Фрукто хранилище с децентрализованным охлаждением


Содержание

 

     

1

Введение

  

2

Технология термообработки и хранения продуктов

  

3

Расчет площадей. Планировка холодильник (экспедиции)

 

4

Расчет теплоизоляции

  

5

Расчет теплопритоков

  

6

Определение рабочей нагрузки на холодильное  оборудование

  

7

Выбор расчетного рабочего режима

  

8

Построение цикла и определение  параметров холодильного агента

  

9

Расчет и подбор основного холодильного оборудования

  
 

9.1     Расчет и подбор  компрессорных агрегатов

  
 

9.2     Расчет и подбор  теплообменных аппаратов

  

10

Расчет и подбор вспомогательного оборудования и трубопроводов

  

11

Автоматизация холодильной установки

  

12

Охрана труда и окружающей среды

  

13

Литература

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


1. Введение

 

Переход России к рыночным отношениям в значительной мере изменил условия работы предприятий, предусмотренные технико–экономическим обоснованием (ТЭО) строительства холодильников, в том числе распределительных которые были спроектированы и построены в период планов – распределительной экономики для единовременного длительного хранения скоропортящихся продуктов в большом количестве, в настоящее время общая вместительность холодильников Росмясомолторга превышает 1,3 млн. т.

ТЭО учитывало  сезонность производства продуктов  животноводства, ограниченность их ресурсов в стране, территориальную удаленность центров убоя скота, а также контроль государства за плановыми поставками и централизованными фондовым снабжением населения.

Однако на сегодня  степень загрузки хладокомбинатов  по России составляет всего 20-35 % от их вместимости. Низкий уровень использования холодильных емкостей привел к увеличению издержек производства, снижению прибыли и рентабельности холодильников и соответственно к повышению стоимости услуг , оказываемых  холодильниками при возрастающей стоимости энергетических и сырьевых ресурсов. Этот фактор все в большей степени влияет на эффективность работы холодильного оборудования и процессов холодильной обработки пищевых продуктов.

Повышение рентабельности предприятий в современных условиях невозможно без проведения реконструкции хладокомбинатов. В связи с этим в настоящее время проводятся исследования по совершенствованию реструктуризации холодильных предприятий, процессов холодильной обработки и переработки сырья биологического происхождения, тепло-массообмена в аппаратах холодильных машин.

 

 

2. Технология  термообработки, хранения, производства  продуктов

Изменения, происходящие в холодильнике во фруктах, в значительной степени  зависят от окислительно-восстановительных  реакций, в первую очередь от дыхания. Фруктам как живым организмам присущ обмен веществ с окружающей средой. При дыхании происходит поглощение кислорода, и выделение углекислого газа изменяют состав окружающей среды. Для нормального дыхания фруктов достаточно содержание в окружающей среде кислорода около 4-5%

В камерах холодильников фрукты охлаждают холодным воздухом, который  вентиляторами перемещается по замкнутому пространству между камерой и  воздухоохладительным агрегатом, при  этом фрукты загружаются в камеры не более чем на 10-20% их емкости, поддерживают  в последних температуру 0-1 0С и относительную влажность воздуха 30%. Общая продолжительность охлаждения от температуры от +20 до +5 0С составляет 18-24 часа.

Оптимальную температуру хранения определяют два фактора: чувствительность к низким температурам, т.е. восприимчивость плодов к заболеваниям от холода при температурах, значительно выше точки замораживания, и температура замерзания влаги в продукте, величина, которая зависит от химического состава фруктов, она колеблется от –1 0С до-4  0С.

Для большинства видов фруктов оптимальной считают температур хранения, близкую к температуре замерзания, поскольку при этих условиях интенсивность дыхания и расход органических веществ минимальны.

Оптимальная влажность для яблок, груш, винограда поддерживаются в пределах 85-90%. В последний период хранения увеличивают влажность воздуха 2-3% вше нормы, чтобы избежать быстрого увядания перезревших плодов.


Чтобы избежать конденсации на фруктах и резких колебаний температур воздуха, свежий подводят в камеры после обработки до температуры воздуха в камере. Обмен воздуха при вентилировании принимается равным 3-4 объемом незагруженной камеры в сутки. При таком числе обмена воздуха обеспечивается нормальный состав воздуха в камере и не требуется дополнительных расходов холода на его охлаждение.  

