某大型制药集团制冷原理课程设计说明书

课程设计说明书课题名称：专业班级：组长姓名：指导教师： 课题工作时间：四、课程设计（学年论文）摘要（中文）五、课程设计（学年论文）摘要（英文）目录一．概述……………………….4§1-1设计任务……………..4§1-2设计原理……………..4二．设计内容…………………..4§2-1制冷剂和循环形式的确定…………..4§2-1-1制冷剂的选择…………………§2-1-2供液方式的选择………………§2-1-3供冷方式的选择………………§2-1-4冷却方式的选择………………§2-2工作参数的确定………4§2-2-1工作参数的数值计算………….6§2-2-2热力循环方式的确定………….6§2-3热力计算………………6§2-4设备选型计算…………6§2-4-1压缩机的选型…………………6§2-4-2冷凝器和蒸发器的选型……..6§2-4-3氨液分离器的选型…………..6§2-4-4油分离器的选型………………6§2-4-5集油器和空气分离器的选型………………..6§2-4-6贮氨器的选型………………..6§2-4-7主要机器设备清单表………..6三．系统流程图………………..6一．概述§1-1设计任务武汉市某大型制药集团，一、二合成原料药车间，全天候运行，分别需要-10℃的冷量1200kw，试设计冷冻站满足供冷。§1-2设计原理设计内容§2-1制冷剂和循环形式的确定§2-1-1制冷剂的选择对于该设计系统，在制冷剂选择时，主要考虑热力学性质，迁移性质，和物理化学性质等各方面的因素。下表对几种制冷剂进行比较：氨与R12，R22主要替代物的评价比较项目氨（R717）丙烷（R290）HFC（R134a）HFC混合物（R407c）毒性很差良良良可燃性中良优良泄露容易发现优差差差每1Kw制冷量投资中中差良每1Kw制冷量运转费用优良良良服务费用良中中中价格优中差很差GWP优良差很差℃)，在冷凝器和蒸发器中的压力适中；单位容积制冷量大，导热系数大，蒸发潜热大（-15℃时的蒸发潜热是R-12的8.112倍，R-22的6.104倍)，可实现冷凝器等设备的小型化，节省材料；节流损失小，易溶于水，形成氨水溶液，在普通低温下，不会有水分析出而造成冰堵；氨有特殊气味，一旦泄漏很容易被发现；对环境无害,不会破坏臭氧层(ODP=0)，不会造成温室效应(GWP=0)；价格便宜，易获得。但它也有一定的缺陷：氨在矿物油中的溶解度很小，因此氨制冷剂管道及换热器的传热面上会积有油膜，影响传热效果。氨液的密度比矿物油小，在贮液筒和蒸发器中，油会沉积在下部，需要定期放出。氨的绝热指数较高，因此高压部分的安全性要求很高。氨对钢铁不起腐蚀作用，但当含有水分时将要腐蚀锌、铜、青铜及其他铜合金。只有磷青铜不被腐蚀。因此在氨制冷机中不用铜和铜合金（磷青铜除外）材料，只有那些连杆衬套、密封环等零件才允许使用高锡磷青铜。虽然在650℃下氨燃烧，但如果没有外部提供大量热量的情况下,氨很难燃烧或爆炸，是大中型制冷系统的首选。故本系统选用氨作为制冷剂。§2-1-2供液方式的选择直接膨胀供液方式由于选型、调节以及产品本身的问题，无法实现节能的目的，电子膨胀阀可结合多点温度参数的库温调节，可以较好地实现节能运行，一般可节能10％，但由于氨制冷系统蒸发器运行的过热度不大，控制难度相对较大，目前尚无成熟的氨用电子膨胀阀产品，故该系统不采用此供液方式。重力供液系统是借低压氨液本身的重力进行供液，即高压液态氨经过节流阀节流，压力温度均降低后进入氨液分离器，进行气液分离后，闪蒸的气体被压缩机吸入，而液体则依靠自身的重力进入蒸发器进行蒸发换热。另外从蒸发器出来的回气也要经过氨液分离器将气态和液态分离，同样气体被压缩机吸入，而液体又依靠重力进入蒸发器。这样通过气液分离避免了节流后的闪蒸气体进入蒸发器，保证了蒸发器的传热效率和压缩机的制冷量免受影响，同时也尽可能避免了压缩机的湿行程的发生。为满足供液所需的静液柱，氨液分离器液面需高于冷分配设备最高点0.5m～2m。其主要优点有：利用氨液分离器将节流生成的闪发气体分离出来，有利于提高设备的传热效能；同一蒸发温度的冷分配设备可使用一个膨胀阀和氨液分离器，节省膨胀阀；供液中有氨液分离器的缓冲作用，因而容易实现正常工况的操作调节。但它也有一定的缺点：氨液流动以重力作为动力，流速较慢，制冷剂和管壁内表面之间的换热系数较小，设备的传热效能较低；由于流速缓慢，在蒸发器及管道的最低处容易积油；为保证液位差，必须将氨液分离器设置在较蒸发器高的地方，会增加土建层高。氨泵供液是指高压液体节流后进入低压循环桶，经氨泵输往各蒸发器。氨泵的输液量一般为蒸发器蒸发量的3-6倍，氨泵的排出压力应足以克服总流动阻力和液位升高所需的液柱压力，并有一定的压差裕度以便于调节流量。在蒸发器中一部分氨液汽化，剩余的液体随同汽体回至低压循环桶，经分离后，气体被压缩机吸走，液体被氨泵送到蒸发器进行再循环，蒸发器的热交换效率提高。由于流量数倍于蒸发量，流速较高，使制冷剂蒸汽和雾状液滴在管道中心流动，而把液体压向管道壁面贴附管壁流动，形成“雾状流”，提高了蒸发器内表面润湿面积。