Расчет системы хладоснабжения для объекта молочной промышленности. Г. Санкт-Петербург

ё

Министерство образования  Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение профессионального образования

Петрозаводский Государственный  университет

Кафедра Энергообеспечения предприятий и энергосбережения

Курсовой проект

«Расчет системы хладоснабжения для объекта молочной промышленности. Г. Санкт-Петербург»

Выполнил: студент гр. 21310

Курганский А.В.

Принял: Заваркина Е.А.

Петрозаводск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение......................................................................................................................3

Цель  работы…………............................................................................................4

1.Выбор расчетных  параметров……………………………………………………5

2.Исходные данные  для проектирования ХУ………………………………...…..6

2.1.Расчетные параметры  наружного воздуха………………………………………6

2.2.Расчетная температура  грунта……………………………………………............6

2.3.Расчетная разность  температур для внутренних ограждений………………....6

3.Объемно-планировочные  решения и строительная часть  холодильников...7

4.Определение  числа и размеров камер…………………………………………...8

4.1.Расчет грузового объема  камеры хранения молока...……………………..........8

4.2.Определение грузовой  площади камер…………………………………………..8

4.3.Определение строительной  площади камер хранения………………………….8

4.4.Определение площади  производственных помещений………………………...9

4.5.Определение площади  машинного отделения и служ. помещений…………....9

4.6.Определение строительных  прямоугольников…………………….…………….9

5.Выбор планировки…………………………………………………………………10

6.Строительно-изоляционные  конструкции холодильника….……………..….12

6.1.Фундаменты и колонны………………………….………………………….……12

6.2.Стены и перегородки…………………………………………….…………….….12

6.3.Покрытия холодильников..……………………………………….………............12

6.4.Полы………………………………………………………………….………….…13

6.5.Двери, воздушные завесы…………………………………………………...…….13

6.6.Определение толщины изоляционного слоя……………………….…….............13

6.7Конструкция наружных стен……………………………………………………....14

7.Тепловой расчет камер холодильника…………………………………………...17

7.1.Теплопритоки через ограждения…………………………………….…………...17

7.2.Теплопритоки от хранения грузов…………………………………………..……17

7.3.Эксплуатационные теплопритоки…………………………………….……….....18

7.4.Определение нагрузки на камерное оборудование и компрессор…….………..18

8.Описание схемы ХУ……………………………………..………………………….19

8.1.Способы охлаждения………………………………………………………...........19

8.2.Система охлаждения и схема ХУ…………………………………………...........19

8.3.Выбор хладагента………………………………………………………….………19

9.Использование защитных устройств…………………………………………….21

9.1.Предохранительные клапаны…………………………………………………….21

9.2.Плавкие пробки……………………………………………………………………21

9.3.Реле давления………………………………………………………………………21

10.Основные положения по технике безопасности……………………………….22

10.1.Основные опасные и вредные производственные факторы…………………..22

10.2.Производственная санитария, гигиена труда и вопросы ГО………………….22

10.3.Противопожарная профилактика и средства тушения пожара…………...…..22

Заключение………………………………………………………………...……….23

Литература……………………………………………………………………...….24

Введение.

Холодильные машины и установки предназначены для искусственного снижения и поддержания пониженной температуры ниже температуры окружающей среды от 10 °С и до −150 °С в заданном охлаждаемом объекте. Машины и установки для создания более низких температур называются криогенными. Отвод и перенос тепла осуществляется за счет потребляемой при этом энергии. Холодильная установка выполняется по проекту в зависимости от проектного задания, определяющего охлаждаемый объект, потребный интервал температур охлаждения, источники энергии и виды охлаждающей среды (вода или воздух).

Холодильная установку может состоять из одной или нескольких холодильных машин, укомплектованных вспомогательным оборудованием: системой энерго- и водоснабжения, контрольно-измерительными приборами, приборами регулирования и управления, а также системой теплообмена с охлаждаемым объектом. Холодильная установка может быть установлена в помещении, на открытом воздухе, на транспорте и в различных устройствах, в которых необходимо поддерживать заданную пониженную температуру и удалять излишнюю влажность воздуха.

