòå æèäêèé àììèàê âîäîé (ñì. òàêæå ïðåäîñ-

ëàäàåò íåáîëüøèì ïàðíèêîâûì ýôôåêòîì. Îäíàêî, ñì. ïî ýòî-

òåðåæåíèå 6 â ãë. 6, § 3.2.4). Îäíàêî ïàð àììèàêà ìîæíî áåçî-

ìó ïîâîäó ñëåäóþùèé àáçàö.

ïàñíî àáñîðáèðîâàòü âîäîé.

Производство. Â îòëè÷èå îò îñòàëüíûõ õëàäàãåíòîâ, êðîìå

Наибольшую опасность àììèàê ïðåäñòàâëÿåò íå â êà÷åñòâå

âîäû, äâóîêèñü óãëåðîäà íå ïðîèçâîäÿò, à âûäåëÿþò èç ïðîäóê-

õëàäàãåíòà, êîòîðûé ñîñòàâëÿåò ëèøü îêîëî 1 % îò îáùåãî

òîâ ñãîðàíèÿ è ãàçîâ, îáðàçóþùèõñÿ ïðè ôåðìåíòàöèè èëè ïðè

ìèðîâîãî ïðîèçâîäñòâî àììèàêà. Àììèàê ïðèìåíÿåòñÿ êàê

îáæèãå èçâåñòè. Ïîýòîìó âîçäåéñòâèå ÑÎ

на окружающую сре"

óäîáðåíèå è êàê ñûðüå äëÿ õèìè÷åñêîé ïðîìûøëåííîñòè è ïå-

ду точнее было бы считать нулевым: двуокись углерода, попав"

ðåâîçèòñÿ àâòîìîáèëüíûì, æåëåçíîäîðîæíûì è ìîðñêèì

шая в атмосферу из холодильной установки, предварительно

òðàíñïîðòîì, ïðè ýòîì îí ïåðåêà÷èâàåòñÿ èç ñîñóäà â ñîñóä â

была извлечена из какого"то процесса и только поэтому не по"

î÷åíü áîëüøèõ êîëè÷åñòâàõ. Íåñìîòðÿ íà ìíîãî÷èñëåííîñòü

пала в атмосферу раньше.

ýòèõ ïîòåíöèàëüíî îïàñíûõ îïåðàöèé, ñåðüåçíûå ïðîèñøå-

Холодильные свойства. Äâóîêèñü óãëåðîäà ñòîèò äîñòàòî÷-

ñòâèÿ ñëó÷àþòñÿ îòíîñèòåëüíî ðåäêî.

íî äåøåâî, ÷òîáû èñïîëüçîâàòü åå äëÿ îäíîðàçîâîãî îõëàæäå-

Вода в аммиаке. Àììèàê, ñîäåðæàùèé âîäó, ïðåâðàùàåòñÿ â

íèÿ. Åå îæèæàþò (îòâåðæäàþò), çàòåì èñïàðÿþò äëÿ îõëàæäå-

õëàäàãåíò ñ òåìïåðàòóðíûì ãëàéäîì. Ñì. òàáë. 3 è § 6.

íèÿ, à îáðàçóþùèéñÿ ãàç óõîäèò â àòìîñôåðó. Âûäåëåíèå óãëå-

êèñëîãî ãàçà ñîçäàåò âàæíûé ïîáî÷íûé ýôôåêò: çàùèùàåò ïè-

Заключение. Àììèàê ìîæåò áûòü îïàñåí, íî ïðè ïðàâèëüíîì

ùåâûå ïðîäóêòû îò áàêòåðèé è ãðèáêîâ.

îáðàùåíèè îí âî ìíîãèõ îòíîøåíèÿõ áåçîïàñíåå äðóãèõ õëà-

äàãåíòîâ.

Применение в теплообменниках. Íèêàêèõ îñîáûõ ïðîáëåì

íå âîçíèêàåò. Âîçìîæíû òðóäíîñòè ñ íåðàñòâîðèìûì ìàñëîì

3.9. Двуокись углерода.

ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ.

Äâóîêèñü óãëåðîäà, êàê è àììèàê, ýòî îäèí èç ñòàðåéøèõ ïðî-

Тепловые свойства. Êàê âèäíî èç òàáë. 5, äâóîêèñü óãëåðîäà â

ìûøëåííûõ õëàäàãåíòîâ. Â òî âðåìÿ êàê àììèàê ïðîäîëæàåò

8. Масла и хладагенты

149

Темпера Точка начала кипения

Точка росы

тура насы

100 % конденсата

10 % конденсата

1 % конденсата

0 % конденсата

щения, °С

0 % пара

90 % пара

99 % пара

100 % пара

0.01

0.1

1.0 % H₂O 0.01

0.1

1.0 % H₂O 0.01

0.1

1.0 % H₂O 0.01

0.1

1.0 % H₂O

-40

0.0

0.1

0.3

0.0

0.3

2.0

0.3

2.0

43.1

15.2

32.2

52.7

-35

0.0

0.1

0.3

0.0

0.3

2.1

0.3

2.1

42.3

13.8

30.7

52.0

-30

0.0

0.1

0.3

0.0

0.3

2.2

0.3

2.2

41.6

12.1

29.0

51.4

-25

0.0

0.1

0.3

0.0

0.3

2.3

0.3

2.3

40.7

10.5

27.3

50.4

-20

0.0

0.1

0.3

0.0

0.3

2.5

0.3

2.5

39.8

8.7

25.4

49.4

-15

0.0

0.1

0.3

0.0

0.3

2.7

0.3

2.6

38.9

6.9

23.4

48.3

-10

0.0

0.1

0.3

0.0

0.3

2.8

0.3

2.8

38.0

5.2

21.4

47.1

-5

0.0

0.1

0.3

0.0

0.3

3.0

0.4

2.9

37.0

3.9

19.5

45.8

0.0

0.1

0.4

0.0

0.4

3.2

0.4

3.0

35.9

3.0

17.5

44.4

0.0

0.1

0.4

0.0

0.4

3.4

0.4

3.1

34.8

2.5

15.6

43.0

0.0

0.1

0.4

0.0

0.4

3.6

0.4

3.1

33.7

2.2

13.8

41.5

0.0

0.1

0.4

0.0

0.4

3.7

0.4

3.3

32.4

2.0

12.1

39.9

0.0

0.1

0.4

0.0

0.4

3.9

0.4

3.3

31.1

1.9

10.5

38.2

0.0

0.1

0.5

0.0

0.5

4.0

0.5

3.3

29.6

1.8

9.1

36.6

0.0

0.1

0.5

0.1

0.5

4.2

0.5

3.3

28.1

1.8

7.9

34.9

0.0

0.1

0.5

0.1

0.5

4.3

0.5

3.3

26.5

1.7

6.8

33.2

0.0

0.1

0.5

0.1

0.5

4.4

0.5

3.3

25.0

1.7

5.8

31.5

0.0

0.1

0.5

0.1

0.5

4.5

0.5

3.3

23.4

1.6

5.1

29.8

0.0

0.1

0.6

0.1

0.6

4.6

0.5

3.3

22.1

1.5

4.6

28.2

Таблица 3. Температуры насыщения для системы аммиак вода.

В таблице приведены приращения (относительно температуры на"

охлаждая воду от 15 до 10 °С.

сыщения чистого аммиака, выраженные в К) точки начала кипения и

Испарение начинается при температуре 5 + 0,1 = 5,1 °С. Первая часть

точки росы для аммиака, содержащего 0,01 %, 0,1 % и 1,0 % воды.

хладагента испаряется в регулирующем вентиле, и смесь поступает

Кроме того, даны приращения для промежуточных точек, при кото"

в испаритель с температурой выше на несколько десятых градуса.

рых система содержит 90 % и 99 % пара.

При температуре 5 + 0,4 = 5,4 °С испаряется 90 % аммиака. Однако

В промышленных холодильных установках аммиак содержит некоторое

для испарения 99 % температуру нужно увеличить до 5 + 3,1 = 8,1 °С.

количество воды, обычно в концентрации порядка нескольких млн^"1, иног"

Если ТРВ настроен на перегрев 5 + 5 = 10 К, из испарителя выходит

да больше. Поэтому его испарение начинается в точке начала кипения и

не перегретый, а влажный пар, содержащий несколько меньше 1 %

заканчивается в точке росы, т.е. точке 100 % испарения. Конденсация

жидкости.

начинается в точке росы, а заканчивается в точке начала кипения.

Для полного испарения аммиака его нужно нагреть до 5 + 15,6 = 20,6 °С,

Пример. Аммиак, содержащий 0,1 % воды испаряется в испарителе

что делает сомнительной применимость испарителя непосредственного

непосредственного расширения при номинальой температуре 5 °С,

расширения в данном приложении.

öåëîì îáëàäàåò ïðåâîñõîäíûìè îõëàæäàþùèìè ñâîéñòâàìè,

Àììèàê èñïàðÿåòñÿ ïðè -15 °Ñ è êîíäåíñèðóåò äâóîêèñü óãëå-

óñòóïàÿ òîëüêî àììèàêó. Îíà âûäåëÿåòñÿ âûñîêîé îáúåìíîé õî-

ðîäà ïðè -10 °Ñ.

ëîäîïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ ïàðà è îòíîñèòåëüíî âûñîêèì äàâ-

×àñòü æèäêîé äâóîêèñè óãëåðîäà òðàíñïîðòèðóåòñÿ íàñîñîì

ëåíèåì ïàðà.

èëè çà ñ÷åò åñòåñòâåííîé öèðêóëÿöèè ê âûñîêîòåìïåðàòóðíûì

Новые применения. Çàáîòà î çàùèòå îêðóæàþùåé ñðåäû óâå-

îõëàäèòåëÿì. Çäåñü îíà èñïàðÿåòñÿ ïðè òåìïåðàòóðå -10 °Ñ.

ëè÷èëà èíòåðåñ ê àììèàêó â êà÷åñòâå õëàäàãåíòà. Äëÿ ñíèæå-

Ýòà ÷àñòü ñèñòåìû ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé òåïëîâóþ òðóáó.

íèÿ îïàñíîñòè óòå÷åê, îñîáåííî â çàìêíóòûõ ïðîñòðàíñòâàõ è â

Ïîñêîëüêó ïðîöåññ ÿâëÿåòñÿ ïðàêòè÷åñêè èçîòåðìè÷åñêèì,

ìåñòàõ, ïîñåùàåìûõ ïîñòîðîííèìè ëþäüìè, òàêèõ êàê ñóïåð-

ïîëíàÿ ðàçíîñòü òåìïåðàòóð ìåæäó èñïàðÿþùèìñÿ àììèàêîì

ìàðêåòû, âñå øèðå ïðèìåíÿþòñÿ óñòàíîâêè ñ ïðîìåæóòî÷íûì

è îõëàæäàåìûì âîçäóõîì ìàêñèìèçèðóåòñÿ. Â îòëè÷èå ñèñòåì

õîëîäîíîñèòåëåì.

ñ öèðêóëÿöèåé ðàññîëà, çäåñü íåò ïîòåðü òåìïåðàòóðû.

Íåäîñòàòîê òàêèõ ñèñòåì çàêëþ÷àåòñÿ â ñíèæåíèè ðàçíîñòè

Äðóãàÿ ÷àñòü æèäêîé äâóîêèñè óãëåðîäà èñïàðÿåòñÿ ïðè -35 °Ñ

òåìïåðàòóð è â ñòîèìîñòè ïåðåêà÷èâàíèÿ âÿçêèõ ðàññîëîâ.

â íèçêîòåìïåðàòóðíûõ îõëàäèòåëÿõ, à çàòåì âíîâü ñæèìàåòñÿ

Ñóïåðìàðêåò ìîæåò ïîñëóæèòü õîðîøèì ïðèìåðîì. Ïîìèìî

äî -10 °Ñ, ò.å. ó÷àñòâóåò â íîðìàëüíîì õîëîäèëüíîì öèêëå.

êîíäèöèîíèðîâàíèÿ âîçäóõà, çäåñü òðåáóåòñÿ îõëàæäàòü ïðîäóê-

Â ñëó÷àå àâàðèéíîãî îñòàíîâà, íàïðèìåð, â ñâÿçè ñ îòêëþ÷å-

òû äî äâóõ òåìïåðàòóðíûõ óðîâíåé, íàïðèìåð, äî -10 è -35 °Ñ.

íèåì íàïðÿæåíèÿ, äâóîêèñü óãëåðîäà ìîæíî ïðîñòî âûïóñòèòü

Íèçêèé òåìïåðàòóðíûé óðîâåíü äåëàåò âûãîäíûì èñïîëüçîâà-

â àòìîñôåðó. Òàêàÿ ñèñòåìà ìîæåò ðàáîòàòü ïðè óìåðåííî âû-

íèå êàñêàäíîé ñèñòåìû. Â îïòèìèçèðîâàííîé êàñêàäíîé ñèñ-

ñîêîì äàâëåíèè 26 áàð.

òåìå â âåòâè íèçêîãî äàâëåíèÿ íóæíî ïðèìåíÿòü õëàäàãåíò ñ

Ñóùåñòâóåò ìíîæåñòâî õëàäàãåíòîâ, êîòîðûå ìîæíî èñïîëü-

âûñîêèì äàâëåíèåì ïàðà, ÷òîáû ïîâûñèòü îáúåìíóþ õîëîäî-

çîâàòü â êàñêàäíîé ñèñòåìå, íî òîëüêî äâóîêèñü óãëåðîäà ìîæ-

ïðîèçâîäèòåëüíîñòü. Íåäîñòàòîê òàêîé ñõåìû â òîì, ÷òî îíà

íî âûïóñêàòü â àòìîñôåðó, íå çàáîòÿñü î åå ñòîèìîñòè è íå íà-

òðåáóåò âûñîêîãî ðàñ÷åòíîãî äàâëåíèÿ.

íîñÿ âðåäà îêðóæàþùåé ñðåäå.

Â ñèñòåìå, ïîêàçàííîé íà ðèñ. 16, àììèà÷íàÿ õîëîäèëüíàÿ óñ-

òàíîâêà îáåñïå÷èâàåò ïîäà÷ó æèäêîé äâóîêèñè óãëåðîäà âî âñå

õîëîäèëüíèêè è ôàíêîéëû, ÷òî ïîçâîëÿåò ðåøèòü âñå ïåðå÷èñ-

3.10. Холодоносители

ëåííûå ïðîáëåìû.

