TỔNG QUAN
Nguyên liệu
Nước ta nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa nóng ẩm quanh năm lại có bờ biển dài hơn
3000 km, bờ biển từ Móng Cái đến Hà Tiên trải qua 13 vĩ độ từ 80 o Bắc đến 21 o Bắc Diện tích vùng nội thủy và lãnh hải của Việt Nam rộng 226.000 km 2 và vùng biển đặc quyền kinh tế trên 1.000.000 km 2 rộng gấp 3 lần diện tích đất liền
Tôm sú thuộc lớp giáp xác, có tên khoa học là: Penaeus, Monodon, Fabricius, bộ 10 chân, là loại hải sản có giá trị xuất khẩu hàng đầu Việt Nam
Bên cạnh sản lượng tôm khai thác tự nhiên, sản lượng tôm nuôi của nước ta cũng tăng lên nhanh chóng, trong đó tôm sú nuôi hiện nay đứng vị trí hàng đầu trên Thế giới Nghề nuôi tôm ở Việt Nam đã và đang phát triển mạnh và mang lại hiệu quả kinh tế lớn đối với xuất khẩu thủy sản ở nước ta Ngoài tôm sú được nuôi phổ biến, tôm chân trắng cũng đã được bắt đầu thử nghiệm nuôi để tạo them sự đa dạng phục vụ nhu cầu xuất khẩu và tiêu thụ nội đị
Vùng khai thác nguyên liệu
Trong suốt 2 thập niên qua, nghề nuôi tôm đã tạo sinh kế và xóa đói giảm nghèo cho nhiều dân cư vùng Duyên hải miền Trung, đồng thời góp một phần đáng kể vào thị trường xuất khẩu thủy sản Thời điểm cực thịnh (2000), diện tích ao nuôi tôm sú cuất khẩu của các tỉnh miền Trung khoảng 50.000 ha; dẫn đầu là Khánh Hòa (4.800 ha), các tỉnh Quảng Nam, Bình Định, Phú Yên, Ninh Thuận…có từ 2.100 – 2.700 ha/tỉnh Không chỉ khai hoang đầm, phá…ven biển để nuôi tôm nước lợ, nhiều địa phương còn phát triển nuôi tôm nước ngọt hoặc nuôi tôm trên cát Suốt dọc bờ biển Việt Nam nơi nào cũng bắt gặp các loài tôm thuộc các họ tôm có giá trị kinh tế và xuất khẩu cao, song tùy theo thời gian, địa hình biển, thời tiết và các đối tượng đánh bắt khác nhau, hình thành các khu vực đánh bắt chủ yếu:
Ven bờ phía Tây Vịnh Bắc Bộ: tập trung nhiều nhất ở Quảng Ninh và Hải Phòng
Vùng biển Nam Thanh Hóa – Bắc Nghệ An: là bãi tôm quan trọng thứ 2 của ven bờ phía Tây Vịnh Bắc Bộ, chạy từ lạch Ghép đến lạch Quèn và bãi tôm vịnh Diễn Châu
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 2
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Vùng biển Nam Hà Tĩnh: bãi tôm Cửa Hội – Cửa Sét, sản lượng không cao và mùa vụ khai thác ngắn
Vùng biển miền Trung: do đặc điểm đại hình thềm lục địa có độ dốc lớn, dòng chảy mạnh, ít thuận lợi cho việc nuôi tôm Các bãi tôm ở khu vực này nhỏ, hẹp, nằm sát bờ biển và trong các vùng vịnh kín Từ Bình Trị Thiên đến Ninh Thuận – Bình Thuận, ngoài các bãi tôm nhỏ ven bờ trong khu vực này, còn có nguồn lợi tôm hùm khá phong phú Ngoài ra, ở biển miền Trung còn có những khu vực khai thác tôm quan trọng nữa là vùng Đông Bắc – Đông Nam Cù Lao Thu, chủ yếu ở độ sâu 180-250m nước và khu vực ngoài khơi Quảng Ngãi – Bình Định ở độ sâu đánh lưới 80-100m
Vùng biển Nam Bộ: vùng bờ phía Đông có bãi tôm Nam Vũng Tàu, từ Gò Công đến Vĩnh Hào, trọng điểm là cửa hàng Trung Hầu đến cửa Định An Khu vực Đông Nam mũi Cà Mau là ngư trường tôm của tỉnh Minh Hải
Vùng biển gần bờ phía Tây (Vịnh Thái Lan): nguồn lợi kém hơn cùng phía Đông, ở đây có 2 bãi tôm quan trọng nhất là bãi tôm Ông Đốc – Hòn Chuối, tạo ra một khu vực khai thác rộng lớn cho vùng phía Tây tỉnh Minh Hải Bãi tôm Anh Đông – Minh Du chạy suốt từ Tây Nam quần đảo Nam Du đến Đông Nam An Thới về phía Tây Bắc hòn Sơn Rái
1.1.2 Tình hình nuôi tôm sú ở nước ta
Bờ biển Việt Nam trải dài 3.260 km suốt từ Bắc vào Nam là tiềm năng to lớn cho nuôi trồng thủy sản nước mặn và lợ Diện tích nuôi tôm gia tăng nhanh chóng từ 50.000 ha năm 1985 lên đến 295.000 ha năm 1998 với 30 tỉnh có nuôi tôm sú ( Bộ thủy sản 2013) a Miền Bắc
Miền Bắc nước ta có những điều kiện khí hậu khắc nghiệt đối với nuôi tôm sú: mùa đông lạnh làm cho nhiệt độ của nước thấp hơn 20 0 C nằm ngoài khoảng thích nghi của tôm sú (22 –
35 0 C); nhiệt độ giữa các mùa lại có sự biến động khá lớn Tôm sú được nuôi thử nghiệm lần đầu tiên vào năm 1989 tại Hải Phòng, nhưng hiệu quả đạt rất thấp Hiện nay, nuôi quảng canh cải tiến và bán thâm canh đã làm cho năng suất tăng lên
Năm 1999, tổng diện tích nuôi tôm sú ở miền Bắc là 39.429 ha, gồm:
Bảng 1.1 Diện tích nuôi tôm sú ở miền Bắc (năm 2013)
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 3
