水果冷藏库冷库课程设计

水果冷藏库冷库课程设计 课 程 设 计 设计题目 烟台300 t 装配式水果冷藏库 目 录 1、冷库的概 况................................................................................................................ 1.1、冷库的用途、规模情 况......................................................................................... 1.2、冷库的气象资 料..................................................................................................... 1.3、冷库的平面布置 图................................................................................................. 2. 制冷系统设计概 述............................................................................................. 2.1、设计原 则................................................................................................................. 2.2、制冷系统流 程......................................................................................................... 2.3、制冷系统方案内 容................................................................................................. 2.4、机房布置方 ——————————————————————————————————————————————— 案......................................................................................................... 2.5、库房特 征................................................................................................................. 3、设计计算 书................................................................................................................ 3.1、设计依 据................................................................................................................. 3.2、制冷负荷计 算......................................................................................................... 3.2.1、设计参 数.............................................................................................................. 3.2.2、冷间内各项冷负荷计 算...................................................................................... 3.2.3、库房冷 却设备负荷Qq ........................................................................................ 3.2.4、机械负荷 Qj ......................................................................................................... 3.3、制冷机器设备的选型计 算..................................................................................... 3.3.1、制冷循 环参数的确定.......................................................................................... 3.3.2、制冷压缩机的选型计 算...................................................................................... 3.3.3、冷却水 系统的选型计算...................................................................................... ——————————————————————————————————————————————— 3.3.4、冷却设备的选型计 算.......................................................................................... 3.3.5、节流 阀的选型计算.............................................................................................. 3.3.6、辅助设备的选型计 算.......................................................................................... 3.4制冷管 道设计计 算.................................................................................................... 3.4.1、 管径的选 择.......................................................................................................... 3.4.2、管材的选 用.......................................................................................................... 3.4.3、管道的伸缩和补 偿.............................................................................................. 3.4.4、管 道的隔 热.......................................................................................................... 4、 参考文 献................................................................................................................. ... 1、冷库的概况 1.1、冷库的用途、规模情况 该冷库位于烟台市，冷库仅有冷却物冷藏间，容量分别为300t， 主要用于冷藏苹果。 ——————————————————————————————————————————————— 1.2、冷库的气象资料: 1.3、冷库的平面布置图 该冷库的冷藏吨位为300吨，则冷却物冷藏间就有1间，则每间的冷藏量为300吨 2 (1)冷间的面积计算 根据:G??V?1S? 1000 式中: G—各冷库计算吨位(t); V1—各冷藏间的公称体积(m3); η—冷藏间的容积利用系数; ?s—食品的计算密度(kg/m3) 根据《制冷装置设计》表2-1-4查得水果的密度(箱装)为?s =300 kg/m3， 其中η=0.8。根据上式得， 公称容积:V?1000?300?1250m3 i300?0.8 冷库高度的确定: 净高为4.8m，堆码高度为3.5m。则冷却物冷藏间有效使用面积为1250/3.5=357.2?，)则净长和净宽分别为20m和17.86m; (2)、冷库的平面布置图 3 2. 制冷系统设计方案概述 2.1、设计原则 ——————————————————————————————————————————————— (1)满足食品冷加工工艺要求; (2)系统要运行可靠，操作管理方便，有安全保障; (3)系统应优先采用新设备、新工艺及新技术; (4)要考虑经济性。 2.2、制冷系统流程 双级压缩:蒸发器出口?回汽调节站?气液分离设备?低压级压缩机?低压级油分离器?中间冷却器?高压级压缩机?油分离器?冷凝器?贮液桶?中冷器?高压液体调节站?节流阀?低循桶?氨泵?低压液体调节站?蒸发器进口?蒸发器出口 单级压缩:蒸发器出口?回汽调节站?气液分离设备?低压循环桶?单级压缩机?油分离器?冷凝器?高压贮液器?高压液体调节站?节流阀?