Себестоимость единицы холода на проектируемом холодильнике при молочном заводе

Q0км, кВт	t0, °С	tк, °С	tвс, °С	C, %
165,5	-10	30	±0	5

 

6.1.1 Тепловой расчет и  подбор одноступенчатого компрессора

Рисунок 4 - Цикл в диаграмме «lg р - i» одноступенчатой фреоновой

                    холодильной машины (R22)

 

Таблица 7 - Параметры, необходимые для теплового расчета

Давление, МПа		Удельная энтальпия, кДж/кг					Удельный объем, м3/кг
p0	pк	i1	i1´	i2	i3	i4	V1´
0,35	1,2	700	710	740	535	520	0,07

6.1.1.1 Удельная массовая  холодопроизводительность хладагента ([1] с. 129)

q0 = i1 - i4;   (6.1)

q0 = 700 - 520;

q0 = 180 кДж/кг

6.1.1.2 Действительная масса  всасываемого пара ([1] с. 129)

mд = ;   (6.2)

mд = ;

mд = 0,92 кг/с

6.1.1.3 Действительная объемная  подача ([1] с. 129)

Vд = mд * v1’;   (6.3)

Vд = 0,92 * 0,07;

Vд = 0,065 м3/кг

6.1.1.4 Индикаторный коэффициент  подачи ([1] с. 130)

;  (6.4)

где Δpвс - депрессия при всасывании ([1] с. 122);

Δpн - депрессия при нагнетании ([1] с. 122)

;

6.1.1.5 Коэффициент невидимых  потерь для прямоточных компрессоров ([1] с. 130)

;   (6.5)

= ;

 = 0,8

6.1.1.6 Коэффициент подачи  компрессора ([1] с. 130)

;   (6.6)

= 0,86 * 0,8;

= 0,69

6.1.1.7 Теоретическая объемная  подача ([1] с. 130)

Vт = ;   (6.7)

Vт = ;

Vт = 0,094 м3/с

6.1.1.8 Удельная объемная  холодопроизводительность в рабочих  условиях ([1] с. 130)

qv = ;   (6.8)

qv = ;

qv = 2571 кДж/м3

6.1.1.9 Адиабатная мощность  компрессора ([1] с. 131)

Nа = mд * (i2 - i1´);   (6.9)

Nа = 0,92 * (740 - 710);

Nа = 27,6 кВт

6.1.1.10 Индикаторный КПД ([1] с. 131)

;   (6.10)

где b - эмпирический коэффициент ([1] с.127)

 0,8 + 0,0025 * (-10);

0,775

6.1.1.11 Индикаторная мощность ([1] с. 131)

Ni = ;   (6.11)

Ni = ;

Ni = 35,6 кВт

6.1.1.12 Мощность трения ([1] с. 131)

Nтр = Vт * pтр;   (6.12)

где pтр - удельное давление трения ([1] с. 127)

Nтр =0,094 * 20;

Nтр = 2,35 кВт

6.1.1.13 Эффективная мощность ([1] с. 131)

Nе = Ni + Nтp;   (6.13)

Nе = 35,6 + 2,35;

Nе = 37,95 кВт

6.1.1.14 Мощность на валу  двигателя ([1] с 131)

Nдв = ;   (6.14)

где  - КПД передачи (0,96…0,99) ([1] с. 128)

Nдв = ;

Nдв = 30 кВт

6.1.1.15 Эффективная удельная  холодопроизводительность ([1] с. 131)

е = ;   (6.15)

е = ;

е = 4,35

6.1.2 Тепловой поток в  конденсатор ([1] с. 159)

Qк = mд * (i2 - i3);   (6.16)

Qк = 0,92 * (740 - 535);

Qк = 188,6 кВт

Выбираем 2 одноступенчатых поршневых компрессора марки П80-2 (R22) с характеристикой ([1] с. 100 таблица 12):

Vт = 0,058 м3/с (теоретическая объемная подача);

Q0 = 90,6 кВт (номинальная холодопроизвовительность);

Nе = 30 кВт (эффективная мощность)

 

6.2 Тепловой расчет и  подбор фреонового кожухотрубного  конденсатора

 

6.2.1 Средний логарифмический  температурный напор ([1] с. 145)

;   (6.17)

где tw1, tw2 - температура воды, входящая в конденсатор и выходящая из него, tw2 - tw1 = (4…5) °С ([1] с. 159);

tк - температура конденсации хладагента

;

m = 7 °С

6.2.2 Площадь теплопередающей  поверхности конденсатора ([1] с. 159);