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP b Khu vực miền Trung
Miền Trung có mực nước ven bờ sâu, nề đáy cát và có ít song lớn, nước biển trong và ít bị ô nhiễm, các chỉ tiêu thủy, lí hóa thuận lợi cho sản xuất giống tôm sú nuôi
Tỉnh Khánh Hòa là trọng điểm sản xuất tôm sú giống Năm 1998, toàn quốc sản xuất 2.200 triệu tôm giống thì riêng Khánh Hòa cung cấp 1.660 triệu con
Miền trung là khu vực đi đầu trong lĩnh vực phát triển công nghệ nuôi tôm ở nước ta Năm
1995, năng suất tôm nuôi trung bình mới đạt 415 – 1144 kg/ha/năm Năm 1996, một số mô hình nuôi công nghiệp ở Ninh Hòa, Nha Trang và Cam Ranh theo công nghệ của CP (Thái Lan) đã đạt được năng suất trên 5 tấn/ha/vụ
Năm 1997, mô hình nuôi công nghiệp của Thái Lan cũng đã được thử nghiệm thành công tại Ninh Thuận, Bình Thuận và đang có xu hướng nhân rộng ở khu vực miền Trung
Nuôi tôm sú bán công nghiệp đã được hầu hết các hộ nuôi tôm áp dụng năm 1997, ở huyện Tuy An tỉnh Phú Yên, đạt năng suất bình quân toàn huyện là 1128 kg/ha, năng suất dao động từ
520 kg/ha đến 2500 kg/ha, cá biệt có hộ đạt > 3000 kg/ha
Mùa vụ nuôi tôm thuận lợi nất ở miền Trung là từ cuối tháng 4 đến đầu tháng 5 và kết thúc vào tháng 10 dương lịch
Năm 2009, tổng diện tích nuôi tôm sú ở miền Trung là 12.530 ha, gồm:
Bảng 1.2 Diện tích nuôi tôm sú ở miền Trung (năm 2013)
Thừa Thiên Huế 1296 Đà Nẵng 140
Bình Thuận 1150 c Khu vực phía Nam
Miền Nam có điều kiện thời tiết khí hậu và thổ nhưỡng thuận lợi cho việc phát triển nuôi tôm sú
Cà Mau và Bạc Liêu (tỉnh Minh Hải cũ) có diện tích nuôi tôm lớn nhất cả nước (150.000 ha)
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 4
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Bắt đầu từ năm 1980, hình thức nuôi chủ yếu là quảng canh, quảng canh cải tiến
Nuôi tôm quảng canh, quảng canh cải tiến trong rừng ngập mặn: Cà Mau, Bạc Liêu, Trà Vinh, Bến Tre, Tiền Giang, Kiên Giang
Nuôi bán công nghiệp: Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Bến Tre, Tiền Giang
Nuôi luân canh với trồng lúa: Long An, Sóc Trăng
Nuôi trong ruộng muối: Sóc Trăng, Bạc Liêu, Trà Vinh
Mô hình nuôi Artemia Tôm: Vĩnh Châu, Sóc Trăng
Nuôi tôm công nghiệp: Bạc Liêu, Trà Vinh, Tiền Giang
Từ năm 1997 đã phát triển những mô hình nuôi tôm công nghiệp (thâm canh) đưa năng suất lên trung bình 5 tấn/ha/vụ Tuy nhiên, kỹ thuật nuôi của người dân chưa cao, độ rủi ro về dịch bệnh còn cao HIện tượng tôm nuôi thường bị dịch bệnh chết trên diện rộng từ năm 1993 đến nay đã gây thiệt hại kinh tế nghiêm trọng cho người nuôi tôm
Năm 2013, tổng diện tích nuôi tôm sú ở miền Nam là 238.279 ha, gồm:
Bảng 1.3 Diện tích nuôi tôm sú ở miền Nam (năm 2013)
Bà Rịa – Vũng Tàu 1350 Đồng Nai 555
1.1.3 Thành phần dinh dưỡng, đặc điểm sinh học và mùa vụ thu hoạch tôm sú
Tên khoa học: Penaeus monodon
Tên tiếng Anh: Black tiger shrimp; Giant tiger shrimp; Jumbo tiger shrimp a Giới thiệu chung
Lịch sử phát triển và cơ sở của kỹ thuật lạnh đông
Kỹ thuật lạnh là kỹ thuật tạo ra môi trường có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ bình thường của môi trường Giới hạn giữa nhiệt độ lạnh và nhiệt độ trung bình thường còn có nhiều quan điểm khác nhau Nhưng nhìn chung thì giới hạn của môi trường lạnh là nhiệt độ nhỏ hơn 20 o C
Trong môi trường lạnh được chia thành hai vùng nhiệt độ Đó là khoảng nhiệt độ thấp, khoảng này là khoảng đóng bang của nước, tùy theo sản phẩm mà nhiệt độ đóng băng khác nhau
1.2.2 Lịch sử phát triển cả kỹ thuật lạnh-lạnh đông
Từ trước công nguyên, con người tuy chưa biết làm lạnh, nhưng đã biết đến tác dụng của lạnh và ứng dụng chúng phục vụ trong cuộc sống Họ đã biết dung mạch nước ngầm có nhiệt độ thấp để bảo quản thực phẩm được lâu hơn
Người Ai Cập cổ đại đã biết dung quạt quạt cho nước bay hơi ở các hộp xốp để làm mát không khí cách đây 2500 năm
Người Ấn Độ và người Trung Quốc cách đây 2000 năm đã biết trộn muối với nước hoặc đá để tạo nhiệt độ thấp hơn
Kỹ thuật lạnh hiện đại bắt đầu phát triển khi giáo sư Black tìm ra ẩn nhiệt hóa hơi và ẩn nhiệt nóng chảy vào năm 1761 – 1764 Con người đã biết làm lạnh bằng cách cho bay hơi chất lỏng ở áp suất dạng thấp
Sau đó là sự hóa lỏng được khí SO2 vào năm 1780 do Clouet và Monge tiến hành Sang thế kỉ thứ XIX thì Faraday đã hóa lỏng được hàng loạt các chất khí như: H2S, CO2, C2H2, NH3,
