CHLAZENÍ

Typ Referáty
Počet stažení 234
 
Doporučit Zaslat na email Zaslat na email
Stáhni
Vloženo 06.4.2006
Počet stran 7
Velikost 16 KB
Typ souboru Jednoduchý text

Chlazení

Průmyslové strojní chlazení je dnes již vyřešeným problémem. Při odnímání tepla při výrobě produktů v různých odvětvích strojních, potravinářských, chemických a jiných průmyslů, se dnes nejčastěji používá voda, olej, čpavek, dusík a kyslík a to jak ve skupenství plynném tak i kapalném a při různých teplotách.

V odvětví výroby a zpracování termoplastů, kde se při technologii vstřikování plastů o teplotě 150°C - 350°C užívá chlazení forem vodou, se u některých výrobků chlazení nepoužívá, naopak, některé plastové výrobky s kovovým jádrem si vyžadují předehřev formy, což se provádí v přídavném zařízení, které udržuje stálou teplotu ohřívaného média, nejčastěji oleje, na stanovené teplotě s maximální výchylkou ± 3°C. Teplota předehřevu závisí na druhu materiálu.
Ovšem provedení mnoha technologických pochodů výroby v průmyslových odvětvích si vyžaduje teploty chlazení nižší, než je možno dosáhnout klasickými způsoby chlazení (vodou, vzduchem, atd.).

V těchto případech se používá výroby chladu za použití chladících strojů a zařízení. Výroba chladu se zakládá na odnímání tepla tělesům o nízké teplotě a v postupování tohoto tepla tělesům o teplotě vyšší, obvykle vodě nebo okolnímu vzduchu.

Nejčastěji se používá vypařování kapalného chladiva za sníženého tlaku. Např. vypařováním kapalného čpavku při tlaku 14,378 kPa se dosahuje teploty - 50°C, vypařováním kapalného ethanu při tlaku 54,249 kPa teploty - 100°C, vypařováním kapalného dusíku teploty až - 210°C atd.

Ke snížení teploty chladiva dochází také při expanzi plynné pracovní látky v expanzním stroji, při čemž se koná vnější práce. Této metody se používá především ke zkapalňování těžko zkapalnitelných plynů, např. vzduchu, vodíku aj. k tomuto účelu se používá změny teploty plynu škrcením - tzv. škrtícího efektu.

Technické provedení chladícího pochodu závisí na teplotě, které je třeba dosáhnout. Rozlišujeme mírné chlazení, jež zahrnuje teploty přibližně do - 100°C a hluboké chlazení až do - 210°C a níže. Toto rozdělení je však značně libovolné, jelikož způsobu, charakteristického pro mírné chlazení, se někdy užívá při hlubokém chlazení a snižování teploty chladiva expanzí v expanzním stroji, jehož se hojně používá při hlubokém chlazení, se někdy používá v mírném chlazení.

MÍRNÉ CHLAZENÍ

Chladící výkonnost

Dosažení nízkých teplot chladícím strojem se zakládá na vratné změně stavu, neboli na tzv. chladícím oběhu. Pro srovnání a hodnocení chladících oběhů se obvykle používá ideálního vratného Carnotova cyklu, který je uzavřeným cyklickým pochodem, skládajícím se z izotermických a adiabatických pochodů, postupně jdoucích za sebou. V chladící technice se používá přednostně kapalných a jen výjimečně plynných chladiv. Při použití kapalných chladiv probíhá odnímání tepla chlazené látce vypařováním chladiva obvykle při konstantní teplotě varu. Jako plynného chladiva se používá vzduchu, při čemž je v tomto případě odnímání tepla chlazené látce doprovázeno zvyšováním teploty chladiva. Všechny chladící stroje ne mírné chlazení se dělí na skupiny podle jejich principu:



1. kompresní parní chladící stroje

2. kompresní plynové (vzduchové) chladící stroje

3. absorpční chladící stroje

4. parní ejektorové chladící stroje



Kompresní parní chladící stroje



Při výrobě chladu se nejčastěji používá kompresních parních chladících strojů, pracujících s látkami, které přecházejí v páru při teplotách značně pod nulou a pak vlivem předběžné komprese a chlazením vodou nebo vzduchem se znovu přemění na kapalinu.


