制冷工艺设计.docx
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制冷工艺设计.docx
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制冷工艺设计
制冷工艺设计
1.1设计目的课程设计是工科类专业教学的重要环节之一,是对学生在校所学理论知识的全面总结和综合检验。
通过课程设计初步了解建筑环境与设备工程专业的设计内容、程序和差不多原那么,了解设计运算的步骤和方法,培养学生的识图和制图能力,引导学生学会查找设计规范和设计手册,初步了解本专业的要紧设备、附件及材料。
通过设计把握有关冷藏库有关制冷工艺设计的内容、程序及差不多原那么和制冷工艺设计运算方法并提高绘制设计图纸的能力。
在设计过程中尽可能联系当前技术进展和环保要求,参照新规范进行设计,使设计达到技术、经济、运行治理的合理、可行和安全可靠。
1.2设计项目制冷工艺设计
1.3设计指标渔业生产性冷藏库
1.4设计地室外气象参数查«冷库制冷工艺设计»表3-1取湛江夏季空气调剂日平均温度为30℃。
最热月平均相对湿度为83﹪,夏季通风温度32℃,冬季采暖温度12℃,夏季湿球温度27.8℃。
1.5冷藏库室内设计参数
1、冷藏库生产能力
(1)冻结能力:
20吨/日
(2)预冷能力:
10吨/日
(3)制冰能力:
30吨/日
(4)冷藏容量:
150吨/次
(5)贮冰容量:
200吨/次
2、冷间温度要求
(1)冻结间:
-23℃
(2)冷藏间:
-18℃
(3)预冷间:
-4℃
(4)贮冰间:
-4℃
2冷藏库热工运算
2.1冷库围护结构的传热系数运算
2.1.1各库房建筑面积的运算
依照设计建筑平面图运算可得:
(1)冷藏间的建筑面积:
12000mm×16000mm=192㎡
(2)冻结间的建筑面积:
〔两间〕2×12000mm×8000mm==96㎡
(3)预冷间的建筑面积:
5000×36000+12000×8000=180㎡+96㎡=276㎡
(4)贮冰间的建筑面积:
12000mm×16000mm=192㎡
2.1.2各库房围护结构传热系数K的运算
外墙
结构层次
δ/m
λ
/[kcal/(m2·h·℃)]
R=δ/λ
/[(m2·h·℃)/kcal]
1
外墙外表面空气热阻
1/aw
20
0.05
2
20厚水泥砂浆抹面
0.02
0.80
0.025
3
240厚砖墙
0.24
0.70
0.343
4
20厚水泥砂浆抹面
0.02
0.80
0.025
5
冷底子油一道
6
隔汽层
冻结间
二毡三油油毡
沥青
0.004
0.006
0.15
0.4
0.0266
0.015
预冷间
一毡二油油毡
沥青
0.002
0.003
0.15
0.4
0.0133
0.0075
贮冰间
一毡二油油毡
沥青
0.002
0.003
0.15
0.4
0.0133
0.0075
冷藏间
一毡二油油毡
沥青
0.02
0.03
0.15
0.4
0.0133
0.0075
7
隔热层
冻结间
250厚聚苯乙烯泡沫塑料
0.25
0.04
6.250
预冷间
100厚聚苯乙烯泡沫塑料
0.10
0.04
2.500
贮冰间
150厚聚苯乙烯泡沫塑料
0.15
0.04
3.750
冷藏间
200厚聚苯乙烯泡沫塑料
0.20
0.04
5.000
8
防潮层
冻结间
二毡三油油毡
沥青
0.004
0.006
0.15
0.4
0.0266
0.015
预冷间
一毡二油油毡
沥青
0.002
0.003
0.15
0.4
0.0133
0.0075
贮冰间
一毡二油油毡
沥青
0.002
0.003
0.15
0.4
0.0133
0.0075
冷藏间
一毡二油油毡
沥青
0.002
0.003
0.15
0.4
0.0133
0.0075
9
240厚预制混凝土砖墙
0.24
0.70
0.343
10
20厚水泥砂浆抹面
0.02
0.80
0.025
11
外墙内表面空气热阻
1/an
7
0.0143
12
总热阻R
冻结间
7.0792
预冷间
3.2876
贮冰间
4.5376
冷藏间
5.7876
传热系数K
冻结间
