Розрахунок системи холодопостачання морозильного тунеля

Рисунок 2.3- Графік залежності коефіцієнта теплообміну між ягодою і повітрям від швидкості повітря



Рисунок 2.4- Графік залежності довжини тунелю від температури повітря на виході з тунелю

2.3 Розрахунок теплового навантаження на устаткування

На наступному етапі був проведений розрахунок теплового навантаження на устаткування з використанням рівнянь на підставі джерела.

Вихідні дані:

- висота морозильного аппарату м;

- температура повітря на вході в тунель К;

- температура повітря на виході з тунеля К;

- температура ягід на вході в тунель К;

- кінцева температура продукту К ;

- масова витрата ягід кг/c;

- відносний вміст вологи в продукті %;

- швидкість повітря, що охолоджує м/c;

- радіус ягоди м

- площа зовнішньої поверхні апарату F_н.

Повне теплове навантаження на холодильник дорівнюватиме сумі всіх теплопрітоков:

(2.12)

Q_общ - повне теплове навантаження на холодильне устаткування

Q₁ - теплоприток від довкілля

Q₂ - теплоприток від продуктів

Q₃ - експлуатаційний теплоприток від різних джерел

1.Розглянемо теплоприток Q₁:

(2.13)

де k - коефіцієнт теплопередачі ізоляції

2.Теплоприток від продуктів

(2.14)

3.Наближене значення витрати охолоджуваючого повітря

(2.15)

4.Теплоприток від повітря через завантажувальне вікно

(2.16)

де G.i- інфільтрація повітря через розвантажувальне вікно (5% витрати)

Програма розрахунку приведена в ДОДАТКУ А.

заморожування холодильний випарник конденсатор

Таблиця 2.2 - Теплове навантаження на устаткування

Вигляд теплопритока	Чисельне значення теплопритока Q, кВт
Від довкілля Q1	1,232
Від продуктів Q2	36,32
Експлуатаційний теплоприток від різних джерел Q3	1,252
Повне теплове навантаження на холодильне устаткування Qобщ	46,56

2.4 Розрахунок основних елементів холодильної системи холодопостачання тунеля

До складу холодильної машини входять наступні елементи:

1) випарник для охолоджування повітря;

2) повітряний конденсатор;

3) гвинтовий компресор;

4) мікропроцесорна система автоматики;

5) тиристора система плавного пуску і інші елементи.

2.4.1 Розрахунок випарника для охолоджування повітря з обребреними трубами

Для розрахунку приймемо наступні вихідні дані:

- холодопродуктивність

- робоча речовина

- температура кипіння

- температура повітря на вході у випарник

- температура повітря на виході з випарника

Параметри, що характеризують теплопередающую поверхню:

- діаметр

- внутрішній діаметр

- крок ребер:

- товщина ребра:

- коефіцієнт теплопровідності алюмінію:

- щільність повітря:

- щільність фреону:

- питома теплоємність повітря:

- коефіцієнт теплопровідності повітря:

- коефіцієнт кінематичної в'язкості повітря:

Матеріал для труб……………………. алюміній

для ребер………………….... алюміній

Ребра…………………………………… пластинчасті, суцільні

Розташування труб в пучку…………... коридорне

1.Коефіцієнт обребрення.

(2.17)

де F.н - площа зовнішньої поверхні труби;

F.вн - внутрішня площа поверхні

2. Коефіцієнт тепловіддачі з боку повітря, віднесений до зовнішньої поверхні обребреної труби. При коридорному розташуванні труб з пластинчастим обребренням при

; ; ; ; °С

(2.18)

Тут

(2.19)

Число Рейнольдса

(2.20)

Коефіцієнти:

(2.21)

(2.22)

(2.23)

3. Коефіцієнт тепловіддачі з боку повітря, приведений до внутрішньої поверхні труби

(2.24)

где F_тр- площа поверхні міжреберних ділянок,

(2.25)

F_р - площа поверхні ребер,

 (2.26)

F_н - зовнішня поверхня обребреної труби,

(2.27)

F_вн - внутрішня площа поверхні,

(2.28)

E - міра ефективності ребра

(2.29)

(2.30)

h₁ - умовна висота ребра,

(2.31)

(2.32)

4. Використовуючи цикл знаходимо коеффіціент тепловіддачи з боку фреона. Цикл приведений у ДОДАТКУ Б.

5. Загальна довжина обребрених труб

(2.33)

На основі приведеного алгоритму була створена програма розрахунку для пакета MathCAD. Текст програми приведена в ДОДАТКУ Б.

