phần 1 tính toán nhiệt và cơ cho hệ thống lạnh

ĐỊ ÁN TĨT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy 1 Chúng em xin chân thành cám ơn thầy LÊ QUANG HUY cùng tất cả các giáo viên bộ môn đã hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong quá trình hoàn thành đề tài này . Mặc dù đã tham khảo nhiều tài liệu nhưng với tầm nhìn cũng như kinh nghiệm còn hạn hẹp tuy chúng em đã cố gắng nhiều để thực hiện đề tài này trong phạm vi cho phép tuy nhiên không thể tránh được sự sai sót xảy ra rất mong sẽ nhận được sự góp ý phê bình và sữa chữa của quý thầy c ô .Chúng em xin chân thành cám ơn ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy 2 ĐỀ TÀI Tính toán thiết kế kho lạnh cho xí nghiệp chế biến thịt lợn loại thân dạng bánh 0,5kg,xuất khẩu với yêu cầu sau.  Công suất 50tấn /ngày đêm.  Nhiệt độ kho lạnh t f =-18 0 c,môi chất R22.  Địa điểm đặt tại thanh phố hồ chí minh.  hướng bố trí đông ,tây,nam,bắc tuy ý. ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy 3 PHẦN 1 TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ CƠ CHO HỆ THỐNG LẠNH ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy 4 CHƯƠNG 1 I. THIẾT KẾ THỂ TÍCH V À MẶT BẰNG KHO LẠNH Giả sử thịt thăn được đựng trong các ngăn gỗ kích thước 440×310 ×250mm.Mổi chồng xếp cao 8 ngăn,chiều cao chất hang là 4.00m.tiêu chuẩn chất tải là 0,425t/m 3 . Thể tích chất tải là: E =V.g v Trong đó: E là dung tích kho lạnh V:thể tích kho lạnh g v :định mức chất tải thể tích (g v =0,425t/m 3 ) Suy ra thể tích kho lạnh: V = v E g = 50 0,425 =117,6m 3 Chiều cao chất tải: H =5 – (0,35+ 0,2 ) = 4,45 m. Trong đó: 0,35 là khoảng cách treo dàn bay hơi trên trần. 0,2 là khoảng cách từ dàn bay hơi đến sản phẩm Chiều cao tính toán lớn h ơn chiều cao chất tải thực 4m là phù hợp. Diện tích chất tải: F = v h Trong đó : F là diện tích chất tải m 2 . h là chiều cao chất tải m. Suy ra: F = 117,6 4 =29,4 m 2 . Tải trọng trên 1m diện tích buồng: 0,425 .4 =1,7 tấn/m 2 . Nhỏ hơn định mức chất tải cho phép. Nếu lấy diện tích sử dụng diện tích l à β F = 0,7 thì diện tích lạnh cần xây dựng l à: F L = F F  F L : diện tích lạnh cần xây dựng m 2 β F :hệ số sử dung diện tích các buồng chứa. F L = 29,4 0,7 = 42 m 2 . ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy 5 Số lượng buồng lạnh: Z = LF f f :diện tích buồng lạnh quy chuẩn đã chọn xác định.(6m.12m) Z = 42 72 = 0,58 chọn 1 buồng lạnh, mỗi buồng 6х12m,thêm 1 gian máy ,1 buồng phụ trợ,một hành lang ô tô. Dung tích thực tế của kho lạnh sẽ là: E L = E . 'Z Z = 50. 