Проект рефрижераторного контейнера 40-футового High Cube

ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий»

Кафедра холодильных установок Курсовая работа

«Проект рефрижераторного контейнера 40-футового High Cube»

Выполнил:

Студент 144 группы Опалихин А.Ф.

Проверил:

Круглов А.А.

Санкт-Петербург

Оглавление Введение

1. Описание конструкции и функционирования

1.1 Описание конструкции

1.2 Описание функционирования

2. Конструктивный расчет

2.1 Определение толщины теплоизоляционного слоя

2.2 Определение вместимости контейнера

3.Тепловой расчет

3.1 Теплоприток от окружающей среды

3.2 Теплопритк вследствие инфильтрации воздуха

3.3 Теплоприток при открывании дверей

3.4 Суммарный наружный теплоприток

3.5 Теплоприток от аккумулируемого продукта

3.6 Теплоприток от аккумулируемого кузова

3.7 Общий теплоприток

3.8 Теплопотери через ограждения при обогреве

3.9 Теплопотери вследствие инфильтрации воздуха

3.10 Суммарные наружные теплопотери

3.11 Общие теплопотери

4. Подбор холодильно-нагревательного оборудования Вывод Список литературы

Контейнером называется многократно оборачивающаяся тара для смешанных перевозок грузов, например, железнодорожным, водным и автомобильным транспортом и временного хранения.

В контейнере груз перевозится разными видами транспорта без перегрузки, перегружается сам контейнер. Это обеспечивает высокую сохранность груза, уменьшает его потери от повреждения. Использование контейнеров позволяет повысить производительность труда на загрузочно-разгрузочных операциях в четыре-пять раз по сравнению с обычными перевозками, резко уменьшить простои транспортных средств под загрузкой, ускоряет перевозки вследствие уменьшения количества грузовых операций.

Контейнеризация обычно целесообразна при смешанных перевозках на большие расстояния на постоянных линиях, когда имеется встречный поток грузов. Она носит международный характер, поэтому конструкция и основные характеристики контейнеров должны отвечать международным стандартам ИСО.

Контейнеры имеют длину 12 192 и 6058 мм, с высотой 2591 мм и шириной 2438 мм. Контейнеры (типа High Cube), предназначенные для перевозки мяса в подвешенном состоянии, имеют несколько увеличенную высоту 2895 мм.

Холодильные контейнеры могут быть: изотермическими, охлаждаемыми с машинным и безмашинным охлаждением и отапливаемыми.

В данной курсовой работе рассмотрим 40-ка футовый контейнер High Cube c машинным охлаждением.

1. Описание конструкции и функционирования

1.1 Описание конструкции

теплоизоляционный обогрев холодильный теплоприток Контейнер состоит из теплоизолируемого корпуса с дверью и машинного отделения (отсека). Корпус контейнера включает несущий металлический каркас, наружную и внутреннюю обшивку, объединенные вспененным полиуретаном.

Наружная и внутренняя обшивки состоят из оцинкованных стальных профилированных листов, толщиной: 1мм — для наружной обшивки, 0,5 мм для внутренней. К каркасу листы крепятся сваркой.

Пол состоит из Т-образного профнастила, образующего каналы для распределения потока воздуха по всему контейнеру.

Контейнер имеет дверной проем, закрывающийся двухстворчатыми дверьми с углом раскрытия 270 є. Дверной проем герметизируются двойным уплотнением (наружным и внутренним), выполненный из нескольких слоев резины различного профиля. Двери оснащаются запорными устройствами натяжного действия.

Для закрепления контейнера на транспортных средствах при перевозке и штабелировании контейнер оснащен восьмью угловыми фитингами.

Электронный блок управления позволяет устанавливать и поддерживать в автоматическом режиме: температуру, влажность воздуха; задавать периодичность цикла оттайки; контролировать работу основных агрегатов и фиксировать их неисправность или сбои в работе.

1.2 Описание функционирования

Поток воздуха с определенной температурой подается из рефрижераторного агрегата внутрь контейнера на уровне пола, затем проходит вдоль Т-образных профилей пола, в конце контейнера поднимается вдоль дверей к потолку и уже вдоль потолка возвращается в рефрижераторный агрегат. Во время циркуляции воздух, в зависимости от установленных параметров, нагревает или охлаждает внутренний объем контейнера, обеспечивая, таким образом, температуру и влажность, необходимые для поддержания установленного режима хранения товара.

Схема рефрижераторного агрегата может работать в двух режимах: охлаждения, оттайки (нагрева).

Переключение режимов происходит с помощью четырехходового вентиля.

