автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Моделирование и оптимизация процессов и аппаратов холодильных установокна основе термоэкономического подхода

На правах рукописи

НГУЕН ТЬЕН ТХАНГ

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК НА ОСНОВЕ ТЕРМОЭКОНОМИЧЕСКОГО ПОДХОДА (для тропических условий Вьетнама)

05.17.08 - Процессы и аппараты химической технологии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1997 г.

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете имени Д.И.Менделеева на кафедре кибернетики химико-технологических процессов.

Научный руководитель:

Академик Российской Академии диалектико-системных исследований, доктор технических наук, профессор Дорохов H.H.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Светлов Ю.В. кандидат технических наук, доцент Дементьев А.И.

Ведущее предприятие: Московский государственный университет прикладной биотехнологии.

Защита диссертации состоится " <6 " 01997 г. в ^""нъа.

в ауд. _ на заседании диссертационного совета Д 053.34.08 в

Российском химико-технологическом университете им. Д.И.Менделеева по адресу: 125190, Москва, А-47, Миусская пл., дом 9.

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-информационном центре РХТУ им. Д.М. Менделеева.

Автореферат разослан " ,С "_Oi 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

БОБРОВ Д.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Непрерывно возрастающие потребности народного хозяйства в искусственном холоде привели к тому, что холодильные установки стали крупными потребителями энергии. Расход энергии на производство холода становится соизмеримым с потреблением энергии основными технологическими процессами. Поэтому проблема экономии энергии, расходуемой в холодильных установках, является весьма актуальной.

Особенно актуальна эта проблема для пищевой и перерабатывающей промышленности Вьетнама. Во Вьетнаме холодильное оборудование работает в условиях тропического климата, что значительно осложняет работу холодильных установок. Положение усугубляется высокой стоимостью электроэнергии, ее нехваткой, перерывами в ее подаче и потреблении.

При оптимизации холодильных установок обычно применяют традиционный технико-экономический подход, например, метод минимизации приведенных затрат. В классической постановке задача оптимизации режима работы холодильной установки сводится, в конечном счете, к определению температурных напоров в теплообменных аппаратах охлаждающей и охлаждаемой сред, которые обеспечивают минимум приведенных затрат.

Однако с помощью традиционного технико-экономического подхода трудно определить стоимость холода, вырабатываемого при разных температурах, т.е. этот подход не позволяет учитывать "качество" производимого холода. Поэтому данное исследование, направленное на усовершенствование традиционных технико-экономических расчетов холодильных установок, работающих в осложненных климатических условиях, с использованием понятия эксергии и термоэкономического подхода является актуальным.

Цель работы: дать анализ особенностей термоэкономического подхода к моделированию и оптимизации холодильных установок, показать его преимущества перед технико-экономическими методами оптимизации режимов эксплуатации существующих установок и проектирования новых.

Исходя из идеи термоэкономического подхода разработать методику построения термоэкономической модели одноступенчатой холодильной установки, установить адекватность модели и выполнить оптимизацию при условии независимости друг от друга оптимизирующих переменных и без учета теплофизических характеристик охлаждаемого продукта.

Разработать математическую модель двухступенчатой холодильной установки с учетом взаимозависимости оптимизирующих переменных и теплофизических характеристик замораживаемого продукта и выполнить оптимизацию процесса замораживания при этих условиях.

Для условий тропического климата Вьетнама выдать рекомендации по модернизации и оптимизации морозильных аппаратов в рыбной промышленности Вьетнама и разработать блок-схему алгоритма оптимального проектирования морозильных аппаратов для рыбной промышленности Вьетнама.

Научная новизна. Дан анализ особенностей термоэкономического подхода к моделированию и оптимизации систем холодильной техники, показаны его преимущества перед технико-экономическими методами оптимизации и подчеркнута его перспективность для оптимизации режимов эксплуатации существующих холодильных установок и проектирования новых.

Разработана, исходя из идеи термоэкономического подхода, математическая модель одноступенчатой холодильной установки, доказана ее адекватность реальному холодильному процессу и подготовлены на базе созданной модели предпосылки для оптимизации одноступенчатых холодильных установок.

Построена термоэкономическая модель двухступенчатой холодильной установки с учетом теплофизических характеристик охлаждаемого и замораживаемого продукта, на основе построенной математической модели разработан метод и алгоритм расчета процесса замораживания пищевых продуктов, а также его оптимизация.

