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第27章 食品工厂公用工程设计(5)

(1)压缩式制冷机:根据工作特点,可分为三种:活塞式压缩制冷机、离心式压缩制冷机和螺杆式压缩制冷机。

(2)蒸汽式喷射制冷机:主要用于空气调节作降温之用。

(3)吸收式制冷机:在食品工厂中尚未见使用

二、制冷系统

工业上通常把冷冻分为两种,冷冻范围在-100℃以下的为一般冷冻,低于-100℃的为深度冷冻。食品工厂常多采用一般冷冻,温度范围多在-25℃以内,压缩机压缩比都小于8,多采用单级压缩式冷冻机制冷系统。

1.制冷剂的选择

制冷剂是制冷系统中借以吸收被冷却介质(或载冷剂)热量的介质。对制冷剂的要求如下。

(1)沸点要低。正常的沸点应低于10℃,在蒸发室内的蒸发压力应大于外界大气压;冷凝压力不超过1-2~1-5MPa;单位体积产冷量尽可能大;密度和黏度要尽可能小;导热和散热系数高;蒸发比容小,蒸发潜热大。

(2)制冷剂能与水互溶,对金属无腐蚀作用,化学性质稳定,高温下不分解。

(3)无毒性、无窒息性及刺激作用,且易于取得,价格低廉。

目前常用的制冷剂有氨和氟利昂。

2.冷媒的选择

采用间接冷却方法进行制冷所用的低温介质称为载冷剂,在工厂常称为冷媒。冷媒在制冷系统的蒸发器被冷却,然后被泵送至冷却或冷冻设备内,吸收热量后,返回蒸发器中。冷媒必须具备冰点低、热容量大、对设备的腐蚀性小和价格低廉这几个条件。

常用的冷媒是空气、水和盐水。其中水只能使用在0℃以上的冷却系统。0℃以下的冷却系统采用盐类的水溶液(盐水)作为冷媒,常采用的盐水有氯化钠、氯化钙、氯化镁等,使用时根据使用温度查表选择盐水浓度,在盐水中加入一定量的防腐蚀剂可以减轻和防止盐水的腐蚀性,一般使用氢氧化钠和重铬酸钠、乙醇、乙二醇作为冷媒,可以避免腐蚀现象,其缺点是挥发损失多。

三、冷库容量的确定

供冷设计的主要任务是选择合适的制冷剂及制冷系统,并作冷冻站设备布置。制冷剂选择,直接关系到制冷量能否满足生产需要,影响工厂投资与产品成本。食品工厂的各类冷库的性质均属于生产性冷库,它的容量主要应围绕生产的需求来确定。确定冷库中各种库房的容量可参考表4-13。

四、冷库耗冷量计算

耗冷量是制冷工艺设计的基础资料,库房制冷设备的设计和机房制冷压缩机的配置等都要以耗冷量作为依据。冷库的耗冷量受冷加工食品的种类、数量、温度、冷库温度、大气温度、冷库结构等多方面因素的影响。

1.冷库总耗冷量的计算

Q0=Q1+Q2+Q3+Q4

式中:Q1——冷库维护结构的耗冷量,kJ/h;

Q2——物料冷却、冻结耗冷量,kJ/h;

Q3——库房换气通风耗冷量,kJ/h;

Q4——冷库运行管理耗冷量,kJ/h。

2.冷库维护结构耗冷量Q1

冷库维护结构的耗冷量由库内外温差传热耗冷量Q1a和太阳辐射热引起的耗冷量Q1b两部分组成。

(1)库内外温差传热的耗冷量Q1a:

Q1a=K·A·(tw-tn)

式中:K——冷库维护结构的传热系数,kJ/(m2·h·℃);

A——冷库维护结构的传热面积,m2;

tw——库外计算温度,℃;

tn——库内计算温度,℃。

其中,库外计算温度tw可按0-4倍的当地最热月的日平均温度与0-6倍的当地极端最高温度之和计算求得。

(2)太阳辐射热引起的耗冷量:

Q1b=K·A·td

式中:K——外墙和屋顶的传热系数,kJ/(m2·h·℃);

A——受太阳辐射围护结构的面积,m2;

td——受太阳辐射影响的昼夜平均温度,℃。

3.物料冷却、冻结耗冷量Q2

Q2=m(h1-h2) t+m′(t1-t2)·c t+m(g1+g2) t

式中:m——冷库进货量,kg;

h1、h2——物料冷却、冻结前后的热焓,kJ/kg;

t——冷却时间,h;

m′——包装材料质量,kg;

t1、t2——进出库时包装材料的温度,℃;

c——包装材料的比热容,kJ/(kg·℃);

g1、g2——果蔬进出库时相应的呼吸热,kJ/(kg·h)。

考虑到物料初次进入的热负荷较大,计算制冷设备冷量时应按Q2的1-3倍计算考虑。

4.库房换气通风耗冷量Q3(需换气的冷风库才进行此项计算)

Q3=3·ρ·V·Δh/t

式中:ρ——库房内空气的体积质量,kg/m3;

V——库房的体积,m3;

Δh——库内外空气的焓差,kJ/kg;

t——通风机每天工作时间,h;

3——每天更换新鲜空气的次数,一般为1~3,此处取最大值。

5.库房运行管理的耗冷量Q4

Q4=Q4a+Q4b+Q4c+Q4d

=qdF+Vn(Hw-Hn)Mγa 24+3 24nrqr+3600∑Nξρ

式中:Q4a——照明的耗冷量,kJ/h;

Q4b——开门耗冷量,kJ/h;

Q4c——库房操作人员耗冷量,kJ/h;

Q4d——电动机运转耗冷量,kJ/h;

qd——每平方地板面积照明热量,kJ/(m2·h),冷藏间可取6-27~8-36kJ/(m2·h),操作间可取20-9kJ/(m2·h);

F——冷库地板面积,m2;

V——冷库内净容积,m2;

n——每日开门换气次数;

Hw——冷库外空气含热量,kJ/kg;

Hn——冷库内空气含热量,kJ/kg;

M——空气幕效率修正系数(取0-5,不设空气幕时取1);

γa——冷库内空气密度,kg/m3;

nr——操作人员数量;

qr——每个操作人员每小时产生的热量(kJ/h),(冷库内温度高于或等于-5时取1003-2kJ/h,低于-5时取1421-2kJ/h);

3/24——每日工作时间系数(按每日工作3小时计);

3600——电动机每一千瓦小时换算为热能的数值,kJ/(kW·h);

N——电动机额定功率,kW;

ξ——热转化系数(电动机在冷间内时取1,在冷间外时取0-75);

ρ——电动机运转时间系数(对冷风机配用的电动机取1,对冷间内其他设备配用的电动机可按实际情况取值,一般可按每昼夜操作8小时计)。

由于冷藏间使用条件变化大,为简便计,可按下式估算Q4:

Q4=(0-1~0-4)Q1

对于大型冷库取0-1;中型冷库取0-2~0-3;小型冷库可取0-4。

五、制冷设备的选择计算

1.各种温度的确定

在制冷系统中,各种温度相互关联,以下是氨制冷机在操作过程中的一般常用值。

(1)冷凝温度tk:

tk=tw1+tw2 2+(5~7)

式中:tw1、tw2——冷凝器冷却水的进水、出水温度,℃。

冷凝器冷却水的进出口温差,一般按下列数值选用:

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