制冷工艺设计.docx
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制冷工艺设计
制冷工艺设计
计
算
书
班级：
制冷与空调0401班
学号：
12
姓名：
周光科
指导老师：
杨强
设计时间：
2006年12月
前言
随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，人们对生活质量提出更高要求，对身体的健康格外重视，饮食观念也日益趋向于“绿色”，因此，冷冻鱼肉制品、反季蔬菜、保鲜水果颇受欢迎，冷库的需求也随之增加。
为了适应社会的发展和人们的需求，同时为了锻炼同学们的动手能力，使所学知识应用于实践，特此安排本次设计。
本设计以湘潭地区单层生产性冷库为设计题目，进行冷库制冷工艺的设计。
设计课题如下：
（一）冷库的规格
1、低温冷藏间的容量为：
2200m3（500t）冷间设计温度为-18℃，相对湿度为95﹪；
2、冻结间生产能力为20t/24h，冷间设计温度为-23℃。
其中用冷风机冻结白条肉14T/日，用搁架排管冻结分割肉和其它小家禽6T/日。
3、高温冷藏间的容量为：
4263m3（470T），设计温度为：
0~4℃，相对湿度为：
85~95﹪；如果冷藏蔬菜类，相对湿度为：
85﹪。
（二）库房的平面布置
1、库房的平面布置见图1，该冷库有三个冻结间和三个冻结物冷藏间和三个冷却物冷藏间通过常温穿堂组合成整体；
2、房内净长、净宽在平面图上都已标出；
3、房内净高：
冻结间为4.5m，冻结物冷藏间为5m；
4、冻结间的内隔墙采用软木优质隔热层；
5、层顶为通风阁楼，地坪采用炉渣并埋设通风管道；
6、冷库冷藏间无隔热层；
7、库房围护结构构造见表
（三）水文条件
1、室外空气温、湿度，根据湘潭查附录Ⅳ；
2、冷却水温度湘潭的可作调整，一般确定为20℃。
A、制冷工艺设计说明书
（一）设计条件
1．气象
夏季室外计算温度：
tw=+32℃
相对温度：
w=58%
2.水温
按循环冷却水系统考虑，冷凝器进水温度＋20℃,出水温度+22℃.
3.冷凝温度:
tk=+25℃
4.蒸发温度:
t0=-33℃,t0=-10℃
（二）生产能力
1.冻结能力:
20吨/日,采用一次冻结
2.冷藏容量:
低温冷藏500吨,高温冷藏500吨。
B、库容量计算
（一）高温冷藏间
1.No7库
库内净面积：
A=×＝㎡
库内净高：
H＝6m
公称容积：
V＝×6＝2131.5m3
货物计算密度：
＝250kg/m3
容积利用系数：
＝×＝
冷藏吨位：
G1＝×250×1000＝吨
2、№8库
同№7库，冷藏吨位：
G2＝吨
3、高温冷藏间冷藏吨位：
G=G1+G2=469吨
（500－469）/500＝%
符合要求。
（二）低温冷藏间
1、NO1库
库内净面积：
A=×=㎡
库内净高：
H=5m
公称容积：
V=×5=720.7m3
货物计算密度：
=400㎏/m3
容积利用系数：
=
冷藏吨位：
×400×1000=吨
2、№2库
库内面积净面积：
A=×=㎡
库内净高：
H＝5m
公称容积：
V＝×5＝752.7m3
货物计算密度：
＝400kg/m3
容积利用系数：
＝
冷藏吨位：
G2＝×400×1000＝吨
3、№3库
同№1库，G3=吨
低温冷藏间冷藏吨位：
G=G1＋G2＋G3=吨
（）/500=%符合要求。
C、围护结构传热系数计算
主要计算外墙、内墙、屋顶和地坪的传热系数。
（一）高温冷藏间
1、外墙
序号
结构层（有外向内）
厚度δ
（m）
导热系数λ（W/m.℃）
热阻R=δ/λ
（㎡.℃/W）
1
1：
水泥砂浆抹面
2
混合沙浆砌砖墙
3
1：
水泥砂浆抹面
4
硬质聚氨酯
5
1：
水泥砂浆抹面
6
墙体表面空气热阻
aW=23
an=18
RW=
Rn=
7
总热阻∑R
8
传热系数K=1/∑R
2、地坪
序号
结构层（有上向下）
厚度δ
（m）
导热系数λ（W/m.℃）
热阻R=δ/λ
（㎡.℃/W）
1
钢筋混凝土面层
2
1：
3水泥砂浆保护层
3
一毡二油防水层
—
4
软木层
5
二毡三油隔气层
—
6
1：
3水泥砂浆找平层
7
100号混凝土垫层
8
表面空气热阻
an=18
9
总热阻∑R
10
传热系数K=1/∑R
3、屋顶
序号
结构层（有上向下）
厚度δ
（m）
导热系数λ（W/m.℃）
热阻R=δ/λ
（㎡.℃/W）
1
预制混凝土板
2
空气间层
—
3
二毡三油防水层
—
4
1：
3水泥砂浆找平层
5
混凝土空心板层
6
1：
3水泥砂浆抹面
7
硬质聚氨酯
8
表面空气热阻
aW=23
an=18
RW=
Rn=
9
总热阻∑R
10
传热系数K=1/∑R
（二）低温冷藏间、冻结间
1、外墙
序号
结构层（有外向内）
厚度δ
（m）
导热系数λ（W/m.℃）
热阻R=δ/λ
（㎡.℃/W）
1
1：
水泥沙浆抹面
2
1：
水泥沙浆抹面
