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].

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

М — масса грузов, т;

F_пр — 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.

Рисунок 1 — План холодильника.

3. Тепловой расчет 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 = Q_1Т + Q_1C (3. 2).

Q_1Т = (3. 3).

Q_1C= (3. 4).

где Q_1T — теплоприток, обусловленный разностью температур окружающего воздуха и помещения, кВт;

Q_1C — теплоприток, обусловленный солнечным тепловым излучением, кВт; [прил. 3.3] [1.с. 330, табл. 58].

F_н — площадь поверхности ограждения, м²;

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

t_пм — температура воздуха в помещении, принимаемая по нормативным документам, ?C; [введение].

?t_c — избыточная разность температур, вызванная солнечным тепловым излучением, ?C;

К_н — 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 Q_2пр — теплоприток от продуктов, кВт; Q_2т — теплоприток от тары, кВт;

Теплоприток от продуктов.

Q_2пр= (3.6).

где М_пр — 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..

Q_2т= (3.7).

где М_т — масса тары, кг; [прил. 3.5].

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

с_т - удельная теплоемкость тары, кДж/кгК, равная: для деревянной и картонной тары c_т=2,3; для металлической c_т=0,5; для стеклянной c_т=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 V_пм — объем воздуха в помещении, м³;

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

а_пм — кратность воздухообмена в помещении; [прил. 3.6] [1.с. 333].

i_н и i_пм - 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=Q_4.1+Q_4.2+Q_4.3+Q_4.4 (3.9).

где Q_4.1 — теплоприток от освещения, кВт;

Q_4.2 — теплоприток от работающих электродвигателей, кВт;

Q_4.3 — теплоприток от работающих людей, кВт;

Q_4.4 — теплоприток из смежных помещений через открытые двери, кВт.

Теплоприток от освещения..

Q_4.1= (3.10).

где А — относительная мощность светильников, кВт/м²;

F_пм — площадь помещения, м²;

Теплоприток от работающих электродвигателей..

Q_4.2= или Q_4.2= (3.11).

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

q_4.2 — относительная мощность электродвигателей, работающих в помещении, кВт/м².

Теплоприток от работающих людей..

Q_4.3= (3.12).

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

Теплоприток из смежных помещений через открытые двери..

Q_4.4= (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 Q_во — тепловая нагрузка на воздухоохладители, кВт;

k_во — 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 t_пм — температура воздуха в камере,.

t₀= -4 ?C.

Определение температуры конденсации Определение температуры воды на входе в конденсатор:.

t_вд.1=t_мт+(3-4) (5.2).

где t_мт — температура мокрого термометра, определяется по i-d-диаграмме, ?C.

t_вд.1=20+4=24 ?C.

Определение температуры воды на выходе из конденсатора:.

t_вд.2=t_вд.1+4 (5.3).

t_вд.2=24+4=28 ?C.

Определение температуры конденсации:.

t_к=, ?C (5.4).

t_к=?C.

Определение температуры всасывания.

t_вс=t₀+(5-10), ?C (5.5).

t_вс=-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.

6. Расчет и подбор основного холодильного оборудования.

6.1 Расчет и подбор компрессоров.

Удельная массовая холодопроизводительность:

q₀=i₁-i₄ (6.1).

q₀=1680-570=1110 кДж/кг.

где i₁ — энтальпия пара в точке 1, кДж/кг;

i₄ — энтальпия пара в точке 4, кДж/кг.

Действительная масса всасываемого пара:.

m_д= (6.2).

m_д=, кг/с.

где Q₀ — требуемая холодопроизводительность компрессорных агрегатов, кВт.

Действительная объемная подача:.

V_д= (6.3).

где v₁ - удельный объем всасываемого пара в точке 1, м³/кг.

Индикаторный коэффициент подачи:.

?₁= (6.4).

где р₀ — давление кипения хладагента, мПа;

?р_вс — депрессия при всасывании, ?р_вс=5 кПа;

?р_н — депрессия при нагнетании, ?р_н=10 кПа;

Р_к — давление конденсации, мПа.

Коэффициент невидимых потерь:

(6.5).

Коэффициент подачи компрессоров:.

(6.6).

Теоретическая объемная подача:.

(6.7).

м³/с.

По объемной теоретической подаче подбираем компрессорные агрегаты марки АО 600 П в количестве две штуки; техническая характеристика агрегата приведена в таблице 6. 1.

Таблица 6. 1 Техническая характеристика компрессорных агрегатов.

6.2 Расчет и подбор конденсаторов.

Расчет и подбор конденсаторов производится по площади теплопередающей поверхности, определяемой по формуле:

Fк.р= (6.8).

где Q_к.р — расчетная тепловая нагрузка на конденсаторы, кВт.

Q_к.р=m_д(i₂-i₃) (6.9).

Q_к.р=, кВт.

?_к.р — разность теплообменивающихся сред;

k_к.р — коэффициент теплопередачи конденсатора.

F_к.р=, м² (6.10).

По F_к.р подбираем конденсаторы марки КТГ-160 в количестве одного штуки.

Таблица 6. 2 Техническая характеристика конденсатора..

7. Расчет аммиачных трубопроводов.

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. Расчет и подбор вспомогательного оборудования.

Для безнасосных схем необходимо подобрать следующее вспомогательное оборудование: линейный ресивер, отделитель жидкости, защитные ресиверы, магистральный маслоотделитель, маслосборник.

8.1 Расчет и подбор линейного ресивера.

Вместимость ресивера определяем по формуле:

(8. 1).

где (½-1/3-) m_д — количество хладагента проходящего через ресивер, кг/ч;

v₃ — удельный объем жидкости при t_к, м³/кг.

V_л.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:

F_и= (8.3).

где Q₀ — холодопроизводительность холодильной машины, кВт.

F_и=, 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:.

V_хл.= (8.4).

где с_хл. — теплоемкость хладоносителя, кДж/кг;

?_хл. — плотность хладоносителя, кг/м³;

t_хл1 и t_хл2 — соответственно температура хладоносителя входящего и выходящего из испарителя, ?C.

V_хл., 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 Q_k — тепловой поток в конденсаторе, кВт;

q_f — условная плотность теплового потока; для вентиляторной градирни q_f=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:

V_в= (9.2).

где Q_k — тепловой поток в конденсаторе, Вт;

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

?_w — плотность воды, кг/м³;

t_w1 — температура воды, поступающей на конденсатор, ?C;

t_w2 — температура воды, выходящей из конденсатора, ?C.

V_в=, 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.