冷库课程设计-小型氨系统制冷工艺设计..

小型氨系统制冷 工艺设计 （第四组） 制冷工艺设计 一个单层500t生产性冷藏库，采用砖墙、钢筋混凝土梁、柱和板建成。隔热层外墙和阁楼采用聚氨酯现场发泡，冻结间内墙贴软木，地坪采用炉渣并装设水泥通风管。整个制冷系统设计计算如下： 1.设计条件 1.气象和水文资料 设计地点 杭州 夏季室外计算温度 +35℃ 太阳辐射 北纬30 相对湿度 80% 地下水温 20℃ 冷藏容量 500t 冻结能力 20t/日         2.制冷系统 采用氨直接蒸发制冷系统。冷藏间温度为-18℃，冻结间温度为-23℃。 3.冷藏库的平面布置 冷藏库的平面布置如下图所示。 2. 设计计算 整个制冷系统的设计计算是在冷库的平面立面和具体的建筑结构和围护结构确定之后进行的。首先计算冷库的耗冷量，然后计算制冷机器和设计。计算出程序如下： 1.冷库维护结构的传热系数计算 主要计算外墙、内墙、阁楼层和地坪的传热系数，计算公式如下： 热阻的计算公式为： 传热系数的计算公式为 对于墙面的对流换热系数 ，外墙面 取；内墙表面 取；冻结间的内墙表面取。各冷库维护结构及其传热系数的计算见表1-1。 3. 冷库耗冷量的计算 （1）冷库围护结构传热引起耗冷量  按计算围护结构传热面积原则计算各库房围护结构的传热面积，然后计算耗冷量。 1）冷库围护结构的传热面积。  冷库围护结构的传热面积计算见表1-2. 表1-1  冷库围护结构及其传热系数的计算 外 墙 序号 结构层次 δ/m λ/[kal/(m·h·℃)] R=δ/λ[(m2·h·℃)/kal] 1 外墙外表面空气热阻 1/αw 25.000 0.040 2 20mm厚水泥砂浆抹面 0.020 0.800 0.025 3 370mm厚预制混凝土砖墙 0.370 0.700 0.529 4 20mm厚水泥砂浆抹面 0.020 0.800 0.025 5 冷底子油一道 7 130mm厚聚氨酯隔热层 0.130 0.031 4.194 8 混合砂浆砖砌墙 0.120 0.700 0.171 9 20mm厚1:2.5水泥砂浆抹面 0.020 0.800 0.025 10 外墙内表面空气热阻 1/αn 7.000 0.143 总热阻 R0 5.151 传热系数 K 0.194 冻结间内墙 序号 结构层次 δ/m λ/[kal/(m·h·℃)] R=δ/λ[(m2·h·℃)/kal] 1 内墙外表面空气热阻 1/αw 25.000 0.040 2 20mm厚水泥砂浆抹面 0.020 0.800 0.025 3 120mm混合砂浆砖砌墙 0.120 0.700 0.171 4 20mm厚水泥砂浆抹面 0.020 0.800 0.025 5 冷底子油一道 7 130mm聚氨酯隔热层 0.130 0.031 3.871 9 20mm厚1:2.5水泥砂浆抹面 0.020 0.800 0.025 10 内墙内表面空气热阻 1/αn 7.000 0.143 总热阻 R0 4.300 传热系数 K 0.233 屋顶阁楼层 序号 结构层次 δ/m λ/[kal/(m·h·℃)] R=δ/λ[(m2·h·℃)/kal] 1 外表面空气热阻 1/αw 25.000 0.040 2 40mm厚预制混凝土板 0.040 1.100 0.036 3 空气间层 0.020 0.230 5 20mm厚水泥砂浆找平层 0.020 0.800 0.025 6 30mm厚钢筋混凝土屋盖 0.030 1.350 0.022 7 空气间层 1.500 0.240 8 260mm厚聚氨酯隔热层 0.260 0.031 8.387 9 250mm厚钢筋混凝土板 0.250 1.350 0.185 10 内表面空气热阻 冷藏间 1/αn 7.000 0.143 冻结间 25.000 0.040 总热阻 R0 冷藏间 9.309 冻结间 9.206 传热系数 K 冷藏间 0.107 冻结间 0.109 地 坪 序号 结构层次 δ/m λ/[kal/(m·h·℃)] R=δ/λ[(m2·h·℃)/kal] 1 60mm厚细石钢筋混凝土面层 0.060 1.350 0.044 2 15mm厚水泥砂浆抹面层 0.015 0.800 0.019 4 20mm厚水泥砂浆抹面层 0.020 0.800 0.025 5 