Thiết kế hệ thống lạnh cho kho cấp đông, kho phân phối đặt tại hưng yên

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Đồ án môn học Thiết kế hệ thống lạnh TRẦN VĂN SÁNG sang.tv172112@sis.hust.edu.vn Ngành kỹ thuật nhiệt Chuyên ngành kỹ thuật lạnh ĐHKK Giảng viên hướng dẫn: ThS Hồ Hữu Phùng Bộ môn: Kỹ thuật lạnh ĐHKK Viện: Khoa học cơng nghệ nhiệt lạnh Hà Nội Lời cảm ơn Tóm tắt đồ án ĐỀ TÀI Tóm tắt: Thiết kế hệ thống lạnh cho kho cấp đông, kho phân phối đặt Hưng n có thơng số sau: Khối lượng sản phẩm bảo quản đông : 700 Khối lượng sản phẩm bảo quản lạnh : 1450 Năng suất cấp đông : 14 tấn/mẻ Thời gian cấp đông sản phẩm : 18 giờ/mẻ Sản phẩm : ½ lợn Nhiệt độ kho bảo quản sản phẩm đông lạnh : -19 °C Nhiệt độ kho bảo quản sản phẩm lạnh : °C Nhiệt độ cấp đông : -33 °C Môi chất sử dụng hệ thống lạnh : R507 Bơm mơi chất lạnh : có Thiết bị cấp đơng : cấp đông hầm Nền kho kết cấu bê tông, cách nhiệt, cách ẩm Mục lục Đề tài ……………………………………………………………………………… Lời cảm ơn, tóm tắt đồ án ………………………………………………………… Chương 1: Quy hoạch mặt kho lạnh ……………………………………… 1.1 Xác định kích thước buồng lạnh ……………………………………… 1.1.1 Buồng bảo quản đơng ……………………………………………… a, Thể tích kho bảo quản đơng ………………………………………… b, Diện tích chất tải F ………………………………………………… c, Diện tích xây dựng kho bảo quản sản phẩm đơng ………………… d, Số lượng buồng bảo quản đông……………………………………… 1.1.2 Buồng bảo quản lạnh ……………………………………………… a, Thể tích kho bảo quản lạnh ………………………………………… b, Diện tích chất tải F ………………………………………………… c, Diện tích xây dựng kho bảo quản lạnh ……………………………… d, Số lượng buồng bảo quản lạnh ……………………………………… 1.1.3 Buồng kết đơng …………………………………………………… a, Thể tích buồng kết đơng …………………………………………… b, Sô lượng buồng kết đông …………………………………………… 1.2 Thiết kế mặt kho lạnh ……………………………………………… Chương 2: Cấu trúc xây dựng cách nhiệt cách ẩm kho lạnh ……………… 2.1 Đặc điểm yêu cầu cấu trúc xây dựng cách nhiệt kho lạnh ………… 2.2 Chọn panel ……………………………………………………………… 2.2.1 Tổng quan panel ………………………………………………… 2.2.2 Các thông số panel …………………………………… 2.2.3 Chọn độ dày panel cho buồng kết đông (-33°C) …………………… 2.2.4 Chọn độ dày panel cho buồng bảo quản đông (-19°C) …………… 2.2.5 Chọn độ dày panel cho buồng bảo quản lạnh (3°C) ……………… 2.3 Kiểm tra thông số ………………………………………………………… 2.4 Kiểm tra đọng sương ……………………………………………… 2.5 Tính tốn cách nhiệt cách ẩm cho kho ……………………… 2.5.1 Kết cấu buồng bảo quản lạnh ……………………………… 2.5.2 Kết cấu buồng bảo quản đông buồng kết đông ………… Chương 3: Tính nhiệt kho lạnh …………………………………………………… 3.1 Tính nhiệt cho buồng …………………………………………… 3.1.1 Tính dịng nhiệt qua kết cấu bao che Q1 ……………………… a, Tính dịng nhiệt qua tường, trần chênh lệch nhiệt độ Q11 ………………………………………………………………………………… b, Tính dịng nhiệt qua tường bao, trần ảnh hưởng xạ mặt trời Q12 ………………………………………………………………………… 3.1.2 Tính dịng nhiệt tỏa q trình xử lí lạnh Q2 ……………… 3.1.3 Dịng nhiệt thơng gió buồng lạnh Q3 ……………………… 3.1.4 Dòng nhiệt từ nguồn khác vận hành Q ………… a, Dòng nhiệt chiếu sáng buồng Q41 …………………………… b, Dòng nhiệt người tỏa Q42 ……………………………… c, Dòng nhiệt động Q43 …………………………………… d, Dòng nhiệt mở cửa Q44 …………………………………… 3.1.5 Dịng nhiệt hoa hơ hấp Q5 ……………………………… Chương 4: Tính tốn chu trình lạnh Tính chọn máy nén Chương : Quy hoạch mặt kho lạnh 1.1 Xác định số lượng kích thước buồng lạnh 1.1.1 Buồng bảo quản đơng a, Thể tích kho bảo quản đơng + Thể tích kho xác định qua biểu thức V= Trong đó: V: thể tích kho m3 E: dung tích kho gv: định mức chất tải t/m3 + Dung tích kho E= 700 + Sản phẩm bảo quản lợn, tra bảng tiêu chuẩn chất tải hệ số tính thể tích số sản phẩm bảo quản lạnh có gv= 0,45 t/m3 + Ta tích kho V= = 1555,56 m3 b, Diện tích chất tải F + Chọn hct= m + Diện tích chất tải xác định qua thể tích buồng lạnh chiều cao chất tải qua biểu thức F= Trong đó: F: diện tích chất tải, m2 V: thể tích kho, m3 h: chiều cao chất tải, m + Diện tích chất tải Fct= = 311,1 m2 c, Diện tích xây dựng kho bảo quản sản phẩm đông + Từ Fct= 311,1 m2 ta tra bảng hệ số sử dụng diện tích theo buồng ta βF = 0,75 => Diện tích kho Fkho= = = 414,8 m2 d, Số lượng buồng bảo quản đông + Chọn diện tích buồng f= 12x12= 144 m2 => Số buồng Z= = 2,88 + Ta lấy Z= buồng Như diện tích buồng lạnh 432 m2, lớn diện tích ban đầu 4,1% nên ta chấp nhận kết 1.1.2 Buồng bảo quản lạnh a, Thể tích kho bảo quản lạnh + Dung tích kho E= 1450 tấn, định mức chất tải gv= 0,45 t/m3 => Thể tích kho V= = 3222,22 m3 b, Diện tích chất tải F + Chọn hct= m => Diện tích chất tải Fct= = 644,4 m2 c, Diện tích xây dựng kho bảo quản sản phẩm lạnh + Từ Fct=644,4 ta tra bảng hệ số sử dụng diện tích theo buồng ta βF = 0,85 => Diện tích kho Fkho= = 758,2 m2 d, Số lượng buồng bảo quản lạnh + Chọn diện tích buồng f= 12x12= 144 m2 => Số buồng Z= = 5,3 + Ta lấy Z= buồng Như diện tích buồng lạnh 864 m2, lớn diện tích ban đầu 14 % nên ta chấp nhận kết 1.1.3 Buồng kết đơng a, Diện tích buồng kết đơng + Ta có suất cấp đơng 14 t/mẻ, thời gian cấp đông sản phẩm 18 h/mẻ => công suất buồng gia lạnh kết đông M= 18,67 t/24h + Diện tích buồng kết đơng: F1= k= 1,2= 67,2 m2 Trong đó: M cơng suất buồng gia lạnh kết đông, t/24h T thời gian hoàn thành mẻ sản phẩm bao gồm thời gian xử lí lạnh, chất tải, tháo tải, phá băng cho dàn lạnh, h g1 