冷库制冷工艺课程设计.docx
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冷库制冷工艺课程设计
徐闻某小型食品加工厂制冷工艺设计计算说明书
一、设计条件
（一）制冷工艺条件
（1）拟在徐闻建设一小型食品加工厂，该工厂以加工菠萝为主，拟建设一个速冻间，以冻结盘装菠萝块，装菠萝的塑料盘尺寸为600*400*60，搁架每一层叠放2层塑料盘，以冻结块状菠萝为主
（2）对于颗粒状的菠萝丁，要求用流化床冻结设备，生产能力为2000KG/小时，该冻结设备在-35℃/+35℃工况条件下的制冷量为320KW，该设备放置在冷库外的加工车间内.
（3）冷库结构见附件图纸所示，要求采用排管作为冷却设备，要求温度为-18℃库温.
（二）设计背景：
因湛江市徐闻与海口临近，所以室外气象参数取海口作计算依据.
地理位置：
海南省海口
台站位置：
北纬东经
夏季大气压：
kPa
夏季室外计算干球温度：
34.50℃
夏季空调日平均：
29.90℃
夏季计算日较差：
8.80℃
夏季室外湿球温度：
27.90℃
夏季室外平均风速：
2.80m/s
该系统采用氟利昂作制冷剂，用作油冷却通过虹吸管系统完成，压缩机吸气过热温度为10℃，过冷温度为10℃.
二、库容量计算
（一）急冻间
急冻间内设两排搁架，每排搁架12格，每格两层，每层两列，每列26个塑料盘，每个塑料盘能装菠萝块10kg.
急冻库容量GJ1=2×12×2×2×26×10/1000＝吨
冻结时间为8h，进出货时间2h，一天加工两次，急冻间日生产能力为吨.
（二）低温冷藏间
1#冷藏间
库内净面积：
A=×库内净高：
H=㎡
公称容积：
V=×=818.7m3
货物计算密度：
=230㎏/m3
容积利用系数：
=
冷藏吨位：
GL1=×230×1000=吨
2#冷藏间
与1#冷藏间相同，冷藏吨位：
GL2=×230×1000=吨
3#冷藏间
库内净面积：
A=×库内净高：
H=㎡
公称容积：
V=×=544.23m3
货物计算密度：
=230㎏/m3
容积利用系数：
=
冷藏吨位：
GL3=×230×1000=吨
冷藏间总容量G=GL1+GL2+GL3=++=吨
三、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）外墙
序号
结构层次
厚度δ/m
导热系数λ/（W/m·℃）
热阻R=δ/λ（㎡.℃/W）
1
水泥砂浆抹面
2
重砂浆砌砖墙
3
水泥砂浆找平
4
冷底子油及二毡三油
5
硬质聚氨酯
6
水泥砂浆抹面
7
表面空气热阻（冻结间）
8
表面空气热阻（冷藏间）
9
表面空气热阻（外表面）
10
总热阻∑R（冻结间）
11
总热阻∑R（冷藏间）
12
传热系数K=1/∑R（冻结间）
13
传热系数K=1/∑R（冷藏间）
（二）地坪
序号
结构层
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
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
泥沙浆找平层
7
预制混凝土板
9
表面空气热阻（冻结间）
an=29
表面空气热阻（冷藏间）
an=8
10
表面空气热阻（外表面）
an=23
11
总热阻∑R（冻结间）
12
总热阻∑R（冷藏间）
13
传热系数K=1/∑R（冻结间）
14
传热系数K=1/∑R（冷藏间）
（三）屋顶
序号
结构层
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
水泥砂浆找平层
5
200号钢筋混凝土层
6
水泥砂浆抹面
7
硬质聚氨酯
8
表面空气热阻（冻结间）
aW
an
9
表面空气热阻（冷藏间）
aW
an
10
总热阻∑R（冻结间）
11
总热阻∑R（冷藏间）
12
传热系数K=1/∑R（冻结间）
13
传热系数K=1/∑R（冷藏间）
（三）冷藏间内墙
序号
结构层次
厚度δ/m
导热系数λ（W/m·℃）
热阻R=δ/λ（㎡.℃/W）
1
水泥砂浆抹面
2
硬质聚氨酯
3
冷底子油及二毡三油
4
水泥砂浆找平
5
重砂浆砌砖墙
6
水泥砂浆找平
7
冷底子油及二毡三油
8
硬质聚氨酯
9
水泥砂浆抹面
10
