Терехова О.Н. Холодильная техника и технология

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 7 – Теплофизическая характеристика слоёв

Номер

слоя

Наименование Толщина,

Коэф. теплопроводно-

сти, ккал/(м

град)

Коэф. пропор-

циональности,

г/(м

мм.рт.ст.)

1-2 Штукатурка 0,03 0,9 1,8

-2

2-3 Каменная кладка 0,25 0,5 2

-2

3-4 Штукатурка 0,02 0,9 1,8

-2

4-4` Гидроизоляция --- --- 4 м.ч.мм.рт.ст./ч

4`-5 Изоляция (4 слоя мин.

пробки)

0,2 0,06 5,5

-2

5-6 Осушающий слой (па-

зированные пенобе-

тонные панели)

0,1

0,12

3,5

-2

6-6` Гидроизоляция --- --- 2 м.ч.мм.рт.ст./ч

6`-7 Штукатурка 0,03 0,9 1,8

-2

5 РАСЧЕТ ОБЩИХ ТЕПЛОПРИТОКОВ В ХОЛОДИЛЬНУЮ КАМЕРУ

Теплопритоки рассчитывают с целью определения тепловых нагрузок на холодильное

оборудование, в частности, на компрессоры и охлаждающие устройства, чтобы обеспечивал-

ся заданный режим работы оборудования.

При расчете охлаждаемых помещений в общем случае определяют следующие тепло-

притоки

Q =Q

, (20)

где Q

– теплоприток от окружающей среды через ограждения, кВт; Q

– теплоприток

от продуктов при их холодильной обработке, кВт; Q

– теплоприток от наружного воздуха

при вентиляции охлаждаемого помещения, кВт; Q

– теплоприток от источников, связанных

с эксплуатацией охлаждаемых помещений, кВт.

Нагрузка на холодильное оборудование определяется суммой всех теплопритоков, по-

ступающих в одно и то же время Q

об

=ΣQ

. Нагрузка на компрессор может быть меньше, чем

на охлаждающее устройство, если компрессор поддерживает температуру воздуха сразу в

нескольких одновременно работающих объектах (помещениях или аппаратах).

Теплоприток от окружающей среды

1т

1с

, (21)

в общем случае включает теплопритоки, обусловленные разностью температур окру-

жающего воздуха и помещения

1т

– t

пм

)/R

(22)

и солнечным тепловым излучением

1с

·∆t

, (23)

где F

– площадь поверхности ограждения, рассчитываемая по определенным прави-

лам (см. ниже);

– температура воздуха с наружной стороны ограждения, определяемая по формуле

(33);

пм

– температура воздуха в помещении(принимается по

приложению);

∆t

– избыточная разность температур, вызванная солнечным тепловым излучением

(определяется по приложению);

– термическое сопротивление ограждения (см. приложение).

Правила: длину наружных угловых помещений находят по размеру от наружной по-

верхности стены до оси внутренней стены; длину наружной стены не углового помещения

определяют по размерам между осями внутренних стен; длину внутренних стен (перегоро-

док) определяют по размеру от внутренней поверхности наружных стен до оси

внутренних

стен или по размеру между осями внутренних стен. Высоту камер одноэтажного здания или

высоту стен верхнего (последнего) этажа многоэтажного здания находят по размеру от уров-

ня чистого пола до верха засыпки (теплоизоляция) покрытия; высоту стен промежуточного

этажа определяют по размеру от уровня пола одного этажа до пола другого; высоту стен

первого этажа при наличии пола, расположенного непосредственно на грунте, определяют

по размеру от уровня чистого пола первого этажа до уровня пола второго этажа, при наличии

не отапливаемого подвала или подполья – по размеру от уровня нижней поверхности конст-

рукции пола первого этажа до уровня пола второго этажа.

Площадь поверхности полов и

потолков находят по размерам между осями внутрен-

них стен и от внутренней поверхности наружных стен до осей внутренних стен; площадь по-

верхности полов, расположенных около угла наружных стен на грунте в первой двухметро-

вой зоне, вводится дважды.

Размеры строительных ограждений рассчитывают с точностью до 0,1м, а площадь по-

верхности – с точностью

до 0,1м

Температура наружного воздуха определяется расчетным путем, так как она изменя-

ется во времени в значительных пределах. Для ограждений с достаточно высокой тепловой

инерционностью (средней массивности 4<D<7) и массивных D>7, где D – массивность, что

характерно для ограждений традиционной конструкции, включающих кирпичную кладку

или бетонные панели, расчетную температуру определяют по формулам

н.р.

