Проектирование холодильной установки для производства вишнёвого сока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство общего и профессионального образования

Свердловской области

ГАПОУ СО "Екатеринбургский экономико-технологический колледж"

Специальность 151022 "Монтаж, техническая эксплуатация и ремонт холодильно-компрессорных машин установок"

Курсовой проект

Проектирование холодильной установки для производства вишнёвого сока

Разработал

Тимергалиев Андрей Витальевич

Руководитель

Малышева Татьяна Павловна

2015

Содержание

Введение

1. Исходные данные для расчёта

2. Производство соков

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

3.1 Разработка структурной схемы системы хладоснабжения

3.2 Выбор расчётного режима

3.3 Расчёт температур фазовых превращений хладагента

3.4 Отношение давлений в циклах паровых компрессорных холодильных машин

3.5 Построение термодинамических циклов в диаграмме состояний хладагента lgP-i. Построение одноступенчатых циклов

3.6 Разработка функциональной гидравлической схемы установки

4. Расчет потребностей в холоде

4.1 Теплоприток через ограждения охлаждаемых объектов

4.2 Теплоприток от охлаждаемых продуктов

4.3 Эксплуатационные теплопритоки

4.4 Суммарные теплопритоки в камере

5. Подбор холодильного оборудования

5.1 Компрессорные агрегаты

5.2 Теплообменные аппараты

6. Охрана труда и окружающей среды

Список используемой литературы

Введение

Индустрия фруктового сока - это относительно молодая отрасль. Производство сока в больших промышленных объёмах началось с 1940-х гг., когда в США был разработан первый выпарной аппарат для концентрации сока. Как результат ужесточения гигиенических стандартов, срок хранения продукта увеличивался, главное условие роста компаний производителей.

На сегодняшний день, рынки Китая, Индии и Восточной Европы продолжают расширяться, на западных рынках Европы и Северной Америки имеет место ожесточенная конкуренция.

Сок хранится при пониженной температуре (не выше +10°C) в атмосфере инертного газа - азота. В таких условиях сок прямого отжима не теряет качества и сохраняет все полезные свойства в течение нескольких месяцев (даже до начала следующего сезона сбора урожая). По другой технологии сок прямого отжима, полученный из свежих фруктов (овощей) во время сезона сбора урожая, хранится при низких температурах (не выше ?20°C) в замороженном виде. В таком состоянии он может поставляться, например, на другое предприятие, расположенное в ином регионе, которое осуществит розлив этого сока в потребительскую тару после его размораживания по специальной технологии. Поэтому нет ничего удивительного в том, что в продаже очень часто можно встретить, например, яблочный, гранатовый или другой сок из субтропических фруктов, изготовленный в январе-марте или упакованный в потребительскую тару за пределами региона выращивания данного сырья.

В соки с мякотью входят все компоненты состава плодов, в том числе и нерастворимые: клетчатка, полуклетчатка, протопектин, жирорастворимые пигменты. Жидкую консистенцию таким сокам придают, измельчая ткани сырья до отдельных частиц размером 30 мкм. Благодаря полному сохранению составных частей сырья ценность соков с мякотью выше, чем осветлённых. Для потребления их разбавляют (16ч50)%-ным сахарным сиропом (до 50% общей массы). Соки с мякотью вырабатывают в условиях, затрудняющих или исключающих контакт с воздухом (для предотвращения окисления полифенолов и других физиологически активных веществ). В качестве вещества, препятствующего окислению, добавляют синтетическую аскорбиновую кислоту (около 0,1%), которая способствует сохранению натурального цвета продукции и витамина С. Вымытые и пропаренные плоды измельчают на протирочных машинах, добавляют горячий сахарный сироп, затем тонко измельчают в гомогенизаторах. Принцип действия последних состоит в нагнетании сырья под большим давлением (до 150 кг/см и более) в узкую щель между корпусом и клапаном установки. Клапан пружиной плотно прижат к корпусу, но под действием давления жидкости, создаваемого мощными насосами, приподнимается, образуя тончайшую щель. Через неё с большой скоростью проходит сырьё, благодаря чему оно измельчается. Давление пружины на клапан можно регулировать специальным маховиком, изменяя, таким образом, величину щели и степень измельчения продукта. Гомогенизированный сок деаэрируют (освобождают от воздуха) в вакуум - в аппаратах, подогревают, в горячем виде фасуют и стерилизуют при температуре (90ч100)°С.

Очищенный сок подогревают до температуры +98°С в пластинчатых или трубчатых теплообменниках, выдерживают в течение 20сек и охлаждают до температуры (0 ±+1)°С, после чего подают в резервуары на хранение. Резервуары заполняют на 98% вместимости. Давление С02 поддерживается не менее 0,2 МПа.

