Использование холодильных технологий в пивоваренном производстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский Национальный Исследовательский Университет Информационных Технологий Механики и Оптики

Институт Холода и Биотехнологий

Кафедра холодильных установок

Курсовая работа

По дисциплине: Холодильная техника

Выполнила

Студентка 3 курса ЗО СФО

Иноземцева И.С.

Шифр С302257



Содержание

1. Техническое задание………………………………………………………..….3

2. Использование холода в пивоваренном производстве…………………..…4

2.1 Принципиальная технологическая схема производства пива…………….4

2.2 Системы охлаждения производственных помещений…………………….7

3. Выбор схемных решений установки и расчет термодинамических циклов холодильных машин…………………………………………………………...10

3.1 Выбор расчетного режима………………………………………………..10

3.2 Регламентированные параметры состояния и процессов, необходимые для построения термодинамических циклов……………………………………….12

3.3 Построение термодинамических циклов в диаграмме состояний хладагента.........................................................................................................13

4. Расчет потребности в холоде………………………………………………..14

4.1 Теплоприток через ограждение охлаждаемых объектов………………14

4.2 Теплоприток от охлаждаемых продуктов………………………………..15

4.3 Эксплуатационные теплопритоки………………………………………...16

4.4 Расчет потребности в холоде по укрупненным показателям…………….16

5. Расчет холодильного оборудования……………………………………..…17

5.1 Компрессорные агрегаты………………………………………………….17

5.2 Теплообменные аппараты…………………………………………………18

5.3 Испарители…………………………………………………………………..19

5.4 Насосы………………………………………………………………………22

5.5 Трубопроводы……………………………………………………………..24

6. Разработка функциональной схемы автоматизации………………………27

6.1 Уровень автоматизации…………………………………………………...27

6.2 Системы автоматического регулирования………………………………...28

Список использованных источников…………………………………………..31



1. Техническое задание

Составить структурную схему хладоснабжения потребителей холода, функциональную гидравлическую схему холодильной установки, определить потребности в холоде и подобрать оборудование.

Местонахождение предприятия - город Саратов.

Исходные данные: Вариант №7
Производительность предприятия, млн.дек./год	16
Доля сорта пива в выпускаемой продукции, %
Московское	50
Мартовское	50
Тип охлаждаемого помещения -	Лагерное отделение дображивания
Размеры охлаждаемого помещения L, B, H, м	60*24*4,8
Режим работы предприятия:
Число рабочих дней	323
Количество смен	3
Продолжительность смены	8
Охлаждаемая среда	Вода оборотная
Используемый хладагент	R-717 (аммиак)



2. Использование холода в пивоваренном производстве

2.1 Принципиальная технологическая схема производства пива

Холод в пивоварении применяют в технологических процессах, для поддержания соответствующей температуры и влажности воздуха в производственных помещениях, а также при хранении сырья (хмеля, дрожжей) и готовых изделий (пиво), а также при кондиционировании воздуха.

В технологических процессах холод используют для приготовления солода, хранения пивных дрожжей, варка сусла с последующим его охлаждением, главного брожения сусла и созревания пива, охлаждение молодого пива, фильтрация и розлив пива.

Приготовление сусла

При открытом процессе брожения экстракт сусла сбраживается дрожжами в присутствии кислорода воздуха. После хмелецедильника сусло охлаждают с 90-95⁰С до температуры брожения в две стадии - сначала до 60⁰ С медленно в течение 1,5-2 часов на тарелках сепаратора или в осадочных чанах и затем быстро в открытых, закрытых или пластинчатых охладителях.

Охлаждение сусла на тарелках (открытых плоских сосудах высотой 20-35 см) происходит за счет конвективного теплообмена и испарения воды. Длительность процесса определяется температурно-влажностными условиями в помещении.

В аппаратах закрытого типа сусло охлаждают водой, подаваемой в змеевики. Продолжительность охлаждения в этом случае меньше, чем в тарелках, она зависит от количества и температуры воды, подаваемой в змеевики.

Во избежание заражения сусла микроорганизмами при непосредственном соприкосновении его с воздухом применяют закрытую систему охлаждения. Вместо тарелок и оросительных охладителей устанавливают сепараторы с закрытыми пластинчатыми охладителями.

Использование сепараторов для осветления горячего сусла путем центрифугирования вместе с пластинчатыми охладителями имеет технологические и экономические преимущества по сравнению с тарелками, отстойными чанами, оросительными охладителями прессами для белкового отстоя. При таком способе осветления и охлаждения сусла не требуется применять металлоемкие аппараты, облегчается обслуживание и улучшается санитарное состояние помещений.

Годовой запас хмеля хранят на складе при температуре 1 ⁰С и относительной влажности воздуха 70%.

Главное брожение

В отделении бродильного цеха предварительное охлаждение дрожжей от 4 до 1 ⁰С происходит в специальных ваннах, снабженных рубашками для охлаждающей воды. Охлажденное сусло направляют в чаны предварительного брожения, где в него добавляют дрожжи.

