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气调库设计说明书摘要本文介绍了气调库的设计,气调库又称气调贮藏是当今最先进的果蔬保鲜贮藏方法它是在冷藏的基础上,增加气体成分调节,通过对贮藏环境中温度、湿度、二氧化碳、氧气浓度和乙烯浓度等条件的控制,抑制果蔬呼吸作用,延缓其新陈代谢过程,更好地保持果蔬新鲜度和商品性,延长果蔬贮藏期和保鲜期(销售货架期)通过120t气调库设计,从基本参数的选定到冷负荷、制冷系统的选择,都要求运用制冷、传热、流体力学等知识,经过计算和筛选,完成气调库的设计关键词气调库,制冷目录摘要…………………………………………………………
11.设计基本资料
1.1设计目的…………………………………………………
41.2设计题目…………………………………………………
41.3设计指标…………………………………………………
41.4设计背景…………………………………………………
41.5广州室外气象参数………………………………………
42.气调库工况确定
2.1冷库工况和吨位分配……………………………………
52.2气调库及建筑……………………………………………
52.3气调调节方式……………………………………………
62.4气调设计…………………………………………………
82.5气调库平面面积设计……………………………………
82.6围护结构换热系数及绝热层的确定………………………………
103.库房冷负荷的计算
3.1围护结构热流量…………………………………………
153.2货物热流量………………………………………………
163.3通风换气热量量…………………………………………
173.4电机运转热流…………………………………………
183.5冷间操作热流量……………………………………
193.6冷间机械负荷……………………………………
204.制冷系统和设备选型
4.1冷凝温度与蒸发温度的确定……………………………
214.2制冷原理的热工计算……………………………………
214.3压缩机的选择计算………………………………………
234.4冷凝器的选择计算………………………………………
234.5冷风机选择计算…………………………………………
244.6油分离器的选择计算……………………………………
254.7贮液器的选择计算………………………………………
265.参考文献………………………………………………271.设计基本资料
1.1设计目的完成制冷设计,熟悉各制冷设计的步骤和过程,对制冷设计所涉及的各种部件有大致了了解
1.2设计题目广州某地区120t气调库设计
1.3设计指标小型气调库
1.4设计背景1)广州某地区120t气调库,主要用于蔬菜,水果和肉类的保鲜气调库库主要包括5个气调室,其中一个为冻结间,一个为冷却间和3个冷藏间组成主要加工环节为经过整理后的蔬菜和水果先在冷却间里冷却至4℃,在转移到就近的冷藏间(4℃);将肉类放在冷冻间冷冻至-28℃,再转移到就近的冷藏间(-28℃)建筑还包括穿堂和操作间,外部的一个气调机房,一个管理室,汽车展台和厕所2)每日进货量m,按冷间的冷藏量的5%计算5)最大班工作人数4人
1.5广州室外气象参数1)地理位置东经113°17,北纬23°8,亚热带季风气候区,夏季为东南风2)夏季室外计算干球温度31℃3)夏季室外计算湿球温度
29.7℃4)夏季大气压力
1004.5hbar5)夏季室外通风计算相对湿度75%6)夏季室外风速
1.8m/s2气调库工况确定
2.1冷库工况和吨位分配库房名称相对湿度温度生产能力存放物气调室1(冷却间)85~90%4oC5t/h蔬菜水果气调室2(冷藏蔬菜)85~90%4oC30t/d蔬菜气调室3(冷藏水果)85~90%4oC30t/d水果气调室4(冷冻间)85~90%-28oC5t/h肉类气调室5(冷藏肉类)85~90%-28℃60t/d肉类穿堂80~85%25℃操作间80~85%25℃