Вода

ÿâëÿåòñÿ ïðåêðàñíûì îäíîôàçíûì òåïëîíîñèòåëåì, íî

Íèçêàÿ âÿçêîñòü è âûñîêàÿ îáúåìíàÿ õîëîäîïðîèçâîäèòåëü-

îòíîñèòåëüíî âûñîêàÿ òåìïåðàòóðà çàìåðçàíèÿ òðåáóåò äîáàâ-

íîñòü ïîçâîëÿåò îáîéòèñü áåç ïåðåêà÷èâàíèÿ äâóîêèñè óãëå-

êè àíòèôðèçîâ.

ðîäà èëè ñâîäèò åãî ñòîèìîñòü ê ìèíèìóìó, à òàêæå äàåò âîç-

Áîëüøèíñòâî àíòèôðèçîâ âûçûâàåò êîððîçèþ öèíêà è æåëåçà,

ìîæíîñòü ïðèìåíÿòü òðóáû ìàëîãî äèàìåòðà. Öåíòðàëüíàÿ õî-

à íåêîòîðûå è íåðæàâåþùåé ñòàëè, ïîýòîìó ê íèì íåîáõîäèìî

ëîäèëüíàÿ ñòàíöèÿ ìîæåò ðàñïîëàãàòüñÿ íà çíà÷èòåëüíîì óäà-

äîáàâëÿòü èíãèáèòîðû êîððîçèè.

ëåíèè îò êîíå÷íûõ ïîòðåáèòåëåé.

150

8. Масла и хладагенты

Плотность х уд.

Вязкость Удельная

Примечания

теплоемкость,

динамич., теплопровод.,

кДж/(°С х м³)

сП

Вт/(м х °С)

Точка замерзания,

˚C:

-30

-50

-30

-50

-30

-50

Значение при температуре,

˚C:

-20

-40

-20

-40

-20

-40

Вода (при 0 °С)

4200

1.3

0.59

Превосходный холодоноситель, но применим только до 0 °С.

Аммиак

3001

3046

0.21

0.28

0.62

0.69

Раздражающее и токсичное действие, высокое давление, горючий.

Гидроксид аммиака (40 %)

4257

4224

3.5

6.6

0.53

0.52

Раздражающее действие, не высокое давление, не горючий.

Хлорид кальция

3589

3465

8.4

0.51

0.48

Коррозионный агент

Хлорид натрия

3877

0.48

Коррозионный агент, применим только до 20 ^оС.

Этанол " вода

3500

2853

0.35

0.30

Низкая точка кипения, горючий

Метанол " вода

3707

3370

0.41

0.35

Низкая точка кипения, горючий, токсичен.

Этиленгликоль

3484

3035

140

0.36

0.30

Слабо токсичен.

Пропиленгликоль

3601

3265

824

0.34

0.29

Менее токсичен, но с высокой вязкостью.

Формиат калия

3542

3165

5.5

0.48

Коррозионные свойства при длительном применении (?)

Ацетат калия

3830

3715

0.29

0.27

Коррозионный агент для цинка

Масло силиконовое (типичное)

1512

1500

3.1

5.2

0.12

Дорогое и неэффективное, применяется при низкой температуре.

Превосходный

Средний Плохой

########

Таблица 4. Сравнение холодоносителей.

Õîðîøèé õîëîäîíîñèòåëü äîëæåí îáëàäàòü ñëåäóþùèìè ñâîé-

Спиртовые растворы ÿâëÿþòñÿ õîðîøèìè õîëîäîíîñèòåëÿìè,

ñòâàìè

íî íèçêàÿ òåìïåðàòóðà êèïåíèÿ îçíà÷àåò, ÷òî ñïèðò ìîæåò èñïà-

♦ Îòñóòñòâèå êîððîçèîííûõ ñâîéñòâ.

ðÿòüñÿ â îòêðûòûõ ñèñòåìàõ â ñëó÷àå ïîâûøåíèÿ òåìïåðàòóðû.

♦ Âûñîêàÿ îáúåìíàÿ òåïëîåìêîñòü( *C

), которая минимизи"

Êðîìå òîãî, ïðè ïîâûøåííîé òåìïåðàòóðå ýòè ðàñòâîðû ãîðþ-

рует изменение температуры в теплообменнике.

÷è. Îáû÷íûå äëÿ õîëîäèëüíûõ óñòàíîâîê êîíñòðóêöèîííûå ìå-

♦ Íèçêàÿ âÿçêîñòü è âûñîêàÿ òåïëîïðîâîäíîñòü.

òàëëû è ïðîêëàäêè óñòîé÷èâû ê ñïèðòîâûì ðàñòâîðàì.

♦ Îòñóòñòâèå òîêñè÷íûõ ñâîéñòâ.

♦ Áåçâðåäíîñòü äëÿ îêðóæàþùåé ñðåäû.

Ацетат калия (Tyfoxit, GS4) è формиат калия (Freezium, Hycool)

♦ Íèçêàÿ ñòîèìîñòü.

ýòî ñîëè óêñóñíîé è ìóðàâüèíîé êèñëîò èëè ñìåñè ñîëåé (Temper,

Pekasol). Ýòè ñîåäèíåíèÿ íåäàâíî ñòàëè ïðèìåíÿòüñÿ â êà÷åñòâå

Õàðàêòåðèñòèêè ðàçëè÷íûõ õëàäàãåíòîâ ïðèâåäåíû â òàáë. 4.

àíòèôðèçîâ. Îáëàäàþò ñëåäóþùèìè ñâîéñòâàìè.

Аммиак ïî÷òè òàêîé æå õîðîøèé õîëîäîíîñèòåëü, êàê âîäà, íî

♦ Ïðåâîñõîäíûå òåïëîâûå õàðàêòåðèñòèêè. Ôîðìèàò êàëèÿ

íèçêàÿ òåìïåðàòóðà êèïåíèÿ è òîêñè÷íîñòü îãðàíè÷èâàþò åãî

ïðè íèçêîé òåìïåðàòóðå èìååò â äåñÿòü ðàç ìåíüøóþ âÿç-

èñïîëüçîâàíèå.

êîñòü, ÷åì ïðîïèëåíãëèêîëü. Àöåòàò êàëèÿ èìååò íåñêîëüêî

õóäøèå ïîêàçàòåëè.

Аммония гидроксид ðàñòâîð àììèàêà â âîäå. Ïðåâîñõîä-

♦ Îáà âåùåñòâà èìåþò ïðèðîäíîå ïðîèñõîæäåíèå, ïîýòîìó

íûé òåïëîíîñèòåëü, ëèøåííûé ìíîãèõ íåäîñòàòêîâ àììèàêà.

íå çàãðÿçíÿþò îêðóæàþùóþ ñðåäó. Óêñóñíóþ êèñëîòó ïîëó-

Â ñëó÷àå óòå÷êè èñïàðÿåòñÿ íåìíîãî àììèàêà, òàê êàê åãî ïàð-

÷àþò îêèñëåíèåì ñïèðòà, à ìóðàâüèíàÿ êèñëîòà âïåðâûå

öèàëüíîå äàâëåíèå â âîäå î÷åíü ìàëî. Îáðàçóþùàÿñÿ ñìåñü

áûëà âûäåëåíà èç ìóðàâüåâ. Ïðè âûñîêèõ êîíöåíòðàöèÿõ îáå

àììèàêà ñ âîçäóõîì ìîæåò âûçûâàòü ðàçäðàæåíèå ñëèçèñòîé,

ñîëè òîêñè÷íû, íî ïðåäåëüíî äîïóñòèìàÿ êîíöåíòðàöèÿ

íî âðÿä ëè áóäåò òîêñè÷íîé.

ôîðìèàòà êàëèÿ, íàïðèìåð, âûøå, ÷åì ó õëîðèäà íàòðèÿ (ïî-

Хлориды кальция и натрия îáðàçóþò äåøåâûå è ýôôåêòèâ-

âàðåííîé ñîëè). Îíè ÿâëÿþòñÿ õîðîøèìè çàìåíèòåëÿìè

íûå ðàññîëû, ïðèìåíèìûå â ïèùåâîé ïðîìûøëåííîñòè. Èõ

ïðîïèëåíãëèêîëÿ.

íåäîñòàòîê êîððîçèîííîå äåéñòâèå èîíîâ õëîðà, (ñì. ãëàâó

♦ Îáà âûçûâàþò êîððîçèþ, ôîðìèàò â áîëüøåé ñòåïåíè, ïî-

6, «Загрязнение и коррозия», § 5.3.2). Èíãèáèòîðîì õëîðèäà

ýòîìó äîëæíû ïðèìåíÿòüñÿ ñ èíãèáèòîðàìè. Ðàçëè÷íûå ïðî-

êàëüöèÿ ÿâëÿåòñÿ áèõðîìàò êàëèÿ, îäíàêî, îí íåáåçâðåäåí äëÿ

èçâîäèòåëè ïðåäëàãàþò ìíîãî÷èñëåííûå ïàòåíòîâàííûå

îêðóæàþùåé ñðåäû, ëó÷øå ïðèìåíÿòü ìîëèáäàò êàëèÿ. Îí

ñðåäñòâà, òàêèå êàê áóðà, ìåòàñèëèêàòû, êàðáîíîâûå êèñ-

óìåíüøàåò êîððîçèþ ìåäè, íî íå ñòàëè.

ëîòû è äð. Çäåñü òðåáóåòñÿ äëèòåëüíàÿ ýêñïëóàòàöèîííàÿ

ïðîâåðêà, íî ïðè íàëè÷èè öèíêà è ëàòóíè ñ âûñîêèì ñîäåð-

Ìèíèìàëüíàÿ òåìïåðàòóðà çàìåðçàíèÿ ðàñòâîðà õëîðèäà êàëü-

æàíèåì öèíêà (> 15 %) ýòè ñîëè ïðèìåíÿòü íåëüçÿ.

öèÿ ñîñòàâëÿåò -55 °Ñ ïðè êîíöåíòðàöèè 29,87 % ïî ìàññå. Ïðè

♦

Íåêîòîðûå ôîðìèàò-àöåòàòíûå ñìåñè îáëàäàþò âûñîêèì

áîëåå íèçêîé êîíöåíòðàöèè ðàñòâîð çàìåðçàåò, ïðè áîëåå âû-

ðÍ è îêàçûâàþò ðàçäðàæàþùåå äåéñòâèå íà êîæó, äðóãèå ìî-

ñîêîé âûïàäàåò â îñàäîê CaCl

. Характеристика имеет острый

ãóò îáðàçîâûâàòü ïåíó.

минимум: для 29,0 % раствора точка замерзания равна "45,2

♦ Ïåðåä çàïðàâêîé òàêèõ ðàññîëîâ ñèñòåìó òðåáóåòñÿ òùàòåëü-

°С, для 30,0 % выпадение осадка начинается при -46 °С (по дан"

íî î÷èñòèòü. Êèñëîðîä íóæíî óäàëèòü, íàïðèìåð, àçîòîì ïîä

ным ASHRAE). Необходим строгий контроль концентрации рас"

äàâëåíèåì. Íåîáõîäèìî ñòðîãî ñëåäîâàòü ðåêîìåíäàöèÿì

сола, особенно при температуре испарения ниже "40 °С, иначе

èçãîòîâèòåëÿ, èíà÷å ñîëè ìîãóò âûçâàòü è êîððîçèþ ìåäè.

поверхность нагрева быстро загрязняется.

♦ Íå èñïîëüçóéòå ïëàñòìàññîâûõ òðóá. ×åðåç íèõ äèôôóíäè-

Пример. В установке, работающей при температуре испаре"

ðóåò âîçäóõ, è ñèñòåìó òðóäíî äåàýðèðîâàòü.

ния "49 °С, наблюдался недостаточный теплообмен. Проверка

Силиконовые масла ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ èìåþò íåêîòî-

показала, что концентрация рассола составляла более 30 % и

ðîå ïðåèìóùåñòâî âñëåäñòâèå íèçêîé âÿçêîñòè. Îíè õèìè÷åñ-

температура стенки была меньше "45 °С. Проблема была выз"

êè èíåðòíû, ò.å. íå âûçûâàþò êîððîçèè ìåòàëëîâ è íå ðàçðó-

вана осаждением CaCl₂.

øàþò ïðîêëàäêè. Îíè íå îòëè÷àþòñÿ õîðîøèìè òåïëîâûìè

Этиленгликоль ýòî ñòàíäàðòíûé àíòèôðèç. Îí íåìíîãî òîê-

ñâîéñòâàìè, êðîìå âÿçêîñòè, íî äëÿ òåìïåðàòóð íèæå -50 °Ñ

ñè÷åí è ïîýòîìó íå ïðèìåíÿåòñÿ â ïèùåâîé ïðîìûøëåííîñòè.

ñèëèêîíîâûå ìàñëà ÷àñòî ÿâëÿþòñÿ åäèíñòâåííûì âûáîðîì.

Пропиленгликоль ìåíåå òîêñè÷åí è ÿâëÿåòñÿ ñòàíäàðòíûì

Тепловые масла ïðèìåíÿþòñÿ, â îñíîâíîì, ïðè âûñîêèõ òåì-

àíòèôðèçîì â ïèùåâîé ïðîìûøëåííîñòè. Åãî íåäîñòàòîê

ïåðàòóðàõ, íî íåêîòîðûå ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ è ïðè íèçêèõ. Îíè

âûñîêàÿ âÿçêîñòü ïðè âûñîêîé êîíöåíòðàöèè è íèçêèõ òåìïå-

íå àãðåññèâíû ïî îòíîøåíèþ ê ìåòàëëàì (íåêîòîðûå ðàçðóøà-

ðàòóðàõ (íèæå -30 °Ñ). Ýòî ìîæåò íàðóøèòü ðàñïðåäåëåíèå õî-

þò ïðîêëàäêè). Ýòè ìàñëà èìåþò ïëîõèå òåïëîâûå ñâîéñòâà, íî

ëîäîíîñèòåëÿ è õëàäàãåíòà ïî êàíàëàì ÏÒÎ, îñîáåííî ïðè ìà-

îòëè÷àþòñÿ î÷åíü áîëüøèì òåìïåðàòóðíûì äèàïàçîíîì.

