小型冷库设计
制冷工艺设计
班 级:学 号:姓 名:指导老师:设计时间:
计 算 书
制冷与空调0401班 12 周 光 科 杨 强 2006 年 12 月
1
前言
随着科学技术的发展和人们生活水平的提高,人们对生活质量提出更高要求,对身体的健康格外重视,饮食观念也日益趋向于“绿色”,因此,冷冻鱼肉制品、反季蔬菜、保鲜水果颇受欢迎,冷库的需求也随之增加。为了适应社会的发展和人们的需求,同时为了锻炼同学们的动手能力,使所学知识应用于实践,特此安排本次设计。本设计以湘潭地区单层生产性冷库为设计题目,进行冷库制冷工艺的设计。设计课题如下: (一)冷库的规格
1、低温冷藏间的容量为:2200m3(500t)冷间设计温度为-18℃,相对湿度为95﹪;
2、冻结间生产能力为20t/24h,冷间设计温度为-23℃。其中用冷风机冻结白条肉14T/日,用搁架排管冻结分割肉和其它小家禽6T/日。
3、高温冷藏间的容量为:4263 m3(470T),设计温度为:0~4℃,相对湿度为:85~95﹪;如果冷藏蔬菜类,相对湿度为:85﹪。 (二)库房的平面布置
1、库房的平面布置见图1,该冷库有三个冻结间和三个冻结物冷藏间和三个冷却物冷藏间通过常温穿堂组合成整体; 2、房内净长、净宽在平面图上都已标出;
3、房内净高:冻结间为4.5m,冻结物冷藏间为5m; 4、冻结间的内隔墙采用软木优质隔热层;
5、层顶为通风阁楼,地坪采用炉渣并埋设通风管道; 6、冷库冷藏间无隔热层; 7、库房围护结构构造见表 (三)水文条件
1、室外空气温、湿度,根据湘潭查附录Ⅳ;
2、冷却水温度湘潭的可作调整,一般确定为20℃。
A、制冷工艺设计说明书
(一)设计条件 1.气象
夏季室外计算温度:tw= +32℃ 相对温度:w=58%
2.水温
按循环冷却水系统考虑,冷凝器进水温度+20℃,出水温度+22℃. 3.冷凝温度:tk=+25℃
4.蒸发温度: t0=-33℃, t0=-10℃ (二)生产能力
1.冻结能力:20吨/日,采用一次冻结
2.冷藏容量:低温冷藏500吨,高温冷藏500吨。
2
B、库容量计算
(一)高温冷藏间 1. No7库
库内净面积:A=24.5×14.5=355.25㎡ 库内净高:H=6m
公称容积:V=355.25×6=2131.5m3 货物计算密度:=250kg/ m3 容积利用系数:=0.8×0.55=0.44
冷藏吨位:G1=2131.5×250×0.44/1000=234.5吨2、№8库
同№7库,冷藏吨位:G2=234.5吨
3、高温冷藏间冷藏吨位:G= G1+ G2=469吨 (500-469)/500=6.2% 符合要求。
(二)低温冷藏间 1、NO1库
库内净面积:A=19.4×7.43=144.14㎡ 库内净高:H=5㎡
公称容积:V=144.14×5=720.7m3 货物计算密度:=400㎏/ m3
容积利用系数:=0.55
冷藏吨位:720.7×400×0.55/1000=158.6吨 2、№2库
库内面积净面积:A=19.4×7.76=150.5㎡ 库内净高:H=5m
公称容积:V=150.5×5=752.7m3 货物计算密度:=400kg/ m3 容积利用系数:=0.55
冷藏吨位:G2=752.7×400×0.55/1000=165.6吨3、№3库
同№3库,G3=158.6吨
低温冷藏间冷藏吨位:G=G1+G2+G3=482.8吨 (500-482.8)/500=3.4% 符合要求。
3
C、围护结构传热系数计算
主要计算外墙、内墙、屋顶和地坪的传热系数。 (一)高温冷藏间
4
(二)低温冷藏间、冻结间
5
6
D、冷耗量的计算
(一)冷库围护结构传热面引起的冷耗量Q1
按计算围护结构传热面积的原则计算各库房围护结构的传热面积,然后计算耗冷量。
计算公式:Q1=K.A.a.(tW-tn)
7
8
(二)食品冷加工的耗冷量Q2
该库有三间冻结间,每间冻结能力为6.5吨/日,共19.5吨/日。按每昼夜冻结能力比例摊入于各冷藏间内,三间冷藏间按比例摊分,每间进货量为6.5吨/日,冻结食品为猪肉。 1、低温冷藏间
每间最大进货量为19.5吨/日,食品进库前的温度为-15℃,经冷藏24小时后达-18℃.