墙体外表面放热系数aw
11
墙体表内面放热系数an
12
总热阻∑R
13
传热系数K=1/∑R
（四）急冻间内墙
序号
结构层次
厚度δ/m
导热系数λ/（W/m·℃）
热阻R=δ/λ（㎡.℃/W）
1
水泥砂浆抹面
2
硬质聚氨酯
3
冷底子油及二毡三油
4
水泥砂浆找平
5
重砂浆砌砖墙
6
水泥砂浆找平
7
冷底子油及二毡三油
8
硬质聚氨酯
9
水泥砂浆抹面
10
墙体外表面放热系数aw
11
墙体表内面放热系数an
12
总热阻∑R
13
传热系数K=1/∑R
（五）急冻间走道外墙
序号
结构层次
厚度δ/m
导热系数λ/（W/m·℃）
热阻R=δ/λ（㎡.℃/W）
1
水泥砂浆抹面
2
重砂浆砌砖墙
3
水泥砂浆找平
4
冷底子油及二毡三油
5
硬质聚氨酯
6
水泥砂浆抹面
7
墙体外表面放热系数aw
8
墙体表内面放热系数an
9
总热阻∑R
10
传热系数K=1/∑R
（六）冷藏间走道外墙
序号
结构层次
厚度δ/m
导热系数λ/（W/m·℃）
热阻R=δ/λ（㎡.℃/W）
1
水泥砂浆抹面
2
重砂浆砌砖墙
3
水泥砂浆找平
4
冷底子油及二毡三油
5
硬质聚氨酯
6
水泥砂浆抹面
7
墙体外表面放热系数aw
8
墙体表内面放热系数an
9
总热阻∑R
10
传热系数K=1/∑R
四、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=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#冷藏间
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶、地坪
8．01
8．01
26
26
26
117
117
2#冷藏间
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶、地坪
8．01
8．01
26
26
26
117
117
3#冷藏间
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶、地坪
13
13
急冻间
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶、地坪
13
各库房围护结构传热量Q2的计算
根据围护结构热阻，计算外墙热惰性指标
D=∑RnSn=×+×+×+×+
×=>4
查围护结构两侧温差修正系数a:
计算部位
计算公式：
Q1=K·A·a·（tW－tn）
Q1（W）
1#冷藏间
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶
地坪
×××＋18）
×××＋18）
×117××＋18）
×××＋18）
×××（2＋18）
2#冷藏间
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶
地坪
×××＋18）
×××＋18）×117××＋18）
×××＋18）
×××（2＋18）
3#冷藏间
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶
地坪
×××＋18）
×××＋18）
×××（18-10）
×××＋18）
×××＋18）
×××（2＋18）
急冻间
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶
地坪
×××＋23）
×××＋23）
×××（23-18）
×××＋23）
×××＋23）
×××（2＋23）
（二）食品冷加工的耗冷量Q2
冷藏间进货温度等于库温，所以冷藏间食品加工耗冷量为零.
冻结间冻结能力为吨/次，每日两冻，日冻结能力为吨.冻结食品为加工菠萝.
每间最大进货量为吨/次，食品进库前的温度为29.9℃，经冷藏6小时后达－18℃.
G＝29120公斤/次，T＝6小时
食品在储存前后的含热量：
h1=kg,h2=kg
t1=32℃,t2=-18℃,B=,Cb=
（三）库内通风换气热量Q3的计算
1#冷藏间和2#冷藏间操作人数各为4人，3#冷藏间为3人.冷间空气焓值
n=1.384kg/m3，冷间空气焓值hn=kg,室外空气焓值hw=kJ/kg.