Система теплообмена с  охлаждаемым объектом может быть с непосредственным охлаждением холодильным агентом или по замкнутой системе, или по разомкнутой, как при охлаждении сухим льдом или воздухом в воздушной холодильной машине. Замкнутая система может также быть с промежуточным хладоносителем, который переносит холод от холодильной установки к охлаждаемому объекту.

Началом развития холодильного машиностроения в широких размерах можно считать создание Карлом Линде  в 1874 г. первой аммиачной парокомпрессорной холодильной машины. С тех пор появилось много разновидностей холодильных машин, которые можно сгруппировать по принципу работы следующим образом: парокомпрессорные, упрощенно называемые компрессорные, обычно с электроприводом; теплоиспользующие: абсорбционные и пароинжекторные; воздушно-расширительные, которые при температуре ниже −90 °С экономичнее компрессорных, и термоэлектрические, которые встраиваются в приборы. 
Цель работы

 Рассчитать систему хладоснабжения для объекта молочной промышленности по следующим данным:

• Место расположения – г. Санкт-Петербург;
• Тип холодильника – производственный холодильник молокозавода;
• Хранимая продукция – молоко;
• Производительность –15 тонн/смена;

При проектировании холодильника следует рассмотреть следующие  вопросы:

• Выбор расчетных параметров;
• Краткое описание строительных конструкций;
• Определение площадей камер и выбор планировки;
• Расчет толщины теплоизоляционного слоя;
• Тепловой расчет камер холодильника;
• Выбор и обоснование системы охлаждения;
• Расчет и  подбор  основного и  вспомогательного оборудования;
• Выбор средств автоматизации и основные характеристики принятых автоматических приборов;
• Описание схемы холодильной установки; 
  

1. Выбор расчетных параметров

Правильный выбор режима холодильной обработки продуктов (температура, влажность и скорость движения воздуха, начальная и конечная температура продукта, продолжительность  холодильной обработки) имеет важное значение для сохранения высокого качества и уменьшения потерь продуктов. Снижение температур и значительное увеличение скорости движения воздуха в камерах холодильной обработки позволяют в 2-3 раза ускорить процесс охлаждения и замораживания и при этом снизить усушку продуктов на 25-35%.

Температуры хранения охлажденных  грузов существенно зависят от вида продукта.

В камерах охлаждения молока, сливок, кисломолочных продуктов, а  также сырково-творожной продукции температура воздуха около 0°С.

Во вспомогательных помещениях холодильников принимают следующие  температуры: в экспедициях распределительных  холодильников -10°С, производственных холодильников -12°С.

Окончательный температурный  и влажностный режимы в камерах  устанавливают по технологическим  инструкциям. Это особенно важно  при определении температуры  выпускаемого продукта, так как она  не всегда соответствует температуре воздуха в камере.

2. Исходные данные для проектирования холодильной установки

2.1 Расчетные параметры наружного воздуха

От параметров наружного  воздуха зависит количество теплопритоков  в камеры. Уменьшение теплопритоков  и связанное с ним снижение потерь продукта от усушки достигается  включением в конструкцию ограждения достаточно мощного слоя теплоизоляции.

Для выбора нормативного коэффициента теплопередачи ограждения холодильника необходимо знать, в какой климатической зоне расположен холодильник. Город Санкт-Петербург относится к зоне умеренного климата.

Наибольшие теплопритоки наблюдаются в самое жаркое время  года, что и определяет выбор летней расчетной температуры наружного  воздуха. Эту температуру находят  по среднемесячной температуре самого жаркого месяца с учетом влияния  максимальных температур, отмечаемых в это время. Расчетные температуры наружного воздуха приведены в таблице 3.1.