低压循环桶?氨泵?低压液体调节站?蒸发器进口?蒸发器出口 2.3、制冷系统方案内容 (1)采用制冷系统:单级氨制冷系统; (2)蒸发温度回路:冷藏间采用—10?回路， (3)供液方式:氨泵供液; (4)融霜方式:冷藏间采用干式冷风机，故采用热氨融霜方式; (5)自控内容:制冷系统的安全保护;局部回路的自控(液泵、冷藏间回路); 压缩机指令开停机，库房内的冷却设备在机房的遥控和库温遥测; (6)冷间冷却方式:直接冷却方式。 ——————————————————————————————————————————————— 2.4、机房布置方案 机房分成机器间和设备间两部分。制冷压缩机安装在机房内，仪表盘应面向主要操作通道;油分离器可随压缩机安装;冷凝器安装在室外离机房出入门较近的地方;高压贮液器布置在室外靠近冷凝器，且安装高度应与冷凝器配合，保证液体自流进入;油分离器应根据冷凝器和高压贮液器的标高来布置;总调节站设在机器间便于观察、操作的地方;液氨分离器设在机房之上;低压循环桶设在设 4 备间利用金属固定的平台上;氨泵布置在低压循环桶的下面近处;其余设备均按照有关资料的要求布置。 2.5、库房特征 (1)库房温湿度条件:冷藏间温度为0?，相对湿度为85%; (2)冷却设备及气流组织:冷藏间采用干式冷风机配均匀送风道，送风道由水平送风主管和喷嘴组成 3、设计计算书 3.1、设计依据 依据《冷库制冷设计》和依据《冷库设计规范》，按照设计要求(基础资料、设计参数、各库房冷藏容量、冷加工能力、平面布置图等)对整个制冷系统进行设计计算。设计内容包括制冷负荷计算、制冷压缩机的选型、辅助设备的选型、冷却设备、管径的选择及安全保护等。 3.2、制冷负荷计算 3.2.1、设计参数 (1)维护结构传入热Q1 根据公式: Q?K?F?a(tw?tn) 式中 K—维护结构传热系数，单位W/??K; F—维护结构传热面积，?; ——————————————————————————————————————————————— a—维护结构两侧温差修正系数，查《制冷装置设计》表2-2-2可得; tw—维护结构外侧计算温度?，当计算外墙、顶棚时，按规定值取;当计算内墙地坪时，按邻室温度规定值取; tn—冷间设计温度?。 5 (2)、货物放热量Q2 Q2?Q2a?Q2b?Q2c?Q2d? G'?h1?h2??103 ? ? G'BCb?t1?t2??103 ? G'?q1?q2? ??Gn-G'q2 2 ?? 式中 Q2a—食品放热量; Q2b—食品包装材料和承载工具的热量; Q2c—食品冷加工过程的呼吸热; Q2d—食品冷藏过程中的呼吸热; G′—冷间每天进货量(kg);G′=1200*1000*8%=96000kg h1、h2—货物进出冷间的焓值kJ/kg; τ—货物冷加工时间，s; B—货物包装材料和运载工具的重量系数; Cb—包装材料或运载——————————————————————————————————————————————— 工具的比热，kJ/kg?K; t1—包装材料或运载工具进入冷间时的温度，?; t2—包装材料或运载工具在冷间内降温终止时的温度一般为库房设计温度，?; q1、q2—鲜果冷却初始、终止温度时的呼吸热，W/ kg; Gn—冷却物冷藏间的冷藏量，kg。 G′=1200*1000*8%=96000kg 6 (3)通风换气冷负荷Q3 Q3? ?hw?hn?n?V?n?103 24?3600 式中:hn，hw—室内外空气的焓值，kJ/kg; n—每日换气次数，取2次; V—冷间内的净容积，m3; ρn—冷间内空气密度，kg/ m3。 (4)电机运行热当量Q4 Q4??Ni??i??i?103 式中:Ni—各电动机的额定功率，kW; ξi—各热转化系数，取1; ρi—各电机运转时间系数，取1。 假设冷间的单位制冷负荷为115W/t，则单个冷间Qq假设=115Gn=115×300=34500W，冷风机的蒸发面积为: (1) F? Qq假设K?t ? ——————————————————————————————————————————————— 34500 ?203.09m2 17? 10 选用大连冷冻机生产的KLL-250型落地式氨空气冷却器，蒸发面积为256平方米，该风机配用两台电动机，每台机功率为2.2KW，共4.4kW，那么冷间电动机耗冷量的计算结果见表: 7 经校验，各冷间假设的冷却设备负荷Qq假设与实际计算得出的冷却设备负荷Qq的误差为2%,10%，说明选用的冷风机合理。 (5)操作管理冷负荷Q5 V?n?hw?hn?M?rn?103 Q5?Q5a?Q5b?Q5c?qdF??0.125nr?qr 24?3600 式中:qd—冷间每平方米地板面积照明热量，W/?; F—冷间地板面积，?; V—冷间内净容积，m3; n—每日开门时引起换气次数; hn，hw—室内外空气的焓值，kJ/kg; M—空气幕修正系数; rn—冷间内空气容重,kg/ m3。 nr—操作人员数量; qr—每个操作人员每秒的放热量。 3.2.3、库房冷却设备负荷Qq Qq?1.1Q1?PQ2?Q3?Q4?Q5 式中，P—冷却物冷藏间取1。 ——————————————————————————————————————————————— 8 3.2.4、机械负荷Qj Qj?R????nik?Qik? i?1k?15 6 式中:R—制冷装置管道和设备等冷量损耗补偿系数，取1.07; n1k—维护结构传热量的季节修正系数，取1.00; n2k—机械负荷折减系数，冷却物冷藏间取0.6; n3k—同期换气次数，取0.8; n4k—冷间电动设备的同期运转系数，冷却物冷藏间和取1; n5k—冷间同期操作系数，冷却物冷藏间取1; 3.3、制冷机器设备的选型计算 整个冷库的耗冷量计算以后，便可按机器总负荷进行选择制冷压缩机及所配用的设备。按这个冷库的设计条件，确定冷凝温度，氨液冷凝后的再冷温度以及制冷压缩机循环的级数，然后进行计算。 3.3.1、制冷循环参数的确定 (1)蒸发温度tz的确定 由于蒸发器是直接布置在库房的，一般比库温低8,10?，故冷却物冷藏间取-10?; (2)冷凝温度tl的确定 根据烟台地区的水文地质条件及气象条件，采用冷却水循环冷却。冷凝器的进水温度ts1=ts+?=25.9+3=28.9?(其中ts为室外空气湿球温度，?为冷却塔的冷幅高)，冷凝器的出水温度为ts2= ts1+2=28.9+2=30.9?(立式冷凝器) ?tm? ——————————————————————————————————————————————— ts2?ts1 t-tlnls1 tl-ts2 9 式中 ?tm—对数平均温差，取值范围为4,6?，取4?。由此计算出冷凝温度 为34?。 (3)吸入温度tx的确定 对氨泵供液系统，设计工况的吸入温度冷藏间tx为-7?; (4)过冷温度tg的确定 冷却物冷藏间的过冷度tg为3?; (5)制冷循环压缩机的级数确定 这个冷库要求冷却物冷藏间的温度为0?，蒸发温度为-10?; 当冷凝温度为34?时，相应的冷凝压力为Pl= 13121Kpa，当冷却物冷藏间蒸发温度为-10?时，相应的蒸发压力为Pz= 2908Kpa;按照冷凝压力和蒸发压力的比值考虑: 冷却物冷藏间: 3.3.2、制冷压缩机的选型计算 (a)单级压缩机的选型:如图1，取过冷度3?，节流前氨液的温度tg=31?。根据《制冷装置设计》附录4查得有关参数:h0=343.757kJ/kg;h1=1456.849kJ/kg ;v1=0.4237m3/kg;h2=1678.042kJ/kg;h3=h4=343.757kJ/kg; h2′=362.91kJ/kg，λ=0.74 ——————————————————————————————————————————————— 单位制冷量:q0?h1?h3 Pl13121==4.51,8，故宜采用单级压缩制冷循环; Pz2908=1456.849-343.757=1113.1kJ/kg ?制冷剂质量流量:G?Qj q028.66 =0.026kg/s 1113.1 Vp?Qjv1?10?3 ?(h1?h4) 28657.2?0.4237?10?3?0.74?(1456.85?306.18) ? ?53.6?m/h??0.015m3/s 3?10 s (b)查看压缩机产品目录，选用一台烟台冷冻机厂生产的2AV-10单级活塞式制冷压缩机，其性能参数如下: (c)校核 a、制冷量的校核 实际制冷量: Qc??GCqoV??qp ov1?0.015?0.74??1456.849?343.757??29.2KW?Qj 0.4237式中?Gc—制冷剂实际总流量，kg/s;?GC? 3V?; pv1其中，?Vp—选用压缩机理论总输气量，m/s。 3.3.3、冷却水系统的选型计算 ——————————————————————————————————————————————— (1)冷凝器的选型计算 ?冷凝器的热负荷计算 单级压缩循环(见图1) Ql??G?h2-h3?? Ql=0.026×(1678.042-343.757)=34.7kw 式中:G—制冷剂质量流量， h2，h3—单级循环冷凝器进出口制冷剂的焓值，kJ/kg; ?冷凝器面积计算 F?QlQ34.7?l??10.2m2 K?tmqf3.4 式中:F—冷凝器传热面积，?; 11 K—冷凝器传热系数，kW/?; ?tm—对数平均温差，取值范围为4,6?; qf—冷凝器单位面积热负荷，kW/?，取3.4kW/?。 ?选用大连冷冻机厂的冷凝器WN-20一台，其技术参数如下: 3.3.4、节流阀的选型计算 (1)流量计算 冷藏间: Gmax??1.5~?2?Gon??1.5~?2?(2)通道截面积计算 由Gmax?2?CD Qj'qo ??1.5~?2? 28.66 ——————————————————————————————————————————————— ?0.039~0.052?kg/s?1113.1 ? 4 D2l??Pv，得n 冷藏间: Dn? 2Gmax ? 22?0.039~0.0523.14?0.35?594?13.121-2.908?10 3 ??CD??l??Pv ?0.002~0.0023m 代入公式A?Amax? A? ? 