制冷工艺课程设计任务

  根据《冷库建筑》课程设计中你所设计的平面图的基础上，进行制冷工艺设计。

一、          设计目的：

1、培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和实践知识去分析和解决工程实际问题的能力；

2、学习制冷工艺设计的一般方法，了解和掌握食品冷藏库的设计过程和进行方式；

3、进行基本技能训练，例如设计计算，绘制施工图纸，编制工程文件，运用设计资料、手册、标准和规范以及使用经验数据，进行经验估算和数据处理等。

二、          设计程序：

1、设计准备，认真研究设计任务书，明确设计要求、条件、内容和步骤；通过阅读专业资料、图纸、参观实习等，以了解设计对象；复习课程有关内容，以熟悉有关的设计方法和设计过程；准备好设计需要的图书、资料和用具；拟定设计计划等。

2、制冷系统的方案设计。决定制冷系统的方案，包括蒸发系统的划分、冷却方式、供液方式、冷凝方式、运转方式、组合方式等的选择。

3、制冷工艺设计计算。制冷负荷计算，制冷压缩机的选型计算，辅助设备的选型计算，管径选择计算等

   4、绘制制冷工艺设计图纸。制冷系统原理图。

5、整理和编写设计计算书及其它工程文件。

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  6、设计总结

三、          库址及水文条件：

1、库址：湛江

  2、冷凝器进水温度≤30℃

四、          生产能力：

1、              冻结能力：20吨/日

2、              预冷能力：10吨/日

3、              制冰能力：30吨/日

4、              冷藏容量：150吨/次

5、              贮冰能力：200吨/次

五、          冷间温度要求：

1、              冻结间：-23℃

2、              冷藏间：-18℃

3、              预冷间：-4℃

4、              贮冰间：-4℃

六、          制冷方式及制冷剂：

   冷却方式、供液方式、冷凝方式、蒸发系统划分等由设计者自定，采用氨制冷剂。

七、          冷库围护结构隔热构造：

1、屋盖（上→下 ）

（1）40厚预制混凝土板

（2）180厚空气间层

（3）二毡三油

（4）冷底子油一道

（5）20厚水泥沙浆抹面

（6）30厚钢筋混凝土屋盖

（7）1500厚空气间层

（8）聚氯乙烯农用薄膜

（9）250厚聚氯苯乙烯泡沫塑料

（10）二毡三油

（11）冷底子油一道

（12）20厚水泥沙浆抹面

（13）80厚预制钢筋混凝土板

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2、外墙

（1）20厚水泥沙浆抹面

（2）240厚砖墙

（3）20厚水泥沙浆抹面

（4）冷底子油一道

（5）隔汽层      冻结间：二毡三油

预冷间：一毡二油

储冰间：一毡二油

冷藏间：一毡二油

（6）隔热层      冻结间：250厚聚苯乙烯泡沫塑料

预冷间：100厚聚苯乙烯泡沫塑料

储冰间：150厚聚苯乙烯泡沫塑料

冷藏间：200厚聚苯乙烯泡沫塑料                   

（7）防潮层      冻结间：二毡三油

预冷间：一毡二油

储冰间：一毡二油

冷藏间：一毡二油

（8）240厚预制混凝土砖墙

（9）20厚水泥沙浆抹面

3、内墙

（1）20厚水泥沙浆抹面

（2）240厚预制混凝土砖墙

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（3）20厚水泥沙浆抹面

（4）冷底子油一道

（5）一毡二油

（6）隔热层      冻结间：250厚聚苯乙烯泡沫塑料

储冰间：150厚聚苯乙烯泡沫塑料

冷藏间：200厚聚苯乙烯泡沫塑料               

（7）一毡二油

（8）240厚预制混凝土砖墙

（9）20厚水泥沙浆抹面

4、地坪（上→下）

（1）       80厚钢筋混凝土面层

（2）       15厚水泥沙浆抹面

（3）       一毡二油

（4）隔热层      冻结间：250厚软木

预冷间：150厚软木

储冰间：200厚软木

冷藏间：200厚软木

（5）二毡三油

（6）冷底子油一道

（7）15厚水泥沙浆抹面

（8）100厚预制钢筋混凝土板

（9）架空层

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（10）60厚100号混凝土垫层

（11）素土夯实

八、          设计要求：

1、              编制制冷工艺设计计算书和设计说明书

2、              编制主要制冷工艺设计图纸

制冷系统原理图

3、              编制设备材料明细表

九、          设计参考资料：

1、              制冷专业教材（本校编）

2、              冷库制冷技术（商业部冷藏加工管理局编）

3、              冷藏库设计（湖北工业建筑设计院编）

4、              冷藏库制冷设计手册（商业部设计院编）

5、              制冷设备手册（国防工业出版社）

6、              500吨冷库图纸（商业部设计院）

7、              制冷设备产品样本（机械工业出版社）

十、          说明：

1、              各冷间净高取4.2米。

2、              制冰耗冷量采用经验数据估算，取其制冷机器负荷为6500

大卡/吨·小时。

十一、十二、课程设计指导老师：叶彪。

目录

一、冷库耗冷量的计算---------------------------------------------------------------6

二、制冷压缩机和设备的选型计算-----------------------------------------------13

三．小结--------------------------------------------------------------------------------18

四、参考资料--------------------------------------------------------------------------18