Свежеотжатый сок перед загрузкой в танки процеживают через сито, центрифугируют, а затем пропускают через систему непрерывно действующих теплообменников, в которых сок сначала пастеризуется при (90ч92)°С в течение I мин, а затем охлаждается до (-1ч-2)°С. Быстрое охлаждение достигается путём обработки сока в прохладительные. Ультраохладитель состоит из трёх горизонтальных цилиндров с мешалками, включенных последовательно. Цилиндры имеют двойные стенки, в пространстве между которыми кипит аммиак (непосредственное охлаждение). Сок прогоняется через аппарат насосом. Охлаждённый сок поступает непосредственно в цистерны, в которых хранится под давлением СO2 (49ч98) кн/м2 (0,5ч1,0атм) при температуре (-1ч-2)°С. В таких условиях сок хорошо сохраняется длительное время (свыше года). Во время хранения следят за температурой и наличием углекислого газа в незаполненном пространстве цистерны. Так как некоторое количество газа (около 10% по объему) растворяется в соке, в цистерну добавляют углекислый газ из баллонов.

Для концентрированных плодово-ягодных соков требуется в 3ч7раз меньше тары, транспортных средств и складских помещений по сравнению с соками однократной концентрации. Концентрированные соки хорошо и длительно хранятся без стерилизации и добавления консервантов, не замерзают при понижении температуры до -18°С. Поэтому в последние годы соки экспортируются в основном в концентрированном виде.

Соки с мякотью (нектары) - это натуральные соки, содержащие тонко измельченную мякоть или смеси плодовых пюре с сахарным сиропом.

Для получения фруктового или овощного пюре сырье перебирают, удаляют испорченное и недозрелое, тщательно моют и при необходимости чистят (морковь например), затем размягчают.

Вишнёвый сок один из самых любимых и предпочитаемых напитков. Кроме приятных вкусовых качеств, он ещё и полезен. Имея в своём содержании большое количество бетта-каратина, кальция, витамина В2, он улучшает работу печени, повышает уровень гемоглобина в крови, способствует лучшему перевариванию жирной пищи, и даже врачи рекомендуют употреблять его при заболеваниях сердечно - сосудистой системы и анемии. Пищевая ценность в 100 г сока: Углеводы - 11,7 г. Энергетическая ценность в 100 г сока: 66,0 ккал. Витамины (мг): С-6; РР-0,6; В2-0,02; В-каротин-0,3.

Хорошо созревшую здоровую вишню, интенсивно окрашенной мякотью моют и удаляют из них косточки. Затем нагревают при температуре (+75ч+80)°С в кастрюле с добавлением небольшого количества воды (1 стакан на 2 кг плодов) до размягчения. Горячую разваренную массу протирают через сито или пропускают через соковыжималку. Получается довольно густое пюре. Одновременно или заранее готовят сахарный сироп (20ч30)%-ной концентрации в зависимости от вкуса вишни. Для этого в кастрюлю наливают воду и добавляют сахар (на каждые 3,5ч4 стакана воды 0,2ч0,3 кг сахара). Доводят до кипения и кипятят на медленном огне, пока сахар полностью растворится. Горячим фильтруют через фланель, марлю в несколько слоев или вату. Затем сироп смешивают с вишнёвым пюре в соотношении 1:1, т.е. на 1 л пюре 1 л сиропа. Смесь при возможности взбивают миксером, в результате измельчается мякоть, сок при хранении расслаивается меньше. Сок можно взбить непосредственно перед употреблением. Смесь сиропа с пюре нагревают до 80°С, разливают в подготовленные банки и пастеризуют при температуре (+80ч+85)°С банки вместимостью 0,5 л 15 мин, 1л - 20 мин, 3 л - 25-30 мин.

Соки с мякотью натуральные и с добавлением сахарного сиропа. В отличие от осветленных и неосветленных соков они содержат тонкоизмельченные частицы мякоти, следовательно, все растворимые и нерастворимые питательные и биологически активные вещества. По своему составу эти соки ближе к исходному сырью, из которого они изготовлены, поэтому имеют большую пищевую ценность по сравнению с осветлёнными соками, полученными из того же сырья.

Требования к качеству соков с мякотью

По органолептическим показателям соки должны соответствовать следующим требованиям.

Внешний вид и консистенция: однородная текучая жидкость с равномерно распределенной мякотью фруктов по всей массе сока.

Допускаются единичные точечные вкрапления кожицы темного цвета (для соков из темноокрашенных фруктов), незначительное расслаивание и небольшой осадок частиц мякоти на дне тары, в вишневом и сливовом соках - оседание мякоти, наличие твёрдых крупиц мякоти в соках из груш и айвы.

Вкус и аромат натуральные, хорошо выраженные, свойственные использованным фруктам. Не допускаются посторонние привкус и запах

Цвет однородный по всей массе, свойственный цвету фруктов, из которых изготовлен сок.

Допускаются более темные оттенки в соках из светлоокрашенных фруктов и незначительное обесцвечивание соков из темноокрашенных фруктов.

В соках из цитрусовых плодов допускается наличие частиц съедобной части плода.

Хранение

Рекомендуемые условия и периоды хранения, в течение которых фруктовые соки прямого отжима сохраняют свое качество со дня изготовления при температуре от 2°С до 25°С в стеклянной таре, не более: для светлоокрашенных - 2 лет, темноокрашенных - 1 года, виноградного марочного - 1 года, в металлической таре - 1 года, в алюминиевых тубах -1 года, в потребительской таре (пакетах) из комбинированных материалов на основе бумаги или картона, полиэтиленовой пленки и алюминиевой фольги, фасованных асептическим способом, - 1 года, в таре типа Bag-in-Box, фасованных асептическим способом, - 1 года.