4 D2n，有 2 ? 4 ??0.002~0.0023??106?3.14~4.15mm2 式中 G—流经节流阀的制冷剂流量，kg/s; ——————————————————————————————————————————————— A—通道截面积，?; ρl—节流阀前液体的密度，取594kg/ m3; ?Pv—节流前后的压差，Pa;CD—流量系数，取0.35。 (3)节流阀的的选型 冷藏间选用1型号为DL21W-40T P节流阀，其技术参数如下: 12 3.3.5、辅助设备的选型计算 (1)油分离器的选型计算 DYF?1.128 4VP?vp ??vx ?1.128 G?vp ? DYF?1.128 0.026?0.09867 ?0.146.m 0.15 式中 ,p，,pg—压缩机排气口制冷剂蒸汽的比容，m3/kg; G，Gg—制冷剂流量，Kg/s; ω—油分离器内气体流速，取0.15 m/s。 选用YF-40(大冷)一台，其技术参数如下: (2)贮液器的选型计算 VZA?3600?G ——————————————————————————————————————————————— ??‘ 0.7 ?3600?0.026? 0.5?0.0017 ?0.11.m3 0.7 式中 υ′—冷凝温度下液态制冷剂的比容，m3/ kg; ?G —制冷系统制冷剂总循环量，kg/s; 0.7 —贮液器的允许液体充满度; ψ —贮液器的容量系数，取0.5。 选用大冷ZA-1.5一台，其技术参数如下: (3)汽液分离器的选型计算 13 Def?4G??''G?'' ?1.128???? -10?蒸发回路:D?0.41769 ef?1.128?0.026 0.5?0.173m 式中:G—通过气液分离器供液量，kg/s; ν—在该蒸发压力下气体制冷剂的比容，m3/kg; ω—气体制冷剂流速，取ω=0.5m/s。 气液分离器桶身高度一般为桶身直径的3-4倍，即: Hef=3-4Ddf ——————————————————————————————————————————————— 选用大连冷冻厂汽液分离器一台，其技术参数如下: (4)低压循环桶的选型计算 ?低压循环桶桶径计算 D?4Vp???n?1.128Vp??n 冷藏回路:D?1.128?0.015?0.74 0.5?1?1?0.168m 式中 Vp —压缩机(双级压缩时指低压机)的理论输气量，m3/s; λ —压缩机(双级压缩时指低压机)的输气系数; ω —低压循环桶内气体流速，取0.5m/s; ξ —低压循环桶的面积系数，取1; n —低压循环桶气体进口个数，取1。 下进上出供液系统 Vd??0.2V' q?0.6Vh??b?qb?/0.7 14 Vh??d2l43.14?0.0322?20??0.016m3q4;b=0.68m3/h=0.00019m3/s (氨泵选型后算出);?b=540秒。 Vd?0.2Vq'?0.6Vh??b?qb/0.7??0.2?0?0.6?0.016?540?0.00019?/0.7 ?0.16m3?? 式中 Vd —低压循环桶的容积，m3; Vq′—各冷间中，冷却设备注氨量最多的一间蒸发器总净容积，——————————————————————————————————————————————— m3; Vh —回气管内净容积，m3; qb —一台氨泵的流量，m3/s; τb —氨泵由启动到液体制冷剂自蒸发器返回低压循环桶的时间，一般可 采用540,720s。 选用型号为DXZ-1.5的低压循环桶一台，其技术参数如下: (5)氨泵的选型计算 根据氨泵的流量进行氨泵的型号选择。 qb??Qq?' qo 冷藏回路:qb? ?Qq?'4?35.193?0.0015 qo1456.849?343.757?0.683m3/h 式中 Qd —氨泵回路蒸发器负荷，kW; υ′—该蒸发温度下液体制冷剂的比容，m/ kg; qo —制冷剂单位质量制冷量，kJ/kg; β—氨泵的供液倍率，取3,4。 由于选用1个低压循环桶，故氨泵也选用1台。冷藏间、冻藏间均选用32P-40A屏蔽泵，其技术参数如下: 3 15 (6)排液桶的选型计算 Gz??'563.2?0.0015?0.50Vp???0. ——————————————————————————————————————————————— 6m3 0.70.7 式中 Gz —注氨量最多的一间库房蒸发器的注氨量，kg;? υ′—在该蒸发温度下，液体制冷剂的比容，m3/ kg; 0.7 —排液桶允许充满度。 根据以上数据，可选用PYA-1型的排液桶一台，其中工作容积为1m3，可满足设计要求。 (7)空气分离器的选型 依据冷库的规模，冻藏回路选择大冷生产的KF-32空气分离器，参数如下表: (8)集油器的选型 选用JY-150的集油器一台，其技术参数如下: (9)干燥器和过滤器的选型 ?氨干燥器的选型 选用YG-32的氨干燥器一个，其技术参数如下: 16 ?氨气过滤器的选型 选用QG-65的氨气过滤器一个，其技术参数如下: 3.4制冷管道设计计算 3.4.1、管径的选择 (1)回汽管管径的计算 由公式?4d2 n????G ?