Schéma ideálního kompresního chladícího stroje, jehož pracovní oběh se blíží k k výše popsanému Carnotovu vratnému cyklu.

Kompresor nasává páru chladiva o teplotě T0, při čemž pára může být zkapalněna vodním chlazením a vytlačí ji do kondensátoru. Aby ochlazování a zkapalňování probíhalo v kondensátoru při stálé teplotě T1, provádí se komprese zcela v oblasti mokré páry a proto se teplota par na konci komprese rovná kondensační teplotě T. Protože při kondensaci dochází ke sdílení kondensačního tepla chladící vodě výměnou tepla, musí být kondensační teplota tím vyšší a tedy tím vyšší musí být kompresní tlak, čím vyšší je teplota vody.

Kapalné chladivo postupuje z kondenzátoru do expanzního ventilu. Zde se chladivo expanduje na výparný tlak a postupuje do výparníku. Ve výparníku se vypařuje chladivo odnímající při tom výparné teplo chladícímu okolí, jež omývá trubky výparníku. Čím nižší je přitom výparný tlak, tím nižší je výparná teplota T0 a tedy tím nižší je teplota, na kterou je možno ochladit látku ve výparníku.

Utvořené páry chladiva se nasávají znovu kompresorem, stlačují se v něm, zkapalňují se v kondensátoru …. atd. Práce chladícího stroje se koná v uzavřeném oběhu, v němž nepřetržitě probíhají všechny výše popsané pochody.

Schéma reálného kompresního chladícího stroje se liší od ideálního těmito základními prvky:

1. místo expanzního válce (expanzního ventilu) se používá, vzhledem ke složitosti jeho konstrukčního řešení a malé efektivnosti, redukčního (regulačního) ventilu;

2. komprese chladiva se neprovádí v oblasti mokré páry, ale v oblasti přehřáté páry, přičemž kompresor nasává suché nasycené nebo přehřáté páry chladiva;

3. většinou se doplňuje kondensace chladiva jeho podchlazováním.



Mokré a suché pochody

Ve výše popsaném pochodu, který se blíží ke Carnotovu vratnému cyklu, vstupují do kompresoru mokré páry s vlhkostí x1 < 1, při čemž se tato vlhkost volí tak, aby po adiabatické kompresi v kompresoru zůstaly páry vlhké nebo v mezním případě suché nasycené (x2 = 1) - tzv. mokrý proces.

Ačkoliv se mokrý pochod nejvíce blíží Carnotovu oběhu a z čistě termodynamického hlediska je výhodnější, s hlediska praktického je výhodnější suchý proces. Při mokrém pochodu způsobuje velmi intenzivní výměna tepla mezi stěnami válce a vlhkou parou rychlé vypařování chladiva a vysychání jeho par, což má za následek horší plnění válce kompresoru, zmenšení jeho objemové účinnosti a tedy pokles chladivosti stroje. Proto se v praxi používá tzv. suchého způsobu, v němž kompresor nasává suché nasycené, nebo slybě přehřáté páry, následkem čehož jsou páry na konci adiabatické komprese přehřáté. Pouze někdy, chceme-li snížit konečnou teplotu komprese (abychom se vyhnuli rozkladu čpavku ve čpavkových chladících strojích), používáme k nasávání slabě vlhkých nebo zvlášť vlhčených par, které kompresor nasává.

Při suchém pochodu se zvyšuje chladivost, protože pracovního objemu válce je využito úplněji.

Vnějším znakem, který odlišuje oba způsoby práce, je hodnota odečtená na teploměru připevněném na výtlačném potrubí kompresoru:

- při práci mokrým způsobem ukazuje teploměr teplotu, která se přibližně rovná teplotě zkapalnění chladiva v kondenzátoru a která přesahuje obvykle teplotu vytékající chladící vody o 2° - 5°.