Рекомендуемые условия и периоды хранения, в течение которых фруктовые соки прямого отжима, фасованные способом "горячего розлива", сохраняют свое качество при температуре от 2°С до 10°С со дня изготовления в потребительской таре (пакетах) из комбинированных материалов на основе бумаги или картона, полиэтиленовой пленки и алюминиевой фольги типа "Пьюр Пак" - 6 мес, в потребительской таре из комбинированного материала на основе алюминиевой фольги и полимерной пленки типа "Дой-пак" - 9 мес.

Предмет исследования - ассортимент, качество и конкурентоспособность вишнёвого сока, реализуемого в торговых сетях г. Екатеринбурга.

Актуальность настоящей работы обусловлена необходимостью внедрения нового прогрессивного оборудования, обеспечивающего интенсификацию производственных процессов, повышение качества вырабатываемой продукции, снижение потерь энергоресурсов и затрат сырья.

Целью курсового проекта является знакомство с основными принципами проектирования холодильных камер, а также с методикой инженерных расчётов, необходимых при подборе холодильных машин.

Основными задачами проекта являются

- разработка строительного чертежа блока стационарных холодильных камер и машинного

отделения с размещением необходимого оборудования и коммуникаций;

- подбор холодильного оборудования путём проведения необходимых расчётов.

Курсовой проект состоит из введения, шести глав, списка используемой литературы, приложений.

Для выполнения курсового проекта была использована учебная, научная, методическая, справочная литература, СМИ, Интернет.

1. Исходные данные для расчёта

Рассчитать и подобрать основное холодильное, а также составить функциональную схему холодильной установки предприятия по производству соков. Исходные данные приведены в таблицах.

Таблица 1.1 - Задание на проектирование холодильной установки предприятия по производству соков

Исходные данные	Норма
Местоположение предприятия	г. Екатеринбург
Производительность предприятия, тыс. тонн /год	8000
Доля производимой продукции - грейпфрутовый сок, %	100
Размеры охлаждаемого помещения LxBxH, м	6 х 6 х 3,6
Температура воздуха охлаждаемого помещения, 0С	-6

Таблица 1.2 - Климатические параметры воздуха

Среднемесячная температура самого жаркого месяца tср мес., 0С	Температура абсолютного максимума tа.м., 0С	Средняя максимальная температура в самый жаркий месяц tср.м., 0С	Средняя температура годовая tср.год, 0С	Среднемесячная относительная влажность самого жаркого месяца цн,%
19,5	38,8	24,4	3	54

Таблица 1.3 - Характеристики потребителей воздуха

Наименование характеристик	Виды производств и потребителей холода
	Соки
Технологические процессы, потребляющие искусственный холод: охлаждающая среда, её температура; время охлаждения; относительная влажность воздуха охлаждаемых помещений; кратность циркуляции.	Рисунок 2.1 и рисунок 2.2.

Таблица 1.4 - Охлаждение помещения

Камера хранения при положительной температуре
Охлаждение при поступлении и, температура помещения t=+50С Относительная влажность воздуха ц=85ч95%

Таблица 1.5 - Потребности в холоде пищевых производств

Наименование и укрупненного показателя теплопритока	Расход холода на1т производимой продукции, кВтч/т
	Цех по производству сока
Расход холода на 1т производимый продукции, кВтч/т	Соки
	200

Таблица 1.6 - Охлаждаемые помещения

Плотность теплового потока на 1 м2 строительной площади, кВт/м2	Камера хранения при положительной температуре	Камера хранения при отрицательной температуре
	0,1	0,12

Рисунок 1.1 - Схема и цикл холодильной машины

2. Производство соков

Вишнёвый сок - один из самых вкусных и полезных соков, и он должен присутствовать в ежедневном рационе человека, отдельно или в комбинации с другими соками, как источник важного витамина С.

Вишня поступает на переработку с поля и несёт на себе почву и другие загрязнения. На данном этапе необходима тщательная мойка вишни, так как вместе с ней может в большом количестве поступать грязь и камни. Вишня по транспортёру поступает в барботажную мойку в которой посредством пузырьков воздуха и образующейся пены в воде происходит удаление основных загрязнений.

После барботажной мойки Вишня перемещается потоком воды в барабанный очиститель, где очищается от кожицы

Далее на инспекционном транспортёре происходит отбраковка некачественных и гнилых корнеплодов.

Вымытая и очищенная вишня измельчается молотковой дробилкой перед подачей на дальнейшую переработку. Степень измельчения зависит от требуемой экстракции (пюре или выжатый сок).

Измельченную вишню нагревают паром в бланширователе - аппарате для размягчения волокон и получения в последующем максимального выхода сока.

Отжим или прессование производиться ленточным прессом для получения сока из пульпы. При отжиме ленточным прессом можно получить до 85% сока.

Экстракция сока из пульпы фруктов и овощей производиться протирочной машиной (или турбофинишером).

Осуществляется путём нагрева в горизонтальном нагревателе и выпаривания воды.

Для стерилизации сока применяются пластинчатые и трубчатые стерилизаторы с деаэратором.

Асептический фасовочный аппарат с линиями для затарки сока в бочки по 200 литров.