Результати розрахунку наведені в таблиці 2.3. На основі отриманих даних був проведений розрахунок для різної температури кипіння хладагенту. Результати цього розрахунку наведені в таблиці 2.4.

Таблиця 2.3 - Результати розрахунку повітряного випарника

Параметр	Значення
Тепловий розрахунок
Среднєлогаріфмічна температура напору в апараті	18,7
Коефіцієнт тепловіддачі з боку фреону, Вт/м2К·	1733
Коефіцієнт тепловіддачі з боку повітря, Вт/м2К	54
Коефіцієнт теплопередачі, Вт/м2К	686
Конструктивний розрахунок
Загальна довжина труб, м	55
Гідравлічні втрати, кПа	0.94
Об'єм аппарата, м3	0.18
Кількість труб в глибину	3
Маса аппарату, кг	136
Кількість труб по фронту повітряного потоку	20
Довжина аппарата вглибину, м	0,165
Висота апарата, м	1,1

Таблиця 2.4 Результати розрахунку повітряного випарника для довжини однієї труби L₀=1м, 2м, 3м і кількості труб по фронту N₁=10, 20, 30

Параметр	N1=10	N1=20	N1=30
	L
Довжина аппарата вглибину, м	0.275	0.165	0.165	0.165	0.11	0.11	0.165	0.11	0.11
Кількість труб в глибину	5	3	3	3	2	2	3	2	2
Об'єм аппарата, м3	0.15	0.18	0.27	0.18	0.24	0.36	0.27	0.36	0.54
Маса аппарату, кг	114	136	206	136	182	273	205	273	410
Гідравлічні втрати, кПа	7.82	0.94	0.37	0.94	0.12	0.005	0.37	0.05	0.019

З таблиці 2.4 видно, що при підвищенні довжини однієї труби збільшується маса апарату і обьем апарату, що небажано через збільшення витрати матеріалів і габаритів апарату. Але є позитивний момент, пов'язаний з тим, що при збільшенні цих параметрів значно зменшуються гідравлічні витрати. Аналізуючи таблицю 2.4 можна зробити висновок , що чим вища кількість труб по фронту тим менші гідравлічні витрати вищі витрати матеріалів за рахунок збільшення маси і габаритів апарату. Для розрахунку повітряохолоджувача довжинА однієї труби дорівнює 1 м, а кількість труб по фронту 20.

2.4.2 Розрахунок повітряного конденсатора

Для розрахунку приймемо наступні вихідні дані:

- холодопродуктивність

- робоча речовина

- температура конденсаці

- температура повітря на вході у конденсатор

- температура повітря на виході з випарника

- щільність повітря

- щільність фреону(пар)

- щільність фреону(рідина)

- питома теплоємність повітря

- коефіцієнт теплопровідності повітря

- коефіцієнт кінематичної в'язкості повітря

- теплота конденсації ХА

1. Обчислюємо витрату повітря :

 (2.34)

де Q.1н і Q.2- теплове навантаження на конденсатор;

2. Середньологаріфмічні температурні натиски :

зона охолоджування

(2.35)

зона конденсації

(2.36)

де T.21 - температура повітря на виході із зони конденсації;

T.1вх - температура конденсації на вході

3. Обчислюємо площу живого перетину:

(2.37)

4. Обчислюємо швидкість повітря:

(2.38)

5. Коефіцієнт тепловіддачі з боку повітря, віднесений до зовнішньої поверхні обребреної труби. При коридорному розташуванні труб з пластинчастим обребренням при

; ; ; ; °С

(2.39)

Тут

(2.40)

Число Рейнольдса

(2.41)

Коефіцієнти:

(2.42)

(2.43)

(2.44)

6. Коефіцієнт тепловіддачі з боку повітря, приведений до внутрішньої поверхні труби [15]

 (2.45)

где F_тр- площа поверхні міжреберних ділянок,

(2.46)

F_р - площа поверхні ребер,

(2.47)

F_н - зовнішня поверхня обребреної труби,

(2.48)

F_вн - внутрішня площа поверхні,

(2.49)

E - міра ефективності ребра

(2.50)

(2.51)

h₁ - умовна висота ребра,

 (2.52)

(2.53)

7. Коефіцієнт теплообміну ХА( зона конденсації)

(2.54)

Використовуючи цикл знаходимо коеффіціент тепловіддачи з боку фреона та температуру стінки. Цикл приведений у ДОДАТКУ В.