tiêu chuẩn chất tải 1m chiều dài giá treo(t/m) tra bảng có g1= 0,25 t/m k hệ số tiêu chuẩn chuyển từ m chiều dài m diện tích cần xây dựng: k=1,2 b, Số lượng buồng kết đông + Chọn diện tích buồng kết đơng f= 6x12= 72 m2 => Số buồng kết đông Z= = 0,93 + Ta lấy Z= buồng Như diện tích buồng kết đơng 72 m2, lớn hớn diện tích ban đầu 7% nên ta chấp nhận kết 1.2 Thiết kế mặt kho lạnh Kho lạnh thiết kế mặt xây dựng phải đảm bảo yêu cầu sau: + Phải bố trí buồng lạnh phù hợp giây chuyền công nghệ, sản phẩm theo dây chuyền không gặp nhau, không đan chéo Các cửa vào buồng phải quay hành lang + Quy hoạch phải đạt chi phí đầu tư nhất, giảm công suất thiết bị đến mức thấp • Quy hoạch mặt cần phải đảm bảo vận hành tiện lợi rẻ tiền • Mặt kho lạnh phải phù hợp với hệ thống lạnh chọn • Mặt kho lạnh phải đảm bảo kỹ thuật, an tồn phịng cháy chữa cháy • Khi quy hoạch cần phải tính đến khả mở rộng kho lạnh Để kết hợp hài hòa yêu cầu cho mặt kho lạnh ta lựa chọn phương án thiết kế sau: ‣ Chọn hành lang rộng 6m để cho xe ô tơ vào dễ dàng, thuận lợi cho việc nhập xuất kho ‣ Buồng chất tháo tải diện tích ‣ Buồng máy diện tích 6x12=72 m2 ‣ Buồng chức năng, phịng hành diện tích 6x12=72 m2 ‣ Trạm biến áp cung cấp điện cho tồn kho diện tích 6x6= 36 m2 ‣ Kho vật tư chứa thiết bị cho việcvận hành bảo dưỡng kho lạnh chứa dụng cụ, xe máy nâng, … diện tích 6x12= 72 m2 Tồn mặt bố trí sau Chương Cấu trúc xây dựng cách nhiệt cách ẩm kho lạnh 2.1 Đặc điểm yêu cầu cấu trúc xây dựng cách nhiệt kho lạnh Cấu trúc kho lạnh cách nhiệt phải đảm bảo yêu cầu sau: • Đảm bảo độ bền vững lâu dài theo tuổi thọ dự kiến Do kho lạnh loại lớn nên ta xây dựng tính tốn cho tuổi thọ làm việc kho vào khoảng 100 năm • Chịu tải trọng thân hàng hóa bảo quản xếp treo trần tường vị trí đặt kho lạnh cần phải khảo sát kĩ lưỡng mặt địa chất trước tiến hành xây dựng • Phải chống ẩm thâm nhập từ bên vào bề mặt tường bên ngồi khơng bị đọng sương • Phải đảm bảo cách nhiệt tốt giảm chi phí đầu tư cho máy lạnh vận hành • Phải chống cháy nổ đảm bảo an tồn • Thuận tiện cho việc bốc dỡ xếp hàng giới • Phải kinh tế 2.2 Chọn panel 2.2.1 Tổng quan panel Cấu tạo panel gồm: bề mặt bên panel phủ lớp hoàn toàn cách ẩm có tuổi thọ độ bền cao Những vật liệu thông dụng là: + Tôn mạ màu (colorbond steel sheet) dày từ 0,5 mm + Tôn phủ lớp PVC (coated steel sheet) dày 0,6mm + Tôn inox (stainless steel sheet) dày từ 0,5mm Vật liệu cách nhiệt Polyurethane phun, khối lượng 38÷42 kg/m3, cường đọ chịu nén 0,2 đến 0,2 Mpa, tỷ lệ điền đầy bọt panel 95%, chất tạo bọt R141B không phá hủy tầng ozon 2.2.2 Các thông số panel STT Ứng dụng kho