= t

ср.м.

+0,25·t

а.м.

(24)

или

н.р.

=0,4 t

ср.м.

+0,6·t

а.м.

(25)

Здесь t

н.р.

– расчетная температура наружного воздуха;

ср.м.

– средняя температура самого жаркого месяца (приложение);

а.м.

– температура абсолютного максимума (приложение);

Для легких ограждений (D<4) значение расчетной температуры воздуха увеличивают

на 10 – 12 К.

В ситуациях, в которых теплоприток приходится определять из неохлаждаемых и не

отапливаемых помещений с нефиксированной температурой, обычно используют расчетную

разность температур

∆t

= а·(t

н.р

– t

пм

), (26)

где а – поправочный коэффициент, значение которого зависит от ситуации: 0,7 – для

внутренних ограждений, сообщающихся с наружным воздухом; 0,6 – для ограждений не со-

общающихся с наружным воздухом; 0,5 – для перекрытий над подвалом, не имеющим окон.

Теплоприток Q

1т

через пол, расположенный на необогреваемом грунте, рассчитывают

по формуле

1т

= (t

– t

пм

)·m ΣF

·10

-3

, для i = 1…4, (27)

где k

– условный коэффициент теплопередачи, принимают для расчетных i-х зон (Ри-

сунок 0.1) равным: I – 0,47 Вт/(м

·К), II – 0,28 Вт/(м

·К), III – 0,12 Вт/(м

·К), IV – 0,07

Вт/(м

·К);

m = 1/[1+1,25Σ(δ

/λ

)] – коэффициент, учитывающий наличие изоляции в конструкции

пола (при отсутствии теплоизоляции равен 1); δ

– толщина теплоизоляции, м; λ

– теплопро-

водность изоляции, Вт/(м

·К);

– площадь i-ой зоны, м

(ширина первых трёх зон принимается равной 2м, отсчет

ведется от наружных стен, площадь в углах помещения учитывается дважды).

Теплоприток от продуктов при их холодильной обработке Q

в общем случае рассчи-

тывают по формуле:

= Q

2пр

2т

2бх

, (28)

где Q

2пр

и Q

2т

– теплопритоки от продукта и тары,

2бх

– теплоприток от биохимических реакций.

Их значения определяются по зависимости

2пр

пр.

·(i

– i

)/(3600τ); (29)

т.

·(t

– t

)/(3600τ). (30)

Здесь i

и i

– энтальпии, соответствующие начальной и конечной температурам про-

дуктов (см. приложение);

пр

– масса обрабатываемых продуктов;

–масса тары (см. приложение);

и t

– начальная и конечная температуры тары, обычно равные начальной и конеч-

ной температурам продукта (см. приложение);

– удельная теплоемкость тары, кДж/(кг·К), равная: для деревянной и картонной та-

ры с

= 2,3; металлической с

= 0,5 и стеклянной с

= 0,8.

Вместимость камеры определяется по выражению

G=V

стр

(31)

где V

ст

– строительный объем камеры, м

;

– норма загрузки объема, т/м

(см. приложение)

В камерах холодильной обработки периодического действия, если нагрузки на ком-

прессор и оборудование не совпадают во времени, теплоприток относят к нагрузке на ком-

прессор, а нагрузку на оборудование увеличивают на 30%:

2об

= 1,3Q

2км

Теплоприток при вентиляции помещений наружным воздухом Q

учитывают только в

том случае, если вентиляция помещения требуется по технологической документации, на-

пример, в камерах хранения плодов и овощей. Вычисляют по формуле

= V

пм

– i

пм

)/(24·3600), (32)

где V

пм

– объем воздуха в помещении;

пм

– плотность воздуха в охлаждаемом помещении;

пм

– кратность суточного воздухообмена помещения, обычно

пм

= 1 – 3;

и i

пм

– энтальпии воздуха, соответствующие наружной температуре и температуре

воздуха в охлаждаемом помещении.

Эксплуатационные теплопритоки в общем случае определяются по зависимости

= Q

4.1

4.2

4.3

4.4

, (33)

где Q

4.1

– теплоприток от освещения;

4.2

– от работающих электродвигателей;

4.3

– от работающих людей;

4.4

– из смежных помещений через открытые двери соответственно.