8. Загальна довжина обребрених труб зони конденсації:

(2.55)

де F.2 - внутрішня поверхня теплообміну

9. Швидкість руху ХА:

(2.56)

де М - количество параллельных труб зоны охлаждения

10. Коефіцієнт теплообміну ХА( зона охолодження)[1]:

(2.57)

11. Загальна довжина обребрених труб зони охолоджування:

 (2.58)

12. Загальна довжина обребрених труб

(2.59)

де L.2 - загальна довжина обребрених труб зони конденсації

На основі приведеного алгоритму була створена програма розрахунку для пакета MathCAD. Текст програми приведена в ДОДАТКУ В.

Результати розрахунку наведені в таблиці 2.5. На основі отриманих даних був проведений розрахунок для різної кількості труб по фронту повітряного потоку та довжини труби . Результати цих розрахунків наведені в таблиці 2.6.

Таблиця 2.5 - Результати розрахунку повітряних конденсаторів

Параметр	Значення
Тепловий розрахунок
Среднєлогаріфмічна температура напору в апараті (зони охолодження)	17
Среднєлогаріфмічна температура напору в апараті (зони конденсації)	6
Коефіцієнт тепловіддачі з боку повітря, Вт/м2К·	113
Коефіцієнт тепловіддачі з боку ХА (зона охолодження), Вт/м2К	900
Коефіцієнт тепловіддачі з боку ХА (зона охолодження), Вт/м2К	810
Конструктивний розрахунок
Загальна довжина труб, м	200
Гідравлічні втрати, кПа	23.1
Кількість труб в глибину	7
Маса аппарату, кг	619
Кількість труб по фронту повітряного потоку	10
Довжина аппарата вглибину, м	0,39
Висота апарата, м	0,56

Таблиця 2.6 Результати розрахунку повітряного конденсатора для довжини однієї труби L₀=1м, 2м, 3м і кількості труб по фронту N₁=10, 20, 30

Параметр	L=1	L=2	L=3
	N
	10	20	30	10	20	30	10	20	30
Довжина аппарата вглибину, м	1.201	0.56	0.39	0.56	0.34	0.23	0.39	0.23	0.168
Кількість труб в глибину	18	10	7	10	6	4	7	4	3
Об'єм аппарата, м3	0.564	0.627	0.659	0.627	0.753	0.753	0.659	0.753	0.847
Маса аппарату, кг	530	589	618	590	707	707	619	708	796
Гідравлічні втрати, кПа	767	84.8	23.1	84.8	10.1	2.5	23.1	2.5	0.77

ВИСНОВОК

На сучасному етапі розвитку у всьому світі заморожування вважають найбільш ефективним і перспективним способом продовження термінів зберігання до року і більш. Низькі температури істотно гальмують швидкість мікробіологічних і біохімічних процесів, здатних привести до зміни якості продукту. В той же час заморожування має цілий ряд переваг по збереженню первинної якості і здобуття екологічно безпечного продукту. Він економічний відносно питомої витрати енергії і допоміжних матеріалів

Технологія заморожування відкриває абсолютно нові можливості. Вона виводить бізнес на вищий рівень його розвитку. Швидке заморожування дозволяє відстрочити реалізацію сільськогосподарської продукції в часі і перенести місце реалізації в просторі. Це свого роду транспорт, що розширює сферу збуту продукції не лише регіоном де її вирощують і сезоном збору, але і іншими регіонами і сезонами. Наприклад, для господарств це можливість частину своєї продукції заморозити і реалізувати її безпосередньо споживачеві по боле високій ціні, чим свіжу, в будь-якому місці і у будь-який час.

Зі всього вищесказаного виходить, що безперечні переваги технології заморожування дозволяють окупити розумні витрати на скороморозильне устаткування в досить короткі терміни. Крім того, технологія заморожування стає свого роду стандартом для виробників і споживачів замороженої продукції, без якого утруднений її збут.

СПИСОК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ

1. Руцкий А. В., Холодильная технология обработки и хранения продуктов. - Минск: Высшая школа, 1991.

2. Богданов С. Н., Иванов О. П., Куприянова А. В., Холодильная техника свойства веществ. .- Харьков: Высшая школа, 1982.

3. Быков А.В., Применение холода в пищевой промышленности. - М.: Пищевая промышленность, 1979. - 271 с.

4. Каухчешвили Э. И., Физико-технические основы холодильной обработки пищевых продуктов. - Москва: Агропромиздат, 1985.

5. Улейский Н.Т., Улейская Р.И., Холодильное оборудование - Ростов-на-Дону: Феникс.

6. Бараненко А.В., Бухарин Н.Н., Тимофеевский А.С., Холодильная техника. - Санкт-Петербург Политехника,1997г.

7. Зайцев В.П., Холодильная техника - Ленинград: Государственное издательство торговой литературы,1962г.