Năm 1834, Jacob Perkins (Anh) đã phát minh ra máy lạnh nén hơi đầu tiên với đầy đủ các thiết bị hiện đại gồm có máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi và van tiết lưu Sau đó, có hàng loạt các phát minh như của kỹ sư Carres (Pháp) về máy lạnh hấp thụ chu kỳ và liên tục đối với cặp môi chất tan khác nhau
Máy lạnh hấp thụ khuếch tán hoàn toàn không có chi tiết chuyển động được Gerppt (Đức) đăng kí bằng phát minh năm 1899 và được Platen cùng Munter (Thụy Điển) hoàn thiện năm 1922 Máy lạnh Ejector hơi nước đầu tiên do Leiblane chế tạo năm 1910 Nó có cấu tạo rất đơn giản, năng lượng tiêu tốn là nhiệt năng do đó nó có thể tận dụng các nguồn phế thải
Một sự kiện quan trọng của lịch sử phát triển kỹ thuật lạnh là việc sản xuất và ứng dụng Freon ở Mỹ vào năm 1930 Freon là các khí hydrocacabon được thay thế một phần hay toàn bộ các nguyên tử hydro bằng các nguyên tử gốc halogen
Freon là những chất lạnh có nhiều tính chất quý báu như không cháy, không nổ, không độc hại, phù hợp với chu trình làm việc của máy nén hơi Nó đã góp phần tích cực vào việc thúc đẩy kỹ thuật lạnh phát triển Nhất là kỹ thuật điều hòa không khí
Ngày nay, kỹ thuật lạnh hiện đại đã phát triển rất mạnh, cùng với sự phát triển của khoa học, kỹ thuật lạnh đã có những bước tiến vượt bậc:
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 7
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Phạm vi nhiệt độ của kỹ thuật lạnh ngày càng được mở rộng Người ta đang tiến dần nhiệt độ không tuyệt đối
Công suất lạnh của máy cũng được mở rộng, từ máy lạnh vài mW sử dụng trong phòng thí nghiệm đến các tổ hợp có công suất hàng triệu W ở các trung tâm điều tiết không khí
Hệ thống lạnh ngày nay thay vì việc lắp ráp các chi tiết, thiết bị lại với nhau thì các tổ hợp này ngày càng được hoàn thiện, do đó quá trình lắp ráp, sử dụng thuận tiện và chế độ làm việc hiệu quả hơn
1.2.3 Cơ sở khoa học lạnh đông thực phẩm
1.2.3.1 Một số khái niệm cơ bản
Lạnh là một trong những khái niệm tương đối biểu thị sự giảm hàm nhiệt của vật chất, lạnh và nhiệt có cùng bản chất là biểu diễn trang thái chuyển động của vật chất, chuyển động của các nguyên tử và phân tử
Nhiệt độ là đại lượng dung để biểu diễn mức năng lượng của vật chất, hay biểu diễn mức nóng hay lạnh của vật chất Theo thuyết động lực học phân tử thì nhiệt độ là đại lượng vật lý đặc trưng cho năng lượng động năng trung bình của các phân tử hay nguyên tử khi chúng chuyển động theo phương tịnh tiến trong quỹ đạo giao động của chúng
Nhiệt độ có thể phân chia thành các khoảng như sau:
- Từ 20 o C < t ≤ 40 o C: nhiệt độ bình thường
- Từ tđb < t ≤ 20 o c: nhiệt độ lạnh thường (dương thấp)
- Từ -100 o C < t ≤ -tđb: nhiệt độ lạnh đông (nhiệt độ lạnh thấp)
- Từ -200 o C < t ≤ -100 o C: nhiệt độ lạnh thâm (nhiệt độ lạnh rất thấp)
- Từ -272,99995 o C < t ≤ -200 o C: nhiệt độ lạnh tuyệt đối (lạnh cryo)
Tđb: nhiệt độ đóng băng
Thang đo nhiệt độ: Hiện nay, trên Thế Giới dung các thang đo nhiệt độ sau đây:
- Thang nhiệt độ thông dụng trong các ngành kỹ thuật là độ Celsius ( o C)
- Thang đo nhiệt độ Fahrenheit ( o F): T( o F) = 9
- Thang đo nhiệt độ Rankine ( o R): T( o R) = 9
1.2.3.2 Sự kết tinh của nước trong thực phẩm lạnh đông a Những tác động sự kết tinh nước đối với thực phẩm
Sự kết tinh của nước là hiện tượng cơ bản làm thay đổi các tính chất cơ bản của thực phẩm, nước chuyển sang trạng thái rắn làm mất đi môi trường lỏng của sự hoạt động vi sinh vật và các enzyme trong thực phẩm Sự giảm mức năng lượng do kết tinh của nước rất lớn so với quá trình giảm nhiệt độ, đây là những yếu tố chủ yếu dẫn đến tiêu diệt hoặc kìm hãm sự hoạt động sống của các vi sinh vật, hạ chế tác động của enzyme Do đó làm giảm đi rất nhiều những biến đổi hóa học của thực phẩm, ngoài ra cấu trúc của thực phẩm được nước đá bảo vệ và hạn chế tác động của môi trường bên ngoài và bên trong quá trình vận chuyển, bảo quản Vì vậy, làm đông là biện pháp bảo
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 8
Quy trình công nghệ sản xuất tôm sú lạnh đông
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 14
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Hình 1.2 Quy trình công nghệ sản xuất tôm sú lạnh đông