3
1：
3水泥沙浆抹面
4
混合砂浆砌砖墙
5
硬质聚氨酯
6
墙体表面空气热阻
冷藏间
冻结间
aW=23
an=12
aW=23
an=29
RW=
Rn=
RW=
Rn=
7
总热阻∑R
冷藏间
冻结间
8
传热系数K=1/∑R
冷藏间
冻结间
2、地坪
序号
结构层（有上向下）
厚度δ
（m）
导热系数λ（W/m.℃）
热阻R=δ/λ
（㎡.℃/W）
1
200号钢筋混凝土层
2
1：
3水泥砂浆
3
一毡二油防水层
—
4
软木层
5
二毡三油隔气层
—
6
1：
3水泥沙浆找平层
7
预制混凝土板
8
粗砂垫层
9
表面空气热阻
冷藏间
冻结间
an=12
an=29
10
总热阻∑R
冷藏间
冻结间
11
传热系数K=1/∑R
冷藏间
冻结间
3、屋顶
序号
结构层（有上向下）
厚度δ
（m）
导热系数λ（W/m.℃）
热阻R=δ/λ
（㎡.℃/W）
1
预制混凝土板
2
空气间层
—
3
二毡三油防水层
—
4
1：
3水泥沙浆找平层
5
混凝土空心板层
6
1：
3水泥沙浆抹面
7
硬质聚氨酯
8
表面空气热阻
冷藏间
冻结间
aW=23
an=12
aW=23
an=29
RW=
Rn=
RW=
Rn=
9
总热阻∑R
冷藏间
冻结间
10
传热系数K=1/∑R
冷藏间
冻结间
4、冻结间内墙
序号
结构层
厚度δ
（m）
导热系数λ（W/m.℃）
热阻R=δ/λ
（㎡.℃/W）
1
水泥砂浆
2
混合沙浆砌砖墙
3
水泥砂浆
4
硬质聚氨酯
5
1：
水泥砂浆抹面
6
墙体表面空气热阻
aW=23
an=29
RW=
Rn=
7
总热阻∑R
8
传热系数K=1/∑R
D、冷耗量的计算
（一）冷库围护结构传热面引起的冷耗量Q1
按计算围护结构传热面积的原则计算各库房围护结构的传热面积，然后计算耗冷量。
计算公式：
Q1=（tW－tn）
传热面积A的计算
计算部位
长度
（m）
高度（m）
面积
（㎡）
计算部位
长度
（m）
高度
（m）
面积
（㎡）
№1
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶、地坪
№5
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶、地坪
6
6
6
51
№2
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶、地坪
164
№6
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶、地坪
№3
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶、地坪
№7
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶、地坪
№4
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶、地坪
№8
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶、地坪
各库房围护结构传热量Q2的计算
计算部位
计算公式：
Q1=（tW－tn）
Q1（W）
NO1
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶
地坪
×××（32＋18）
×××（32＋18）
×××（32＋18）
×××（32＋18）
×××（2＋18）
NO2
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶
地坪
×××（32＋18）
×××（32＋18）
×164××（32＋18）
×164××（2＋18）
NO3
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶
地坪
×××（32＋18）
×××（32＋18）
×××（32＋18）
×××（32＋18）
×××（2＋18）
NO4
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶
地坪
×××（32＋23）
×××（32＋23）
×××（－10＋23）
×××（32＋23）
×××（32＋23）
×××（2＋23）
NO5
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶
地坪
×××（32＋23）
×××（32＋23）
×××（－10＋23）
×××（－10＋23）
×51××（32＋23）
×51××（2＋23）
NO6
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶
地坪
×××（32＋23）
×××（32＋23）
