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.
（1）地理位置：
海南省海口
（2）台站位置：
北纬20.030东经110.350
（3）夏季大气压：
1002.40kPa
（4）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℃
（5）夏季室外湿球温度：
27.90℃
（6）夏季室外平均风速：
2.80m/s
（7）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＝24.96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49.92吨.
（二）低温冷藏间
1、1#冷藏间
库内净面积：
A=25.26×7.27-1.1×0.18×8-0.18×0.18×4=181.93㎡
库内净高：
H=4.5㎡
公称容积：
V=181.93×4.5=818.7m3
货物计算密度：
=230㎏/m3
容积利用系数：
=0.4
冷藏吨位：
GL1=818.7×230×0.4/1000=75.3吨
2、2#冷藏间
与1#冷藏间相同，冷藏吨位：
GL2=18.7×230×0.4/1000=75.3吨
3、3#冷藏间
库内净面积：
A=12.26×9.94-1.1×0.18×4-0.18×0.18×4=120.94㎡
库内净高：
H=4.5㎡
公称容积：
V=120.94×4.5=544.23m3
货物计算密度：
=230㎏/m3
容积利用系数：
=0.4
冷藏吨位：
GL3=544.23×230×0.4/1000=50.1吨
冷藏间总容量G=GL1+GL2+GL3=75.3+75.3+50.1=200.7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
0.020
0.931
0.021
2
重砂浆砌砖墙
0.240
0.814
0.295
3
水泥砂浆找平
0.020
0.931
0.021
4
冷底子油及二毡三油
0.010
0.175
0.057
5
硬质聚氨酯
0.200
0.031
6.545
6
水泥砂浆抹面
0.030
0.931
0.032
7
表面空气热阻（冻结间）
23.000
0.043
8
表面空气热阻（冷藏间）
8.000
0.125
9
表面空气热阻（外表面）
29.000
0.034
10
总热阻∑R（冻结间）
7.051
11
总热阻∑R（冷藏间）
7.007
12
传热系数K=1/∑R（冻结间）
0.142
13
传热系数K=1/∑R（冷藏间）
0.143
（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
0.150
1.547
0.097
2
水泥砂浆
0.020
0.930
0.022
3
一毡二油防水层
0.005
—
0.035
4
软木层
0.200
0.070
2.865
5
二毡三油隔气层
0.010
—
0.056
6
泥沙浆找平层
0.020
0.930
0.022
7
预制混凝土板
0.050
1.512
0.033
9
表面空气热阻（冻结间）
an=29
0.035
表面空气热阻（冷藏间）
an=8
0.125
10
表面空气热阻（外表面）
an=23
0.043
11
总热阻∑R（冻结间）
3.207
12
总热阻∑R（冷藏间）
3.297
13
传热系数K=1/∑R（冻结间）
0.312
14
传热系数K=1/∑R（冷藏间）
0.303
（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
0.04
1.5119
0.0264568
2
空气间层
0.200
—
0.269
3
二毡三油防水层
0.010
—
0.056
4
水泥砂浆找平层
0.020
0.930
0.022
5
200号钢筋混凝土层
0.250
1.547
0.162
6
水泥砂浆抹面
0.020
0.930
0.022
7
硬质聚氨酯
0.200
0.031
6.452
8
表面空气热阻（冻结间）
aW
23.000
0.043
an
29.000
0.034
9
表面空气热阻（冷藏间）
aW
23.000
0.043
an
8.000
0.125
10
总热阻∑R（冻结间）
7.086
11
总热阻∑R（冷藏间）
7.176
12
传热系数K=1/∑R（冻结间）
0.141
13
传热系数K=1/∑R（冷藏间）
0.139
（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
0.030
0.931
0.032
2
硬质聚氨酯
0.200
0.031
6.545
3
冷底子油及二毡三油
0.010
0.175
0.057
4
水泥砂浆找平
0.020
0.931
0.021
5
重砂浆砌砖墙
0.240
0.814
0.295
6
水泥砂浆找平
0.020
0.931
0.021
7
冷底子油及二毡三油
0.010
0.175
0.057
8
硬质聚氨酯
0.200
0.031
6.545
9
水泥砂浆抹面
0.030
0.931
0.032
10
墙体外表面放热系数aw
8.000
0.125
11
墙体表内面放热系数an
8.000
0.125
12
总热阻∑R
13.858
13
传热系数K=1/∑R
0.072
（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
0.030
0.931
0.032
2
硬质聚氨酯
0.200
0.031
6.545
3
冷底子油及二毡三油
0.010
0.175
0.057
4
水泥砂浆找平
0.020
0.931
0.021
5
重砂浆砌砖墙
0.240
0.814
0.295
6
水泥砂浆找平
0.020
0.931
0.021
7
冷底子油及二毡三油
0.010
0.175
0.057
8
硬质聚氨酯
0.200
0.031
6.545
9
水泥砂浆抹面
0.030
0.931
0.032
10
墙体外表面放热系数aw
8.000
0.125
11
墙体表内面放热系数an
29.000
0.034