Для расчета пароизоляционного  слоя, предназначенного для защиты теплоизоляции от проникновения  в нее влаги из наружного воздуха, необходимо знать относительную  влажность воздуха самого жаркого  летнего месяца.

Для расчета мощности обогревательных  устройств, которые иногда применяют  для обогрева в зимнее время камер  холодильников с нулевыми температурами, требуется зимняя расчетная температура  наружного воздуха.

Таблица 3.1 – Исходные данные

2.2 Расчетная температура грунта

Расчетную температуру грунта под полом, имеющим нагревательные устройства, принимаем равной 3°С. Обычно действительная температура грунта в расчетах холодильных камер не встречается.

2.3 Расчетная разность температур для внутренних ограждений

При проектировании крупных  холодильников температуру воздуха  в коридорах, тамбурах, вестибюлях не определяют. Теплопритоки через стены  и перегородки, отделяющие охлаждаемые  помещения от неохлаждаемых тамбуров, вестибюлей и других помещений, находят  по расчетной разности температур как  части от разности температур для  наружных стен. Указанные теплопритоки составляют около 70%, если эти помещения  сообщаются с наружным воздухом, и  примерно 60%, если не сообщаются. 

3. Объемно-планировочные решения и строительная часть холодильников

Объемно-планировочные решения  холодильников должны соответствовать  требованиям СНиП II - 105 - 74 и «Нормам  технологического проектирования холодильников». Принятие решения должно определяться прежде всего экономической целесообразностью. Это значит, что при выборе конкретного решения рассматривают вопросы о применении прогрессивной технологии обработки и хранения продуктов, об использовании индустриальных методов строительства, стандартных строительных конструкций и элементов, о широком использовании средств механизации погрузочно-разгрузочных работ, поточности перемещения грузов, об удобстве обслуживания оборудования.

Холодильники могут быть многоэтажными, двухэтажными и одноэтажными. Предпочтительнее выполнение проектов одноэтажных холодильников различной  емкости и различного назначения. Одноэтажные холодильники позволяют  упростить схему механизации  погрузочных работ, увеличить грузовой фронт, обеспечить широту маневра транспортных средств, более полно использовать грузовой объем холодильника. Высота помещений одноэтажных холодильников емкостью от 125 т до 1500т – 4.8 м.

Структура холодильной емкости  холодильника должна быть уточнена в  каждом конкретном случае. В холодильниках  емкостью до 400 т морозильные камеры, как правило, не предусматривают. В  распределительных холодильниках  следует проектировать камеры хранения охлажденного молока для обеспечения  населения обслуживаемого района из расчета пятисуточного запаса.

Для длительного хранения продукции предприятий молочной промышленности строят как специализированные, так и распределительные холодильники. При городских молочных заводах  предусматривают камеры для охлаждения и краткосрочного хранения выпускаемой  продукции. Основная нагрузка на холодильную  установку складывается из нагрузки на технологические аппараты, которая  определяется по технологическому заданию  для каждого конкретного предприятия.

4. Определение числа и размеров камер

Порядок расчета следующий:

По условию: 15т/смена – производительность; площадь камер охлаждения равна площади камер хранения охлажденных продуктов; камеры хранения охлажденной сметаны должны вмещать 5-дневный запас.

4.1 Расчет грузового объема камеры хранения охлажденного молока V_гр1(м³)

                          (4.1)

где Е₁ – условная емкость камеры хранения охлажденной сметаны, т;

Е₁ =75*0,47=35,25 т.( 0,47-коэффициент пересчета)

 g_v=0,7норма загрузки, т/м³

                                                         (4.2)

4.2 Определение грузовой площади камер F_гр (м²)

где — грузовая высота или высота штабеля, м.

Высота штабеля определяется строительной высотой камер холодильника до выступающих частей покрытий или  перекрытий с учетом отступов от балок, потолочных приборов охлаждения или воздуховодов, а также с учетом способов укладки груза.