Целью курсового проекта является знакомство с основными принципами проектирования холодильных камер, а также с методикой инженерных расчётов, необходимых при подборе холодильных машин.

Основными задачами проекта являются:

- разработка строительного чертежа блока стационарных холодильных камер и машинного

отделения с размещением необходимого оборудования и коммуникаций;

- подбор холодильного оборудования путём проведения необходимых расчётов.

Рисунок 2.1 - Схема производства соков.

Рис. 2.2. - Технологическая схема производства фруктовых соков:

1 - контейнероопрокидыватель; 2, 3 - вентиляторные моечные машины; 4 - машина для удаления плодоножек; 5 - инспекционный конвейер; 6 - элеватор; 7 - дробилка; 8 - стекатель; 9 - дозатор; 10 - гидравлический пресс с насосом; 11 - сборник с фильтром; 12 - сборник-мерник; 13,20 - передвижной насос; 14 - кожухотрубный подогреватель; 15 - узел температурной выдержки; 16 - сборник-смеситель; 17,19 - сосуды; 18 - пастеризатор; 21, 23, 24 - винтовые насосы; 22 - фильтр-пресс.

Сырье из контейнеров выгружают в моечную машину. Мойка осуществляется в двух последовательно установленных вентиляторных моечных машинах. Если перерабатывается сырье с плодоножками, то оно проходит через машину для удаления плодоножек. Затем плоды инспектируют на конвейере и подают элеватором в дробилку. Сок, выделяющийся из плодов при дроблении, изолируется от мезги в стекателе и отводится в сборную емкость с фильтром. Частично обезвоженную мезгу через дозатор загружают в гидравлический пресс. Отжатый сок перекачивают насосом в сборную емкость с фильтром. Проходя в емкость через фильтр, сок освобождается от взвесей. Из емкости с фильтром сок перекачивают в сборники-мерники для смешивания сока с сахаром или другими соками при производстве купажированных соков. Полученную в соответствии с рецептурой смесь подогревают в кожухотрубном подогревателе, выдерживают при этой температуре необходимое время в выдерживателе, затем через промежуточный сборник подают на фильтрование в фильтр-пресс. Фильтрованный сок нагревают до температуры пастеризации и сразу фасуют в подготовленные бутылки.

3 Выбор схемных решений установки и расчёт термодинамических циклов холодильных машин

В соответствии с техническим заданием холодильная установка должна быть аммиачной, централизованного хладоснабжения. По заданию отдельно выделяется конденсаторная группа с системой оборотного водоснабжения. Эта конденсаторная схема обеспечивает быстрый подвод теплоты к общему конденсатору системы. Холодильным агентом охлаждающих систем является хладагент R717 (аммиак). Аммиак используют в компрессорных холодильных машинах для получения температур кипения до - 300С без вакуума в системах охлаждения.

Во всех имеющихся холодильных системах будет использоваться косвенное охлаждение. В первой системе промежуточным хладагентом будет вода, в остальных - хлорид кальция с различной концентрацией, выбранной в соответствии с необходимой температурой охлаждения.

В системе, где промежуточным хладагентом выступает вода, с температурой, близкой к температуре замерзания (ледяная вода), целесообразно использовать открытые системы охлаждения для предотвращения разрыва труб теплообменных аппаратов вследствие замерзания воды.

В системах с хлоридом кальция в качестве промежуточного хладагента возможно и целесообразно применение закрытой системы. Безопасность такой системы с точки зрения разрушения теплообменных аппаратов обеспечивается за счёт подбора концентрации соли.

3.1 Разработка структурной схемы системы хладоснабжения

Холодильная установка является многоцелевой с четырьмя изотермами холода. Четыре охлаждающие системы объединены общим конденсаторным отделением с системой оборотного водоснабжения. Поскольку холодильный агент - аммиак, то предназначен общий конденсатор, что позволяет сократить площадь и уменьшить затраты энергии. С целью экономического расхода воды и снижению её стоимости используют водооборотную систему конденсирования. Во всех охлаждаемых системах предусмотрены контуры промежуточных хладоносителей: водяных и рассольных. Учитывая различный производственный характер потребителей, в водяном контуре с температурой +10⁰С предусмотрены две группы насосов: по одной для системы конденсирования и технологических линий. Каждая изотерма холода имеет собственные компрессорные и насосные агрегаты в сочетании с теплообменным аппаратом - испарителем. Компрессоры, насосы и испарители всех систем расположены в машинном отделении. Доставка холода к технологическим аппаратам, системе кондиционирования воздуха и низкотемпературной камере осуществляется за счёт холодильного транспорта. Все технологические аппараты расположены в технологических помещениях согласно требованиям процессов производства и хранения.

вишнёвый сок холодильный термодинамический

Рисунок 3.1 - Структурная схема системы хладоснабжения

W1 - охлаждаемые водой с t=+10°С;

W2 - охлаждаемые водой с t=+10°С;

S - охлаждаемые рассолом;

КО - конденсаторное отделение;

КМ - компрессоры;

И - испарители;

Hw - насос для воды;

Hs - насос для рассола;

ТА - технологические аппараты;

СКВ - система кондиционирования воздуха;

МО - машинное отделение;

ТП - технологические помещения;

ВТК - высокотемпературная камера;

НТК - низкотемпературная камера.