Через сутки забродившее сусло передают в чаны или танки главного брожения - открытые или закрытые сосуды прямоугольной или цилиндрической формы емкостью 100 гл. и больше, изготовленные из железобетона, алюминия и других металлов.

Температура помещения, в котором хранят дрожжи, должна быть не выше 4⁰С.

Главное брожение сопровождается значительным выделением тепла и в зависимости от начальной концентрации сусла продолжается от 7 до 10 суток при температуре 6⁰С (в начале брожения) и 4⁰С (в конце брожения), повышаясь на третьи сутки приблизительно до 8⁰С.

Для отвода тепла, выделяющегося при брожении, применяют трубчатые или плоские (в виде карманов) охладители, внутри которых циркулирует вода с температурой 1⁰С или холодный рассол. Наряду с внутренним устройство для охлаждения может быть и наружным. Конструктивно его выполняют в виде охлаждающих рубашек с циркулирующей по ним охлажденной водой или спиртовым раствором.

Для предупреждения появления плесени и развитию вредной микрофлоры в бродильных цехах требуется поддерживать температуру около 4⁰С и относительную влажность 70-75%.

Образующаяся при открытом брожении сусла углекислота выделяется в помещение и создает неблагоприятные условия для обслуживающего персонала. Предельно допустимое содержание углекислого газа в воздухе бродильных цехов не должно быть более 1% по объему, при этом кратность воздухообмена в помещении принимают 20-25 объемов в сутки.

По окончании главного брожения молодое пиво охлаждают в чанах до 4⁰С, а затем направляют в лагерный цех для дображивания. Дрожжи из бродильных чанов доставляют в специальное помещение и хранят в ваннах с охлаждающей водой при температуре 1⁰С.

Охлаждение пива от 4⁰С до температуры осветления происходит в лагерных танках в результате теплообмена между пивом находящимся в металлических танках и воздухом помещения с температурой 0,5 - 1,0⁰С. Применяются также изолированные танки с местным охлаждением - змеевиками внутри танка в виде поясов (рубашек), по которым циркулирует рассол или спиртовой раствор.

При внутреннем охлаждении танков можно регулировать процесс дображивания пива и отпадает необходимость в охлаждении самого помещения.

Фильтрация пива

По окончании выдержки пива в лагерных танках его фильтруют, предварительно охлаждая до температуры 1⁰С в противоточных и пластинчатых охладителях, и хранят в алюминиевых сборниках. Иногда пиво дополнительно насыщают углекислым газом и охлаждают.

Разлив пива

После розлива пиво очищают, краткосрочное хранение пива в экспедиции пивоваренного завода при температуре 12 ⁰С.

Наибольший расход холода на охлаждение сусла 70%, теплопередача через ограждение 15%, на вентиляцию - 10%.

2.2 Системы охлаждения производственных помещений

Задачей охлаждения производственных помещений пивоваренных заводов по санитарным требованиям является поддержание такой температуры и влажности воздуха, которые препятствуют образованию плесени и развитию вредной микрофлоры. Выбор системы охлаждения и холодильного оборудования в значительной степени определяется количеством влаги, которое необходимо отводить из помещения.

Солодовни

Система охлаждения солодовни должна обеспечивать санитарное состояние параметры воздуха, благоприятные для проращивания солода. В пневматических солодовнях температуру воздуха, поступающего к ящикам или барабанам, применяют температуру от 12 ⁰С при относительной влажности 85%. Барабанные и ящичные солодовни обслуживаются групповыми или индивидуальными установками для кондиционирования воздуха.

В качестве теплоносителя применяют артезианскую, либо охлажденную до 8 ⁰С воду. Воздух охлаждают и увлажняют в форсуночных камерах. Приточно-вытяжная вентиляция для солодорастильных ящиков или барабанов должна обеспечивать 1,5-2 кратный обмен воздуха в час.

Бродильные цеха

В бродильных цехах с открытым брожением наблюдается выделение большого количества влаги. Для ее удаления применяют воздушную систему охлаждения с мокрыми воздухоохладителями. В качестве холодильного оборудования целесообразно устанавливать такие воздухоохладители для поддержания температуры помещения 4 ⁰С и его вентиляции. Для отвода тепла, проникающего через внешние ограждения, дополнительно монтируют пристенные батареи из оребренных труб. Теплоносителем обычно служит рассол хлористого натрия.

В бродильных цехах с закрытыми процессами брожения влаговыделений сравнительно немного, и они могут быть поглощены сухими воздухоносителями с ребристыми трубами, способными поддерживать влажность воздуха около 70%.

В некоторых случаях можно применять непосредственное охлаждение аммиаком или фреоном-12, кипящим в охлаждающих приборах.

Лагерные цеха

Ввиду небольшого влаговыделения в лагерных цехах для них целесообразна воздушная система охлаждения посредством сухих воздухоохладителейих оребренных труб. Охлажденный воздух в лагерном цехе и других помещениях (бродильные цеха с закрытым брожением, цехи для приготовления бархатного пива, дрожжевые отделения и экспедиция) распределяется без канала соответствующими эжекторами.