Указанные теплопритоки рассчитывают по формулам

4.1

= q

4.1

пм

; (34)

4.2

= N

эл.

или Q

4.2

= q

4.2

пм

; (35)

4.3

= 0,35n; (36)

4.4

= β·F

д.п.

(1 – η

д.п.

4.4

; (37)

где q

4.1

– относительная мощность светильников; обычно принимаемая для складских

помещений q

4.1

= 1·10

-3

кВт/м

и производственных помещений q

4.1

= 4·10

-3

кВт/м

;

эл.

– мощность электродвигателей, одновременно работающих в помещении, кВт;

4.2

– относительная мощность электродвигателей в помещениях, оборудованных

воздухоохладителями, принимают для камер, кВт/м

: 0,01 – 0,02 хранения; 0,1 – 0,2 охлаж-

дения и замораживания; 0,02 – 0,04 фруктоовощехранилищ и молокозаводов;

n – число людей, одновременно работающих в помещении, обычно 2 – 3 при F

пм

<200

и 3 – 4 при F

пм

>200 м

;

β – коэффициент продолжительности открытия дверей: для камеры хранения и про-

изводственных холодильников 0,15, для камер распределительных холодильников 0,3, для

камер холодильной обработки и прочих 1,0;

д.п.

– площадь дверного проема, м

;

η – коэффициент эффективности средств теплозащиты: для тепловоздушного затвора

0,95, для теплового шлюза (тамбур с самозакрывающимися дверями) 0,8, для воздушной за-

весы 0,6;

4.4

– тепловой поток, отнесенный к площади дверного проема, кВт/м

, определяемый

по приложению или по формуле

д.п.

= 0,37·L·ρ

(0,15 + 0,013·θ)·(0,95·θ + 2,5·∆d), (38)

где ∆d – разность влагосодержания наружного воздуха и воздуха холодильной каме-

ры, кг/кг;

L – коэффициент (значение зависит от размеров площади пола камеры: менее 120 м

= 0,75, 120 – 450 м

L = 0,7, более 450 м

L = 0,6);

θ – максимальное значение температурного напора в дверном проеме, принимается

по нормам технологического проектирования α(t

– t

пм

). Значения α: выход из соседнего по-

мещения наружу 0,7; выход из соседнего помещения наружу через тамбур 0,6; соседнее по-

мещение, охлаждаемое или отапливаемое, 1,0. При одновременном открывании двух дверей

можно считать, что теплоприток увеличивается в 1,5 раза.

Задание: определить общие теплопритоки в холодильную камеру, план которой при-

веден на рис.1.1

Исходные данные:

Варианты индивидуальных заданий – таблица 9.

Температура коридора – 5ºС.

Высота здания 4,8м.

Рис. 1.17 – План камеры

коридор

пм

З В

1 – первая зона; 2 – вторая зона; 3 – третья зона; 4 – четвертая зона (остальная площадь пола).

Рис. 1.18 – Разметка расчетных зон для полов, расположенных на грунте

Таблица 8 – Варианты индивидуальных заданий

№

вари

анта

Город Геометрические размеры

камеры

Дверной

проем,

дп

, м

Режим работы

камеры

Продукт

I II III IV V VI VII VIII IX

1 Астра-

хань

20 22 0,1 0,2 3,2 Хранение ох-

лажденных

продуктов

Говядина

2 Барнаул 22 24,1 0,2 0,25 3,4 Хранение за-

мороженных

продуктов

Баранина

3 Влади-

мир

22,2 23,3 0,3 0,3 3,6 Охлаждение

продуктов

Птица

4 Екате-

ринбург

22,4 24,7 0,35 0,4 3,8 Заморажива-

ние продуктов

Свинина

5 Иркутск 22,8 25 0,1 0,2 4 Доморажива-

ние продуктов

Говядина

6 Костро-

ма

23 25,1 0,4 0,43 3,6 Хранение мо-

лочных про-

дуктов

Молоко

7 Красно-

ярск

23,2 25,3 0,4 0,45 4,1 Хранение сме-

таны

Сметана

8 Курск 23,4 26,5 0,45 0,48 4,2 Хранение

творога

Творог

1 1 1 1 1

2 2 2

3 3 3

3 4

2000 2000 2000

2000 2000

Таблица 8 Варианты индивидуальных заданий (продолжение)