，得出dn?1.128G0.026?1.128??0.026m???14?2.69 ——————————————————————————————————————————————— 式中 dn —管子内径，m; G —制冷剂流量，kg/s; ρ—氨气的密度，取2.69kg/m3; [ω]—制冷剂限定流速，取14m/s。 选用管径为32mm的碳素钢管 (2)管子的总阻力校核 略 3.4.2、管材的选用 (1)材料 ?氨管采用A10碳素钢管; ?冷凝器的冷却水采用镀锌钢管; ?润滑油管采用A10碳素钢管。 (2)壁厚 ?min2?1.2?26P?dn??C??1.5?1.70mm22??P2?53??1.23 式中 P —计算压力，一般取试验压力的2/3或3/4，试验压力取1.2MPa; dn —管子内径，mm; [σ]—管子材料的许用应力，MPa; 17 C —附加度，取1.5mm。 回气管选用32mm×2.5mm的A10碳素钢管。 3.4.3、管道的伸缩和补偿 ?t>31?，所以需要热补偿。由于管道直管段不超过100m，故——————————————————————————————————————————————— 采用L形自然补偿方法。 3.4.4、管道的隔热 管道隔热层的最小厚度可按公式t外?t内 t外?t表?1?2??D?lnD计算。 d外?2 29??-10?2?0.047D?1??D?ln，估算得D?0.05m29?278.1410.032 式中 t内 —管道内制冷剂的温度，?; t外 —隔热层外表面周围空气的温度，?; t表 —隔热层表面温度，?; λ2 —隔热材料的导热系数，取0.047W/m?K; α2 —管外侧隔热层外表面空气的放热系数，取8.141W / m2?K; d外 —管子外径，m; D —包隔热层后的外径(D= d外+2δ)，m; 于是，隔热层的厚度为 ??D?d外?0.009m，为了便于施工，?取10mm，则D'?52mm。 2 其他需要保温的设备有低压循环桶、排液桶及其他低温管道。 3.4.5冷风机风量的计算 各房间的风量按qv=β??q计算 qv—冷风机的风量m3/h ?q—库房冷却设备负荷W β—配风系数;冻结间采用β=0.9~1.1,冷却间、冷藏间采用β=0.5~0.6m3/w?h 18 ——————————————————————————————————————————————— 冷藏间风机风量计算: 冷藏间 qv=0.5×35.193×103=17597m3/h 3.4.6冷藏间的冷分配布置 1风管的管道计算 库房实际总风量为17597m/h，冷风机额定风量19560m/h 33 1.拟定风口平均流速6m/s 设计每个风口流量为 n?17597?25.14，取n?26个 700700m3/h 则总共所需风口数 每两个风口间距为1.5m, 则风道总长度为19.5m，孔口流量系数取μ=0.6 每个出风口的面积大约为f? 侧孔静压流速为vj?v?700?0.0324m2 3600?6? 26?10m/s 0.6 侧孔应有静压pj?vj?? 2102?1.2??60Pa 2 按vj/vd?1.73的原则设定vd1,求出第一侧孔前管道断面1的截面面积A1 19 设断面1处的空气流速vd1则 vj11.73 ? 10v?5.5m/s ?5.8m/s?vd1，取d1 1.73 ——————————————————————————————————————————————— 5。52?1.2 ?18.15Pa 断面1动压Pd1? 2 断面1截面积A1? Pq1?60?18.15?78.15Pa 17957 ?0.91m2 D1=1.08m 断面1气压 3600?5.5 2.计算1—2的阻力(Rl?Z)1?2,再求出断面处的气 Pq2?Pq1??Rl?Z?1?2?Pd1?Pj??Rl?Z?1?2 管段1—2的摩擦阻力: 已知风量L=17597m3/h ，D1=1.08m查表得 管径应取断面1、2的平均直径,得 D2未知 取近似的D1=1.08作为平均直径查得Rm1=0.20 2各管段尺寸计算表 由《通风与空气调节工程》(主编-徐勇-机械工业出版社)附录L和附录M查表可得各管段的尺寸以及相关技术参数 20 风管总阻力ΔP总=62.11Pa 新风送入方式:将新风管接在冷风机蒸发器以后的轴流风机的吸入段上 4、参考文献 ——————————————————————————————————————————————— (1)原国家国内贸易局主编《冷库设计规范(.GB50072-2001)》，中国出版社.2001年 (2)吴业正主编《制冷原理与设备》，西安交通大学出版社. 2005年 (3)商业部设计院编《冷藏库制冷设计手册》，农业出版社. 1976年 (4)李建华，王春主编《冷库设计》，机械工业出版社.. 2003年 (5)庄友明主编《制冷装置设计》，厦门大学出版社.2006年 (6)余华明主编《冷库及冷藏技术》，人民邮电出版社.2007年 21 ———————————————————————————————————————————————