Конструкция и планировка холодильной установки

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное  автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Дальневосточный федеральный университет

 

 

ШКОЛА ЭКОНОМИКИ  И МЕНЕДЖМЕНТА

Кафедра экономической  теории

 

 

 

ААААА ААААААА ААААА

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНЫХ  УСТАНОВОК

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

по дисциплине  «Основы технологий и проектирования предприятий ТЭК»

 

Специальность 080502.65 «Экономика и управление на предприятии (по отраслям)»

 

Очной формы обучения

 

 

Руководитель

___________  ______________________

      подпись                      И.О. Фамилия

 

Студент группы  С12202    _________

                                                                                     (подпись)

 

« _____» ____________________  20__г.

Регистр. номер:______________

Оценка  ___________________________

___________________________

_______________       ______________________

_{________________________________________________}                                       ^{(подпись)                                                  (и.о.ф)}

 

 «_____» ____________________ 20__г.

 

Петропавловск-Камчатский 2012 г.

Оглавление

 

Введение 3

1  Расчет  температурных параметров, необходимых  для проектирования холодильной  установки 5

   1.1 Расчет параметров наружного воздуха 5

   1.2 Расчет температуры воды охлаждения конденсаторов 5

   1.3 Расчетные параметры внутреннего воздуха и продуктов 5

2 Конструкция  и планировка холодильной установки 6

   2.1 Общие требования к конструкции холодильной установки 6

   2.2 Расчет геометрических параметров 7

   2.3 Расчет необходимого теплоизоляционного слоя 9

3   Расчет теплопритоков в охлаждаемые помещения 11

   3.1 Расчет теплопритоков через ограждающие конструкции помещения 11

   3.2 Расчет теплопритоков от продуктов или материалов холодильной обработки 12

   3.3 Расчет теплопритоков с наружным воздухом при вентиляции помещения 13

   3.4 Расчет теплопритоков от различных источников эксплуатации камер 13

    3.5 Определение нагрузки для подбора одноступенчатого компрессора 14

4 Выбор расчетного режима 14

   4.1 Расчет температуры кипения хладоновых установок 14

   4.2 Расчет температуры конденсации 14

   4.3 Удельная массовая холодопроизводительность хладагента 15

   4.4 Массовый расход циркулирующего хладагента, требуемый для отвода теплопритоков 15

   4.5 Требуемая теоретическая производительность компрессора 15

Заключение 16

Список использованных источников 17

Приложение  А 18

Приложение  Б 19

Приложение  В1 20

Приложение  В2 21

Приложение  Г 22

Приложение  Д 23

Приложение  Е 24

Приложение  Ж 25

Приложение  И 26

Приложение  К 27

Приложение  Л 28

Приложение  М 29

 

 

 

 

 

 

Введение

В настоящее время одной  из задач народного хозяйства  является обеспечение круглогодичного  бесперебойного снабжения населения  высококачественными продовольственными продуктами в широком ассортименте, что подразумевает необходимость  разработки эффективных способов их хранения и транспортировки.

Актуальной задачей для  курсового проекта является рассмотрение холодильника мясной промышленности, камеры которого предназначены для холодильной обработки и хранения мяса и мясопродуктов, в данном случае свинины, а также изучение принципов его проектирования для одного из регионов Российской Федерации.

Цель курсовой работы – разработка и проектирование холодильной установки в городе Вологда.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие  задачи:

– проанализировать исходные данные;

– рассчитать температурные и геометрические параметры, а также общие требования, необходимые для проектирования холодильной установки;

– исследовать планировочное решение холодильника;

– узнать необходимые теплопритоки;

– определить нагрузку на компрессор;

– выбрать расчетный режим;

– подсчитать параметры теоретического цикла и объемную производительность (подачу) компрессора.

Объектом исследования является холодильная установка вместимостью 300 тонн, морозильная камера которой имеет температуру -30°С.

Предметом исследования является расчет необходимых технических  и физических данных.

Теоретическую основу данной работы составляют труды таких специалистов, как Г.З. Свердлов, Б.К. Явнель, А.В. Бараненко, И.А. Сакун и др.