ëîì ïåðåïàäå äàâëåíèÿ õîëîäîíîñèòåëÿ.

8. Масла и хладагенты

151

Охлаждаемая

Аммиачный холо"

Холодильник

витрина

дильный контур

tконд = "12 °С

tисп = "17 °С

Конденса"

тор"испа"

ритель

Жидкостные ресиверы

Низкотемпературная витрина

CO₂ низкого давл.:

35 °С

CO₂ высокого давл.: 12°С

Рис. 16. Аммиак в качестве хладагента и двуокись углерода в качестве холодоносителя

Двуокись углерода конденсируется при "12 °С, отдавая теплоту ис"

♦ Теплообменники должны выдерживать давление, действующее

паряющемуся аммиаку. Жидкая двуокись углерода либо использу"

на стороне высокого давления. Давление двуокиси углерода

ется в качестве холодоносителя в охлаждаемых витринах, либо

при "10 °С равно 25 бар, 24 бар изб. Предохранительный клапан

расширяется до "35 °С в низкотемпературных витринах. Подача ра"

срабатывает при давлении выше 25 бар изб. Имеется большой

бочего вещества в витрину регулируется по температуре витрины

выбор оборудования, рассчитанного на давление 25 бар, так

двухпозиционными термостатами.

что такое давление вполне приемлемо.

В зависимости от расстояния до потребителя холода, двуокись уг"

♦ Теплообменники должны быть оборудованы масляными фильт"

лерода либо перекачивается насосом, либо движется в результате

рами, так как масло при низких температурах может блокиро"

естественной циркуляции. В высокотемпературных потребителях

вать часть поверхности нагрева.

холода естественная циркуляция осуществляется, как правило, в

♦ Теплообменники, КТТО и медные паянные ПТО, должны проек"

тепловой трубе, т.е. конденсация и испарение происходят при од"

тироваться так, чтобы избежать термоударов, особенно в сис"

ном давлении.

темах непосредственного расширения (см. главу 1, «Примене"

Теплообменники для двуокиси углерода должны обладать следую"

ния», §11, стр.12). СПТО обычно устойчивы к термоударам.

щими свойствами.

Хладагент

R717

R1270

R22

R404a R410a R507a

R134a

^CO2

Объемная скрытая Жидкость кДж/м³

839463

267590

212890

274065

198828

278502

195548

262606

холодопроизводит. Пар

кДж/м³

1030

8137

1445

1220

1413

1926

1483

677

Холодильный коэф.

6.78

6.29

6.96

6.95

6.82

6.87

7.01

(с × Ср)

Жидкость кДж/(м³хК)

3037

2197

1308

1528

1605

1796

1605

1773

Вязкость

сП

0.262

0.184

0.182

0.323

0.280

0.254

0.277

0.438

Теплопроводность

Вт/(м х К)

0.671

0.142

0.125

0.111

0.093

0.135

0.081

0.108

Температура при 25 бар

°С

58.2

-12.0

59.4

61.4

53.5

41.4

52.5

77.6

Общие данные:

Испарение при

-35 ˚C,

#######

Отличная

Конденсация при

-10 ˚C,

#######

Средняя

КПД компрессора

80%.

#######

Плохая

Таблица 5. Тепловые характеристики некоторых хладагентов при температуре 35 °С

Характеристики

Единицы

R22

R717

R134a R404a R407c*

R410a R1270

R290

Температура конденсации

°C

Давление конденсации

бар

15.3

15.5

10.1

18.3

16.5

24.1

16.6

13.7

КПД компрессора

87.3

87.6

87.7

87.1

87.6

87.1

86.4

86.7

Температура нагнетания

°C

66.6

105.4

51.4

52.0

62.7

68.0

57.5

51.9

Производит. по конденсации

кВт

4.29

4.73

2.73

4.47

4.34

6.26

4.46

3.65

Производит. по перегреву

12.4

14.5

7.4

9.6

10.4

15.8

11.8

7.7

Коэффициент преобраз.

Нагрев

6.28

6.44

6.35

5.79

6.14

5.86

6.12

6.19

Температура конденсации

°C

Давление конденсации

бар

24.3

26.4

16.8

29.0

26.6

38.4

25.4

21.2

КПД компрессора

85.0

82.2

83.0

85.3

83.8

85.2

86.3

86.0

Температура нагнетания

°C

96.9

161.7 **

75.6

76.8

91.3

99.2

82.0

74.2

Производит. по конденсации

кВт

4.03

4.83

2.49

3.62

3.86

5.4

24.00

3.27

Производит. по перегреву

20.9

23.4

12.8

22.8

20.2

34.0

20.2

12.2

Коэффициент преобраз.

Нагрев

3.93

4.08

3.41

3.24

3.63

3.39

3.82

3.84

Общие данные

Температура испарения 2 °С Перегрев 5 К Переохлаждение 3 К

Примечания

* Входная температура ниже 0 °С

** Слишком высокая

152

9. Приложение I. Определения

1. Оборудование

3. Обозначения тепловых

ТО

Òåïëîîáìåííèê

и гидравлических величин

КТТО

Êîæóõî-òðóáíûé òåïëîîáìåííèê

Ñòîðîíà 1

Îáû÷íî ñòîðîíà îõëàæäàåìîé ñðåäû.

СТО

Ñïèðàëüíûé òåïëîîáìåííèê

Ñòîðîíà 2

-»- îõëàæäàþùåé òåïëîíîñèòåëÿ.

ВО

Âîçäóõîîõëàäèòåëü

À, ì²

Площадь поверхности теплообмена.

ОЖ

Îõëàäèòåëü æèäêîñòè. Æèäêîñòü îõëàæäàåòñÿ

∆

Ïåðåïàä äàâëåíèé, Ïà

âîçäóõîì.

Перепад давлений на стороне 1 (охлаждаемой).

ПТО

Ïëàñòèí÷àòûé òåïëîîáìåííèê

∆^P1, кПа

Перепад давлений на стороне 2 (охлаждающей).

РПТО

Ðàçáîðíûé ïëàñòèí÷àòûé òåïëîîáìåííèê (ñ

∆^P2, кПа

Изменение температуры на стороне 1 (охлажда"

ïðîêëàäêàìè).

∆^t1, K

емой).

ПСПТО

Ïîëóñâàðíîé ïëàñòèí÷àòûé òåïëîîáìåííèê.

Изменение температуры на стороне 2 (охлажда"

ÏÒÎ, â êîòîðîì êàæäûå äâå ïëàñòèíû ñâàðåíû,

∆^t2, K

ющей).

îáðàçóÿ êàññåòó. Õëàäàãåíò òå÷åò âíóòðè êàññåò,

∆t, K

Ðàçíîñòü òåìïåðàòóð ìåæäó ñðåäàìè â äàííîé

âîäà òå÷åò ïî óïëîòíåííîìó ïðîêëàäêàìè ïðî-

òî÷êå.

ñòðàíñòâó ìåæäó êàññåòàìè.

Разность температур на теплом конце.

ЦСПТО Öåëüíîñâàðíîé ïëàñòèí÷àòûé òåïëîîáìåííèê

∆^tт, К

Разность температур на холодном конце.

СПТО

ÖÑÏÒÎ èëè ÏÑÏÒÎ

∆^tх, К

Коэфф. К

Коэффициент теплопередачи, измеряется в Вт/

ППТО

Ïàÿíûé ïëàñòèí÷àòûé òåïëîîáìåííèê

(м² х °С).

МП

Ìåäíî-ïàÿíûé ÏÒÎ

Коэффициенты, используются в Приложении II.

НП

Íèêåëü-ïàÿíûé ÏÒÎ

KS, Ki

СРТ, ?t_ср, К

Средняя разность температур.

ЖР

Æèäêîñòíûé ðåñèâåð

СЛРТ, ?t_срл, К Средняя логарифмическая разность темпера"

РВ

Ðåãóëèðóþùèé âåíòèëü, êîòîðûé ïðèìåíÿåòñÿ

тур. Точное определение СРТ, СЛРТ и коэффи"

äëÿ ðàñøèðåíèÿ è èñïàðåíèÿ æèäêîñòè â ñèñòå-

циента К дается ниже

ìàõ íåïîñðåäñòâåííîãî ðàñøèðåíèÿ.

Θ èëè òåòà

Òåðìè÷åñêàÿ äëèíà: ∆t

/СРТ или ∆t

/СРТ. Обо"

ТРВ

Òåðìîðåãóëèðóþùèé âåíòèëü

значает изменение температуры среды, отне"

ЭРВ

Ýëåêòðîííûé ðåãóëèðóþùèé âåíòèëü

сенное к одному градусу разности температур.

НР

Íåïîñðåäñòâåííîå ðàñøèðåíèå

КТД

Конечная термическая длина: ∆t

/∆^tТ, ∆t2/∆^tТ, ∆t1/

∆^tХ или ∆t2/∆^tХ.

2. Пластины и каналы

q, кВт

Количество теплоты, переданной в данной точ"

ке.

ÏÒÎ ñîñòîÿò èç ñëîæåííûõ ïëàñòèí. Ïðîñòðàíñòâî ìåæäó ñìåæ-

Q, кВт

Общее количество переданной теплоты.

íûìè пластинами îáðàçóåò канал.

t, °C

Температура

• Äâå Н-пластины îáðàçóþò Н-канал.

Т, К

Абсолютная температура. Т = t + 273,16

, К

Критическая температура.

• Äâå L-пластины îáðàçóþò L-канал.

, °C, Т_b, К

Нормальная температура кипения.

• Îäíà Н è îäíà L-пластина îáðàçóþò М-канал.

Приведенная температура, Т / Т_c

р, бар

Избыточное (манометрическое) давление

Ïðèìå÷àíèå 1! М-пластин íå ñóùåñòâóåò.

Р, бар

Абсолютное давление

Ïðèìå÷àíèå 2! Óêàçàííûå âûøå òèïû êàíàëîâ è ïëàñòèí ïðè-

Критическое давление

Рc, бар абс.

ìåíÿþòñÿ íàèáîëåå ÷àñòî è èñïîëüçóþòñÿ â ïðèìåðàõ, ïðèâå-

Приведенное давление

Рr

äåííûõ â äàííîé êíèãå.

Примечание 4! Â õîëîäèëüíîì äåëå температуру

ïðèíÿòî

Â ÏÒÎ ìîãóò ïðèìåíÿòüñÿ ðàçíûå òèïû ïëàñòèí, îáðàçóÿ îäèí

âûðàæàòü ÷åðåç °Ñ, à разность температур ÷åðåç Ê.

òèï êàíàëîâ èëè ñìåøàííûå òèïû êàíàëîâ.

ПТО с каналами одного типа: Êàíàëû L, Ì èëè Í.

ПТО со смешанными типами каналов: Â îäíîì ÏÒÎ âñòðå-

4. Единицы измерения

÷àþòñÿ êàíàëû L è Ì èëè Ì è H. Òàêèå ÏÒÎ îáû÷íî íå ïðèìåíÿ-

þòñÿ äëÿ äâóõôàçíûõ ñðåä. Êàíàëû òèïà L è Í â îäíîì ÏÒÎ, êàê

и коэффициенты пересчета

ïðàâèëî, íå îáúåäèíÿþòñÿ.

9,8057 ì/ñ2 = 32,17 ft/s²

Асимметричные каналы: Êàíàëû íà ðàçíûõ ñòîðîíàõ ÏÒÎ îò-

1 RT (тонна охлаждения)

3,504 кВт.

ëè÷àþòñÿ ïî òåïëîâûì è ãèäðàâëè÷åñêèì õàðàêòåðèñòèêàì.

Тонна охлаждения - это теплопроизводитель"

ность, необходимая, чтобы растопить 2000 фун"

Многоконтурные (двухконтурные) ПТО: Îäíà ñòîðîíà ðàç-

тов льда (1 короткая тонна = 907,18 кг) за 24

äåëåíà íà äâà èëè áîëüøå íåçàâèñèìûõ êîíòóðîâ.

часа (79,71 * 4,186 * 907,18 / 86400 = 3,504 кВт).

Параллельные каналы: Â ÏÒÎ âñå êàíàëû ïàðàëëåëüíû.

Примечание 5! Õîòÿ RT ÿâëÿåòñÿ åäèíèöåé ìîùíîñòè, êàê è êÂò,

Последовательные каналы: Ãðóïïû ïàðàëëåëüíûõ êàíàëîâ

ë.ñ. èëè êêàë/÷, RT èñïîëüçóþò, êàê ïðàâèëî, òîëüêî äëÿ èçìåðå-

îáðàçóþò õîä. Õîäû ñîåäèíåíû ïîñëåäîâàòåëüíî. Ò.å. ïîñëå-

íèÿ õîëîäîïðîèçâîäèòåëüíîñòè. Âûðàæåíèå «400 RT condenser»

äîâàòåëüíûå êàíàëû èìåþòñÿ â ìíîãîõîäîâûõ ÏÒÎ.

îçíà÷àåò, âåðîÿòíî, ÷òî êîíäåíñàòîð ðàáîòàåò â ñèñòåìå, ãäå

Ïðèìå÷àíèå 3! Äâå ñòîðîíû ÏÒÎ íåçàâèñèìû äðóã îò äðóãà,

èñïàðèòåëü èìååò õîëîäîïðîèçâîäèòåëüíîñòü 400 RT, à íå ïðî-

íàïðèìåð, íà îäíîé ñòîðîíå ìîãóò áûòü ïàðàëëåëüíûå êàíà-

èçâîäèòåëüíîñòü ïî êîíäåíñàöèè 400 * 3,504 = 1401,6 êÂò

ëû, à íà äðóãîé äâà ïîñëåäîâàòåëüíûõ õîäà.

Параллельный поток

Âõîäíîé è âûõîäíîé ïàòðóáêè

êàæäîé èç ñðåä ðàñïîëîæåíû íà îäíîé ñòîðîíå ÏÒÎ.

Диагональный поток

Âõîäíîé è âûõîäíîé ïàòðóáêè

êàæäîé èç ñðåä ðàñïîëîæåíû äèàãîíàëüíî.