1 0,58 =86,2 tấn. Để có hướng mở rộng kho lạnh gấp đôi chọn mặt bằng xây dựng 30 х24m,có một hành lang rộng 6m ở giữa để các phương tiện bốc xếp cơ giới có thể đi lại dể dàng. Sơ đồ mặt bằng Kho Lạnh Phòng máy Phòng Phụ Buồng Lạnh 1 ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy 6 II. TÍNH TOÁN CÁCH NHI ỆT CÁCH ẪM 1) Tính cách nhiệt tường trần: Chú Thích: 1.Lớp vữa xi măng 2.Tường gạch đỏ 3.Lớp cách ẩm 4.Lớp cách nhiệt 5.lớp vữa trác trên nền lưới thép Cấu trúc xây dựng tường ngoài của kho lạnh như hình trên.Tường gạch dày 380mm,hai mặt bên phủ vữa xi măng dày 20mm,lớp gạch ẩm dày 7mm,lớp cách nhiệt là xốp polystirol,lớp trong cùng là lớp vữa xi măng có lưới thép dày 20mm. Tra bảng ta có: K = 0,21 w/m 2 k α 1 = 23,3 w/m 2 k. α 2 = 8 w/m 2 k Lớp vữa xi măng δ = 0,02 m λ 1 = 0,88 w/mk μ =90g/mh MP Lớp gạch đỏ δ = 0,38 m λ 2 = 0,82 w/mk μ = 105g/mh MP Lớp cách ẩm δ = 0,007 m λ 3 = 0,3 w/mk μ = 0,86g/mh MP Lớp cách nhiệt λ 4 =0,047 w/mk μ = 7,5g/mh MP Lớp vữa trát trên nền lưới thép δ = 0,02 m λ 5 = 0,88w/mk μ = 90g/mh MP Chiều dài cách nhiệt cần thiết được tính theo công thức : δ CN = 1 2 1 1 1 1 n i CN i i k                       = 0,047. 1 1 0,02 0,38 0,007 1 3. 0,21 23,3 0,88 0,82 0,3 8                  = 0,19 m.chọn δ CN = 0,2m. 1 2 3 4 5 ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy 7 Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che: K t = 1 2 1 1 1 1 n i CN i CN i            = 1 1 0,02 0,38 0,007 1 3. 23,3 0,88 0,82 0,3 8     =0,2w/m 2 k. Kiểm tra đọng sương tháng nóng nhất tại TP HCM Với φ = 74% t 1 = 37,3 o C t 2 = 29,5 o C K s = 1 2 1 2 37,3 29,5 0,95. . 0,95.23,3. 3,12 37,3 18 st t t t                    w/m 2 k Thõa mãn vách ngoài không đọng sương. Kiểm tra đọng ẩm cơ cấu cách nhiệt. Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu bao che q = k.Δt = 0,2.(37,3+18) = 11,06w/m 2 . Xác định nhiệt độ trên các lớp vách q = α 1 .( t f1 - t w1 ) t w1 = t 1 = t f1 – q 1 /α 1 = 37,3 – 11,06/23,3 = 36,82 o C.   1 1 2 1 wq t t     t 2 = 2 1 1 . w q t    = 0,02 36,8 11,06 36,56 0,88   o C. 1. 3 2 2 0,38 36,53 11,06 31,43 0,82 q t t        o C. 3 4 2 2 . 0,02 31,21 11,06. 31,17 0,88 q t t        o C. 4. 5 4 4 0,007 30,94 11,06. 30,91 0,3 q t t        o C. 5 6 5 5 . 0,2 30,67 11,06 16,15 0,047 q t t         o C. 6 7 6 6 . 0,02 18,09 11,06. 16,4 0,88 q t t          0 C. 2 7 2 11,46 16,4 17,78 8 f q t t        o C. Kết quả tính toán như vậy là phù hợp với t f2 = - 20 0 C. Tra bảng áp suất hơi bão hòa hơi nước P x” ta có: ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy 8 Bề mặt vách 1 2 3 4 5 6 7 Nhiệt độ o C 36,80 36,56 31,43 31,17 30,91 -16,15 -16,4 Áp suất bão hòa Pa 6213 6127 4604 4535 4468 152 156 Tính phân áp suất thực của hơi nước: Dòng hơi ẫm thẩm thấu qua kết cấu bao che . 1 2h h H      = 4733 99 0,039   0,119g/m 2 /h. P h1, P h2 : Phân áp suất của không khí bên ngoài và trong phòng. P h1 = P x” .(t 1 = 37,3 o C).φ 1 = 6397.0,74 = 4733 Pa. P h2 = P x” .