Thiết kế kho lạnh bảo quản thịt lợn đông lạnh sử dụng môi chất NH3

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cám ơn Th.S Hồ Hữu Phùng tận tình hướng dẫn em bạn nhóm suốt thời gian thực đồ án Nhờ bảo hướng dẫn tận tình thầy mà em thêm phần hiểu bước thực hoàn thiện tốt đồ án Nếu khơng có hướng dẫn bảo tận tình thầy đồ án em khó hồn thành cách chọn vẹn Một lần nữa, em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cám đoan đồ án tơi tự tính tốn, thiết kế nghiên cứu hướng dẫn thầy giáo Th.S Hồ Hữu Phùng Để hồn thành đồ án này, tơi sử dụng tài liệu ghi mục tài liệu tham khảo phần Phụ Lục Ngồi khơng sử dụng tài liệu khơng ghi Nếu sai tơi xin chịu hình thức kỷ luật theo quy định Sinh viên thực Nguyễn Trường Nam MỞ ĐẦU Kỹ thuật lạnh đời hàng trăm năm sử dụng rộng rãi nhiều ngành kỹ thuật khác nhau: công nghiệp chế biến bảo quản thực phẩm, công nghiệp hố chất, cơng nghiệp rượu, bia, sinh học, đo lường tự động, kỹ thuật sấy nhiệt độ thấp, xây dựng, công nghiệp dầu mỏ, chế tạo vật liệu, dụng cụ, thiết kế chế tạo máy, xử lý hạt giống, y học, thể thao, đời sống vv Ngày ngành kỹ thuật lạnh phát triển mạnh mẽ, sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, phạm vi ngày mở rộng trở thành ngành kỹ thuật vô quan trọng, thiếu đời sống kỹ thuật tất nước Chính mà sinh viên ngành “Máy & Thiết bị nhiệt lạnh” Viện KH&CN Nhiệt Lạnh, trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội nhà trường trang bị kiến thức kỹ thuật lạnh Đồ án môn học cách trang bị kiến thức tốt cho sinh viên kì học chúng em làm đồ án môn học kỹ thuật lạnh Đề tài em đồ án môn học “Thiết kế kho lạnh bảo quản thịt lợn đông lạnh sử dụng mơi chất NH3” Do kiến thức cịn hạn chế nên đồ án tránh khỏi sai sót Em mong nhận góp ý thầy cô giáo tất bạn để đồ án thêm hoàn thiện CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH SỐ LƯỢNG VÀ KÍCH THƯỚC CÁC BUỒNG LẠNH CỦA KHO LẠNH 1.1 Buồng bảo quản lạnh đơng 1.1.1 Tính tốn thể tích kho bảo quản lạnh đông Áp dụng công thức: E = V gv (1.1) Trong đó: E – Dung tích kho lạnh, t; V – thể tích kho lạnh, m3; gv – định mức chất tải thể tích, t/m3 Sản phẩm cần bảo quản thịt lợn, tra bảng 2-4 tài liệu [1], ta có : gv = 0,45 (t/m3) Kết hợp với liệu từ đề cho E = 1500 t, ta tính thể tích kho bảo quản lạnh đơng: V = = = 3333,33 m3 1.1.2 Diện tích chất tải buồng bảo quản lạnh đông Áp dụng công thức: F= (1.2) Trong đó: F – Diện tích chất tải diện tích hàng chiếm trực tiếp, m2 ; h – Chiều cao chất tải, m Ta chọn h = m Diện tích chất tải buồng bảo quản lạnh đông: F= = = 833,33 m2 1.1.3 Tải trọng buồng 0,45.4 = 1,8 t/ nhỏ tải trọng lớn cho phép 