0.1399
预冷间
0.2983
贮冰间
0.2173
冷藏间
0.1709
内墙
结构层次
δ/m
λ
/[kcal/(m2·h·℃)]
R=δ/λ
/[(m2·h·℃)/kcal]
1
外墙外表面空气热阻
1/aw
10
0.01
2
20厚水泥砂浆抹面
0.02
0.80
0.025
3
240预制混凝土砖墙
0.24
0.70
0.343
4
20厚水泥砂浆抹面
0.02
0.80
0.025
5
冷底子油一道
6
一毡二油油毡
沥青
0.002
0.003
0.15
0.4
0.0133
0.0075
7
隔热层
冻结间
250厚聚苯乙烯泡沫塑料
0.25
0.04
6.250
贮冰间
150厚聚苯乙烯泡沫塑料
0.15
0.04
3.750
冷藏间
200厚聚苯乙烯泡沫塑料
0.20
0.04
5.000
8
一毡二油油毡
沥青
0.002
0.003
0.15
0.4
0.0133
0.0075
9
240厚预制混凝土砖墙
0.24
0.70
0.343
10
20厚水泥砂浆抹面
0.02
0.80
0.025
11
外墙内表面空气热阻
1/an
7
0.0143
12
总热阻R
冻结间
7.0526
贮冰间
4.5526
冷藏间
5.8026
传热系数K
冻结间
0.1413
贮冰间
0.2184
冷藏间
0.1716
屋盖
结构层次
δ/m
λ
/[kcal/(m2·h·℃)]
R=δ/λ
/[(m2·h·℃)/kcal]
1
外表面空气热阻
1/aw
10
0.01
2
40厚预制混凝土板
0.04
1.1
0.036
3
180厚空气间层
0.18
0.23
4
20厚水泥砂浆抹面
0.02
0.80
0.025
5
二毡三油油毡
沥青
0.004
0.006
0.15
0.4
0.0266
0.015
6
冷底子油一度
7
20厚水泥砂浆抹面
0.02
0.80
0.025
8
1500厚空气间层
1.5
0.24
9
聚氯乙烯农用薄膜
0.16
0.00044
10
250厚聚苯乙烯泡沫塑料
0.25
0.04
6.250
11
二毡三油油毡
沥青
0.004
0.006
0.15
0.4
0.0266
0.015
12
冷底子油一道
13
20厚水泥砂浆抹面
0.02
0.80
0.025
4
80厚预制混凝土板
0.08
1.1
0.073
15
内表面空气热阻
1/an
7
0.0143
16
总热阻R
6.9776
传热系数K
0.1426
地坪
结构层次
δ/m
λ
/[kcal/(m2·h·℃)]
R=δ/λ
/[(m2·h·℃)/kcal]
1
外表面空气热阻
1/aw
10
0.01
2
80厚钢筋混凝土面层
0.08
1.35
0.059
3
15厚水泥砂浆抹面
0.015
0.80
0.019
4
一毡二油油毡
沥青
0.002
0.003
0.15
0.4
0.0133
0.0075
5
隔热层
冻结间
250软木
0.25
0.059
4.237
预冷间
150软木
0.15
0.059
2.542
贮冰间
250软木
0.15
0.059
2.542
冷藏间
200软木
0.20
0.059
3.390
6
二毡三油油毡
沥青
0.004
0.006
0.15
0.4
0.0266
0.015
7
冷底子油一道
8
15厚水泥砂浆抹面
0.015
0.80
0.019
9
100厚预制钢筋混凝土板
0.1
1.1
0.091
10
架空层
11
60厚100号混凝土垫层
12
素土夯实
13
内表面空气热阻
1/an
7
0.0143
14
总热阻R
冻结间
4.4934
预冷间
2.7984
贮冰间
2.7924
冷藏间
3.6404
传热系数K
冻结间
0.2214
预冷间
0.3542
贮冰间
0.3550
冷藏间
0.2728
2.2冷库耗冷量的运算
2.2.1冷库围护结构传热引起的耗冷量的运算
按运算围护结构的传热面积原那么运算各库围护结构的传热面积,然后运算耗冷量。
1、冷库围护结构的传热面积运算,见下表:
运算部位
传热面积
运算部位
传热面积
长/m
高/m
面积/m2
长/m
高/m
面积/m2
冷
藏
库
东墙
西墙
南墙
北墙