Chiều dày (mm) Hệ số truyền nhiệt k (W/m2K) Phịng có nhiệt độ 20°C 50 0.43 Kho lạnh có nhiệt độ từ đến 5°C 75 0.3 Kho lạnh có nhiệt độ -18°C 100 0.22 Kho lạnh có nhiệt độ -20 đến -25°C 125 0.18 Kho lạnh có nhiệt độ -25 đến -30°C 150 0.15 Kho lạnh có nhiệt độ đến -35°C 175 0.13 Kho lạnh đông sâu đến -60°C 200 0.11 Bảng 2.1: Thông số độ dày panel tiêu chuẩn hệ số truyền nhiệt Các thông số nhiệt độ buồng kho lạnh: + Buồng cấp đông: -33°C + Buồng bảo quản đông: -19°C + Buồng bảo quản lạnh: 3°C 2.2.3 Chọn độ dày panel cho buồng cấp đông (nhiệt độ -33°C) + Dựa vào bảng 2.1, ta chọn độ dày panle ứng với nhiệt độ phòng là: mm CN 2.2.4 Chọn độ dày panel cho buồng bảo quản đông (nhiệt độ -19°C) + Dựa vào bảng 2.1, ta chọn độ dày panle ứng với nhiệt độ phòng là: mm CN = 175 = 125 2.2.5 Chọn độ dày cpanel cho buồng bảo quản lạnh (nhiệt độ 3°C) + Dựa vào bảng 2.1, ta chọn độ dày panle ứng với nhiệt độ phòng là: CN= 75 mm 2.3 Kiểm tra đọng sương Theo TCVN 5687:2010 ta tra nhiệt độ trời Hưng n: Bảng 2.2: Thơng số tính tốn nhiệt độ trời cho kho lạnh Mùa Nhiệt độ trời Nhiệt độ Độ ẩm Nhiệt độ điểm o panel φn (%) sương ts (oC) tnt ( C) tn (oC) Hè 37.8 26.46 53,4 15,5 Đông 8.6 6.02 83,4 Vì panel đặt sau vách bê tơng nên ta lấy nhiệt độ vách panel tn= 0,7 tnt Từ tn φn ta tra nhiệt độ điểm sương khơng khí ngồi trời ts theo đồ thị I-D Hệ số truyền nhiệt lớn cho phép là: Trong đó: ks=kmax – hệ số truyền nhiệt lớn cho phép để tường ngồi khơng bị đọng sương tn nhiệt độ khơng khí bên ngồi °C tt nhiệt độ khơng khí buồng °C Ta có bảng sau + Đối với mùa hè STT α1 W/m2K tn °C ts °C tt °C ks BKĐ 23.3 26.46 15.5 -33 4.08 BQĐ 23.3 26.46 15.5 -19 5.34 BQL 23.3 26.46 15.5 10.34 + Đối với mùa đông STT α1 W/m2K tn °C ts °C tt °C ks BKĐ 23.3 6.02 -33 1.15 BQĐ 23.3 6.02 -19 1.79 BQL 23.3 6.02 14.81 Kết luận: Từ kết ta thấy hệ số truyền nhiệt panel tường, trần buồng bé hệ số truyền nhiệt cực đại nên không xảy tượng đọng sương 2.4 Tính tốn cách nhiệt cách ẩm cho kho Kết cấu kho phụ thuộc vào nhiều yếu tố: + Nhiệt độ phòng + Tải kho hàng bảo quản + Dung tích kho lạnh Kho lạnh theo yêu cầu có dung tích lớn (trên 1000 tấn), cần bốc dỡ giới nên cần chịu tải trọng xe giới bốc dỡ hàng.… 2.4.1 Kết cấu buồng bảo quản lạnh Kho bảo quản lạnh có nhiệt độ 3°C Bảng 2.3: Kết cấu buồng bảo quản lạnh (từ xuống dưới) STT Lớp Chiều dày Hệ số dẫn nhiệt � (W/m.K) 0,7 19,64 201 - -38 1,52 201 - 6’ -4,3 5,46 201 - -4,3 5,46 361,2 - -4,3 5,46 195,2 - Tính tốn chu tình Năng suất lạnh riêng khối lượng: q0= h1’-h6= 346,6-201=145,6 kJ/kg Năng suất lạnh riêng thể tích: qv= = = 1040 kJ/m3 Năng suất thải