Применение эжекторного воздухораспределения дает возможность отказаться от устройства громоздких воздушных каналов, являющихся источником загрязнений и ухудшающих внешний вид помещений. Такой способ воздухораспределения обеспечивает лучшую циркуляцию и большую равномерность температуры воздуха в помещении.

Постоянную температуру воздуха в помещениях поддерживают соответствующей автоматизацией работы воздухоохладителей. Управление воздухоохладителями осуществляют с помощью терморегуляторов, контролирующих температуру воздуха в помещении, и реле времени, выключающих аппараты из работы в период отстаивания инея, производимого путем орошения труб водопроводной водой. Схема позволяет автоматизировать работу холодильной установки, что способствует улучшению технологии и условий хранения продукта, сокращению эксплуатационных расходов и облегчению труда обслуживающего персонала.

Для покрытия теплопритоков через ограждения в ряде технологических цехов рекомендуется устанавливать пристенные батареи из оребренных труб. Применение интенсифицированных приборов охлаждения позволяет значительно экономить трубы и металл. В холодильных установках с непосредственным испарением холодильного агента использование оребренных труб значительно уменьшает емкость системы.

Характерным для пивоваренных заводов является весьма значительный расход холода на охлаждение сусла в охладителе, составляющей 55-65% от общего расхода. При этом продолжительность охлаждения сусла составляющей 55-65 % от общего расхода. При этом продолжительность охлаждения сусла составляет не более 6 часов в сутки.

Для покрытия пиковых нагрузок в течение суток целесообразна предварительная аккумуляция холода в водяных или рассольных аккумуляторов.

На пивоваренных заводах, технологический процесс которых сопровождается значительным потреблением тепла и холода, целесообразно применять абсорбционные холодильные машины, если параметры и количество отбросного тепла могут обеспечить получение потребного количества холода.

Для технологических нужд и сохранения пива перед отправкой в торговую сеть на пивоваренных заводах рекомендуется устанавливать ледогенараторы, производящие искусственный лед.



3. Выбор схемных решений установки и расчет термодинамических циклов холодильных машин

3.1 Выбор расчетного режима

За расчетный период принимают режим работы холодильной установки в наиболее напряженный период года, характеризующийся наиболее неблагоприятным сочетанием большой потребности в холоде и высокой температуры сочетанием большой потребности в холоде и высокой температуры конденсации хладагента. Холодильная мощность установки должна быть достаточной, чтобы обеспечить поддержание технологических температурных режимов потребителей в этот период. Для экономической же работы установки в другие периоды года она должна быть оснащена системами регулирования мощности энергопотребляющих элементов (компрессоров, насосов, вентиляторов).

Наиболее просто эта проблема решается параллельным соединением нескольких элементов в группах и включением части их из работы при снижении потребности в холоде или снижении температуры окружающей среды.

Расчетная температура наружного воздуха, ⁰С.

t_н = 0,6•t_с.м.+ 0,4•t_а.м= 0,6•22,1 + 0,4•40 = 13,26 +16 = 29,26 ⁰С

Температура смоченного термометра (предел охлаждения оборотной воды воздухом с параметрамиt_н и ц_н), определяем с помощью диаграммы «d-i» влажного воздуха

t_м = 20,5⁰С

Температура конденсации хладагента, ⁰С.

Для конденсатора водяного охлаждения с оборотным водоснабжением

t_к = t_w2 + ?t_w•(exp (?t_w/и) - 1),

где t_w2 = t_м +?t_w/з - температура воды на выходе из конденсатора и равная температуре воды на входе в градирню, ⁰С;

з = 0,4…0,6 - коэффициент эффективности градирни, принимаемый по экспериментальным данным;

и = 4…6 - оптимальный температурный напор в конденсаторе.

t_w2 = 20,5 +4/0,5 = 28,5 ⁰С

t_к = t_w + 5-6 ⁰Сt_w = (t_w2 - t_w1)/2,

з = ?t_w2/ t_w1 = (t_w2 - t_w1) (t_w2 - t_м) = 28,5 - t_w1/28,5 - 20,5 = 0,5 отсюда

t_w1 = 28,5 - (0,5•8) = 24,5 ⁰С

t_w = (28,5 + 24,5)/2 = 26,5 ⁰С

t_к = 26,5 +5 = 31,5 ⁰С

Температура кипения хладагента ⁰С.

t_oi = t_T-и_T,

где t_T - технологическая температура охлаждаемой среды, ⁰С;

и_T = 7…10 - оптимальный температурный напор в технологическом аппарате, ⁰С.

t_oi = 10-8 = 2 ⁰С

При косвенном охлаждении объекта

t_oi = t_T- и_T +и_и = 10-10-5 = -5 ⁰С;

где и_и = 4…6 - оптимальный температурный перепад в испарителе для охлаждения жидкого промежуточного хладоносителя,⁰С.

Отношение давлений в циклах паровых компрессорных холодильных машин.