2.2气调库及建筑气调库又称气调贮藏是当今最先进的果蔬保鲜贮藏方法它是在冷藏的基础上,增加气体成分调节,通过对贮藏环境中温度、湿度、二氧化碳、氧气浓度和乙烯浓度等条件的控制,抑制果蔬呼吸作用,延缓其新陈代谢过程,更好地保持果蔬新鲜度和商品性,延长果蔬贮藏期和保鲜期(销售货架期)通常气调贮藏比普通冷藏可延长贮藏期
0.5—1倍;气调库内储藏的果蔬,出库后先从休眠状态苏醒,这使果蔬出库后保鲜期(销售货架期)可延长21~28天,是普通冷藏库的3~4倍气调库不同于一般的冷库在于其气密性的保持,但不是气密性越高越好经过气调贮藏的果蔬所具有的特点: 1很好地保持果蔬原有的形、色、香味; 2果实硬度高于普通冷藏; 3贮藏时间延长; 4果实腐烂率低、自然损耗失水率低;5延长货架期;6适于长途运输和外销;7许多果蔬能够达到季产年销周年供应,创出良好的社会和经济效益
2.3气调调节方式按调节方法分类自然降氧和机械降氧机械降氧包括充氮降氧,最佳气体成分置换和减压气调按不同气调设备分类塑料薄膜帐气调,硅窗气调,催化燃烧降氧气调和充氮气降氧气调气调设备催化燃烧降氧机,碳分子筛制氮机,中空纤维制氮机,二氧化碳脱除机等根据本气调库的需要,需要降低气调库内的氧气和二氧化碳浓度,增加气调库里氮气的含量,故选择气调设备为碳分子筛制氮机,二氧化碳脱除机气调方式选择充氮降氧充氮降氧将制氮机产生的氮气,强制性的充入贮藏环境来置换空气,或在二氧化碳浓度过高时,用以置换二氧化碳,以达到快速降氧和控制二氧化碳的目的碳分子筛制氮机利用碳分子吸附分离制氮吸附分离过程包括吸附和脱附碳分子筛对氧,氮有相近的吸附量,碳分子筛对氧,氮的分离,实际上是利用气体分子在其中的扩散速度的差异来实现的在相同条件下,氮分子扩散速度远远比氧分子的快的多制氮机的产氮量的计算公式式中VN——所需制氮机产气量(m³/h);Vq——气调库内实际气体所占体积(m³);——初始空气含氧量;——终了空气含氧量,通常取5%;——产品气的含氧量,取5%;Z——开机时间h本气调库中,选用PSA-G-20(产氮量为20m³/h)VN=20Z=1080x
0.6x
0.21/20=
6.8h一天的产氮量为
226.8m³,其中
109.2m³充入冷冻冷藏室,
117.6m³充入冷却冷冻室,入库温度按室温31℃算密度都取=
1.25g/L则充氮消耗冷量=
1058.9+
2388.4=
3447.3w二氧化碳脱碳机的选型计算公式式中——二氧化碳脱除能力(m³/h);V——库内实际空气所占体积(m³);C1——脱除前气体的二氧化碳的含量%;C2——脱除后气体的二氧化碳的含量%;Z——脱除机工作时间h;g——库内贮藏果蔬的数量kg;c——单位质量果蔬在单位时间内排出的二氧化碳的量(L/hkg)按照经验数据进行选用,一般300t容量以下的气调库,用一台TXF-100A型二氧化碳脱除机考虑到水果在储藏的同时会产生乙烯,所以还要选用乙烯脱除机根据资料,选择化学乙稀脱除机Typhoon,该设施的优点是降低运行成本,它不改变气体的热变化值
2.4气调设计本气调库是小容量的气调库,设计考虑时有一定的简化本设计包括气调冷却室,气调冷藏室,气调冷冻室,穿堂和气调机房1)气调冷却室冷却室是将水果和蔬菜从室温冷却至4℃,是冷藏的第一步该室的温度可以在±1℃内变化2)气调冷冻室冷冻室是将肉类从室温冷冻至-28℃,该室的冷负荷大,消耗能量多3)气调冷藏室冷藏室是用于蔬菜,水果和肉类的储存和保鲜的场所,是气调库的主要部分,也是实现气调的主要场所通过高压充氮来调节室内气体成分的百分比含量,使储藏物达到最好的保鲜效果其维护结构要具有很好的绝热性和气密性4)穿堂穿堂是物资输送的通道,设定为宽2米,考虑到冷量的流失,穿堂一般为恒温(25℃)为了减少货物进出时冷量的流失,其维护结构也要有良好的绝热性和气密性5)气调机房机房里包括制冷机组和气调机组,集中安装,省空间