На основе разработанной математической модели поставлена и решена задача оптимизации режимов работы одноступенчатой и двухступенчатой холодильной установки.

Практическая значимость. Определены пути и разработаны конкретные меры повышения термоэкономической эффективности одноступенчатых и двухступенчатых холодильных установок, действующих в условиях тропического климата Вьетнама. Полученные рекомендации по выбору оптимальных режимов эксплуатации использованы на действующих установках рыбного холодильника Сайгонского порта. Разработанные модели оптимального проектирования холодильных установок рекомендованы для создания инструкций по проектированию таких установок для условий Вьетнама.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована автором теоретически на основе применения эксергетической концепции и метода термоэкономики для моделирования и оптимизации процессов и аппаратов холодильных установок в пищевой и перерабатывающей промышленности Вьетнама, а также экспериментально проверена на холодильных установках замораживания морских продуктов Сайгонского порта.

Апробация работы. Отдельные положения выполненного исследования были изложены в докладах, представленных на международной конференции по математическому моделированию процессов и аппаратов химической и пищевой промышленности (г.Тула, 1996 г.), Международной конференции по кибернетике и системному анализу химико-технологических процессов и комплексов (г.Москва, 1996 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и основных выводов. Работа содержит 247 страниц машинописного текста, 32 рисунка и 15 таблиц. Список литературы включает 170 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность, научная новизна, практическое значение работы. Приводится краткая характеристика объекта исследования. Определены цели и задачи работы, а также приведена общая схема этапов и направлений разработки термоэкономического подхода к анализу, моделированию и оптимизации процессов и аппаратов холодильной техники.

В первой главе дан анализ современного состояния проблемы моделирования й оптимизации холодильных установок. В настоящее время на основе математического моделирования процессов, происходящих в отдельных подсистемах, узлах и элементах холодильных установок, широко проводятся оптимизационные расчеты конструктивных и режимных параметров отдельных узлов и элементов. Таким расчетам посвящены работы многих исследователей (Гоголин A.A., Бадылькес И.С., Ткачев А.Г., Жадан В.З., Розенфельд Л.М., Ионов А.Г., Боголюбский O.K. и др.).

Многие работы посвящены технико-экономическому подходу к оптимизации работы холодильной установки как энерго-

технологической системы. Наличие двух конкурирующих факторов (капитальные затраты и энергетические расходы) предопределяют выбор критерия оптимальности в виде годовых приведенных затрат. Данный критерий в различных его вариациях положен в основу оптимизации холодильных установок многими авторами (Кан К.Д., Иоффе Д.М., Шеффер А.П., Чумак И.Г. и др).

Однако традиционный технико-экономический подход не позволяет учесть стоимость ("качество") производимого холода при разных температурах, он не может быть использован при сезонных колебаниях температуры окружающей среды, температуры охлаждаемого объекта и переменной потребности в холоде. В связи с этим появились отдельные работы по использованию термоэкономического подхода, основанного на обобщенной термоэкономической характеристике холодильного агрегата - эксергии (Бродянский В.М., Марьянов А.Н., Оносовский В.В., Крайнев A.A., Калнинь И.М. и др). Именно этот подход в данной работе положен в основу оптимизационных расчетов холодильного оборудования, функционирующего в условиях тропического климата Вьетнама.

Вторая глава посвящена разработке математических моделей холодильных установок на основе термоэкономического подхода: а) математической модели одноцелевой одноступенчатой холодильной установки при двух независимых параметрах оптимизации; б) математической модели двухступенчатой установки при 7-ми взаимозависимых параметрах оптимизации; в) математической модели процесса замораживания морской продукции с учетом ее термофизических характеристик.

Для построения математических моделей и оптимизации холодильных установок принят за основу метод термоэкономического анализа, базирующегося на одновременном учете термодинамических и экономических факторов. Основным носителем информации о состоянии системы при этом подходе является обобщенная термодинамическая функция - эксергия. В настоящее время существуют два пути термоэкономического анализа (ТЭА) с использованием понятия эксергии:

.1) ТЭА без исследования преобразования эксергии внутри системы; расчет эксергии ведется лишь для входных и выходных потоков системы;

2) ТЭА преобразований потоков эксергии в отдельных узлах и элементах внутри энерготехнологического аппарата, которые выделяются в результате декомпозиции системы на подсистемы.