р_i = p_k/ p_oi ,

где p_k = f (t_k); p_oi = f (t_oi), величина давления определяется из диаграммы

при t_k = 31,5 ⁰С и t_oi= -5 ⁰С.

p_k= 12,6 мкПа

p_oi = 4,7 мкПа, отсюда р_i = 2,66

пивоваренное производство холод техника

При р = 7 - цикл с одноступенчатым сжатием пара хладагента (на нерегенеративном цикле при использовании R717 или регенеративном при использовании R12).

3.2 Регламентированные параметры состояния и процессов, необходимых для построения термодинамического цикла

Температура пара, всасываемого в компрессор, ⁰С.

t_вс.i= t_oi,m + ?t_n,

где t_oi,m - температура кипения в испарителе или промежуточная температура в промсосуде;

?t_n = 5 - перегрев пара для одноступенчатых компрессоров и компрессоров верхних ступеней для двухступенчатых агрегатов.

t_вс.i= 10 ⁰С

3.3 Построение термодинамических циклов в диаграмме состояний хладагента

Процессы, протекающие в цикле холодильной машины:

- Компрессор холодильной машины всасывает перепетый пар низко давления Р0 (состояние 1), сжимает его адиабатно до высокого давления Р_к (состояние 2-3). При этом работа цикла равна работе компрессора.

- В конце адиабатного сжатия (точка 3) получается перегретый пар, температура которого значительно превышает температуру среды. Перегретый пар направляется в конденсатор, где вначале происходит процесс снятия перегрева (3-3). Отдавая теплоту окружающей среде при постоянном давлении Р_к, пар превращается из перегретого пара в сухой насыщенный.

- При дальнейшем отводе теплоты, начинается процесс конденсации (3-4), протекающий при постоянном давления и температуре.

- Полученная в результате конденсации насыщенная жидкость (4), проходя через сужение регулирующего вентиля, дросселируется и превращается во влажный насыщенный пар ( состояние 5) низкого давления Р₀ и соответствующей этому давлению низкой температуры насыщения Т₀. Необратимый процесс дросселирования (4-5) соответствующей линии i- const.

- Основной компонент влажного пара - насыщенная жидкость отделяется от сухого пара в отделителе жидкости и направляется в испаритель. В испарителе при постоянном давлении Р₀ и температуре Т₀ идет процесс кипения жидкости (5-1), за счет теплоты отнимаемой от тел, подлежащих охлаждению. Компрессор всасывает перегретый пар. Перегрев пара проходит как в самом испарителе, так и в трубопроводах от испарителя до компрессора (процесс 1-2).



4. Расчет потребности в холоде

Потребность в холоде определяется теплопритоками в охлаждаемые объекты, основными из которых являются:

Q₁ - теплоприток через ограждения охлаждаемых объектов

Q₂ - теплоприток от охлаждения продуктов;

Q₃- теплоприток от охлаждаемого воздуха при вентиляции охлаждаемых помещений;

Q₄- теплопритоки, связанные с эксплуатацией охлаждаемых помещений.

Сумма всех теплопритоков составляет тепловую нагрузку, по которой подбирается холодильное оборудование.

4.1 Теплоприток через ограждения охлаждаемых объектов

Через ограждения в охлаждаемые объекты теплоприток проникает из-за разности температур наружной среды и среды внутри объекта - Q_1Т.

Кроме того, через наружные ограждения может проникать теплоприток, образующийся в результате поглощения ими теплоты солнечной радиации.

Так как наше помещение не имеет наружных стен, помещение не подвергается солнечной радиации. Примем, что помещение находится на втором этаже и поэтому теплоприток считаем со всех стен.

Q_1T = k_HF_H(t_c - t_в)

Где F_Н - площадь поверхности ограждающей конструкции, м².

k_H - коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции (0,45 Вт/м²К).

t_c - температура воздуха снаружи охлаждаемого помещения, (20 ⁰С).

t_в - температура воздуха внутри охлаждаемого помещения, (5⁰С).

Размеры охлаждаемого помещения:

L?B?H = 60?24?4,8 м

F_H = 2(60*24) + 2*(60*4,8) = 3686,4 м²

Q_1T = 0,45*3686,4*(20 - 5) = 24883,2 кДж/с

4.2 Теплоприток от охлаждаемых продуктов

Q₂ = G*q_n

Где G - массовый поток, производительность, поступление продуктов, кг/с.

q_n - удельная теплота биохимической реакции, (614), кДж/кг

При расчете теплопритоков от пива в процессе главного брожения массовый поток определяется:

G = 10*V_i*н_xi*с_xi/ 1000*ф*24*3600

Где V_i - годовая производительность завода по i-му сорту пива, дал/год

н_xi - относительный расход промежуточного продукта (сусла), вырабатуемого для производства 1 дал товарного пива,

с_xi - плотность промежуточного продукта, кг/м³,

ф - количество рабочих дней бродильных цехов (323 дня).

