Обеспечение тепловлажностного режима работы предприятия

Глава 14. Обеспечение тепловлажностного режима работы предприятия

14.1. Вентиляция производственных помещений

   Для того, чтобы создать такую воздушную среду в помещениях, которая обеспечивала бы нормальное пребывание в них людей и положительно влияла на технологический процесс производства, используют различные вентиляционные устройства.

    Они должны удовлетворять следующим требованиям:

• площадь для размещения вентиляционного оборудования и каналов должна быть минимальной и не ухудшать интерьеров;
• хорошая вибро и звукоизоляция вентиляционного оборудования от строительных конструкций.

    Вентиляция производственного здания в зависимости от источника движения воздуха может быть естественной или механической; в зависимости от доли воздухообмена — общеобменной или местной; в зависимости от назначения — приточной, вытяжной или приточно-вытяжной.

   Для поддержания параметров микроклимата помещения в оптимальном режиме или близком к нему необходимо удалять из помещения вредные газы, тепло или влагу и обновлять воздух, т.е. осуществлять воздухообмен.

   Необходимый по содержанию вредных газов (например, С0₂) воздухообмен (м³/ч) определяют по формуле

где   т_i — число источников выделения вредных газов (в частности CO₂);

    P_i — количество вредных газов, выделяемых одним источником, дм³/ч;

    Р₂ — допустимая норма вредных газов в помещении (для С0₂ Р₂ = 2,5 дм³/м³);

    Р₁ — содержание вредных газов в наружном воздухе (для СО₂ Р₁ = 0,3-0,4 дм³/м³).

   Этот расчет ведется по газу, у которого выделяется больше всего по сравнению с другими.

   Необходимый по содержанию влаги воздухообмен:

где   G_b — суммарное влаговыделение в помещении, г/ч;

    α₂ и α₁ — соответственно влагосодержание воздуха помещения и наружного воздуха, г/кг;

    ρ — плотность воздуха при его температуре в помещении, кг/м³.

    Значения р можно определить по формуле

где   t_в — температура воздуха в помещении, °С;

    Р_а — атмосферное давление_, кПа.

    Воздухообмен (м³/ч), способствующий удалению избытка тепла:

где   Q_n — поток теплоты, выделяющейся в помещении, кВт;

    Q_m — поток теплоты, необходимый для нагревания приточного воздуха и теряемый через ограждения, кВт;

    t_н — температура воздуха за пределами помещения, °С.

    Необходимый воздухообмен (м³/ч) принимают по наибольшей из трех величин V_CO2, V_H2O и V_Q.

    Правильность расчета проверяют по кратности воздухообмена:

где   V_n — внутренний объем помещения, м³.

    Если кратность воздухообмена n ≤ 3 , то применяют естественную вентиляцию, при n >3 — искусственную.

   Общая площадь (м²) вентиляционных вытяжных или приточных каналов определяется по формуле

где   v — скорость воздуха в канале, м/с.

    Скорость воздуха в канале находят по формуле

где   h_k — высота вытяжного канала, м.

    Зная площадь ƒ_в (м²) поперечного сечения одного вытяжного канала находят их число:

    Сечение вытяжного канала принимают равным 0,4x0,4; 0,5x0,5; 0,6x0,6 или 0,7x0,7 м.

Аналогично находят число приточных каналов.

    При искусственной вентиляции производительность вентилятора принимают по величине расчетного воздухообмена с учетом коэффициента запаса (К=1,10 - 1,15):

            W_B=KV,                                           (14.9)

    Диаметр воздуховода рассчитывают по формуле

где   v_B — скорость воздуха в воздуховоде, м/с (v_B = 10-15 м/с)

    Давление (Па) вентилятора

                 P_B=Р_д + Р_тр+Р_м ,                                               (14.11)

где   Р_д — динамическое давление, необходимое для сообщения воздуху соответствующей скорости, Па;

Р_тр — потери давления на преодоление сопротивления движению воздуха в воздуховоде, Па;

Р_м — потери давления от местных сопротивлений, Па.

Давление динамическое определяют по формуле

где   ρ_В — плотность воздуха (принимают в зависимости от его температуры), кг/м³.

