Проектировочный расчет двухкамерного специализированного холодильника

Проектировочный расчет двухкамерного специализированного холодильника

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

на тему:

ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ ДВУХКАМЕРНОГО СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ХОЛОДИЛЬНИКА

СОДЕРЖАНИЕ

1. Исходные данные

. Расчет и выбор основных строительных размеров камеры

. Планировка холодильника

. Расчет теплопритоков по камерам

.1 Расчет потребляемой толщины изоляции

.2 Расчет теплопритоков через ограждение

.3 Расчет теплопритоков от технологической нагрузки

.4 Расчет вентиляционного теплопритока

.5 Расчет эксплуатационных теплопритоков

. Расчет тепловой нагрузки на оборудование и компрессор

6. Выбор схемы холодильной установки и оборудования

.1 Выбор схемы холодильной установки

.2 Выбор оборудования

. Расчет воздухоохладителя

. Расчет эксплуатационных характеристик

.1 Расчет равновесной температуры в камерах

.2 Расчет равновесной влажности в камерах

.3 Расчет усушки продукта

.4 Расчет среднеобъемной температуры штабеля

.5 Расчет времени инееобразования

Список использованой литература

1 Исходные данные

Таблица 1.1

Камера 1

Таблица 1.2

Камера 2

№ вар       Технология

Таблица 1.3

Температура наружная средняя по месяцам,

Таблица 1.4

Суточное поступление продукта по месяцам, в % по емкости камеры хранения

Таблица 1.5

Грузооборот продукта по месяцам через камеру №2, в % к величине заданной в табл. 1.2

2. Расчет и выбор основных строительных размеров камеры

Рассчитываем строительную площадь для камеры №1 по формуле:

,

где =0,25 т/м³ - условная норма загрузки;

=0,7…0,75 - коэффициент, учитывающий проходы, отступы (принимаем =0,75);

=4,2 м - грузовая высота для металлических контейнеров.

 (м²)

Рассчитываем строительную площадь для камеры №2 по формуле:

(м²)

где - грузооборот продукта;

 - продолжительность цикла холодильной обработки

 - норма загрузки на 1 м² строительной площади,

 (м²)

Суммарная строительная площадь камер:

(м²)

Строительная площадь вспомогательного помещения

(м²)

Строительная площадь машинного отделения:

(м²)

Строительная площадь служебного помещения:

(м²)

Общая строительная площадь:

(м²)

Определяем число строительных квадратов:

3. Планировка холодильника

Определяем количество квадратов для каждого помещения:

Число квадратов для камеры №1:

Число квадратов для камеры холодильной обработки:

Число квадратов для машинного отделения:

Число квадратов для вспомогательного помещения:

Число квадратов для служебного помещения

После выбора числа квадратов можно спланировать холодильник относительно сторон света, схема которого представлена на рисунке 3.1.

Рис.3.1 - Планировка холодильника

Высоту стен холодильника принимаем равной 6 м.

4. Расчет теплопритоков по камерам

.1 Расчет потребляемой толщины изоляции

Расчет толщины изоляции наружной стены камеры №1 с северной стороны:

Для каждого материала выбираем соответствующие коэффициенты теплопроводности и толщины:

=0,88Вт/мК; =0,02м;

=0,82Вт/мК; =0,38м;

=0,3Вт/мК; =0,005м;

=0,029Вт/мК

м,

принимаем  м

Толщину изоляции для западной стены камеры №1 принимаем такую же, как и для северной стены камеры.

Действительный коэффициент теплоотдачи:

Для наружной стены камеры №2 с северной стороны:

 м

Принимаемм, такую же толщину изоляции принимаем и для восточной наружной стены камеры.

Действительный коэффициент теплоотдачи:

Расчет толщины изоляции для внутренней стены камеры №1, смежной с вспомогательным помещением:

Для каждого материала выбираем соответствующие коэффициенты теплопроводности и толщины:

Вт/мК; м;

Вт/мК; м;

Вт/мК; м;

Вт/мК

 м

Принимаем  м.

Действительный коэффициент теплоотдачи:

Расчет толщины изоляции для внутренней стены камеры №2, смежной с вспомогательным помещением:

Для каждого материала выбираем соответствующие коэффициенты теплопроводности и толщины:

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК

 м

Принимаемм.

Действительный коэффициент теплоотдачи:

Расчет толщины изоляции для внутренней стены камеры №1, смежной с машинным отделением и служебным помещением:

Для каждого материала выбираем соответствующие коэффициенты теплопроводности и толщины:

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК.

м

Принимаем  м.