9 Москва 23,8 26,7 0,5 0,52 3,5 Хранение за-

мороженного

творога

Творог

10 Новоси-

бирск

24 27,2 0,55 0,55 3,6 Хранение яб-

лок

Яблоки

11 Омск 24,2 27,5 0,6 0,62 3,7 Хранение ох-

лажденных

продуктов

Яйца

12 Орел 24,4 27,8 0,62 0,64 3,8 Хранение за-

мороженных

продуктов

Абрикосы

13 Орен-

бург

24,6 28 0,65 0,69 4,0 Охлаждение

продуктов

Субпро-

дукты

14 Пермь 25 25 0,2 0,3 3,9 Заморажива-

ние продуктов

Мороже-

ное

15 Псков 25,2 26,5 0,25 0,3 4,0 Доморажива-

ние продуктов

Масло

16 Ростов-

на-Дону

25,4 27,6 0,3 0,35 4,2 Хранение мо-

лочных про-

дуктов

Кефир

17 Рязань 25,6 27,2 0,4 0,45 4,3 Хранение сме-

таны

Сметана

18 Самара 25,8 27,5 0,45 0,5 4,4 Хранение тво-

рога

Творог

19 Санкт-

Петер-

бург

26 28,2 0,5 0,52 4,6 Хранение за-

мороженного

творога

Творог

20 Сочи 26,2 28,5 0,53 0,55 4,7 Хранение яб-

лок

Яблоки

21 Тверь 26,4 29,1 0,6 0,68 4,7 Хранение ох-

лажденных

продуктов

Сливки

22 Томск 27 30,2 0,67 0,7 4,8 Хранение за-

мороженных

продуктов

Мороже-

ное

23 Тюмень 22,6 26,1 0,4 0,44 3,4 Охлаждение

продуктов

Сыр

24 Уфа 22,8 25,3 0,42 0,45 3,5 Заморажива-

ние продуктов

Виноград

25 Яро-

славль

23 24,5 0,3 0,4 3,3 Доморажива-

ние продуктов

Субпро-

дукты

Пример расчета для варианта №2.

Решение:

1 Температура воздуха с наружной стороны ограждения (формула 34)

=19,7+0,25 38=29,2 С° .

2 Теплопритоки, обусловленные разностью температур окружающего воздуха и по-

мещения

т1

Q , кДж; и солнечным тепловым излучением

Q, кДж (формулы 31–32).

–для наружных стен

т1

Q =(0,25+22+0,1+0,25+24,1+0,1) 4,8 (29,2+20)/4,3=2570,3=2,57 кВт;

Q =4,8(0,25+24,1+0,1)11/4,3=0,3 кВт.

–для внутренних стен

т1

Q 4,8(22+0,1)(5+20) 0,6/4=0,398 кВт.

–для покрытия

т1

Q =(22+0,1)(24,1+0,1)(29,2+20)/4,6 кВт;

Q =(22+0,1)(24,1+0,1)5,9/4,6=0,686 кВт.

–для пола, расположенного на необогреваемом грунте (формула 36)

т1

=(29,2–20) 1 (

2 11 0,47+

2 12 0,47+0,1 2 0,47+

2 10 0,28+

2 11 0,28+0,1 2

0,28+

2 9 0,12+

2 10 0,12+0,1 2 0,12+((22 24,1)-252,6)0,07=4,756 кВт.

3 Теплоприток от окружающей среды через ограждения (формула 29)

=2,57+0,3+0,398+5,72+0,686+4,755=14,43 кВт.

4 Вместимость тары (формула 40)

G=22 24,1 4,8 0,35=890,736 т.

5 Масса обрабатываемого продукта и тары

=0,2т М

пр

(см. приложение);

пр

=G=890,736т

=0,2 890,736=178,15т

6 Теплоприток от продукта (формула 38)

пр2

Q =890,736 10

(4,6-0)/(3600 15)=74,228 кВт.

7 Теплоприток от тары (формула 39)

т2

Q =178,15 10

2,3(20-18)/(3600 15)=15,18 кВт.

8 Теплоприток от продукта и тары (формула 37)

=74,228+15,18=89,41 кВт.

9 Теплоприток от освещения (формула 43)

4.1

=10

-3

22 24,1=0,53 кВт.