×××（32＋23）
×××（－10＋23）
×××（32＋23）
×××（2＋23）
NO7
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶
地坪
×××（32-0）
×××（32-0）
×××（32-0）
×××（32－0）
×××（32－0）
NO8
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶
地坪
×××（32-0）
×××（32-0）
×××（32-0）
×××（32－0）
×××（32－0）
（二）食品冷加工的耗冷量Q2
该库有三间冻结间，每间冻结能力为吨/日，共吨/日。
按每昼夜冻结能力比例摊入于各冷藏间内，三间冷藏间按比例摊分，每间进货量为吨/日，冻结食品为猪肉。
1、低温冷藏间
每间最大进货量为吨/日，食品进库前的温度为－15℃，经冷藏24小时后达－18℃.
G＝19500公斤/日，T＝24小时
食品在储存前后的含热量：
h1=kg,h2=kg
t1=32×0.83℃,t2=-18℃,B=,Cb=
冷藏间№1,№2,№3库食品加工耗冷量各为：
2、冻结间
食品在冻结前的温度按＋32℃计算，经过20小时后的温度为－15℃。
食品的冻结加工量：
G=吨/日，T＝20小时
食品在冻结前后的含热量：
h1=kg,h2=kg
t1=32×0.83℃,t2=-15℃,B=,Cb=
冻结间№4,№5,№6库的食品冷加工耗冷量各为：
Q2＝
3、高温冷藏间
高温库进货量按冷藏吨位的8%计算，即：
G＝250×8%＝20吨/日＝20000公斤/日
货物入库前温度为＋28.5℃,经冷藏24小时后达0℃.
食品在贮存前后的含热量：
h1=kg,h2=kg
t1=25℃,t2=0℃,B=,Cb=,T=24h,q1=149W/t,q2=19W/t
高温冷藏间№7,№8库食品加工耗冷量各为：
Q2＝
（三）库内通风换气热量Q3的计算
1、低温库、冻结间没有通风换气的耗冷量。
2、高温库，Q3b可不计
（1）№7库
hW=kg,hn=kg,n=2,V=,
Q3=Q3a=
×（）×2××
24=
（2）№8库同№7库：
Q3=Q3a=
（四）电动机运转热量Q4的计算
1、低温冷藏间采用光滑顶排管，故无电动机运转热量Q4。
2、冻结间
（1）№4采用搁架排管，按每吨配风10000m3/T,选用型号轴流式风机6台,计算电动机功率为:
∑P=×6=,ζ=1,ρ=1
Q4=1000∑Pζρ=1000××1×1=6600W
（2）№5库采用冷风机,冷风机使用的电动机功率总计为:
∑P=,ζ=1,ρ=1
Q4=1000∑Pζρ=1000××1×1=4400W
（3）№6库同№5库:
Q4=4400W
3、高温间
（1）№7库采用冷风机，冷风机使用的电动机功率总计为：
∑P=×6=,ζ=1,ρ=1
Q4=1000∑Pζρ=1000××1×1=6600W
（2）№8库同№7库：
Q4=6600W
（五）操作热量Q5的计算
1、低温冷藏间
（1）№1库：
A=㎡，V=720.7m3，qd=2W/㎡,hw=KJ/kg,hn=KJ/kg,M=,ρn=㎏/m3,nr=3,qr=410W/个,n=2
Q5a=Aqd=×2=
Q5b=（hw-hn）MP/24=××2×（＋）××24=W
Q5c=3nrqr/24=3×3×410/24=154W
Q5=Q5a＋Q5b＋Q5c=＋＋154=W
（2）№2库:
A=㎡，V=752.7m3
Q5a=Aqd=×2=301W
Q5b=（hw-hn）MP/24=××2×（＋）××24=W
Q5c=3nrqr/24=3×3×410/24=154W
Q5=Q5a＋Q5b＋Q5c=301＋＋154=W
（3）№3库同№1库：
Q5=
2、冻结间
不计算Q5的热量。
3、高温库
（1）№7：
A=355.25m2,V=2131.5m3,qd=2W/m2,,hw=kg,hn=kg,M=,pn=1.293kg/m3,qr=280W/个n=2
Q5a=qd×A=2×=
Q5b=×Vn（hw-hn）MPn=××2×－××÷24=
Q5c=3×8×280/24=280W
Q5=Q5c＋Q5b＋Q5c=＋＋280=
（2）№8库同№7库
Q5=
（六）总耗冷量
1.库房冷却设备负荷计算
Qq=Q1＋PQ2＋Q3+Q4＋Q5
（1）低温冷藏间：
P=1
（2）冻结间：
P=
（3）高温冷藏间：
P=1
Qq汇总表
库房名称
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Qq
NO1
1×
—
—
NO2
1×
—
—
NO3
1×
—
—
NO4
×
—
6600
—
NO5
×
—
4400
—
NO6
×
—
4400
—
NO7
1×
6600
NO8
1×
6600
2、冷间机械负荷计算
冷间机械负荷分别根据不同蒸发温度计算.