Преимущество второго подхода очевидно, так как он позволяет поэлементно гибко, дифференцировано и избирательно осуществлять мероприятия по реализации оптимальных режимных и конструктивных параметров технологического агрегата. Однако цель двух вышеупомянутых подходов общая: минимизация стоимости единицы эксергии. Для этого все потоки эксергии выражаются через стоимость, что позволяет сопоставить различные виды преобразования эксергии, т.е. потери эксергии и стоимость технических мероприятий, направленных на уменьшение этих потерь. В наиболее общей форме термоэкономический критерий имеет вид:

1Ц® + £К„

min С = min - , (1)

{U} {U} ze*

где С - стоимость единицы эксергии продукции; Ei - эксергия потребляемой энергии от внешних источников и потребляемого сырья; Ц - стоимость единицы эксергии соответствующих потоков энергии и сырья; Кп - капитальные и другие сопряженные с ними затраты для п-го элемента схемы; Eic - эксергия производимой продукции (к - номер продукта); {U} - совокупность значений оптимизирующих переменных.

В частном случае для одноцелевой холодильной установки при замораживании одного продукта конкретного типа и при фиксированной производительности установки общий критерий оптимальности (1) принимает вид:

min ПЗ = min ZUiSi + ZZk , (2)

{U} {U}

где ПЗ - переменная часть приведенных затрат, включающая: а) затраты ЕЦ,£! на потребляемую электроэнергию от внешних источников, поступающую на электродвигатели компрессоров, насосов, вентиляторов, а также затраты на охлаждающую воду, поступающую в конденсаторы; б) затраты IZk на реновацию и ремонт холодильного оборудования (компрессоров, насосов, вентиляторов, конденсаторов и т.п.). Остальные составляющие общей стоимости эксплуатации холодильной установки можно считать постоянными, пренебрегая их изменением как незначительным. К основным (оптимизирующим) параметрам холодильной установки {U} обычно относят температурные напоры в испарителе (охладителе) 90 и конденсаторе 0К, а также связанные с ими охлаждение воздуха в

воздухоохладителе ЛТ, и подогрев воды в конденсаторе ДТа. Однако часто множество оптимизирующих переменных расширяют, вводя такие переменные, как температура кипения насыщенного хладоносителя в промежуточном сосуде; скорость движения воздуха в воздухоохладителе и др.

Помимо упомянутых переменных &, Zk, {U} математическая модель холодильной установки включает множествонезависимых переменных ( температура окружающей среды Toc, температура охлаждаемого тела Хохл, время работы установки за год и др.), а также множество конструктивных и режимных переменных {X}, функционально связанных с остальными переменными.

Необходимым условием минимума критерия (2) является равенство нулю частных производных от ПЗ по m оптимизирующим переменным Uje{U}: (j = 1,..., ш):

апз

-= 0;j = l.....ш (3)

SUj

Условия (3) применимы, если все оптимизирующие переменные взаимо независимы, и задача сводится к определению безусловного экстремума (минимума). Однако часто переменные {U} связаны между собой через множество конструкционных и режимных переменных {X}. При этом один из возможных путей решения задачи состоит в исключении промежуточных переменных и решении задачи на безусловный экстремум, что не всегда удается осуществить из-за сложности взаимосвязей между переменными. Другой путь состоит в структурной декомпозиции холодильного агрегата на ряд последовательно соединенных зон с введением внутренних промежуточных потоков эксергии между зонами в отличие от ранее упомянутых внешних потоков эксергии. При этом учитывают потери, возникающие в процессе передачи и преобразования эксергии в отдельных элементах установки, что позволяет выявить наиболее узкие места в технологическом процессе, а также определить экономические затраты, связанные с потреблением электроэнергии и воды, реновацией и ремонтом элементов установки. При указанном подходе анализируются внутренние изменения, происходящие с основным потоком эксергии от точки ввода его в систему до получения конечного полезного эффекта. Это позволяет представить термоэкономическую модель холодильной установки в виде ряда последовательно соединенных зон.