9. Приложение I. Определения

153

°С или К

СРТ = ∆t = ∆t_Т = ∆t_Х

СРТ = СЛРТ =(∆tТ " ∆tХ)

ln(∆t

/ ∆t_Х)

Рис. 1. Постоянная разность температур

Рис. 2. Изменение разности температур

°С или К

Охлаждение пе"

Конденсация. СЛРТ

Переохлаж"

°С или К

регретого пара.

не действительна,

дение. СЛРТ

СЛРТ можно рас"

т.к. коэффициент К

можно рас"

СРТ = СЛРТ =(∆tТ " ∆tХ)

считать.

меняется.

считать.

ln(∆t_Т/ ∆t_Х)

Примечание 1. Примене"

ние СЛРТ допустимо, если ∆t

является линейной функцией

переданной теплоты. Линей"

ная зависимость ∆t₁ и ∆t₂ от

переданной теплоты не явля"

СРТ

СЛРТ

ется необходимым условием.

Рис. 3. Нелинейное изменение разности

Рис. 4. Нелинейное изменение

температур

коэффициента К и ∆Т

5. СРТ, СЛРТ и коэффициент К

Êàê âèäíî èç ãðàôèêà, èçìåíåíèÿ òåìïåðàòóðû îò âõîäà ê âû-

õîäó èìåþò íåðåãóëÿðíûé õàðàêòåð. Òî æå îòíîñèòñÿ ê êîýô-

Â îáùåì óðàâíåíèè òåïëîïåðåäà÷è

ôèöèåíòó Ê. Ñíà÷àëà ýòî òåïëîîáìåí ìåæäó ãàçîì è æèäêîñòüþ,

Q = K *A *∆T

(1)

ò.å. çíà÷åíèå Ê ìàëî, çàòåì ýòî òåïëîîáìåí ìåæäó êîíäåíñè-

ðóþùèìñÿ ãàçîì è æèäêîñòüþ, çíà÷åíèå Ê âåëèêî, íàêîíåö, ýòî

âåëè÷èíû Q (êîëè÷åñòâî ïåðåäàííîé òåïëîòû) è A (ïëîùàäü

ïåðåîõëàæäåíèå, Ê èìååò ñðåäíåå çíà÷åíèå. Íè îäíî èç òðå-

ïîâåðõíîñòè òåïëîîáìåíà) îïðåäåëÿþòñÿ îäíîçíà÷íî.

áîâàíèé, íåîáõîäèìûõ äëÿ ïðèìåíåíèÿ ÑËÐÒ, íå âûïîëíåíî,

Åñëè òåïëîîáìåí ïðîèñõîäèò áåç ôàçîâîãî ïåðåõîäà, âåëè÷è-

ïîýòîìó íóæíî ðàññ÷èòàòü èñòèííóþ ñðåäíþþ ðàçíîñòü òåì-

íû Ê (êîýôôèöèåíò òåïëîïåðåäà÷è) è ∆T (ðàçíîñòü òåìïåðà-

ïåðàòóð, ÑÐÒ.

òóð) òàêæå ëåãêî îïðåäåëÿþòñÿ. Îñîáåííî â ñëó÷àå ïîñòîÿííîé

Â ýòîì

ñëó÷àå âåñü ïðîöåññ ñëåäóåò ðàçäåëèòü íà òðè ñòàäèè:

ðàçíîñòè òåìïåðàòóð ñðåä ïî âñåé äëèíå òåïëîîáìåííèêà (ñì.

îõëàæäåíèå ïàðà, êîíäåíñàöèÿ è ïåðåîõëàæäåíèå. Çíà÷åíèÿ

ðèñ. 1), êîãäà çíà÷åíèå ∆Ò ïðîñòî ðàâíî ýòîé ðàçíîñòè òåìïå-

∆^tср и К для каждой стадии рассчитываются отдельно.

ðàòóð.

Для стадий переохлаждения и перегрева можно, как правило,

Åñëè æå òåìïåðàòóðû îõëàæäàþùåé è îõëàæäàåìîé ñðåäû èç-

использовать значения СЛРТ и К для расчета площади. Однако

ìåíÿþòñÿ íåîäèíàêîâî (ðèñ. 2), ñèòóàöèÿ ñòàíîâèòñÿ áîëåå

на стадии конденсации значение К меняется, поэтому данная

ñëîæíîé. Ïðîñòàÿ ðàçíîñòü òåìïåðàòóð, ∆T, äîëæíà áûòü çà-

стадия делится на зоны, и для каждой зоны отдельно рассчи"

ìåíåíà íåêîé ñðåäíåé ðàçíîñòüþ òåìïåðàòóð, ÑÐÒ. Âîïðîñ â

тываются значения ∆t è Ê. Ïîñëå ýòîãî ìîæíî ðàññ÷èòàòü ïëî-

òîì, êàê ýòó âåëè÷èíó ðàññ÷èòûâàòü.

ùàäè çîí.

Åñëè ïðîöåññ îòâå÷àåò ïåðå÷èñëåííûì íèæå óñëîâèÿì, òî âå-

Çàòåì îïðåäåëÿåòñÿ ÑÏÒ êàê ñðåäíåå çíà÷åíèå ∆t íà ñòàäèÿõ

ëè÷èíà ÑËÐÒ, îïðåäåëåíèå êîòîðîé äàíî íà ðèñ. 2, ÿâëÿåòñÿ

ïåðåîõëàæäåíèÿ è ïåðåãðåâà è â çîíàõ ñòàäèè êîíäåíñàöèè.

ïîäõîäÿùåé ñðåäíåé âåëè÷èíîé äëÿ ðàñ÷åòà ÒÎ:

Ðàññ÷èòàííàÿ òàêèì ñïîñîáîì ÑÐÒ äëÿ ïðèâåäåííîãî ïðèìå-

• êîýôôèöèåíò òåïëîïåðåäà÷è K äîëæåí áûòü ïîñòîÿííûì,

ðà ñîñòàâëÿåò 6,9 Ê. ÑËÐÒ ñîñòàâèëà áû 20,3 Ê. Ýòî ïðåäïîëà-

ãàåò, ÷òî òåìïåðàòóðíàÿ êðèâàÿ äëÿ õëàäàãåíòà îòîáðàæàåòñÿ

• ∆t äîëæíà áûòü ëèíåéíîé ôóíêöèåé ïåðåäàííîé òåïëîòû.

÷åðíîé ëèíèåé íà ðèñ. 4, ÷òî, î÷åâèäíî, íå ñîîòâåòñòâóåò äåé-

Íà ðèñ. 3 ïîêàçàí äðóãîé âàðèàíò ïðîòåêàíèÿ ïðîöåññà. Óäåëü-

ñòâèòåëüíîñòè.

íàÿ òåïëîåìêîñòü ñðåä ìåíÿåòñÿ ñ òåìïåðàòóðîé. Â ýòîì ñëó-

Ïîëíàÿ ïëîùàäü, À, îïðåäåëÿåòñÿ ñóììèðîâàíèåì ïëîùàäåé

÷àå çàâèñèìîñòü òåìïåðàòóðû îò ïåðåäàííîé òåïëîòû ñòàíî-

âñåõ çîí. Çàòåì îïðåäåëÿåòñÿ êîýôôèöèåíò Ê:

âèòñÿ íåëèíåéíîé, íî ?Ò ïî-ïðåæíåìó ÿâëÿåòñÿ ëèíåéíîé ôóí-

êöèåé è ýòî ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü ÑËÐÒ.

Ê = Q / (ÑÐÒ * À)

(2)

Íà ðèñ. 4 ïîêàçàí ïðîöåññ êîíäåíñàöèè ïåðåãðåòîãî ïàðà äëÿ

Òàêèì îáðàçîì, êîýôôèöèåíò Ê ÿâëÿåòñÿ êîíå÷íûì ðåçóëüòà-

ñëåäóþùåãî ïðèìåðà.

òîì, à íå ïàðàìåòðîì äëÿ ðàñ÷åòà ïëîùàäè.

Ïàð R22 ïîñòóïàåò â êîíäåíñàòîð ïðè òåìïåðàòóðå 73 °Ñ, êîí-

äåíñèðóþòñÿ ïðè 40 °Ñ è ïåðåîõëàæäàþòñÿ äî 37 °Ñ. Âõîäíàÿ

òåìïåðàòóðà âîäû ðàâíà 27 °Ñ, à âûõîäíàÿ 37 °Ñ.

154

9. Приложение II. Расчет отделителей жидкости

1. F_g = (ρ_l "ρ_g)*g*(D_p

*π / 6)

Пар

3. Cd = 23,2 / Re^0,792(для 3. 1 < Re < 30)

2. F_f = C_d*(Dp2*π / 4)*^ρg*vt2 / 2

Откуда следует

3. Условие равновесия: Fg = Ff

1,484

0,656

vt = c * (^ρl " ρg)0,828 *^ρg"0,172

*Dp

/ hg

4. v_t2= 4*g*D_p*(ρl "^ρg) / (3*Cd *^ρg)

c = 0,094*g^0,828 = 0,622 (СИ) = 1,665 (британская система)

5. C_d = f(Re), показанная на рис. 02.

100

6. Для расчета скорости v_t необходимо

знать значение C_d. Однако C_dявля"

ется функцией v_t, т.е. приходится

Пар -

действовать методом проб и оши"

жидкость

бок. Если 1 < Re < 30, можно вос"

пользоваться уравнением 3, приве"

денным на рис. 02, чтобы найти ре"

Макс. уровень

шение для v_t в явном виде, см. блок

жидкости

3 на рис. 02.

7. Номинальная расчетная скорость

принимается равной определенной

доле от найденной скорости осаж"

Мин. уровень

дения.

жидкости

8. v = (от 0,75 до 0,9)*v_t

Жидкость

9. D = (4*V/(π* v))0,5

0.1

100

1000

Масло

Рис. 02. Зависимость коэффициента

Рис. 01. Расчет вертикального сепаратора

сопротивления Cd от Re

1. Введение

Pnom

Номинальное давление, 1 бар = 14,504 psi

Tnom

Номинальная температура, 273,16 К = 491,69 °R

Â ýòîì ðàçäåëå ðàññìàòðèâàþòñÿ êîëè÷åñòâåííûå àñïåêòû óñ-

ρn

Номинальная плотность, 1 кг/м³ = 62,43*10^"3 lb/ft³

òðîéñòâà îòäåëèòåëåé æèäêîñòè è òåðìîñèôîííîãî êîíòóðà.

Fg, Ff

Сила тяжести и сила трения, действующие на каплю

Ïðèíöèïû ðàáîòû îòäåëèòåëåé æèäêîñòè îïèñàíû â ãëàâå 4,

V, Vl, Vg

Объемный расход (общий, пара, жидкости), м³/с или ft³/s

«Испарители и сепараторы», § 4.

v, vl, vg

Линейная скорость (общая, пара, жидкости), м/с или ft/s

M, Ml, Mg Массовый расход (общий, пара, жидкости), кг/с или lb/s

Îòäåëèòåëè æèäêîñòè íåâîçìîæíî ïðîåêòèðîâàòü òîëüêî íà

m, ml, mg

Массовая скорость потока, кг/м²*c или lb/ft²*s

îñíîâå èíôîðìàöèè î êîëè÷åñòâå è êà÷åñòâå ïîñòóïàþùåãî â

Доля пара

íèõ ïàðà. Îíè ñëóæàò íå òîëüêî äëÿ îòäåëåíèÿ æèäêîñòè îò ïàðà,

Диаметр капли, принят 152*10^"6 м или 499*10^"6 ft

íî è â êà÷åñòâå ðåñèâåðîâ õëàäàãåíòà ïðè èçìåíåíèÿõ íàãðóç-

Конечная скорость для капель диаметром Dp, м/с

êè è ïðè îñòàíîâå. Èçìåíåíèÿ êîëè÷åñòâà æèäêîãî õëàäàãåíòà

или ft/s

â ñèñòåìå çàâèñÿò îò òèïà è êîëè÷åñòâà ïðèìåíÿåìûõ â íåé

Скорость вторичного уноса жидкости, м/с или ft/s

êîíäåíñàòîðîâ è èñïàðèòåëåé. Íåêîòîðûå òèïû êîìïðåññîðîâ

ρl, ρg

Плотность жидкости и пара, кг/м³ или lb/ft³

áîëåå óñòîé÷èâû ê íàëè÷èþ æèäêîñòè â ïàðå, ÷åì äðóãèå. Ïå-

η, ηg

Коэффициент динамической вязкости, кг/(м*с) или

íîîáðàçîâàíèå îäíîãî è òîãî æå õëàäàãåíòà ìîæåò áûòü ðàç-

lb/ft*s

ëè÷íûì â ðàçíûõ õîëîäèëüíûõ óñòàíîâêàõ, âåðîÿòíî, èç-çà ðàç-

Коэффициент поверхностного натяжения раздела

пар"жидкость, Н/м или lb/s

ëè÷èé â ñïîñîáàõ î÷èñòêè. Ñèñòåìû óïðàâëåíèÿ ðàçíûõ óñòà-

φg2

Отношение перепадов давления для двухфазной

íîâîê ìîãóò ïðåäúÿâëÿòü ðàçëè÷íûå òðåáîâàíèÿ ê âðåìåíè îò-

смеси и пара

êëèêà.

Âñå ýòè ôàêòîðû âëèÿþò íà êîíñòðóêöèþ îòäåëèòåëåé æèäêî-

Общие индексы

ñòè. Ê ñ÷àñòüþ, îòäåëèòåëè æèäêîñòè, ïðåäíàçíà÷åííûå äëÿ

«Колено»

ðàáîòû ñ ÏÒÎ, îáû÷íî íå äîëæíû êîìïåíñèðîâàòü áîëüøèå

«Клапан» или «вертикальный»

èçìåíåíèÿ îáúåìà, òàê êàê â ÏÒÎ ñîäåðæèòñÿ ìàëî õëàäàãåíòà

«Внезапное сужение»

è îíè ðàñïîëàãàþòñÿ íåäàëåêî îò îòäåëèòåëÿ æèäêîñòè.