Стрелками указаны направления отвода теплоты от технологических аппаратов и воздуха рабочих помещений.

3.2 Выбор расчётного режима

За расчётный принимаем режим работы холодильной установки в наиболее напряженный период года, характеризующийся наиболее неблагоприятным сочетание большой потребности в холоде и высокой температуры конденсации хладагента.

Для экономичной же работы установки в другие периоды она должна быть оснащена системами регулирования мощности энергопотребляющих элементов.

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

При выборе расчетного периода учитываются климатические условия заданного района. Чаще всего таким периодом является июль.

Температура конденсации tk, ⁰С зависит:

tн - от температуры наружного воздуха, ⁰С;

tw2 - температуры воды, выходящей из конденсатора, ⁰С;

tw1 - температура воды, входящей в конденсатор, ⁰С.

По заданному местоположению предприятия находим климатические характеристики атмосферного воздуха:

- среднемесячная температура tср.мес = +19,5⁰С;

- температура абсолютного максимума tаб.max=+38,8⁰С;

- среднемесячная относительная влажность самого жаркого месяца: цн= 54%.

Расчётная температура наружного воздуха, ⁰С:

Температура наружного воздуха

tн=0,6 х tср.мес + 0,4 х tаб.max, (3.1)

где tср.мес - среднемесячная температура самого жаркого месяца, ⁰C;

tаб.max - температура абсолютного максимума, ⁰C.

tн=0,6 х 19,5 + 0,4 х 38,8 =27,2⁰C

Температура смоченного термометра tм, ⁰С:

Температура смоченного термометра tм, ⁰С определяется с помощью диаграммы "j-d" влажного воздуха, которая приведена на рис. 3.2.

tн=27,2 ⁰C;

цн= 54%;

tм= +19,5⁰С.

Режим работы холодильной установки характеризуется, прежде всего, температурами фазовых превращений хладагента. С определения этих температур и начинаются расчёты термодинамических циклов.



Рисунок 3.2 - Определение температуры смоченного термометра

3.3 Расчёт температур фазовых превращений хладагента

Температура конденсации хладагента

Температура воды на выходе из конденсатора tw2, ⁰С

tw2=tm+Дtw/n, (3.2)

где tm - температура смоченного термометра, ⁰С;

Дtw - разность температур воды на входе и на выходе из конденсатора, 0С, Дtw = 5⁰С;

n = 0,4 - коэффициент отношения действительного охлаждения к идеальному.

tw2=19,5+5/0,4 = 32⁰С

Температура воды на выходе из конденсатора tw1, ⁰С

tw1= tw2 - Дtw, (3.3)

tw1=32 - 5=27⁰С

Температура конденсации tк, ⁰С

tк.=( tw1 + tw2 )/2 +ик, (3.4)

где ик. - температурный напор конденсации, 0С ик. =(4ч6)⁰С.

Для нашего расчёта берём ик.=50С.

tк=(27 +32)/2 + 5 = 35⁰С

Поскольку хладагентом является аммиак для всех отражающих установок, то одна общая хладагентная группа. Это позволяет уменьшать массогабаритные показатели и капитальные затраты.

Таким образом во всех охлаждающих системах температура конденсации хладагента tк будет одинаковой.

Температуры кипения хладагента to, 0С (см. рис. 3.2)

to= tохл - ?, (3.5)

где tохл - технологическая температура охлаждаемой среды (обычно воздух в помещении), ⁰С;

? - оптимальный температурный напор в техническом аппарате, 0С (+7ч+10)⁰С - для

воздуха; (+4ч+6)⁰С - для жидкой среды).

Соки:

1) t0 = +10 - 4 = +6єС

2) t0 = +8 - 10 = -2єС

3) t0 = +14 - 10 = +4єС

Таблица 3.1 - Вид охлаждающей среды

Вид охлаждающей среды	Температура охлаждения среды, 0С	Температура кипения хладагента, 0С
Воздух	-	Соки +2ч+10
Режим низкотемпературной камеры	0	-10

В соответствии с проведёнными расчётами были выбраны четыре потребителя холода с соответствующими параметрами:

1 - вода +6⁰С

2 - воздух +4⁰С

3 - рассол -15⁰С

4 - низкотемпературная камера -10⁰С

В соответствии с выбранными температурными режимами выбираем холодильную установку на аммиаке R 717.

3.4 Отношение давлений в циклах паровых компрессорных холодильных машин

Степень сжатия р

р = Pk/P0, (3.6)

где Pk - давление конденсации хладагента, Па;

P0 - давление кипения хладагента, Па.

Давления конденсации Pk и кипения хладагента P0 для каждой из охлаждающих систем, имеющих общую конденсаторную группу и, следовательно, одно и то же давление конденсации, МПа.

Определим параметры циклов для каждого из режимов с учётом, что при р = Pk/ P0 > 7 мы определяем как цикл с двухступенчатым сжатием пара.

1) р = (13,5х105/5,5х105) = 2,45 - цикл с одноступенчатым сжатием пара хладагента.

2) р = (13,5х105/5х105) = 2,7 - цикл с одноступенчатым сжатием пара хладагента.

3) р = (13,5х105/2,4х105) = 5,63 - цикл с одноступенчатым сжатием пара хладагента.