F = ;   (6.18)

где k - коэффициент теплопередачи фреонового кожухотрубного конденсатора принимаем 350-530 Вт/(м2*К) ([1] с. 159)

F = ; 

F = 60 м2

Выбираем 2 фреоновых горизонтальных кожухотрубных конденсатора марки КТР-25 (R22) с действительной площадью наружной поверхности теплообмена 30 м2 ([1] с. 150 таблица 24)

 

6.2.3 Массовый расход охлаждающей  воды

mw = ;   (6.19)

где cw - теплоемкость воды ([1] с. 159)

mw = ;

mw = 9 кг/с

6.2.4 Объемный расход охлаждающей  воды ([1] с. 159)

Vw = ;   (6.20)

где ρw - плотность воды ([1] с. 159)

Vw = ;

Vw = 0,009 / 2;

Vw = 0,0045 м3/с

По объемному расходу воды подбираем 2 рабочих насоса и 2 резервных насоса марки 2к-20/18б с объемной подачей воды 0,0046 м3/с ([1] с. 215 таблица 54)

 

6.3 Тепловой расчет и подбор фреонового кожухотрубного испарителя

 

6.3.1 Средний логарифмический  температурный напор ([1] с. 145)

;   (6.21)

где tp1, tp2 - температура рассола, входящего в испаритель и выходящего из него,tp2 - tp1 = (2…4) °С ([1] с. 174);

t0 - температура кипения хладагента

;

m = 5,8 °С

6.3.2 Площадь теплопередающей  поверхности ([1] с. 173)

F = ;   (6.22)

где k - коэффициент теплопередачи фреонового кожухотрубного испарителя принимаем 230-350 Вт/(м2*К) ([4] с. 173 таблица 37)

F = ;

F = 95 м2

Выбираем 1 фреоновый горизонтальный кожухотрубный испаритель марки ИТР-105 (R22) с действительной площадью наружной поверхности 105 м2 ([1] с. 172 таблица 36)

 

6.3.3 Массовый расход рассола ([1] с. 174)

mp = ;   (6.23)

где ср - теплоемкость рассола, кДж/(кг*К) ([1] с. 421-423 приложения 6-9)

mp = ;

mp = 13,79 кг/с

6.3.4 Объемный расход циркулирующего  рассола ([1] с. 174)

;   (6.24)

где ρр - плотность рассола, кг/м3 ([1] с. 421-423 приложения 6-9)

;

 м3/с

По объемному расходу рассола подбираем 1 рабочий насос  и 1 резервный насос марки 3к-45/30а с объемной подачей рассола 0,011 м3/с ([1] с. 215 таблица 54)

 

6.4 Расчет батарей

 

6.4.1 Площадь теплопередающей  поверхности ([1] с. 178)

F = ;   (6.25)

где Q0 - тепловой поток на батарею, определяемый тепловым расчетом, Вт;

k - коэффициент теплопередачи батарей, Вт/(м2*К) ([1] с. 179 таблица 40);

θ - температурный напор между воздухом охлаждаемого помещения и рассолом: молоко, кефир θ = 20 °С; сметана, творог θ = 15 °С ([1] с. 178 - 179)

 

6.4.2 Коэффициент теплопередачи  ([1] с. 179)

k = kтабл * (1,09 * θ)0,22;   (6.26)

где kтабл - табличный коэффициент теплопередачи батарей ([1] с. 179 таблица 40)

 

6.4.3 Площадь поверхности  одной батареи ([1] с. 180)

ƒб = l * n * ƒ;   (6.27)

где l - длина батареи, м;

n - число труб в батарее;

ƒ - площадь поверхности теплопередачи 1 м оребренной трубы ([1] с. 174 таблица 38)

 

6.4.4 Число батарей, устанавливаемых  в камере ([1] с. 180)

nб = F / ƒб;   (6.28)

где F - площадь теплопередающей поверхности, м2;

ƒб - площадь поверхности охлаждения, м2

 

6.5 Подбор батарей

 

6.5.1 Камера хранения молока

длина камеры - 18 м

ширина камеры - 12 м

Батареи из оребренных труб, потолочные двухрядные (шаг ребер 20 мм)

Коэффициент теплопередачи батарей

k = 4,8 * (1,09 * 15)0,22;

k = 8,88

Площадь теплопередающей поверхности батарей

F = ;

F = 373 м2

Собираем батарею из четырех трубных секций СЗГ + СС + СС + СС + СЗХ.