nhiệt bình ngưng: qk= h4-h5’’= 421,3-255,1=166,2 kJ/kg Công nén hạ áp: l1= h2-h1= 392,5-363,8=28,7 kJ/kg Công nén cao áp: l4= h4-h3’=421,3-390,1=31,2 kJ/kg Hệ số lạnh chu trình: = = = 2,177 Tính tốn máy nén Lưu lượng nén qua máy nén hạ áp: m1= = = 0,6782 kg/s= 2441,5 kg/h Lưu lượng nén qua máy nén cao áp: m4= m1 x = 0,6782 x = 0,8812 kg/s= 3172,3 kg/h Thể tích hút thực tế máy nén hạ áp cao áp: Vtt1= v1.m1= 0,14.0,6782= 0,095 m3/s Vtt4= v3’.m4= 0,04.0,8812= 0,035 m3/s Hệ số cấp � �= { - c- ]} = 0,9276 ∆P0=∆Ptg= 0,005÷0,01 Mpa, chọn ∆P0=0,0075Mpa= 0,075 bar m= 0,9÷1,05 máy nén freon, chọn m=1 c- tỉ số thể tích chết, c= 0,03÷0,05, chọn c= 0,04 Thể tích hút lý thuyết hạ áp cao áp: Vlt1= = 0,1021 m3/s = 369 m3/h Vlt4= = 0,0377 m3/s= 136 m3/h Công nén lý thuyết hạ áp cao áp: Ns1= m1 l1= 19,46 kW Ns4= m4 l4= 27,49 kW Hiệu suất thị: ηi= +b.t0= +0,001.(-38)= 0,836 Công suất thị: Ni= = 23,28 kW Sử dụng bitzer softwave để chọn máy nén: Ta chọn máy nén piston nửa kín loại cấp 2x S66F-60.2Y-40P 4.2.2 Bảo quản đơng a, Tính tốn chế độ làm việc máy nén Theo số liệu đề bài, nhiệt độ buồng bảo quản đông tb= -19 °C Nhiệt độ sôi môi chất T0= Tb-∆To= -19-5= -24 °C Nhiệt độ hút máy nén là: Th= T0 + ∆Th = -24+25= °C Từ đó, ta có nhiệt độ sơi mơi chất t0= -24 °C, nhiệt độ ngưng tụ tk= 42,1 °C => áp suất bay áp suất ngưng tụ là: P0= 2,71 bar Pk= 19,64 bar Tỷ số nén tính theo cơng thức: = = = 7,25< b, Lựa chọn chu trình Ta chọn chu trình cấp có hồi nhiệt Điểm 1’: điểm bão hịa có thơng số sau: x1’= P1’= P0= 2,71 bar => h1’= 352,6 kJ/kg Điểm 1: 1’-1 trình nhiệt hút thiết bị hồi nhiệt T1= Th= °C P1= P0=5,9 bar => h1= 371,4 kJ/kg; s1= 1,69 kJ/kgK Điểm 2: 1-2 trình nén đoạn nhiệt từ P0 lên Pk P2= Pk= 19,64 bar s2=s1=1,69 kJ/kgK => h2= 416,6 kJ/kg Điểm 3’: điểm lỏng bão hòa x3’= P3’= 19,64 bar => h3’= 255,1 kJ/kg Điểm 3: h3’ - h3= h1 – h1’ => h3= h3’+ h1’ –h1= 255,1+352,6-371,4=236,2 kJ/kg Điểm 4: điểm cắt P0 h4= h3 => h4= 236,2 kJ/kg STT T °C P bar h kJ/kg ʋ m3/k g 1’ -24 2,71 352,6 - 1 2,71 371,4 0,078 79,4 19,64 416,6 - 3’ 42,1 19,64 255,1 - 28 19,64 236,2 - -24 2,71 236,2 - Tính tốn chu trình Năng suất lạnh riêng khối lượng: q0= h1’-h4= 352,6-236,2= 116,4 kJ/kg Năng suất lạnh riêng thể tích: qv==1492,3 kJ/m3 Năng suất nhiệt riêng ngưng tụ: qk= h2-h3’= 161,5 kJ/kg Công nén riêng: l= h2-h1= 45,2 kJ/kg Hệ số lạnh: = =2,58 Tính tốn máy nén Năng suất thải nhiệt Lưu lượng qua máy nén: m= = 0,4356 kg/s= 1568 kg/h Hệ số �: �= { - c- ]} = 0,965 ∆P0=∆Pk= 0,005÷0,01 Mpa, chọn ∆P0=0,0075Mpa= 0,075 bar m= 0,9÷1,05 máy nén freon, chọn m=1 c- tỉ số thể tích chết, c= 0,03÷0,05, chọn