Минимальные отступы от безбалочных перекрытий, балок, потолочных батарей 0,2 м, от воздушных каналов — 0,3 м.

Высоту штабеля в одноэтажных  холодильниках со строительной высотой  6 м согласно СНиП II-105—74 следует принимать равной 5 м. Высота штабеля 1,91 м.

       Расчет  площади камеры хранения охлажденной сметаны F_гр1

  ;                                                        (4.3) 

4.3 Определение строительной площади камер хранения

,                                                                           

где - коэффициент использования строительной площади камеры, учитывающий проходы и проезды, отступы от стен, колонн, оборудования, расстояния между штабелями и площадь, занимаемую колоннами и оборудованием.

Значения   коэффициента   использования   строительной   площади   приведены ниже в таблице.

Таблица 4.1

                                                 (4.4)

Легко установить, что проектирование большого числа камер небольшой  площади приводит к значительному уменьшению емкости холодильника из-за нерационального использования площади.

4.4 Определение площади производственных помещений

Площадь вспомогательных  помещений:

=0,35*37,67=13,82 м²                

Fохл=Fвв

4.5 Определение площади машинного отделения и служебного помещения

F_м.о  = 0.1*Fохл=5,149 м² 

Fсл=0.2*Fохл=10,35 м² 

4.6 Определение числа строительных прямоугольников

,                 (4.5)

где f - строительная площадь одного  прямоугольника,   определяемая   выбранной сеткой колонн, м².

Выбираем сетку колон 3х6 м, т.е. строительная площадь f = 18 м².

Следовательно, число строительных прямоугольников камер хранения:   

  Принимаем камеру  размером 4 строительных прямоугольника (12 × 6 м).

  Действительная емкость  камеры

E_Д = E n_Д / f  ,                 (4.6)

где n_Д — принятое число строительных прямоугольников,

E_Д = 35,25*4/2,1=67,14 т.

5. Выбор планировки

5.1 Требования к планировке

Под планировкой понимают размещение всех производственных и  вспомогательных помещений холодильника с учетом их назначения, количества и размеров.

Чтобы обеспечить наиболее рациональную планировку, рекомендуется  придерживаться следующих правил:

1. Принятая планировка должна соответствовать принятой схеме технологического процесса, т. е. обеспечивать точное и последовательное выполнение всех технологических операций. Желательное направление движения груза – в одну сторону без встречных и пересекающихся потоков. Двери камер должны выходить в коридор. Исключение составляют камеры замораживания и охлаждения, вход в которые может быть через помещения для загрузки, а также камеры хранения продуктов, подвергающихся товарной обработке как при поступлении, так и при выдаче через эти помещения. Не исключается применение бескоридорных планировок, если есть возможность обеспечить последовательное перемещение груза по технологической цепочке без возврата. Последнее решение обычно возможно на холодильниках мясокомбинатов и рыбообрабатывающих   предприятий.
2. Планировка должна способствовать уменьшению первоначальных затрат на строительство холодильника. Это достигается широким применением типовых строительных элементов и конструкций, использованием местных  строительных материалов, сокращением площади, занимаемой вспомогательными помещениями. Однако при сокращении вспомогательных помещений нельзя забывать об удобствах обслуживания, т. е. производить сокращение в ущерб эксплуатации. В этом плане  правильным  примером  сокращения  вспомогательных  помещений  будет применение бескоридорных планировок на некоторых производственных холодильниках, а также на ряде распределительных холодильников и фрукто- и овощехранилищ с непосредственным выходом из камер на платформы.
3. Планировка должна обеспечивать дешевую и удобную эксплуатацию холодильника. Прежде всего должны быть правильно выбраны размеры холодильника, обеспечивающие свободу и широту маневра погрузочно-разгрузочных и транспортных средств.