1.1.4 Xác định diện tích lạnh cần xây dựng Áp dụng cơng thức = (1.3) Trong đó: hệ số sử dụng diện tích buồng chứa , tra bảng 2-5 tài liệu [1] với F lớn 400 chọn = 0,85 Diện tích lạnh cần xây dựng là: = = = 980,4 1.1.5 Số lượng buồng lạnh Từ diện tích lạnh cần xây dựng F = 980,4 m2, ta chọn kích thước buồng bảo quản lạnh đơng sau: • Buồng bảo quản đơng kích thước 6x12: buồng • Buồng bảo quản đơng kích thước 12x12: buồng Tổng diện tích lạnh: F2 = 6x72 + 4x144 = 1008 m2 Ta thấy F2 chênh lệch không lớn so với F nên ta chọn cách bố trí cho buồng bảo quản lạnh đơng 1.2 Bảo quản lạnh 1.2.1 Dung tích buồng bảo quản lạnh Ta áp dụng công thức 1.1 Sản phẩm thịt lợn , tra bảng 2-4 tài liệu [1], ta có : = 0,45 t/ Kết hợp với liệu đề cho E = 135 t, ta tính thể tích buồng bảo quản lạnh: V= = = 333,33 1.2.2 Diện tích chất tải Áp dụng cơng thức 1.2 Với h = 4m Diện tích chất tải buồng bảo quản lạnh là: F = = 83,33 1.2.3 Tải trọng buồng 0,45.4 = 1,8 t/ 1.2.4 Xác định diện tích lạnh cần xây dựng Diện tích lạnh cần xây dựng tính theo cơng thức 1.3 Trong đó: hệ số sử dụng diện tích buồng chứa , tra bảng 2-5 tài liệu [1], chọn = 0,75 Diện tích lạnh cần xây dựng buồng bảo quản lạnh là: = = = 111,1 1.2.5 Số lượng buồng lạnh Áp dụng công thức: Z= (1.4) Với f = 108 Số buồng bảo quản lạnh cần xây dựng là: Z = = 1,03 Có thể chọn số buồng lạnh Z = với diện tích x 12 m 1.3 Buồng kết đông 1.3.1 Xác định diện tích lạnh cần xây dựng buồng kết đơng Áp dụng cơng thức : = k (1.5) Trong đó: M – Công suất buồng lạnh buồng kết đông ( làm lạnh đơng), t/24h; T – Thời gian hồn thành mẻ sản phẩm bao gồm thời gian xử lý lạnh, chất tải, tháo tải, phá băng cho dàn lạnh, h; g1 – Tiêu chuẩn chất tải m chiều dài giá treo, t/m; k – Hệ số tính chuyển từ tiêu chuẩn chất tải m chiều dài m diện tích cần xây dựng; k = 1,2 Từ ta tính diện tích lạnh cần xây dựng buồng làm lạnh đông theo công thức 1.5: = 1,2 = 76,8 1.3.2 Số lượng buồng kết đông Áp dụng công thức 1.4 với f =84 , ta có: Số buồng quy chuẩn là: Z = = 0,91 Vậy chọn buồng kết đơng có diện tích x 12 m CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN PANEL VÀ KIỂM TRA CÁC THƠNG SỐ 2.1 Chọn panel 2.1.1 Tổng quát Panel Cấu tạo Panel gồm: • bề mặt bên ngồi panel phủ lớp vật liệu hoàn toàn cách ẩm có tuổi thọ độ bền cao Những vật liệu thông dụng là: + Tôn mạ màu ( colorbond steel sheet ): Độ dày từ 0,5 mm đến 0,7 mm + Tôn phủ lớp PVC ( PVC coated steel sheet ): Độ dày từ 0,6mm + Tôn inox ( stainless steel sheet ): Độ dày từ 0,5 mm đến 1,2 mm • Vật liệu cách nhiệt polyurethan phun Khối lượng riêng 38 42 kg/m 3, cường độ chịu nén 0,2 đến 