1、1#冷藏间：
hW=kg,hW=kg,n=4,V=
Q3=Q3a=
×+×4××
/24==
2、2#冷藏间：
其Q3与1#冷藏间相同，为.
3、3#冷藏间：
hW=kg,hW=kg,n=4,V=
Q3=Q3a=
×+×4××
/24==
4、急冻间不计算库内通风换气热量Q3.
（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、冻结间采用搁架排管，按每吨配风1000m3/（T·h）,选用型号轴流式风机5台,其中单台风量为6235m3/h，计算电动机功率为:
∑P=×5=,ζ=1,ρ=1
Q4=1000∑Pζρ=1000××1×1=5500W=
（五）操作热量Q5的计算
1、低温冷藏间
（1）1#冷藏库：
A=㎡，V=937.17m3，qd=2W/㎡,hW=kg,hW=kg，M=,
nr=2,qr=419W/人,n=2，nn=4.
Q5a=Aqd=×2=
Q5b=Vn（hw-hn）Mρ/24/3600=×2×+××
/24/=W
Q5c=3nnqr/24=3×4×419/24=W
Q5=Q5a＋Q5b＋Q5c=＋＋=W
（2）2#冷藏库同1#冷藏库，其Q5=W
（3）3#冷藏库:
A=㎡，V=624.78m3，qd=2W/㎡,hW=kg,hW=kg，M=,
qr=419W/人,n=，nn=3.
Q5a=Aqd=×2=
Q5b=Vn（hw-hn）Mρ/24/3600=××+××
/24/=W
Q5c=3nnqr/24=3×3×419/24=W
Q5=Q5a＋Q5b＋Q5c=＋＋=
2、冻结间
不计算Q5的热量.
（六）总耗冷量
1.库房冷却设备负荷计算
Qq=Q1＋PQ2＋Q3+Q4＋Q5
低温冷藏间：
P=1
冻结间：
P=
高温冷藏间：
P=1
Qq汇总表
库房名称
Q1（W）
PQ2（W）
Q3（W）
Q4（W）
Q5（W）
Qq（W）
急冻间
1．3×
—
5500
—
1#冷藏库
—
—
2#冷藏库
—
—
3#冷藏库
—
—
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.
急冻间自用一个－33℃蒸发温度.
Qj=（n1∑Q1＋n2∑Q2＋n3∑Q3＋n4∑Q4＋n5∑Q5）R
n1=1,n2=,n3=0,n4=,n5=0,R=
Qj汇总表
n1∑Q1
n2∑Q2
n4∑Q4
R
Qj（W）
1×
1×
1×5500
冻结物冷藏间采用－28℃蒸发温度:
Qj=（n1∑Q1＋n2∑Q2＋n3∑Q3＋n4∑Q4＋n5∑Q5）R
n1=1,n2=0,n3=,n4=0,n5=,R=
Qj汇总表
n1∑Q1
n3∑Q3
n5∑Q5
R
Qj（W）
1×
×
×
五、冷却设备的选型计算
（一）冻结物冷藏间
冻结物冷藏间制冷量比较小，负荷变化小，采用直接供液方式.采用光滑U型直式顶排管,管径采用D38无缝钢管.查资料得氨光滑U型顶排管K’为，氟利昂按其85%计算，顶排管面积的计算:
A=Qq/（K△t）K=K’C1C2C3=m2℃,△t=10℃
1#冷藏库A=10=㎡
2#冷藏库A=10=㎡
3#冷藏库A=10=
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#冷藏库需用钢管长度:
L1==1854.117m
2#冷藏库需用钢管长度:
L2==1854.117m
3#冷藏库需用钢管长度:
L3==1304.045m
3、U型排管的制作详见顶排管制作图（略）
（二）冻结间
冻结间耗冷量较大，采用单一冷却方式难以达要求，采用搁架排管加冷风机的形式，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.