G=19500公斤/日,T=24小时
食品在储存前后的含热量:h1=12.2kj/kg,h2=4.6kj/kg t1=32×0.83℃,t2=-18℃,B=0.1,Cb=0.42
2a
G(12)3.6T
1
19500(12.24.6)/241715.3W 3.6
1
195000.1(310.8318)0.42/24422.39W3.6
2b
GB(12)b
3.6T
2a
2b
QQQ1715.3422.392137.69W
2
冷藏间№1,№2,№3库食品加工耗冷量各为:2137.69W
2、冻结间
食品在冻结前的温度按+32℃计算,经过20小时后的温度为-15℃。 食品的冻结加工量:G=6.5吨/日,T=20小时
食品在冻结前后的含热量:h1=309.2kJ/kg,h2=12.2kJ/kg t1=32×0.83℃,t2=-15℃,B=0.3,Cb=0.42
Q
2a
G(12)3.6T
1
6500(309.212.2)/2026812.5W 3.6
1
65000.3(320.8315)0.42/20427.745W3.6
9
Q
2b
GB(12)b
3.6T
QQQ16812.5427.74527285.245W
2
2a
2b
冻结间№4,№5,№6库的食品冷加工耗冷量各为:Q2=27285.245
3、高温冷藏间
高温库进货量按冷藏吨位的8%计算,即:G=250×8%=20吨/日=20000公斤/日
货物入库前温度为+28.5℃,经冷藏24小时后达0℃.
食品在贮存前后的含热量:h1=379.4kj/kg,h2=271.9kj/kg t1=25℃,t2=0℃,B=0.25,Cb=1.51,T=24h,q1=149W/t,q2=19 W/t
Q
2a
G(12)3.6T
1
20000(366.2271.9)/2424884.26W 3.6
1
200000.25(28.50)1.51/242490.45W 3.6
2b
GB(12)b
3.6TG(qq)
1
2
2c
2
20(14919)/21680W
Q
2d
(GnG)q2(25020)194370W
Q2Q2AQ2bQ2cQ2d33427.71W
高温冷藏间№7,№8库食品加工耗冷量各为:Q2=33424.71 (三)库内通风换气热量Q3的计算
1、低温库、冻结间没有通风换气的耗冷量。 2、高温库,Q3b可不计 (1)№7库
hW=76.3kJ/kg,hn=8.457kJ/kg,n=2,V=2131.53,n1.293kg/m3 Q3=Q3a=
G(wn)nVn
3.6T
1
×(76.3-8.457)×2×2131.5× 3.6
1.293/24=4328.178W (2) №8库同№7库:
Q3=Q3a=4328.178W
(四)电动机运转热量Q4的计算
1、低温冷藏间采用光滑顶排管,故无电动机运转热量Q4。 2、冻结间
(1)№4采用搁架排管,按每吨配风10000m3/T,选用FT35LN05.6-2型号轴流式风机6台,计算电动机功率为:∑P=1.1×6=6.6KW,ζ=1,ρ=1
Q4=1000∑Pζρ=1000×6.6×1×1=6600W
(2)№5库采用冷风机,冷风机使用的电动机功率总计为: ∑P=4.4KW, ζ=1,ρ=1
Q4=1000∑Pζρ=1000×4.4×1×1=4400W
10
(3) №6库同№5库: Q4=4400W 3、高温间
(1)№7库采用冷风机,冷风机使用的电动机功率总计为:
∑P=1.1×6=6.6KW,ζ=1,ρ=1
Q4=1000∑Pζρ=1000×6.6×1×1=6600W (2)№8库同№7库: Q4=6600W
(五)操作热量Q5的计算 1、低温冷藏间 (1)№1库:
A=144.14㎡,V=720.7 m3,qd=2W/㎡,hw=736.3 KJ/kg, hn=-16.077
3
KJ/kg,M=0.5,ρn=1.39㎏/ m,nr=3,qr=410W/个 ,n=2 Q5a= Aqd=144.14×2=288.28W
Q5b=0.2778Vn(hw-hn)MP/24=0.2778×720.7×2×(76.3+16.077)×