12
总热阻∑R
13.767
13
传热系数K=1/∑R
0.073
（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
0.020
0.931
0.021
2
重砂浆砌砖墙
0.240
0.814
0.295
3
水泥砂浆找平
0.020
0.931
0.021
4
冷底子油及二毡三油
0.010
0.175
0.057
5
硬质聚氨酯
0.200
0.031
6.545
6
水泥砂浆抹面
0.030
0.931
0.032
7
墙体外表面放热系数aw
12.000
0.083
8
墙体表内面放热系数an
29.300
0.034
9
总热阻∑R
7.090
10
传热系数K=1/∑R
0.141
（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
0.020
0.931
0.021
2
重砂浆砌砖墙
0.240
0.814
0.295
3
水泥砂浆找平
0.020
0.931
0.021
4
冷底子油及二毡三油
0.010
0.175
0.057
5
硬质聚氨酯
0.200
0.031
6.545
6
水泥砂浆抹面
0.030
0.931
0.032
7
墙体外表面放热系数aw
12.000
0.083
8
墙体表内面放热系数an
8.000
0.125
9
总热阻∑R
7.181
10
传热系数K=1/∑R
0.139
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=K.A.a.（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#冷藏间
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶、地坪
8．01
8．01
26
26
26
4.5
4.5
4.5
4.5
8.01
36.045
36.045
117
117
208.26
2#冷藏间
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶、地坪
8．01
8．01
26
26
26
4.5
4.5
4.5
4.5
8.01
36.045
36.045
117
117
208.26
3#冷藏间
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶、地坪
10.68
10.6813
13
13
4.5
4.5
4.5
4.5
10.68
48.06
48.06
58.5
58.5
138.84
急冻间
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶、地坪
5.34
5.34
8.5
7.46
13
4.5
4.5
4.5
4.5
5.34
24.03
24.03
44.2
38.792
69.42
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=0.021×10.35+0.295×9.65+0.021×10.35+6.545×0.28+
0.032×10.35=5.447>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
0.143×36.045×1.05×（29.9＋18）
0.143×36.045×1.00×（29.9＋18）
0.143×117×1.05×（29.9＋18）
0.139×208.26×1.2×（29.9＋18）
0.303×208.26×0.6×（2＋18）
259.242
246.897
841.486
1663.939
757.2333768.798
2#冷藏间
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶
地坪
0.143×36.045×1.05×（29.9＋18）
0.143×36.045×1.00×（29.9＋18）0.143×117×1.05×（29.9＋18）
0.139×208.26×1.2×（29.9＋18）
0.303×208.26×0.6×（2＋18）
246.897
259.242
841.486
1663.939
757.2333768.798
3#冷藏间
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶
地坪
0.143×48.06×1.00×（29.9＋18）
0.143×48.06×1.05×（29.9＋18）
0.072×58.5×1.00×（18-10）
0.143×58.5×1.05×（29.9＋18）
0.139×138.84×1.2×（29.9＋18）
0.303×138.84×0.6×（2＋18）
329.1967
345.656
33.696
420.743
1109.2923
504.8222743.407
急冻间
东墙
西墙
南墙
北墙
屋顶
地坪
0.141×24.03×1.00×（29.9＋23）
0.142×24.03×1.05×（29.9＋23）
0.142×44.2×1.05×（23-18）
0.073×38.792×1.00×（29.9＋23）
0.141×69.42×1.2×（29.9＋23）
0.312×69.42×0.6×（2＋23）
179.237
189.534
31.382
157.293
621.356
324.8861503.688
（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29.12吨/次，每日两冻，日冻结能力为58.24吨.冻结食品为加工菠萝.
每间最大进货量为29.12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=353.76kJ/kg,h2=6.7kJ/kg
t1=32℃,t2=-18℃,B=0.25,Cb=1.59
（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=-16.2kJ/kg,室外空气焓值hw=99.65kJ/kg.