4) р = (13,5х105/2,9х105) = 4,65 - цикл с одноступенчатым сжатием пара хладагента.

Таблица 3.1- Вид охлаждающей среды

Вид охлаждающей среды	1) Вода	2) Воздух	3) Рассол	4) НТК
Температура кипения t0, 0С	+6	+4	-15	-10
р	2,45	2,7	5,63	4,65

Найденное значение служит основанием для выбора типа термодинамического цикла и, соответственно, одного из схемных решений охлаждающей системы.

При р<7 выбираем цикл с одноступенчатым сжатием пара хладагента, обеспечивающим достаточно высокую надёжность и простоту обслуживания.

3.5 Построение термодинамических циклов в диаграмме состояний хладагента. lgP-i. Построение одноступенчатых циклов

Рисунок 5.1 - Термодинамический цикл в диаграмме состояний хладагента lgP-i

Перегретый пар в состоянии 1 поступает в компрессор и адиабатно сжимается до состояния 2. В состоянии 2 перегретый пар поступает в конденсатор, где, за счёт отвода теплоты, пар сначала охлаждается до температуры конденсации (процесс 2-2" сбив перегрева). При дальнейшем отводе теплоты происходит конденсация (2"-3), сухой насыщенный пар переходит в жидкость и поступает в дроссельный вентиль, где происходит процесс дросселирования (3-4). В состоянии 4 влажный насыщенный пар поступает в испаритель, где за счёт подведения теплоты происходит кипение (4-1") - собственное производство холода.

Дальше происходит процесс перегрева сухого насыщенного пара.

Таблица 3.2 - Параметры точек цикла для R717

№	Температура t, 0С	Давление p, МПа	Удельный объём v, м3/кг	Энтальпия i, кДж/кг	Паросодержание х, кг/кг
1	-2	0,398	0,311	1679,82	Перегретый пар
2	+35	1,349	0,096	1904,45	Перегретый пар
3	+35	1,349	0,107	1706,96	1
4	+35	1,349	1,7х10-3	584,92	0
5	-2	0,363	0,058	441,9	0,14

Удельная хладопроизводительность цикла q0, кДж/кг

q0 = i1 - i4, (3.7)

q0 =1679,82-441,9=1244,25 кДж/кг

Работа цикла затраченная на адиабатическое сжатие 1 кг пара хладагента l, кДж/кг

l= i2 - i1, (3.8)

l=1904,45-1686,15=218,3 кДж/кг

Теплота конденсации qк, кДж/кг

qк= i2 - i3, (3.9)

qк = 1706,96 - 584,92 = 1122,04 кДж/кг

Холодильный коэффициент е цикла холодильной машины

, (3.10)

3.6 Разработка функциональной гидравлической схемы установки

Функциональная схема установки включает в себя:

1. конденсаторную группу с системой оборотного водоснабжения;

2. цикл одноступенчатого сжатия с промежуточным хладоносителем;

3. условное обозначение технологических аппаратов, потребляющих холод.

В качестве промежуточных хладоносителей выступают вода и рассол хлорида кальция. Передача холода к промежуточным хладоносителям осуществляется в испарителях каждой из охлаждающих систем. Хладоноситель циркулирует от испарителя к технологическому аппарату за счёт насосов.

Хладагент, аммиак, после испарителя каждой системы под действием насосов перекачивается в конденсатор, где отвод теплоты в процессе конденсации производится циркулирующей тёплой водой, нагрев которой происходит в градирни под действием наружного воздуха.

Системе также присутствует маслоотделитель, позволяющий предотвратить попадания масла в конденсатор, что вызывает нарушение в его работе и требует остановки установки для очистки и ремонта.

4. Расчёт потребностей в холоде

Потребность в холоде определяется теплопритоками в охлаждаемые объекты, основными из которых являются: теплоприток через ограждения охлаждаемых объектов; теплоприток от охлаждаемых продуктов; теплопритоки, связанные с эксплуатацией охлаждаемых помещений. Сумма всех теплопритоков составляет "тепловую нагрузку", по которой в дальнейшем будет подобрано оборудование холодильной установки.

Точный расчёт теплопритоков по заданию проводится только для одного охлаждаемого помещения - низкотемпературной камеры.

Холодильная камера будет сборной из специальных панелей и расположена внутри многоэтажного здания кондитерской фабрики. Таким образом, основными теплопритоками будут теплопритоки через ограждения из помещения, в котором расположена камера.

4.1 Теплоприток через ограждения охлаждаемых объектов

Теплоприток через ограждения охлаждаемых объектов, Вт

(4.1)

где - коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, Вт/м² х К, Вт/м² х К;

- площадь поверхности ограждающей конструкции, м², ;

- температура воздуха снаружи охлаждаемого помещения, ⁰С, ;

- температура внутри охлаждаемого помещения, 0С ,

Вт

4.2 Теплоприток от охлаждаемых продуктов

Он определяется по наиболее теплоёмкому продукту, и требующему низких температур при длительном хранении

(4.2)

где - массовый поток продуктов, кг/с;

- этальпия в точке 1, кДж/кг, =182,8 кДж/кг;

- этальпия в точке 2, кДж/кг, =0 кДж/кг.

Массовый поток продуктов, кг/с

(4.3)

Где V - вместимость камеры, т.