Nguyên liệu: Tôm nguyên liệu được lựa chọn sơ bộ trước khi đem đi cấp đông, tất cả được vận chuyển từ khu thu mua đến nhà máy trong thùng nhựa bằng xe tải nhỏ
Tại khu tiếp nhận QC kiểm tra chất lượng sản phẩm trước khi vào các công đoạn tiếp theo
Mục đích: lựa chọn nguyên liệu còn tươi có chất lượng tốt nhất phục vụ cho quy trình, loại bỏ những con nhỏ, dập nát…
Yêu cầu: tôm nguyên liệu còn sống, chất lượng tốt nhất
Phương pháp thực hiện: tiến hành bằng tay trên các băng tải
Xử lí sơ bộ - rửa
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 15
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Mục đích: loại bỏ tạp chất, rong rêu còn bám trên tôm
Phương pháp: tôm được rửa qua nước sạch bằng tay rồi cho vào khuôn có đá vảy
Mục đích: tôm được bỏ đầu nhằm tạo giá trị cảm quan cũng như chất lượng của sản phẩm tôm đông lạnh
Phương pháp: tôm vặt đầu dưới vòi nước chảy, thao tác nhẹ nhàng, rửa sạch phân, gạch, phần thịt bóc vỏ không có vết đen, xanh, đỏ Khay đựng tôm đã vặt đầu có nước đá nhỏ, tỉ lệ tôm so với đá là 1:1
Rửa lần 2: tôm đã vặt đầu rửa lại bằng nước lạnh 8-10 o C và để ráo nước khoảng 10 phút
Mục đích: tạo điều kiện cho quá trình cấp đông được thuận tiện, nhằm tạo giá trị cảm quan sau này
Phương pháp: tính theo số lượng thân tôm/pound Có các cỡ sau:
8-12 con/pound 25-30 con/pound 51-70 con/pound
13-15 con/pound 31-35 con/pound 71-90 con/pound
16-20 con/pound 36-40 con/pound 91/100 con/pound
Rửa lần 3: rửa lại bằng nước 1h, 8-10 o C
Trọng lượng tôm được xếp vào mỗi khuôn là 5 pound
Cách xếp: xếp 2 lớp, mỗi lớp từ 2 đến 3 hàng theo chiều dọc của khuôn, xếp theo kiểu lợp mái ngói, tôm hơi nghiêng về 1 phía, quay lưng lên trên
Xếp xong, gài chặt nắp khuôn lại và cho nước lạnh sạch có nhiệt độ gần 0 o C (1-8 o C) vào đến miệng lỗ của khuôn để yên khoảng 15 phút Lưu ý, sau khi cho nước vào khuôn thì van chuyển khuôn phải nhẹ nhàng để tôm không bị xáo trộn
Thời gian cấp đông khoảng 2h
Nhiệt độ tâm sản phẩm: -18 o C
Mạ băng: nhằm nâng cao giá trị cảm quan cho sản phẩm
Mục đích: bảo quản, tăng giá trị cảm quan, dễ dàng vận chuyển
Phương pháp: cho block tôm vào bao PE, hàn kín rồi xếp vào thùng carton
Bảo quản: nhiệt độ bảo quản tôm sau khi được cấp đông khoảng -18÷-12 o C
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 16
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
TÍNH TOÁN CHI PHÍ LẠNH CHO HỆ THỐNG TỦ CẤP ĐÔNG TÔM NĂNG SUẤT 2TẤN/MẺ
Chi phí lạnh của quá trình làm đông
Q1 (KJ): Nhiệt lượng lấy ra để làm giảm nhiệt độ sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ đóng băng của ẩm có trong bản thân sản phẩm
Q2 (KJ): nhiệt lượng lấy ra để làm ẩm liên kết tự do có bên trong sản phẩm đóng băng
Q3 (KJ): Nhiệt lượng lấy ra để làm giảm nhiệt độ của băng xuống nhiệt độ cuối cùng của quá trình làm đông
Q4 (KJ): nhiệt lượng lấy ra để làm giảm nhiệt độ của thành phần nước không đóng băng trong sản phẩm
Q5 (KJ): nhiệt lượng lấy ra để làm giảm nhiệt độ phần chất khô của sản phẩm
Q6 (KJ): nhiệt lượng lấy ra để đóng băng và giảm nhiệt độ của nước châm vào khuôn đựng sản phẩm
Ta có: nhiệt độ ban đầu của thực phẩm thường: t1% o C
Nhiệt độ trung bình cuối cung của sản phẩm lạnh đông là: t2
2 tc = -12 o C: nhiệt độ trung tâm sản phẩm
Thực tế, nhiệt độ trung tâm sản phẩm thường chọn trong khoảng (-18 o C ÷-20 o C), nhiệt độ bề mặt sản phẩm tw = -24 o C
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 22
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Với: 𝐶 1 = 𝐶 ′ × 𝜑 + 𝐶 " × (1 − 𝜑) chính là nhiệt dung của sản phẩm trước khi nước đóng băng (KJ/kg o C)
C’ = 4,19 (KJ/kg.độ): nhiệt dung riêng của nước
C” = 1,3 (KJ/kg.độ): nhiệt dung riêng của chất khô φ= 0,86: hàm lượng nước trung bình của thực phẩm thủy sản
G = 2000kg: khối lượng của sản phẩm t1 = 25 o C tđb = -1 o C: nhiệt độ trung bình của nước trong thủy sản đóng băng
Với: L = 335 KJ/kg: nhiệt đóng băng của nước
W = 0,9: hàm lượng nước đóng băng so với lượng nước ban đầu trong thực phẩm
Q3 = C3.G.φ.W(tđb – t2) Với: C3 = 2,1 KJ/kg o C: nhiệt dung riêng của băng t2 = -18 o C tđb = -1 o C: nhiệt độ trung bình của nước trong thủy sản đóng băng
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 23