采用无缝钢管排管，其所需要冷却面积A:
△t=10℃,K=m2℃
排管取直径57mm，厚度为3.5mm的无缝钢管，中心距取80mm，每格排管数
N=1200/80=15
排管总面积A=××12×15×2=676.544m2
排管制冷量Qp=KA△t=××10==
搁架排管的制作详见搁架排管制作图.
（2）选用DJ吊顶低温型冷风机，在冻结间工况下换热系数为（m2℃）.
风机所承担制冷量Qf=Qq-Qp=风机换热面积F=Qf/K/△t=10=1445.938m2
选用KLJ-300型号冷风机5台.
（三）流化床
流化床总制冷量为320KW，冷风机换热系数为（m2℃），在隧道均布六台冷风机.
单台冷风换热面积F=Q/K△t=320000/17=880.63m2
选用KLJ-150型号冷风机6台.
六、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，考虑系统的经济性，选用R22制冷剂.
（一）计算条件
该冷库为单层冷库，为提高制冷效率，节省经济费用，选用蒸发式冷凝器.徐闻的夏季室外湿球温度：
27.90℃，所以可以确定冷凝温度为:
tk=ts＋4=34.9℃
冷库拟选用比泽尔公司的带经济器的螺杆压缩机，利用其压缩机选型软件进行选型，根据排气温度和制冷系数来校核选型.
（二）制冷压缩机的选择
1、冷藏间系统：
选用比泽尔HSN5343-20-40P带经济器压缩机:
冷间冷负荷（KW）
蒸发温度（℃）
冷凝温度（℃）
吸气过热（℃）
冷凝容量（KW）
-28
10
输入功率（KW）
制冷量（KW）
COP
质量流量LP（kg/h）
质量流量HP（kg/h）
31
525
704
中冷负荷（KW）
油流量（m3/h）
油冷出口（℃）
油冷负载（KW）
排气温度（℃）
排气量（m3/h）
吸气管尺寸
排气管尺寸
最大运行电流（A）
运转电流（A）
84
54mm
42mm
729
可见，排气温度为度，小于150度，压缩机选型负荷要求.
2、冻结间系统：
选用比泽尔HSN8591-160-40P两台、HSN8571-125-40P一台，技术参数如下：
HSN8591-160-40P
冷间冷负荷（KW）
蒸发温度（℃）
冷凝温度（℃）
吸气过热（℃）
冷凝容量（KW）
-33
10
2×205
输入功率（KW）
制冷量（KW）
COP
质量流量LP（kg/h）
质量流量HP（kg/h）
2×
2×
2804
3478
中冷负荷（KW）
油流量（m3/h）
油冷出口（℃）
油冷负载（KW）
排气温度（℃）
排气量（m3/h）
吸气管尺寸
排气管尺寸
最大运行电流（A）
运转电流（A）
535
DN100
76mm
729
HSN8571-125-40P
冷间冷负荷（KW）
蒸发温度（℃）
冷凝温度（℃）
吸气过热（℃）
冷凝容量（KW）
-33
10
输入功率（KW）
制冷量（KW）
COP
质量流量LP（kg/h）
质量流量HP（kg/h）
2178
2759
中冷负荷（KW）
油流量（m3/h）
油冷出口（℃）
油冷负载（KW）
排气温度（℃）
排气量（m3/h）
吸气管尺寸
排气管尺寸
最大运行电流（A）
运转电流（A）
535
DN100
76mm
216
612
机组总制冷量Q=2×+=428KW，总冷凝容量Qq=2×205+=，同样，排气温度127.6℃<150℃，符合要求.
3、流化床冻结设备压缩机：
冷间冷负荷（KW）
蒸发温度（℃）
冷凝温度（℃）
吸气过热（℃）
冷凝容量（KW）
320
-35
10
3×
输入功率（KW）
制冷量（KW）
COP
质量流量LP（kg/h）
质量流量HP（kg/h）
3×
3×
1987
2548
中冷负荷（KW）
油流量（m3/h）
油冷出口（℃）
油冷负载（KW）
排气温度（℃）
;kW
排气量（m3/h）
吸气管尺寸
排气管尺寸
最大运行电流（A）
运转电流（A）
410
DN100
76mm
216
612
0机组总制冷量Q=3×=，大于设备冷负荷，总冷凝容量Qq=3×=，排气温度125.3℃<150℃，符合要求.