(t = -18 o C).φ 2 = 124.0,80 = 99 Pa. 1 0,02 0,38 0,2 0,007 3. 0,039 90 105 7,5 0,86 m i i H i           m 2 h Mpa/g. Phân áp suất thực trên các bề mặt. 1 2 1 1 0,02 4733 0,119. .10 90 x hP P        6 = 4706Pa. 3 2 0,38 4706 0,119. .10 105 x xP P          6 = 4275Pa. 3 4 3 3 0.02 4275 0.119 .10 90 x xp p        6 = 4248Pa. 5 4 0.007 4248 0.119 .10 0.86 x xp p         6 = 3279Pa. 6 5 0.2 3279 0.119 .10 7.5 x xp p          6 = 105Pa. 7 6 0.02 105 0.019 .10 90 x xp p          6 = 78Pa. phương án này đạt yêu cầu vì tất cả các phân áp suất thực điều nhỏ h ơn phân áp suất bão hòa. 2.Tính mái kho lạnh 22 1 3 4 5 ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy 9 Chiều dài và hệ số dẫn nhiệt của các lớp vật liệu nh ư sau: 1.Lớp phủ mái đồng thời l à lớp cách ẫm. δ 1 = 0,012m. λ 1 = 0,3 w/m.k. 2.Lớp bê tông giằng có cột δ 2 = 0,04m. λ 2 = 1,4 w/m.k. 3.Lớp cách nhiệt điền đầy λ 3 = 0,2w/m.k. 4.Tấm cách nhiệt bằng tấm xốp striropo δ 4 = 0,1m. λ 4 = 0,047w/m.k. 5.Lớp bê tông cốt thép chịu lực δ 5 = 0,22m. λ 5 = 1,5w/m.k. Tra bảng: K = 0,20w/m 2 .k α 1 = 23,3w/m 2 .k. α 2 = 7w/m 2 .k. 1 2 1 1 0.012 0.04 0.05 0.22 1 1 1 1 0,2 0.70 0,20 23,3 0.3 1.4 0.047 1.5 7 1 i cn cn i n m k i                                                           3.Tính nền chịu lực. 1.Lớp nhẳn bằng tấm bê tông. δ 1 = 0,04m λ 1 = 1,4w/m 2 k 2.lớp bê tông. δ 3 = 0,1m λ 2 = 1,4w/m 2 k. 3.Lớp cách nhiệt sõi và đất sét xốp λ 3 = 0,2w/m 2 k. 4.Lớp bê tông có sưởi δ 4 = 0,1m 5.Lớp cách ẩm. 6.Lớp bê tông đá dăm lám kín n ền đất. 7.lớp đất. Tra bảng: k = 0,21w/m 2 k. 1 0,04 0,1 1 0,2. 0,91 . 0,21 1,4 1,4 10,5 cn m                   Chọn δ cn = 1m. III. TÍNH NHIỆT KHO LẠNH. 1 2 3 4 5 6 7 ĐÒ ÁN TÓT NGHI ỆP GVHD: Lê Quang Huy 10 Q = Q 1 +Q 2 +Q 3 +Q 4 +Q 5 .Kw Q 1 :Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che. Q 2 :Dòng nhiệt do sản phẩm tõa ra. Q 3 :Dòng nhiệt do thông gió. Q 4 :Dòng nhiệt do vận hành. Q 5 :Dòng nhiệt do sản phẩm thở. 1. Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che. Q 1 = Q 11 + Q 12 Q 11 : Tổn thất qua tường,trần,nền. Q 12 :Ảnh hưởng của bức xạ mặt trời. Q 11 = k.F.(t f1 – t f2 ) k:Hệ số truyền nhiệt thực qua kết cấu bao che. F:diện tích bề mặt cùa kết cấu bao che. t f1 :nhiệt độ môi trường t f2 :nhiệt độ kho lạnh. k = 0,20m/m 2 k F = (12+6+12+6).6 = 216 m 2 . Tường bao: Q 11tb = 0,20.216.(37,3 + 18) = 2381w. Trần: Q 11t = 0,2.(6.12).55,3 = 796,32w. Nền: Q 11n = 0,21.(6.12).16 = 241w. Tính bức xạ cho tường phía đông. Q 11bxt = 0,21.72.10 = 151,2w. Bức xạ cho mái: Q 11bxm = 0,20.72.19 = 273,6w. Q = 2381 + 796,32+ 241 + 151,2 +273,6 = 3843w. 2. Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra: Q 2 = Q 2s + Q 2b Q 2s :dòng nhiệt do sản phẩm tõa ra. Q 2b :Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra. Giả sử thịt trước khi đưa vao kho lạnh đã được kết đông tới nhiệt độ tâm thịt -8 o C.Khi đưa vào bảo quản lạnhđông thịt sẽ hạ xuống -20 o C. Q 2s = M.(h 1 – h 2 ) 1000 24.3600 M:Lượng hàng nhập tấn/ngày đêm.M = 6.16kg/s. h 1 ,h 2 :entanpy trước và sau khi đưa vào bảo quản lạnh. . . 50.24.1,5 4,93 / 365 365 LE m M kg s     E l :dung tích buồng lạnh.E l = 50 tấn. β:Hệ số quay vòng.β = 24. m:hệ số nhập hàng không đồng đều.m = 1,5. [...]... như sau: ρa = 1, 113 3 kg/dm 3 = 11 13,3kg/m 3 νa = 1, 94 .10 -7 m2/s λa = 0,0766 w/mk μa = 2 ,18 1 .10 -4 Pa.s Với tk = 450C,tra bảng tính chất nhiệt động của R22.ở trảng thái b ão hòa tìm được ẩn nhiệt hóa hơi ra = 16 0 ,12 5 kJ/kg 3 B B di 0,0766 3 .11 13,3 2.9, 81. 160 ,12 5 2 ,18 1 .10 4 g r 4, 012 2 .10 9 0,25 B 0,555 di 1, 91. 109 0,25 6, 611 .10 2 0,25 367 Hệ số tỏa nhiệt về phía lảnh chất R22 khi ng ưng tụ: 21 ĐỊ ÁN TĨT... 5,57 .10 4 m3 / s 11 20 ,1 Tốc độ chuyển lỏng 4.V 4.5,57 .10 4 W= 3,55m / s n .d1' 2 .0, 01 W.d i Trị số Re= v 3,55.0, 01 0 ,14 64 .10 6 272762 1 1 0, 012 0, 0 01 1 6933,37 0, 01 383,8 17 80 =13 55 W/mk chế độ chảy rối N u N4 = 0,0 21. Re 0,8.Pr0,43.εi với ε =1 vì l/di>50 = 0,0 21. 242762 0,8.2, 710 ,43 .1= 665,45 Hệ số tỏa nhiệt phía lỏng q lạnh 32 ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆP Nu di i GVHD: Lê Quang Huy 665, 45.8 ,14 .10 0, 01 2 5 416 ,... lỏng q lạnh ttb 45 40 2 42,50 C Tra phụ lục ta có: ρ = 1, 12 01 kg/l = 11 20,1kg/m 3 λ = 8 ,14 .10 -2 w/mk η = 1, 64 .10 -5 Ns/m 1, 64 .10 5 11 20 ,1 0 ,14 64 .10 6 m 2 / s Pr = 2, 71 Nhiệt độ trung bình của hơi q nhiệt :do hơi vào bình là hơi ẫm và khi đạt x = 0 ,nhiệt độ trung bình khoảng -10 0C.Như vậy ta có: 30 ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆP GVHD: Lê Quang Huy Cp = 0,68 kJ/kg.k λ = 0,00828 w/mk η = 1, 18 10 -5 Ns/m2 ρ = 15 ,29... chọn wa= 1, 1m/s d1 Va 1, 1.0, 016 2,34 .10 7 a Ren 7,5 213 .10 4 > 10 4 Đây là chế độ chạy rối nên 0,8 21. Re 0,8 Prn0,43 l n Nu Thơng thường ống dài nên l/d >50 suy ra ζ l =1 0, 0 21. 75 213 0.8.3, 2 0.43 Nua 275, 7 Hệ số tỏa nhiệt về phía mơi chất R22 a Nua d1 275, 7.0 ,11 3 19 47 w / m 2 k 0, 016 a Hệ số truyền nhiệt được tính về một đơn vị diện tích bề mặt ngồi sẽ là: 1 K Rb ' KK ( RCN 1 1 ) n Rb nhiệt trở... = 548,23.→ t3 = 40oC 1 Các điểm nút của chu trình: Điểm 1 1 1 2 3’ 3 4 o Nhiệt độ C -26 - 21 -1 105 45 40 -26 h,kJ/kg 659, 01 696 704 782 556,23 548,23 548,23 P,bar 1, 92 91 1,92 91 1,92 91 17,286 17 ,286 17 ,286 1, 92 91 3 ν ,m /kg 0 ,16 5 0,022 0,004 2 Năng suất lạnh riêng khối lượng qo = h1’ – h4 = 696 – 548,23 = 14 7,8 kJ/kg 3.Lưu lượng hơi thực tế qua máy nén Qo 9 0,66kg / kJ mtt = qo 14 7,8 4.Năng suất thể... vì ở đây sẻ dẫn đến nhiệt độ cuối tầm nén của mơi chát là rất cao Ta có thể xác định trạng thái số 1 theo kinh nghiệm Độ q nhiệt do van tiết lưu nhiệt là 5oC t1’ – t1” = 5oC.