Действительный коэффициент теплоотдачи:

Расчет толщины изоляции для внутренней стены камеры №2, смежной с камерой №1:

Для каждого материала выбираем соответствующие коэффициенты теплопроводности и толщины:

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК.

 м

Принимаем  м.

Действительный коэффициент теплоотдачи:

Расчет толщины изоляции для покрытия камеры №1:

Толщина изоляции для покрытия будет состоять из слоя 3 и слоя 4.

Для каждого материала выбираем соответствующие коэффициенты теплопроводности и толщины:

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК;  м.

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК;

 м

Принимаем слой керамзита  м

Действительный коэффициент теплоотдачи:

Расчет толщины изоляции для покрытия камеры №2:

Для каждого материала выбираем соответствующие коэффициенты теплопроводности и толщины:

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК;  м.

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК;

 м

Принимаем слой керамзита  м

Действительный коэффициент теплоотдачи:

Расчет толщины изоляции для пола с подогревом камеры №1:

Для каждого материала выбираем соответствующие коэффициенты теплопроводности и толщины:

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК.

 м

Принимаем слой керамзита  м

Действительный коэффициент теплоотдачи:

Расчет толщины изоляции для пола с подогревом камеры №2:

Для каждого материала выбираем соответствующие коэффициенты теплопроводности и толщины:

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК;  м;

 Вт/мК.

 м

Принимаем слой керамзита  м

Действительный коэффициент теплоотдачи:

Рис 4.1 - Планировка двухкамерного холодильника

.2 Расчет теплопритоков через ограждение

Теплоприток через ограждения можно найти по формуле:

где Q_1T - теплоприток, обусловленный разностью температур в камере и снаружи, Q_1С - теплоприток, обусловленный наличием солнечной радиации.

Найдем для каждой стены пола и покрытия эти составляющие теплопритока через ограждение:

Теплоприток от разности температур для камеры №1:

северная стена:

 Вт

западная стена:

 Вт

смежной с МО и СП:

 Вт

смежной с ВП:

 Вт

покрытие:

 Вт

Теплоприток от разности температур для камеры №2:

северная стена:

 Вт

восточная стена:

 Вт

смежной камерой №1:

 Вт

смежной с ВП:

 Вт.

покрытие:

 Вт

Суммарный теплоприток от разности температур для камеры №1:

Вт

Суммарный теплоприток от разности температур для камеры №2:

Вт.

Теплоприток от солнечной радиации

,

где  - условная разность температур:

для камеры №1:

западная стена:

 Вт

покрытие:

 Вт

для камеры №2: - восточная стена:

 Вт

покрытие:

 Вт

Суммарный теплоприток от солнечной радиации для камеры №1:

 Вт.

Суммарный теплоприток от солнечной радиации для камеры №2:

 Вт.

Суммарный теплоприток через ограждение для камеры №1:

 Вт

Суммарный теплоприток через ограждение для камеры №2:

 Вт

.3 Расчет теплопритоков от технологической нагрузки

Теплоприток от технологической нагрузки можно найти по формуле

где Q_2ГР - теплоприток от груза, Q_2ТАР - теплоприток от тары

Теплоприток от груза для камеры №1:

 кВт

Теплоприток от груза для камеры №2:

 кВт

Теплоприток от тары для камеры №1:

 Вт

Теплоприток от тары для камеры №2:

 Вт

Теплоприток от технологической нагрузки для камеры №1

 Вт

 Вт

.4 Расчет вентиляционного теплопритока

Вентиляционный теплоприток можно найти по формуле

Принимаем число рабочих в камере №1 - 4 человек, а в камере №2 - 2 человека.

Вентиляционный теплоприток в камере №1:

 Вт

Вентиляционный теплоприток в камере 2:

 Вт

.5 Расчет эксплуатационных теплопритоков

Теплоприток эксплуатационный можно найти по такой формуле

Теплоприток от освещения:

- для камеры №1

 Вт

для камеры №2

 Вт

Теплоприток от работающих людей:

для камеры №1

 Вт

для камеры №2

 Вт

Теплоприток от оборудования принимаем  Вт

Теплоприток от открывания дверей:

для камеры №1

 Вт

для камеры №2

 Вт

Суммарный эксплуатационный теплоприток для камеры №1:

 Вт

Суммарный эксплуатационный теплоприток для камеры №1:

 Вт

5. Расчет тепловой нагрузки на оборудование и компрессор

Тепловая нагрузка на оборудование:

Для камеры №1:

 Вт

Для камеры №2:

 Вт

Тепловая нагрузка на компрессор:

Для камеры №1:

 Вт

Для камеры №2:

 Вт

6. Выбор схемы холодильной установки и оборудования

.1 Выбор схемы холодильной установки

Для подержания необходимых температур в камерах выбираем рассольную схему холодильной установки с хладоносителем R134a. Для охлаждения хладоносителя в испарителе выбираем одноступенчатую холодильную машину, работающую на R134a.