Принципиальная схема одноцелевой одноступенчатой компрессорной холодильной установки с воздушным охлаждением

приведена на рис.1. Исходя из конструктивных особенностей установки и ее энергетического оформления, ее можно представить в виде трех последовательно соединенных зон: зона I (компрессор, конденсатор, насос воды конденсатора с электродвигателем, насос воды градирни с электродвигателем, градирня, вентилятор градирни с электродвигателем, дроссельный вентиль); зона 2 (циркуляционный ресивер, аммиачный насос); зона 3 (воздухоохладитель, вентилятор воздухоохладителя). Согласно такой декомпозиции структурная схема термоэкономической модели одноступенчатой холодильной установки примет вид, показанный на рис.2. Во Вьетнаме принята многотарифная система оплаты за электроэнергию в зависимости от времени суток. Пусть -п - время действия тарифа на электроэнергию в течение 1-го промежутка суток, тогда ЗбООп есть время действия 1-го тарифа в течение года. В обозначениях схемы на рис.2 переменная часть приведенных затрат принимает вид:

ПЗ = Ее^ (2Ц3|тг3600) + 3600Щусвлтг + (4)

где - поток эксергии в ]-ом элементе ¡-ой зоны; Z,j - отчисления на реновацию и ремонт _]-го элемента в ¡-ой зоне; тг - время работы холодильной установки в течение года; усвл - объемный расход свежей воды.

В работе построена термоэкономическая модель установки (рнс.1), включающая 20 уравнений, которые в общем виде можно записать как

&= Е,(ец,Х1); 1=1,3,0

а; = Е,(еи, ХО; ! = 1 + 3;] = 1 -ь 7;

ц = г^Ем, ХО; ¡=1 + 3^=1+5; (5)

ус в а = усва(е|, х12)

Х< = Л,(Еч, Ъц, Цол); I = 2, 3

где Е(, Е^, Ту, Усвл, А| обозначают функциональные зависимости; X. - цена единицы внутренних потоков эксергии в соответствующих сечениях термоэкономической модели.

Проверка адекватности математической модели проводилась путем сравнения значений потребляемой электроэнергии за один час работы установки в установившемся режиме, полученных расчетным путем, и фактических показателей холодильной установки Сайгонского порта. Расхождение между фактическими и расчетными значениями потребляемой электроэнергии не превышало 4%. Кроме того, с помощью математической модели (5) была выполнена оценка

• Рис.1. Принципиальная схема одноступенчатой холодильной установки: 11 - компрессор; 12 - конденсатор; 13 - насос воды конденсатора с электродвигателем; 14 - насос воды градирни с электродвигателем; 15 - градирня; 16 - вентилятор градирни с элетродвигателем; 17 - регулирующий вентиль; 21 - циркуляционный ресивер; 22 - аммиачный насос; 31 - воздухоохладитель; 32 - вентилятор воз-тппгппуттялитйля с. электтюдвигателем: 33 - морозильная камера.

потерь эксергин в отдельных элементах и узлах холодильной установки при вариации типов воздухоохладителей и КПД вентиляторов воздухоохладителей. После установления адекватности модели (5) она использовалась для поиска оптимального режима работы установки на основе критерия оптимальности (4). Ввиду того, что в качестве оптимизирующих переменных использовались две независимые переменные - температурные напоры в охладителе 0О и конденсаторе 9к, то для решения задачи оптимизации оказалась достаточно использовать прямой метод поиска экстремума по деформируемому многограннику - метод Недлера-Мида.

Выполненное моделирование и оптимизация одноступенчатой холодильной установки являлось первым этапом на пути к решению более сложной задачи моделирования, оптимизации и оптимального проектирования двухступенчатых холодильных установок с учетом теплофизических свойств замораживаемого продукта. Одноступенчатые установки мало пригодны для получения низких температур испарения или конечных температур охлаждения продукта (до -30°С). В этих установках для достижения большой разности между температурами конденсации и испарения необходимо значительно повышать степень сжатия, что снижает объемный коэффициент полезного действия компрессора. Кроме того, увеличение степени сжатия паров хладоагента повышает их температуру и может вызвать разложение паров. Поэтому для получения относительно низких температур испарения (для аммиака до -50°С) необходимо использовать более сложные двухступенчатые установки.