由于液体的冲刷，减轻了润滑油对管壁的污染程度，使蒸发器的换热面积比较充分的发挥作用，相应的提高了蒸发器的换热量。其制冷效率比直接膨胀供液提高25%-30%。低压循环桶到压缩机的回气管距离很短，蒸汽的压力损失小，压缩机吸气口的蒸汽过热度亦小，因此提高了压缩机的制冷效率。操作简便，供液量受库房热负荷变化的影响较小，因而不必经常调整节流阀。氨泵设置的位置只要能满足氨泵吸入的净正吸入压力的要求就可以了，不需要另建阁楼。由于所有制冷设备都集中在一起，操作控制都较方便。融霜操作时间短，低压循环桶可兼作排液桶使用，融霜时可将蒸发器内的液体直接排入循环桶。融霜完毕，启动氨泵就可恢复供液，能使库温很快降下来。但它也有一定的缺点：氨泵的设置约增加系统的动力消耗1～1.5%，而且增加泵的维修工作。回气管中因带有液体就形成二相流动，这种流体的流动阻力要比单相流体大。因此管径要较重力供液时增大一个号，相应地加大了阀门和增加了隔热材料。综合考虑，该系统选用氨泵供液更合适。故本系统选用氨泵供液系统。§2-1-3供冷方式的选择采用制冷剂的优点是可使制冷剂系统集中在较小的场所，因而可以较小制冷机系统的容积及制冷剂的充灌量；且因载冷剂的热容量大，被冷却对象的温度易于保持恒定。因此系统采用载冷剂。在考虑了工况、比热容、密度、粘度、化学稳定性及其来源成本的综合因素本系统采用盐水——氯化钙水溶液。氯化钙水溶液可以用于低于0°以下的系统，这次设计的工况为-10°因此适合。并且氯化钙水溶液价格低廉便于获得，较盐水，氯化钙水溶液的腐蚀性小得多，乙二醇水溶液虽无腐蚀性，但较盐水和氯化钙水溶液其价格昂贵很多。综上所述氯化钙水溶液为我们最终选择。§2-1-4冷却方式本次设计地点在武汉市，武汉市地处长江中下游水源充足，为全国三大火炉城市之一。由于武汉夏季水温较高并且在洪水期水质较差，考虑节能环保的原则不采用直流式冷却水系统。混合式供水系统一部分冷却水回水直接排放，另一部分冷却水回水与来自水源的新鲜水进行混合，再送入冷凝器中使用。系统中的循环水量与鲜新水量的比例，由技术经济分析和制冷工艺的要求来决定，以便既降低运行费用又能保证制冷装置的安全运行，适用于水温较低、水量不足或取水费用较高的地区，因此不适合本系统。而循环式供水是将从冷凝器出来的冷却水，统就在经过水冷却设备的冷却降温，然后用水泵送回冷凝器循环使用，只需补充少量冷却水，适合武汉夏季高水温的工况同时用水量较少便于排放也符合节能环保的理念，综上比较本系统采用循环式供水。§2-2工作参数的确定§2-2-1工作参数的数值计算1.选用立式壳管式冷凝器，它适用于一年四季不能停的系统，可边工作边清洗，水质要求不高，无需经过软化处理。武汉地区冷却水温较高，立式壳管式冷凝器主要用于大型氨制冷系统，且立式冷凝器的主要优点有：(1)垂直安装，占地面积小，可以安装在室外；(2)容易清除管内水垢，且不必停止工作；(3)对水质要求不高，一般水源都可以作为冷却水，不易发生堵塞。该制药集团的合成原料药车间需全天候运行，故采用立式壳管式比较适宜。§2-2-2确定冷凝温度从《制冷工程设计手册》中查到武汉地区夏季室外平均每年不保证的湿球温度℃对于自然通风冷却塔，有：式中——出冷却塔水的温度，也是冷凝器进水温度，单位℃；——冷却幅高，单位℃。目前使用的冷却塔其冷却幅高℃。℃。立式冷凝器的冷却介质主要是冷却水，常以下式确定冷凝温度 式中——冷凝温度，单位℃；——冷凝器进水温度，即，单位℃；——冷凝器出口温度，单位℃。立式冷凝器的℃；——温差，单位℃，水冷式氨制冷系统中，取6℃。即=℃，℃=℃，所以：℃。§2-2-3选用卧式壳管式满液式蒸发器，确定蒸发温度合成原料车间要求恒温－10℃。系统取水溶液，其传热温差为4～6℃。采用卧式满液式蒸发器，有：℃℃式中——载冷剂出蒸发器温度，单位℃；——合成原料间要求的温度，单位℃。℃；——载冷剂进蒸发器温度，单位℃；——温差，单位℃。一般取6℃。即：℃=℃；℃=℃。所以：℃。§2-2-4确定过冷温度℃表示过冷度§2-3热力循环方式的确定查饱和氨的热力性质性质表知本系统中氨的蒸发压，冷凝压力，故其压比。由《制冷工程设计手册》可知，为了确保制冷压缩机在安全可靠的条件下工作，提高其工作效率，一般情况下，当时就应采用单级压缩。所以本系统中采用单级压缩。综上所述，本制冷系统应采用单级压缩蒸汽制冷循环方式。§2-3循环的热力计算循环的图图循环各状态点的参数表2-1循环各状态点的参数状态点P(kpa)T(℃)h(kJ/kg)S(kJ/kg·k)υ(L/kg)12S345—60循环的热力计算序号项目计算公式结果备注1单位制冷量2单位容积制冷量3单位压缩功4理论制冷系数5螺杆机理论输气量1210/h6输气系数查表得7实际输气量/h8单台压缩机制冷量659kw查选用压缩机技术参数9单台压缩机制冷量循环量10压缩机理论功率11给定压缩机指示功率12机械效率13压缩机指示功率14压缩机轴功率15冷凝器热负荷16压缩机总制冷量2760kJ17总冷凝器热负荷主要机器设备的选型计算压缩机的选型根据选型原则，利用压缩机性能曲线来选配本系统选配压缩机的型号和台数。