一、冷库耗冷量的计算

（一）   各间的建筑面积

　由设计说明书可知：

1、  预冷间的建筑面积：180＋96＝276㎡

2、  冷藏间的建筑面积：192㎡

3、  冻结间两间的建筑面积：2×48＝96㎡

4、  贮冰间的建筑面积：192㎡

（二）室内外计算参数

1、窒内计算温度

　冻结间：-23℃

　冷藏间：-18℃

　预冷间：-4℃

　贮冰间：-4℃

2、窒外计算温度

取夏季空气调节平均温度，查表有湛江夏季空气调节日平均温度为30℃

（三）库房耗冷量的计算

1.计算各房间围护结构传热耗冷量Q1

围护结构传热系数K的确定：

屋顶：

屋盖（上→下 ）

（1）40厚预制混凝土板

（2）180厚空气间层

（3）二毡三油

（4）冷底子油一道

（5）20厚水泥沙浆抹面

（6）30厚钢筋混凝土屋盖

（7）1500厚空气间层

（8）聚氯乙烯农用薄膜

（9）250厚聚氯苯乙烯泡沫塑料

（10）二毡三油

（11）冷底子油一道

（12）20厚水泥沙浆抹面

（13）80厚预制钢筋混凝土板

K1= = ≈2.1大卡/米²·时·℃

K2= =

≈2.5大卡/米²·时·℃

≈0.14大卡/米²·时·℃

屋顶总传热系数为：

K= = ≈0.125大卡/米²·时·℃

外墙：

（1）20厚水泥沙浆抹面

（2）240厚砖墙

（3）20厚水泥沙浆抹面

（4）冷底子油一道

（5）隔汽层      冻结间：二毡三油

预冷间：一毡二油

储冰间：一毡二油

冷藏间：一毡二油

（6）隔热层      冻结间：250厚聚苯乙烯泡沫塑料

预冷间：100厚聚苯乙烯泡沫塑料

储冰间：150厚聚苯乙烯泡沫塑料

冷藏间：200厚聚苯乙烯泡沫塑料                   

（7）防潮层      冻结间：二毡三油

预冷间：一毡二油

储冰间：一毡二油

冷藏间：一毡二油

（8）240厚预制混凝土砖墙

（9）20厚水泥沙浆抹面

冻结间：

K=

≈0.127大卡/米²·时·℃

预冷间：

K=

≈0.264大卡/米²·时·℃

贮冰间：

≈0.195大卡/米²·时·℃

冷藏间：

K=

≈0.154大卡/米²·时·℃

内墙：

（1）20厚水泥沙浆抹面

（2）240厚预制混凝土砖墙

（3）20厚水泥沙浆抹面

（4）冷底子油一道

（5）一毡二油

（6）隔热层      冻结间：250厚聚苯乙烯泡沫塑料

贮冰间：150厚聚苯乙烯泡沫塑料

冷藏间：200厚聚苯乙烯泡沫塑料               

（7）一毡二油

（8）240厚预制混凝土砖墙

（9）20厚水泥沙浆抹面

冻结间：

K=

≈0.128大卡/米²·时·℃

贮冰间：

K=

≈0.196大卡/米²·时·℃

冷藏间：

K=

≈0.155大卡/米²·时·℃

地坪：

地坪（上→下）

（4）       80厚钢筋混凝土面层

（5）      

（6）       一毡二油

（4）  隔热层    冻结间：250厚软木

预冷间：150厚软木

贮冰间：200厚软木

冷藏间：200厚软木

（5）二毡三油

（6）冷底子油一道

（7）15厚水泥沙浆抹面

（8）100厚预制钢筋混凝土板

（9）架空层

（10）60厚100号混凝土垫层

（11）素土夯实

冻结间：

K=

≈0.214大卡/米²·时·℃

预冷间：

K=

≈0.319大卡/米²·时·℃

贮冰间：

K=

≈0.253大卡/米²·时·℃

冷藏间：

K=

≈0.253大卡/米²·时·℃

围护结构传热面积的确定

1．  预冷间的传热面积

　　F北＝36 × 4.2=151.2㎡            

    F 西＝5×4.2=21㎡　　　　          F西=F东

　　F地=276㎡                          F顶=F地

2．  冻结间的传热面积

　　　　　F 西＝8×4.2＝33.6㎡　　　　　　　 F西=F东

          F地=96㎡                          F顶=F地

     3.冷藏间的传热面积

　　　 F北＝12×4.2＝50.4㎡　　　　　　F北=F南

　　　　　 F东＝16×4.2＝67.2㎡　　　　　　 F西=8×4.2=33.6㎡

          F地=192㎡                        F顶=F地

    4.贮冰间的传热面积

　　　 F南＝12×4.2＝50.4㎡　　　　　　

　　　　　F 西＝16×4.2＝67.2㎡　　　　　　

          F地=192㎡                        F顶=F地

维护结构耗冷量Q₁的计算:

室外计算温度t_w=30℃，冻结间的库房温度t_n= -23℃，冷藏间的库房温度t_n= -18℃

贮冰间的库房温度t_n= -4℃，预冷间的库房温度t_n= -4℃　理鱼间的温度t_n= 0℃

温差修正系数：库房与房外大气之间取n=1.0，库房与川堂之间取n=0.7　库房与库房之间取n＝0.7

表有太阳辐射影响的昼夜平均当量温度t_d有：

t_d北=2.4℃，t_d南=3.1℃，t_d东=5.0℃，t_d西=5.0℃

各个房间的耗冷量有：

冻结间：

北：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.127*50.4*[-4-(-23)]*0.7=85大卡/小时  