Вместимость камеры V, т

(4.4)

Где

- грузовая вместимость камеры, м³;

- расход холода на единицу массы продукции, кВт ч/т, кВт ч/т.

Грузовая вместимость камеры, м³

(4.5)

Где

- строительная площадь камеры (площадь пола), м²;

- коэффициент полезного использования, ;

- высота, занятая грузом, м.

Строительная площадь камеры (площадь пола) , м²

(4.6)

где L - длина камеры, м , L=12 м;

В - ширина камеры, м, В=6 м.

м²

Высота, занятая грузом, м

(4.7)

Где

- строительная высота камеры, м, м;

- высота продукта, м, =0,6м.

м

Грузовая вместимость камеры, м³ по формуле

т (4.8)

Вместимость камеры V, т по формуле

т (4.9)

Массовый поток продуктов, кг/с по формуле

кг/с (4.10)

Теплоприток от охлаждаемых продуктов, кВт по формуле

кВт (4.11)

4.3 Эксплуатационные теплопритоки

Эксплуатационные притоки в холодильной камеры возникают преимущественно за счёт открывания и закрывания дверей, так как в низкотемпературной холодильной камере не работают люди.

(4.8)

кВт

4.4 Суммарные теплопритоки в камере

Суммарные теплопритоки в камере Q, кВт

, (4.9)

где - теплоприток через ограждения охлаждаемых объектов, кВт;

- теплоприток от охлаждаемых продуктов, кВт;

- эксплуатационные теплопритоки, кВт.

кВт

5. Подбор холодильного оборудования

Подбор холодильного оборудования будет производиться на основе рассчитанных теплопритоков каждой отдельной группы потребителей.

При подборе будем руководствоваться некоторыми основными правилами, установленными стандартами. Однако ввиду ограниченности в выборе оборудования методическим пособием, возможны нарушения общепринятых правил, таких как: производительность оборудования может быть на 5% меньше и на 20% больше рассчитанной потребности. При выборе некоторых видов оборудования предпочтительна установка не одного агрегата, а двух или трех, обеспечивающих в сумме необходимую производительность.

5.1 Компрессорные агрегаты

Одна из важнейших характеристик холодильного компрессора - обеспечиваемая им холодопроизводительность холодильной установки, которая при заданном хладагенте и температурном режиме работы холодильной машины пропорциональна объемной (массовой) производительности компрессора.

Расчётная холодопроизводительность, кВт

, (5.1)

где Q - суммарные теплопритоки в камере, кВт;

a - коэффициент транспортных потерь, a = 1,15ч1,17;

b - коэффициент запаса, b= 0,72ч0,9 = 0,9.

кВт

Таблица 5.1 - Подбор типа и числа компрессоров

Марка	Теоретическая подача, м3	Мощность двигателя, кВт	Габаритные размеры, мм	Масса, кг
			длина	ширина	высота
А 40-7-2	0,029	18,5	850	680	580	280

5.2 Теплообменные аппараты

Таблица 5.2 - Подбор типа и числа конденсаторов

Марка	Площадь теплопередающей поверхности, м	Габаритные размеры, мм	Диметры патрубков, мм	Масса, кг
		длина	ширина	высота	Вход пара	выход жидкости	вход, выход воды
КТГ - 80	95	4640	1110	1230	80	32	125	2472

Таблица 5.3 - Подбор типа и числа испарителей

Марка	Площадь теплопередающей поверхности, м2	Габаритные размеры, мм	Диметры патрубков, мм	Масса, кг
		длина	ширина	высота	вход пара	выход жидкости	вход, выход воды
120 ИП	120	6100	1175	1200	40	150	200	4000

6. Охрана труда и окружающей среды

Меры безопасности при эксплуатации холодильных установок: опасным производственным фактором при эксплуатации холодильных машин и установок может стать разрушение цилиндров компрессоров, вследствие гидравлического удара, возникающего при переполнении системы жидким хладагентом, а также неправильной регулировке режима работы установки или применения не тарированных буферных крышек безопасности - ложных крышек. Взрывы конденсаторов и особенно ресиверов холодильных установок могут возникать при неисправных предохранительных клапанах.

К опасным режимам работы и авариям приводит установка более мощных или дополнительных компрессоров без приведения в соответствие с ними всех элементов холодильной системы (конденсаторов, испарителей, насосов), а также пуск установки в эксплуатацию после ремонта или реконструкции без пробных испытаний.

По степени пожароопасности помещения холодильных установок подразделяют на три категории:

Б - машинные и аппаратные отделения;

В - холодильные камеры с температурой выше 5⁰С;

Д - холодильные камеры с температурой ниже 5⁰С и насосные отделения.

Машинные и аппаратные отделения, сблокированные с охлаждаемыми помещениями, размещают, как правило, в одноэтажных или на первом этаже многоэтажных зданий. Отделения оборудуют легко сбрасываемыми конструкциями (окнами, распашными воротами), площадь которых составляет 0,03 м² на 1 м³ объема помещения.