 

   3. Расчет площадей. Планировка холодильника (экспедиции)

Грузовой объем камер хранения определяется по формуле (2.1.)  [1]

Vгр=Е/qƯ (м3)

где: Е- условная емкость  холодильника (т)

       qƯ -норма нагрузки (т/м3), определяется по таблице №                             [1]

                                            

                                               [1]

Определение грузовой площади  камер хранения по формуле (2.2.) [1]

uде: hгр- грузовая высота 5 м

Определение строительной площади  камер хранения по формуле (2.3.)  [1]

где: βF – коэффициент использования строительной площади камер

Определение числа строительных прямоугольников по формуле (2.4.)  [1]

где: f – строительная площадь одного прямоугольника


     

Действительное число  прямоугольников  nд=6

Принято 2 камеры  размерами 12´12´6 м

Действительная емкость  холодильника определяется по формуле (2.5.)  [1]

где: nд – принятое число строительных прямоугольников

Действительная емкость 1-й камеры: Ед/n=421/2=210 (т)  

  Рисунок 3.1 Планировка холодильника

                             

 


 


 

 


 

 


 

 


4. Расчет теплоизоляции


Для расчета толщины  теплоизоляции  конструкций зданий холодильников  по температуре воздуха в камере t=0 0С и районам строительства по таблицам: №     № 2.9, 210 принимаются коэффициенты теплопроводности, теплопередачи и теплоотдачи.

 Таблица 4.1 Значения коэффициентов

Ограждение

Изоляция

Вт/(мК)

Ко

Вт/(м2К)

Вт/(м2К)

Вт/(м2К)

Наружная        стена

ПС-БС

0,047

0,3

9

23,3

Внутренняя

стена

ПС-БС

0,047

0,44

9

8

Покрытие

Керамзитовый гравий

0,2

0,29

9

23,3

Пол

Керамзитовый гравий

0,2

0,41

9

-


Определение толщины теплоизоляции по формуле 2.11. [1]:

          (м)

          где:      - коэффициент теплопроводности изоляционного и строительных материалов, составляющих конструкцию ограждения, принимаемые по таблице, Вт/(мК)

             К0 -   коэффициент теплопроводности ограждения, принимаемый в зависимости от характера ограждения  и температур по обе стороны от него в соответствии с указаниями, Вт/(м2К).

         -    коэффициент теплоотдачи с внутренней или более холодной стороны ограждения, Вт/(м2К)

         -   коэффициент теплоотдачи с наружной или более теплой стороны ограждения, Вт/(м2К).

                 -  толщина отдельных слоев конструкции ограждения, м

Определение толщины теплоизоляции для наружной стены:

          

   Определение толщины  теплоизоляции для внутренней  стены:

          

Определение толщины  теплоизоляции для покрытия:

 

Определение толщины  теплоизоляции  для пола:

Расчет  действительного  коэффициента теплопередачи ограждений холодильных камер

          Действительный коэффициент теплопередачи  определяется по формуле 2.12. [1]:

                                    Вт/м2К

          где:     -  коэффициент теплопроводности изоляционного и строительных материалов, составляющих конструкцию ограждения, принимаемых по таблице, Вт/(м2К);


                     -   коэффициент теплопроводности ограждения, принимаемый в зависимости от характера ограждения и температур по обе стороны от него в соответствии с указаниями, Вт/(м2К).

                       -    коэффициент теплоотдачи с внутренней или более холодной стороны ограждения, Вт/(м2К).

                 -    коэффициент её теплоотдачи с наружной или более теплой стороны  ограждения, Вт/(м2К).

                  -    толщина отдельных слоев конструкции ограждения, м

   Определение действительного коэффициента теплопередачи для наружной стены:       

Определение действительного  коэффициента теплопередачи для  внутренней стены:

5. Расчет теплопритоков


Сохранение высоких качеств  продуктов питания может быть обеспечено только при стабильном оптимальном  температурном режиме, который поддерживается в камерах холодильника. Для создания наиболее благоприятных режимов обработки и хранения продуктов необходимо правильно выбрать оборудование камер, компрессорного цеха, как основное, так и вспомогательное.

Холодильное оборудование подбирают  на основании теплового расчета, учитывающего все виды теплопритоков, которые могут повлиять на изменение температурного режима в камерах.

Поскольку оборудование подбирают  для каждой камеры в отдельности, то и тепловой расчет выполняют для  каждого охлаждаемого помещения. Целесообразно  все расчеты сводить в таблицы  произвольной формы, которые должны включать все необходимые величины.