屋盖
地坪
16
8
12
12
4.2
4.2
4.2
4.2
67.2
33.6
50.4
50.4
192
192
贮
冰
间
南墙
西墙
屋盖
地坪
12
16
4.2
4.2
50.4
67.2
192
192
冻
结
间
东墙
南墙
西墙
北墙
屋盖
地坪
8
12
8
12
4.2
4.2
4.2
4.2
33.6
50.4
33.6
50.4
96
96
预
冷
间
东墙
西墙
北墙
屋盖
地坪
5
5
36
4.2
4.2
4.2
21
21
151.2
276
276
2、冷库围护结构的耗冷量Q1运算
室外运算温度Tw=30℃,冷藏间的库房温度tn=-18℃,冻结间的库房温度tn=-23℃,预冷间的库房温度tn=-4℃,贮冰间的库房温度tn=-4℃,理鱼间的温度tn=0℃,查«冷库制冷工艺设计»表3-6得温差修正系数:
库房与库房之间取a=0.7,库房与室外之间取a=1.0,库房与川堂之间取a=0.7,。
冷间序号
墙体方向
Q1=a·K·F·〔tZP-tn〕
tZP
tn
Q1/W
冷藏间
东墙
1.0*0.1709*67.2*[30-(-18)]
30
-18
551.26
西墙
0.7*0.1716*33.6*[-4-(-18)]
-4
-18
56.50
南墙
1.0*0.1709*50.4*[30-(-18)]
30
-18
413.45
北墙
0.7*0.1716*50.4*[-4-(-18)]
-4
-18
84.75
屋盖
1.0*0.1426*192*[30-(-18)]
30
-18
1314.20
地坪
1.0*0.2728*192*[30-(-18)]
30
-18
2514.12
此间合计
4934.28
冻结间
东墙
0.7*0.1413*33.6*[-18-(-23)]
-18
-23
16.62
南墙
1.0*0.1399*50.4*[30-(-23)]
30
-23
387.80
西墙
0.7*0.1413*33.6*[-4-(-23)]
-4
-23
63.14
北墙
0.7*0.1413*50.4*[-4-(-23)]
-4
-23
94.71
屋盖
1.0*0.1426*96*[30-(-23)]
30
-23
752.93
地坪
1.0*0.2214*96*[30-(-23)]
30
-23
1168.99
此间合计
2484.19
预冷间
东墙
1.0*0.2983*21*[30-(-4)]
30
-4
212.98
西墙
1.0*0.2983*21*[30-(-4)]
30
-4
212.98
北墙
0.7*0.2983*157.2*[0-(-23)]
0
-23
754.97
屋盖
1.0*0.1426*276*[30-(-4)]
30
-4
1338.16
地坪
1.0*0.3542*276*[30-(-4)]
30
-4
3323.81
此间合计
5842.90
贮冰间
南墙
1.0*0.2173*50.4*[30-(-4)]
30
-4
372.36
西墙
1.0*0.2173*67.2*[30-(-4)]
30
-4
496.48
屋盖
1.0*0.1426*192*[30-(-4)]
30
-4
930.89
地坪
1.0*0.3550*192*[30-(-4)]
30
-4
2317.44
此间合计
4117.17
由上述运算得,冷库爱护结构的耗冷量Q1总=4934.28+2484.19+5842.90+4117.17
=17378.54W=14945.54大卡/小时
2.2.2食品冷加工引起的耗冷量Q2的运算
按第三章的冷藏间、冻藏间食品贮存的耗冷量运算公式:
Q2=Q2a+Q2b+Q2c+Q2d
1〕食品在冷冻加工时的耗冷量运算
预冷间:
食品在冻结间的温度按+30℃运算,通过24h后的温度变为-4℃。
食品的冻结加工量为10t/日。
食品在冻结前后的焓值查附表A-3可得:
h1=386.5kJ/kg;h2=77.5kJ/kg;τ=24h;Cb=4.2kJ/kg*K。
Q2=
+
=
=129.3大卡/小时
其中G——食品每日加工量〔t/24h〕
h1,h2——加工前后的焓值
τ——加工时刻
B——食品包装系数
Cb——包装材料的比热容