В машинном отделении устраивают не менее двух выходов, в том числе один непосредственно наружу. Двери должны открываться в сторону выхода. Из аппаратного отделения выходы делают в машинное отделение и наружу. Помещения оборудуют механической вентиляцией с кратностью воздухообмена по притоку не менее 2 ч-1, по вытяжке - 3 ч-1, а также вытяжной аварийный с кратностью воздухообмена 8 ч-1. Исправность аварийной вентиляции необходимо проверять ежедневно.

На наружных стенах у выходов из машинного отделения монтируют устройства для экстренного (аварийного) отключения всех холодильных установок. При этом одновременно должны автоматически включаться аварийные системы вентиляции и освещения. Холодильные камеры с температурой 00С и ниже оборудуют системой сигнализации "Человек заперт в камере" с подачей сигнала в вестибюль холодильника и машинное отделение к дежурному персоналу.

Холодильные установки оснащают обратными и предохранительными клапанами, указателями уровня, контрольно-измерительными приборами, средствами автоматической защиты.

На нагнетательном трубопроводе каждого компрессора и нагнетательной магистрали устанавливают обратные клапаны. Компрессоры и аппараты (сосуды) снабжают пружинными предохранительными клапанами. Предохранительные клапаны проверяют на компрессорах 1 раз в год, на аппаратах (сосудах) - 1 раз в 6 мес. Манометры (вакуумметры) проверяют ежегодно, а также после каждого ремонта. Один раз в 6 мес. дополнительно проверяют рабочие манометры по контрольному.

Холодильные установки оборудуют автоматической защитой, предохраняющей от аварий, возможных при гидравлическом ударе и опасных режимах работы. Для этой цели применяют реле контроля контроля нагнетания и всасывания, температуры и предельных уровней жидкости, ламповые и звуковые сигнализаторы. Исправность автоматических приборов защиты компрессоров проверяют 1 раз в 1мес, а защитных реле на аппаратах - 1 раз в 10 дней.

Рыле-регуляторы служат для контроля и регулировки уровня аммиака в аппаратах и сосудах, а также для защиты компрессоров от гидравлических ударов. При изменении уровня жидкости в корпусе прибора поплавок, насаженный на шарнирный рычаг, перемещает постоянные магниты. Расстояние между магнитами и герметичными магнитоуправляемыми контактами (герконами) изменяется, и они сбрасываются.

Применение герконов обеспечивает высокую надёжность приборов Реле, в которых применены герконы, выдерживают на два порядка больше срабатываний, чем электронные устройства. Их можно применять во взрывоопасных помещениях.

При нормальном давлении масла поршень-магнит поднимается, геркон замыкается, двигатель компрессора при этом включен. Если давление масла упало или прекратилось его подача, поршень-магнит под действием пружины опускается, контакты геркона размыкаются, двигатель компрессора останавливается. Реле давления работает также на основе от недопустимого превышения давления нагнетания. Давление воздействует на сильфон, который перемещает шарнирный рычаг с постоянным магнитом. Магнит управляет герконом, заключенным в герметический кожух. Геркон может быть включен в систему контроля или регулировки давления, а также в систему сигнализации или пуска компрессора.

Все приборы автоматической защиты должны иметь замкнутую выходную цепь

Или замкнутые контакты при нормальном состоянии контролируемых ими параметров;

Контакты размыкаются только в случае отклонения параметров от нормы. В установках с переключением компрессоров на несколько испарительных систем с различными температурами кипения или срабатывания защитных реле любой испарительной системы должны останавливаться все компрессоры.

Электрические схемы приборов выполняют так, чтобы исключить возможность автоматического пуска компрессоров после срабатывания приборов защиты. Пуск осуществляется после ручной деблокировки защиты.

Список используемой литературы

1. Бараненко А.Б. Примеры и задачи по холодильной технологии пищевых продуктов. Теплофизические основы. СПб.: ГИОРД, 2008. - 272 с.

2. Доссат Р., Хоран Т. Основы холодильной техники. М.: Технология, 2008. - 824 с.

3. Колач С.Т. Бытовые холодильники и кондиционеры. М.: "Академия", 2006. - 240 с.

4. Лашутина Н.Г. Холодильные машины и установки. М.: КолосС, 2006. - 440с.

5. Лутошкина Г.Г. Холодильное оборудование предприятий общественного питания. М.: "Академия", 2011. - 64 с.

6. Оболенский Н.В. Холодильное и вентиляционное оборудование. М.: КолосС, 2006. - 248 с.

7. Оболенский Н.В. Практикум по холодильному и вентиляционному оборудованию. М.: КолосС, 2007. - 287 с.

8. Полевой А.А. Монтаж холодильных установок. Спб.: Профессия, 2007. - 264 с.

9. Стрельцов А.Н. Справочник по холодильному оборудованию предприятий торговли и общественного питания. М.: "Академия", 2010. - 400 с.

10. Стрельцов А.Н. Холодильное оборудование предприятий торговли общественного питания. М.: "Академия", 2010 - 272 с.

11. Штокиан Е.А. Вентиляция, кондиционирование и очистка воздуха на предприятиях пищевой промышленности. М.: АСВ, 2007. - 632 с.

12. СНиП II- Л.8-71. Предприятия общественного питания. Нормы проектирования

13. СНиП II-А.6-72. Строительная климатология и геофизика

14. СНиП 2.11.02-87. Холодильники. Нормы проектирования

Размещено на Allbest.ru