Методическая база работы представлена методом сравнительно-сопоставительного  анализа учебной и научно-методической литературы, методом теоретического обобщения и синтеза полученной информации, описательным, расчетным  и эмпирическим методами.

Структура курсовой работы определена целью и задачами. Ее содержание включает в себя введение, семь глав, заключение, список использованных источников, а также приложения, представляющие собой табличные  и графические данные, которые  были необходимы при расчете требуемых  величин.

Важнейшими источниками, составившими информационную базу курсовой работы, составили учебная и учебно–методическая литература, справочные издания, а так же электронные ресурсы.

 

 

 

 

 

 

 

 

1  Расчет  температурных параметров, необходимых  для проектирования холодильной  установки

 

1.1 Расчет параметров наружного воздуха

В первую очередь следует  вычислить расчетные параметры  наружного воздуха, от значений которых зависят количество теплопритоков в камеры. Холодильники, как правило, рассчитываются на самый жаркий период года. Поэтому в качестве расчетной летней температуры в городе Вологде принимаем 28°С, а значение среднегодовой температуры по условию составляет 2,2°С. Для этого используем приложение А и следующую формулу:

t_нар=0,4t_ср+0,6t_max=(0,4×-1,1)+(0,6´17,4)= 16,9°С.

t_ср – среднегодовая температура воздуха;

t_max – температура воздуха самого жаркого месяца.

 

1.2 Расчет температуры воды охлаждения конденсаторов

По произведенным расчетам летняя температура наружного воздуха  составляет 16,96°С.. Принимая во внимание тот факт, что в случае прямоточной системы водоснабжения из естественных водоемов температура воды берется на 8-10° ниже летней температуры наружного воздуха. Из этого следует, что расчетная температура воды охлаждения конденсаторов для заданного холодильного устройства составляет 6,9-8,9°С.

 

1.3 Расчетные параметры внутреннего воздуха и продуктов

Согласно данным из приложения Б, проектируемое холодильное устройство предназначено для хранения и замораживания свинины. Его вместимость равна 550 тоннам. Температура морозильной камеры составляет -20°С. Температура универсальной камеры равна -6°С. И температура камеры хранения равна -8°С.

2 Конструкция  и планировка холодильной установки

2.1 Общие  требования к конструкции холодильной  установки

Объемно-планировочные решения  холодильников должны соответствовать  требованиям СНиП 11-105-74 и «Нормам  технологического проектирования холодильников».

При выборе конкретного решения  рассматривают вопросы о применении прогрессивной технологии обработки  и хранения продуктов, об использовании  индустриальных методов строительства, стандартных строительных инструкций и элементов, об удобстве обслуживания оборудования.

В данном курсовом проекте  предложены одноэтажные каркасные  конструкции холодильников. Каркас собран из типовых сборных элементов (колон, балок, ферм). Балки заводского изготовления (или железобетонных колон и металлических ферм) размещены внутри охлаждаемого объекта. В этих зданиях колонны внутренних рядов в плане располагают на пересечении продольных и поперечных координационных осей. Расстояние между координационными осями в перпендикулярном направлении  (слои колон) в зависимости от длины панели принимаются 6 или 12 метров. В соответствии с принятой сеткой колонн здание холодильника в плане можно условно расчленить на отдельные ячейки (строительные прямоугольники), например, при шаге колонн 6 м – размером 6х6 м, 6х12 м и т.д.

Фундаменты воспринимают всю нагрузку от строительных конструкций, груза и оборудования и передают ее на грунт. В данном курсовом проекте расчет фундаментов не ведется.

В зданиях одноэтажных  холодильников применяют железобетонные колонны, сечением 300х300, 300х400, 400х400 мм. Колонны изготовлены из стального  профиля, применяют двухтавровые балки  с номером 18, 22, 24 и т.д.

Высота колонн зависит  от вместимости холодильника (высота от пола до строительной балки). В курсовом проекте для одноэтажных холодильников высота балок выбирается из СНиПа (4,8 и 6 метров).