2.5气调库平面面积的确定本气调库的总储存量为120t,其中蔬菜30t水果30t肉类60t1)参考国家标准《冷库设计规范》GB50072-2001,冷藏间贮藏吨位(t),G=/1000
(1)式中G——冷库计算吨位;V——冷藏间工称容积;s——食品计算密度;——冷库体积利用系数,这里=
0.42)冷藏间工称容积V:V=FH2F——冷库面积;H——冷库净高,这里H=4m冻结间面积计算冻结间采用吊轨的形式由《冷库制冷设计手册》可得,设有吊轨的冷却间、冻结间,其生产能力的计算公式为式中——冷却间、冻结间每日冷加工能力();——吊轨有效总长度();——吊轨单位长度有效静载货量();——每日冷却或冻结的周转次数;——冷却或冷冻一周转的时间()冷却间采用搁架的形式由《冷库制冷设计手册》可得,设有搁架式排管的冷却间、冻结间,其生产能力的计算公式为式中——冷却间、冻结间每日冷加工能力();——搁架利用系数;——搁架各层水平面积之和(不包括弯头部分)();——每件(盘、听或箱)冻结食品容器所占面积();——每件食品净重();——冷却或冷冻一周转的时间()通过计算,得出气调库各房间的参数如下气调库长(m)宽(m)面积(m2)气调冷却室4530气调冷藏室(蔬菜)17585气调冷藏室(水果)11555气调冷冻室7535气调冷藏室(肉类)19595操作间6530气调机房5420汽车站台6530恒温穿堂32264气调库的总面积为37x12=444㎡气调库平面简图
2.6围护结构换热系数及绝热层的确定
2.
6.1冷库外墙、屋顶、地面保温层结构查阅手册和标准,选择外墙的材料并确定其除隔热层外的基本参数由《冷库设计手册》知,对于导热系数必须采用如下的修正公式由表
4.
3.3得,聚苯乙烯泡沫塑料的热导率修正系数
1.4,=
1.4x
0.0465=
0.
0651.外墙从外到内依次为水泥砂浆抹面,钢筋混凝土砖墙,防潮层,和隔热层按最大温差来算外墙的尺寸取水泥砂浆抹面=20mm=
0.974;取钢筋混凝土砖墙=250mm=
1.55;聚氨酯氢凝防潮隔气层=
0.2mm=
0.
2.隔热层选聚苯乙烯泡沫=
0.0651将外墙的材料以及各层的基本参数和计算所得的热阻列表如下构造名称厚度(m)导热系数[]热阻外表面传热系数————
0.0434水泥砂浆抹面
0.
020.
9740.0205砖墙
0.
251.
550.1613聚氨酯氢凝防潮隔气层
0.
00020.
20.0001聚苯乙烯泡沫塑料隔热层
0.
1820.
06512.7957内表面传热系数————0.125外墙外温度t1=31℃,内侧温度t2=-28℃露点t3=26℃墙外层通风取n=
0.9b=
1.4aw=
23.Rmiin=t1-t2nb/awt1-t3=59x
0.9x
1.4/23x5=
0.65取热流量q=
9.62w/㎡R=t1-t2/q=59/
9.62=
6.13RRmiin外墙不会结露下面算绝热层的厚度由算出=182mm.外墙的总的厚度为外=
0.506m内墙t1=25℃,t2=-28℃露点t3=22℃,an=12同上面计算一样,算出绝热层厚度为=153mm构造名称厚度(m)导热系数[]热阻外表面传热系数————
0.0434水泥砂浆抹面
0.
020.
9740.0205砖墙
0.
131.
550.0839聚氨酯氢凝防潮隔气层
0.
00020.
20.0001聚苯乙烯泡沫塑料隔热层
0.
1530.
06512.3502内表面传热系数————0.125内墙的总的厚度内=
0.396m楼层有上到下依次为面层=5mm防水层双层,20mm砂浆抹面,200mm钢筋混凝土屋面,
0.2mm防潮隔气层和150mm隔热层聚苯乙烯泡沫构造名称厚度(m)导热系数[]热阻外表面传热系数————
0.0434水泥砂浆抹面
0.
020.
9740.0205钢筋混凝土层面
0.
21.
550.129聚氨酯氢凝防潮隔气层
0.
00020.
20.0001聚苯乙烯泡沫塑料隔热层
0.
1500.
06512.304高分子建筑防水粉层
0.
0050.