Пиво «Московское»:

G₁ = 10*16*1000000*0,5*1,069*1044,2/1000*323*24*3600 = 3,20 кг/с

Пиво «Московское»:

G₂ = 10*16*1000000*0.5*1.071*1048.4/1000*323*24*3600 = 3,22 кг/с

G = G₁ + G₂ = 3.20 +3,22 = 6,42 кг/с

Q₂ = 6,42/614 = 3941,88 кДж/с

4.3 Эксплуатационные теплопритоки

Источники эксплуатационных притоков: электрическое освещение, работающие в помещении люди и механизмы, открытые двери. Для потребителей холода эксплуатационные потери можно принять:

Q₄ = 0.15(Q₁ + Q₂) = 0,15(24883,2 + 3941,88) = 4323,76 кВт

4.4 Расчет потребности в холоде по укрупненным показателям

Суммарный теплоприток при главном брожении

Q = q_vpG_vp/ ф_r

Где q_vp - относительный расход холода (на единицу объема или массы продукции 0,05 кВтч/дал);

G_vp - годовая производительность предприятия по виду продукции (16 млн. дол/год).

ф_r - количество рабочих часов (7752).

Q = 0,05*16*1000000 /7752 = 90,30 кВт.



5. Расчет холодильного оборудования

5.1 Компрессорные агрегаты

Компрессорные агрегаты подбираются для каждой охлаждающей системы по расчетной холодопроизводительности.

Оценка потребности в холоде определяется на основе укрупненного показателя для охлаждения помещений для пивоваренного завода, является плотность суммарного теплопритока (g_f).

Q_T = g_f*F_стрF_стр = 1080 м²g_f =40 Вт/м²Q_T = 40*1080 = 43,2 кВт

Расчетная холодопроизводительность, кВт.

Q_рас = Q_Tа/в

Где а - коэффициент транспортных потерь (1.15 - 1.17)

в - коэффициент запаса (0,79 - 0,9)

Q_рас = 43,2*1,16/0,8 = 62,64

Подбираем компрессор холодопроизводительностью 60 кВт, что на 5% мощнее, чем требуется по расчету. Это объясняется ограниченностью ряда машин, на базе которых сделан расчет.

Из соображений надежности и необходимости измерения суммарной холодопроизводительности при работе установки в нерасчетные периоды времени подбираем 3 компрессора марки А 20-7-2 суммарной холодопроизводительностью 60 кВт, что на 4,22% меньше расчетной холодопроизводительности.

5.2 Теплообменные аппараты

Конденсаторы

В компрессорных агрегатах маслоотделители комплектуют в каждый компрессор. В системе может иметься один или несколько параллельно включенных конденсаторов. От маслоотделителей пар холодильного агента направляется в конденсатор. При подборе конденсаторной группы массовые подачи хладагента складываются. Конденсаторы подбираются по величине площади теплообменной поверхности.

Тепловой поток, отводимый в конденсаторе

Q_k = У(G_i*q_ki) = 90,3 кВт

Количество теплоты, отводимое в конденсаторе, всегда больше холодопроизводительности, так как дополнительная теплота подводится к рабочему телу процессе его сжатия.

Выбор типа аппарата

Промышленность выпускает конденсаторы: кожухотрубные горизонтальные, кожухотрубные вертикальные, испарительные и воздушные. В зависимости от вида охлаждающей среды принимаем конденсатор с водяным охлаждением.

Горизонтальные кожухотрубные конденсаторы имеют широкое распространение. Особенно установок средней и крупной производительности. Достоинством такого типа конденсаторов является ненужность двойной перекачки воды и расположение в машинном отделении.

Вертикальные кожухотрубные конденсаторы используют в крупных аммиачных холодильных установках. Преимущество конденсаторов этого вида - возможность размещения, их вне компрессорного цеха малая установочная площадь, возможность использования любой воды, возрастание тепловой производительности конденсатора при увеличении расхода циркулирующей воды и в то же время при незначительном возрастании потерь напора. Основным недостатком является наличие двойной перекачки воды, следовательно, должно быть предусмотрено две группы насосов. Одна подает воду из градирни в водораспределитель бака конденсатора, другая забирает воду из водораспределительного бака и подает ее на градирню.

Площадь теплопередающей поверхности конденсатора, м2

F =Qк/qf= 90,3 /0,23 =393

Количество установленных конденсаторов

Устанавливается общая конденсаторная группа, так как при выходе из строя одного из конденсаторов не произойдет полная остановка производства холода.

Выбираем три конденсатора марки 125 КВН с суммарной площадью теплопередающей поверхности 375 м2, что меньше расчетной на 5% - это допустимо.

Краткая характеристика выбранного конденсатора

Марка конденсатора	125 КВН
Площадь теплопередающей поверхности	125м2
Диаметры патрубков:
Вход пара	80мм
Выход жидкости	40 мм
Масса	3865кг

5.3 Испарители

Испаритель -- теплообменный аппарат, в котором охлаждается промежуточный хладоноситель в результате теплообмена кипящих холодильных агентов.