0.5×1.39/24=1071.2 W
Q5c=3 nrqr/24=3×3×410/24=154 W
Q5= Q5a+Q5b +Q5c=288.28+1071.2+154=1513.44 W (2)№2库:
A=150.5㎡,V=752.7 m3
Q5a= Aqd=150.5×2=301 W
Q5b=0.2778Vn(hw-hn)MP/24=0.2778×752.7×2×(76.3+16.077)×
0.5×1.39/24=1118.72 W
Q5c=3nrqr/24=3×3×410/24=154 W
Q5= Q5a+Q5b+Q5c=301+1118.72+154=1573.72 W (3)№3库同№1库:Q5=1513.44W 2、冻结间
不计算Q5的热量。 3、高温库 (1)№7:
A=355.25m2,V=2131.5m3,qd=2W/m2,,hw=76.3KJ/kg,hn=8.457KJ/kg,M=0.5,pn=1.293kg/m3,qr=280W/个 n=2
Q5a= qd×A=2×355.25=710.5W
Q5b=0.2778×Vn(hw-hn)MPn=0.2778×2131.5×2×(76.3-8.457)×0.5
×1.293÷24=2164.26W Q5c=3×8×280/24=280W
Q5=Q5c+Q5b+Q5c=710.5+2164.26+280=3154.76W (2)№8库同№7库
Q5=3154.76W (六)总耗冷量
1.库房冷却设备负荷计算
Qq=Q1+PQ2+Q3+Q4+Q5 (1) 低温冷藏间:P=1 (2) 冻结间:P=1.3
(3) 高温冷藏间:P=1
2、冷间机械负荷计算
冷间机械负荷分别根据不同蒸发温度计算.
(1) 低温冷藏间,冻结间共用一个-33℃蒸发温度.
Qj
=(n1∑Q1+n2∑Q2+n3∑Q3+n4∑Q4+n5∑Q5)R n1=1,n2=1,n3=0,n4=0.5,n5=0.5,R=1.07
(2) 高温冷藏间采用-10℃蒸发温度:(Q1总负荷) Qj=(n1∑Q1+n2∑Q2+n3∑Q3+n4∑Q4+n5∑Q5)R n1=1,n2=1,n3=0.8,n4=0.5,n5=0.5,R=1.07
E、冷却设备的选型计算
(一)高温冷藏间 1、NO7库
采用冷风机,冷风机冷却面积A的计算:
Qq=60815.73W,K=18.6W/m2℃,△t=10℃
A= Qq/(k△t)=60815.73/(18.6×10)=326.967m2 选用KLL-350型冷风机一台。
2、NO8库
同NO7库,选用KLL-350型冷风机一台. (二)低温冷藏间 1、冷却面积A
采用光滑U型直式顶排管,管径采用D38无缝钢管.顶排管面积的计算: A=Qq/(K△t) K=KC1C2C3=6.98W/m2℃, △t =10℃ (1)NO1库 A=8044.27/6.98=115.247㎡ (2)NO2库 A=6888.71/6.98=98.69㎡ (3)NO3库 A=8044.5/6.98=115.247 (4)
2、无缝钢管长度L
采用φ38×2.5㎜无缝钢管,每米长的面积为0.119m2/m (1) NO1库需用钢管长度:L1=115.247/0.119=968.46m (2) NO2库需用钢管长度:L2=98.69/0.119=829.33m (3) NO3库需用钢管长度:L3=115.247/0.119=968.46m 3、U型排管的制作详见顶排管制作图(略)
(三)冻结间 1、 №4库
采用搁架排管,并采用有组织的吹风.库风装设吊顶,吊顶两端留有300mm缝隙,两侧紧贴墙面,冷风从一端被风吹进,从另一端吹出,使库内冷风循环流动. (1)需要冷却面积A:
△t =10℃,K=12.8W/m2℃
A=Qq/(K△t)=44758.189÷128=349.67m2
(2)搁架排管的尺寸:
采用D38×2.5无缝钢管,每米长的面积为0.119m2/m,需用钢管长度: L=349.67÷0.119=2938.43m
(3)搁架排管的制作详见搁架排管制作图.