    Потери давления пo длине воздуховода рассчитывают по уравнению

где      l  — длина воздуховода, м;

    d — диаметр воздуховода, м;

λ = (0,0124+0,011)/d — гидравлический коэффициент сопротивления движению воздуха;

Потери давления от местных сопротивления

где   ξ — коэффициент местного сопротивления.

    Для длинных воздуховодов можно принять Р_м = 0,1 • Р_mp.

Зная подачу и давление подбирают вентилятор.

    Потребную мощность (кВт) электродвигателя определяют по формуле

где   η_B — к.п.д. вентилятора (для осевых однолопастных η_B =0,2-0,3, многолопастных — η_B =0,4-0,8 для центробежных — η_B = 0,6-0,9)

k— коэффициент запаса, k = 1,1-1,5 (большие значения для меньших Nдв).

    По мощности и частоте вращения подбирают электродвигатель.

14.2. Отопление производственных помещений

    Системы отопления разделяю* по следующим конструктивным признакам и параметрам:

• по месту размещения генератора тепла относительно отапливаемых помещений — местные и центральные;
• по виду теплоносителя, подводящего тепло к отапливаемым помещениям — водяные, паровые и воздушные;
• по параметрам теплоносителя — водяные системы с водой, нагретой ниже или выше (перегретой) 100°С, и паровые — низкого и высокого давления;
• по передаче тепла отапливаемым помещениям – конвективные, лучистые;

   - по способу циркуляции — естественные (гравитационные), искусственные (насосные);

   -  по схеме прокладки магистральных трубопроводов и стояков — с нижней и верхней, однотрубной или двухтрубной схемой.

    При выборе той или иной системы отопления зданий, теплоносителя, топлива, а также типов нагревательных приборов следует учитывать технологический процесс и назначение отдельных зданий, сооружений, помещений, руководствуясь строительными нормами и правилами (СНиП 11-33-75).

    Количество теплоты (кДж/ч), необходимое для отопления помещения, определяют по формуле

                               Q_om = Q_в + Q_огр + Q_сп + Q ,                                           (14.16)

где    Q_в  — количество теплоты, уносимое потоком воздуха при вентиляции, кДж/ч;

    Q_огр — количество теплоты, теряемое через стены, окна, потолки. кДж/ч;

Q_сп =(1,10...0,15)*( Q_в + Q_огр) — количество теплоты, уносимое через открываемые двери, щели и др., кДж/ч;

    Q — количество теплоты, выделяемое технологическими источниками тепла, кДж/ч. Значение Q_в находят по формуле

                                  Q_в = V . ρ . C . (t_в – t_н) ,                                                (14.17)

где   V— расчетный воздухообмен, м³/ч;

    ρ — плотность воздуха при t_H, кг/м³;

    t_в, t_н — соответственно температура воздуха внутри и снаружи помещения, °С;

    С— теплоемкость воздуха,

    С = 1кДж/кг °С (1,ЗкДж/м³ °С).

    Тепловые потери через ограждения:

                                 Q_{огр = Ʃ} K *F * (t_в – t_н) ,                                             (14.18)

где    К — коэффициент теплопередачи, кВт/м °С;

F — поверхность ограждения, м².

Коэффициент теплопередачи рассчитывают по формуле

где   α_в — коэффициент теплопередачи от окружающей среды к внутренней поверхности ограждения (для стен и потолков) α_в = 2,1 * 10 ^{- 6}   кВт/(м² °С);

α_н — коэффициент теплопередачи от наружной поверхности к окружающей среде (для стен и крыш α_н = 8,5 * 10 ^{- 6} кВт/(м² °С);

δ —  толщина каждого из слоев, составляющих ограждение, м;

    λ — коэффициент теплопроводности материала ограждения, кДж/(м² °С).

    Годовой расход топлива (кг/год или м³/год) на теплоснабжение предприятия переработки находят по следующему уравнению:

где   Q_om — годовой расход тепла на отопление, кДж/кг и кДж/м³;

    Q_тех — годовой расход тепла на технологические нужды, кДж/кг или кДж/м³;

    Q_н — низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг или кДж/м³;

η — к.п.д. котельной (при работе на твердом топливе η_к = 0,6, на жидком и газообразном — η_к = 0,8). 