- při práci suchým způsobem je teplota par ve výtlačném potrubí značně vyšší než teplota zkapalnění v kondenzátoru a obvykle se pohybuje mezi 60° - 100°.



Podchlazování

Chlazení v kompresoru probíhá při značném rozdílu teplot mezi chladivem a chladící vodou.

V průmyslových čpavkových chladících strojích činí rozdíl mezi teplotou kondenzovaného čpavku a vstupující chladící vodou asi 10°C. Proto je možné za kondenzátorem dodatečně podchladit kapalné chladivo o 5°- 8°, za použití dalšího množství čerstvé chladící vody.

Někdy je účelné podchladit kapalné chladivo na úkor chladu par chladiva, které vstupují do kompresoru.

CHLADIVA

Požadavky kladené na chladiva:

1. Výparné teplo chladiva musí být pokud možno velké, aby pro danou chladivost bylo třeba
menšího množství obíhajícího chladiva.

2. Měrný objem při teplotě vypaření a příslušný tlak nesmějí být velké.

3. Svými chemickými vlastnostmi nesmí chladivo způsobovat rychlý rozklad částí chladícího
stroje a také nesmí působit škodlivě na lidský organismus při unikání par do místnosti, kde
je chladící zařízení instalováno.

4. Chladivo musí být dost levné a dostupné v potřebném množství.



Jako levného chladiva, vyhovujícího téměř všem požadavkům, by bylo možné používat vodní páry, ale nedá se jí použít v kompresním chladícím stroji, protože k dosažení nízkých teplot by bylo třeba provádět vypařování při velmi nízkých tlacích, blížících se absolutnímu vakuu a při značně velkých objemech par, což je prakticky nemožné. Při výparné teplotě - 10° je tlak ve výparníku, nebo lépe musí být, 0,2979 kPa a měrný objem páry 451 m3/kg.

V praxi jsou nejpoužívanější chladiva, jež vyhovují většině požadavků:

čpavek, kysličník uhličitý, kysličník siřičitý a methylchlorid.


Chladivost

Nezávisle na systému a konstrukci jsou chladící stroje charakterizovány chladivostí, tj. množstvím tepla, odňatého chladivem ochlazovanému tělesu za určitých podmínek. Pro tytéž teplotní podmínky a určité chladivo je chladivost chladicího stroje určena jeho rozměry, počtem otáček, účinností a jinými parametry. Pro stejný chladící stroj se jeho chladivost mění podle teplotních poměrů, při nichž zařízení pracuje. Chladivost je veličina proměnná, která se mění s teplotou vypařování chladiva, s teplotou jeho zkapalnění a s teplotou podchlazení.

Chladivost u jednostupňového kompresoru daných rozměrů se dá vyjádřit vztahem:

Q0 = Vhqvl (kcal/hod)

kde Vh je objem proběhnutý pístem v m3; qv je objemová chladivost v kcal/m3; l je dopravní účinnost kompresoru.



Dvoustupňová komprese

Snížení vypařovací teploty, jako i zvýšení kondenzační teploty, tj. zvětšování rozdílu teplot - to, vede ke zvýšení stupně komprese v kompresoru a tedy k poklesu jeho objemových a energetických ukazatelů.

Kromě toho je vysoký stupeň komprese spojen s nežádoucím zvýšením teploty par a chladiva a možností, že se chladivo rozloží; pro čpavek je teplota 120° hranicí, nad níž začíná disociovat.

HLUBOKÉ CHLAZENÍ

Škrtící efekt (Joule-Thomsonův efekt)

Zkapalňování plynů se provádí jeho ochlazováním na kritickou hodnotu nebo velmi nízkou teplotu. Zkapalnění plynů jako je kyslík, dusík, vodík, helium a jiné, jejichž kritické teploty jsou značně nižší, než - 100°C, je možné pouze metodami hlubokého chlazení.