(4)循环风量:按每吨配风10000m3/t风量计算,选用FT35LN05.6-2型号轴流风机6台. 2、 №5库
采用干式冷风机,吊轨冻结,横向吹风. 需用冷风机面积A:
△t =10℃,K=12.8W/m2℃
A=Qq/(K△t)=41667.9÷128=325.6m2 选用KLJ-200型冷风机2台. 3、№6库
采用干式冷风机,吊轨冻结,横向吹风. 需用冷风机面积A:
△t =10℃,K=12.8W/m2℃
A=Qq/(K△t)=41986.4÷128=528.07m2 选用KLJ-200型冷风机2台.
F、制冷压缩机的选择计算
整个库房的耗冷量计算完毕后,可按机器总负荷Qj进行制冷压缩机的选择. (一)计算条件
1、冷凝温度:考虑循环水进入冷凝器的温度为+ 20℃,出水温度为+22℃,所以可以确定冷凝温度为:tk=(t进+t出)/2+4=26℃ 2、氨液的再冷温度:一是氨液经中冷器蛇型管进行冷却,氨液再冷却温度较中间温度高3℃~5℃;二是氨液流进高压贮液器和供至膨胀阀的过程中,受环境温度影响自然降温比冷凝时温度低3℃~5℃. 3、制冷循环的压缩级数:
(1)低温冷藏间的温度为-18℃,冻结间的温度为-23℃,设定蒸发温度与库房温度的温度差为10℃,则蒸发温度为-28℃和-33℃. 冷凝温度为+26℃,Pk=1.03434MPa 蒸发温度为-28℃,P0=0.13154MPa 蒸发温度为-33℃,P0=0.10302MPa
Pk/P0=1.03434MPa/0.13154=7.86<8, Pk/P0=10.3434MPa/0.10302=10.04>8
压缩比小于8,应采用单机压缩制冷循环,确定采用组合式双机压缩循环,高低压级容积比ζ=1/3,根据已知条件查有关图表得中间温度:tz=-5.6℃,Pz=0.3417MPa,中冷器蛇型盘管出液温度:tc=-5.6+5.4=-0.2℃(氨是8,氟是10)
(2)高温冷藏间温度为0℃.
冷凝温度为+26℃,Pk=1.03434MPa 蒸发温度为-10℃,P0=0.29075MPa Pk/p0=1.03434/0.29075=3.57
压缩比小于8,应采用单级压缩循环。(氨是8,氟是10) 4、双级制冷压缩机的制冷量以低级的制冷量为计算依据,选用计算的日的主要是求出需用的压缩机的活塞输气量.