1、1#冷藏间：
hW=99.65kJ/kg,hW=-16.2kJ/kg,n=4,V=937.17
Q3=Q3a=
×（99.65+16.2）×4×937.17×
/24=6956.60W=6.96KW
2、2#冷藏间：
其Q3与1#冷藏间相同，为6.96KW.
3、3#冷藏间：
hW=99.65kJ/kg,hW=-16.2kJ/kg,n=4,V=624.78
Q3=Q3a=
×（99.65+16.2）×4×624.78×
/24=4637.37W=4.64KW
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FT35LN03.55-2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=1.1×5=5.5KW,ζ=1,ρ=1
Q4=1000∑Pζρ=1000×5.5×1×1=5500W=5.5KW
（五）操作热量Q5的计算
1、低温冷藏间
（1）1#冷藏库：
A=208.26㎡，V=937.17m3，qd=2W/㎡,hW=99.65kJ/kg,hW=-16.2kJ/kg，M=0.5,
nr=2,qr=419W/人,n=2，nn=4.
Q5a=Aqd=208.26×2=416.52W
Q5b=Vn（hw-hn）Mρ/24/3600=937.17×2×（99.65+16.2）×0.5×
/24/3.6=1739.15W
Q5c=3nnqr/24=3×4×419/24=209.5W
Q5=Q5a＋Q5b＋Q5c=416.52＋1739.15＋209.5=2365.17W
（2）2#冷藏库同1#冷藏库，其Q5=2365.17W
（3）3#冷藏库:
A=138.84㎡，V=624.78m3，qd=2W/㎡,hW=99.65kJ/kg,hW=-16.2kJ/kg，M=0.5,
qr=419W/人,n=2.4，nn=3.
Q5a=Aqd=138.84×2=277.68W
Q5b=Vn（hw-hn）Mρ/24/3600=624.78×2.4×（99.65+16.2）×0.5×
/24/3.6=1391.32W
Q5c=3nnqr/24=3×3×419/24=157.125W
Q5=Q5a＋Q5b＋Q5c=277.68＋1391.32＋157.125=1826.13W
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
（1）低温冷藏间：
P=1
（2）冻结间：
P=1.3
（3）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
1503.688
1．3×353615.75
—
5500
—
466704.2
1#冷藏库
3768.798
—
6956.60
—
2365.17
13090.568
2#冷藏库
3768.798
—
6956.60
—
2365.17
13090.568
3#冷藏库
2743.407
—
4637.37
—
1826.13
9206.907
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）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=0.6,n3=0,n4=0.5,n5=0,R=1.07
Qj汇总表
n1∑Q1
n2∑Q2
n4∑Q4
R
Qj（W）
1×1503.688
1×493557.38
1×5500
1.07
385862.8
（2）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=0.8,n4=0,n5=0.5,R=1.07
Qj汇总表
n1∑Q1
n3∑Q3
n5∑Q5
R
Qj（W）
1×10281.003
0.8×18550.570
0.5×6556.470
1.07
30387.673
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6.98，氟利昂按其85%计算，顶排管面积的计算:
A=Qq/（K△t）K=K’C1C2C3=5.933W/m2℃,△t=10℃
（1）1#冷藏库A=13090.568/5.933/10=220.64㎡
（2）2#冷藏库A=13090.568/5.933/10=220.64㎡
（3）3#冷藏库A=9206.907/5.933/10=155.18
2、无缝钢管长度L
采用φ38×2.5㎜无缝钢管,每米长的面积为0.119m2/m
（1）1#冷藏库需用钢管长度:
L1=220.64/0.119=1854.117m
（2）2#冷藏库需用钢管长度:
L2=98.69/0.119=1854.117m
（3）3#冷藏库需用钢管长度:
L3=115.247/0.119=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.
（1）采用无缝钢管排管，其所需要冷却面积A:
△t=10℃,K=23.3W/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=0.17898×10.5×12×15×2=676.544m2
排管制冷量Qp=KA△t=23.3×676.544×10=126107.9W=157634.8KW
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21.375W/（m2℃）.
风机所承担制冷量Qf=Qq-Qp=466704.2-157634.8=309069.3W
风机换热面积F=Qf/K/△t=309069.3/21.375/10=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21.375W/（m2℃），在隧道均布六台冷风机.
单台冷风换热面积F=Q/K△t=320000/21.375/17=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
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