Согласно данным таблицы 39 ([1] с. 176) длина батарей 2,75 + 3,0 + 3,0 + 4,5 + 2,75 = 16 м.

Площадь поверхности одной батареи

ƒб = 16 * 4 * 1,33;

ƒб = 85 м2

Число батарей, устанавливаемых в камере

nб = 373 / 85;

nб = 4 шт.

Трубы (ГОСТ-8732) 38 × 2,5 мм

Ленты 1-НП-М-710 1 × 45 мм

Шаг оребрения 20,0 мм

 

6.5.2 Камера хранения кефира

длина камеры - 18 м

ширина камеры - 12 м

Батареи из оребренных труб, потолочные двухрядные (шаг ребер 20 мм)

Коэффициент теплопередачи батарей

k = 4,8 * (1,09 * 15)0,22;

k = 8,88

Площадь теплопередающей поверхности батарей

F = ;

F = 359 м2

Собираем батарею из четырех трубных секций СЗГ + СС+ СС+ СС + СЗХ.

Согласно данным таблицы 39 ([1] с. 176) длина батарей 2,75 + 3,0 + 3,0 + 4,5 + 2,75 = 16 м.

Площадь поверхности одной батареи

ƒб = 16 * 4 * 1,33;

ƒб = 85 м2

Число батарей устанавливаемых в камере

nб = 359 / 85;

nб = 4 шт.

Трубы (ГОСТ-8732) 38 × 2,5 мм

Ленты 1-НП-М-710 1 × 45 мм

Шаг оребрения 20,0 мм

 

6.4.3 Камер хранения сметаны

длина камеры - 12 м

ширина камеры - 12 м

Батареи из оребренных труб, потолочные двухрядные (шаг ребер 20 мм)

Коэффициент теплопередачи батарей

k = 4,8 * (1,09 * 15)0,22;

k = 8,88

Площадь теплопередающей поверхности батарей

F = ;

F = 134 м2

Собираем батарею из четырех трубных секций СЗГ + СС + СЗХ.

Согласно данным таблицы 39 ([1] с. 176) длина батарей 2,75 + 4,5 + 2,75 = 10 м.

Площадь поверхности одной батареи

ƒб = 10 * 4 * 1,33;

ƒб = 53 м2

Число батарей устанавливаемых в камере

nб = 134 / 53;

nб = 3 шт.

Трубы (ГОСТ-8732) 38 × 2,5 мм

Ленты 1-НП-М-710 1 × 45 мм

Шаг оребрения 20,0 мм

 

6.5.4 Камера хранения творога

длина камеры - 12 м

ширина камеры - 12 м

Батареи из оребренных труб, потолочные двухрядные (шаг ребер 20 мм)

Коэффициент теплопередачи батарей

k = 4,8 * (1,09 * 15)0,22;

k = 8,88

Площадь теплопередающей поверхности батарей

F = ;

F = 133м2

Собираем батарею из четырех трубных секций СЗГ + СС + СЗХ.

Согласно данным таблицы 39 ([1] с. 176) длина батарей 2,75 + 4,5 + 2,75 = 10 м.

Площадь поверхности одной батареи

ƒб = 10 * 4 * 1,33;

ƒб = 53 м2

Число батарей устанавливаемых в камере

nб = 134 / 53;

nб = 3 шт.

Трубы (ГОСТ-8732) 38 × 2,5 мм

Ленты 1-НП-М-710 1 × 45 мм

Шаг оребрения 20,0 мм

6.6 Расчет и подбор линейного  ресивера

 

6.6.1 Вместимость испарительной  системы ([1] с. 225)

Vис = F * v / ƒ;   (6.29)

где F - площадь поверхности всего камерного оборудования, работающего на одну температуру кипения (t0 = -10 °С), м2 ([1] с. 225);

F = 498 + 479 + 134 + 133;

F = 1244 м2

v - объем 1 м трубы, м3 ([1] с. 174 таблица 38);

ƒ - площадь поверхности теплопередачи 1 м оребренной трубы, м2 ([1] с. 174 таблица 38)

Vис = 1244 * 0,00086 / 1,33;

Vис = Vб = 1 м3

6.6.2 Вместимость линейного  ресивера ([1] с. 200)

Vлр = 0,45 * Vб / 0,8;   (6.30)

где Vб - геометрический объем труб батарей, м3 ([1] с. 225)