1. Выбор типа испарителя

Применяют панельные и кожухотрубные испарители. В панельных испарителях кипение холодильного агента происходит в нижнем коллекторе и вертикальных каналах панелей. Наружная поверхность панелей омывается хладоносителем. Основное достоинство панельных испарителей - при остановке насосов ледяная корочка образуется на панели, при этом полная остановка работы аппарата не происходит.

В испарителе кожухотрубного типа - хладагент кипит, внутри трубка хладоноситель движется в межтрубном пространстве. При применении воды в виде хладоносителя, вода при замерзании может вызвать разрыв труб.

Поэтому испарители кожухотрубного типа применяются для охлаждения хладоносителя СаС12, когда опасность его замерзания более низкая, чем при применении воды. Применение панельных испарителей в других системах нецелесообразно, так как это аппарат открытого типа, имеющий большие габариты. В открытых системах раствор рассола может поглощать из атмосферы водяной пар, что вызывает уменьшение поверхности его температуры замерзания, уменьшение концентрации вызывает опасность замерзания и остановку работы испарителя.

В кожухотрубных испарителях рассол имеет большую вязкость, имеет меньший коэффициент теплоотдачи к поверхности, поэтому для переноса одного и того же количества требуется перекачать больший объем рассола. Выбираем для первой

Охлаждающей группы панельный испаритель, а для второй - кожухотрубный.

2. Площадь теплопередающей поверхности, м2

F=Qu/qf

Где Qu - суммарный теплоприток потребителей холода, отнесенных к одному температурному уровню, кВт;

qf - плотность теплового потока для панельного испарителя, (3) кВт/ м2.

qf - платность теплового потока для кожухотрубного испарителя, (2,1) квт/ м2.

- первый температурный режим

F = Qu/qf = 90,3 /2,1 = 45,15 м2

- второй температурный режим

F = Qu/qf = 62.64 / 3 = 30.2 м2

3. Количество испарителей

Для первой группы выбираем 1 испаритель панельного типа марки 60ИП, теплопередающая поверхность которого на 20 % больше рассчитанной.

Для второй труппы выбираем 1 испаритель панельного типа марки 40ИП, площадь теплопередающей поверхности которого на 20% больше рассчитанной.

Краткая характеристика испарителей

Марка	60ИП
Площадь теплопередающей поверхности	б0м2
Габаритные размеры:
Длина	3670 мм
Ширина	1060 мм
Высота	1050мм
Диаметры патрубков:
Вход пара	20 мм
Выход жидкости	100мм
Вход, выход воды	100мм
Вместимость по хладагенту	0,332 м3
Масса	2180кг
Марка	40ИП
Площадь теплопередающей поверхности	40 м2
Габаритные размеры
Длина	3670 мм
Ширина	735мм
Высота	1050мм;
Диаметры патрубков:
Вход пара	20 мм
Выход жидкости	65 мм
Вход, выход воды	100 мм
Вместимость по хладагенту	0,223 м3
Масса	1500 кг

5.4 Насосы

Насосы в холодильных установках применяют для циркуляции охлаждающей воды в оборотных системах водоснабжения.

Объемная подача насосов, м³/с

V_s = Q_oys/C_s*с_s*?t_s

Где Q_oys - тепловой поток от группы потребителей, обслуживаемых насосами, кВт

C_s - удельная теплоемкость хладоносителя, кДж/кг;

с_s- плотность хладоносителя, кг/м³;

?t_s - оптимальное изменение зоны хладоносителя (3), ⁰С

Для первой группы

V_s = 90,3*3600/4,19*1000*3 = 25,9 м³/ч

Для второй группы

V_s = 90,3*3600/2,911*1220*3 = 30,5 м³/ч

Выбор типа насоса

Для воды используют консольные насосы. Для рассола применяются водяные консольные насосы. В градирне устанавливают не менее 2-х насосов. При подборе насосов один выбирают в качестве резервного. Подбор производим по объемной подаче.

Выбор хладоносителя

В холодильной технике применяются водные растворы солей NaCl, MgCl, CaCl₂, которые не замерзают при относительно низких отрицательных температурах. Температура их замерзания зависит от концентрации рассола. В связи с меньшей коррозионной способностью, более низкой температурой замерзания выбираем в качестве хладоносителя CaCl₂.

t₃= t₀ - 10

где t₀ - температура кипения холодильного агента для второго температурного уровня (-5⁰С)

t₃ - температура замерзания хладоносителя.

t₃ = -5-10 = -15⁰C

Выбираем для первой группы 2 насоса марки К20/30 и один насос марки К 8/18. Объемная подача рабочих насосов повышает расчетную на 12%.