50mm厚炉渣预制块 0.050 0.350 0.143 6 540mm厚炉渣层 0.540 0.280 1.929 7 15mm厚水泥砂浆保护层 0.015 0.800 0.019 9 20mm厚水泥砂浆保护层 0.020 0.800 0.025 10 530mm厚单层红砖干铺 0.053 0.700 0.076 11 400mm厚干砂垫层 0.400 0.500 0.800 12 150mm厚3:7灰土垫层 0.150 0.345 0.435 13 100mm厚碎石灌50号水泥砂浆 0.100 0.600 0.167 14 内表面空气热阻 冷藏间 1/αn 7.000 0.143 冻结间 25.000 0.040 总热阻 R0 冷藏间 3.823 冻结间 3.721 传热系数 K 冷藏间 0.262 冻结间 0.269           表1-2  冷库维护结构的传热面积表 计算部位 传热面积 计算部位 传热面积 长/m 高/m 面积/㎡ 长/m 高/m 面积/㎡ no.1 东墙 南墙 西墙 北墙 屋顶、阁楼、地坪 9.185 22.370 9.185 20.000 20.000 7.490 7.490 7.490 7.490 7.860 68.796 167.551 68.796 149.800 157.200 no.4 东墙 南墙 西墙 北墙 屋顶、阁楼、地坪 7.420 8.000 7.420 10.370 8.000 6.290 6.290 6.290 6.290 6.060 46.672 50.320 46.672 65.227 48.480 no.2 东墙 西墙 屋顶、阁楼、地坪 8.000 8.000 20.000 7.490 7.490 1.720 59.920 59.920 154.400 no.5 东墙 西墙 北墙 屋顶、阁楼、地坪 6.000 6.000 8.000 8.000 6.290 6.290 6.290 5.650 37.740 37.740 50.320 45.200 no.3 东墙 西墙 北墙 屋顶、阁楼、地坪 9.185 9.185 22.370 20.000 7.490 7.490 7.490 7.860 68.795 68.795 167.551 157.200 no.6 东墙 南墙 西墙 屋顶、阁楼、地坪 6.950 10.370 6.950 8.000 6.290 6.290 6.290 5.590 43.716 65.227 43.716 44.720                 2） 冷库围护结构的耗冷量计算下表1-3. 表1-3  的计算表 序号 墙体方向 Q1/W K A α Tw Tn NO.1 东墙 0.194 68.796 1 35 -18 707.809 南墙 0.194 167.551 1.05 35 -18 1810.056 西墙 0.194 68.796 1.05 35 -18 743.199 阁楼层 0.107 157.200 1.2 35 -18 1074.044 地坪 0.262 157.200 0.7 33 -18 1467.838 此间合计 5802.947 NO.2 东墙 0.194 59.920 1 35 -18 616.491 西墙 0.194 59.920 1.05 35 -18 647.316 阁楼层 0.107 154.400 1.2 35 -18 1054.914 地坪 0.262 154.400 0.7 33 -18 1441.694 此间合计 3760.414 NO.3 东墙 0.194 68.796 1 35 -18 707.809 西墙 0.194 68.796 1.05 35 -18 743.199 北墙 0.194 167.551 1.05 35 -18 1810.056 阁楼层 0.107 157.200 1.2 35 -18 1074.044 地坪 0.262 157.200 0.7 33 -18 1467.838 此间合计 5802.947 NO.4 东墙 0.194 68.796 1 35 -18 707.809 南墙 0.233 167.551 1 35 -18 2065.073 西墙 0.194 68.796 1 35 -18 707.809 北墙 0.194 65.227 1.05 35 -18 704.650 阁楼层 0.109 48.480 1.2 35 -18 334.931 地坪 0.269 48.480 0.7 33 -18 465.185 此间合计 4985.456 NO.5 东墙 0.194 37.740 1 35 -18 388.291 南墙 0.233 50.320 1 35 -18 620.195 西墙 0.233 37.740 1 35 -18 465.146 北墙 0.233 50.320 1 35 -18 620.195 阁楼层 0.109 45.200 1.2 35 -18 312.270 地坪 0.269 45.200 0.7 33 -18 433.712 此间合计 2839.809 NO.6 东墙 0.194 43.716 1 35 -18 449.770 南墙 0.194 65.227 1.05 35 -18 704.650 西墙 0.194 43.716 1 35 -18 449.770 北墙 0.233 50.320 1 35 -18 620.195 阁楼层 0.109 44.720 1.2 35 -18 308.954 地坪 0.269 44.720 0.7 33 -18 429.106 此间合计 2962.445                 注：公式 中， 为传热系数 ， 为传热面积 ， 为温差修正系数， 为室外温度 ， 为室内温度 。 （2）食品冷加工的耗冷量 冻结间进行食品冷加工的耗冷量按第三章的计算公式计算。由于冷藏间属于生产性冷库，进入冷藏间贮存时的耗冷量，要按每昼夜冻结能力比例摊入于各冷藏间内。该库有三间冻结间，每间冻结能力为6.5t/日，共19.5 t/日。三间冷藏间按比例摊分，每间进货量为6.5 t/日。假设冻结的食品为猪肉。 （1）冻结间： 冻结间的温度 +39℃ 过20h后 -15℃ 食品的冻结加工量 6.5 t/日 即6500kg/日         食品在冻结前后的焓值查附表可得 ； ， ， 。 （2）冻结物冷藏间： 食品入库前的温度 -15℃ 冷藏24h后 -18℃ 食品的冷藏量 进货量为19.5 t/日         ,食品前后的焓值查附表3得： ； ，T=24h。 （3）通风换气的耗冷量  这个冷库没有需要换气的库房，因而没有通风换气的耗冷量。所以 。 （4）经营操作耗冷量 计算公式为 由于冻结间不计经营操作耗冷量则只考虑冻结物冷藏间经营操作耗冷量。每平方米地板面积照明热量 1） 库房照明耗冷量 每平方米地板面积照明热量 冻结物冷藏间1 公式 0.361kw 冻结物冷藏间2 0.355kw 冻结物冷藏间3 0.361kw           2) 开门耗冷量： V—冷间内净容积（ ）； n—每日开门换气次数冻结物冷藏间1、3按2.2次计算；冻结物冷藏间2按2.3次算 —冷间外内空气的比焓（ ）；室外空气的比焓，按温度35℃相对湿度80﹪下的比焓109.3kj/kg；室内空气的比焓，-18℃冷藏库相对湿度为95﹪的比焓为15.975kj/kg； M—有空气幕的修正系数，取0.5； —冷间空气的密度；-18℃冷藏库空气密度为1.4 冻结物冷藏间1、2、3的开门耗冷量为 冻结物冷藏间1 公式 1.755kw 冻结物冷藏间2 1.802kw 冻结物冷藏间3 1.755kw       3)操作工人耗冷量： 其中：n——操作间的人数，按4人计算； T—操作人员的工作时间，按每日3小时计算； —每个操作人员产生的耗冷量，取419w； 冻结物冷藏间经营操作耗冷量 冻结物冷藏间1经营操作耗冷量 公式 2.326kw 冻结物冷藏间1经营操作耗冷量 2.367kw 冻结物冷藏间1经营操作耗冷量 2.326kw       （5）电动机运转耗冷量 4号、5号、6号冻结间电动机的运行耗冷量相同：冷风机使用的电动机有4台，每台功率为2.2kW，，电动机运转耗冷量为6.6kw，冻结物冷藏间没有风机，此项耗冷量 （6）总耗冷量 1）库房冷却设备的总负荷：按公式计算于表1-4。 