Учитывают следующие теплопритоки:

через ограждающие конструкции  помещения  ;

от продуктов при их холодильной  обработке  ;

от наружного воздуха при  вентиляции помещений ;

от различных источников при  эксплуатации ;

от продуктов при  «дыхании», имеющие место только на специализированных фруктовых холодильниках  или в камерах хранения фруктов  на распределительных холодильниках, .   

Расчет теплопритоков  через ограждения

Определение теплопритоков  через ограждения по формуле 2.11. [1]

,         (Вт) 

где - теплопритоки через стены, пол и покрытие, Вт;

       - теплоприток от солнечной радиации, Вт;

Теплопритоки через стены, пол  и покрытие находятся по формуле 3.2. [1]

,

где - действительный коэффициент теплопередачи ограждения,

       определенный при расчете толщины изоляционного слоя ;

       - площадь поверхности ограждения, ;

       - температура воздуха снаружи ограждения, 0С;

       - температура воздуха внутри охлаждаемого помещения, 0С.


Теплоприток от солнечной радиации определяется по формуле 3.5. [1]

,

где - избыточная разность температур, характеризующая действие

       солнечной радиации в летнее время, 0С.

                                             

Рисунок 5.1 Камера № 1

  Таблица 5.1 Теплопритоки через ограждения в камеру №1

Ограждение

Кg

F,м2

∆t

∆tc

Q1т

Q1c

АБ

0,4

72

33

-

950,4

-

БВ

0,4

72

25

-

720

-

ВГ

0,56

72

0

-

0

-

ГА

0,35

72

15

-

378

-

Покр

0,56

144

33

17,7

2661ю

1427

Пол

0,41

144

23

-

1357

-

Всего

        

7493

  

 

Теплопритоки  через ограждения в камеру № 2 аналогичны теплопритокам в камеру № 1

            Теплопритоки от термообработки

Определение теплопритоков от продукта по формуле 3.6. [1]:

Q2 =Мк*DI*1000/t*3600=(Вт)

где: Мк - суточная поступление продукта в камеру (т/сут)


DI – разность удельных энтальпий, соответствующих начальной и конечной температуре продукта (Дж/кг)

t - продолжительность холодильной обработки продукта (час)

3600 – переводной коэффициент  из часов в секунды

Мк=(6-10)% Ек=0,1*52,6=5,3 (т)

По начальной и конечной температуре  определяется энтальпия продуктов 

Q2 ГР= 5,3*(346-271)*1000*/24*3600=3,97 кВт

Определение теплопритоков от тары по формуле 3.7. [1]:

Q2 Т =Мт*Ст(t1-t2)*1000/t*3600=(Вт)

Масса тары принимается (10-20)%   Мк=0,2*5,3=1,06 (т)

Q2 Т =1,06*2500*(25-0)*1000/24*3600=66,2 Вт

Общий теплоприток;  Q2 ОБ= Q2прод+ Q2 т=3970+66,2=4036,2 Вт                     

 

Определение теплопритоков от вентиляции помещений

Теплопритоки от наружного  воздуха при вентиляции определяются по формуле 3.8. [1]:

Q3=Мв*(iНАР- iВН)   Вт

где: Мв –расход вентиляционного воздуха  (кг/с)

iНАР, iВН – удельная энтальпия наружного воздуха и в камере (Дж/кг) 

Расход вентиляционного  воздуха определяется по формуле 3.8а. [1]: 

Мв=V*а*rВ/24*3600 (м3/с)

где: V – объем вентилируемого помещения (м3)

 а – кратность воздухообмена  (3-4)

rВ – плотность воздуха в камере (кг/м3)

Мв=(864)*3*1,29/24*3600=0.0516 (м3/с)

Q3=0,0516*(78-8,5)*1000=3580 Вт

Определение эксплуатационных теплопритоков.

          Определение  теплопритоков от освещения по  формуле 3.9. [1]:

                                     g 1=  AF =1,2 * 144 = 172 Bт ,


           где: А =1,2Вт/м2 – количество тепла, выделенного освещением в единицу времени на 1м площади пола.