14.3. Водоснабжение предприятия

    В зависимости от назначения производственные здания оборудуются следующими системами водоснабжения: хозяйственно - питьевыми, противопожарными, производственными. Они могут быть раздельными и объединенными (СНиП 11-30-76).

    Хозяйственно-питьевая и производственная вода на предприятиях переработки продукции животноводства должна соответствовать требованиям ГОСТ 2874-73. Водородный показатель (pH) — в пределах 6,5-8,5, жесткость общая — не более 7 мг-экв/л, концентрация железа — не более 0,3 мг/л, общее число бактерий в 1 мл — не более 100, кишечных палочек в 1 л — не более 3.

   Для сокращения расхода воды на производственные нужды рекомендуется применять системы оборотного и повторного водоснабжения.

    Целесообразно делать оборотное водоснабжение для охлаждения технологического оборудования. Например, на предприятиях по переработке молока оборотное водоснабжение можно применять для холодильных установок, вакуум-выпарных установок, кристаллизаторов, заквасочников.

    Повторно-оборотные системы водоснабжения позволяют вовлечь в оборот до 70-80% общего количества воды.

    При проектировании схемы водоснабжения следует руководствоваться строительными нормами и правилами "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения" (СНиП 11-34-74), а также пользоваться специальной литературой. Исходными данными для проектирования водопровода служат: схема водопроводной сети с указанием геометрических высот поверхности земли у источника и объектов водоснабжения, сведения о числе и составе водопотребителей, нормы водопотребления.

    Потребность воды в сутки (м³) находят по формуле

где    α_с — коэффициент суточной неравномерности водопотребления (α_с = 1,1-1,3);

    q_i — суточная норма потребления воды одним водопотребителем, м³;

    П_i  — число потребителей, имеющих одинаковую суточную норму водопотребления.

    Находят часовой и секундный расход воды (м³/ч, м³/с):

где   α_ч — коэффициент часовой неравномерности (α_ч = 2,5).

   Схему водопроводной сети составляют на основании фактически существующих или запроектированных мест расположения потребителей, источников воды, насосной станции, напорно-регулирующих устройств и трубопроводов. На нее наносят исходные и расчетные данные.

   Для устройства водопроводной сети используют стальные, чугунные, асбестоцементные и полиэтиленовые трубы.

   Гидравлический расчет наружной сети водопровода сводится к определению расчетных секундных расходов воды, диаметров: труб и потерь напора на каждом участке.

    Расчетный расход воды (м³/с) на участках водопровода определяют начиная от самого отдаленного потребителя по формуле

                                 Q_р = Q _{c. max} + Q_пож + 0,5 * Q_n  ,                                                 (14.24)

где  Q_пож — пожарный расход воды на участке, м ³/с ( Q_пож = 10, л/ с);

    Q_п — путевой расход воды на участке, м³/с;

    Диаметр труб (м) на каждом участке вычисляют по уравнению

где  v — скорость воды в трубопроводе, м/с; (рекомендуется принимать v = 0,75-1,5 м/с).

    Потери напора по длине трубопровода находят по формуле Дарси-Вейсбаха

где    λ — коэффициент трения по длине трубопровода (λ= 0,02-0,03);

    l — дайна трубопровода, м;

    d — диаметр трубопровода, м.

    Местные потери напора для длинных труб можно принять равными 10% от потерь по длине. Затем вычисляют суммарные потери напора по отдельным участкам ( Ʃ h).

    Напор насоса или высоту водонапорной башни (Н) определяют из условия обеспечения необходимого напора в наиболее удаленной точке

                           Н = Ʃh + Z_max – Z_б + h_c  ,                                           (14.27)

где   Z_max — максимальная геометрическая высота точки на магистральной линии, м;

Z_б — геометрическая высота расположения насосной станции или водонапорной башни, м;

    h_c — свободный напор, м (h_с = 10 м).

    Объем (м³) водонапорной башни можно определить по следующей формуле:

                            V_б = V_р + V_п ,                                                              (14.28)

где   V_р — регулируемая вместимость башни, V_р = (0,05-0,1) м³;

    V_б — при автоматической работе насоса;

    V_п — объем воды для пожаротушения, м³.