考虑到系统的压比：。此压比在螺杆式制冷压缩机的经济压缩比范围内，故选用螺杆式制冷压缩机的经济型最佳。根据℃，℃，从压缩机组参数表中查出型号为TMS20L的机器在设计工况下的制冷量及各种参数值。制冷量kw标准轴功率kw机组外形尺寸mm吸气阀管径mm排气阀管径mm6591844232*1650*2728DN150DN125开启螺杆式压缩机型号转子名义直径mm转自长度mm额定转速r/min200VLD2003372960理论排气量m3/h制冷量调节范围内容积比调节范围121010﹪-100﹪无极调节主电机型号额定转速r/min额定电压V频率Hz额定功率KwY355-2/YB400-2296038050220/250/280油泵流量L/min电动机型号电动机功率Kw额定转速r/min170Y100L2-431450油冷却方式液冷水冷最大制冷剂流量kg/h液冷进出口管径mm冷却水流量m3/h冷却水侧阻力Mpa冷却水进出口管径mm150DN/50≧25≦DN/50故需要六台压缩机。冷凝器的选型由于本系统中选用立式冷凝器，由冷凝器传热面积的计算公式。—冷凝器的传热面积；—冷凝器的热负荷；—单位面积热负荷；查《工程制冷设计手册》得立式冷凝器的取值3000㎡所以：㎡查选型手册，选用LN-370B型立式冷凝器，则所需台数故冷凝器取三台。LN30-450型立式冷凝器的技术参数表型号蒸发面积㎡容器类别壳体直径mm接管公称尺寸mm底座尺寸mm重量kgdd1d2d3ABd0LN-3029EM-245065321525446526261135LN-35EM-250065321525500580261145LN-55EM-260065322025580680321980LN-75EM-265080402025630730322550LN-100100EM-275080402025724834323420LN-120EM-2800100502025774884323990LN-150149EM-29001005020259501060324915LN-150B151EM-210001005020259501060325415LN-200197EM-2110012565252510681188326675LN-250242EM-2120012565252511681228328195LN-310308EM-21350125803225132214423210380LN-370B370EM-21600200803225157216923213355LN-450B450EM-21700200803225167217923215580该产品由南阳市发源制冷设备工程公司生产，联系方蒸发器的选型由于本系统中选用卧式壳管式蒸发器，蒸发器总制冷量应该包括用户实际所需要的制冷量和制冷系统的冷损，可按下式计算：—单位面积热负荷；查《工程制冷设计手册》得立式冷凝器的取值2700㎡，所以：㎡查选型手册，选蒸发器型号为DWZ-360,DWZ-360型卧式蒸发器参数如下表试验压力（）设计压力（）蒸发面积（）水侧氨侧水侧氨侧360该卧式蒸发器为大连冷冻机股份生产，联系方式0411-86654530。换热面积为360㎡，所需台数,所以选3台蒸发器。高压贮液器的选择高压贮液桶的容积可由下式得出G----系统中每小时氨液循环量ν×10-3ψ---贮氨器的设置系数ψ＝1查选型手册，选ZA5.0，容积是5.0，筒体尺寸DN=1200mm所需台数：。故高压贮液器需要4台。类型型号容积(升L)容积类别筒体尺寸mm接管公称尺寸主要尺寸mm支座尺寸mm重量kgL4Dd1d2d3HH1H2LL2L3L4L5L6L7L8L9BB1d0abⅠ型254CM-220004002525157502306002462132210150400400300400100036028018145120230512CM-21600600252515930310800220320328022030025025025080045537523145120300942CM-23200600322515944310800380320328022040011005004001800455375231451204401632CM-2300080040322012605121000373325336030040010005004001400640560231451206852114CM-2400080050402012945121000473325338030040016006004002400640560231451208502500CM-248008005040201294512100053332533803004001900600400340064056023145120970Ⅱ型3014CM-24540900655025146757511005298278300300400185060040029007206202319516011703415CM-25200900655025146757511005958278360300