            F – площадь камеры,м2

Определение теплопритоков от пребывания людей формуле 3.10. [1]:  

                             g 2  = 350 n = 350 * 2 =700  Bт   ,

           где: 350 – тепловыделение одного человека  при тяжёлой физической работе, Вт

           n – число людей, работающих в данном помещении

           Определение  теплопритоков  от работающих  электродвигателей формуле 3.11. [1]:   

                        g 3 = 1000 N  = 1000  *  4  =  4000 Bт ,  

               где : N – мощность электродвигателя

           5.4.4. Определение теплопритоков   при  открывании дверей формуле 3.12. [1]:

g 4 =  BF  = 15  *  144 = 2160 Bт ,

            где: В  – удельный  приток  тепла от открывания  дверей

                   F – площадь камер, м

Определение суммарных  эксплуатационных теплопритоков по формуле 3.13. [1]:

Q4  = g1 + g2 + g3 +g4 = 173 + 700 +4000 + 2160 =7032 Вт

 

Определение теплопритоков  от фруктов (овощей)  при дыхании.

Теплопритоки от фруктов  определяются по формуле:

Q5=Ек*(0,1qН+0,9qХР)

где: Ек - емкость камеры (т)

qН , qХР –тепловыделения плодов при температурах поступления и хранения, определяется по таблице  (Вт/т)


Этот вид теплопритока учитывают только на специализированных холодильниках для хранения фруктов и овощей в тех же камерах распределительных холодильников.

Q5=200(0,1*121+0,9*19)=5840 Вт

 

 

 

 

Теплопритоки на холодильные камеры

Таблица № 5.2. Сводная таблица теплопритоков.

№

Q1 Вт

Q2 Вт

Q3 Вт

Q4 Вт

Q5 Вт

QОБЩ Вт

 

камера

КМ

 

4036

 

3580

камера

 

5840

камера

КМ

1

1838

1838

7032

13355

13355

2

1838

1838

4036

3580

7032

5840

13355

13355

3

      

3580

7032

5840

    

                                                                                       Итого:    26710

6. Определение рабочей  нагрузки на холодильное оборудование

Нагрузка на камерное оборудование определяется как сумма всех теплопритоков ΣQ (в Вт). Все виды теплопритоков учитываются полностью, так как оборудование должно обеспечить отвод тепла при самых неблагоприятных условиях.

Холодопроизводительность компрессоров определяем по формуле № 3.15 [1]

,

где - коэффициент, учитывающий потери в трубопроводах и аппаратах холодильной установки;

- суммарная нагрузка на компрессоры  для данной температуры кипения,  принятая по сводной таблице  теплопритоков;

       - коэффициент рабочего времени.

Определяем холодопроизводительность компрессоров (в кВт)



8. Выбор расчетного рабочего режима холодильной установки

Рисунок 8.1. Диаграмма влажного воздуха

   I

 

 

 

 

 

 

 

                                                                             d

        Рабочий режим холодильной установки определяется следующими характеристиками: температурой и давлением кипения и конденсации, температурой всасывания и переохлаждения. Температура воды зависит от района расположения. Т.к. я предполагаю строительство холодильника в Ростовской области, и для летнего режима с максимальной тепловой нагрузкой принимают параметры воздуха по таблице 3.1.

        Таблица 8.1.- Определение параметров воздуха.

             Параметры воздуха

    Параметры

Температура наружного  воздуха летняя

          +33С

Относительная влажность 

           41%

Среднегодовая температура

           +8,7С


        По диаграмме влажного воздуха  и по температуре влажного  наружного воздуха определяют  температуру мокрого термометра. Для Ростовской области температура мокрого термометра tмт =22С.

        Температура  поступающей воды в конденсатор  зависит от внешних условий  и системы оборотного водоснабжения:

tвд1 = tмт+3 = 22 +3 = 250С

где: tмт - температура мокрого термометра, 0С.

где: tвд1   - температура поступающей воды в конденсатор, 0С

Для испарительных конденсаторов  температура воды остается постоянной

tвд1 = tвд2= Const=+250С

Температура конденсации   tк= tвд+(8-11)0С=250С +100С =+350С

Температура кипения холодильного агента :

t0=tв.-(7-10)0С=+50С-50С=-50С

  Температура всасывания холодильного агента :

tвс=t0+(5-15)0С=-50С+100С=+50С

 Цикл холодильной  машины принят без переохлаждения

Таким образом рабочий режим  холодильной установки выбран следующий:

t0=-50С

tвс=+50С

tк=+430С

8. Построение  цикла и определение параметров хладагента

Рисунок 8.1. Изображение цикла в диаграмме i-Lg P

На рисунке слева изображен  цикл одноступенчатого сжатия в диаграмме i – lgp. Процессы, изображенные в диаграмме:


 

4 -1 - кипение в испарителе при t0 и p0;

1 -1 – перегрев пара на всасывании от t0 до tвс при постоянном давлении p0;

1 -2 – адиабатное сжатие  в компрессоре;

2 -3 – процесс отвода  тепла в конденсаторе, который  можно разделить на два процесса: 2 -2 - охлаждение пара до состояния насыщения (сбив перегрева) при постоянном давлении pк и 2 -3 – конденсация хладагента при tк и pк.