20.025楼层的厚度为楼=
0.512m地坪由上到下依次为100mm的钢筋混凝土粘结层、防水层,
0.2mm厚聚氨酯氢凝防潮隔气层150mm隔热层,水泥沙浆找平层、砂垫层和架空层查阅手册和标准,选择地坪层的材料并确定其除隔热层外的基本参数由表
4.
3.3得,软木的热导率修正系数则,隔热材料(软木)设计采用的热导率为将地坪层的材料以及各层的基本参数和计算所得的热阻列表如下构造名称厚度(m)导热系数[]热阻内表面传热系数————
0.125钢筋混凝土粘结层
0.
101.
5460.065水泥砂浆抹面
0.
020.
930.0215高分子建筑防水粉层
0.
0050.
230.0217聚氨酯氢凝防潮隔气层
0.
00020.
20.001软木隔热层
0.
1501.816砂垫层
0.
160.
02275.926地坪层的厚度为地=
0.498m
2.
6.2计算各面传热层系数传热系数其中—围护结构外侧表面传热系数;—围护结构内侧表面传热系数;—各层隔热材料的导热率
(1)外墙传热系数代入数据得外墙传热系数k=1/(1/23+
0.02/
0.94+
0.25/
1.55+
0.00002/
0.2+
0.182/
0.0651)=
0.33W/m²℃
(2)内墙传热系数代入数据得内墙传热系数k=1/1/12+
0.02/
0.974+
0.13/
1.55+
0.00002/
0.2+
0.153/
0.0651=
0.39W/m²℃
(3)楼层传热系数代入数据得顶层传热系数k=1/1/23+
0.02/
0.974+
0.2/
1.55+
0.0002/
0.2+
0.15/
0.0651+
0.005/
0.2=
0.36W/m²℃
(4)地坪传热系数代入数据得地面传热系数k=1/1/23+
0.1/
1.546+
0.02/
0.93+
0.005/
0.23+
0.0002/
0.2+
0.15/
0.0828+
0.16/
0.0227=
0.14W/m²℃3库房冷负荷计算
3.1围护结构热流量按照下式计算式中——维护结构热流量(W);——维护结构传热系数[W/(m2·℃)];——维护结构传热面积(m2);——维护结构两侧温差修正系数;——维护结构外侧的计算温度(℃);——维护结构内侧的计算温度(℃);外墙冷冻a=
1.05冷却a=
1.10外墙123456/W
114.
1484.
7313.
6142.
614.
8297.4外墙789101112/W
1130.
0416.
338.
113.
258.
3163.7=
3186.8W内墙冷冻a=
1.05冷却a=
1.10内墙1234/W
123.
2724.
41620.
5311.6=
2779.7W楼层冻结a=
1.15冷却a=
1.20屋顶1234/W
1503.
4133.
62754.
760.1=
4451.8W地坪层由于地面的绝热比较好,且随深度向下温度改变不大,故地面的冷量损失忽略不计维护结构的热流量=++=
10.42KW
3.2货物热流量
3.
2.1货物热流量计算公式如下式中Φ—货物热流量(W);—冷间的每日进货质量(kg);h1—货物入冷间开始温度时的比焓(kJ/kg);h2—货物在冷间终止降温时的比焓(kJ/kg);t—冷加工时间(h)
3.
2.2冷间每日进货质量m应按如下规定1冻结间应按设计冷加工能力计算;2有从外库调入货物的冷库,其冻结物冷藏间每间每日进货质量应按该间计算吨位的5﹪计算
3.
2.3货物热流量计算表如下房间入库比焓h1/kJ/kg出库比焓h2/kJ/kg入库量m/kg冷加工时间t/h热流量Φ/w
1388.
8287.
0300055655.
62287.
0287.
0600002403318.0-
18.0300010280004-
18.0-
18.060000240考虑到呼吸热,包装材料的热流量等,对得出的热流量乘以
1.2的系数Φ=
1.2x
5655.6+28000=
40.4kw
3.3通风换气热流量
3.
3.1通风换气热流量计算公式如下(
6.
1.14)式中Φ3—操作热流量(W);Φ3a—冷间换气热流量(W);Φ3b—操作人员需要的新鲜空气热流量(W);n—每日开门换气次数,可采用2~3次;Vn—冷间内净体积(m3);hw—冷间外空气的比焓(kJ/kg);hn—冷间内空气的比焓(kJ/kg);—冷间内空气密度(kg/m3);nr—操作人员数量;24-1d换算成24小时的数值;30-每个操作人员每小时需要的新鲜空气量根据设计要求有n=3nr=4空气温度℃-2842531焓/kJ/kg
245.