(二)制冷压缩机的选择 1、组合式双机双级机的选择
(1)根据tz=-33℃.tl=30℃和1/3,查图3-1得中间冷却温度tzj=-5.6 (2)根据中间冷却温度,确定中间冷却器盘管出液温度tc=-5.6+5.6=0℃ (3)根据蒸发温度tz=-33℃和中间冷却器温度tzj=-5.6查表3-7得低压机的输气系数0.8 (4)根据蒸发温度tz3℃和中间冷盘管tc=0℃,查表3-8得低压机单位容积制
冷量qr=1015.4kj/kg
(5)根据式(3-3)计算低压机的理论输气量:
Vdp=
124480.989
=551.695
0.81015.4/3.6qQr/3.6
Qj
=
(6)选择低压机:
根据计算出的低压机理论输气量。可从单级压缩机产品样本或表3-4中,选出两台6AW-12.5型压缩机一台,作为低压机,其理论排气量Vp=424.54m3/h.可满足要求。
(7)选择高压机:
根据选定的高低机理论排气量之比
得 Vgp=Vdp/3=280 m3/h
从制冷压缩机的产品样本或表3-4中,可选择2AV-12.5型压缩机两台高压
3
机,其排气量Vp=280 m/h (8)核对容积比:
VgpVdp
=1/3
VgpVdp
=1/3
2、单机单级机的选择
计算压缩机的理论输气量:
h1=1749.72kJ/㎏ h5=639.01 kJ/㎏ λ=0.8 qz=2644.5KJ/ m3
Vdp=
Qj
qQr/3.6
=3.6×117855.6/(0.8×2644.5)
=197.2 m3/h
选用2AV-12.5型两台
V=2×141=282>197.2 符合要求。
G.辅助设备的选择计算
(一)冷凝器
1、双级机冷凝器热负荷Q1:
Vd=424m3/h q1\=1073KJ/m3
Q1=Vdqi/3.6=(2×424.5)×1056/3.6=249040W
2、单级机冷凝器热荷:
11.2
Q1=Qcζ=2×61×1.2×1000=146400W
3、冷凝器面积 qA=300w/m3 A1=131.8m2
选用LNA-80型冷凝器2台。
(二)中间冷却器
1、冷却器直径计算:
g0.6,Vg282m3/h,0.5m/s
Vg
D=0.01880.346
2、中间冷却器蛇行管冷却面积: Qzj=Gd(h6-h8)=1539.1W K=500W/m2℃ tm16.1℃ A=Qzj/(Ktm)1.91m2 选用ZLA-2型中冷器1台。 (三)油分离器:
ω=0.8m/s
d=0.0188
V
w
0.gVgV
w
0.6
选用YFA-125型油分离器1台 (四)空气分离器:
一般总制冷量在1163Kw以下选用KFA-32型空气分离器1台。 (五)集油器
压缩机在标准工况下总制冷量在200Kw以上时选用桶身直径325mm集油器。选用JYA-325型集油器1台。 (六)高压贮液器
ν=1.663 kJ/㎏,φ=1,β=0.7,G784.96kg/h Vza=Gvφ/1000β=1.86m3
选用WCA-2250型高压贮液器1台。 (七)氨泵的选型计算 1.-33℃系统
n=6,Qq=150889.7W,V/=1.4674L/kg,r=1364.23KJ/kg
Vp=3.6nQqV//r=3.6×6×149 ×1.4674/1364.23=3.49 m3/h 选用32P-40型屏蔽氨泵1台,备用1台,共2台。 2.-10℃系统
n=5,Qq=121.63kw,V/=1.5337L/kg,r=1295.17KJ/kg
Vp=3.6nQqV//r=3.6×5×121.63×1.5337/1295.17=2.6 m3/h 选用32P-40型屏蔽氨泵1台,备用1台,共2台。 (八)低压循环桶的选型计算 1、-33℃系统
(1)低压循环直径桶的选型计算:
λ==0.81,V=2×424.5=849m3/h,ω=0.5m/s, 1, n=1
d=0.0188v/n=0.693m
(2)低压循环桶容积的计算:
本设计采用立式低压循贮液桶,采用下进上出式供液。容积计算如下: ① 顶排管的容积:
V=17×2×2×18.6×0.8553/1000=1.082 m3
② 回气管容积:
冻结间回气管φ76×3.5,共长约50米,每米容积为0.00374 m3 50×0.00374=0.187 m3