其中，冻结物冷藏间 ；冻结间 表1-4  库房冷却设备的总负荷 序号 冷间名称 1 no.1 冻结物冷藏间 9844.4 2 no.2冻结物冷藏间 7842.5 3 no.3冻结物冷藏间 9844.4 4 no.4结间 48882.8 5 no.5结间 46737.2 6 no.6结间 46859.8 总计 170011.0       2）制冷机器的总负荷 冷库的生产旺季不在夏季， 的修正系数取1；冷藏间面积 时，修正系数取0.5；冻结间取1； 带入计算后见表1-5 表1-5  机器负荷表 序号 冷间名称 各间的 1 no.1 冻结物冷藏间 8554.8 2 no.2冻结物冷藏间 6391.1 3 no.3冻结物冷藏间 8554.8 4 no.4结间 39564.0 5 no.5结间 37268.2 6 no.6结间 37399.4 总计 137732.4       4. 制冷压缩机机及配用设备的选择计算 冷库的耗冷量计算以后，便可按机器总负荷选择制冷压缩机及所配用的设备。按这个冷库的设计条件，确定冷凝温度、氨液冷凝后的再冷温度以及制冷压缩机循环的级数，然后进行计算。 冷凝温度：可以采用循环水，考虑循环水进入冷凝器的温度为+30℃，出水温度为32℃，所以冷凝温度为 氨液的再冷温度：氨液自冷凝器流入高压贮液器，在供至膨胀阀之前可以经行再冷却，一是冷凝器在室外，高压贮液器在室内，氨流进高压贮液器和供至膨胀阀的过程中，受环境的温度影响会自然降温，冷凝温度降低3-5℃。氨液通过中间冷却器的蛇形盘管进行冷却，氨液再冷温度较中间温度高3-5℃。 制冷循环的压缩级数:这个冷库冷藏间的温度为-18℃，冻结间温度为-23℃，如果蒸发温度与库房温度的温差为10℃，则蒸发温度为-28℃和-33℃。 冷凝温度为+38℃ 冷凝压力 冷凝压力和蒸发压力 的比值 结论 蒸发温度为-28℃ 蒸发压力 压力比均大于8，应采用 双机压缩制冷循环 蒸发温度为-33℃ 蒸发压力         制冷系统采用双级压缩循环， 冷凝温度 tk=38℃ 蒸发温度 t0=-33℃ 高低压级容积比 1:3 中间温度 tm=-1.5℃ 中间压力 409.64kPa         流向冷却设备的氨液经由中间冷却器的蛇形盘管经行冷却，冷却后的过冷温度比中间温度高5℃。然后通过膨胀阀节流降低到蒸发压力。 在制冷压缩机的实际运转过程中，所吸入的气体是过热气体而不是饱和蒸汽，在计算制冷压缩机的制冷量时，可以根据吸入气体的比体积来计算，即允许制冷剂有一定的过热。 按照允许吸气温度来计算制冷压缩的制冷量，制冷压缩机循环图如下图所示。 其具体如下表： tm=-1.5℃ t吸=-21℃ 吸气比体积: 吸气比体积：         按压力和温度条件，查的图中各相应状态点的焓值见表1-6： 表1-6个状态点的焓值 压力/kPa 焓/（kJ/kg） 1476.0 409.64 103.1 1633.5 1633.6 1851.74 1676.2 1684.5 1860.1 598.4 432.1                           （1）制冷压缩机的选用计算  双级压缩机的制冷量以低压级压缩制冷含量为计算依据，选用计算的目的主要是求出需用的压缩机排气量和需用的电动机功率，先计算低压级然后计算高压级。选用压缩机时一般不适宜少于两台，要考虑维修时不停产；配备多台压缩机时，要注意型号以及零件的互换性，并按制冷压缩机产品目录样本选用。 另外，也可以考虑单级制冷压缩机，配组为双级制冷压缩，压缩机的高压级和低压级的容量比可以变化。 本例中制冷压缩机的选用计算见表1-7： 表1-7  压缩机的选型计算表 计算项目 计算公式和计算结果 低压级氨循环量 412.726 低压级理论排气量 656.357 选用s8-12.5型双级制冷压缩机两台。 2*424=848>639.530 低压级电动机的功率/kw 每台压缩机的低压级的制冷剂流量为：412.726 /2=206.36 低压级的指示效率为 0.85 指示功率为 14.70kw 摩擦功率 7.07kw 压缩机的轴功率为 21.77kw 高压级氨循环量 543.63 高压机理论排气量 198.89 所选的s8-12.5型双级制冷压缩机的高压级的 理论输气量 2*141=282>193.791 高压级电动机功率/kw 每台压缩机的高压级的制冷剂流量为543.63/2=271.82 高压级的指示效率为 0.87 指示功率为 15.21kw 摩擦功率 2.35kw 压缩机的轴功率为 17.56kw 总轴功率/kw 39.33kw 在选配电动机是还要加10%的裕度     (2)制冷压缩机配用设备的计算