  Ширину здания многоэтажного холодильника, как правило, принимают не более 40 м (что связано не с эксплуатацией, а с возможностью монтажа, обеспечением его удобств, но приводит к созданию платформ большой длины).

  Ширина одноэтажных холодильников при центральном расположении коридора определяется модулем, равным 12 м, соответствующим длине наиболее распространенного пролета. Ширину одноэтажных холодильников принимают равной 12, 24, 36, 48, 60 и 72 м.

  Для уменьшения теплопритоков в камеры их группируют в блоки с примерно одинаковым температурным режимом.

4. Планировка должна соответствовать принятой системе охлаждения. Это особенно важно учесть при проектировании одноэтажных холодильников, так как не всегда удается обеспечить слив хладагента из приборов охлаждения, что приводит к необходимости перехода на  более емкие схемы с нижней подачей холодильного агента. При составлении планировки должны быть предусмотрены места для монтажа оборудования, камерных распределительных коллекторов и т.п.
5. Планировка должна соответствовать требованиям правил техники безопасности   и  пожарной  безопасности.
6. Планировка должна предусматривать возможность расширения холодильника. Для этого оставляют свободной одну торцевую стену.

Следует иметь в виду, что составление планировки является наиболее трудным и ответственным  процессом проектирования, от которого в дальнейшем зависит экономическая эффективность действующего предприятия.

6. Строительно-изоляционные конструкции холодильников

 Строительные конструкции холодильника должны быть прочными, устойчивыми к воздействию нагрузок, долговечными, огнестойкими, морозостойкими, экономичными.

В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяет железобетон. Включение в конструкции ограждений холодильника тепловой изоляции и пароизоляционного  слоя, которые должны быть непрерывными, определяет необходимость построения зданий из двух частей: несущего каркаса  и самонесущих стен.

6.1 Фундаменты и колонны

Фундаменты воспринимают всю нагрузку от строительных конструкций, груза и оборудования и передают ее на грунт. Поэтому он и должны быть прочными, долговечными, устойчивыми  на опрокидывание и скольжение в  плоскости подошвы. При строительстве  холодильников применяют ленточные, отдельно стоящие и сплошные плотные  фундаменты.

Ленточный фундамент представляет собой прямоугольник, располагающийся  непрерывно под всем периметром стен. Нагрузка от стен может передаваться на ленточные фундаменты и на фундаментные балки, опирающиеся на фундаменты колонн. Под колонны закладываются отдельно стоящие ступенчатые или пирамидальные  фундаменты из железобетона. В фундаментах  предусматриваются гнезда – стаканы  для установки сборных колонн. Под средние колонны принимаются  фундаменты квадратного сечения, а  под пристенные - прямоугольного.

На одноэтажных холодильниках  применяются колонны квадратного  сечения 400×400 мм.

6.2 Стены и перегородки

Наружные стены здания холодильника выполняются из обыкновенного  полнотелого глиняного кирпича  пластического прессования. Поскольку  наружные стены холодильников самонесущие, толщина кирпичной кладки составляет 380 мм (полтора кирпича). Для устойчивости стены крепятся к колоннам с помощью анкеров в средней части колонны и вверху.

Внутренние стены холодильника, отделяющие охлаждаемые помещения  от коридоров, тамбуров, вестибюлей, выполняются  из тех же материалов, что и наружные.

             Перегородки между камерами состоят  из кирпича толщиной 120 мм (полкирпича).

6.3 Покрытия холодильников

Для холодильников характерны бесчердачные покрытия, которые должны быть прочными, долговечными и экономичными, а кровли - водонепроницаемыми и атмосферостойкими.

В одноэтажных холодильниках  покрытия балочные. На колонны укладываются балки, по которым настилают плиты  покрытия.

Кровли защищаются от механических повреждений и снижения влияния  солнечной радиации слоем битумной мастики толщиной 5 мм, в который втапливают окатанный гравий светлых тонов с зерном размером 5-15 мм. После остывания поверхность кровли окрашивается атмосфероустойчивой краской светлого тона.