冷藏间回气管D57x3.5,共长约70米,每米容积为0.00196 m3
70×0.00196=0.1372 m3 Vh=0.1372+0.187=0.3242 m3 ③ b =0.2h ,q=4 m3 /h
Vd=(0.2V=0.6Vh+bq)/0.7=1.73 m3 选用CDCA-2.5型低压循环桶一台。 2、-10℃系统
(1)低压循环直径桶的选型计算:
=0.6 V=2×141=282 m3 /h 0.5m/s 1 n=1 d=0.0188v/n=0.37m
(2)低压循环桶容积的计算: 采用下进上出式供液系统 ① 冷风机的容积:
冷风机采用D25×2.2翅片管,每米的面积为0.71 m2 V=(350/0.71)×0.00033=0.163 m3 ② 回气管容积:
回气管φ76×3.5,共长约100米,每米容积为0.00374 m3 100×0.00374=0.374 m3 ③b=0.2h , q=4 m3 /h
Vd=(0.2V+0.6Vh+bq)/0.7=1.51 m3
选用CDCA-1.5型低压循环桶1台。
H.管径的确定
(一) 回气管 1. 低温冷藏间
No1库的制冷设备总负荷Qq=7.8Kw,按管长50米计算,冷藏间的回气管为Dg40,采用D57管子。No2库,No3库的回气管同No1库,也采用D57管子。
2. 冻结间
No4库的制冷设备总负荷Qq=43.8 ,按管长50米计算,冻结间的回气管为Dg60,采用D70管子。
No5库的制冷设备总负荷Qq=41.2Kw,按管长50米计算,冻结间的回气管为Dg58,采用D70管子。
No6库的制冷设备总负荷Qq=41.5Kw,按管长50米计算,冻结间的回气管为Dg58,采用D57管子。
3. 高温冷藏间
No7库的制冷设备总负荷Qq=56.1Kw,按管长50米计算,冻结间的回气管为Dg65,采用D76管子。
No8库的制冷设备总负荷Qq=56.1Kw,按管长50米计算,冻结间的回气管为Dg65,采用D76管子。 (二)吸入管 1.低温系统
按制冷设备总负荷Qq=149Kw,按管长50米计算,回起管Dg100,采用D108管子。
2.高温系统
按制冷设备总负荷Qq=113Kw,按管长50米计算,回起管为Dg80,采用D89管子。
(三) 排气管
根据已选压缩机配管,确定总排气管采用D108管子。 (四)冷凝器至贮液桶
根据冷凝器热负荷Qq=400Kw,L=50m,管径为Dg50,采用D57管子。
I、制冷设备和管道的隔热厚度确定
凡管道和设备导致冷量损失的部位,将产生凝结水的部位和产生冷桥的部位,均应设置保温层。
(一) 中间冷却器
隔热材料采用聚氨酯,厚度为50㎜。 (二) 低压循环桶
隔热材料采用聚氨酯,厚度为100㎜。 (三) 低温管道 1、低温回气管
采用泡沫塑料,D57管子采用90㎜,D76管子采用95㎜,D89管子采用100㎜,D108管子采用105㎜。
2、高温回气管
采用泡沫塑料,D76管子采用65㎜,D89管子采用70㎜。 3、低压供液管
采用泡沫塑料,D38管子采用60㎜。
个人总结
通过一周的设计,虽然时间比较短,但我已基本掌握了小型冷库的设计过程,设计原则,进一步了解了设计的计算步骤、有关系数的选择、设备的选型以及地理位置、社会需求、冷藏温度、冷藏物种类、冷库容量等因素对冷库设计的不同要求。在设计过程中,我能够将所学的课堂知识应用于实践,不过发现很多不足,因此,查阅了相关资料,浏览了相关网站,还学到了很多书本上没有的东西。另外,在设计过程中,还锻炼了我认真谨慎,积极上进,的学习态度;同时,更加熟练了AtuoCAD、Word文档的基本操作。
本次设计,我受益非浅,不仅将所学知识学以致用,而且还学到了课本以外的知识,较大的拓展了知识范围。同时,在个人基本能力方面,也有较大的提高和促进。其中,所遇到的困难和发现的不足,为我以后的学习指明了方向;所学到的知识和所得到的经验,为以后的工作打下基础。
参考文献
1. 张萍主编. 制冷工艺设计. 中国商业出版社.2002年
2. 孙秀清主编. 制冷工艺设计实训教程. 中国商业出版社. 2001年 3. 陆亚俊 马最良 庞志庆编著. 制冷技术与应用. 1992年