（1）低温冷藏间,冻结间共用一个－33℃蒸发温度.
Qj=（n1∑Q1＋n2∑Q2＋n3∑Q3＋n4∑Q4＋n5∑Q5）R
n1=1,n2=1,n3=0,n4=,n5=,R=
Qj汇总表
n1∑Q1
n2∑Q2
n4∑Q4
n5∑Q5
R
Qj
1×
1×
×7700
×
（2）高温冷藏间采用－10℃蒸发温度:
Qj=（n1∑Q1＋n2∑Q2＋n3∑Q3＋n4∑Q4＋n5∑Q5）R
n1=1,n2=1,n3=,n4=,n5=,R=
Qj汇总表
n1∑Q1
n2∑Q2
n3∑Q3
n4∑Q4
n5∑Q5
R
Qj
1×26616
1×66849
×8659
×13200
×6309
117855
E、冷却设备的选型计算
（一）高温冷藏间
1、NO7库
采用冷风机,冷风机冷却面积A的计算：
Qq=，K=m2℃，△t=10℃
A=Qq/（k△t）=×10）=326.967m2
选用KLL－350型冷风机一台。
2、NO8库
同NO7库,选用KLL－350型冷风机一台.
（二）低温冷藏间
1、冷却面积A
采用光滑U型直式顶排管,管径采用D38无缝钢管.顶排管面积的计算:
A=Qq/（K△t）K=KC1C2C3=m2℃,△t=10℃
（1）NO1库A==㎡
（2）NO2库A==㎡
（3）NO3库A==
2、无缝钢管长度L
采用φ38×㎜无缝钢管,每米长的面积为0.119m2/m
（1）NO1库需用钢管长度:
L1==968.46m
（2）NO2库需用钢管长度:
L2==829.33m
（3）NO3库需用钢管长度:
L3==968.46m
3、U型排管的制作详见顶排管制作图（略）
（三）冻结间
1、№4库
采用搁架排管,并采用有组织的吹风.库风装设吊顶,吊顶两端留有300mm缝隙,两侧紧贴墙面,冷风从一端被风吹进,从另一端吹出,使库内冷风循环流动.
（1）需要冷却面积A:
△t=10℃,K=m2℃
A=Qq/（K△t）=÷128=349.67m2
（2）搁架排管的尺寸:
采用D38×无缝钢管,每米长的面积为0.119m2/m,需用钢管长度:
L=÷=2938.43m
（3）搁架排管的制作详见搁架排管制作图.
（4）循环风量:
按每吨配风10000m3/t风量计算,选用－2型号轴流风机6台.
2、№5库
采用干式冷风机,吊轨冻结,横向吹风.
需用冷风机面积A:
△t=10℃,K=m2℃
A=Qq/（K△t）=÷128=325.6m2
选用KLJ－200型冷风机2台.
3、№6库
采用干式冷风机,吊轨冻结,横向吹风.
需用冷风机面积A:
△t=10℃,K=m2℃
A=Qq/（K△t）=÷128=528.07m2
选用KLJ－200型冷风机2台.