Принципиальная схема 2-х ступенчатой холодильной установки отличается от схемы на рис.1 наличием дополнительного компрессора 2-й ступени, конденсатора и промежуточного сосуда. Термоэкономическая модель установки аналогично рис.2 содержит 3 зоны: зона I (компрессор ступени высокого давления, конденсатор ступени высокого давления, насос конденсатора с электродвигателем, узел градирни, дроссельный вентиль ступени высокого давления); зона 2 (компрессор ступени низкого давления, конденсатор-охладитель ступени низкого давления, промежуточный сосуд, дроссель); зона 3 (воздухоохладитель, вентилятор с электродвигателем, морозильная камера). Структура критерия оптимальности и системы уравнений математической модели аналогичны виду (4) и (5). Существенное отличие состоит в принятом множестве {и} оптимизирующих переменных, количество которых в данном случае равно 7: температурные перепады в воздухоохладителе 0О и конденсаторе ступени высокого давления 9К, изменение температуры воздуха в

и, к,

СЗЛ

а н

Е/е

8к

3 О//А 1

гн Ъг Ъз

Х/£/

£ 22

Во

Z2^ Z22

ЪоИА £з 3 ОМА \о£о

1 Е32 3

Рис.2. Расчетная схема термоэхономической модели одноступенчато; холодильной установки: Ец - поток эксергии от внешнего источки: к ^ -му элементу оборудования з I -ой зоне; - удельные сум ные ( нормативные, на реновацию и ремонт ) отчисления от стоимос | -го элемента, оборудования в С-ой зоне; ££ - потоки эксерги между зонами; X; - промежуточные стоимости эксергии между зон ТГсва ~ Расход свежей зоды; Цд - цена воды; Цэ[ - пена элзк энергии по многотарифной сзтке; 80 •> 0К - оптимизирующие пер менные ( соответственно, среянэлогари^мическяе температурные на з воздухоохладителе и конденсаторе )

- \\ -

воздухоохладителе ДТв и температуры охлаждающей воды в конденсаторе ступени высокого давления ДТ\у, температура кипения насыщенного хладоагента в промсосуде Тот, разность температур жидкого хладоагента, выходящего из змеевика промежуточного конденсатора и в промсосуде ДТпс, скорость движения воздуха в воздухоохладителе.

Ввиду того, что в данном случае оптимизирующие переменные являются взаимозависимыми, для двухступенчатой холодильной установки была поставлена и решена задача оптимизации на условный экстремум с применением метода неопределенных множителей Лагранжа. Специфика Лагранжиана, построенного для термоэкономической модели, приводит к важному методическому выводу: введенные множители Лагранжа тождественно

представляют стоимости единицы эксергии внутренних межэлементных преобразуемых потоков эксергии & в элементах холодильной техники

^ = ¡=1,2.....п (6)

Проверка адекватности математической модели на этом этапе не проводилась, так как она была выполнена на первом этапе для усеченной модели. Вторым существенным отличием постановки задачи оптимизации 2-х ступенчатой установки от одноступенчатой является учет в математической модели соотношений, описывающих процесс замораживания органической ткани морских продуктов и представляющих нелинейную нестационарную краевую задачу теплопроводности с переменными теплофизическими характеристиками продукта. Численное решение этой краевой задачи проводилось методом прогонки.

В третьей главе приведены результаты вычислительного эксперим_ента и решения задач оптимизации холодильных установок при следующих допущениях: а) не учитывались теплопотери через наружную поверхность оборудования при теплообмене рабочего тела с окружающей средой; б) потери давления в запорной арматуре в водяных и аммиачных трубопроводах учитывались в сумме потерь давления соответствующих аппаратов; в) перегрев всасывающего пара (ДТП) и переохлаждение жидкого аммиака перед регулирующим дросселем (ДТЖ) не оптимизировались, а выбирались на основании действующих рекомендаций. Исходными данными (независимыми переменными) при решении задачи оптимизации являлись: холодопроизводительность холодильной установки <3<> = 500 кВт; температура окружающей среды Т<,с = З0н-40°С; температура воздуха в холодильной камере ТКам = - 5 -г - 25°С; температура воды,

поступающей в конденсаторы Та = 30-К32°С; коэффициенты отчислений на реновацию и ремонт от стоимости j-ro элемента оборудования Кру в i-ой зоне (справочные данные); коэффициент эффективности вентиляторной градирни т|вг = 0,5 - 0,6; цена электроэнергии с учетом изменяющейся тарифной сетки Вьетнама Цм = 0,011+0,088 5/кВтч; цена оборотной воды Ца = 0,02^0,085/м3; непрерывное время работы установки в течение года тг = 8760 час; тип и характеристика основного оборудования (воздухоохладители различных типов: EVCH-120, ВП-150, ВП-200, ВП-600); поршневой компрессор типа П-110; вертикальный кожухотрубный конденсатор типа CVA; циркуляционный ресивер типа RVR; вентиляторная градирня типа ГПВ; консольные насосы типа К и др.).