Расчеты параметров циклов для холодильных машин для каждой камеры отдельно.

Камера хранения (камера №1):

холодопроизводительность цикла

;

температура конденсации

;

температура кипения

.

температура всасывания

холодильный агент R134a

Рис.6.1 - Схема и цикл фреоновой холодильной машины

Параметры в узловых точках цикла находим по Р-і диаграмме для R134a и заносим значения в таблицу 6.1.

Таблица 6.1

Параметры цикла

Энтальпия в т2.находим через адиабатный КПД:

Удельная массовая холодопроизводительность:

.

Удельная нагрузка на конденсатор:

.

Удельная работа цикла:

Массовый расход циркулирующего холодильного агента. Требуемый для отвода теплоты:

,

где - требуемая холодопроизводительность компрессора;

Требуемая теоретическая объёмная производительность компрессора:

.

На основании полученного значения  по каталогу выбираем агрегат ХМ с компрессором, объёмная подача которых на 20-40% больше требуемого

Значения

Действительная холодопроизводительность компрессора:

кВт

Полная тепловая нагрузка на конденсатор

Адиабатная мощность компрессора:

Эффективная мощность компрессора:

Мощность электродвигателя:

Камера холодильной обработки (камера №2):

холодопроизводительность цикла

;

температура конденсации ;

температура кипения .

температура всасывания .

холодильный агент R134a

Рис.6.2 - Схема и цикл фреоновой холодильной машины

Таблица 6.2

Значения параметров в характерных точках стандартного цикла

Энтальпия в т2.

Удельная массовая холодопроизводительность:

.

Удельная нагрузка на конденсатор:

.

Удельная работа цикла:

Массовый расход холодильного агента:

где - требуемая холодопроизводительность компрессора;

Требуемая теоретическая объёмная производительность компрессора:

.

На основании полученого значения  по каталогу выбираем агрегат ХМ с компрессором, объёмная подача которых на 20-40% юольше требуемого

Значения

Действительная холодопроизводительность компрессора:

кВт

Полная тепловая нагрузка на конденсатор

Адиабатная мощность компрессора:

Эффективная мощность компрессора:

Мощность электродвигателя:

6.2 Выбор оборудования

Для камеры хранения ( камера №1)

размерами:  м; температурой в камере; тепловой нагрузкой на оборудование .

Для камеры холодильной обработки (камеры №2):

размеры ;температурой в камере ; тепловой нагрузкой

Подбираем компрессор и компрессорный агрегат марки К-22ФВ22 І

Техническая характеристика

Камера №1

Подбор батарей

Выбираем пристеночные батареи. Батареи изготавливают из стандартных секций. Принимаем батарею, состоящую из двух секций СК и шести средних типа СС.

Длина каждой секции СК 2750мм, СС - 3000мм, тогда общая длина батарей составит

Ширина батарей из 6 труб 1500мм

Площадь поверхности батарей при шаге навивки ребер 20мм:

Потребная площадь поверхности батарей:

;

где -температурный напор;

 - коэффициент теплопередачи приборов охлаждения.

Количество батарей:

Принимаем число пристенных батарей для камеры №1 =3

холодильный установка теплоприток инееобразование

7. Расчет воздухоохладителя

Исходные данные:

- холодопроизводительность

температура воздуха в камере

влажность воздуха

вид рабочей среды воздухоохладителя - рассолы

температура кипения холодильного агента

средняя температура хладоносителя

температурный перепад для потока воздуха

скорость воздуха в живом сечении

число рядов труб по ходу воздуха

число рядов труб в живом сечении (фронтальной плоскости)

разность температур между хладагентом и воздухом помещения

Таблица 1

Техническая характеристика трубчато-ребристых поверхностей

Расчет тепловлажностных параметров воздухоохладителя

Влагосодержание воздуха:

где  - парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре воздуха

 - барометрическое давление

Энтальпия воздуха:

Теплоемкость воздуха:

Температура поверхности воздухоохладителя со стороны воздуха:

Влагосодержание воздуха в слое, прилагающем к наружной поверхности воздухоохладителя, с учетом , что :

Энтальпия воздуха в слое, прилагающем к наружной поверхности воздухоохладителя, с учетом , что :

Теплоемкость воздуха в слое, прилагающем к наружной поверхности воздухоохладителя, с учетом , что :

