Проектирование холодильной установки

Проектирование холодильной установки

1. Технико-экономическое обоснование

Холодильная установка молочного завода расположена в городе Астрахань. В городе Астрахань расчетная летняя температура 34 ?С, среднегодовая температура 9.4 ?С, среднемесячная относительная влажность самого жаркого месяца в 37%.

В холодильнике хранятся масло сливочное 5 т/сут., сметана 25 т/сут., ряженка 30 т/сут.

Здание холодильника одноэтажное, имеет три камеры, в которых производится хранение сливочного масла, сметаны, ряженки. Между камерами расположен сквозной коридор, откуда имеется выход на автомобильную платформу. Имеется экспедиция. Общая высота холодильника составляет 4,8 м. Сетка колон 6*18 метров.

Стены и перегородки холодильника выполнены из кирпича, потолок - железобетонные плиты перекрытия, теплоизоляция - пенополистирол ПСБ-С. Для поддержания необходимого температоро-влажностного режима проектируется непосредственное охлаждение при помощи воздухоохладителей типа ВОП.

В холодильник молочного завода поступает продукт на хранение с температурой 15 ?С и хранится в камерах при температуре 1 ?С в пластиковых ящиках. Формирование штабеля производится электрокарами. Высота штабеля составляет 2 м. Вход в холодильник с южной стороны.

Для охлаждения 60 тонн молока принимаем два охладителя молока марки ООУ-25. Для пастеризации и охлаждения сливок, а также сливок при производстве сметаны, используем одну пастеризационно-охладительную установку марки А1-ОПК-5. Для пастеризации молока при производстве ряженки используем одну установку А1-ОПК-5.

Таблица 1.1. Техническая характеристика технологического оборудования, потребляющего холод.

2. Расчет строительной площади холодильника

2.1 Определение число строительных прямоугольников камер хранения

n= (2. 1)

где ?F - коэффициент использования площади помещения; [прил. 1.1; 1.с. 224]

h гр - грузовая высота (высота штабеля), м; [1.с. 223]

gv - норма загрузки, т/м3; [прил. 1.1; 1.с. 222 табл. 52]

М - масса грузов, т;

Fпр - площадь строительного прямоугольника, м2;

Исходные данные и результаты расчетов приведены в таблице 2. 1

Таблица 2.1. Расчет числа строительных прямоугольников камер хранения

2.2 Определение числа строительных прямоугольников компрессорного цеха, вспомогательных и служебно-бытовых помещений

n= (2. 2)

где В-процент от строительной площади камер хранения холодильник; для вспомогательных помещений В=0,2?0,4; для служебных помещений В=0,05?0,1; для компрессорного цеха В=0,1?0,15.

Результаты расчетов и исходные данные сводим в таблицу 2. 2

Таблица 2.2. Расчет числа строительных прямоугольников компрессорного цеха, вспомогательных служебно-бытовых помещений

Принимаем следующую планировку холодильника

При расчете охлаждаемых помещений в общем случае определяют следующие теплопритоки:

Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5 (3. 1)

где Q1 - теплоприток от окружающей среды через ограждения, кВт;

Q2 - теплоприток от продукции при их холодильной обработке, кВт;

Q3 - теплоприток от наружного воздуха при вентиляции охлаждаемого помещения, кВт;

Q4 - теплоприток от источников, связанных с эксплуатацей охлаждаемых помещений, кВт;

3.1 Теплоприток от окружающей среды

Этот теплоприток в общем случае включает теплопритоки, обусловленные разностью температур окружающего воздуха и помещения, и солнечным тепловым излучением.