Рис.1 Конструкция   наружной стены и покрытия    холодильника:

а — наружная стена: 1 — штукатурка цементная; 2 —кладка кирпичная; 3 — пароизоляция; 4 — теплоизоляция; 5 — отделочный слой; б — покрытие: 1 — кровельный рулонный ковер (он же пароизоляция); 2 — бетонная стяжка; 3 — засыпная теплоизоляция; 4 — плитная теплоизоляция; 5 — железобетонная плита покрытия.

6.4 Полы

Пол состоит из основания  и покрытия (чистый пол). Основаниями  могут служить несущие конструкции  перекрытий и подготовки, укладываемые поверх более слабых материалов, например изоляции. Полы должны иметь необходимую  прочность, обеспечивающую длительную работоспособность при механических воздействиях, жесткость, должны быть безопасными для передвижения людей  и транспортных средств, бесшумными, гигиеничными.

В качестве покрытия полов  охлаждаемых помещений холодильников  применяются бетонные или мозаичные  плиты. Такие полы в наибольшей степени  удовлетворяют предъявляемым требованиям.

Основание под мозаичный  пол делают из бетона марки не ниже М-200, раствор для укладки плит Л1-200 - М-300, сами плиты из бетона марки  М-300 - М-400. Размер плит 500×500×40 мм. Плиты  армированы. На участках интенсивного движения транспортных средств допускается  применение металлических плит (на платформах, в коридорах, вестибюлях).

Конструкция пола камер с  низкими температурами имеет  слой тепловой изоляции. Для защиты от проникновения грунтовых вод  имеется слой гидроизоляции по бетонной стяжке.

Важной частью конструкции  пола, лежащего на грунте, является обогревающее устройство, необходимое для исключения вспучивания грунта при замерзании грунтовых вод.

6.5 Двери. Воздушные завесы.

Для беспрепятственной загрузки и выгрузки камер, свободного перемещения  транспортных средств, в стенах должны быть устроены проемы соответствующих  размеров, закрываемые дверьми. Двери должны легко открываться и закрываться, обеспечивать плотное прилегание к коробке по всему периметру для уменьшения потерь холода.

Двери имеют изоляцию толщиной 150 мм из пенопласта. Защитой дверей от механических повреждений служит металлическая обшивка, которая одновременно является пароизоляцией. Для низкотемпературных камер предусматривается обогрев поверхностей контакта изоляционных дверей с дверными коробками по всему периметру. Для дверей с механическим приводом обогрев обязателен.

Для уменьшения притоков тепла  в камеры у дверных проемов, выходящих  непосредственно на платформы, предусматривается  устройство воздушных завес, тамбуров или штор.

6.6 Определение толщины изоляционного слоя

Сопротивление теплопередаче  ограждающих конструкций определяется по формуле:

,                                                      (6.1)

где - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, ; - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций, ;R - термическое сопротивление ограждающей конструкции, .

Термическое сопротивление  определяется:

а) для однородной ограждающей  конструкции

,                                                                 (6.2)

где - толщина слоя, м;

- расчетный коэффициент теплопроводности  материала слоя, ,

б) для многослойной ограждающей  конструкции

,                                 (6.3)

где R — термическое сопротивление отдельных слоев ограждающей конструкции, ;

Rв.п. — термическое сопротивление замкнутой воздушной прослойки.

6.7 Конструкция наружных стен:

Конструкция наружных стен холодильника типовая: кирпичная кладка в полтора кирпича (380 мм), покрытая с двух сторон цементной штукатуркой (по 20 мм). Пароизоляционный слой состоит из двух слоев битумной мастики и одного слоя гидроизола (общая толщина 4 мм). В качестве теплоизоляции применены плиты из пенопласта полистирольного по ГОСТ 15588 – 70. Отделочный слой – штукатурка цементно-известковая по сетке толщиной 20 мм.