16282.
22302.
29308.15换气换热量123Vn/m³80560380Φ/W
797.
3981.
83190.0Φ=
797.3+
981.8+3190=
4969.1W
3.4电动机运转热流量计算电动机运转热流量计算公式如下式中Φ—电动机运转热流量(W);Pd—电动机额定功率(KW);—热转化系数,电动机在冷间内时取1;电动机在冷间外时取
0.75;b—电动机运转时间系数,对空气冷却器陪用的电动机取1对冷间内其他设备配备的电动机可按实际情况取值,如按每昼夜操作8h计,则b=8/24我们在这里直接试着取Q4=
5.2kw(经验值)
3.5操作热流量冷间操作热量计算公式为式中Φ—操作热流量(W);Φd—每平方米照明热流量,冷却间、冻结间、冷藏间和冷间内穿堂,可取
2.3W/㎡;nk—每日开门换气次数,为3次;Vn—冷间内净体积(m3);hw—冷间外空气的比焓(kJ/kg);hn—冷间内空气的比焓(kJ/kg);M—空气幕效率修正系数,可取
0.5;—冷间内空气密度(kg/m3);—每日操作时间系数,按每日操作4小时计算;Φr—每个操作人员产生的热流量(W);高于或等于-5℃时,取279w低于-5℃时取395w;nr—操作人员数量,4人注意冷却间和冷冻间不计操作热流量房间
123322147.2299Vn560256520Φ
722.
7365.
21301.8Φ=
722.7+
365.2+
1301.8=
2389.
73.6冷间机械负荷计算式中j——机械负荷(W);n1——维护结构热流量的季节修正系数,取1;n2——货物热流量折减系数;冷却物冷藏间取
0.3~
0.6,冻结物冷藏间取
0.5~
0.8,冷加工区取1;n3——同期换气系数,宜取
0.5~
1.0;n4——冷间用的电动机同期运转系数;n5——冷间同期操作系数;R——制冷装置和管道等冷损耗补偿系数,直接冷却系统宜取
1.07,间接冷却系统宜取
1.12;冷间机械负荷Qj=
54.78kw取制冷系统的工作时间系数为
0.75得出制冷系统需要配置的制冷量为4制冷系统和设备选型制冷系统分类按使用的制冷剂分氨制冷系统,氟利昂制冷系统和特殊制冷剂制冷系统;按供冷方式分类集中供冷制冷系统和分散供冷制冷系统本气调库采用以氨为制冷剂的集中式制冷采用一级压缩制冷循环
4.1冷凝温度与蒸发温度的确定
4.
1.1冷凝温度的确定:th=31℃,=3℃所以冷凝温度为tl=34℃,回热器过冷,过热度为3℃,故4点的温度为31℃压强P=
0.8MPa
4.
1.2蒸发温度的确定ts=-28℃,=5℃,所以蒸发温度为tz=-33℃,回热器过热,过热度为3℃,故1’的温度为-30℃压强P=
0.09MPa
4.2制冷原理的热工计算
4.
2.1原理图如下
4.
2.2根据原理图得到的压焓图如下
4.
2.3通过R123a的P—h图得到位置11’234温度/℃-30-
2847.83330焓值kJ/kg
1420.
781424.
361795.
57357.
