制冷工艺设计教案资料.docx

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制冷工艺设计教案资料

第一节绪论

一、确定冷库制冷方案的原则

1、确定制冷方案的意义

利用外界能量使热量从温度较低的物质（或环境）转移到温度较高的物质（或环境）的系统叫制冷系统。

2、确定冷库方案的内容

1）制冷系统压缩级数及压缩机类型的确定;

2）制冷剂种类及冷凝器类型的确定;

3）自动化方案的确定;

4）制冷系统供液方式的确定;

5）冷间冷却方式的确定;

6）冷间冷却设备和融霜方式的确定。

3、确定冷库方案的依据

1）冷库的使用性质;

2）建设规模和投资限额。

3）生产工艺要求。

4）当地水文气象条件,如冷却水温、水量、水质等。

5）制冷装置所处环境，室外空气温湿度。

4、确定冷库方案的原则

1）满足食品冷加工工艺要求,保证质量,降低干耗;

2）尽量选用新工艺、新技术、新设备。

3）制冷系统在运行安全可靠的前提下尽量简单,操作管理方便，应优先选用自动控制方案;

4）投资合理,应降低费用指标,全面比较初置费用和运转费用,还要考虑技术经济发展趋势。

总之,要使所选方案安全可靠、方便灵活、技术先进、经济合理。

二、制冷系统压缩级数及冷凝器类型的配置方案

制冷压缩机是制冷系统的关键设备,压缩机的费用占有全部设备费用较大的比重。

压缩机运转费又是冷库管理费用中最主要的一项。

压缩机选择的是否合理,还关系到使用中调整灵活、安全、可靠等。

1、单级压缩形式

在普通制冷范围内,只有单级和双级压缩之分。

单级压缩形式,就是在制冷系统中将压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器等四大部件,把它们依次用管道连接起来,就形成一个最基本的单级压缩系统。

制冷剂在系统中经过压缩、冷凝、节流、蒸发四个过程,即可完成一个制冷循环,如图2—1所示。

2、双级压缩形式

配组式双级压缩形式,是由几台单级压缩机配合来完成高、低压级压缩。

用来配组的制冷压缩机,可以是同型号的也可以是不同型号。

应尽量选用相同系列的,便于零配件互换。

配组式双级压缩形式配合的标准以压缩机理论排汽量为准。

常采用高、低压机的理论排汽容积比Vd/Vg=1/2～1/3。

图2-4

3、确定制冷系统压缩级数

确定系统压缩级数的主要根据是压力比值,即一定工况下,系统冷凝压力与蒸发压力的比值。

1当压力比值小于或等于8时,氨系统应采用单级压缩；氟系统当冷凝压力与蒸发压力比值小于或等于10时,采用单级压缩。

2当压力比值大于8时，氨系统应采用双级压缩；氟系统当冷凝压力与蒸发压力比值大于10时,采用双级压缩。

虽然确定系统压缩级数的主要根据是压力比值,但对一些小冷库,当冻结量小而又不连续生产时,按照冷凝压力和蒸发压力比值来确定应是双级压缩形式,可压力比大于8运转时间占的比例很小,仍可确定为单级压缩形式。

这样不仅简化了制冷系统,又方便操作管理,降低冷库的造价。

第三节制冷系统供液方式的确定

高压液体经节流后，分别向各蒸发器。

制冷系统供液方式分直接膨胀供液、重力供液、液泵供液等三种。

1.直接膨胀供液

利用冷凝压力和蒸发压力之差,将节流后的制冷剂直接送入蒸发器的供液方式,称为直接膨胀供液,如图2-8所示。

在制冷装置中,它是应用最早和最简单的供液方式。

适用于小型氨制冷装置、负荷稳定的系统及氟制冷装置。

该方式的特点是:

1）制冷设备少,系统简单,制冷剂充注量少,工程费用低。

2）节流生成的闪发气体进入蒸发器,使制冷效率降低。

3）元气液分离设备,容易发生湿行程。

4）操作调节困难。

随冷凝压力、蒸发压力、负荷大小的变化,应及时调整节流阀的开启度,这对使用手动节流阀靠人工调节的制冷装置来讲是不容易做到恰到好处的。

同时,由于闪发气体的存在,对并联蒸发器的供液不容易均匀分配,使供液多的易湿行程,供液少的则出现过热现象。

2.重力供液

重力供液适用于中、小型氨冷库制冷装置。

重力供液方式的特点是供液稳定、能提高蒸发器的热交换效果、防止压缩机的“液击”，但提高了土建的造价。

目前在中、小型氨冷库制冷装置中已少用。

3、液泵供液

利用液泵的机械力,完成向蒸发器输送低温制冷剂液体任务的叫做液泵供液。

在国内外制冷装置中己得到日益广泛的采用,是国内大中型冷库制冷装置应用最多的供液方式。

1）工作原理：

高压液体节流后,进入低压循环桶,闪发气体被分离出,液体由液泵输往蒸发器吸热蒸发,蒸发形成的气体和未蒸发的液体一并返回低压循环桶被再次分离,气体和闪发气体被压缩机吸走,液体和补充来的液体供液泵再循环。