Характеристика насосов

Марка	К 45/30
Номинальная подача	45 м3/ч
Номинальный напор	30 м
Допустимый каватационный запас	4.5м
Мощность электродвигателя	7,5 кВт
Диаметр патрубков:
Всасывающий	80 мм
Нагнетательный	50 мм
Габаритные размеры:
Длина	1030 мм
Ширина	332 мм
Высота	413 мм
Масса	168 кг
Марка	К 8/18
Номинальная подача	8 м3/ч
Номинальный напор	18 м
Допустимый каватационный запас	4м
Мощность электродвигателя	1,5 кВт
Диаметр патрубков:
Всасывающий	50 мм
Нагнетательный	40 мм
Габаритные размеры:
Длина	768 мм
Ширина	257 мм
Высота	321 мм
Масса	79 кг
Марка	К 20/30
Номинальная подача	20 м3/ч
Номинальный напор	30 м
Допустимый каватационный запас	4м
Мощность электродвигателя	4,0 кВт
Диаметр патрубков:
Всасывающий	50 мм
Нагнетательный	40 мм
Габаритные размеры:
Длина	832 мм
Ширина	299 мм
Высота	343 мм
Масса	109 кг

5.5 Трубопроводы

Трубопроводы обвязки компрессоров и аппаратов подбирают по диаметрам патрубков, указанных в технической характеристике оборудования. Диаметры труб магистральных трубопроводов для хладагента, всасывающих в каждой группе компрессоров, общего нагнетательного к конденсаторной группе и жидкостного к распределительному коллектору следует рассчитывать по минимальному объемному расходу и оптимальной скорости движения хладагента.

d = v4GV/рW

где G - массовый поток ( подача) хладагента, кг/с

V - удельный объем хладагента, мЗ/кг

W - оптимальная скорость движения в трубопроводе, м/с

Оптимальные скорости движения R717 в магистральных трубопроводах:

W = 20-25 м/с - паровой нагнетательный трубопровод,

W = 15-20 м/с -- паровой всасывающий трубопровод,

W = 0,2-0,5 м/с - жидкостный нагнетательный трубопровод.

1. Паровой нагнетательный трубопровод.

Первая группа:d₁=v4GV/рW = v 4x 0,57 х 0,36/ 3,14 х 20 =0.114

Вторая группа:d₁=v4GV/рW = v 4x 0.61 x 0.48/ 3,14x20=0,137

2. Паровой всасывающий паропровод.

Первая группа : d₂=v4GV/рW = v 4 х 0,57 х 0,36/ 3,14 х 17 = 0,124

Вторая группа : d₂=v4GV/рW = v 4 х 0,61 х 0,48/ 3,14 х 17 = 0,148

3. Жидкостный нагнетательный трубопровод.

Первая группа : d₃=v4GV/рW = v 4 х 0,57 х 0,004/ 3,14 х 3 = 0,032

Вторая группа : d₃=v4GV/рW = v 4 х 0,61 х 0,004/ 3,14х3= 0,033

Площадь поперечного сечения: S = р х d₂/ 4, м2

4. Паровой нагнетательный трубопровод.

Первая группа :S = р х d₂/ 4= (0,114)(0,114) х 3,14 /4 = 0,0122 м2 (ГОСТ 8732-74)

Вторая группа :S = р х d₂/ 4= (0,137)(0,137) х 3,14 /4 = 0,0177 м2 (ГОСТ 8732-74)

5. Паровой всасывающий паропровод.

Первая группа :S = р х d₂/ 4= (0,124)(0,124) х 3,14 /4 = 0,0121 м2 (ГОСТ 8732-74)

Вторая группа :S = р х d₂/ 4= (0,148)(0,148) х 3,14 /4 = 0,0172 м2 (ГОСТ 8732-74)

6. Жидкостный нагнетательный трубопровод.

Первая группа : S = р х d₂/ 4=(0,032)(0,032) х 3,14 /4 = 0,00107 м2 (ГОСТ 8732-74)

Вторая группа : S = р х d₂/ 4=(0,033)(0,033) х 3,14 /4 = 0,00107 м2 (ГОСТ 8732-74)

Характеристика труб

ГОСТ	Условный проход, мм	Наружный диаметр и толщина стенки, мм	Номинальный внутренний диаметр, мм	Площадь поперечного сечения, м2
8732-74	125	133*4	125	0,0122
8732-74	150	159*4,5	150	0,0177
8732-74	40	45*4	37	0,00107



6. Разработка функциональной схемы автоматизации

Для холодильной установки предусмотрена комплексная автоматизация, что соответствует оптимальному уровню автоматизации для данного типа установок. В комплекс средств автоматизации входят системы автоматического регулирования основных параметров режима работы холодильной установки, системы автоматического управления, защиты и сигнализации. Что касается средств автоматической защиты и сигнализации, то они обычно входят в комплект поставляемого заводом-изготовителем оборудования.

В число основных параметров, подлежащих регулированию в данной холодильной установке, включены температуры: хладоносителей на выходе из испарителей, воздуха в охлаждаемых объектах; давление хладагента: в конденсаторе и во всасывающем патрубке компрессора; перегрев пара хладагента на выходе из кожухотрубных испарителей и уровень жидкого хладагента в отделителе жидкости панельного испарителя.