8. Зеликовский И.Х., Каплан Л.Г., Малые холодильные машины и установки - М.; Пищевая промышленность, 1978.

9. Корякин-Черняк С.Л., Холодильники. - Санкт-Петербург; Наука и Техника, 2003.

10. Подлипенцева С.М. Холодильная техника, под редакцией проф. Лебедева В.Ф. - М.; Агропромиздат, 1986

11. В. Мааке, Ю. Эккерт, Учебник по холодильной технике. - М., Издательство Московского Университета, 1998, 1 том.

12. Кошкин Н.Н., Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин. - Ленинград: Машиностроение Ленинградское отделение, 1985.

13. Каталог холодильной арматуры и автоматики фирмы Danfoss - Киев; ТОВ Данфосс 2009. - 544 с.

14. Ужанский В.С., Автоматизация холодильных машин и установок. - М.; Легкая и пищевая промышленность, 1982 - 304 с.

15. Кутателадзе С. С., Баришанский В. М., Справочник по теплопередаче. - Л: Государственное энергетическое издательство. 1959. - 414 с.

16. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С., Теплопередача - М. Энергия, 1975.

18. Крейт Ф., Блэк У., Основы теплопередачи. - М.: Мир, 1983.

19. Кошкин Н.Н., Сакун И.А., Бамбушек Е.М., Холодильные машины.- Ленинград: "машиностроение" Ленинградское отделение, 1976.

20 Лыков А.В. Теория теплопроводности. -М., Госиздат техн - теор. Лит-ры, 1952.

21. Закон України "Про охорону праці" від 21.11.2002.

22. НПАОП 0.00-1.31-99. Правила охорони праці користувачів ЕОМ.- К.:1999.- 80 с.

23. НАПБ Б.03.002-2007. Норми визначення категорій приміщень, будинків та зовнішніх установок за вибухопожежною та пожежною небезпекою. - Наказ МНС від 03.12.2007, №833

24. ДБН В.1.1.-7-02 Захист від пожежі. Пожежна безпека об'єктів будівництва. - К.: 2002 -41с.

25. ПУЭ-87. Правила устройства электроустановок.- М: Энергоатомиздат, 1987.

26. ГОСТ 12.0.003-74*. ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. - Введен 01.01.1976.

27. ГОСТ 12.1.005-88*. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - Введен 01.01.1989.

28. СНиП 2.04.05-91. Нормы проектирования. Отопление, вентиляция и кондиционеры воздуха. - М: Стройиздат, 1992.

29. СНиП II-4-79. Строительные нормы и правила. Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования. - М: Стройиздат, 1980.

30. ДБН В.2.5-28-2006.

31. ГОСТ 12.1.003-83*. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности. - Введен 01.07.1984.

32. ГОСТ 12.1.012-90. ССБТ. Вибрационная безопасность. Общие требования. - Введен 01.01.1991.

33. ГОСТ 12.1.045-84. ССБТ. Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля.

34. Санитарно-гигиенические нормы допустимых уровней ионизации воздуха производственных и общественных помещений. №2152-80. - Утверждено Минздравом СССР 12.02.80.

35. ГОСТ 14255-69. Аппараты электрические напряжением до 1000 В. Оболочки. Степень защиты - Введен 01.01.1970.

36. ГОСТ 14254-96.Степени защиты, обеспечиваемые оболочками. - Введен

37. ГОСТ 12.1.030-81.^* ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление. - Введен 01.01.1982.

38. Розрахунки з питань охорони праці та безпеки життєдіяльності: Навчально-методичний посібник для студентів усіх спеціальностей та всіх форм навчання / В. В. Березуцький, Т. С. Бондаренко, Г. Г. Валенко та ін

39. ГОСТ 12.1.004-91.^* ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования безопасности. - Введен 01.01.1992.

40. ДСТУ Б.В. 2.5-38:2008. (ІЕС 62305:2006, NEQ) Інженерне обладнання будинків і споруд. Устаткування блискавозахисних будівель і споруд. - Київ: Мінрегіонбуд України, 2008.

41. Закон України про охорону навколишнього природного середовища

42. ДСТУ 180 14001 - 97. Системы управления окружающей средой. Состав и описание элементов, руководящие указания по их применению. - К., 1998.

43. ДСТУ 180 14004 - 97. Системы управления окружающей средой. Общие указания по принципам управления, системам и средствам Обеспечения.

44. Закон України "Про Цивільну оборону України" ВРУ №297-ХІІ. - К

45. Стеблюк М.І. Цивільна оборона та цивільний захист: Підручник - К.: Знання-Прес, 2007 - 487с.

Размещено на Allbest.ru