В режиме охлаждения пар после компрессора через маслоотделитель 2 направляется в четырехходовой вентиль 3, который переводит поток в конденсатор 4 в котором горячий пар, отдавая теплоту, переходит в жидкое состояние. Жидкость поступает в ресивер 6, откуда через жидкостную линию направляется в терморегулирующий вентиль 10, а затем в воздухоохладитель 11, где кипит. Парожидкостная смесь, проходя через четырехходовой вентиль и отделитель жидкости 12, направляется во всасывающую линию компрессора.

В режиме оттайки четырехходовой вентиль направляет горячий пар в воздухоохладитель, в котором происходит процесс конденсации. Жидкость направляется в ресивер и через жидкостную линию направляется в конденсатор, в котором жидкость, принимая теплоту от окружающей среды, кипит. Парожидкостная смесь, проходя через четырехходовой вентиль и отделитель жидкости, направляется во всасывающую линию компрессора.

2. Конструктивный расчет

Исходные данные:

Внешние размеры контейнера:

Длина контейнера-12,192 м;

Ширина контейнера-2,438 м;

Высота контейнера-2,895 м;

Температура окружающей среды, Tос= -20;+30 єС;

Температура в контейнере, Tк= -20;+12 єС.

2.1 Определение толщины теплоизоляционного слоя

Толщина слоя тепловой изоляции обычно определяется из условия, что термическое сопротивление ограждения не меньше нормативного значения Rн или что влага из окружающего воздуха не будет конденсироваться на поверхности теплоизоляционной конструкции при расчетных значениях температуры и влажности окружающего воздуха (т.е. недопущения конденсации пара на поверхности).

В качестве теплоизоляционного материала выбираем пенополиуретан.

Для теплоизоляции контейнера толщина теплоизоляционного слоя находится по формуле:

диз=лиз{1/k -[1/бн+У (дi/лi)+1/бв]}, [1]

где лиз-теплопроводность изоляционного слоя, лиз=0,041 Вт/м*К, [2]

Kнкоэффициент теплопередачи через ограждения, Кн=0,4 Вт/м2К, Требования АТР бн, бв-теплоотдача с наружной и внутренней поверхностей ограждения, бн=20 Вт/(м2ЧК), [1]

бв=10 Вт/(м2ЧК), [1]

У (дi/лi) — сумма термических сопротивлений всех слоев ограждения, кроме теплоизоляционного (теплопроводность стали лст= 27 Вт/мЧК,)

диз=0,041{1/0,4-[1/20+0,0005Ч2/27+1/10]}=0,096 м Принимаем толщину теплоизоляционного слоя диз=0,1 м.

Коэффициент теплопередачи с принятыми значениями будет:

K= 1/(1/20+0,0005Ч2/27+0,071/0,041+1/10)=0,397 Вт/(м2ЧК),

что не превышает заданный коэффициент теплопередачи.

2.2 Определение вместимости контейнера Учитывая, слой теплоизоляции, слои стали и размеры машинного отделения, находим внутренние размеры контейнера:

Принимаем глубину холодильно-нагревательного агрегата, hа= 420 мм

Lк=Lн-hа=12,192−420=11,772 м,

Lвн=Lн-2Чдиз-2Чдihа=12,192−0,003−0,2−420=11,569 м,

Aвн=Ан-2Чдиз-2Чдi=2,438−0,003−0,2=2,235 м,

Bвн=Вн-2Чдиз-2Чдi=2,895−0,003−0,2=2,692 м, где,

Lк — длинна контейнера без машинного отделения, м;

Lвн — длина охлаждаемого объема контейнера, м;

Lн — длина контейнера, м;

Aвн — ширина охлаждаемого объема контейнера, м;

Ан — ширина контейнера, м;

Ввн — высота охлаждаемого объема контейнера м;,

Вн — высота контейнера, м;

Площадь пола охлаждаемого объема контейнера Fвн:

Fвн=АвнЧ Bвн=11,569Ч2,235=25, 86 мІ

Площадь одного паллета:

Fп=1,2Ч0,8=0,96 мІ.

Расчетное число паллетов:

n= Fвн/ Fп,= 25,86/0,96= 26,93,

Конструктивно помещается n=22 (см. чертеж, лист 1)

Масса одного паллета:

m= сЧVпаллета ,

где с — плотность груза (замороженной говядины), с= 450 кг/м3;

Vпаллета= sпЧlпЧhп, где,

sп — ширина паллета, sп= 0,8 м;

lп — длинна паллета, lп= 1,2 м;

hп — высота штабеля, hп= 1,5 м

Vпаллета= 1,2Ч0,8Ч1,5= 1,44 м³;

m= 450Ч1,44= 648 кг.

Вместимость контейнера по массе груза:

M= mЧn= 648Ч22= 14 256 кг.