七．辅助设备的选择计算
（一）冷凝器
冷凝器拟选用江苏维克德利的ZNL系列蒸发式冷凝器.
1、冷藏间系统冷凝符合Q1=,冷凝温度为34.9℃，湿球温度为27.9℃，
ZNL排热量修正系数表
标准排热量Q=*=
根据ZNL蒸发式冷凝器参数表，选型ZNL-130，
型号
排热量
风量（m3/h）
风机功率（KW）
流量（m3/h）
水泵功率（KW）
ZNL-130
130KW
20000
2、冻结间系统冷凝器负荷：
Qq=,冷凝温度为34.9℃，湿球温度为27.9℃
标准排热量Q=×=
选择ZNL-1300蒸发式冷凝器，其参数如下：
型号
排热量
风量（m3/h）
风机功率（KW）
流量（m3/h）
水泵功率（KW）
ZNL-1300
1300KW
3×40000
3×3
130
3、流化床系统冷凝器总负荷：
Qq=，冷凝温度为34.9℃，湿球温度为
27.9℃，标准排热量Q=×=
选择ZNL-1040蒸发式冷凝器，其参数如下：
型号
排热量
风量（m3/h）
风机功率（KW）
流量（m3/h）
水泵功率（KW）
ZNL-1040
1040KW
3×40000
3×3
116
4
（二）油分离器：
各系统均选用洗涤时油分离器，油分内气体流速去0.6m/s.
冻结物冷藏间系统：
压缩机排气量Qv=84m3/h
选用YF-40型油分离器1台
冻结间系统：
压缩机并联机组的总排气量Qv=2×535+410=1480m3/h
选用YF-200型油分离器1台.
3、流化床系统：
压缩机并联机组的总排气量Qv=3×410=1230m3/h
选用YF-200型油分离器1台
（三）高压贮液器
1、冻结物冷藏间系统：
ν=0.86729L/㎏,φ=1,β=,
选用型高压贮液器1台
2、冻结间系统：
ν=0.86729L/㎏,φ=,β=,
选用型高压贮液器3台.
3、流化床系统：
ν=0.86729L/㎏,φ=,β=,
选用型高压贮液器2台，型高压贮液器1台.
（四）氟泵的选型计算
1.冻结间系统
n=6,qz=2804×2+2178=7786kg/h,V/=0.000721m3/kg.
qv=nxqzvz=6×7786×=33.70m3/h
选用南京久涌泵阀的IHF65-50-125-35型氟泵1台，备用1台，共2台，其流量为35m3/h，扬程16m，电机功率3KW.
2.流化床系统
n=6,qz=1987×3=5961kg/h,V/=0.000717m3/kg
qv=nxqzvz=6×5961×=25.64m3/h
选用南京久涌泵阀的IHF65-50-125-25型氟泵1台，备用1台，共2台，其流量为25m3/h，扬程20m，电机功率3KW.
（五）低压循环桶的选型计算
1、冻结间系统：
（1）低压循环直径桶的选型计算：
qvs=1480,ω=0.5m/s,
n=1
d=
=1.02m
（2）低压循环桶容积的计算:
本设计采用立式低压循贮液桶,采用下进上出式供液.容积计算如下：
搁架排管容积:
Vg=×2/4×15×12×2=3.23m3
冷风机容积：
查找厂家资料得，单台冷风机管内容积为0.142m3，
三台为:
Vg=3×=0.426m3
③回气管容积:
回气管选φ133×,共长约50米,每米容积为0.012266m3
Vh=50×=0.613281m3
冷藏间制冷量较大，负荷变化较大，取
=，Vb=33.7m3/h
V
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