2）液泵供液的特点

1蒸发器的热交换效率高。

②保证压缩机安全运转,制冷效率高。

③操作简单,便于集中控制。

低压循环桶的液位,可通过浮球阀或自控元件控制,不须经常调节节流阀,操作简单。

④氨泵的设置,增加耗电1%----1.5%左右,同时也增加了维修量;

⑤回气管中有大量未蒸发的液体,管内阻力大,要求管径加粗,使管材和隔热材料费用加大，增加了钢材量、阀件量。

⑥在负荷波动大或压缩机启动、上载过快时,可能会引起低压循环桶内液面波动造成容积沸腾,容易导致液泵气蚀。

为保证泵所需要的净正吸人压头,需提高低压循环桶安装位置,增加了建筑费用。

为保护液泵而设立的保护装置,也将使投资增加。

3）泵供液方式根据制冷剂进出蒸发器的情况,又分为上进下出（顶部供液）和下进上出（底部供液）两种方式：

可以看出,两种方式各有优缺点,选择时,应视具体情况而定。

如贮藏果蔬、鲜蛋的冷藏间,对库温控制要求较严,宜采用库温灵敏度高的上进下出式流向;对于并联蒸发器多,对均匀配液要求较高的系统,则宜选用下进上出式流向。

第四节确定冷库制冷系统冷间冷却方式

冷间冷却方式是冷库制冷方案的一个组成部分,从制冷剂产生冷效应的角度可分为两种方式,即:

间接冷却方式和直接冷却方式。

这两种冷却方式各有其特点和适用场合。

1、间接冷却方式

间接冷却方式是指被冷却物体或冷藏库内的热量通过载冷剂传给蒸发器,再由制冷剂蒸发吸收载冷剂的热量。

间接冷却系统的特点：

1多一个载冷剂循环系统及相关的设备,初投资和经常运转费用较高。

2有两次换热,能量损失较大。

3采用盐水作载冷剂时,对金属有腐蚀作用,需经常维护修理。

④在远距离送冷、回气管阻力损失很大时,使用间接冷却系统有其独到的特点。

⑤蒸发温度较多时,采用直接冷却系统比较复杂,而间接冷却系统可采用一个最低蒸发温度,用控制、调节载冷剂流量的办法满足各种冷间的要求,使整个制冷系统简化。

目前在各种制冷装置中应用不太多,仅在特定情况下及不宜使用直接冷却系统的场所应用。

如盐水制冰、空调系统中使用。

2、直接冷却方式

直接冷却方式是指制冷剂直接在蒸发器内吸收被冷却物体或库内的热量而蒸发,该冷却方式因经济费用低,管理方便,使用年限长等优点被广泛应用。

1）直接冷却方式的特点:

1传热温差只有一次,能量损失小；

②与间接冷却系统比较,系统简单,操作管理方便,初次投资及运转费用都较低;.

③系统中如采用氨为制冷剂,一旦泄漏时,会危急人身安全或食品受损。

2）直接冷却方式的分类

按冷却设备的结构形式不同,分为以下三类：

①空气冷却方式：

分为自然对流冷却和强迫对流冷却两种。

a、空气自然对流冷却是指在冷间内采用墙、顶排管为冷却设备。

其特点是以温差为对流换热的唯一动力,库内空气流速较低,食品干耗较小，但库温不易均匀，库内降温的速度较慢,适用于较长时间贮藏低温货物的场合,如冷库中的冻结物冷藏间、贮冰间等。

b、空气强制对流冷却是指在冷间内采用冷风机为冷却设备。

其特点是借助于鼓风机进行空气强制对流,换热效果好,库内温度均匀,货物降温速度快,便于操作管理和实现自动化控制；但食品的干耗大,适用于工作周期较短的冷加工场合,如冷库中的冷却间、冻结间等。