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP φ = 0,8: hàm lượng nước trung bình của thực phẩm thủy sản
W = 0,9: hàm lượng nước đóng băng so với lượng nước ban đầu trong thựa phẩm
Như vậy: Q3 = C3.G.φ.W(tđb – t2) = 2,1.2000.0,8.0,9.(-1+18) = 51400 KJ d Tính Q 4
Q4 = C4.G.φ.(1-W).(tđb – t2) Với: C4 = 2,9 KJ/kg o C: nhiệt dung riêng của phần nước không đóng băng
Q5 = C”.G.(1-φ).(tđb – t2) Với C” = 1,3 (KJ/kg.độ): nhiệt dung riêng của chất khô
Như vậy: Q5 = C”.G.(1-φ).(tđb – t2) = 1,3.2000.(1-0,8).(-1+18) = 8840 KJ f Tính Q 6
Thường thì lượng nước châm khuôn lớn nhất là 20% sản phẩm đem làm khuô Như vậy, lượng nước châm khuôn là: Gn = 2000.20% = 400 kg
Nhiệt lượng lấy ra khi nước châm khuôn được tính theo công thức:
Với: Q1 (KJ): nhiệt lượng lấy ra để làm lạnh nước từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ đóng băng
Qđ (KJ): nhiệt lượng lấy ra để đóng băng nước
Qđ’ (KJ): nhiệt lượng lấy ra để hạ thấp nhiệt độ ước đóng băng xuống nhiệt độ cuối cùng của quá trình làm lạnh đông
Nhiệt độ nước lúc châm khuôn là 5 o C
Nhiệt độ đóng băng của nước là 0 o C
Nhiệt độ đóng băng của quá trình làm đông t2 = -18 o C
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 24
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Qđ’ = C3.Gn.(tn1 – tn2) = 2,1.400.(0+18) = 15120 KJ
Với L = 335 KJ/kg: nhiệt đóng băng của nước
Như vậy: Q6 = Q1 + Qđ + Qđ’ = 30168 + 134000 + 15120 = 179288 KJ
Nhiệt lượng lấy ra từ khuôn khay
Số lượng khay chứa trong 2000 kg sản phẩm là 640 khay
Mỗi khay là 2kg nên khối lượng tổng số khay Gk là: Gk = 2.640 = 1280 kg
Xem nhiệt độ của khay khi đưa vào tủ đông bẳng nhiệt độ phòng chế biến: tk 1 = 25 o C Nhiệt độ khay cuối quá trình làm đông bằng nhiệt độ không khí trong tủ đông: tk 2 = -40 o C Nhiệt dung riêng của tôn thép làm khuôn: Ck = 0,49 KJ/kg o C
Nhiệt lượng lấy ra để làm lạnh không khí trong tủ
Qkk = 2.Gkk(h1-h2) KJ Với: Gkk (KJ): lượng không khí khô ứng với lượng không khí trong thể tích tủ h1; h2 (KJ/kg): entanpi của không khí lúc bắt đầu và kết thúc quá trình làm đông
Số “2” là xem toàn bộ không khí trong tủ lúc đầu đã bị thay thế khi mở tủ châm nước khuôn (tránh hiện tượng mất nước và cháy lạnh bởi nhiệt độ âm sâu)
Entanpi của không khí vào tủ đông: h1 = t1 + (2500 + 2t1).d1 (KJ/kg)
Không khí vào tủ đông là không khí từ phòng chế biến t2, φ1 t2 = 25 o C φ1 = 85%
Tra trạng thái (25 o C, 85%) trên đồ thị h-d sẽ tìm được d1 = 0,017 KJ/kg không khí khô
Khối lượng không khí khô trong tủ: Gkk = Vkk
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 25
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Với: P = 9,81.104 N/m 2 : áp suất khí quyển
Rkk = 287,5 J/kg.K: hằng số khí của không khí khô
Tkk = (25 + 273)K: nhiệt độ tuyệt đối của không khí khô
Vkk (m 3 ): thể tích không khí khô trong tủ
Pn (N/m 2 ): áp suất riêng phần của hơi nước
Tra bảng h-d với t1 = 25 o C, φ = 55%, ta có Pn = 2,61.10 3 (N/m 2 )
Theo kinh nghiệm: Vkk = 2/3Vt (Vt: thể tích trong của tủ)
Mà tủ có: H = 2,9m (chiều cao)
L2 = 1,333m (chiều rộng) Nhưng chiều cao của lòng tủ: 2,6m
Chiều rộng của lòng tủ: 1m
Chiều dài của lòng tủ: 3,22m
Như vậy: Vkk = Gkk = 5,52 kg
Entanpi của không khí trong tủ cuối quá trình làm đông h2 = t2 + (2500 + 2t2).d2 (KJ/kg) Tra bảng không khí ẩm, thấy độ ẩm của không khí ở trạng thái bão hào ứng với t2 = -40 o C, ta có:
D2max = 0,00012 kg/kg không khí khô < d1 = 0,017 kg/kg không khí khô
Ta lấy: d1 = d2max = 0,00012 kg/kg không khí khô
Nhiệt lượng do môi trường xâm nhập vào vách và cửa tủ
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 26
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Tủ đông có 4 mặt tiếp xúc với không khí trong phòng chờ cấp đông, có nhiệt độ là: tkk 25 o C
Tủ có 2 bề mặt là cửa và 2 bề mặt là vách
Qmt = kc.Fc.Δt + kv.Fv.Δt
Trong đó: kc, kv (W/m 2o C): lần lượt là hệ số truyền nhiệt qua vách tủ và cửa tủ
Fc, Fv (m 2 ): lần lượt là diện tích của vách tủ và cửa tủ Δt ( o C): độ chênh lệch nhiệt độ giữa phòng chờ cấp đông và không khí trong tủ cấp đông lúc bắt đầu, kết thúc quá trình cấp đông
Có các kích thước bên ngoài của tủ:
Tủ đông tiếp xúc bọc cách nhiệt bằng polymethan, phái ngoài được bọc tôn thiếc tráng kẽm Độ dày lớp polyurethane ở vách tủ: δv = 0,14m Độ dày lớp polyurethane ở cửa tủ: δc = 0,10m Độ dày lớp tôn thiếc: δth = 0,001m