400201060040035007206202319516012504896CM-24000120080503217777151400495337340040040013506004002900900780271951601715该产品由南阳市发源制冷设备工程公司生产，联系方低压循环桶的选型低压循环桶直径可按下式计算式中——低压循环桶的直径，单位为；——压缩机理论输气量，单位为，双级压缩时为低压级压缩机；——压缩机输气系数，双级压缩时为低压级压缩机；——低压循环桶内气体流速，单位为，立式循环桶不大于；卧式低压桶不大于；——截面积系数，立式低压循环桶，卧式低压循环桶；——低压循环桶气体进气口的个数，立式低压循环桶为1，卧式低压循环桶为2。本系统中采用立式低压循环桶，则查选型手册，选用DXZ1型低压循环桶1只。：产品配套表：产品型号DXZ1DXZ1DXZ1DXZ1用途说明附件名称每台数量配带附件规格安全阀120252525安全阀接管1直通式截止阀1252525安全阀配套直角式截止阀120垫片2252525安全阀配套螺栓8组M12×55M12×55M12×551直通式压力表阀14444直通式截止阀120202020放油：技术数据表：类型型号容积升(L)容器类别主要尺寸mm重量kgDHH1L1D1d0d1d2d3d4Ⅰ型DXZ11500CL-2φ80038465002301315231255020675Ⅱ型DXZ12500CL-2φ1000398655025015152315050251000DXZ13500CL-2φ1200408660028016953020065251465DXZ15000CL-2φ1400418665030018953020065251795氨液分离器的选型直径：D——氨液分离器直径V——机房吸气总管所接压缩机的理论排气量m3/hW——结论：查选型手册，可知应选液氨分离器的型号是AF-200，筒体尺寸DN：1000mm，所需台数n=主机台数=6。型号容器类别筒体尺寸mm接管公称尺寸mm主要尺寸mm支座尺寸mm质量kgH0Dd1d2d3LHH2H4H5H3H1H6H7H8D0d0abAF-50SL-1980325503020014054901002301002001008001004252312080120AF-65SL-1980325654020014054901302301002001008001004252312080125AF-80SL-11150400805020016155701402501002001008001405102312090150AF-100SL-1125050010065200180560015035010020010011001606102312090215AF-125SL-11500600125802002105750175350100200100110018071023120100295AF-150SL-118007001501002002455900200350100200100140020083023120100395AF-200SL-118001000200125250269510002503502002501001400240112523120100730AF-250SL-123001000250125250319512003503802002501001400240112523120100890AF-300SL-1230012003001502503295120045038020025010014003001325231201001330该设备是南阳市发源制冷设备工程公司，联系方氨液分离器分立式和卧式两种。立式的优点是气体流速不受液面的波动影响，分离效果好，并且供液高度易保证。本设计中考虑到制冷站机房有两层，故决定采用实际应用较多的立式氨液分离器。集油器的选型根据《新编制冷技术问答》当压缩机总制冷量＜230kw，用D159mm的集油器JY150一台；当压缩机总制冷量（230～1160）kw，用D325mm的集油器JY300一台；当压缩机总制冷量＞1160kw，用D325mm的集油器JY300二台。故用D325mm的集油器JY300二台。油分离器的选型式中D——油分离器桶底直径，单位为m；Vs——实际输气量，单位为m3/h；查选型手册，可知油分离器的型号应为YF-200，DN：1000mm。YF40-200型油分离器的技术参数表类型型号容器类别壳体尺寸mm接管公称尺寸mm主要尺寸mm地脚尺寸mm质量kgH0Dd1d2d3HH1H2H3H4H5H6LD0d0Ⅰ型YF-40SM-298427340201514041052540472300702521503751885冷却水系统的选型冷却塔：V水=Qk/(ρC水Δt)=359.2t／h式中：Qk——冷凝器热负荷kwρ——水密度ρ＝1000kg/m3C水——℃t——水的可利用温差。V水=Qk/(ρC水Δt)=t／h选取WHLG-250型冷却塔，其冷却水量为300(m3/h)；故选三台冷却塔。冷却塔特性参数表：