②接触式冷却方式：

是指被冷却物体表面与冷却设备壁面直接接触。

其特点是换热以传导为主,被冷却物体温度下降迅速。

只适用于冷加工量比较小而食品又不怕挤压的场合。

③混合冷却方式：

是指在冷间内采用搁架式排管为冷却设备、内配备风机。

其特点是既有空气的强制对流换热、又有部分排管壁面直接与冻盘接触的传导换热，结构简单；但该种形式进、出货是靠人力,劳动强度大,适用于冻结量较小的加工盘装食品的场合。

3、冷间冷却设备的确定

目前冷间常采用冷却排管、冷风机和搁架式排管等冷却设备。

其选用是否合理直接关系到产品的冷加工质量和生产效率,以及经常性费用。

影响因素应考虑产品冷加工工艺要求和贮藏条件、库房的占用面积等。

冷间类型不同所选用冷间冷却设备也有区别。

①冷却间：

采用干式落地式冷风机作为冷却设备。

因进入冷却间的货物温度一般较高，食品含水量、表面带水大,需快速降温。

如果蔬、鲜蛋相当于室外温度,刚屠宰不久的肉胴体或分割肉的温度为35℃左右。

②.冻结间：

选用落地式或吊顶式冷风机作为冷却设备。

因肉类、鱼、家禽需冷冻加工，应采用空气强制对流的冷却方式。

对冻结量小的食品,如等盘装食品应选用搁架式排管配风机或平板冻结器。

③.冷却物冷藏间：

选用冷风机作为冷却设备。

冷间宜选用强制对流冷却方式，主要用于贮藏果、蔬、鲜蛋等有生机的食品或冷却肉类。

库内温、湿度的均匀性要求较高,,要配置均匀送风道,使库内达到均匀送风的目的。

④冻结物冷藏间：

一般选用冷却排管为冷却设备。

冷间宜选用自然对流冷却方式，可以有效地保证食品质量,降低干耗；主要用于贮藏冻结后的肉类、家禽、水产品等。

也可采用微风速的冷风机来替代冷却排管,这种冷却方式有利于缩短施工周期,便于自动控制,对于有包装的冻结货物是十分有利的。

⑤产品包装间：

选用冷却设备应根据包装间温度而确定。

当包装间温度在O°C以上时,宜采用冷风机,当包装间温度在O'C以下时,可采用排管为冷却设备。

近年来,又出现许多类型的冻结装置,如平板冻结器、隧道式冻结装置和螺旋式冻结装置等。

这些冻结装置具有结构紧凑,布置灵活,容易实现自动控制等特点,并使工人能在常温下进行操作,使劳动条件得到改善,随着产品冷加工工艺的改变,这些冻结装置会逐步得到推广使用。

第二章库房冷负荷的计算⑴

计算库房冷负荷的目的在于根据它的数值选配制冷压缩机、辅助设备和冷却设备。

库房冷负荷是制冷工艺设计中的一个基础数据。

第一节室内外计算参数的确定

一、室内外计算温度的确定

1.室内外计算温度的确定

（1）室内计算温度tn的确定对于生鲜水果、蔬菜及鲜蛋等食品,其库温一般在-2℃~+2℃之间，目的是要求冷间内既有低温,又不对果蔬等食品产生冻害。

（2）室外计算温度tw的确定确定室外计算温度的原则是考虑最不利的工作条件下进行制冷负荷计算。

不同的地区,室外温度不同,室外计算温度的确定必须根据当地具有代表性的某个室外温度来决定,用它来计算冷间制冷负荷时所得结果与实际制冷负荷相仿。

在计算库房围护结构热流量时,应采用"夏季空气调节日平均温度"为室外计算温度，在计算开门热流量和冷间通风换气热流量时,对室外计算温度的确定应采用夏季通风室外计算温度。

（3）邻室计算温度的确定两个冷间之间或冷间与其他建筑物之间进行传热计算时,则应以邻室计算温度来代替室外计算温度,原则是:

1）当邻室为冷却间或冻结间时,计算温度应该取该类冷间空库保温温度。

选取空库保温温度时,冷却间应按+10℃,冻结间应按-10℃计算。

2）冷间地面隔热层下设有加热装置时,其外侧温度按1～2℃计算。

3）邻室是常温穿堂、地下室、附属建筑物等没有规定温度的房间,通常的方法是以室外计算温度代替邻室计算温度。

二、计算相对湿度的确定

在库温较高时,室内相对湿度越高,水分蒸发量越少,重量损失（干耗）就越小。

相反,相对湿度越低,则食品的干耗越大,使食品的色、香、昧、营养遭到破坏。

为减少食品干耗,相对湿度可增大到95%左右。

第二节库房热量的计算⑴

冷负荷