→t1’ = -26 + 5 = -21oC Dộ q nhiệt trong thiết bị hồi nhiệt của hơi hút là:t 1 – t1” = 20oC suy ra t1 = 20 – 21= -1 oC t1 = -1oC → h1 = 704 kg/kJ t1’ = -21oC → h1’ = 696 kg/kJ t3’ = 45oC → h3’ = 556,23 kg/kJ Δh 11 = Δh3’3 → h3 = 548,23.→... 9 KW IV TÍNH TỐN CHU TRÌNH LẠNH VÀ CÁC THIẾT BỊ 1) Tính tốn nhiệt và chọn máy nén Mơi chất sử dụng trong hệ thống là R22 Nhiệt độ ngưng tụ tk :Ta chọn dàn ngưng giải nhiệt nằng gió nên nhiệt độ ngưng tụ sẻ được chọn cao hơn nhiệt độ trung bình của mơi trường 10 15 oC.tk = 45oC Nhiệt độ bay hơi to: to = tb - Δto tb :Nhiệt độ buồng lạnh Δto: hiệu nhiệt độ u cầu.( 8 13 oC).lấy Δto = 10 oC to = -18 – 8... chuyển động trong ống xoắn, hệ số tỏa nhiệt thực có hiệu chỉnh như sau lt l l (1 1,8 x di ) Rtb Rtb bán kính uốn cong trung bình của 2 cuộn ống xoắn Rtb=(0 ,12 7 + 0, 013 + 0 ,15 4 + 0 ,13 )/8=0,06425 => lt= 1. 1,28 = 5 416 ,7 1, 28 =6933,37 Hệ số truyền nhiệt quy đổi theo bề mặt ngo ài Ka = 1 1 da lt d i = 0,001m; 1 lt =383,8 W/mk là chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của vách ống đồng hiệu nhiệt độ trung b ình logarit... 10 00 = 1, 723 kw 24.3600 10 00 Q2b = Mb Cb (t2 – t1) kw 24.3600 Mb:lượng bao bì nhập cùng sản phẩm.chọn bao bì cactong bằng 10 % lượng hàng nhập.Mb = 2,464 kg/s Cb :nhiệt dung riêng bao bì.Cb = 1, 46 kj /kg.k 10 00 Q2b = 2,464 .1, 46.(-8 +18 ) = 0, 416 3kw 24.3600 Q2 = 1, 723 +0, 416 3 = 213 9,3 w 3 Các dòng nhiệt vận hành: Q4 = Q 41 +Q42 + Q43 +q44 Dòng nhiệt do chiếu sáng: Q 41 = F.H = (6 .12 ) 1, 2 = 86,4w Dòng nhiệt. .. 0 ζ = 1 + 2880 ' k d1 d 2 t1 t2 1 2880 (0, 448 .10 3 0,369 .10 3 ) 16 20 1. 0568 52, 6 .1, 0568 55, 6W / m 2k Trong tính tốn thiết kế nhiệt độ mơi chất vào - 300 C ta tìm được thơng số vật lí R22 như sau Pa' CPa 18 31kg / m 3 1, 116 kJ / kg.k 28 ĐỊ ÁN TĨT NGHIỆP GVHD: Lê Quang Huy 0 ,11 30 w/m.k a va 2,34 .10 7 m2 / s Pra 3, 2 Mơi chất chuyển động trong dàn ống , khi thiết kế thường chọn khoảng w a=0,8 1, 8 m/s . = 216 m 2 . Tường bao: Q 11 tb = 0,20. 216 .(37,3 + 18 ) = 2381w. Trần: Q 11 t = 0,2.(6 .12 ).55,3 = 796,32w. Nền: Q 11 n = 0, 21. (6 .12 ) .16 = 241w. Tính bức xạ cho tường phía đông. Q 11 bxt = 0, 21. 72 .10 . 36,82 o C.   1 1 2 1 wq t t     t 2 = 2 1 1 . w q t    = 0,02 36,8 11 ,06 36,56 0,88   o C. 1. 3 2 2 0,38 36,53 11 ,06 31, 43 0,82 q t t        o C. 3 4 2 2 . 0,02 31, 21 11, 06. 31, 17 0,88 q t. nhiệt. Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu bao che q = k.Δt = 0,2.(37,3 +18 ) = 11 ,06w/m 2 . Xác định nhiệt độ trên các lớp vách q = α 1 .( t f1 - t w1 ) t w1 = t 1 = t f1 – q 1 /α 1 = 37,3 – 11 ,06/23,3 =