Vлр = 1 м3

Выбираем 2 фреоновых линейных ресивера марки РУФ-1, вместимостью 1,0 м3 (R22) ([1] с. 199 таблица 46)

 

6.7 Расчет и подбор диаметра  трубопроводов

 

6.7.1 Определение условного  внутреннего диаметра трубопроводов ([1] с. 228)

dу = 1,13 ;

где m - массовый расход хладагента через трубопровод, кг/с; принимают из теплового расчета компрессора ([1] с. 228);

v - удельный объем хладагента, м3/кг ([1] с. 228);

ω - скорость движения хладагента по трубопроводу, м/с ([1] с. 228 таблица 58)

6.7.2 Условный внутренний  диаметр нагнетательного трубопровода

dу.н = 1,13 ;

dу.н = 0,040 м

По таблице 57 ([1] с. 224) принимаем трубопровод с Dу = 40 мм, Dн × s = 45 × 2,5 мм.

 

6.7.3 Условный внутренний диаметр жидкостного трубопровода

dу.ж = 1,13 ;

dу.ж = 0,050 м

По таблице 57 ([1] с. 224) принимаем трубопровод с Dу = 50 мм, Dн × s = 57 × 3,5 мм.

 

6.7.4 Условный внутренний диаметр всасывающего трубопровода

dу.вс = 1,13 ;

dу.вс = 0,080 м

По таблице 57 ([1] с. 224) принимаем трубопровод с Dу = 80 мм, Dн × s = 89 × 3,5 мм.

 

 7 Подбор приборов автоматики

7.1 Цель автоматизации:

Поддержание заданной температуры в камерах охлаждения.

7.2 Показатель  эффективности

7.2.1 Начальная  температура продукта – неустранимое  возмущающее воздействие, так как определяется предыдущим технологическим процессом.

7.2.2 Количество  продуктов, заложенных в камеру  – неустранимое возмущающее воздействие, так как определяется предыдущим технологическим процессом.

7.2.3 Утечка  хладагента – неустранимое возмущающее  воздействие, так как определяется  сроком эксплуатации холодильной  машины.

7.2.4 Температура  окружающего воздуха – неустранимое  возмущающее воздействие, так как  зависит от природных условий.

7.2.5 Ухудшение  теплопередающей поверхности конденсатора - неустранимое возмущающее воздействие, так как определяется сроком эксплуатации холодильной машины.

7.2.6 Понижение  давления всасывания – устранимое  возмущающее воздействие, за счет управления работы двигателя компрессора 1 (Км 1)

7.2.7 Давление  в системе смазки (масла) – неустранимое  возмущающее воздействие, так как определяется сроком эксплуатации компрессора 1.

7.2.8 Понижение  давления всасывания – устранимое  возмущающее воздействие, за счет управления работы двигателя компрессора 2 (Км 2)

7.2.9 Давление  в системе смазки (масла) – неустранимое  возмущающее воздействие, так как определяется сроком эксплуатации компрессора 2.

7.2.10 Повышенное  давление нагнетания хладагента  – устранимое возмущающее воздействие, за счет управления работой двигателя компрессора.

7.2.11 Давление  хладагента в ресиверах – неустранимое  возмущающее воздействие, так как определяется конструктивными особенностями оборудования.

7.2.12 Давление  паров хладагента после испарителя – устранимое возмущающее воздействие, за счет изменения подачи хладоносителя в батареи.

7.2.13 Теплоизоляционный  слой холодильной камеры –  неустранимое возмущающее воздействие, так как зависит от свойств теплоизоляции, ее толщины и срока службы.

7.3 Контролируемые  и регулируемые параметры.

7.3.1 Регулирование  давления нагнетания, аварийное  отключение двигателя компрессора 1 при Р = 1,38 МПа.

7.3.2 Контроль  давления нагнетания компрессора 1 (Р = 1,2 МПа) с помощью реле давления PS2–L7A.

7.3.3 Контроль  давления всасывания компрессора 1 (Р = 0,35 МПа) с помощью реле давления PS2–L7A.

7.3.4 Регулирование  давления нагнетания, аварийное  отключение двигателя компрессора 2 при Р = 1,38 МПа.

7.3.5 Контроль  давления нагнетания компрессора 2 (Р = 1,2 МПа) с помощью реле давления PS2–L7A.

7.3.6 Контроль  давления всасывания компрессора 2 (Р = 0,35 МПа) с помощью реле давления PS2–L7A.