Толщина стен с учетом СНиПов устанавливается 140 мм, 200 мм, 250 мм. Толщина  перегородок устанавливается в  пределах  60¸120 мм.

Толщина покрытия полов устанавливается 40¸50 мм, из бетона марки 400.

Двери холодильных камер  бывают распашные и откатные. Двери имеют теплоизоляцию толщиной 150 мм из пенопластов. Коэффициент теплопередачи 0,4 Вт/м² к. Геометрию дверей при расчетах применяют 2х3м.

 

2.2 Расчет  геометрических параметров

Холодильник представляет собой  одноэтажную конструкцию, располагающуюся  на монолитном линейном фундаменте. Он включает: камеру хранения, морозильную  камеру, универсальную камеру и вспомогательные  помещения. Вместимость холодильника составляет 550 тонн, следовательно, его ширина и высота составляют 7 м.

Длина определяется по формуле: , где a – ширина холодильного устройства, b – его длина. Таким образом, b=3×7=21 м. Соответственно длина равна 10,8 м.

1) Общая площадь вычисляется  по формуле: F_хол.=a×b=7×21=147 м²

2) Площадь камеры хранения: F_кам.хр.=0,5× F_хол=0,5×147=74 м²

3) Площадь морозильной  камеры: F_{мор.кам.}=0,6× F_кам.хр.=0,6×74=44 м²

4) Площадь универсальной  камеры: F_ун.кам.=0,25×F_кам.хр.=0,25×44=11 м²

5) Площадь вспомогательных  помещений: 

F_всп.=0,5×F_хол.–(0,6×F_кам.хр.+0,25×F_{уник.кам.})=0,5×147–(0,6×74+0,25×11)=19 м²

Под планировкой понимают размещение всех производственных и  вспомогательных помещений холодильника с учетом их назначения, количества и размеров. Для обеспечения наибольшей рациональности, необходимо, чтобы принятая планировка:

– обеспечивала точное и  последовательное выполнение всех технологических  операций;

– способствовала уменьшению первоначальных затрат на строительство  холодильника;

– обеспечивала дешевую  и удобную эксплуатацию холодильника;

– соответствовала принятой схеме охлаждения, а также требованиям  правил техники безопасности и пожарной безопасности;

– предусматривала возможность  расширения холодильника.

	Камера хранения	Морозильная камера

 

 

Рис.1 – Планировочное  решение холодильника

Для свободного доступа во все камеры предусмотрен сквозной коридор 1. Холодильник имеет автомобильную  платформу, груз с которой попадает в камеры, связанные между собой  другими дверьми. Камера хранения имеет длину, равную 10,4 м, морозильная камера – 6,2 м, универсальная камера – 3,4 м и вспомогательное помещение – 1 м. Ширина составляет 7 м.

 

 

С помощью пропорции рассчитаем, сколько процентов занимает та или  иная камера в холодильнике:

               

         

Рис. 2 – Процентное соотношение  площадей камер холодильного устройства

 

Таким образом, камера хранения занимает 50% от общей площади холодильного устройства, морозильная камера – 29,9%, универсальная камера – 12,6%, вспомогательные  помещения – 7,5%.

 

2.3 Расчет  необходимого теплоизоляционного  слоя

Толщина изоляционного слоя определяется по следующей формуле:

 

где: λ_из – коэффициент теплопроводности материалов, который, согласно приложению В, равен 0,05.

α_нар/α_внутр – коэффициент теплоотдачи наружного и внутреннего ограждения выбираем из таблицы 1.

α_нар=23 Вт/м²к =>

=>

 

Табл. 1 – Расчетные значения коэффициентов теплоотдачи

Из таблицы 2 выбираем коэффициент  теплопередачи наружных стен и покрытий: К₀=0,21 Вт/м²к, а из приложения В отношение

 

Табл. 2 – Расчетные значения коэффициентов теплопередачи наружных стен и покрытий

 

 

Из приложения Г выбираем в качестве теплоизоляционного материал для камер холодильника плиты  из пенопласта, так как они широко применяются в строительстве. Подбор ведется с учетом того, что стандартная  толщина плит должна быть выше или  больше расчетной. Таким образом, это 2 ПСБ-С по 100 мм и 1 ПСБ-С по 50 мм.