Hệ số dẫn nhiệt của thiếc: λth = 64 W/m.độ
Hệ số dẫn nhiệt của polyurethane: λp = 0,047 W/m.độ
Hệ số tỏa nhiệt của không khí và vách tủ ngoài: α1 = 11,6 W/(m 2 độ)
Hệ số tỏa nhiệt của không khí ở mặt trong của vách tủ: α2 = 8,2 W/(m 2 độ)
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 27
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Ta tính được nhiệt lượng môi trường xâm nhập vào tủ đông:
Qmt = kc.Fc.Δt + kv.Fv.Δt = 0,428.3,9.65 + 0,314.26.65 = 0,738 KW
Nhiệt lượng do xâm nhập từ môi trường qua đường ống làm quá nhiệt hơi môi chất lạnh hút về máy nén
lạnh hút về máy nén
Ta quy định thời gian làm đông trng bình cho 1 môi chất là: τ = 5.3600 = 18000 (s)
Ta tính được năng suất lạnh của tủ đông (Q0t)
Ta có: Qqn = m1.(h1’- h1) KW Đến đây ta chọn các thông số của chế độ làm việc:
Nó phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh t0 = tbl – Δt0
Trong đó: t0 là nhiệt độ sôi tbl: nhiệt độ buồng lạnh (nhiệt độ không khí trong buồng lạnh) Δt0: hệ số nhiệt độ tối ưu (Δt0 = 5÷15 o C) Như vậy: t0 = tbl – Δt0 = -40 – 5 = -45 o C, ứng với P0 = 0,56 kg/cm 2
- Chọn nhiệt độ ngưng tụ (tk) tk phụ thuộc vào môi trường làm mát của thiết bị, ta chỉ thiết kế thiết bị làm mát bằng nước tk = tw2 + Δtk
Trong đó: tw2 là nhiệt độ nước sau khi làm mát Δtk: hệ số nhiệt độ giữa nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ nước sau khi làm mát tw2 = tw1 + (2÷6 o C)
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 28
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP tw1: nhiệt độ nước trước khi vào làm mát Chọn tk sao cho vào mùa hè ngày nóng nhất trong mùa hè
Nhiệt độ môi trường trung bình trong những ngày khắc nghiệt nhất màu hè là 33 o C Lúc đó, nhiệt độ nước làm mát là 27 o C tw2 = tw1 + (2÷6 o C) = 27 + 6 = 33 o C tk = tw2 + Δtk = 33 + 5 = 38 o C, ứng với Pk = 15 kg/cm 2
- Chọn nhiệt độ quá lạnh (tql)
Nó phụ thuộc vào rất nhiều nhiệt độ của thiết bị làm mát trung gian, được xác định theo công thức sau:
𝑃 𝑡𝑔 = √𝑃 𝑘 × 𝑃 𝑜 = 2,898 𝑘𝑔/𝑐𝑚 2 Với Ptg = 2,898 kg/cm 2 , ứng với Ptg này sẽ tìm được ttg = -11 o C
Xác định nhiệt độ hơi hút trước khi vào máy nén
th = to + (5÷10) o C Trong đó: th là nhiệt hơi hút về trước khi về máy nén t0: nhiệt độ sôi của môi chất th = -45 + 10 = 5 o C Vậy, ta chọn nhiệt độ của quá trình làm việc của máy nén: tk = 38 o C Pk = 15 kg/cm 2 to = -45 o C P0 = 0,56 kg/cm 2 ttg = -11 o C Ptg = 2,898 kg/cm 2 tqn = t1’=th=-30 o C tqn = t7 = -6
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 29
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Hình 2.2 Đồ thị lgP-h của NH3
Bảng 2.2 Thông số trạng thái của chu trình nhiệt động học hệ thống lạnh 2 cấp nén
Thông số 1 1’ 2 3 4 4’ 5 6 7 8 h(KJ/kg) 1698,5 1738 1955 1780 2000 1760 680 680 460 460 v (m 3 /kg) 2,007 523 - 0,23 - 0,05 - - - -
S (KJ/kgK) - 6,4 6,4 5,8 5,8 - - - - - Áp suất (par) 0,55 0,55 2,817 2,817 14,71 14,71 14,71 2,989 4,71 0,54
Qqn = 0,0281.(1738 – 1698,5) = 1,185 (KW) Với: Pk, Ptg, P lần lượt là áp suất ngưng tụ, trung gian, áp suất sôi
Tk, Ttg, T0 lần lượt là nhiệt độ ngưng tụ, trung gian và nhiệt độ sôi
Xác định phụ tải lạnh của máy nén
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 30
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Như vậy, phải chọn máy lắp đặt làm sao để máy tải hết 1 nhiệt lượng 54,568 KW
𝑄 0 𝑚𝑛 = 𝑄 = 54,676 KW Năng suất lạnh của máy nén lắp đặt là : Q0 = 54,676 KW
Chọn máy lắp đặt phù hợp với phụ tải lạnh
2.2.1 Tính cho phần hạ áp
2.2.1.1.Tính lưu lượng m 1 máy nén cấp thấp
1698,5 − 460= 0,044 𝑘𝑔/𝑠 Với: m1 là lưu lượng thực tế đi qua máy nén cấp 1 (kg/s)
𝑄 0 𝑚𝑛 : năng suất lạnh của máy nén (KW) h1: entanpy của hơi thứ vào máy nén (kCal/kg) h8: entanpy của môi chất trước khi vào dàn lạnh bay hơi (kCal/kg)
2.2.1.2.Tính hơi hút thực tế vào xilanh
2.2.1.3.Hệ số chỉ thị thể tích và hệ số tổn thất do tăng nhiệt độ
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 31
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
C = 0,05 là hệ số không gian có hại (C = 0,03 ÷0,05)
N = 1 là số mũ đa biến của quá trình nén (n = 0,95 ÷ 1,2) ΔP0 = ΔPtg = 0,051 kg/cm 2 là tổn thất áp suất hút và áp suất trung gian (đối với môi chất lạnh NH3, nếu là R22 thì tổn thất áp suất hút và áp suất trung gian có thể chọn 0,059 kg/cm 2 )