Q1 = Q1Т + Q1C (3. 2)

Q1Т = (3. 3)

Q1C= (3. 4)

где Q1T - теплоприток, обусловленный разностью температур окружающего воздуха и помещения, кВт;

Q1C - теплоприток, обусловленный солнечным тепловым излучением, кВт; [прил. 3.3] [1.с. 330, табл. 58]

Fн - площадь поверхности ограждения, м2;

tн - температура воздуха с наружной стороны ограждения, определяемая расчетом в зависимости от типа ограждения, ?C; [прил. 3.1] [1.с. 417]

tпм - температура воздуха в помещении, принимаемая по нормативным документам, ?C; [введение]

?tc - избыточная разность температур, вызванная солнечным тепловым излучением, ?C;

Кн - коэффициент теплопередачи, кВт/(м2К). [прил. 3.2] [1.с. 311]

Результаты расчетов и сводные данные сводим в таблицу 3.1

Таблица 3. 1 - Теплопритоки через ограждения

3.2 Теплоприток от продуктов при их холодильной обработке

Q2= (3. 5)

где Q2пр - теплоприток от продуктов, кВт; Q2т - теплоприток от тары, кВт;

Теплоприток от продуктов

Q2пр= (3.6)

где Мпр - масса обрабатываемых продуктов, кг,

i1 и i2 - энтальпии, соответствующие начальной и конечной температурам продукта, кДж/кг; [прил. 3.4] [1.с. 419]

? - продолжительность тепловой обработки продукта, ч;

Теплоприток от тары.

Q2т= (3.7)

где Мт - масса тары, кг; [прил. 3.5]

t1 и t2 - температура тары начальная и конечная, ?C;

ст - удельная теплоемкость тары, кДж/кгК, равная: для деревянной и картонной тары cт=2,3; для металлической cт=0,5; для стеклянной cт=0,8;

? - продолжительность тепловой обработки продукта, ч.

Результаты расчетов и исходные данные сводим в таблицу 3. 2

3.3 Теплоприток от вентиляции помещений наружным воздухом

Теплоприток Q3 учитывают только в том случае, если вентиляция требуется по технологической документации.

Q3= (3. 8)

где Vпм - объем воздуха в помещении, м3;

?пм - плотность воздуха в охлаждаемом помещении, кг/м3;

апм - кратность воздухообмена в помещении; [прил. 3.6] [1.с. 333]

iн и iпм - энтальпии воздуха, соответствующие наружной температуре и температуре воздуха в охлаждаемом помещении, кДж/кг.

Результаты вычислений и исходные данные сводим в таблицу 3. 3

Таблица 3. 3 - Теплопритоки от вентиляции

3.4 Эксплуатационные теплопритоки

Сумма эксплуатационных теплопритоков определяется по зависимости:

Q4=Q4.1+Q4.2+Q4.3+Q4.4 (3.9)

где Q4.1 - теплоприток от освещения, кВт;

Q4.2 - теплоприток от работающих электродвигателей, кВт;

Q4.3 - теплоприток от работающих людей, кВт;

Q4.4 - теплоприток из смежных помещений через открытые двери, кВт.

Теплоприток от освещения.

Q4.1= (3.10)

где А - относительная мощность светильников, кВт/м2;

Fпм - площадь помещения, м2;

Теплоприток от работающих электродвигателей.

Q4.2= или Q4.2= (3.11)

где Nэл - мощность электродвигателей, одновременно работающих в помещении, кВт; [прил. 3.10] [1.с. 334]

q4.2 - относительная мощность электродвигателей, работающих в помещении, кВт/м2.

Теплоприток от работающих людей.

Q4.3= (3.12)

где n - число людей одновременно работающих в помещении; обычно 2-3 человека при Fпм<200 м2 и 3-4 при Fпм>200 м2. [прил. 3.10] [1.с. 333]

Теплоприток из смежных помещений через открытые двери.

Q4.4= (3.13)

где B - удельный теплоприток при открывании дверей, кВт;

F - площадь камеры, м2.

Результаты расчета и исходные данные сводим в таблицу 3. 4

Таблица 3. 4 - Эксплуатационные теплопритоки.

Таблица 3. 5 Сводная таблица теплопритоков

4. Расчет и подбор камерного оборудования

4.1 Выбор и обоснование способа охлаждения камер холодильника

На холодильниках принимают две системы охлаждения: непосредственное охлаждение помещения кипящим хладагентом и косвенное охлаждение промежуточным хладоносителем

Наиболее предпочтительным является применение непосредственного охлаждения. Так как использование промежуточного хладоносителя влечет за собой дополнительные потери холода и, кроме того, нам необходимо создать принудительное движение воздуха в камерах для вентиляции, следовательно, из способов охлаждения наиболее перспективным является охлаждение с помощью воздухоохладителей. В зависимости от рабочего тела, подаваемого в воздухоохладители, они разделяются на непосредственного охлаждения и рассольные.