В работе получены следующие результаты решения задачи оптимизации: найдены значения оптимальных температурных напоров в воздухоохладителе и конденсаторе и изменений температур охлаждаемой и охлаждающей сред при фиксированной температуре окружающей среды и различных температурах охлаждаемого объекта при непрерывной работе установки в течение года (тг = 8760 час) (см.рис.3,4); найдены зависимости оптимальных температурных напоров и изменений температур охлаждающей и охлаждаемой сред при различной цене на электроэнергию в пределах тарифов Вьетнама; исследовано влияние на оптимальный режим цены оборотной воды, коэффициента рабочего времени с учетом режимов временной эксплуатации; температуры окружающей среды, типа воздухоохладителя, КПД вентилятора воздухоохладителя.

Для тропических условий Вьетнама особенно важны результаты, полученные по исследованию влияния температуры окружающей среды Toc и охлаждающей воды в конденсаторе Та на оптимальный режим работы холодильной установки. Установлено, что увеличение температуры окружающей среды Тос при фиксированном значении холодопроизводительности Q0 = Const приводит к увеличению годовых приведенных затрат. При этом изменение Тос от 30 до 40°С привело к уменьшению температурного напора в воздухоохладителе 0о на 0,4°С; для остальных значений оптимальных параметров (0К; ДТд; АТвл) это снижение не превысило 0,2°С. Изменение температуры охлаждаемого объекта Ткам от 0 до -15°С оказывает более существенное влияние на оптимальные перепады температур в теплообменных аппаратах холодильной установки по ''сравнению: с влиянием температуры окружающей среды.

Некоторые из полученных в работе результатов оптимизации вынесены на рис.3, 4.

Fhc.3. Оптимальные температурные напоры80,9к в воздухоохладителе (1) и кониенсаторе (2 ) ~л опттаальныв изменения температуры воздуха дТе, в воздухоохлаяителе (4) и водылТвв конденсаторз(З) в зависимости от температуры з морозильной камереТКЛглпря температуре окружашей среды Toc = 30 С.

Рис.4. Зависимость оптимального температурного напора 90,°С в воздухоохладителе от продолжительности работы морозильного аппарата (1) приЦ = 0,02,$'/ кВт• ч и от стоимости электроэнергии Ц,5Л при Тр = 6570 час (2 ) .

- к -

Четвертая глава посвящена разработке алгоритма оптимального проектирования морозильных аппаратов применительно к рыбной промышленности Вьетнама, а также совершенствованию алгоритмического и программного обеспечения для решения задач оптимизации существующих и проектирования новых холодильных установок. С этой целью для расчета оптимальных режимов охлаждения и замораживания морской продукции с учетом ее теплофизических свойств создан универсальный алгоритм, позволяющий выполнять анализ различных возможных вариантов холодильной обработки морской продукции, а также проводить оптимизацию с применением того или иного метода в зависимости от его целесообразности. Универсальный алгоритм оптимизации учитывает конструктивные особенности морозильных установок (одноступенчатые, двухступенчатые, различные виды охладителей, конденсаторов и т.п.) и включает 18 процедур, приведенные в работе. Все программы написаны на алгоритмическом языке PL1 в системе ОС для ЭВМ серии IBM PC и работают как отдельно, так и в комплексе.

В настоящее время во Вьетнаме нашли широкое применение морозильные аппараты с воздухоохладителями. Однако проектирование воздушных морозильных аппаратов осложняется из-за весьма громоздкой традиционной методики их расчета. На основании термоэкономического подхода, рассмотренного в работе, разработана блок-схема универсального алгоритма оптимального проектирования воздушных морозильных аппаратов. Блок схема оптимального проектирования включает 63 блока вычисления аналитических и эмпирических соотношений, описанных в четвертой главе диссертации. Пробные расчеты по данному алгоритму показали, что для условий Вьетнама при оптимизации режимов работы воздушных морозильных аппаратов целесообразно применять более высокие скорости и более низкие температуры охлаждающего воздуха в морозильных камерах, чем рекомендуется в настоящее время.