c= 0,04 Thể tích hút thực tế: Vtt= m v= 1568.0,078=122,3 m3/h Thể tích hút lý thuyết: Vlt= = 126,7 m3/h Công suất nén lý thuyết: Ns= m l= 0,4356.45,2= 19,69 kW Sử dụng bitzer softwave để chọn máy nén: Ta chọn máy nén piston kiểu nửa kín 6PE-44Y-40P 4.2.3 Bảo quản lạnh a, Tính tốn chế độ làm việc máy nén Theo số liệu đề bài, nhiệt độ buồng bảo quản đông tb= °C Nhiệt độ sôi môi chất T0= Tb-∆To= 3-5= -2 °C Nhiệt độ hút máy nén là: Th= T0 + ∆Th = -2+25= 23 °C Từ đó, ta có nhiệt độ sơi mơi chất t0= -2 °C, nhiệt độ ngưng tụ tk= 42,1 °C => áp suất bay áp suất ngưng tụ là: P0= 5,9 bar Pk= 19,64 bar Tỷ số nén tính theo công thức: = = =3,32< b, Lựa chọn chu trình Ta lựa chọn chu trình cấp có hồi nhiệt Điểm 1’: điểm bão hịa có thơng số sau: x1’= P1’= P0= 5,9 bar => h1’= 362,1 kJ/kg Điểm 1: 1’-1 trình nhiệt hút thiết bị hồi nhiệt T1= Th= 23 °C P1= P0=5,9 bar => h1= 383 kJ/kg; s1= 1,67 kJ/kgK Điểm 2: 1-2 trình nén đoạn nhiệt từ P0 lên Pk P2= Pk= 19,64 bar s2=s1= 1,67 kJ/kgK => h2= 411,3 kJ/kg Điểm 3’: điểm lỏng bão hòa x3’= P3’= 19,64 bar => h3’= 255,1 kJ/kg Điểm 3: h3’ - h3= h1 – h1’ => h3= h3’+ h1’ –h1= 255,1+362,1-383= 234,2 kJ/kg Điểm 4: điểm cắt P0 h4= h3 => h4= 234,2 kJ/kg STT T °C P bar h kJ/kg ʋ m3/k g 1’ -2 5,9 362,1 - 23 5,9 383 0,038 74,2 19,64 411,3 - 3’ 42,1 19,64 255,1 - 27,2 19,64 234,2 - -24 5,9 234,2 - Tính tốn chu trình Năng suất lạnh riêng khối lượng: q0= h1’-h4= 362,1-234,2= 127,9 kJ/kg Năng suất lạnh riêng thể tích: qv==3366 kJ/m3 Năng suất nhiệt riêng ngưng tụ: qk= h2-h3’= 156,2 kJ/kg Công nén riêng: l= h2-h1= 28,3 kJ/kg Hệ số lạnh: = = 4,52 Tính tốn máy nén Năng suất thải nhiệt Lưu lượng qua máy nén: m= = 0,71 kg/s= 2542 kg/h Hệ số �: �= { - c- ]} = 0,987 ∆P0=∆Pk= 0,005÷0,01 Mpa, chọn ∆P0=0,0075Mpa= 0,075 bar m= 0,9÷1,05 máy nén freon, chọn m=1 c- tỉ số thể tích chết, c= 0,03÷0,05, chọn c= 0,04 Thể tích hút thực tế: Vtt= m v= 2542.0,038=96,6 m3/h Thể tích hút lý thuyết: Vlt= = 97,87 m3/h Công suất nén lý thuyết: Ns= m l= 0,71 28,3= 19,69 kW ... đọng sương 2.4 Tính tốn cách nhiệt cách ẩm cho kho Kết cấu kho phụ thuộc vào nhiều yếu tố: + Nhiệt độ phòng + Tải kho hàng bảo quản + Dung tích kho lạnh Kho lạnh theo u cầu có dung tích lớn (trên... hành diện tích 6x12=72 m2 ‣ Trạm biến áp cung cấp điện cho tồn kho diện tích 6x6= 36 m2 ‣ Kho vật tư chứa thiết bị cho việcvận hành bảo dưỡng kho lạnh chứa dụng cụ, xe máy nâng, … diện tích 6x12=... lạnh Để kết hợp hài hòa yêu cầu cho mặt kho lạnh ta lựa chọn phương án thiết kế sau: ‣ Chọn hành lang rộng 6m để cho xe tơ vào dễ dàng, thuận lợi cho việc nhập xuất kho ‣ Buồng chất tháo tải diện