«Внезапное расширение»

«Входное или выходное отверстие ПТО»

Äàëåå ïðèâîäèòñÿ îáçîð íåêîòîðûõ îïóáëèêîâàííûõ ìåòîäîâ

«Двухфазный поток со скольжением фаз»

ðàñ÷åòà îòäåëèòåëåé æèäêîñòè. Îïèñàíèÿ âñåõ ýòèõ ìåòîäîâ

^«Однородный двухфазный поток^» или ^«горизонталь"

ñîäåðæàò ññûëêè íà ðàíåå îïóáëèêîâàííûå ñòàòüè, à òå, â ñâîþ

ный поток^»

î÷åðåäü, ññûëàþòñÿ íà ïðåäûäóùèå ðàáîòû. Ýòó öåïî÷êó ìîæ-

«Статический»

íî ïðîäîëæèòü áîëåå ÷åì íà 50 ëåò íàçàä. Î÷åâèäíî, ÷òî â ýòîé

«Трение»

öåïè ìîãëè ïîÿâèòüñÿ (è ïîÿâèëèñü) îøèáêè, îñîáåííî òàì, ãäå

«Количество движения»

äåëî êàñàåòñÿ ïåðåñ÷åòà â äðóãèå åäèíèöû. Â òÿæåëûõ ñëó÷àÿõ

íóæíî ïðî÷åñòü èñõîäíóþ ðàáîòó, ÷òîáû èñïîëüçîâàòü äàííûé

Таблица 1. Обозначения и константы

ìåòîä ðàñ÷åòà. Îäèí òàêîé ñëó÷àé îáñóæäàåòñÿ íèæå.

в приложении II

Ðàçíîîáðàçèå ïîëó÷àåìûõ ðåçóëüòàòîâ îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî

îòäåëèòåëè æèäêîñòè íå îäèíàêîâû. Ïîëîæåíèå âõîäîâ è âû-

òîäû íå ìîãóò ñëóæèòü êàêèìè-ëèáî ãàðàíòèÿìè, òàê êàê Àëüôà

õîäîâ, íàëè÷èå ïåðåãîðîäîê è òóìàíîóëîâèòåëåé, ôîðìà ñî-

Ëàâàëü, êàê ïðàâèëî, íå ïðîäàåò îòäåëèòåëè æèäêîñòè è íå

ñóäîâ, òèïû õëàäàãåíòîâ, ðàáî÷èå óñëîâèÿ è ïðî÷åå âëèÿþò íà

ìîæåò ïðèíèìàòü íà ñåáÿ îòâåòñòâåííîñòü çà èõ êîíñòðóêöèþ.

õàðàêòåðèñòèêè îòäåëèòåëåé æèäêîñòè è ïðèâîäÿò ê ðàçáðîñó

ðåçóëüòàòîâ. Ïðîèçâîäèòåëü, êîòîðûé óñïåøíî èñïîëüçóåò êà-

êóþ-òî ìåòîäèêó ðàñ÷åòà äëÿ îïðåäåëåííîãî òèïà îòäåëèòåëåé

2. Вертикальные отделители

æèäêîñòè, î÷åâèäíî, áóäåò è â äàëüíåéøåì ïîëüçîâàòüñÿ åþ.

жидкости

Заключение. Ðàññìîòðåííûå çäåñü ìåòîäû ðàñ÷åòà îòäåëè-

Ïðèíöèï ðàáîòû âåðòèêàëüíîãî îòäåëèòåëÿ æèäêîñòè î÷åíü

òåëåé æèäêîñòè ìîãóò ïðèìåíÿòüñÿ äëÿ ïðîâåðêè êîíñòðóêöèè

ïðîñò. Ñìåñü ïàðà è æèäêîñòè âõîäèò â ñîñóä, è ïàð

ïîäíèìà-

è â êà÷åñòâå îðèåíòèðîâ.

åòñÿ ââåðõ ñ îïðåäåëåííîé ñêîðîñòüþ v, ñì. ðèñ. 01.

Îäíàêî áåç ïèñüìåííîãî ñîãëàøåíèÿ ìåæäó Àëüôà Ëàâàëü è

âòîðîé ñòîðîíîé îòíîñèòåëüíî êîíêðåòíîé óñòàíîâêè, ýòè ìå-

9. Приложение II. Расчет отделителей жидкости

155

А: Площадь сечения

потока жидкости

P: Смоченный пери"

метр

vh: скорость пара

Как можно

Макс. уровень

Гидравлический диаметр

выше

жидкости < D * 3/4

для потока жидкости в ци"

линдрическом канале:

vl: скорость

= 4 _* A / P (определение)

жидкости

= D

(L_h

= D или D/2)

Минимальный уро"

≈ 1,2D

(L_h = 0,75 _* D)

вень жидкости дол"

≈ 0,6D

(L_h = 0,25 _* D)

жен быть ниже отде"

Горизонтальный цилиндри"

лителя жидкости.

ческий канал или труба.

См. текст.

1. v_t это скорость осаждения, полученная, как показано на рис. 01

Число Рейнольдса для жидкости: Re_l = (d_hl *vl) / (ηl /^ρl)

Коэффициент плотности:

Rr = (ρ_l / ρ_g)^0,5

и 02.

Отношение вязкостей на

2. Попробуйте использовать горизонтальную

границе раздела:

скорость пара

vh = (от 1 до 5)*vt

N= ηl *(ρl *σ)"0,5* [(ρl"^ρg)*g/σ]0,25

Убедитесь (см. рис. 04), что она достаточно мала.

Урав. Re_l

Скорость вторичного уноса, v_re

3. Примите максимальный уровень жидкости L_h = 0,75*D

<160

>1,5*(σ/η_l)*Rr*Re_l

"0,5

Примерное значение

Lh = 0,5 * D

160≤Re_l≤1635

≤0,0667 >11,78*(σ/η_l)*Rr *N^0,8

"1/3

4. Рассчитайте диаметр по формуле

D = (8*V/ (p*v_h))^0,5

*Rel

160≤Re_l≤1635

"1/3

Примечание! В формуле используется примерное значение L_h

>0,0667 >1,35*(σ/η_l)* Rr*Rel

>1635

≤0,0667 >(σ/η_l)*Rr*N^0,8

из 3.

>1635

>0,0667 >0,1146*(σ/η_l)*Rr

5. Следовательно, высота осаждения

St = D " Lh = 0,5*D

6. Рассчитайте расстояние сепарации

Sh = Ma*St*vh /vt

Максимальное значение v_h, при котором не происходит вторичный

Ma это запас по расстоянию, который должен быть порядка 1,10 - 1,25

унос жидкости. Найдено из (3). Заметьте, что более высокая тур"

Постарайтесь получить время пребывания, с 3 < S_h/ v_h> S_t/ v_t

булентность дает меньшую скорость, поэтому используйте урав"

Рис. 03. Расчет горизонтального отделителя

Рис. 04. Вторичный унос капель

жидкости

Åñëè ðàññòîÿíèå ñåïàðàöèè Sh äîñòàòî÷íî âåëèêî, êàïëè óñ-

Îñíîâíàÿ ÷àñòü æèäêîñòè ñðàçó ñòåêàåò âíèç, íî ìåëêèå êàïëè

ïåâàþò îñåñòü íåçàâèñèìî îò ñêîðîñòè v

íåêîòîðîå âðåìÿ îñòàþòñÿ âçâåøåííûìè â ïàðå. Êàïëè îñåäà-

þò òåì ìåäëåííåå, ÷åì ìåíüøå èõ ðàçìåð. ×òîáû îòäåëèòü âñå

Исходя из этого, легко сформулировать критерий расчета. Кри"

êàïëè ñ äèàìåòðîì áîëüøå Dp, êîòîðîìó ñîîòâåòñòâóåò êîíå÷-

тическая капля - это капля с диаметром Dp, начинающая гори"

íàÿ ñêîðîñòü v, достаточно поддерживать вертикальную ско"

зонтальное движение на максимальной высоте St, т.е. непос"

рость пара v_v меньше значения v_t на 10 " 25 %.

редственно от верхней части кожуха, и касающаяся поверхно"

сти жидкости на расстоянии сепарации Sh, см. рис. 03.

Если известны v_v и объемный расход пара V (включая пар, об"

разующийся при дросселировании), можно рассчитать диа"

Другими словами, за время, в течение которого капля опустит"

метр D и другие размеры отделителя жидкости.

ся со скоростью v_t на высоту St, она должна переместиться по

горизонтали со скоростью v_h не дальше, чем на расстояние S_h.

Диаметр капель должен быть от 100 до 200 мкм. Размер 152 мкм

дает скорость пара 0,5 м/с для аммиака при температуре "10 °С.

Однако имеется много комбинация диаметра и длины корпу"

Такая скорость применяется во многих промышленных установ"

са, удовлетворяющих указанному критерию. Короткий и широ"

ках, см. ниже.

кий отделитель жидкости имеет большое расстояние сепара"

ции, но горизонтальная скорость в нем очень мала. Если диа"

На рис. 01 и 02 приведена вся необходимая для расчета ин"

метр уменьшается, длину необходимо увеличить, чтобы ком"

формация, действительная для любых хладагентов и любой

пенсировать возрастание скорости потока.

системы единиц, СИ, метрической или британской. См. также

таблицу 5, где даны скорости осаждения, и главу 4,. «Испари

Конструкцию и свойства горизонтального отделителя жидко"

тели и сепараторы», §4.

сти можно обобщить, как показано на рис. 03. Это общий ме"

тод расчета, действительный для всех типов хладагента. Кро"

ме того, нужно учесть следующее.

♦ Äëèííûå óçêèå êîðïóñà îáû÷íî ñòîÿò äåøåâëå, òàê ÷òî òà-

3. Горизонтальные отделители

êèå ïðîïîðöèè ÿâëÿþòñÿ ïðåèìóùåñòâîì

жидкости

♦ Ê ñîæàëåíèþ, äðóãîé ýôôåêò íå ïîçâîëÿåò èñïîëüçîâàòü

ñëèøêîì óçêèå îòäåëèòåëè æèäêîñòè. Óâåëè÷åíèå ñêîðîñòè

Ãîðèçîíòàëüíûå îòäåëèòåëè æèäêîñòè óñòðîåíû ñëîæíåå, ÷åì

ïàðà ïðèâîäèò ê âòîðè÷íîìó óíîñó æèäêîñòè, ò.å. óæå îòäå-

âåðòèêàëüíûå. Ïðèíöèï èõ äåéñòâèÿ ïðîñò, õîòÿ è îòëè÷àåòñÿ

ëèâøàÿñÿ îò ïàðà æèäêîñòü âíîâü îòðûâàåòñÿ ïîòîêîìïàðà

îò ïðèíöèïà äåéñòâèÿ âåðòèêàëüíûõ ñåïàðàòîðîâ. Êàê è â âåð-

îò ïîâåðõíîñòè. Ïîýòîìó ñêîðîñòü ïàðà äîëæíà îñòàâàòüñÿ

òèêàëüíûõ îòäåëèòåëÿõ æèäêîñòè, â íèõ òðåáóåòñÿ îñàäèòü êàï-

íèæå ïðåäåëüíîãî çíà÷åíèÿ ñêîðîñòè óíîñà æèäêîñòè v

ëè ñ äèàìåòðîì áîëüøå îïðåäåëåííîãî äèàìåòðà Dp, êîòîðî-

которая зависит от геометрии аппарата и от свойств хлада"

ìó ñîîòâåòñòâóåò ñêîðîñòü v. Парожидкостная смесь входит в

гента, см. рис. 04.

аппарат с одного конца, движется по нему горизонтально и

выходит с другого конца. Таким образом, капли перемещают"

В отделителях жидкости низкого давления скорость v_re, как пра"

ся в двух направлениях:

вило, много ниже, чем следует из рис. 04.

♦ ãîðèçîíòàëüíî âìåñòå ñ ïàðîì, èìåþùèì ñêîðîñòü v

, на

расстояние S_h,

♦ è âåðòèêàëüíî ñî ñêîðîñòüþ îñàæäåíèÿ (êîíå÷íîé) v

на рас"

стояние не более S_t.

156

9. Приложение II. Расчет отделителей жидкости

Ñêîðîñòü âòîðè÷íîãî óíîñà çàâèñèò òàêæå îò ñèëû ïîâåðõíîñò-

äà òåïëîîáìåííèê íà÷èíàåò ðàáîòàòü, ÷àñòü åãî îáúåìà çà-

íîãî íàòÿæåíèÿ æèäêîñòè. Çíà÷åíèå ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæå-

ïîëíÿåòñÿ ïàðîì, íî, ñ äðóãîé ñòîðîíû, âûõîäíîé òðóáîïðî-

íèÿ èíîãäà òðóäíî îïðåäåëèòü. Îäíàêî èìååòñÿ óäèâèòåëüíî

âîä áóäåò ÷àñòè÷íî çàïîëíåí æèäêîñòüþ.

ïðîñòàÿ êîððåëÿöèÿ ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæåíèÿ, σ, è ôóíêöèè

♦

Âåðòèêàëüíîå ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå îòäåëèòåëÿ æèäêîñòè

àáñîëþòíîé òåìïåðàòóðû, â êîòîðóþ âõîäÿò òîëüêî èçâåñòíûå

äîëæíî ñîîòâåòñòâîâàòü ðåãóëèðóþùåìó âåíòèëþ, âåðîÿò-

êðèòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè Òñ è Ðñ è íîðìàëüíàÿ òåìïåðàòó-

íî, ïîïëàâêîâîãî òèïà. Åñëè âåíòèëü îñóùåñòâëÿåò äâóõïî-

ðà êèïåíèÿ Tb.

çèöèîííîå ðåãóëèðîâàíèå, ò.å. îòêðûâàåòñÿ è çàêðûâàåòñÿ,

Tbr = Tb / Tc

(1)

êîãäà óðîâåíü äîñòèãàåò, ñîîòâåòñòâåííî, íèæíåãî èëè âåð-

õíåãî çàäàííîãî çíà÷åíèÿ, îòäåëèòåëü æèäêîñòè íóæíî ñïðî-

Q = (0,12 * (1 + Tbr * ln(Pc) / (1 - Tbr)) 0,28) / 1000

(2)

åêòèðîâàòü òàê, ÷òîáû êîëåáàíèÿ óðîâíÿ ñîîòâåòñòâîâàëè

σ = Q + Pc2/3 * Tc^1/3 * (1"T / Tc)^11/9 кг/с²

(3)

äîïóñòèìîé ÷àñòîòå ñðàáàòûâàíèÿ âåíòèëÿ. Ïðîêîíñóëüòè-

ðóéòåñü ñ ïðîèçâîäèòåëåì âåíòèëåé.