南：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.127*50.4*[(30+3.1)-(-23)]*1.0= 359大卡/小时

西：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.127*33.6*[-4-(-23)]*0.7=57大卡/小时

东：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.127*33.6*[-18-(-23)]*0.7=15大卡/小时

地坪：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.214*96*[30-(-23)]*1.0=1089大卡/小时

顶：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.125*96*[30-(-23)]*1.0=636大卡/小时

总Q₁=85+359+57+15+1089+636=2241大卡/小时

预冷间：

北：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.264*151.2*[0-(-23)]*0.7=643大卡/小时

西：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.264×21×[（30+5）-(-4)] ×1.0=216大卡/小时

东：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.264×21×[（30+5）-(-4)] ×1.0=216大卡/小时

地坪：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.319×276×[30-(-4)] ×1.0=2993大卡/小时

屋顶：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.125×276×[30-(-4)] ×1.0=1173大卡/小时

总Q₁=643+216+216+2993+1173=5241大卡/小时

冷藏间：

北：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.154×50.4×[（-4）-（-18）] ×0.7=76大卡/小时

南：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.154×50.4×[(30+3.1)-（-18）] ×1.0=397大卡/小时

西：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.154×33.6×[（-4）-（-18）] ×0.7=51大卡/小时

东：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.154×67.2×[（30+5）-（-18）] ×1.0=548大卡/小时

地坪：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.253×192×[30-（-18）] ×1.0=2332大卡/小时

屋顶：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.125×192×[30-（-18）] ×1.0=1152大卡/小时

贮冰间：

南：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.195×50.4×[（30+3.1）-（-4）] ×1.0=365大卡/小时

西：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.195×67.2×[（30+5）-（-4）] ×1.0=511大卡/小时

屋顶：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.125×192×[30-（-4）] ×1.0=816大卡/小时

地坪：Q₁=n·K·F·（t_ZP-t_n）=0.253×192×[30-（-4）] ×1.0=1652大卡/小时

总Q₁=365+511+816+1652=3344大卡/小时

食品冷加工或储存时的耗冷量Q₂的计算

食品冷加工或储存时的耗冷量Q₂的计算公式为：Q₂=Q_2a+Q_2b+Q_2c+Q_2d

（一）   食品在冷冻加工时的耗冷量：

预冷间：

Q₂= + =

  =128大卡/小时

冻结间：

Q₂= + = =180.8大卡/小时

其中G——食品每日加工量（吨/24小时）

h₁，h₂——加工前后的焓值

τ——加工时间

B——食品包装系数

C_b——包装材料的比热容

（二）   食品在储存时的耗冷量

冷藏间

Q₂= + = + =1356大卡/小时

Q₂总=128+180.8+1356=1664大卡/小时

冰库贮冰耗冷量Q₂由任务书有30×6500＝195000大卡/吨·小时

库房通风换气的耗冷量Q₃的计算

冷库的耗冷量Q₃=Q_3a+Q₃

= +30n_ir_n(H_m-H_n)