冷却塔

型号冷却水量(m3/h)水分散器（套）通风装置外形尺寸进水管

压力

（Kpa）配管尺寸塔体重量△t=6℃△t=10℃△t=25℃△t=6℃△t=10℃△t=25℃风机

型号风量

（×104m3/h）功率

（KW）H

（m）L

(㎜)L1

(㎜)进水管

（DN）出水管

（DN）干重

（T）湿重

（T）WHLG-100150100501063LFB-18b3600042003200150200WHLG-15020015010012106LFB-24a4625046003600150200WHLG-200250200150161210LFB-34a640050004000200250WHLG-250300250200181612LFB-34b11660056004600200250WHLG-300350300250221816LFB-38a11700060005000250300WHLG-350400350280262216LFB-38b11720064005400250300WHLG-400450400300282618LFB-42a2815730068005800250300WHLG-450500450350302822LFB-42b750070006000250300WHLG-500600500400363026LFB-50a780074006400300350WHLG-600700600450443628LFB-50b22800078006800350400WHLG-700800700500484430LFB-60a22820084007400350400WHLG-800900800600564836LFB-60b30840094008400400500说明：1、上表所列的各项工艺参数对应的气候条件为湿球温度τ=28℃；

2、进水管压力是指接管点处的水压，本系列冷却塔要求的水压为0.05～0.12Mpa；

3、水质要求：无大的机械杂质，机械杂质、泥沙≤12mm。水泵：选型依据是（流量+扬程）清水泵IS**-**-**YF-50SM-2108427350201515041152540472340702521503751895YF-65SM-21100325652515155112025805124007527215042518130Ⅱ型YF-80SM-212704008025151784135460052245010031715040023160YF-100SM-2142050010025152024153968060250010037715050023265YF-125SM-2160060012525152304177476068252015045215060023340YF-150SM-2180070015025151554196984076255015050215070023565YF-200SM-22400100020032153344261411301052690150602该设备是南阳市发源制冷设备工程公司，联系方空气分离器的选型一般的，一个系统只选配一台空气分离器，当冷冻站标准工况下的制冷量大于1160kw时，宜采用一台大号（桶体直径为245mm）空气分离器。立式效果好。型号公称直径换热面积接管公称尺寸支座尺寸d1d2H2H3BB1D0KF-323232322406514010014KF-5050505033413026020014型号主要尺寸LL1L2L3L4L5DD1D2D3HH1KF-3215931