Средняя теплоемкость воздуха в интервале температур :

Коэффициент влаговыпадения:

Тепловлажносное отношение для воздухоохладителя:

где

Температура воздуха на входе воздухоохладителя:

Температура воздуха на выходе воздухоохладителя:

Энтальпия воздуха в точке 1:

Энтальпия воздуха в точке 2:

Влагосодержание воздуха в точке 1:

Влагосодержание воздуха в точке 2:

Массовый расход сухого воздуха через воздухоохладитель:

Относительная влажность воздуха на входе в воздухоохладитель:

Объемный расход влажного воздуха по условиям входа в воздухоохладитель:

где  - газовая постоянная сухого воздуха

 - парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре воздуха

Влагоприток к поверхности воздухоохладителя:

Определение коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха

Приведенный коэффициент теплоотдачи:

где  - коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха с учетом влаговыпадения

 - толщина инея

 - теплопроводность инея

 - коэффициент теплоотдачи без учета масообмена

Для определения конвективной составляющей коэффициента теплоотдачи используется следующая методика.

Эквивалентный диаметр:

Критерий Рейнольдса

где  - кинематическая вязкость воздуха при

 - скорость движения воздуха

Коэффициенты критерия Нуссельта

Линейный размер  вдоль по глубине аппарата:

где

Критерий Нуссельта:

Конвективный коэффициент теплоотдачи:

где  - теплопроводность воздуха при

Определение коэффициента теплоотдачи со стороны холодильного агента (хладоносителя)

Площадь поверхности ребра:

где  - расчетная высота ребра

Площадь наружной поверхности трубы:

Площадь внутренней поверхности трубы:

где

Коэффициент оребрения:

Удельный тепловой поток:

Определение коэффициента теплопередачи и поверхности теплообмена

Коэффициент теплопередачи:

Коэффициент эффективности наружной поверхности воздухоохладителя

где  - коэффициент учитывающий сопротивление контакта между трубкой и ребром

Коэффициент эффективности ребра:

где

высота ребра

 - теплопроводность материала ребра

Коэффициент теплоотдачи кипения х/а внутри горизонтальных труб:

Теплопередающая поверхность воздухоохладителя:

Температура наружной поверхности( уточненная ):

Относительная погрешность задания :

Компоновочный расчет

Наружная поверхность ребристого элемента:

Общее количество ребристых элементов аппарата:

Общая длинна оребренных труб аппарата:

Минимальное живое сечение аппарата во фронтальной плоскости:

Площадь живого сечения между двумя ребристыми элементами во фронтальной плоскости:

Количество ребристых элементов во фронтальном сечении аппарата:

Число рядов труб по ходу воздуха:

Длина труб во фронтальном сечении:

 количество вентиляторов

Число рядов труб во фронтальной плоскости:

Габаритные размеры теплообменного блока

Длина:

Ширина:

Высота:

Расчет аэродинамического сопротивления

Суммарное аэродинамическое сопротивление воздушной полости аппарата с учетом инея

где  - высота ребра

8. Расчет эксплуатационных характеристик

.1 Расчет равновесной температуры в камерах

Камера хранения (камера №1):

- теплопритоки через ограждение -

теплопритоки от технологической нагрузки -

теплопритоки от вентиляции -

эксплутационные теплопритоки -

наружная температура -

температура в камере -

относительная влажность в камере -

температура рассола -

Подводимые теплопритоки:

Внутренние теплопритоки:

Отводимые теплопритоки:

Произведение площади теплообмена на коэффициент теплопередачи:

Из баланса уравнений выразим равновесную температуру:

Камера холодильной обработки(камера №2):

теплопритоки через ограждение -

теплопритоки от технологической нагрузки -

теплопритоки от вентиляции -

эксплуатационные теплопритоки -

наружная температура -

температура в камере -

относительная влажность в камере -

температура рассола -

Подводимые теплопритоки:

Внутренние теплопритоки:

Отводимые теплопритоки:

Произведение площади теплообмена на коэффициент теплопередачи:

Из баланса уравнений выразим равновесную температуру:

.2 Расчет равновесной влажности в камерах

Камера хранения(камера №1)

Определяем равновесную влажность в камере КХ:

Введенный параметр

Вт/м²К - коэффициент теплопередачи для принудительной циркуляции воздуха;

 кДж/кг - теплота фазового перехода;₀=656 м² - площадь приборов охлаждения;

 - площадь продукта

- удельная теплоемкость.