冻结间:
进货量为20t/日,食品入库前的温度为-4℃,经冷藏24h后达-23℃。
食品在冻结前后的焓值查附表A-3可得:
h1=77.5kJ/kg;h2=-6.5kJ/kg;τ=24h;Cb=4.2kJ/kg*K。
Q2=
+
=
=70.7大卡/小时
式中G——食品每日加工量〔t/24h〕
h1,h2——加工前后的焓值
τ——加工时刻
B——食品包装系数
Cb——包装材料的比热容
2〕食品在储存时的耗冷量运算
冷藏间:
进货量为150t/次,食品入库前的温度为0℃,经冷藏24h后达-23℃。
食品在冷藏前后的焓值查附表A-3可得:
h1=282kJ/kg;h2=-6.5kJ/kg;τ=24h;Cb=4.2kJ/kg·K。
Q2=
+
=
+
=1808大卡/小时
总Q2=129.3+70.7+1808=2020大卡/小时
贮冰间:
冰库贮冰耗冷量Q2由任务书有30×7000W/t=210000W/t=195000大卡/吨·小时
那么,Q2总=2020+195000=197008大卡/小时
2.2.3库房通风换气的耗冷量Q3的运算
冷库通风换气的耗冷量可按照«冷库制冷工艺设计»P73公式
Q3=Q3a+Q3
=
+30nirn(hm-hn)
式中:
hw——室外空气焓值
hn——室内空气焓值
n——换气次数
Vr——冷藏间净容积
ni——操作人员数
rn=空气重度
查空气物性参数表A-5得hw=84.99(kJ/kg),hn=7.49(kJ/kg)。
空气重度rn=1.42kg/㎡,换气次数和操作人员数均取3,Vr=429㎡。
那么Q3=Q3a+Q3
=
+30nirn(hm-hn)
=
+30×3×1.42×(84.99-7.49)
=27360大卡/小时
2.2.4电动机运行产生的耗冷量Q4运算
冻结间电动机的运行耗冷量相同,冷风机使用的电动机设计用3台,每台功率为2.2kW,合计功率为6.6kW,
那么Q4=P·N·η〔«冷库制冷工艺设计»P73公式3-9〕
=860·6.6·0.75
=4257大卡/小时
其中P——电动机额定功率,为860kW
η——热转化系数,电动机在冷间外取0.75
N——电动机的功率。
2.2.5经营操作耗冷量Q5运算
①库房照明耗冷量Q5a
Q5a=qd·F〔依照«冷库制冷工艺设计»P74公式3-11〕
=5×〔276+192+96+192〕=3780大卡/小时
其中qd——每平方米地板面积照明引起的耗冷量,取5大卡/米2·小时,
F——库房的面积。
②库门开启的耗冷量Q5b
Q5b=qm·Z·Ni〔依照«冷藏库设计»P177公式5-18〕
式中qm——库门每开启一小时的耗冷量,数值能够查«冷藏库设计»P177表5-18得出
Ni——各种条件系数,可查«冷藏库设计»P178表5-20得出
Z——库房使用系数,与库房容积和装载能力有关,可参考«冷藏库设计»P178表5-19
冻结间:
tw=30℃,tn=-23℃,经查表得出,qm=981大卡/小时,Ni=0.7,Z=2
Q5b=qm·Z·Ni
=981·2·0.7=1373.4大卡/小时
冷藏间:
tw=30℃,tn=-18℃,经查表得出,qm=872大卡/小时,Ni=0.9,Z=2
Q5b=qm·Z·Ni
=872·2·0.9=1569.6大卡/小时
预冷间:
tw=30℃,tn=-4℃,经查表得出,qm=601大卡/小时,Ni=0.7,Z=2
Q5b=qm·Z·Ni
=601·2·0.7=841.4大卡/小时
贮冰间:
tw=30℃,tn=-4℃,经查表得出,qm=601大卡/小时,Ni=0.5,Z=1
Q5b=qm·Z·Ni
=601·1·0.5=300.5大卡/小时
综合以上运算得总Q5b=1373.4+1569.6+841.4+300.5=4084.9大卡/小时
③库房操作工人的耗冷量Q5c
Q5c=n·qr〔依照«冷藏库设计»P178公式5-33〕
式中n——该库房内同期操作的人数;
qr——每个操作工人单位时刻产生的热量,数值能够查«冷藏库设计»P178表3-21得出,大卡/小时
冻结间〔2间〕:
库房温度为tn=-23℃,同期操作的人数n为2人,经查表得出,qr=355大卡/小时
那么Q5c=2n·qr