0,2 MPa, tỷ lệ điền đầy bọt panel 95%, chất tạo bọt R141B không phá hủy tầng ôzôn Bảng 2.1: Độ dày Panel theo nhiệt độ ( Theo tài liệu [1] ) STT Chiều dày, mm 50 75 100 125 Hệ số truyền nhiệt K, W/m2K 0,43 0,3 0,22 0,18 150 0,15 175 200 0,13 0,11 Ứng dụng Phịng có nhiệt độ 20oC Kho lạnh có nhiệt độ đến oC Kho lạnh có nhiệt độ -18oC Kho lạnh có nhiệt độ từ -20 đến -25oC Kho lạnh có nhiệt độ từ -25 đến -30oC Kho lạnh có nhiệt độ đến -35 oC Kho lạnh đông sâu đến -60 oC Từ bảng kết hợp với tìm hiểu thực tế, ta chọn panel cho kho lạnh panel công ty TST Chi tiết thơng số kích thước, màu sắc, hệ số dẫn nhiệt,…xem thêm phụ lục [I] Các thông số nhiệt độ buồng kho lạnh + Buồng kết đông : Nhiệt độ -39oC + Buồng bảo quản đông : Nhiệt độ -21oC + Buồng bảo quản lạnh : Nhiệt độ oC 2.1.2 Chọn độ dày Panel cho buồng bảo quản đông ( nhiệt độ -21oC) Nhiệt độ phòng là: -21oC Dựa vào phụ lục I ta chọn độ dày panel ứng với nhiệt độ phòng là: CN = 125 (mm) Chọn vật liệu phủ bề mặt bên ngồi panel tơn mạ màu: Độ dày 0,5mm Độ dày lớp vật liệu cách nhiệt polyurethan là: PU = 125 – = 124 mm = 0,124 m 2.1.3 Chọn độ dày Panel cho buồng bảo quản lạnh ( nhiệt độ oC ) Nhiệt độ phòng là: 6oC Dựa vào phụ lục I ta chọn độ dày panel ứng với nhiệt độ phòng là: CN = 50 (mm) Chọn vật liệu phủ bề mặt bên ngồi panel tơn mạ màu: Độ dày 0,5mm Độ dày lớp vật liệu cách nhiệt polyurethan là: PU = 50 – = 49 mm = 0,049 m 2.1.4 Chọn độ dày Panel cho buồng kết đơng ( nhiệt độ -39 oC ) Nhiệt độ phịng là: -39oC Dựa vào phụ lục I ta chọn độ dày panel ứng với nhiệt độ phòng là: CN = 150 (mm) Chọn vật liệu phủ bề mặt bên ngồi panel tơn mạ màu: Độ dày 0,5mm Độ dày lớp vật liệu cách nhiệt polyurethan là: PU = 150 – = 149 mm = 0,149 m 10 * Buồng bảo quản đơng 5: Theo tính tốn chương chương 4, ta có số liệu sau: • Năng suất lạnh: Qo = 12363.3W = 12,4 kW • Nhiệt độ sơi mơi chất: t0 = - 31 oC • Nhiệt độ buồng bảo quản đông: tb = -21oC Sử dụng phần mềm Guntner ta chọn cho buồng bảo quản đông dàn bay sau: Hình 5.6: Các thơng số dàn lạnh chọn cho buồng bảo quản đông theo phần mềm Guntner 59 * Buồng bảo quản đông 10: Theo tính tốn chương chương 4, ta có số liệu sau: • Năng suất lạnh: Qo = 14330,2W = 14,3kW • Nhiệt độ sơi mơi chất: t0 = - 31 oC • Nhiệt độ buồng bảo quản đông: tb = -21oC Sử dụng phần mềm Guntner ta chọn cho buồng bảo quản đông 10 dàn bay sau: Hình 5.7: Các thơng số dàn lạnh chọn cho buồng bảo quản đông 10 theo phần mềm Guntner III – Thiệt bị phụ a) Tính chọn tháp giải nhiệt Nhiêt thải ngưng tụ toàn kho lạnh là: 60 Qk = 306,9 kW = 214309 kcal/h Lưu lượng nước làm mát: Vn = , m3/s Trong đó: Qk – Tải nhiệt thiết bị ngưng tụ, kW C – Nhiệt dung riêng nước làm mát, C = 4,186 kJ/kg.K p – Khối lượng riêng nước, p = 1000 kg/m3 Δtw – Độ tăng nhiệt độ tháp giải nhiệt, Δtw = tw2 - tw1 = 37 - 32 = K Vậy: Vn = = 0,015 ( m3/s) = 52,3 ( m3/h) Mặt khác ta có: Nhiệt độ trung bình tháng mùa hè Hà Nội là: t = 37,8 oC ϕ = 53,4 % Từ thông số ( t , ϕ ) tra tư = 29 oC Mặt khác: Nhiệt độ nước vào bình ngưng chọn: tw1 = 32 oC Nhiệt độ nước khỏi bình ngưng chọn: tw2 = 37oC Nhiệt độ ngưng tụ : tk = 42 oC Ta có: Δt1 = tw2 - tw1 = 37 – 32 = Δt2 = tw1 - tư = 32 – 29 = Dựa vào thông số Δt1, Δt2 Vn, ta chọn tháp giải nhiệt hãng Cool Green sau: 61 Bảng 5.2: Thông số tháp giải nhiệt Δt1(oC) Δt2(oC) tư Mã hiệu 29 80F Vn (m3/h) 62,4 Hình 5.8 : Một số thông số tháp giải nhiệt 62 Hình 5.9 : Hình dạng tháp giải nhiệt b) Bình tách dầu Amoniăc mơi chất khơng hịa tan dầu bơi trơn nên cần sử dụng bình tách dầu Bình tách dầu dùng để tách dầu khỏi mơi chất để khơng vào thiết bị trao đổi nhiệt bay ngưng tụ Từ máy nén dầu bị theo môi chất dạng bụi dầu, nhiệt độ 80 đến 150oC dầu bị hóa phần (từ đến 30%) Bình tách dầu làm việc theo nhiều nguyên lý thay đổi hướng tốc độ chuyển động, nhờ khối lượng riêng bụi dầu môi chất khác nhau, làm mát để ngưng tụ dầu… Việc chọn bình tách dầu vào đường ống đẩy môi chất khỏi máy nén * Với buồng kết đông Đường kính ống đẩy mơi chất khỏi máy nén cao áp : d = = = 0,025 m Theo tài liệu [1], ta chọn bình tách dầu 30 – MO * Với Buồng bảo quản lạnh Đường kính ống đẩy môi chất khỏi máy nén : d = = = 0,01 m Theo tài liệu [1], ta chọn bình tách dầu 15 – MO * Với Buồng bảo quản đơng Đường kính ống đẩy mơi chất khỏi máy nén cao áp : d = = = 0,029 m Theo tài liệu [1], ta chọn bình tách dầu 30 – MO c) Chọn van tiết lưu * Với buồng kết đơng: Ta có: • Qo = 77,2 kW 63 • Nhiệt độ sơi mơi chất: t0 = -49oC • Nhiệt độ ngưng tụ mơi chất: tk = 42 oC • Δql = Δqn = 5oC Sử dụng phần mềm chọn van tiết lưu Danfoss, ta chọn van tiết lưu phù hợp: Hình 5.10: Van tiết lưu tay lựa chọn từ phần mềm hãng Danfoss Hình 5.11: Thơng số Van tiết lưu tay REG 15-A angle * Với buồng bảo quản lạnh: Ta có: Qo = 16,4 kW • Nhiệt độ sơi mơi chất: t0 = -4oC • Nhiệt độ ngưng tụ môi chất: tk = 42 oC • Δql = Δqn = oC • Sử dụng phần mềm chọn van tiết lưu Danfoss, ta chọn van tiết lưu phù hợp: 64 Hình 5.12: Van tiết lưu tay lựa chọn từ phần mềm hãng Danfoss Hình 5.13: Thơng số Van tiết lưu tay REG 10-A angle * Với buồng bảo quản đông: Ta có: • • • • Qo = 119,3 kW Nhiệt độ sôi môi chất: t0 = -31oC Nhiệt độ ngưng tụ môi chất: tk = 42 oC Δql = Δqn = oC Sử dụng phần mềm chọn van tiết lưu Danfoss, ta chọn