3– 4 – дросселирование хладагента  в регулирующем вентиле от pк до p0 по линии постоянной энтальпии. 0С

 где:  4-1- кипение  в испарителе при t0  и P0.

    1. перегрев пара на всасывании от t0 до tвс при постоянном давлении P0.
    2. адиабатное сжатие пара в компрессоре
    3. процесс отвода тепла от холодильного агента в конденсаторе:

2-2'-  охлаждение пара  до состояния насыщения при  постоянном давлении

2'-3-   конденсация  пара в конденсаторе

    1. дросселирование хладагента в регулирующем вентиле

В диаграмме i-lgP и по таблицам для фреона 134А определяются параметры для всех точек цикла холодильной машины, значения параметров записываются в таблицу

 Таблица 8.1.  Значения параметров хладагента

 

Р

мПа

t

0С

i

кДж/кг

V

мз/кг

S

кДж/(кгК)

X

1'

0,28

-5

555

0,07

8,95

1

1

0,28

+10

564

0,07

9,06

Перегретый пар

2

0,98

+100

598

0,018

8,06

Перегретый пар

2'

0,98

+40

582

0,019

8,42

1

3'

0,98

+40

433

-

-

0

3

0,98

+36

428

-

-

0

4

0,28

-5

428

-

4,75

0,15


 

9. Расчет и  подбор основного холодильного оборудования

9.1 Расчет и подбор компрессорных агрегатов

        Определение  холодопроизводительности  1 кг хладагента.

g0 = i1  -  i4 = 555 – 428 = 127 кДж/кг.

        где:  i1 - сухой насыщенный пар, кДж/(кгК)

i4 -  область влажного пара, кДж/(кгК)

        Расчет массового расхода пара  определяется по формуле:


       где: Q0- рабочая нагрузка на компрессор, кВт

               g0 – холодопроизводительность 1кг хладагента, кДж

       Определение действительного объемного расхода пара по формуле:

Vд = MV1 = 1,157 * 0,07 = 0,08м3/с

      где:  М -массовый расход пара, кг/с

               V1- удельный объем всасывающего пара, м/кг

      Определение  коэффициента подачи компрессора  по степени сжатия:

Степень сжатия:

       где:  Рк  - давление конденсации, мПа

               Р0   - давление кипения, мПа

     По графику  определяется коэффициент подачи  компрессора:

              

Определение объемного расхода пара описываемого поршнем компрессора:

где: Vд - действительный объемный расход пара, м/с

        - коэффициент подачи компрессора

Определение теоретической  мощности компрессора по формуле:

Nm  =  M(i2 –i1) = 1,157 * (598 –564) = 38,181 кВт ,

где: М - массовый расход пара кг/с

        i1,i2  - энтальпия холодильного агента в точках 1 и 2, кДж/кг

    Расчет действительной мощности компрессора


где: Nт - теоретическую мощность компрессора, кВт

  = 0,8- индикаторный кпд

    Расчет эффективной  мощности на валу компрессора:

где: Ni - действительная мощность компрессора, кВт

        м  = 0,85- механический кпд

Определение действительного теплового потока в конденсаторе:

Qк = Q0 + Ni  = 147+132 = 279кВт ,

где: Qо- рабочая нагрузка на компрессор, кВт

        Ni  - действительная мощность компрессора, кВт

  Из расчета по  теоретическому расчету пара  принято два компрессорных агрегата  марки ФУБС-9, входящих в состав ХМФ-16.

 Таблица 9.1  - Характеристика поршневого компрессора марки ФУБС-9

                            Характеристики

Данные

Диаметр цилиндра

160мм

Потребляемая мощность

42,4 кВт

Частота вращения

24,6 с

Теоретическая  объёмная подача

0,0830 м/с

Номинальная  холодопроизводительность

140 кВт

Эффективная мощность

55 кВт

Габаритные размеры

  

                                                                           длина

2145мм

                                                                           ширина

1275мм

                                                                           высота

1330мм

Масса

2125кг

Диаметр трубопроводов

  
 

80 мм

 

65 мм