F、制冷压缩机的选择计算
整个库房的耗冷量计算完毕后,可按机器总负荷Qj进行制冷压缩机的选择.
（一）计算条件
1、冷凝温度:
考虑循环水进入冷凝器的温度为＋20℃,出水温度为＋22℃,所以可以确定冷凝温度为:
tk=（t进＋t出）/2＋4=26℃
2、氨液的再冷温度:
一是氨液经中冷器蛇型管进行冷却,氨液再冷却温度较中间温度高3℃～5℃;二是氨液流进高压贮液器和供至膨胀阀的过程中,受环境温度影响自然降温比冷凝时温度低3℃～5℃.
3、制冷循环的压缩级数:
（1）低温冷藏间的温度为－18℃,冻结间的温度为－23℃,设定蒸发温度与库房温度的温度差为10℃,则蒸发温度为－28℃和－33℃.
冷凝温度为＋26℃,Pk=
蒸发温度为－28℃,P0=
蒸发温度为－33℃,P0=
Pk/P0==＜8,Pk/P0==＞8
压缩比小于8,应采用单机压缩制冷循环,确定采用组合式双机压缩循环,高低压级容积比ζ=1/3,根据已知条件查有关图表得中间温度:
tz=－5.6℃,Pz=,中冷器蛇型盘管出液温度:
tc=－＋=-0.2℃
（2）高温冷藏间温度为0℃.
冷凝温度为＋26℃,Pk=
蒸发温度为－10℃,P0=
Pk/p0==<8
压缩比小于8,应采用单级压缩循环。
4、双级制冷压缩机的制冷量以低级的制冷量为计算依据,选用计算的目的主要是求出需用的压缩机的活塞输气量.
（二）制冷压缩机的选择
1、组合式双机双级机的选择
允许吸汽温度表
蒸发温度
0
－5
－10
－15
－20
－25
－28
－30
－33
-35
-40
吸汽温度
1
－4
－7
－10
－13
－16
－18
－19
－21
-22
-28
Pk
Pz
P0
h
h2
h3
h4
h5
h6
h8
v2
v4
1718
1742
1822
1758
1950
（1）根据tz=-33℃.tl=30℃和
，查图3-1得中间冷却温度tzj=
（2）根据中间冷却温度，确定中间冷却器盘管出液温度tc=+=0℃
（3）根据蒸发温度tz=-33℃和中间冷却器温度tzj=查表3-7得低压机的输气系数
（4）根据蒸发温度tz3℃和中间冷盘管tc=0℃,查表3-8得低压机单位容积制冷量qr=kg
（5）根据式（3-3）计算低压机的理论输气量：
Vdp=
=
=
（6）选择低压机：
根据计算出的低压机理论输气量。
可从单级压缩机产品样本或表3-4中，选出两台型压缩机一台，作为低压机，其理论排气量Vp=424.54m3/h.可满足要求。
（7）选择高压机：
根据选定的高低机理论排气量之比
=1/3
得Vgp=
Vdp/3=280m3/h
从制冷压缩机的产品样本或表3-4中，可选择型压缩机两台高压机，其排气量Vp=280m3/h
（8）核对容积比：
=1/3
2、单机单级机的选择
计算压缩机的理论输气量：
h1=㎏h5=kJ/㎏λ=qz=m3
Vdp=
=×（×）
=197.2m3/h
选用型两台
V=2×141=282>符合要求。
G．辅助设备的选择计算
（一）冷凝器
1、双级机冷凝器热负荷Q1：
Vd=424m3/hq1\=1073KJ/m3
Q1=Vdqi/=（2××1056/=249040W
2、单级机冷凝器热荷：
Q1=Qcζ=2×61××1000=146400W
3、冷凝器面积
qA=300w/m3
A1=131.8m2
选用LNA-80型冷凝器2台。
（二）中间冷却器
1、冷却器直径计算：
m3/h，
D=
2、中间冷却器蛇行管冷却面积：
Qzj=Gd（h6-h8）=
K=500W/m2℃
℃
A=Qzj/（K
选用ZLA-2型中冷器1台。
（三）油分离器：
ω=0.8m/s
d=
选用YFA-125型油分离器1台
（四）空气分离器：
一般总制冷量在1163Kw以下选用KFA-32型空气分离器1台。
（五）集油器
压缩机在标准工况下总制冷量在200Kw以上时选用桶身直
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