=25171大卡/小时

H_w——室外空气焓值

Hn——室内空气焓值

n——换气次数

Vr——冷藏间净容积

ni——操作人员数

r_n=空气重度

电机运行耗冷量Q₄的计算

1.库房照明耗冷量Q_4a

Q_4a=q_a·F=4×（276+192+96+192）=3024大卡/小时

其中q_a为照明引起的耗冷量，取4大卡/米²·小时

F为库房的面积

2.电动机运行的耗冷量Q_4b

Q_4b=860·N·η=860·6.6·0.75=4257大卡/小时

其中η取0.75，N为电动机的功率，

设计用3台，合计功率为6.6千瓦

3.库门开启的耗冷量Q_4c

冻结间：

Q_4c=q_m·Z·Ni=973·2·0.7=1311.8大卡/小时

其中q_m为库门每开启一小时的耗冷量，数值可以查表得出

Ni为条件系数，取0.7

Z为库房使用系数，取2

冷藏间：

Q_4c=q_m·Z·Ni=815·2·0.9=1467大卡/小时

其中q_m为库门每开启一小时的耗冷量，数值可以查表得出

Ni为条件系数，取0.9

Z为库房使用系数，取2

预冷间：

Q_4c=q_m·Z·Ni=514·2·0.7=719.6大卡/小时

其中q_m为库门每开启一小时的耗冷量，数值可以查表得出

Ni为条件系数，取0.7

Z为库房使用系数，取2

贮冰间：

Q_4c=q_m·Z·Ni=598·1·0.5=299大卡/小时

其中q_m为库门每开启一小时的耗冷量，数值可以查表得出

Ni为条件系数，取0.5

Z为库房使用系数，取1

综合以上计算有Q_4c总=1311.8+1467+719.6+299=3797.4大卡/小时

4.库房操作工人的耗冷量Q_4d

冻结间（2个）：

Q_4d=n·q_r·2=3·355·2=2130大卡/小时

其中n为操作人员数，

q_r为每个操作工人单位时间产生的热量，数值可以查表得出

冷藏间：

Q_4d=n·q_r=12·318=3816大卡/小时

其中n为操作人员数，

q_r为每个操作工人单位时间产生的热量，数值可以查表得出

预冷间（2个）：

Q_4d=n·q_r·2=3*240*2=1440大卡/小时

其中n为操作人员数，

q_r为每个操作工人单位时间产生的热量，数值可以查表得出

综合以上计算有Q_4d总=2130+3816+1440=7386大卡/小时

计算电机运行耗冷量Q_4总=Q_4a+Q_4b+Q_4c+Q_4d=3024+4257+3797.4+7386

                                   =18384.4大卡/小时

由以上的计算结果得出制冷压缩机的负荷Qj

Qj=（n1ΣQ1+ n2ΣQ2+ n3ΣQ3+ n4ΣQ4）·R

=[(2241+5241+4556+3344) ·1+(1575+195000) ·1+25171·1+(2024+4257+3797.4+7386) ·1] ·1.12=254592大卡/小时=300千瓦

其中n1为维护结构传热量的季节修正系数，取1

n2为食品热量的机械负荷折减系数，取1

n3为同期换气次数，取1

n4为冷间内电动机同期运转系数，取1

二、制冷压缩机和设备的选型计算

一．压缩机的选型计算

选用一台单级压缩机4AV12.5，两台双级的压缩机S8-12.5，三台都是大连冷冻机厂出品。各台的性能第数如下表：

选的三台压缩机都为同一厂出，维修较方便，总制冷量为26.4×10⁴ kcal/h，大于254592 kcal/h，足够使用。三台压缩机都用水冷却方式冷却。4AV12.5冷却水量为1.0~3.0m³/h，S8-12.5冷却水量为0.6m³/h.。

1、- 23℃系统

     拟采用一台S8-12.5单机双级压缩机组。

     查得以下参数：

     冷凝压力P_K=1391.6 kPa

     蒸发压力P₀=151..6kPa

     根据经验公式求中间温度：

        kPa

       查得对应的中间温度：t_m= 1.8℃，t₇ =5.8 ℃

     作出该循环理论的p-h图，如图4，

图3  －25℃ 氨系统理论p-h图

查出图中各点参数如下：

注： h4’＝ h4 ＋ （h3－h4），查《制冷原理及设备》P107公式（4－18）