 

3    Расчет теплопритоков в охлаждаемые помещения

3.1 Расчет теплопритоков через ограждающие конструкции помещения

 

= Q₁+Q₂+Q₃+Q₄₊Q₅…+Q_n

 

Сначала рассчитывается разность теплопритоков  внутри и снаружи помещения  по формуле:

 

 

 

 

t_н/t_в – наружная и внутренняя температуры

F – площадь поверхностного охлаждения

m = 1 (коэффициент термического сопротивления пола)

 

Далее производим подсчет  теплопритока от солнечной радиации через наружные стены и покрытия морозильной камеры по формуле:

 

 

, где

 

 

 

 

 

Таким образом,

3.2 Расчет теплопритоков от продуктов или материалов холодильной обработки

 

Тепло отводится от продуктов при охлаждении, замораживании и домораживании. Количество отводимого в единицу времени тепла  Q₂ можно определить для любого вида холодильной обработки по формуле:

 

М_к – суточное поступление продукта в камеру (т/сут) = 8% от объема холодильника, т.е. 8% от 550 тонн = 0,08×550=44 (т/сут)

∆i – разность удельных энтальпий, соответствующих начальной и конечной температурам продукта (кДж/кг) = 224-34,8=189,2 кДж/кг

 

1000 – переводной коэффициент  из тонн в килограммы

τ – продолжительность  холодильной обработки продукта (ч/сут) = 5 часов

3600 – переводной коэффициент  из часов в секунды

 

Большинство продуктов поступает  и хранится в таре, а потому необходимо учесть тепло, вносимое в камеры с  тарой. Теплоприток от тары Q₂т можно определить по формуле:

 

М_т – суточное поступление тары (т/сут) = 10% от 44 тонн = 4,4 (т/сут)

с_т – удельная теплоемкость тары (кДж/кгК) для деревянной и картонной тары составляет 2,3 кДж/кгК

В соответствии с приложением Е, t₁=4, t₂=-8

 

 

 

3.3 Расчет теплопритоков с наружным воздухом при вентиляции помещения

 

Теплоприток от наружного  воздуха при вентиляции следует  учитывать только для специализированных холодильников и камер для  хранения фруктов.

= 0,013×(48+19) = 0,87 (кВт)

М_в – расход вентиляционного воздуха =

V – объем вентилируемого помещения

α – кратность воздухообмена = 4

ρ_в – плотность воздуха в камере согласно приложению Ж=1,31 (кг/м³)

 

 

3.4 Расчет теплопритоков от различных источников эксплуатации камер

 

Эти теплопритоки возникают  вследствие освещения камер, пребывания людей, работы электродвигателей, открывания дверей. Теплопритоки определяют по каждой статье отдельно.

1) q₁ – теплоприток от освещения = А×F×10^-3=4,7×54,44×0,001=0,26 (кВт)

А –  теплота, выделяемая источниками освещения в единицу времени на

1 м² площади пола = 4,7 (Вт/м²)

F –  площадь камеры = 54,44 м²

2) q₂ – теплоприток от пребывания людей = 0,35×n = 0,35×4 = 1,4 (кВт)

0,35 – тепловыделение 1 человека

n – число работающих в холодильнике = 4

3) q₃ – теплоприток от работающих электродвигателей = N_э×ƞ = 8×0,8=6,4 (кВт)

N_э – суммарная мощность электродвигателей = 8 (кВт)

ƞ – КПД электродвигателей = 0,8

 

4) q₄ – теплоприток при открытии дверей =K×F×10^-3=12×54,44×0,001=0,65 (кВт)

К для камеры заморозки = 12 (Вт/м²)

F – площадь камеры = 54,44 (м²)

 

 

3.5 Определение нагрузки для подбора одноступенчатого      

     компрессора

 

Нагрузку на камерное оборудование определяют как сумму всех теплопритоков  в данную камеру. Все виды теплопритоков  учитывают полностью, так как  оборудование должно обеспечить отвод  тепла при самых неблагоприятных  условиях.