В таблице 5 приводятся значения скорости вторичного уноса

для распространенных хладагентов.

♦ Ýôôåêòèâíîñòü ñåïàðàöèè çàâèñèò òàêæå îò óðîâíÿ æèäêî-

5. Скорость осаждения капель

ñòè â àïïàðàòå, ïîñêîëüêó îí âëèÿåò è íà âûñîòó ñåïàðàöèè

Ãëàâíîé ïðîáëåìîé ÿâëÿåòñÿ îïðåäåëåíèå ðàñ÷åòíîé ñêîðîñòè

è íà ñêîðîñòü ïàðà (ñì. ðèñ. 03). Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ïðè ìàê-

ñèìàëüíîì çàïîëíåíèè àïïàðàòà æèäêîñòü çàíèìàåò 80 %

^vd и (или) скорости осаждения vt для капель выбранного диамет"

ра. Метод, показанный на рис. 01 - 06, требует расчета сил тя"

ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ. Â òàêîì ñëó÷àå ðàññòîÿíèå ñåïàðà-

жести Fg и трения Ff, действующих на каплю. Скорость осажде"

öèè ñîñòàâëÿåò îêîëî 25 % äèàìåòðà. Êðèòè÷åñêàÿ êàïëÿ

ния v_t - это скорость, при которой обе силы уравновешиваются.

äâèæåòñÿ ïî ëèíèè 1) íà ðèñ. 03. Åñëè çàïîëíåíèå îòäåëè-

òåëÿ æèäêîñòè ñîñòàâëÿåò 50 % ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ, òî ñêî-

Для расчета силы трения необходимо знать коэффициент со"

ðîñòü ïàðà ñíèæàåòñÿ â 2,5 ðàçà (ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå-

противления капли, Cd. На графике. 02 представлена зависи"

÷åíèÿ óâåëè÷èâàåòñÿ ñ 20 äî 50 %). À âûñîòà ñåïàðàöèè òîëü-

мость Cd от числа Рейнольдса. Там же даются три корреляци"

êî óäâàèâàåòñÿ, è òðàåêòîðèÿ êðèòè÷åñêîé êàïëè ïîêàçàíà

онные функции. Функция 1 взята из источника (1), функция 2 -

ëèíèåé 2).

из источника (2), а 3 является интерполяцией между двумя важ"

ными для промышленных установок режимами потока, т.е. ин"

♦ Ìàêñèìàëüíûé óðîâåíü æèäêîñòè çàäàåò ïðîåêòíûé ïðåäåë,

терполяцией для диапазона 1 < Re < 30. Заметим, что можно

åñëè ñîâïàäàåò ïî âðåìåíè ñ ìàêñèìàëüíîé ïðîèçâîäèòåëü-

использовать любую из этих функций корреляции, если она

íîñòüþ. Íî ïîñêîëüêó â ýòîì îòíîøåíèè âîçìîæíû èçìåíå-

действительна для данного значения Re.

íèÿ, äàííîå îáñòîÿòåëüñòâî òðåáóåò ïðîâåðêè.

Заметьте, что расчет доли сепарированной жидкости невозмо"

♦ Â îòäåëèòåëÿõ æèäêîñòè ñ äâóìÿ âõîäíûìè ïàòðóáêàìè (ñì.

жен, так как для этого необходимо определить точную функ"

ðèñ. 05 â ãëàâå 4, «Испарители и сепараторы») îáùèé ïî-

цию распределения размеров капель, что практически невы"

òîê ïàðà ðàçäåëÿåòñÿ íà äâå ÷àñòè, è ñêîðîñòü ñíèæàåòñÿ â

полнимо.

äâà ðàçà ïî ñðàâíåíèþ ñ àïïàðàòîì, èìåþùèì îäèí âõîä.

Îäíàêî ðàññòîÿíèå ñåïàðàöèè òàêæå óìåíüøàåòñÿ âäâîå,

Поэтому требуются простые корреляционные функции для

ò.å. ýôôåêòèâíîñòü ñåïàðàöèè îñòàåòñÿ ïðåæíåé. Ñóùå-

широко применяющихся отделителей жидкости. Предложен

ñòâåííîå ïðåèìóùåñòâî îòäåëèòåëåé æèäêîñòè ñ äâóìÿ âõî-

целый ряд таких формул. В большинстве из них скорость осаж"

äàìè ñîñòîèò â òîì, ÷òî óìåíüøåíèå ñêîðîñòè îçíà÷àåò

дения и (или) проектная скорость выражается зависимостью

óìåíüøåíèå âòîðè÷íîãî óíîñà, ïîýòîìó êîðïóñ ìîæíî ñäå-

следующего типа:

ëàòü áîëåå äëèííûì è óçêèì, ò.å. áîëåå äåøåâûì.

= K_s _* ((ρ_l"ρ_g)/ρ_g)^0.5

(4)

♦ Êàê óæå áûëî ñêàçàíî, êîëè÷åñòâî âûõîäíûõ ïàòðóáêîâ íå

Коэффициент Ks либо принимается постоянным, либо являет"

âëèÿåò íà ýôôåêòèâíîñòü ñåïàðàöèè, òàê êàê óìåíüøåíèå

ся функцией одной или нескольких переменных. В таблице 2

ñêîðîñòè ïàðà êîìïåíñèðóåòñÿ óìåíüøåíèåì ðàññòîÿíèÿ

дана сводка значений этого коэффициента из различных ис"

ñåïàðàöèè.

точников. Как видно, разброс рекомендованных значений весь"

♦ Ïðè ïðîåêòèðîâàíèè îòäåëèòåëåé æèäêîñòè ñ íåñêîëüêèìè

ма велик.

âõîäàìè/âûõîäàìè íóæíî èñõîäèòü èç òîãî, êàêàÿ ÷àñòü àï-

ïàðàòà íåñåò íàèáîëüøóþ íàãðóçêó. Òî÷êè ââîäà ïàðà, îáðà-

çóþùåãîñÿ ïðè äðîññåëèðîâàíèè, âåðîÿòíî, íå ñîîòâåòñòâó-

6. Корреляции для расчета

þò âõîäàì/âûõîäàì ïàðà, è íàãðóçêà íåñèììåòðè÷íî ðàñ-

(конечной) скорости осаждения

ïðåäåëÿåòñÿ ïî àïïàðàòó.

a) Èñïîëüçóåòñÿ ìåòîä, ïðèâåäåííûé íà ðèñ 01 è 02. Ó àììèàêà

♦ Çàìåòèì, ÷òî è ìèíèìàëüíûé, è ìàêñèìàëüíûé óðîâíè æèä-

ïðè òåìïåðàòóðå -10 °Ñ äëÿ êðèòè÷åñêîãî äèàìåòðà êàïëè

êîñòè ìîãóò íàõîäèòüñÿ íèæå óðîâíÿ îòäåëèòåëÿ æèäêîñòè,

0,152 ìì ñêîðîñòü îñàæäåíèÿ ðàâíà 0,5 ì/ñ, ýòî çíà÷åíèå õà-

åñëè ê ãîðèçîíòàëüíîé ÷àñòè àïïàðàòà ïðèñîåäèíåí âåðòè-

ðàêòåðíî äëÿ ìíîãèõ ïðîìûøëåííûõ óñòàíîâîê (ñì. 14, 16 è

êàëüíûé ñòîÿê, ñì. ðèñ 02Á â ãëàâå 4, «Испарители и сепа

17). Ïîýòîìó äàííûé äèàìåòð êàïëè áûë âûáðàí äëÿ ïåðå-

раторы». Âûñîòà ñåïàðàöèè â ýòîì ñëó÷àå ðàâíà äèàìåòðó

ñ÷åòà ñêîðîñòè îñàæäåíèÿ ïðè äðóãèõ ðàáî÷èõ óñëîâèÿõ.

ãîðèçîíòàëüíîé ÷àñòè êîðïóñà.

Ýòî ðåêîìåíäóåìûé ìåòîä.

Ñðàâíåíèå äàííûõ äëÿ R12, R22 è R717 â äèàïàçîíå îò -40

4. Общие замечания

äî 0 °Ñ ïîêàçûâàåò, ÷òî çíà÷åíèÿ Ks (äëÿ óðàâíåíèÿ 4) ëåæàò

♦ Ìèíèìàëüíûé óðîâåíü æèäêîñòè â àïïàðàòå äîëæåí áûòü

â èíòåðâàëå îò 0,021 äî 0,075 ì/ñ. Â òàáë. 5 ïðèâåäåíû çíà-

äîñòàòî÷íî âûñîêèì, ÷òîáû íå äîïóñòèòü ïîïàäàíèÿ ïàðà â

÷åíèÿ ñêîðîñòè îñàæäåíèÿ äëÿ ñàìûõ ðàñïðîñòðàíåííûõ

æèäêîñòíóþ ëèíèþ. Ýòî îñîáåííî âàæíî ïðè íàñîñíîé öèð-

õëàäàãåíòîâ.

êóëÿöèè.

b) Íåïîñðåäñòâåííî èñïîëüçóåì óðàâíåíèå (4). Áîëüøèíñòâî

♦ Îáúåì îòäåëèòåëÿ æèäêîñòè äîëæåí áûòü äîñòàòî÷íî áîëü-

èñòî÷íèêîâ ðåêîìåíäóåò çíà÷åíèå Ks 0,03 ì/ñ, ÷òî äàåò äëÿ

øèì, ÷òîáû âìåñòèòü, êàê ìèíèìóì, âåñü õëàäàãåíò íà ñòî-

ïàðà àììèàêà ïðè -10 °Ñ ñêîðîñòü 0,5 ì/ñ.

ðîíå íèçêîãî äàâëåíèÿ.

c) Îáúåäèíÿåì

óðàâíåíèÿ (4) è 10 íà ðèñ. 01. Òàê êàê âÿçêîñòü

♦ Â ñèñòåìå, ãäå ÏÒÎ ðàçìåùåí áëèçêî ê îòäåëèòåëþ æèäêî-

ïàðà èçìåíÿåòñÿ î÷åíü íåçíà÷èòåëüíî, à ãðàâèòàöèîííàÿ ïî-

ñòè, äëÿ ãðóáîé îöåíêè ðàáî÷åãî îáúåìà õëàäàãåíòà ìîæíî

ñòîÿííàÿ åùå ìåíüøå, ýòè âåëè÷èíû ìîæíî âêëþ÷èòü â êîí-

èñïîëüçîâàòü ñóììó îáúåìîâ ÏÒÎ è ïîäâîäÿùåé òðóáû. Êîã-

ñòàíòû. Ñëåäîâàòåëüíî,

9. Приложение II. Расчет отделителей жидкости

157

Примечания

Ссылка

K_s м/с

м/с

ft/s

vt = Ks * ((ρl ^ρg) / ρg)^0.5

0,03

0,1

Вертикальный

0,08

0,263

Вертикальный

0,03

0,1

Вертикальный

0,069/0,01 0,227/0,034

с туманоуловителем /без него

Сила поверхностного

0,04/0,08

0,13/0,26

V/H с туманоуловителем

натяжения, мН/м

5.0

Переменные

0.245 _* (F"50)^0.4

F = коэффициент очистки

f(M_l/M_g)( r_g/r_l)0,5

= 0,02 до 0,4 (британские ед.)

1.0

f(коэффициент очистки) = 0,014 до 0,11 (СИ)

То же, что 9, но расчет компьютерный

Скорость пара, как функция вертикального расстояния

0.5

Источник, на который ссылается (12), но лучше

Вертикальное расстоя

Скорости от 0,5 до 1,0 м/с для аммиака

ние сепарации

мм

Табл. 2. Сравнение значений Ks из уравнения (4). Рис. 05. Постоянная скорости Ks

K.E. Arnold, C.T. Sikes

стр. 60"64

Oil & Gas Journal

July 21, 1986

F.H. Wu

стр. 74"80

Chemical Engineering

April 2, 1984

J.C. Viles

стр. 405 " 409

JPT (Society of Petroleum Engineers)

May, 1993

A. H. Younger

стр. 201"202

Chemical Engineering

May, 1955

E.R. Niemeyer

стр. 155"156

Hydrocarbon Proc. and Petroleum. Ref.

June 1961, Vol 40, No 6

ASHRAE

стр. 1.7 "1.9

ASHRAE Handbook. Refrigeration

1994

A. Gerunda

стр. 81"84

Chemical Engineering

May 4, 1981

B. Sigales

стр. 157"156

Chemical Engineering

March 3, 1975

R.N. Watkins

стр. 253"256

Hydrocarbon Proc. and Petroleum. Ref.

Nov. 1967, Vol 46, No 11

S.S. Alam, S.C. Agarwal

стр. 511"515

CHEMICAL AGE OF INDIA

June 1969, Vol 20, No 6

A.K. Coker

стр. 55"62

Oil & Gas Journal

May 10, 1993

D.K. Miller

стр.

Proceedings I.I.R

1971

G. G. Brown and ass.

стр. 346"349

Unit Operations, John Wiley & Sons Inc.

1950

G. Lorentzen

стр. 89"97

Kaltetechnik " Klimatisierung 18 Jahrgang,

Heft 3/1966

стр. 11"3,36

Perry’s Chemical Engineer’s Handbook

5th Ed. 1973

C.F. Muller Verlag

стр. 104"107

Ammoniakverdichterkalteanlagen,

Juli, 1992

Maake"Eckert

стр. 287"295

Pohlmann, Tachenbuch der Kaltetechnik

17 Auflage, C.F. Muller

HTRI

Design manual

Heat Transfer Research Inc.

1995

M. Souders, M., C.G. Brown

Design of fractionating columns Ind. & Eng. Chemistry,

1934

Таблица 3. Список литературы по отделителям жидкости

(5)

^Ks =k’ * ((rl "rg)*rg)^0,328

7. Пример расчета

k’ = 0,00272

(СИ)

k’ = 0,00893

(британские единицы)

Ïàð èç àììèà÷íîãî èñïàðèòåëÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ 1000 êÂò

âìåñòå ñ ïàðîì, îáðàçóþùèìñÿ ïðè äðîññåëèðîâàíèè, äîëæåí

d) Используйте туманоуловитель. Он позволяет увеличить до"

áûòü îòäåëåí îò æèäêîñòè â ãîðèçîíòàëüíîì ñåïàðàòîðå. Òåì-

пустимую расчетную скорость более чем в шесть раз (7).