                            V_п = 0,6*(Q_{c max} + Q_пож )  ,                                            (14.29)

    Подачу (м³/с) насоса определяют по уравнению

где   Т — принятое время работы насосов в сутки, ч;

    α — коэффициент, учитывающий собственные нужды (α = 1,05-1,1)

    По часовой подаче и напору подбирают насос.

    Мощность электродвигателя (кВт) для привода насоса вычисляют по формуле

где  К — коэффициент запаса (К = 1,1-1,3);

    ρ — плотность воды, кг /м³;

    Н — напор насоса, м;

    η_н— к.п.д. насоса (η_н = 0,6-0,9);

    η_п — к.п.д. передачи (η_п = 0,9-0,98). 

14.4. Система канализации  отходов предприятия

    Комплекс  инженерных сооружений, машин и аппаратов, служащих для приема, отвода, очистки, обеззараживания и сброса сточных вод, представляет собой систему канализации.

    Системы канализации подразделяют на общесплавные, раздельные и полураздельные.

    Общесплавную  систему канализации устраивают из одной сети труб и каналов, по которым все виды сточных вод отводятся на очистные сооружения и после очистки выпускаются в водоем.

    Раздельная  система состоит из двух и более самостоятельных сетей. По одной из таких сетей отводят бытовые сточные воды на очистные сооружения, по второй — ливневые воды поступают без очистки в водоемы.

    Полураздельная  система канализации состоит также из нескольких сетей с той лишь разницей, что сеть, отводящая сточные воды на очистные сооружения, соединяется с водосточной сетью при помощи ливнеспусков.

    Сточные воды предприятий по переработке  продукции животноводства делят на загрязненные, условно чистые и бытовые.

    Загрязненные сточные воды образуются в результате мойки технологического оборудования, тары, полов, а также работы прачечных. Эти сточные воды загрязнены белком, молочным сахаром, моющими средствами (кальцинированной и каустической содой, соляной и серной кислотами) и посторонними предметами (стеклом, фольгой, тряпками, полиэтиленовой пленкой и пр.)- В случае сброса их в водоемы без предварительной очистки они оказывают вредное воздействие на воду. При биохимическом окислении органических соединений, содержащихся в сточных водах, из водоема поглощается большое количество кислорода, в результате фауна и флора водоемов погибает. Содержание кислорода в водоеме не должно быть менее 4 мг/л.

    Условно чистые сточные воды образуются в результате эксплуатации технологического оборудования (пастеризационно - охладительные установки, компрессоры, конденсаторы и т.д.) Бытовые сточные воды отводят от производственных предприятий самостоятельными сетями или присоединяют к одной из перечисленных сетей.

   Наружные канализационные сети подразделяются на дворовые, внутрицеховые и магистральные.

   Дворовые и внутрицеховые сети (от здания до магистрали) состоят из керамических труб диаметром не менее 125 мм, с уклоном 0,005-0,008. Смотровые колодцы для очистки труб в случае забивания устраивают на всех поворотах и через 40-50 м на прямых участках.

    Магистральные сети делают из керамических или асбестоцементных труб диаметром до 600 мм, а при больших сечениях — из железобетонных диаметром до 2400 мм. Глубина заложения труб 0,7-8м. Для уменьшения глубины закладки на трассах устраивают станции перекачки.

    Внутренние канализационные сети прокладывают открыто, в подпольях, коридорах, технических этажах с креплением к конструкциям зданий (стенам, колоннам, потолкам, балкам, фермам), скрыто с заделкой в строительные конструкции перекрытий под , полом (в каналах). Внутренние канализационные сети делают из чугунных, керамических, пластмассовых, асбестоцементных труб. 

14.5. Расчет расхода воды, пара, холода и электроэнергии на технологические цели

    Для обеспечения нормальной и бесперебойной работы перерабатывающего предприятия в целом и каждого отдельного технологического цеха или отделения необходимо иметь определенное количество холодной и горячей волы, пара, холода, электроэнергии, а в отдельных случаях сжатого воздуха и газа, рассчитываемое как по нормам, так и по выбранному технологическому оборудованию.

Количество воды (м³ или л) определяют по формуле

где  q_i — норма расхода воды на единицу продукции;

    т_i — количество выпускаемой продукции.

    По установленному оборудованию можно подсчитать расход воды:

где   q_уд — удельная норма расхода воды, м³ ч/т;