V technice hlubokého chlazení se zužitkují vlastnosti reálných plynů použitím škrtícího efektu. Podstata škrtícího efektu je v tom, že se teplota stlačených plynů mění při jejich expanzi bez konání vnější práce a bez výměny tepla s okolím.

Rozlišujeme diferenciální a integrální škrtící efekt.

Diferenciální škrtící efekt je teplotní změna způsobená nekonečně malou změnou tlaku.

Integrální efekt odpovídá změně tlaku plynu z p1 na p2 a dá se vyjádřit rovnicí:

ji = ĺjstř.Dp

kde jstř. je střední hodnota teplotního spádu připadající na pokles tlaku o 101,325 kPa v tlakovém rozmezí Dp.

Fyzikální podstatou škrtícího efektu je, že při isotermické kompresi skutečného plynu se z něho chladící vodou odvádí jak teplo, které je ekvivalentní kompresní vnější práci, tak další množství tepla spojeného s prací molekulárních přitažlivých sil.



Nejčastěji používaným chladícím médiem pro hluboké chlazení je dusík. Čistý dusík se vyrábí ze vzduchu tzv. oddělováním plynů v zařízení s regenerátory pro rozdělování vzduchu.


Vzduch, který vstupuje k rozdělování, se chladí produkty, které byly získány rozdělováním. Další chlazení, které je nezbytné pro kompenzaci ztrát chladu, se provádí z rektifikačních oběhů.

Ve velkém zařízení pro výrobu 70% - 98% plynného kyslíku, v němž se větší část vzduchu stlačuje kompresorem pouze na tlak 607,95 kPa - 709,275 kPa, používá se místo trubkových výměníků tepla pro ochlazení vzduchu o nízkém tlaku tzv. regenerátorů. Regenerátor je svislý válec, obsahující náplň ve formě kotoučů zhotovených natáčením tenkého vlnitého hliníkového pásu (0,1 - 0,2 mm).

V 1 m3 takové náplně může být dosaženo povrchu až 2000 - 4000 m2. Proud každého produktu prochází alespoň dvěma regenerátory, jimiž se vzduch a produkty rektifikace střídavě propouštějí protiproudově samočinnými přepínacími ventily. V regenerátorech nenastává pouze dokonalejší chlazení vzduchu než v trubkových výměnících tepla, ale i vymrazování kysličníku uhličitého a vodní páry na povrchu náplně. Sražený kysličník uhličitý a vlhkost se odvádějí z regenerátoru kyslíkem a dusíkem.

Chlazení se ovšem neprovádí jen plynným dusíkem, ale obzvláště pak kapalným dusíkem. Jedna z metod získání kapalného dusíku je kaskádová metoda.
Kaskádová metoda je ovšem složitá po stránce konstrukční, avšak velice hospodárná co do spotřeby energie. Kaskádové zařízení na zkapalňování dusíku se skládá ze čtyř oběhů:

1. čpavkového, 2. ethylenového, 3. methanového, 4. dusíkového. Ethylen se zkapalňuje pod tlakem 1925,175 kPa při teplotě kolem - 30°C, která je vytvořena čpavkovým chladícím strojem. Methan se zkapalňuje pod tlakem 2533,125 kPa pomocí ethylenu, který se vypařuje při teplotě kolem - 100 °C. Dusík se zkapalňuje pod tlakem 1884,645 kPa pomocí kapalného methanu, který má teplotu varu - 161°C. Spotřeba energie na 1 kg kapalného vzduchu je v takovém zařízení přibližně 1940,4 kJ.