Thay số vào ta được:
−11 + 273= 0,87 Như vậy, cuối cùng ta tính được: 𝜆 1 𝑇𝐴 = 𝜆 1 𝑖 × 𝜆 𝑤 ′ = 0,69 × 0,87 = 0,6003
2.2.1.4.Thể tích hút lý thuyết của máy nén cấp 1
2.2.1.5.Công suất nén đoạn nhiệt cấp thấp
2.2.1.6.Công suất chỉ thị của máy nén cấp thấp
𝑁 𝑖 1 = 𝑁 𝑠 1 ƞ 𝑖 1 Với: ƞ 𝑖 1 là hiệu suất máy nén chỉ thị ƞ 1 𝑖 = 𝜆 𝑤 1 ′ + 𝑏𝑡 𝑜 = 0,87 + 0,001 (−45 𝑜 𝐶) = 0,825 b= 0,001 (hằng số xác định bằng thực nghiệm)
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 32
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
𝑁 𝑚𝑠 1 = 𝑃 𝑚𝑠 × 𝑉 𝑡𝑡 1 Với: 𝑃 𝑚𝑠 = 59.103 N/m 3 (Pms thường chọn khoảng 39000 ÷59000)
2.2.1.9.Công suất tiếp điện cho động cơ
𝑁 𝑒𝑙 1 = 𝑁 𝑒 1 ƞ 𝑡đ × ƞ 𝑒𝑙 Trong đó: ƞ 𝑡đ là hiệu suất truyền động (0,9÷1) ƞ 𝑒𝑙 là hiệu suất động cơ ( 0,7÷0,9)
2.2.2 Tính cho phần cao áp
Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống lạnh
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 33
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Lưu lượng môi chất qua máy nén ở cấp cao:
Phương trình cân bằng nhiệt ở bình trung gian được viết như sau: m1h2 + m1h5 + (m2 - m1)h6 = m2h3 + m1h7 m1h2 – m1h7 – m1h6 + m1h5 = m2h3 – m2h6
𝑠) Trong đó: m1 = 0,0281 kg/s h2 = 1955 KJ/Kg h3 = 1780 KJ/Kg h6 = 680 KJ/Kg h7 = 460 KJ/Kg
2.2.2.1 Tính hơi hút thực tế vào xilanh
2.2.2.2 Hệ số chỉ thị thể tích và hệ số tổn thất do tăng nhiệt độ
Tương tự như cách tính ở máy nén cấp 1:
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 34
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
𝜆 𝐶𝐴 2 = 0,8 × 0,842 = 0,673 Với C = 0,05 là hệ số không gian có hại (C = 0,03 ÷0,05) n= 1 là số mũ đa biến của quá trình nén ( n = 0,95 ÷1,2)
Trong đó: Pk = 15 kg/cm 2 tk= 38 o C
Ptg = 2,9 Kg/cm 2 ttg = -11 o C ΔPo = ΔPtg = 0,051 kg/cm 2 : tổn thất áp suất hút và áp suất trung gian (đối với môi chất lạnh NH3, R502 hoặc R22 thì tổn thất áp suất hút và áp suất trung gian có thể chọn 0,046 ÷0,059 kg/cm 2 )
2.2.2.3 Thể tích hút lý thuyết của máy nén cấp 2
Số lượng máy nén cấp cao: 𝑍 = 𝑉 𝑙𝑡
𝑁 𝑠 2 = 𝑚 2 (ℎ 4 − ℎ 3 ) Trong đó: m2 = 0,06 kg h4 = 2000 KJ/Kg h3 = 1780 KJ/Kg
𝑁 𝑖 2 = 𝑁 𝑠 2 ƞ 𝑖 2 Với: ƞ 𝑖 2 hiệu suất nén chỉ thị ở cấp cao
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 35
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ƞ 𝑖 2 = 𝑇 𝑡𝑔
Khi hệ thống sử dụng môi chất lạnh NH3, R502 hoặc R22 thì tổn thất năng lỏng do ma sát sinh ra có thể chọn trong khoảng (39.10 3 ÷ 59.10 3 ) để tính toán thiết kế cho hệ thống lạnh
2.2.2.8 Công suất tiếp điện của động cơ
𝑁 𝑒𝑙 2 = 𝑁 𝑒 2 ƞ 𝑡đ × ƞ 𝑒𝑙 Trong đó: ƞ 𝑡đ = 0,95 là hiệu suất truyền động (0,9÷1) ƞ 𝑒𝑙 = 0,85 là hiệu suất động cơ (0,7÷0,9)
Tính tổng công suất tiếp điện của động cơ
Khi lắp đặt động cơ thì phải lường trước động cơ làm việc ở chế độ khắc nghiệt nhất, do đó cần lắp đặt động cơ với công suất: Nđe = β.Nel
Trong đó: β=(1,12÷2,5) là hệ số dự trữ công suất của động cơ
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 36
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Từ các kết quả tính toán trên, ta chọn động cơ lắp đặt như sau: Động cơ có công suất: 54,66 KW Điện áp: 380V
Tốc độ quay (n): 1450 vòng/phút
Tần số điện áp: 50Hz
Chọn máy nén cho phù hợp với năng suất lạnh của dàn lạnh: Qmn = K.Qo
Trong đó: K = 1,1 ÷1,2 hệ số tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị phụ trong hệ thống lạnh
Vậy, ta chọn máy nén có năng suất lạnh: Qmn = 65,61 KW
Chọn máy nén mycom N42B 35KW
Tính toán thiết bị ngưng tụ
Bình ngưng gồm 1 bình hình trụ nằm ngang chứa bên trong nhiều ống trao đổi nhiệt đường kính nhỏ- vì thế được gọi là bình ngưng ống vỏ nằm ngang
Hơi NH3 qua ba ống rồi chia vào 2 đường vào bình ngưng tụ bao phủ không gian giữa các ống dẫn nước lạnh và truyền nhiệt cho nước lạnh đi qua và ngưng tụ lại thành lỏng Để tăng tốc độ nước và sự truyền nhiệt giữa hơi nước và nước lạnh, cũng như để kéo dài đường đi của nước trong bình ngưng, người ta bố trí cho nước đi qua đi lại nhiều lần trước khi ra ngoài theo ống dẫn
Lỏng ngưng tụ ở phần dưới bình được dẫn ra ngoài ống 10 đi vào bình chứa
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 37