ïåðàòóðà ïàðà 0 °Ñ, ðàñõîä îêîëî 0,92 êã/ñ. Ðàññ÷èòàåì v

по

Следуйте рекомендациям изготовителя туманоуловителя.

уравнению (5).

e) ASHRAE [6] предлагает два метода расчета v_t. Один из них

представляет собой уравнение (4), в котором Ks равен 0,1 или

ρl = 638,6 кг/м3, ρg= 3,457 кг/м3, hl = 1872 * 10"6 кг/м•с

0,2 фут/с. Заметим, что в издании 1994 года используется си"

σ = 26,76 ìÍ/ì. Îáúåìíûé ðàñõîä ðàâåí 0,266 ì³/с.

стема единиц СИ, но по ошибке Ks осталась в британской си"

стеме единиц, т.е. для нее приводится значение 0,1/0,2.

vt = 0,00272*((ρl "^ρg)*ρg)0,328*((ρl "^ρg)/ρg)^0,5= 0,46 м/с

Более строгое вычисление, приведенное в табл. 5(5А и рис. 1 и

Основной метод взят из источника (12), который ссылается

2) дает значение 0,45 м/с.

на (13), а тот, в свою очередь, на (19). Этот метод применя"

ется для расчета расстояний между тарелками в дистилля"

Попробуем горизонтальную скорость 3 * 0,47 = 1,41 м/с и по"

ционных колоннах. В дистилляционной колонне (см. рис. 07

ловинное заполнение аппарата. В этом случае диаметр равен:

в главе 1, «Применения») ïàð ïîäíèìàåòñÿ ïðîòèâ äâèæå-

D = (8 * 0,266/π * 1,41)0,5 = 0693 м. Принимаем диаметр 700 мм.

íèÿ æèäêîñòè ñî ñêîðîñòüþ, âûøå ëèíåéíîé, ò.å., âåðîÿòíî,

ïðîèñõîäèò óñèëåííûé âòîðè÷íûé óíîñ. Ñêîðîñòü çàâèñèò

Минимальная длина Sh (учитывая, что St = 0,7/2) равна 0,35 *

òàêæå îò ðàññòîÿíèÿ ìåæäó òàðåëêàìè. Äàííûé ìåòîä äàåò,

1,41 / 0,47 = 1,05 м.

âåðîÿòíî, çàíèæåííûå çíà÷åíèÿ ñêîðîñòè, íî çàòî ãàðàíòè-

Это дает слишком малый объем и недостаточное время пре"

ðóåò ñåïàðàöèþ.

бывания. Увеличим длину корпуса до 3,5 м. Время пребывания

Ãëàâíàÿ ïðîáëåìà â òîì, ÷òî â èñòî÷íèêå (12) èñïîëüçóþòñÿ

составит 3,5/1,41 = 2,5 сек. Немного, но с другой стороны дли"

ðàññòîÿíèÿ 12", 24" è 36" (ASHRAE âìåñòî 12" îøèáî÷íî óêà-

на корпуса намного больше, чем требует расчет.

çûâàåò 10"), ò.å. çíà÷åíèÿ, ìåæäó êîòîðûìè ïðàêòè÷åñêè íå-

Существует ли опасность вторичного уноса? Рисунок 04 дает

âîçìîæíà èíòåðïîëÿöèÿ. Ïîýòîìó ëó÷øå èñïîëüçîâàòü êðè-

N = 0,000995. Используем уравнение D и получаем Vmax. =

âûå èç èñòî÷íèêà (13), ïðåîáðàçîâàííûå â åäèíèöû ÑÈ è

7,70 м/с, т.е. эта проблема не возникает. См. также табл. 05.

ïîêàçàííûå íà ðèñ. 05. Îíè äåéñòâèòåëüíû äëÿ âåðòèêàëü-

íûõ îòäåëèòåëåé æèäêîñòè.

158

9. Приложение II. Расчет отделителей жидкости

ãèäðîñòàòè÷åñêîå äàâëåíèå, è èçìåíåíèå êîëè÷åñòâà äâèæå-

8. Падения давления в

íèÿ, è ïîòåðè íà òðåíèå. Â îòëè÷èå îò ýòîãî, äëÿ òåïëîîáìåí-

термосифонном контуре

íèêà ñ îäíîôàçíûì ïîòîêîì îáû÷íî ó÷èòûâàþòñÿ òîëüêî ïîòå-

ðè äàâëåíèÿ íà òðåíèå.

Ñõåìàòè÷åñêîå èçîáðàæåíèå ïåðåïàäîâ äàâëåíèÿ â òåðìîñè-

ôîííûõ êîíòóðàõ äàíî íà ðèñ. 06 è ðèñ. 03 â ãëàâå 4, «Испа

8.3. Испаритель - сепаратор

рители и сепараторы». Ýòîò êîíòóð ìîæíî ðàçäåëèòü íà òðè

Ïðîåêòèðóÿ òðóáó îò èñïàðèòåëÿ ê ñåïàðàòîðó, êîíñòðóêòîð äîë-

ó÷àñòêà.

æåí ïðîïëûòü ìåæäó Ñöèëëîé è Õàðèáäîé.

8.1. Отделитель жидкости - испаритель.

Åñëè âûáðàòü ñëèøêîì áîëüøîé äèàìåòð òðóáû, ïîòîê ñòàíî-

Падения давления в однофазном потоке.

âèòñÿ íåóñòîé÷èâûì è âîçíèêàþò ïðîáëåìû ñ óïðàâëåíèåì

♦ Перепад гидростатического давления, äâèæóùàÿ ñèëà

èñïàðèòåëåì.

öèðêóëÿöèè, ñîçäàåòñÿ çà ñ÷åò ïåðåïàäà âûñîòû ìåæäó óðîâ-

Åñëè äèàìåòð òðóáû, íàîáîðîò, çàíèæåí èëè îíà èìååò ìíîãî

íåì æèäêîñòè â ñåïàðàòîðå è âõîäîì â èñïàðèòåëü

êëàïàíîâ è èçãèáîâ, îáùåå ïàäåíèå äàâëåíèÿ îêàæåòñÿ ñëèø-

(6)

êîì áîëüøèì è òðåáóåìûé ðàñõîä íå áóäåò îáåñïå÷åí. Ñëèø-

∆^psl =ρl * g * ∆Hl

êîì ìàëûé äèàìåòð âûõîäíîãî òðóáîïðîâîäà ìîæåò ïðèâåñòè

♦ Потери давления на трение. Ôîðìóëû èõ ðàñ÷åòà ìîæíî

ê çàïèðàíèþ ïîòîêà (ñì. §3.5 â ãëàâå 4, «Испарители и сепа

íàéòè â áîëüøèíñòâå èíæåíåðíûõ ñïðàâî÷íèêîâ. Â ÷àñò-

раторы»).

íîñòè:

Ïàðîâàÿ ôðàêöèÿ îêàçûâàåò î÷åíü ñèëüíîå âëèÿíèå íà ïàäå-

m = M/(π * D²/4)

(7)

íèå äàâëåíèÿ. Ïîâûøåíèå äîëè ïàðà â ïîòîêå ñíèæàåò è ïàäå-

Re_l= m * D/η_l = v_l * D/(η_l/ρ_l)

(8)

íèå äàâëåíèÿ, îáóñëîâëåííîå ðàçíûìè ôàêòîðàìè, è ìèíè-

ìàëüíóþ ñêîðîñòü, íî îäíîâðåìåííî ñíèæàåò è ýôôåêòèâíîñòü

= 0,0055/Re_l0,2

(9)

òåïëîîáìåíà â èñïàðèòåëå. Íà ïðàêòèêå äîëÿ ïàðà â ÏÒÎ ñî-

(10)

ñòàâëÿåò îò 0,7 äî 0,9.

∆^pfl= 4 * fl *(L/D) * m2/(2 * ρl)

Потери давления на трение нужно рассчитать для каждой

8.3.1. Модели двухфазных потоков

трубы диаметра D и длины L и для соответствующего мас"

Ïîòîêè äâóõôàçíîé ïàðîæèäêîñòíîé ñìåñè, äâèæóùèåñÿ â

сового расхода жидкости, m, или скорости v_l.Эта длина

òðóáîïðîâîäå, êàíàëå ÏÒÎ, òåïëîîáìåííîé òðóáå èëè äðóãîì

должна включать длину пути в коленах, арматуре, фитин"

êàíàëå, ìîæíî êëàññèôèöèðîâàòü ïî ðåæèìàì äâèæåíèÿ, ñì.

гах и т.д.

àêòè÷åñ-

ðèñ. 01 Á â ãëàâå 4, «Испарители и сепараторы». Ô

♦ Потери давления в местных сопротивлениях - â àðìà-

êèé ðåæèì äâèæåíèÿ çàâèñèò îò äèàìåòðà òðóáû, äîëè ïàðî-

òóðå, ôèòèíãàõ, êîëåíàõ è ò.ä. ñ ó÷åòîì ìàññîâîé ñêîðîñòè

âîé ôàçû, îòíîñèòåëüíîé ïëîòíîñòè è âÿçêîñòè ïàðà è æèä-

æèäêîñòè,m:

êîñòè.

(11)

Ïîòîê ìîæíî òàêæå êëàññèôèöèðîâàòü ïî ïðèçíàêó ñèë, êîòî-

∆^pi = Σki * m2/(2*ρl) = Σki*^ρl *vl2/2

ðûìè îïðåäåëÿåòñÿ ðåæèì äâèæåíèÿ: ãðàâèòàöèîííûé ðåæèì

Коэффициенты k_iможно найти в большинстве инженерных

è ñäâèãîâûé ðåæèì.

справочников. Некоторые примеры приведены на рис. 06.

♦ Â гравитационном режиме ïîòîêà èìååò çíà÷åíèå íàïðàâ-

♦ Изменение количества движения. Ïðè èçìåíåíèè ñêîðî-

ëåíèå òå÷åíèÿ (ãîðèçîíòàëüíûé, âåðòèêàëüíûé âîñõîäÿùèé

ñòè, âûçâàííîì èçìåíåíèåì äîëè ïàðîâîé ôàçû èëè ïîïå-

èëè íèñõîäÿùèé), òàê êàê ïàð è æèäêîñòü èìåþò òåíäåíöèþ

ðå÷íîãî ñå÷åíèÿ, ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå êîëè÷åñòâà äâèæå-

ðàçäåëÿòüñÿ íå òîëüêî ïîä äåéñòâèåì ñèëû òÿæåñòè, íî è

íèÿ, ÷òî âûðàæàåòñÿ èçìåíåíèåì äàâëåíèÿ.

ïîä âëèÿíèåì öåíòðîáåæíûõ ñèë.

✻ Ñ óâåëè÷åíèåì ñêîðîñòè äàâëåíèå óìåíüøàåòñÿ.

♦ Â сдвиговом режиме

ïîòîêà òóðáóëåíòíîñòü è, ñîîòâåò-

✻ Ñ óìåíüøåíèåì ñêîðîñòè äàâëåíèå óâåëè÷èâàåòñÿ.

ñòâåííî, ñèëà ñäâèãà âåëèêè. Ïîýòîìó ïîâåäåíèå ïàðîæèä-

êîñòíîé ñìåñè çàâèñèò, â îñíîâíîì, íå îò íàïðàâëåíèÿ, à îò

Â îäíîôàçíûõ ïîòîêàõ, êîãäà ñêîðîñòü èçìåíÿåòñÿ îò çíà-

ïàðàìåòðîâ ïîòîêà.

÷åíèÿ 1 äî çíà÷åíèÿ 2, èçìåíåíèå äàâëåíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ

ïðÿìûì ðàñ÷åòîì:

Âàæíàÿ êëàññèôèêàöèÿ, îñîáåííî äëÿ ïðîåêòíûõ ðàñ÷åòîâ, ýòî

âûäåëåíèå ðàçäåëåííûõ è îäíîðîäíûõ ïîòîêîâ.

(12)

∆^pml = (m2/ ρl)2 - (m2/^ρl)1

♦ Â разделенном потоке ïàð è æèäêîñòü äâèæóòñÿ ñ ðàçíû-

Необходимо заметить, что падение давления, например, при

ìè ñêîðîñòÿìè, íî ñ ðàâíûì ïàäåíèåì äàâëåíèÿ. Ïëîòíîñòü

внезапном сужении, складывается из двух эффектов:

äâóõôàçíîé ñìåñè è ñêîðîñòè ôàç ñ òðóäîì ïîääàþòñÿ ðàñ-

потери, выраженные уравнением 11, падение из"за изме"

÷åòó è äîëæíû îïðåäåëÿòüñÿ ïî ýêñïåðèìåíòàëüíî óñòàíîâ-

нения количества движения - уравнение 12.

îäåëü ðàçäåëåííîãî ïîòîêà ïîëåç-

ëåííûì êîððåëÿöèÿì. Ì

Так, если за внезапным сужением следует эквивалентное

íà äëÿ ðàñ÷åòà ïàäåíèÿ äàâëåíèÿ â òðóáàõ ïðè çíà÷åíèÿõ ìàñ-

внезапное расширение, происходит падение давления

ñîâîãî ðàñõîäà è äîëè ïàðîâîé ôàçû, õàðàêòåðíûõ äëÿ âû-

вследствие изменения количества движения при сужении,

õîäíîé òðóáû òåðìîñèôîíà.

которое затем восстанавливается при внезапном расшире"

♦ Â однородном потоке ïàð è æèäêîñòü äâèæóòñÿ ñ îäèíàêî-

нии. Но кроме этого и при сужении, и при расширении име"

âîé ñêîðîñòüþ. Ïëîòíîñòü è ñêîðîñòü äâóõôàçíîé ñìåñè ëåã-

ются невозвратимые потери давления, которые определя"

êî ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî ìàññîâûì äîëÿì è ïëîòíîñòÿì ôàç.