3. Тепловой расчет

3.1 Теплоприток от окружающей среды

Теплоприток от окружающей среды в общем случае включает теплопритоки:

— от солнечного теплового излучения:

Qс=0,5ЧFнЧДtсЧфс/24; [4]

— от ограждений

Qог=k Ч Fср Ч (tн-tк); [1]

где

Fн — площадь поверхности ограждения, м2;

tн-температура воздуха с наружной стороны ограждения, м2;

tк-температура воздуха в контейнере, м2;

Дtс-избыточная разность температур, вызванная солнечным тепловым излучением, єС;

фс — время солнечного теплового излучения в сутки, фс = 8 ч/сутки; [2]

Fср — средняя площадь поверхности ограждений по размерам между осями внутренних стен,

Fср=v (Fнар Ч Fвн);

Fнар — площадь поверхности наружных стен,

Fнар=2 ЧАн ЧLк+2ЧBнЧ Lк +2Ч Ан Ч Bн,

Fнар=2 Ч2,438 Ч11,772+2Ч2,895Ч11,772+2Ч2,438 Ч2,895=139,68 мІ;

Fвн — площадь поверхности внутренних стен,

Fвн=2 ЧАвн ЧLвн+2ЧBвнЧ Lк +2Ч Авн Ч Bвн,

Fвн=2 Ч2,235 Ч11,569+2 Ч2,692Ч11,569+2Ч2,692 Ч2,235=126,03 мІ;

Fср=v (144,16Ч133,77)=132,68 мІ;

Теплоприток от солнечной радиации считаем для крыши и одной боковой стенки:

Для крыши:

Fкр=2,438Ч11,772=28,7 м²;

?tС=14,9 °C; [2]

Q1С=0,5Ч28,7Ч14,9 Ч8/24=71,27 Вт Для стенки:

Fст=2,895Ч11,772=34,07 м²;

?tС=6,0 °C; [2]

Q2С=0,5Ч34,07Ч6 Ч8/24=34,3 Вт

QС=71,27+34,07=105,34 Вт

Qог=0,397 Ч132,68 Ч (30+20)=2633,7 Вт

3.2 Теплоприток вследствие инфильтрации воздуха

Qин=n ЧVк Ч (hнв-hкв) Чсв/3,6,

где

nкоэффициент, учитывающий кратность замены воздуха в кузове за 1 час, n=0,8;

hнв, hкв-энтальпии наружного и внутреннего воздуха, кДж/кг;

св-плотность воздуха, кг/м3 ;

Vк-внутренний объем контейнера, Vкуз=2,235 Ч2,692 Ч11,569=69,6 мі;

св=1,14кг/ мі; [6]

hн= 77 кДж/кг; [5]

hк= -19 кДж/кг; [5]

цкамеры= 90%; [3]

цснаружи= 37%; [2]

Qин=0,8Ч69,6Ч (77+19) Ч1,14/3,6=1692 Вт

3.3 Теплоприток при открывании дверей

Qдв=gдвЧ (tн-tк)Чфдв/(60 Ч фср),

Так как перевозки не внутригородские и разгрузочные работы на протяжении пути не происходят, теплоприток при открывании дверей не учитываем.

Qдв=0

3.4 Суммарный наружный теплоприток

Увеличиваем наружный теплоприток на 10%

Qн=1,1(Qог+Qс+Qи+Qдв);

Qн=1,1(2,63+0,1+1,69+0)=4,86 кВт.

3.5 Тепло, аккумулируемое пищевыми продуктами

Qап=MПРЧ (h1-h2)/(24Ч3600), [2]

где

h1 — энтальпия говядины при t= -20 °C, h1=0 кДж/кг; [2]

h2 — энтальпия говядины при t= -18 °C, h2=3 кДж/кг; [2]

Qап=14 256Ч (3−0)/(24Ч3600)=0,49 кВт.

3.6 Тепло, аккумулируемое теплоизоляцией и каркасом контейнера

Qак=УMЧсЧ (t1-t2)/(24Ч3600); [2]

М=VЧс, где

M — масса материала;

V — объем материала;

с — теплоемкость материала;

t1 — температура кузова в момент погрузки;

t2 — температура охлажденного кузова;

Для полиуретана:

Vп.у=Vнар-Vвн=12,192Ч2,438Ч2,895−11,569Ч2,235Ч2,692=11м2;

где

Vнар — наружный объем контейнера;

Vвн — внутренний объем контейнера;

сп.у=40 кг/м3; [3]

Сп.у=0,026 кДж/(кгЧК). [3]

Для стали:

Vст=11,569Ч2,235Ч0,001Ч2+11,569Ч2,692Ч0,0005Ч2+2,235Ч2,692Ч0,0005Ч2=0,067 м²;

где

Vнар — наружный объем контейнера;

Vвн — внутренний объем контейнера;

сст=7740 кг/м3; [3]

Сст= 445 кДж/(кгЧК). [3]

Qак=(0,067Ч7740Ч445+11Ч40Ч0,026)Ч (-10+18)/(24Ч3600)= 21 360 Вт Количество теплоты, аккумулируемое теплоизоляцией и каркасом контейнера, имеет более высокое значение по сравнению с суммой основных теплопритоков. Учет этого теплопритока нецелесообразен при подборе холодильно-нагревательного агрегата из-за значительного возрастания затрат. Для снижения этого теплопритока перед загрузкой контейнер необходимо вывести на требуемый режим.

Qак=0

3.7 Общий теплоприток

Qобщ=Nвент+Qн+Qап+Qак;

Так как теплоприток от вентиляторов воздухоохладителя нам не известен, предварительно принимаем: Nвент=300Вт.

Qобщ=0,3+4,86+0,49+0=5,65 кВт

3.8 Теплопотери через ограждения при обогреве

Qог=k Ч Fср Ч (tк-tн);

Qог=0,397Ч132,68 Ч (12+20)=1804,2 Вт;

3.9 Теплопотери вследствие инфильтрации воздуха

Qин=nЧVкЧ (hн-hк)Чсв/3,6,

где св=1,14кг/ мі, [6]

hн= -19 кДж/кг, [5]

hк= 33 кДж/кг, [5]

цкамеры=90%, [3]

цснаружи=37%, [2]

Qин=0,8Ч69,6Ч (-19+33) Ч1,14/3,6=246,85 Вт

3.10 Суммарные наружные теплопотери

Увеличиваем наружные теплопотери на 10%

Qн=1,1(Qог+Qс+Qи+Qдв);

Qн=1,1(1,8+0+0,246+0)=2,25 кВт;

3.11 Общие теплопотери

Qобщ.н =Qн-Nвен=2,25−0,3=1,95 кВт

4. Подбор холодильно-нагревательного оборудования

По общему теплопритоку определяем расчетную холодопроизводительность:

где,

a — коофициент учитывающий потери во всасывающем трубопроводе, a= 1,05 [2];

b — кооффициент рабочего времени, b=0,92.

Для данного контейнера, по расчетной холодопроизводительности подбираем контейнерный агрегат Thermo King MAGNUM (Приложение 1).

Высота — 2235 мм, Ширина — 2026 мм, Глубина — 420 мм, Вес — 420 кг Комрессор: «Exclusive Copeland® Digital ScrollTM compressor with Digital Valave for capacity modulation»

Рабочий хладогентR-404A.

Конденсатор: воздушный, оребренный, с осевым вентилятором (380/460 В, 50/60 Гц).

Воздухоохладитель: с осевыми вентиляторами (380/460 В, 50/60 Гц)

Q0= 6,916 кВт (при температуре охлаждаемого помещения -20єС);

Nэл= 5,88 кВт, (380/460 В, 50/60 Гц)

R-404A.

Управление осуществляется с помощью микропроцессора МР-300, программируемый с помощью клавиатуры, информация выводится на LCD дисплей.

Вывод

Дальнейшее совершенствование холодильных контейнеров связано: с повышением точности поддержания температуры и влажности воздуха путем улучшения воздухораспределения и повышения кратности воздухообмена; с увеличением надежности компрессоров (путем применения более надежного вида компрессоров), автоматики (путем упрощения схемы), Теплообменных аппаратов (путем внедрения более коррозионностойких материалов); с уменьшением воздействия на окружающую среду путем снижения уровня шума; с развитием микропроцессорных систем контроля, регулирования и диагностирования, способных работать автономно с записью режима работы.

1. Курылев Е. С., Оносовский В. В., Румянцев Ю. Д. Холодильные установки. — СПб: Политехника, 1999. 576 с.

2. Бараненко А. В., Калюнов В. С., Румянцев Ю. Д. Практикум по холодильным установкам. — СПб: Профессия,

2001. 272 с.

3. Алексеев П. А., Волосов Г. Д. Холодильная техника 3 т. — Ленинград: Госторгиздат, 1962. 480 с.

4. Малые холодильные установки и холодильный транспорт. Справочник / под ред. А. В. Быкова. — М.: Пищевая промышленность, 1978. — 217 с.

5. I-d диаграмма состояния влажного воздуха.

6. Богданов С. Н., Бурцев С. И., Иванов О. П., Куприянова А. В. Холодильная техника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ. -СПб: СПбГАХПТ, 1999. 320с.