Kaskádovým zařízením s velkým počtem cyklů je možno zkapalnit nejobtížněji zkapalnitelný plyn - helium.
CHLADÍCÍ STROJE

Vzduchové chladící stroje

Ve vzduchovém chladícím stroji se jako chladiva používá atmosférického vzduchu. Princip chladícího stroje je založen na expanzi plynu v expanzním stroji, zároveň s klesáním tlaku, probíhá značné snižování teploty plynu. Vzduch se adiabaticky stlačuje v kompresoru na 405,3 kPa - 506,625 kPa, pak se ochlazuje vodou na nejnižší možnou teplotu, a z toho důsledku expanduje v expanzním stroji (detensoru) a jeho teplota klesá. Vzduch s nízkou teplotou se dá použít ke chlazení. Tím, že vzduch odnímá teplo chlazenému tělesu, sám se ohřívá a znovu je nasáván do kompresoru. Vzhledem k nízké tepelné kapacitě vzduchu, musí ve vzduchovém chladícím stroji dokonce při malé chladivosti obíhat značné množství vzduchu, což způsobuje, že tyto stroje nejsou hospodárné. Při teplotách ochlazení 0°C vznikají potíže tím, že se tvoří sníh. Proto se dnes nepoužívá vzduchových chladících strojů.


Absorpční chladící stroje

Princip absorpčních strojů je založen na pohlcování par chladiva nějakým absorbentem při tlaku vypaření, poté je chladivo vypuzeno ohříváním. Na rozdíl od kompresního stroje zde probíhá kruhový oběh nikoliv za spotřeby mechanické energie, ale přiváděním tepelné energie. Jako chladiv a jejich absorbentů se používá různých látek; nejvíce však čpavku nebo amiakátu dusičnanu lithného.

Kromě kapalných absorbentů se dá použít též tuhých látek, např. silikagelu pro absorpci čpavku nebo vody, aktivního uhlí aj. V nynější době je nejvíce rozšířenou pracovní směsí v absorpčních chladících strojích vodní roztok čpavku.


Parní ejektorové chladící stroje

Vody jako chladiva se používá v parním chladícím vakuovém stroji. Princip tohoto stroje je v tom, že se voda vypařuje v uzavřené nádobě pod vakuem. Pro snížení vypařovací teploty na to = 0°C je třeba velmi vysokého vakua, protože této teplotě odpovídá vypařovací tlak 628,215 Pa, tj. 4,5 mm Hg. Tento nízký tlak se udržuje uvnitř systému takto:

Pracovní pára z generátoru, která má dostatečně vysoký tlak, vstupuje do ejektoru a expanduje se v trysce ejektoru, při čemž snižuje svůj tlak na tlak ve výparníku. Při tom nabývá značné rychlosti, nasává chladné páry z výparníku a mísí se s nimi. V difusoru ejektoru se směs par stlačuje na tlak, který se rovná tlaku v kondenzátoru, kde se zkapalňuje. Zkondenzovaná voda se částečně přečerpává čerpadlem zpět do generátoru a částečně postupuje regulačním ventilem do výparníku, kde odnímá teplo chlazenému prostředí.

V parním chladícím stroji se odsává směs páry se vzduchem a je tedy třeba velkého kompresního poměru. Obvykle probíhá komprese v parních chladících vakuových strojích v několika stupních.

K vytváření hlubokého vakua se často používá vakuových ejektorových chladících zařízení s vícestupňovými ejektory. Těchto zařízení se především používá k ochlazení vody a výrobě ledu, přitom je možné použít jako chladiva chladících solanek (roztoků solí: chloridu sodného NaCl; chloridu vápenatého CaCl2; chloridu hořečnatého MgCl2), aby byly získány teploty pod 0°C.

logo horoskopy
logo humor
logo sms
logo nejhry
logo najdemese
logo tri65dni
logo tvp
Seminárky, referáty, skripta, mat. otázky Studijní materiály
Seminárky, referáty, skripta, mat. otázky
    Přihlášení
    Registrace


    Vzhledy:
    Vlastni
    Pátek 19. 1. 2018 Svátek má Doubravka
    Vyhrávej v casino.cz nebo na vyherni-automaty.cz   Prodávej s Plať-Mobilem.cz