ются коэффициентами k, указанными на рис. 06 и в табл. 5.

Ýòîò ðåæèì òàêæå íàçûâàþò ïîòîêîì áåç ñêîëüæåíèÿ ôàç.

В замкнутом контуре с однофазной средой все внезапные

сужения и расширения компенсируют друг друга, и в резуль"

Ìîäåëü îäíîðîäíîãî ïîòîêà ïðèìåíèìà äëÿ êîððåëÿöèè ìå-

тате в таком контуре нет изменения количества движения.

ñòíûõ ïàäåíèé äàâëåíèÿ â êëàïàíàõ, êîëåíàõ, ôèòèíãàõ è ò.ï.

è â òðóáàõ ïðè î÷åíü áîëüøèõ ìàññîâûõ ñêîðîñòÿõ ïîòîêà è

8.2. Испаритель. Падения давления

ïðè âûñîêîé äîëå ïàðîâîé ôàçû. Îäíîðîäíûé ïîòîê îáû÷-

в однофазном и двухфазном потоках.

íî èìååò ñäâèãîâûé ðåæèì.

Ðàñ÷åò ïàäåíèÿ äàâëåíèÿ â òåïëîîáìåííèêàõ ñ ôàçîâûì ïåðå-

Â ýòîì ïðèëîæåíèè èíäåêñ h îòíîñèòñÿ ê îäíîðîäíîìó ïîòîêó,

õîäîì èñêëþ÷èòåëüíî ñëîæíàÿ çàäà÷à, êîòîðàÿ âûõîäèò çà

à tp ê ïîòîêó ñî ñêîëüæåíèåì ôàç, íàïðèìåð, ρ_hи ρ_tp это плот"

ðàìêè äàííîãî ðóêîâîäñòâà.

ности однородного потока и потока со скольжением фаз, соот"

Óêàçàííîå èçãîòîâèòåëåì çíà÷åíèå ïàäåíèÿ äàâëåíèÿ â èñïà-

ветственно.

ðèòåëå (èëè â êîíäåíñàòîðå) îáÿçàòåëüíî âêëþ÷àåò â ñåáÿ è

Найденные корреляции падения давления сильно отличаются

9. Приложение II. Расчет отделителей жидкости

159

äðóã îò äðóãà, òàê êàê î÷åíü òðóäíî îïðåäåëèòü òî÷íóþ êîððå-

0,1 ì äëÿ äâóõôàçíîé ñìåñè ñ äîëåé ïàðà 85 % è ñîîòâåò-

ëÿöèþ äëÿ äâóõôàçíîé ñìåñè.

ñòâóþùåé ìèíèìàëüíîé ñêîðîñòüþ.

♦ Ïîâåäåíèå ïàðîæèäêîñòíîé ñðåäû ñèëüíî îòëè÷àåòñÿ â çà-

Çàìåòüòå, ÷òî ïåðåïàä ãèäðîñòàòè÷åñêîãî äàâëåíèÿ îò ñêî-

âèñèìîñòè îò òîãî, âõîäèò ëè îíà â òðóáó õîðîøî ðàçäåëåí-

ðîñòè è äèàìåòðà. Åãî ëåãêî ìîæíî ïåðåñ÷èòàòü äëÿ äðóãèõ

íîé è ïåðåìåøàííîé.

çíà÷åíèé ñêîðîñòè è äèàìåòðà, êàê ýòî ïîêàçàíî â òàáë. 5.

♦ Ýôôåêò ïîâåðõíîñòíîãî íàòÿæåíèÿ ñäâèãà íà ãðàíèöàõ æèä-

Ãîðèçîíòàëüíûé è íèñõîäÿùèé ïîòîêè äâóõôàçíîé ñìåñè îá-

êîñòü æèäêîñòü è æèäêîñòü ñòåíêà î÷åíü ïëîõî èçó÷åí.

íàðóæèâàþò ìåíüøèå ïîòåðè íà òðåíèå, ÷åì äàåò ðàñ÷åò äëÿ

âîñõîäÿùåãî ïîòîêà.

♦ Âàæíóþ ðîëü èãðàåò ýôôåêò âõîäà â òðóáó.

♦ Потери давления в местных сопротивлениях - в арма

♦ Êîððåëÿöèè, ïîëó÷åííûå äëÿ òðóá íåáîëüøîãî äèàìåòðà, íå

туре, фитингах, коленах и т.д.

Êîððåëÿöèîííûå çàâèñè-

âñåãäà ìîæíî ìàñøòàáèðîâàòü äëÿ áîëüøèõ òðóá.

ìîñòè, ïîëó÷åííûå ýêñïåðèìåíòàëüíûì ïóòåì, ñèëüíî îò-

♦ Âîçìîæíî ôîðìèðîâàíèå ñòîÿ÷åé çâóêîâîé âîëíû, êîòîðàÿ

ëè÷àþòñÿ äðóã îò äðóãà. Óìíîæåíèå ïëîòíîñòè ñðåäû äëÿ îä-

ìåíÿåò õàðàêòåð ïîòîêà.

íîðîäíîãî äâóõôàçíîãî ïîòîêà, ρ_h, на коэффициент паде"

ния давления для однофазного потока обычно дает воспро"

♦ Íåêîòîðûå ïàðàìåòðû òðóäíî îïðåäåëèòü ýêñïåðèìåíòàëü-

изводимые результаты. Эта формула использована в таб"

íî, ÷òî îòðàæàåòñÿ íà äîñòîâåðíîñòè êîððåëÿöèé.

лице 5В.

♦ Äàííûå äëÿ äâóõôàçíîãî è îäíîôàçíîãî ïîòîêà ïëîõî êîð-

ρ = 1/((1 - y) / ρl + y/ρg)

(17)

ðåëèðóþò. Â ýòîì îòíîøåíèè ðåçóëüòàòû ñèëüíî îòëè÷àþò-

ñÿ â çàâèñèìîñòè îò èñòî÷íèêà, ìåòîäîâ èçìåðåíèÿ, ðàñ÷å-

(18)

∆^phi = Σki *ρh *vh2/2 = Σki * m2/(2 *ρh)

òà è ò. ä.

♦ Изменение количества движения.

Ðàñ÷åò ïàäåíèÿ äàâ-

♦ Çàãðÿçíåíèå ìàñëàìè, âîäîé, îñòàòêàìè ìîþùèõ ñðåäñòâ

ëåíèÿ äëÿ äâóõôàçíûõ ïîòîêîâ çàòðóäíåí, òàê êàê íåîá-

è ò. ä. èçìåíÿåò ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà õëàäàãåíòà.

õîäèìî íàõîäèòü êîððåëÿöèè äëÿ ïëîòíîñòè äâóõôàçíîé

ñðåäû.

Ïðîéäÿ íåñêîëüêî êëàïàíîâ, ôèòèíãîâ, îòâîäîâ è ò.ä. ïîòîê

ìîæåò çíà÷èòåëüíî èçìåíèòüñÿ, è ïàäåíèÿ äàâëåíèÿ íà ïåð-

Âîîáùå ãîâîðÿ, êîððåëÿöèè ïëîòíîñòè âî âíåçàïíûõ ñóæå-

âîì è íà ïîñëåäíåì ìåòðàõ òðóáû ìîãóò ñèëüíî îòëè÷àòüñÿ,

íèÿõ è ðàñøèðåíèÿõ äëÿ îäíîðîäíîãî ïîòîêà îêàçûâàþòñÿ

íåñìîòðÿ íà îäèíàêîâûå ïàðàìåòðû ïîòîêà.

áîëåå íàäåæíûìè, ÷åì äëÿ ðàçäåëåííîãî.

8.3.2. Падение давления в двухфазных потоках

Îò âõîäà ê âûõîäó èñïàðèòåëÿ ïðîèñõîäèò áîëüøîå èçìå-

Â òàáëèöå 5 ïðèâîäÿòñÿ ðÿä äàííûõ äëÿ íåêîòîðûõ õëàäàãåí-

íåíèå êîëè÷åñòâà äâèæåíèÿ, ïîñêîëüêó ñðåäà ïåðåõîäèò èç

òîâ: ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà, ñêîðîñòè îñàæäåíèÿ è âòîðè÷íîãî

æèäêîãî ñîñòîÿíèÿ â äâóõôàçíîå ñî çíà÷èòåëüíûì óâåëè-

óíîñà â îòäåëèòåëå æèäêîñòè, ìèíèìàëüíûé ðàñõîä â âåðòè-

÷åíèåì îáúåìà. Ýòî èçìåíåíèå êîëè÷åñòâà äâèæåíèÿ âêëþ-

êàëüíîé òðóáå è ïàäåíèÿ äàâëåíèÿ äâóõôàçíîé ñìåñè, îáóñëîâ-

÷àåòñÿ â ïåðåïàä äàâëåíèÿ â èñïàðèòåëå è â íàñòîÿùåì ïà-

ëåííûå ðàçíûìè ôàêòîðàìè.

ðàãðàôå íå ðàññìàòðèâàåòñÿ.

♦ Перепад гидростатического давления â íàïðàâëåííîì

Â äàííîì öèðêóëÿöèîííîì êîíòóðå îáû÷íî íå ïðîèñõîäèò

âåðòèêàëüíî ââåðõ ïîòîêå. Æèäêàÿ ôàçà äâèæåòñÿ ìåäëåí-

èçìåíåíèÿ äîëè ïàðà, ïîýòîìó êîëè÷åñòâî äâèæåíèÿ èçìå-

íåå, ÷åì ïàðîâàÿ (ðàçäåëåííûé ïîòîê), è ïðîïîðöèîíàëüíî

íÿåòñÿ òîëüêî â ñóæåíèÿõ è ðàñøèðåíèÿõ.

ýòîìó ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå áîëüøå çàïîëíåíî æèäêîñòüþ,

(19)

ò.å. â äâóõôàçíîì ïîòîêå ñî ñêîëüæåíèåì ôàç ïëîòíîñòü

∆^pmtp = (m2/^ρh)2 - (m2/^ρh)1

ñðåäû âûøå, ÷åì â îäíîðîäíîì ïîòîêå. Çàâèñèìîñòü ïëîò-

На входе парожидкостной смеси в отделитель жидкости

íîñòè ñðåäû â ïîòîêå ñî ñêîëüæåíèåì ôàç îò ôèçè÷åñêèõ

происходит значительное восстановление давления (на"

õàðàêòåðèñòèê õëàäàãåíòà è ðàáî÷èõ óñëîâèé èíòåíñèâíî

ряду с потерей давления в местном сопротивлении). Од"

èçó÷àëàñü, íî îñòàåòñÿ íå âïîëíå ïîíÿòíîé è ïëîõî îïèñû-

нако это восстановление давления обычно не принима"

âàåòñÿ êîëè÷åñòâåííî.

ется во внимание. Для этого, должно быть, имеются при"

чины. Пар, вероятно, несколько раз поворачивает в отде"

Äëÿ ðàñ÷åòà ïåðåïàäà ãèäðîñòàòè÷åñêîãî äàâëåíèÿ ïðèìå-

лителе жидкости, и это не учитывается. Кроме того, в ап"

íÿåòñÿ ñëåäóþùàÿ çàâèñèìîñòü:

парате могут быть направляющие лопатки, отражатель"

∆pstp = ρtp *g * ∆Htp

(13)

ные пластины и т.п.

Â íèñõîäÿùåì ïîòîêå âîçìîæíî ïîâûøåíèå äàâëåíèÿ, íî

8.4. Корреляционные зависимости падения

ýòî ÿâëåíèå îáû÷íî íå ó÷èòûâàþò, ïîñêîëüêó åãî òðóäíî ïî-

давления

ëó÷èòü íà ïðàêòèêå.

Внимание!

Îñòîðîæíî èñïîëüçóéòå êîððåëÿöèîííûå çàâèñè-

♦ Потери давления на трение. Íàèáîëåå ïîïóëÿðíûé ñïî-

ìîñòè ïàäåíèÿ äàâëåíèÿ, âçÿòûå èç ðàçëè÷íûõ èñòî÷íèêîâ

ñîá ýòî ðàñ÷åò ïîòåðè äàâëåíèÿ äëÿ îäíîôàçíîãî ïîòîêà,

Ïðèíÿòûé â Åâðîïå êîýôôèöèåíò ñîïðîòèâëåíèÿ â òðóáàõ â

ò.å. ïîòîêà ïàðà, ∆p

, с последующим умножением на попра"

÷åòûðå ðàçà áîëüøå êîýôôèöèåíòà òðåíèÿ (â óðàâíåíèè Ôåí-

вочный коэффициент φ_g2.

íèíãà), ïðèìåíÿåìîãî â Àìåðèêå è â äàííîì ðóêîâîäñòâå (ìíî-

æèòåëü 4 * f â óðàâíåíèè 10).

(14)

∆^pftp = ∆pg * φg2

Êðîìå òîãî, ïðîâåðüòå ïîïåðå÷íûå ñå÷åíèÿ ìåñòíûõ ñîïðî-

Как и в случае однофазного потока, падение давления рас"

òèâëåíèé (âõîäíûõ è âûõîäíûõ ïàòðóáêîâ, âíåçàïíûõ ñóæåíèé

считывается для каждого участка трубы длины L и диамет"

è ò.ï.).

ра D.

Нужно отметить, что поправочный коэффициент двухфаз"

ного трения обнаруживает удивительное постоянство при

8.5. Ограничения

постоянной доле пара. Для оценки падения давления в двух"

Ñì. òàêæå «Испарители и сепараторы» § 3.4.

фазной смеси можно умножать падение давления пара на

следующие коэффициенты:

8.5.1. Минимальный двухфазный поток

Ìèíèìàëüíàÿ ìàññîâàÿ ñêîðîñòü m_мини минимальная скорость

все углеводороды

(15)

φg2 = 2,3

однородного двухфазного потока v_hмин для кольцевого восхо"

аммиак

(16)

дящего потока приведены в таблице 5B.

φg2 = 2,0

В таблице 5В приведены множители φ_g2и перепады давле"

Иногда можно применять встряхивающийся поток, но в этом

ния пара на один метр вертикальной колонны диаметром

случае возможна неустойчивость. Нижний предел пробкового

Альфа Лаваль Технический справочник по пластинчатым теплообменникам (2001 год) - часть 8