Выбираем потолочные воздухоохладители типа ВОП с нижней подачей хладагента. Они предназначены для охлаждения воздуха в камерах хранения продуктов. Воздухоохладители состоят из охлаждающей батареи, узла вентиляторов, поддона для сбора талой воды и обшивки.

При охлаждении камер с помощью воздухоохладителей ускоряется процесс отвода теплоты от продукта, достигается равномерное распределение температуры по всему объему камеры.

4.2 Расчет и подбор приборов охлаждения

Fво.р= (4.1)

где Qво - тепловая нагрузка на воздухоохладители, кВт;

kво - коэффициент теплопередачи, кВт/(м2К); [прил. 4.1] [1.с. 167]

?во - разность теплообменивающихся, ?C.

Расчет площади теплопередающей поверхности производим в таблице 4. 1

Таблица 4. 1 Расчет площади теплопередающей поверхности

Подбираем два воздухоохладителя марки Я10-АВ2-150 для камеры №1; по два воздухоохладителя марки Я10 - АВ2-250 для камер №2 и №3 соответственно. Техническая характеристика воздухоохладителей дана в таблице 4. 2

Таблица 4. 2 Техническая характеристика воздухоохладителей.

5. Выбор режима работы холодильной установки

5.1 Определение режима работы холодильной установки

Определение режима работы холодильной установки заключается в определении температур кипения, конденсации и всасывания, построении цикла в диаграмме хладагента и определении параметров всех узловых точек.

Определение температуры кипения хладагента

t0= (5.1)

где tпм - температура воздуха в камере,

t0= -4 ?C

Определение температуры конденсации

Определение температуры воды на входе в конденсатор:

tвд.1=tмт+(3-4) (5.2)

где tмт - температура мокрого термометра, определяется по i-d-диаграмме, ?C

tвд.1=20+4=24 ?C

Определение температуры воды на выходе из конденсатора:

tвд.2=tвд.1+4 (5.3)

tвд.2=24+4=28 ?C

Определение температуры конденсации:

tк=, ?C (5.4)

tк=?C

Определение температуры всасывания

tвс=t0+(5-10), ?C (5.5)

tвс=-6+7=1 ?C

По данным расчета строим цикл в диаграмме S-T и определяем параметры узловых точек таблица 5. 1

Рисунок 2 - Цикл одноступенчатого сжатия.

Таблица 5. 1 - Параметры узловых точек

5.2 Выбор и обоснование схемы холодильной установки

Необходимый температурно-влажностный режим в охлаждаемых помещениях достигается за счет работы холодильной установки, включающей камерные приборы охлаждения. Они необходимы для отвода теплоты из помещений и передачи ее охлаждающей среде, циркулирующей в камерных приборах охлаждения. Выбираем непосредственный способ охлаждения, то есть отвод теплоты из помещений кипящим хладагентом.

Для камер хранения температура в камерах поддерживается на уровне 4 ?C. Целесообразно применять одноступенчатую холодильную установку.

Принимаем непосредственное охлаждение с нижней подачей хладагента в приборы охлаждения.

Таким образом, проектируется аммиачная безнасосная схема холодильной установки на одну температуру кипения с нижней подачей хладагента в приборы охлаждения (воздухоохладители), которая является наиболее приемлемой для заданных условий.

Внутренний диаметр трубопроводов определяем по формуле:

d= (7.1)

где d - внутренний диаметр трубы, м;

m - расход хладагента через трубопровод, кг/с;

v - удельный объем хладагента, м3/с

w - скорость движения хладагента по трубопроводу, м/с. [прил. 7.1] [1.с. 197 табл. 7.1]

Исходные данные и результаты расчета заносим в таблицу 7. 1

Таблица 7.1 Аммиачные трубопроводы

8.1 Расчет и подбор линейного ресивера

Вместимость ресивера определяем по формуле:

(8. 1)

где (1/2-1/3-) mд - количество хладагента проходящего через ресивер, кг/ч;

v3 - удельный объем жидкости при tк, м3/кг.