Результаты оптимизационных расчетов указывают на недопустимость базирования проектных разработок на использовании общих рекомендаций по выбору температурных напоров и диапазонов изменения температур охлаждающей и охлаждаемой сред, вскрывают влияние на эти величины большого числа факторов, зависящих от климатических условий, энергообеспечения и условий эксплуатации холодильных установок. Для примера на рис.4 показана построенная по данному алгоритму одна из монограмм, позволяющая выбирать оптимальный температурный напор в воздухоохладителе 90 в зависимости от цены на электроэнергию Цш при фиксированном

-по-

времени эксплуатации холодильной установки тР, и наоборот, в зависимости от времени эксплуатации установки при фиксированной цене на электроэнергию Цм.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1.Дан анализ особенностей термоэкономического подхода к моделированию и оптимизации систем холодильной техники, показаны его преимущества перед технико-экономическими методами оптимизации и подчеркнута его перспективность для оптимизации режимов эксплуатации существующих холодильных установок и проектирования новых.

2. Разработана, исходя из идеи термоэкономического подхода, математическая модель одноступенчатой холодильной установки, доказана ее адекватность реальным холодильным процессам и подготовлены на базе созданной модели предпосылки для оптимизации подобных холодильных установок.

3. Построена термоэкономическая модель двухступенчатой холодильной установки с учетом теплофизических характеристик охлаждаемого и замораживаемого продукта; на основе построенной математической модели разработан метод и алгоритм расчета замораживания морских продуктов в оптимальном режиме.

4. В результате решения задачи оптимизации найдены оптимальные температурные напоры в воздухоохладителе и конденсаторе; учтено влияние цены оборотной воды; выполнена оценка влияния на решение задачи коэффициента рабочего времени с учетом режимов временной эксплуатации; учтено влияние температуры окружающей среды в условиях тропического климата; найдены" оптимальные режимы работы воздухоохладителей; выполнена оценка потерь эксергии в узлах холодильной установки.

5. Разработан универсальный алгоритм оптимального проектирования воздушных морозильных аппаратов применительно к климатическим условиям Вьетнама и с учетом теплофизических закономерностей процесса замораживания морской продукции. Подчеркнута актуальность данной проблемы для тропических условий Вьетнама.

Содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Нгуен Тьен Тханг, Дорохов И.Н. Сравнительный анализ критериев эффективности технологических установок, машин и

агрегатов (на примере холодильных систем)// Международная конференция "Математические методы в химии и химической технологии." "ММХ-10". Тезисы доклада. Тула, 1996,-С.63.

2. Нгуен Тьен Тханг, Дорохов И.Н. Термоэкономический метод оптимизации технологических установок и агрегатов химической промышленности (на примере холодильных установок)// Тезисы доклада на школе молодых специалистов при Международной конференции "Математические в химии и химической технологии", "ММХ-10",- Тула, 1996 .- С.27.

3. Нгуен Тьен Тханг, Дорохов И.Н. Определение оптимальных температурных напоров в конденсаторах и охладителях одноступенчатых одноцелевых холодильных установок^ Тезисы доклада на X Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии "МКХТ-96", Москва, 1996. (в печати).

4. Нгуен Тьен Тханг, Дорохов И.Н. Оптимизация работы двухступенчатой холодильной установки с учетом теплофизических свойств замораживаемого продукта на основе термоэкономического подхода//Международная конференция "Математические методы в химии и химической технологии" (ММХ-11), Новомосковск, 1997 (в печати).

5. Дорохов И.Н., Ахмадиев Ф.Г., Нгуен Тьен Тханг. Энерготехнологические критерии для оценки функционирования химико-технологических систем^ Межвузовский сборник научных трудов "Исследование и оптимизация аппаратов и сооружений водоснабжения и канализации", Казанская государственная архитектурно-строительная академия, Казань, 1997,- С. 10-15.

6. A new concept for better refrigeration and air conditioning design -Exergy^Association of thermotechnique, Vietnam. The thermotechnique Journal, 1995,- № 3,- P.20-22.