Регулятор перегрева пара - автоматический прибор пропорционального действия, т.е. терморегулирующий вентиль, который изменяет подачу хладагента в соответствии с изменением величины перегрева, обеспечивая, таким образом, оптимальное заполнение испарителя хладагентом.

Остальные регуляторы - двухпозиционного действия, в их состав входят датчики - реле, которые либо прекращают и возобновляют подачу охлаждающей среды в охлаждающий прибор, либо включают и выключают компрессор или вентилятор при отклонении регулируемого параметра от заданный значений.

6.1 Уровень (объем, степень) автоматизации

При проектировании крупных холодильных установок централизованного хладоснабжения экономически оправданно предусматривать в настоящее время их комплексную автоматизацию, включающую:

-системы автоматического регулирования параметров основных производственных процессов (CAP);

- системы автоматического управления машинами (компрессорами, насосами и вентиляторами);

- системы автоматической защиты от опасных режимов работы машин (САЗ);

- системы автоматического контроля (параметров) и сигнализации (CAC).

Кроме того, автоматизируются некоторые вспомогательные процессы, например, воздухо- и маслоотделение, оттаивание инея.

6.2 Системы автоматического регулирования (CAP)

Выбор регулируемых параметров

Этот выбор делается для того, чтобы определить рациональное количество CAP, обеспечивающее выбранный уровень автоматизации проектируемой установки.

-температура охлаждаемого объекта (чаще всего воздуха в охлаждаемом помещении);

- уровень жидкого хладагента (либо перегрев пара) в испарителе;

- температура (или давление) конденсации;

- температура (или давление) кипения.

Необходимость регулирования первого параметра в холодильной установке любого типа очевидна. Следующие два альтернативных параметра регулируются с целью поддержания оптимального заполнения испарителя хладагентом и, таким образом, обеспечивается эффективная работа испарителя, с одной стороны, и исключается опасность гидравлического удара в компрессоре, с другой стороны. Уровень жидкости регулируется в испарителях затопленного типа (кожухотрубных, панельных) или в емкостных аппаратах (отделителях жидкости), входящих в состав этих испарителей. Перегрев пара регулируется в ребристотрубных испарителях (батареях, воздухоохладителях), где уровень жидкого хладагента не может быть определен.

Целесообразность регулирования температуры или давления конденсации обусловлена желанием избежать перенастройки дросселирующих устройств, входящих в состав регуляторов уровня или перегрева, неизбежной при значительном снижении давления конденсации в зимний период.

Наконец, температура (или давление) кипения хладагента регулируется с целью установления соответствия между суммарной объемной подачей работающих компрессоров и суммарной потребностью, в холоде группы потребителей, технологическая температура каждого из которых должна регулироваться независимо от других, а количество установленных компрессоров, как правило, меньше количества потребителей.

Выбор способа регулирования и типа CAP

При прямом регулировании датчик CAP реагирует на изменение регулируемого параметра, a при косвенном - на изменение параметра, функционально связанного с регулируемым. В первом случае обеспечивается большая точность поддержания регулируемого параметра, однако, когда высокая точность от CAP не требуется, иногда легче реализуема CAP косвенного действия. Например, с целью поддержания постоянным давления кипения хладагента регулируют температуру хладоносителя на выходе из испарителя или, наоборот, регулируют давление пара во всасывающем патрубке компрессора для поддержания постоянной температуры воздуха в охлаждаемом помещении (в однообьектной холодильной установке);

По той же причине на холодильных установках более распространенной, чем CAP качественного регулирования, является CAP колличественного регулирования, в которой в ответ на возмущающее воздействие на регулируемый параметр изменяется не качественный;, а количественный показатель управляющего воздействия, например, расход охлаждающей среды или объемная подача пара.

Закон изменения управляющего воздействия или закон регулирования определяет тип CAP. На холодильных установках, в основном, применяются CAP пропорционального и двухпозиционного действия.

Пропорциональными являются регуляторы перегрева (терморегулирующие вентили), изменяющие величину подачи жидкого хладагента в испаритель пропорционально изменению теплового потока от потребителя. В двухпозициониых CAP величина подачи охлаждающей среды (воздуха в градирнях , воды в конденсаторе, хладоносителя в теплообменник потребителя, хладагента в. затопленный испаритель, пара хладагента в компрессор) изменяется путем «открытия - закрытия» электромагнитного клапана на линии подачи среды в аппарат или «включения - выключения» электродвигателя соответствующей машины для перемещения среды (вентилятора, насоса или компрессора).

В однообъектной холодильной установке (охлаждающей системе) косвенного охлаждения одновременно с автоматической «остановкой - пуском» компрессора «останавливается - пускается» насос хладоносителя.



Список использованных источников

1. Применение холода в пищевой промышленности / Под ред. А.В. Быкова. - М.: Лег.ипищ. пром-ть. 1979.

2. Ковальская Л.П. Технология пищевых производств. М.: Пищепромиздат, 1988.

3. Калунянц К.А. и др. Дипломное проектирование заводов по производству пива и безалкогольных напитков. - М.: Агропромиздат, 1997.

Размещено на Allbest.ru