Q_км =Σ = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₅ = 0,15+601,2-1,32+0,87+8,71=610,69 (кВт)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Выбор расчетного режима

4.1 Расчет температуры кипения хладоновых установок

Температуру кипения принимают  на 14-16°С ниже температуры воздух в камере: t₀ = t_в-14°С=-20-14=-34°С

 

4.2 Расчет температуры конденсации

 

Температура конденсации  зависит от температуры и количества подаваемого воздуха. Для хладоновых холодильных машин температуру конденсации выбирают на 10-12°С выше температуры наружного воздуха.

t_к = t_н +10 = 16,9+10 = 26,9°С

 

 

4.3 Удельная массовая холодопроизводительность хладагента

 

q₀ = i₁ – i₄ = 543 – 416 = 127 (кДж/кг)

i₁ – удельная энтальпия пара хладагента согласно приложению К = 543 (кДж/кг)

i₄ – удельная энтальпия хладагента в фазе кипения = 416 (кДж/кг)

 

4.4 Массовый расход циркулирующего хладагента, требуемый для отвода теплопритоков

 

 

Q_км – сумма всех теплопритоков = 363,07 (кВт)

 

4.4 Требуемая теоретическая производительность компрессора

 

 

V₁ – удельный объем всасываемого пара для 6°С = 0,047 (м³/кг)

λ – коэффициент подачи компрессора 

Согласно приложению Л:  ρ_вс для -34°С = 0,084(Мпа); ρ_н для 27°С = 0,668 (Мпа)    , таким образом, λ = 0,6

20% от V_т=20% от 0,052 = 0,052×1,2 = 0,0624 (м³/с)

Таким образом, для морозильной  камеры проектируемой холодильной  установки согласно приложению М  подходят одноступенчатые агрегаты с поршневыми компрессорами А40-7-2 и А80-7-2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Холодильная обработка продуктов  является одним из наиболее распространенных и эффективных способов хранения, замораживания и транспортировки  продуктов. Это связано с тем, что около половины всей продукции, которой народное хозяйство обеспечивает население, является скоропортящейся. И именно искусственный холод  является самым надежным способом ее сохранения на достаточно долгое время.

В курсовом проекте были произведены расчеты, необходимые для проектирования холодильной установки для хранения и заморозки свинины в городе Иркутск, а также составлена планировка самого холодильника.

В результате расчетов были получены следующие данные:

1) Холодильник включает  в себя камеру хранения, морозильную  и универсальную камеры, вспомогательные  помещения, площадь которых составляет  74 м², 44 м²,11 м² соответственно.

2) В качестве теплоизоляционного материала для камер холодильника были выбраны плиты из пенопласта, широко применяющиеся в строительстве. Подбор велся с учетом, что стандартная толщина плит должна быть выше или больше расчетной. Таким образом, это 2 ПСБ-С по 100 мм и 1 ПСБ-С по 50 мм.

3) Сумма всех теплопритоков  составила 610,69 кВт.

4) Требуемая теоретическая  производительность компрессора  составляет 0,0624 м³/с.

5) В качестве компрессора  для проектируемой холодильной  установки выбраны бустерные  агрегаты АН 260-7-6 и АН 130-7-6.

 

 

 

 

 

Список  использованных источников

1. Свердлов Г.З., Явнель Б.К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха / Г.З. Свердлов, Б.К. Явнель / М.: Пищевая промышленность / 264 с.
2. Холодильные машины и аппараты. Учебник для вузов / А.В. Бараненко, Н.Н. Бухарин, В.И. Пекарев, И.А. Сакун, Л.С. Тимофеевский. Под общ. ред. Л.С. Тимофеевского. – СПб.: Политехника, 992 с.
3. Сакун И.А. Холодильные машины. Учебник для вузов / Н.Н. Кошкин, И.А. Сакун, Е.М. Бамбушек и др. Под общ. ред. Сакуна И.А. – Л.: Машиностроение, 510 с.
4. www.coolreferat.com/Проектирование_холодильных_установок_в_разных_регионах_России [электронный ресурс]