=21,3 Вт/м^{2 -} коэффициент теплопередачи продукта

Влагосодержание в камере:

Температура инееобразования:

где в момент времени инееобразования

,

Влагосодержание на поверхности инея:

Приведенный коэффициент теплоотдачи:

где  - лучистый коэффициент теплоотдачи

 - конвекционный коэффициент теплоотдачи

Коэффициент влаговыпадения:

где теплоемкость влажного воздуха

Тогда

Принимаем толщину инея , тогда ,

 - коэффициент теплопроводности.

Температура инееобразования при

Влагосодержание поверхности инея

Равновесная влажность в камере №1:

Камера холодильной обработки(камера №2)

Определяем равновесную влажность в камере КХО

Введенный параметр

Вт/м²К - коэффициент теплопередачи для принудительной циркуляции воздуха;

 кДж/кг - теплота фазового перехода;

- удельная теплоемкость.₀=400 м² - площадь приборов охлаждения;

 - площадь продукта

Влагосодержание в камере

Температура инееобразования

где в момент времени иниеобразования

,

Влагосодержание на поверхности инея:

Приведенный коэффициент теплоотдачи:

где  - лучистый коэффициент теплоотдачи

 - конвекционный коэффициент теплоотдачи

Коэффициент влаговыпадения:

где теплоемкость влажного воздуха

Тогда

Принимаем толщину инея , тогда ,

 - коэффициент теплопроводности.

Температура инееобразования при

Влагосодержание поверхности инея

Равновесная влажность в камере №1:

.3 Расчет усушки продукта

Камера хранения (камера №1)

Исходные данные для расчета:

равновесная температура в камере

равновесная влажность в камере

площадь поверхности приборов охлаждения

плотность инея

теплота фазового перехода

температура поверхности

- коэффициент влаговыпадения

приведенный коэффициент теплоотдачи

Усушка продукта:

Где

Камера холодильной обработки(камера №2)

Исходные данные для расчета:

равновесная температура в камере

равновесная влажность в камере

площадь поверхности приборов охлаждения

плотность инея

теплота фазового перехода

температура поверхности

коэффициент влаговыпадения

приведенный коэффициент теплоотдачи

Усушка продукта:

Где

.4 Расчет среднеобъемной температуры штабеля

Исходные данные:

Тара ящики пластмассовые;

Габариты штабеля

Начальная температура груза и тары из камеры

Температура выпуска груза и тары из камеры

Температура воздуха в камере

Скорость воздуха в камере

Расчетное время цикла

Норма загрузки продукта в штабеля

Расчет среднеобъемной температуры штабелированного груза в камерах холодильной обработки.

Рис. 8.1 - Расчетная схема штабеля

В соответствии с указанной на рисунке 8.1 рассчитываем значения координат центров элементов:

Координаты центра каждого из 8 элементов представляем в таблице 8.1.

Таблица 8.1

Значение координат центров элементов

Коэффициент теплоотдачи от поверхности штабеля к воздуху камеры:

Теплоемкость груза холодильной камеры:

где w=0,93 - влагосодержание.

Теплопроводность груза холодильной камеры:

Расчетная теплопроводность штабеля:

где  - пористость штабеля, -коэффициент учитывающий интенсивность движения внутриштабельного воздуха и теплопроводность тары

Расчетная теплоемкость штабеля:

Эквивалентный коэффициент температуропроводности штабеля:

Определяем критерий Фурье для каждого элемента:

При :

Определяем критерий Био:

Определение составляющих среднеобъемных относительных температур элементов:

Где  - постоянная величина ([1] табл. 2.3)

 - корень характеристического уравнения  выбирается ([1] табл. 2.4)

Результаты расчетов сводим в таблицу 8.2. ()

Таблица 8.2

Относительная среднеобъемная температура:

На основании предыдущих расчетов определяются среднеобъемную относительную температуру:

Определяем среднеобъемную температуру:

.5 Расчет времени инееобразования

Камера хранения (камера№1)

Время инееобразования:

Камера холодильной обработки (камера №2)

Время инееобразования:

Список использованной литературы

1. Г.З. Свердлов, Б.К. Явнель, Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Пищевая промышленность, 1978. - В пер.: 90к.

2. Различные области применения холода: Справочник/ Под ред. А.В. Быкова.-М.: Агропромиздат, 1985.-272 с.

. Богданов и др. Холодильная техника. Свойства веществ: Справочник.-М.:Агропромиздат, 1985.-208 с.

. Методические указания к практическим занятиям по курсу “Термодинамика”.- Харьков.: ХПИ,1989.-51с.

5. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин / Под ред. И.А. Сакуна - Л.: Машиностроение, 1987.