10 Теплоприток от работающих электродвигателей (формула 44)

4.2

=10,02 22 24,1=10,604 кВт.

11 Теплоприток от работающих людей (формула 45)

4.3

=0,35 3=1,05 кВт.

12 Теплоприток из смежных помещений через открытые двери

(формула 46)

4.4

=0,15 3,4(1-0,6)0,7=1,428 кВт.

13 Эксплуатационные теплопритоки (формула 42)

=0,53+10,604+1,05+1,428=13,612 кВт.

14 Общие теплопритоки

Q=14,43+89,41+13,612=117,45 кВт.

6 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ХОЛОДИЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Основные этапы расчета флюидизационных аппаратов

Основы расчета рассмотрим на примере следующей задачи. Флюидизационный

аппарат для замораживания вишни имеет производительность G'=1000 кг/ч=0,278 кг/с. Тем-

пература воздуха на входе в грузовой отсек аппарата t

=-30°С, начальная температура про-

дукта t

=10˚C, конечная t

=-18°С.

Принципиальная схема флюидизационного морозильного аппарата пред-

ставлена на рис. 6.1.

При расчете флюидизационного моро-

зильного аппарата требуется определить оп-

тимальную скорость движения воздуха в гру-

зовом отсеке аппарата, коэффициент тепло-

отдачи от площади поверхности продукта,

теплоприток от продукта при его заморажи-

вании, площадь поверхности решетки и ее

размеры, объем и массу циркулирующего

воздуха, продолжительность замораживания

продукта в аппарате

, вместимость и габарит-

ные размеры морозильного аппарата, тепло-

вую нагрузку на воздухоохладитель, площадь

поверхности воздухоохладителя и его конст-

руктивные размеры, аэродинамическое со-

противление движению воздуха в циркуляци-

онном кольце, мощность электродвигателей

вентиляторов. Кроме того, необходимо опре-

делить производительность этого аппарата в

случае замораживания в нем сливы и ско-

рость движения

конвейера.

Рис.6.1. Принципиальная схема флюидизационного морозильного аппарата:

1-оребренные секции воздухоохладителя; 2-изолированный контур аппарата; 3-сетчатый

конвейер; 4-замораживаемый продукт; 5-всасывающий воздуховод; 6-центробежный венти-

лятор; 7-нагнетательный воздуховод.

Оптимальную скорость движения воздуха в грузовом отсеке флюидизационного ап-

парата определяют по формуле

опт

2.25

1.95 lg G

ед

2.25

1.95 lg 3.4

3.28

где G

ед

- масса единичного продукта, г (для вишни G

ед

=3,4 г) (см. табл. 50 приложения).

Для устойчивой работы флюидизационного морозильного аппарата должно быть вы-

полнено условие

<<w

кр

опт

где w

кр

- начальная скорость флюидизации, м/с; w

кр

- скорость, при которой возможен унос

продукта из аппарата, м/с

Значения этих скоростей определяют в зависимости от числа Архимеда по формуле

5 4

6 7

кр

1400

5.22 Ar

где ν

- кинематическая вязкость воздуха, м/с (при t

=-40° С ν

=10,8×10

-6

м/с); d

-диаметр

сферической части продукта, м (для вишни G

ед

=3,4г d

=0,019м) (см. табл. 50 приложения).

Число Архимеда Ar определяют по формуле

пр

здесь g- ускорение свободного падения, м/с

; ρ

пр

, ρ

- плотность соответственно продукта

(для вишни ρ

пр

=1020кг/м

) (см. табл. 48 приложения) и воздуха (при t

=-30°С ρ

=1,484кг/м

Тогда

9.81 0.019

1020

10.8 10

1.484

4.04 10

кр

10.8 10

0.019

4.04 10

1400

5.22

4.04 10

2.16

кр

0.6 Ar

10.8 10

0.019

4.04 10

0.6

4.04 10

18.7

Оптимальная скорость движения воздуха в грузовом отсеке аппарата гарантирует ус-

тойчивую работу флюидизационного морозильного аппарата.

Коэффициент теплоотдачи от площади поверхности продукта к воздуху определяют

из соотношения вида

0.62 Re

0.5

или

опт

0.5

0.62

откуда

0.62

0.5

опт

0.5

0.62

0.0217

0.019

0.5

3.28

0.5

10.8 10

0.5

53.7

Вт

Теплоприток от продукта при его замораживании можно найти из зависимости вида