=2·3·355=2130大卡/小时
冷藏间:
库房温度为tn=-18℃,同期操作的人数n为13人,经查表得出,qr=330大卡/小时
那么Q5c=n·qr
=13·330=4290大卡/小时
预冷间〔2间〕:
库房温度为tn=-4℃,同期操作的人数n为2,经查表得出,qr=252大卡/小时
那么Q5c=2n·qr
=2·3·252=1512大卡/小时
综合以上运算有Q5c总=2130+4290+1512=7932大卡/小时
综上,经营操作工人总耗冷量Q5总=Q5a+Q5b+Q5c
=3780+4084.9+7932=15796.9大卡/小时
2.2.6总耗冷量
1、库房冷却设备的总负荷Qq:
按公式Qq=Q1+pQ2+Q3+Q4+Q5其中冷藏间p=1;冻结间p=1.3,运算得:
Qq=14945.54+〔1*1808+1.3*70.7+1*129.3+1*195000〕
+27360+4257+15796.9=255131.65大卡/小时=297千瓦
2、制冷压缩机的负荷Qj:
由以上的运算结果得出制冷压缩机的负荷Qj
Qj=〔n1ΣQ1+n2ΣQ2+n3ΣQ3+n4ΣQ4〕·R
=〔1*14945.54+1*197008+1*27360+1*4257+1*15796.9〕*1.12
=290491大卡/小时=338千瓦
其中n1为爱护结构传热量的季节修正系数,取1
n2为食品热量的机械负荷折减系数,取1
n3为同期换气次数,取1
n4为冷间内电动机同期运转系数,取1
R为制冷系统中各设备与管道等冷量损耗系数。
一样直截了当冷却系统R=1.05~1.07;盐水冷却系统R=1.12.
3制冷压缩机和设备的选型
3.1制冷压缩机的选型运算
依照选用压缩机时,一样许多于2台,要考虑修理是不停产;配备多台压缩机时,要注意型号以及零件的互换性,并按制冷压缩机产品名目样本选用。
冷凝温度:
建库地点深水井温度为+20℃,能够采纳循环水,考虑循环水进入冷凝器的温度ts1为+30℃,出水温度ts2为+32℃,那么冷凝温度为tk=[〔30+32〕/2+7]℃=38℃
制冷循环的压缩级数:
此冷库要求冷藏间的温度为-18℃,冻结间温度为-23℃,预冷间和贮冰间的温度为-4℃,假如蒸发温度和库房温度的温差为10℃。
那么相应蒸发温度分别为-28℃、-33℃和-14℃。
当冷凝温度为+38℃时,相应的冷凝压力为PL=1467.0kPa
当蒸发温度为-28℃时,相应的蒸发压力为PZ=131.5kPa
当蒸发温度为-33℃时,相应的蒸发压力为PZ=103.1kPa
当蒸发温度为-14℃时,相应的蒸发压力为PZ=486.7kPa
按冷凝压力和蒸发压力的比值考虑,那么:
PL/PZ=1467.0/131.5=11.16>8
PL/PZ=1467.0/103.1=14.23>8
PL/PZ=1467.0/486.7=3.01<8
可知,-18℃系统和-23℃系统压力比均大于8,应采纳双级压缩制冷循环。
-4系统小于8,应采纳单级压缩制冷循环。
〔1〕-23℃系统
采纳双级压缩制冷循环,当冷凝温度tk=38℃,蒸发温度to=-33℃,采纳双级压缩,其高低压级容积比采纳1/3;查书中相应图得中间温度tm=2℃。
〔二〕-23℃氨系统理论p-h图
按照承诺吸气温度来运算制冷压缩的制冷量,制冷压缩机循环图如图〔二〕所示。
查出图中各点参数如下:
参数点
h1
h2
h3
h4
h5
h6
h7
焓值(kj/㎏)
1430
1451
1584
1377
1802
374
217
参数点
V2
V3
比体积(m3/kg)
0.84
0.34
1〕吸气前重量流量:
kg/h
2〕吸气后重量流量
kg/h
3〕循环的理论排气量
m3/h
4〕压缩机的功率校核
①指示功率
KW
②轴功率
KW
〔2〕-18℃系统
采纳双级压缩制冷循环,当冷凝温度tk=38℃,蒸发温度to=-28℃,采纳双级压缩,其高低压级容积比采纳1/3;查书中相应图得中间温度tm=8℃。
〔一〕-18℃氨系统理论p-h图
按照承诺吸气温度来运算制冷压缩的制冷量,制冷压
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