36339.25单位制冷量q0=-h4=
1080.75kJ/kg制冷剂的质量流量kg/s
4.3压缩机的选择计算根据冷间机械负荷φj=
73.04KW根据压力比=
0.8/
0.09=
8.910故选用单级活塞式压缩机选用100系列氨制冷压缩机,型号4AV10应用范围该系列制冷压缩机组在冷凝温度≤40℃,蒸发温度单级+5℃~-30℃,双级-25℃~-45℃的范围内,可以广泛应用于各种需要实现空调、制冷的场合,如石油、化工、制药等工业产品的低温生产、试验,食品低温加工与冷藏,建筑空调等型号制冷量kw轴功率kw气缸数主轴转速r/min冷却水耗量kg/h4AV10116244960500经过校核,该压缩机满足使用要求4.4冷凝器的选择计算冷凝器的热负荷Φk=MR(h2s-h3)=
0.4256x
449.19-
238.81=
89.54KW冷凝器传热面积的确定选择卧式壳管式冷凝器1管型选择选择低翅片管为传热管,有关结构参数为di=
10.4mmdt=
15.1mmt=
0.4mmdb=
12.4mmsf=
1.2mm经计算,单位管长的各换热面积如下ad=
0.0158㎡/maf=
0.0972㎡/mab=
0.026㎡/mai=
0.0327㎡/maof=
0.139㎡/m2)估算传热管总长假定按管外面积计算的热流密度qo=6000w/m2则应该布置传热面积为Aof=Φk/qo=
14.93m2应布置的有效总管长为L=Aof/aof=
107.4m3确定每流程管数Z有效单管长l及流程数N取冷却水进口温度为30℃,出口温度为35℃,查表=
994.93,CP=4179,则所需水量qv=Φk/CP=
0.0043取流水速度u=
2.5m/s则每流程管数位Z=
20.23,取整数Z=20,经过对参数组合,选出流程数N=6,总根数120,有效单管长l=
0.895m.4传热系数和传热面积的计算设水在管内为湍流,按照公式k=
0.
0230.8PR
0.4=10912经过验算,F=
14.52㎡LN-25型立式冷凝器1台单台设计压力
2.0Mp冷却水用量
15.48m3/h
4.5冷风机的选型各房间的风量按计算—冷风机的风量—库房冷却设备负荷Wβ—配风系数;冻结间采用β=
0.9~
1.1m3/w·h;冷却间、冷藏间采用β=
0.5~
0.6m3/w·h根据以上公式计算得蒸发温度为-30的冷间的最大冷风量为冻结间22135(β=
0.9m3/w·h)故,可以按照要求选用以下两种冷风机冷却间、蔬菜和水果冷藏间选用型号为DL-
16.2/8的风机冻结间和冻结物冷藏间选用型号为DJ-
19.6/115的风机
4.6油分离器的选择计算油分离器装在压缩机气体排出口和冷凝器之间,用来分离高压气体中的润滑油,不使过量的油进入冷凝器和蒸发器,影响传热效果,降低制冷量本设计采用氨为制冷剂,氨用的分离器有洗涤式和离心式选用油分离器,首先根据限定流速的要求,确定筒身直径,然后按筒径选型,筒径按下式计算式中V—压缩机的理论输气量—压缩机的输气系数V2—压缩机输入蒸气的比体积V1—压缩机输出蒸气的比体积W—油分离器中气体的限定流速洗涤式油分离器取
0.8m/s,干式油分离器取
0.5m/s根据资料和计算,选择YF-200G
4.7贮液器的选择计算由《冷库设计规范》P
446.
3.12查得取1取70﹪v取
0.00169m3/kg每小时氨液的总循环量kg/sm3/s根据《冷冻空调设备大全》P298选用ZA-
1.0型贮液器设备汇总设备名称型号选型来源备注压缩机4AV10《制冷辅助设备》轴功率24kw冷凝器LN-25型立式《制冷辅助设备》设计压力
2.0Mp/h冷风机DJ-
19.6/115的风机《系列制冷设备》蒸发温度为-30油气分离器YF-200GDaleng.com.cn桶径1000mm贮液器ZA-
1.0冷冻空调设备大全容积
1.2立方米
5.参考文献
1.《空气调节用制冷技术》作者彦启森等出版社中国建筑工业出版社
2.《实用制冷工程设计手册》作者郭庆堂著出版社中国建筑工业出版社
3.《冷库制冷设计手册》作者:郭孝礼主编出版社:农业出版社
4.大连雪山网
5.《实用制冷与空调制冷手册》主编尉迟斌出版社机械工业出版社
6.《制冷与低温技术原理》作者吴业正等出版社高等教育出版社
7.《空调制冷专业课程设计指南》作者路诗奎,姚广寿编出版社化学工业出版社
8.《SBJ_16-2009_气调冷藏库设计规范》
9.《GB_50072-2010_冷库设计规范》课程设计(论文)评语课程设计(论文)总评成绩课程设计(论文)负责人签字年月日11’1112ss4536hp。