van tiết lưu phù hợp: Hình 5.14: Van tiết lưu tay lựa chọn từ phần mềm hãng Danfoss 65 Hình 5.15: Thông số Van tiết lưu tay REG 15-A angle d) Bình chứa dầu Bình chứa dầu dung để gom dầu từ bình tách dầu, từ bầu dầu thiết bị bình chứa cao áp, bình chứa tuần hồn bình trung gian… Dầu xả bình chênh lệch áp suất, áp suất bình hút giảm xuống mở van đường nối với ống hút Khi xả dầu áp suất bình phép cao áp suất khí chút Áp suất cho phép cao bình 1,8MPa, nhiệt độ từ -40 ÷ 150 C Theo bảng 8-20 tài liệu [1] ta chọn bình chưa dầu sau : Bình chứa dầu 150CM Kích thước mm DxS B H 159 x 4,5 600 770 Thể tích bình Khối lượng kg 0,008 18,5 e) Bình trung gian Bình trung gian sử dụng máy lạnh hai nhiều cấp Bình trung gian để làm mát môi chất sau nén cấp áp thấp để lạnh lỏng môi chất trước vào van tiết lưu cách bay phần lỏng áp suất nhiệt độ trung gian Ưu điểm bình trung gian có ống xoắn dầu máy nén cấp thấp không vào tuyến lỏng để vào thiết bị bay hơi, tạo lớp bẩn bề mặt thiết bị bay phía mơi chất Bình trung gian chọn theo đường kính ống hút máy nén cấp cao 66 * Buồng kết đơng Đường kính ống hút vào máy nén cao áp : d = = = 0,053 m *Buồng bảo quản đơng Đường kính ống hút vào máy nén : d = = = 0,052 m Theo bảng 8-19 tài liệu [1 ], ta chọn bình sau : 67 Bảng 5.4: Thơng số bình trung gian lựa chọn Kích thước mm Bình trung gian DxS D H 60ПC3 600 x 150 280 Diện tích bề mặt ống soắn, m2 4,3 Thể tích bình , m3 Khối lượng kg 0,67 570 f) Bình chứa cao áp Bình chứa cao áp vừa dùng để chứa mơi chất lỏng sau bình ngưng ,vừa dự trữ lỏng để cấp ổn định liên tục cho dàn bay hơi,vừa để giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt bình ngưng Hệ thống khơng dùng bơm cấp môi chất nên cấp lỏng từ xuống Sức chứa bình chứa cao áp tính theo cơng thức : VCA = 0,6 1,2.VBH = 0,72.VBH Trong : VCA – Thể tích bình chứa cao áp VBH – Tổng thể tích hệ thống bay 1,2 – hệ số an tồn * Tính với buồng bảo quản đơng: Theo tính tốn phần thiết bị bay ta tích chứa NH dàn bay phòng 190,5 l = 0,1905 m3 Theo cơng thức ta có: VCA = 0,72.Vd = 0,72.0,1905 = 0,137 m3 * Tính với cho buồng bảo quản lạnh : Theo tính tốn phần thiết bị bay ta tích chứa NH dàn bay phòng 21,8 l = 0,0218 m3 Theo cơng thức ta có: VCA = 0,72.Vd = 0,72.0,0218 = 0,016 m3 68 * Tính với buồng kết đơng kết đơng : Theo tính tốn phần thiết bị bay ta tích chứa NH dàn bay phịng là: 108 l = 0,108 m3 Theo cơng thức ta có: VCA = 0,72.Vd = 0,72.0,108 = 0,078 m3 Theo bảng 8-17: ta chọn bình chứa cao áp nằm ngang ΣVCA = VCABQD + VCABQL + VCABKD = 0,137+ 0,016 + 0,078 = 0,231 m3 Chọn bình chứa cao áp cho hệ thống kho lạnh với thông số bảng