Vл.р=, м3

Подбираем линейный ресивер марки 0,75 РД

8.2 Расчет и подбор циркуляционного ресивера

Вместимость циркуляционного ресивера Vц. Р. определяем по формуле:

Vц. Р. >2 [Vн. т.+0,2 (Vб+V в. О.) + 0,3 Vвс.т.]

Выбираем циркуляционный ресивер марки 2,5 РДВа в количестве одной штуки

Таблица 8. 2 Техническая характеристика циркуляционного ресивера

8.3 Расчет и подбор дренажного ресивера

Емкость дренажного ресивера принимаем равной емкости линейного ресивера.

Выбираем ресивер марки 2,5 РД.

Таблица 8. 3 Техническая характеристика ресиверов

8.4 Расчет и подбор магистрального маслоотделителя.

Подбираем по диаметру нагнетательного магистрального трубопровода:

DY=32 мм

Выбираем маслоотделитель марки 50 МА.

Таблица 8. 4 Техническая характеристика маслоотделителя.

8.5 Расчет и подбор отделителя жидкости

Отделитель жидкости выбираем по диаметру магистрального всасывающего трубопровода Dy=80

Выбираем отделитель жидкости марки 100 ОЖГ

8.6 Расчет и подбор маслособирателя.

Принимаем маслособиратель марки 60 МЗС.

Таблица 8.6 Техническая характеристика.

8.7 Расчет и подбор испарителя

Площадь теплопередающей поверхности определяем по формуле:

Fи= (8.3)

где Q0 - холодопроизводительность холодильной машины, кВт.

Fи=, м2

Подбираем испаритель марки ИТГ-200. Техническая характеристика приведена в таблице 8. 7

Таблица 8. 7 Техническая характеристика испарителя

8.8 Расчет и подбор насосов насосов для хладоносителя

Объемный расход циркулирующего хладоносителя находим по формуле:

Vхл.= (8.4)

где схл. - теплоемкость хладоносителя, кДж/кг;

?хл. - плотность хладоносителя, кг/м3;

tхл1 и tхл2 - соответственно температура хладоносителя входящего и выходящего из испарителя, ?C.

Vхл., м3/с

Подбираем насос марки ЦГ - 6,3/32 в количестве одного штуки.

Таблица 8. 8 Техническая характеристика насоса

9. Расчет оборотного водоснабжения

9.1 Расчет и подбор градирни

Площадь поперечного сечения градирни определяем по формуле:

F0= (9.1)

где Qk - тепловой поток в конденсаторе, кВт;

qf - условная плотность теплового потока; для вентиляторной градирни qf=47-57 Вт/м2. [1.с. 145 табл. 27]

F0=, м2

Выбираем градирню марки ГПВ-320 в количестве трех штук.

Таблица 9. 1 - Техническая характеристика градирни

9.2 Расчет подбор насосов для воды

Подбор насосов производится по объемному расходу охлаждающей воды на конденсатор, который определяется по формуле:

Vв= (9.2)

где Qk - тепловой поток в конденсаторе, Вт;

сw - теплоемкость воды, кДж/(кг*К); [1.с. 139]

?w - плотность воды, кг/м3;

tw1 - температура воды, поступающей на конденсатор, ?C;

tw2 - температура воды, выходящей из конденсатора, ?C.

Vв=, м3/с

Подбираем насосы марки 4к-90/20 в количестве двух штук.

Таблица 9. 2 Техническая характеристика насоса

Список используемых источников

1. Лашутина Н.Г., Суедов В.П., Полужкин В.П.: «Холодильно-компрессорные машины и установки», Колос. 1994 г. 423 с.

2. Янвель Б.К. «Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок» - М.: ВО «Агропромиздат». 1989 г. 218 с.

3. «Холодильные машины. Справочник»: - М.: «Легкая и пищевая промышленность». 1982 г. 222 с.