sau: Bảng 5.5: Thông số bình chứa cao áp kho lạnh: Loại bình Kích thước,mm DxS 426 x 10 0,4PB L 3620 H 570 Dung tích, m3 Khối lượng, kg 0,4 410 g) Bình chứa tuần hồn Bình chứa tuần hồn lắp đặt phía hạ áp hệ thống có bơm tuần hồn , dùng để chứa lỏng hạ áp trước bơm lên dàn Sức chứa khơng nhỏ 30% tồn thể tích mơi chất lạnh dàn bay Chọn bình chứa tuần hồn đặt đứng Thể tích bình tuần hồn tính theo bảng 8-16 tài liệu [1] VTH = ( Vdt.k1 + Vdq.k2 ).k3.k4.k5.k6.k7, m3 ( 5.2 ) Trong : Vdt – thể tích dàn tĩnh ( khơng sử dụng ) Vdq – thể tích dàn quạt Hệ thống khơng có bơm k2 – Sự điền đầy dàn quạt lấy k2 = 0,7 69 k3 – Lượng lỏng tràn khỏi dàn , k3 = 0,3 k4 – Sức chứa ống góp đường ống , k4 = 1,1 k5 – Sự điền đầy lỏng bình chứa làm việc để đảm bảo bơm hoạt động , k = 1,2 k6 – Mức lỏng cho phép bình chứa đặt đứng , k6 = 1,45 k7 – hệ số an toàn , k7 = 1,2 Bảng 5.6: Thơng số bình chứa tuần hồn Buồng Thể tích dàn, m3 Thể tích bình chứa tuần hoàn, m3 BQL BQĐ BKĐ 0,016 0,137 0,078 0,0077 0,0663 0,0378 h) Bình thu hồi Bình chứa thu hồi dùng để chứa chất lỏng xả từ dàn bay tiến hành phá băng nóng Chọn bình chứa thu hồi nằm ngang Theo công thức 8-16 tài liệu [1] có: VT= 1.5 Vdq = 1.5 0,231 = 0.347 m3 i) Các thiết bị khác Van chiều: theo quy định an toàn máy lạnh phải lắp van chiều đường đẩy máy nén, ngồi cịn lắp van chiều chung cho toàn hệ thống trước thiết bị ngưng tụ 70 Van an toàn: khác van chiều chỗ hiệu áp suất đầu vào đầu phải đạt số định van mở, van an tồn bố trí thiết bị có áp suất cao chứa nhiều môi chất lỏng thiết bị ngưng tụ , bình chứa … để đề phịng áp suất vượt q mức quy định Áp kế : dùng để đo áp suất môi chất đường ống ,thiết bị áp kế lắp đường hútvà đường đẩy máy nén, bình ngưng bình chứa 71 PHỤ LỤC Phụ lục I 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đức Lợi Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh Nhà xuất Khoa Học Kĩ Thuật Hà Nội năm 2011 Nguyễn Đức Lợi Máy thiết bị lạnh Nhà xuất giáo dục Việt Nam Hà Nội năm 2014 73 ... Buồng kết đông 150 Buồng bảo quản đông 125 Buồng bảo quản lạnh 50 2.3 Cấu tạo kho lạnh Kết cấu kho lạnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: + Nhiệt độ phòng lạnh; + Tải trọng kho hàng bảo quản; +... sinh viên kì học chúng em làm đồ án môn học kỹ thuật lạnh Đề tài em đồ án môn học ? ?Thiết kế kho lạnh bảo quản thịt lợn đông lạnh sử dụng môi chất NH3? ?? Do kiến thức hạn chế nên đồ án khơng thể tránh... BUỒNG LẠNH CỦA KHO LẠNH 1.1 Buồng bảo quản lạnh đơng 1.1.1 Tính tốn thể tích kho bảo quản lạnh đơng Áp dụng cơng thức: E = V gv (1.1) Trong đó: E – Dung tích kho lạnh, t; V – thể tích kho lạnh,