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Để thoát lỏng liên tục vào bình chứa phải có ống nối cân bằng qua đầu 2 giữa bình ngưng và bình chứa Để không làm tăng áp suất ngưng tụ và công suất lạnh, các khí không ngưng có lẩn trong hơi sẽ được xả ra ngoài theo ống 5 vào bình tách khí để được tách ra ở đó và trả lại phần NH3 có lẫn trong tổ hợp khí-hơi cho hệ thống lạnh
Không khí có lẫn trong nước làm mát sẽ được xả ra ngoài qua van 6 bố trí ở đầu bình, nước cặn được tháo qua van 9 Các ống trong bình ngưng NH3 thường là các ống trơn, thẳng Ưu và nhược điểm
Ưu điểm Đây là thiết bị ngưng tụ gọn và chắc chắn nhất, co thể bố trí trong nhà máy và ít chiếm diện tích
Bình ngưng có tiêu hao kim loại nhỏ nhất
Phần dưới củ bình ngưng có thể thay luôn chức năng của bình chứa
Dễ chế tạo và lắp đặt, có thể sửa chữa và làm sạch bằng cơ học hoặc hóa chất
Hệ số truyền nhiệt tương đối lớn
Diện tích bề mặt bản thân bình ngưng chiếm không lớn nhưng phải có diện tích dự phòng phía đầu bình ngưng hoặc có phương án thích hợp để có thể rút ống ra khi sửa chữa, thay thế
Yêu cầu khối lượng nước làm mát lớn và nhanh tạo cấu bẩn (nhất là chất lượng nước xấu) giảm nhanh khả năng truyền nhiệt Để tiết kiệm nước thường cần phải có tháp giải nhiệt tức là phải đầu tư them kinh phí, chiếm them diện tích nhà xưởng và thường gây ồn, ẩm môi trường lân cận
Khi có them tháp giải nhiệt thì nhiệt độ ngưng tụ và do đó cả công suất lạnh cũng rất ổn định, ít phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường và màu khí hậu trong năm
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 38
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Hình 2.4 Cấu tạo bình ngưng ống chùm nằm ngang
1 – Nắp bình; 2 - Ống xả khí không ngưng; 3 - Ống cân bằng; 4 - Ống trao đổi nhiệt; 5 - Ống gas vào; 6 - Ống lắp van an toàn; 7 - Ống lắp áp kế; 8 - Ống xả hơi của nước; 9 - Ống nước ra; 10 - Ống nước vào; 11 - Ống xả cặn; 12 - Ống lỏng về bình chứa
2.4.3 Tính nhiệt thải của thiết bị ngưng tụ
Nhiệt lượng thải ra ở thiết bị ngưng tụ của hệ thống lạnh như đã tính toán thiết kế được xác định theo công suất sau:
𝑄 𝑘 = 𝑚 2 (ℎ 4 − ℎ 5 ) + (𝑁 𝑖 2 − 𝑁 𝑠 2 ) = 0,06 × (2000 − 680) + (16,19 − 13,2) = 82,19 𝐾𝑊 Trong đó: m2 (kg/s): lưu lượng thực tế môi chất tuần hoàn qua thiết bị ngưng tụ
𝑁 𝑖 2 (KW): công suất chỉ thị của máy nén ấp cao
𝑁 𝑠 2 (KW): công suất đoạn nhiệt của máy nén cấp cao h4 (KJ/Kg); enthalpy của trạng thái môi chất lạnh cuối tầm nén của máy nén cấp cao trước khi vào thiết bị ngưng tụ h5 (KJ/Kg): enthalpy của trạng thái môi chất lạnh cuối thiết bị ngưng tụ trước khi về bình trung gian
Tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ
Ta có: nhiệt tải thiết bị ngưng tụ là Qk = 82,19 KW
Hiệu số enthalpy của tác nhân lạnh trong thiết bị ngưng tụ là: Δh = h4 – h5 = 2000 – 680 = 1320 KJ/Kg
Nhiệt độ của nước làm mát ở đầu ra: tw2 = 30 o C
Nhiệt độ của nước làm mát đầu vào: tw1 = 30 – 5 = 25 o C
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 39
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Nhiệt độ ngưng tụ: tk = 38 o C
Nhiệt độ cuối tầm nén cấp cao: t4 = 110 o C
Chọn thiết bị ngưng tụ dạng chùm ống trơn nằm ngang
Hình 2.5 Sự biến thiên nhiệt độ
Ta chọn đường kính trong và đường kính ngoài của ống
Qk ≥ 82,19 KW; dtr = 18 mm= 0,018m; dng = 20mm = 0,02m
Diện tích mặt trong của 1m ống là: Ftr = πdtr = 0,0565 (m 2 /m)
Diện tích mặt ngoài cùa 1m ống là: Fng = πdng = 0,628 (m 2 /m)
Nhiệt độ trung bình logarit:
Qk = Gw.Cpn(tw2 – tw1) => Gw = 82,19
Với Cpn=4,18 KJ/KgK là nhiệt dung riêng của nước ở 25 o C
Lượng nước giải nhiệt qua bình ngưng
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 40
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP αw: hệ số tỏa nhiệt của nước
Các thông số vật lý của nước làm mát bình ngưng (tra trong bảng 6.1 “môi chất lạnh”):
Nhiệt độ trung bình của nước tn = 27,5 o C ρ= 997,6 kg/m 3 λ= 0,608 W/mK: hệ số dẫn nhiệt v (m 2 /s) độ nhớt động học của nước, v = 0,855.10 -6 (m 2 /s)
0,855.10 −6 = 31569,7 > (2300) Như vậy, đây là chế độ chảy rối nên: Nu = 0,021.𝑅𝑒 0,8 𝑃𝑟 0,43 𝜀 1
Hệ số tỏa nhiệt của nước:
Phương trình mật độ về phía trước:
Qwt = 2377,63(𝜃 𝑚 − 𝜃) Để tính toán các bước tiếp theo ta cần chọn giá trị qi để tính toán thiết kế bình ngưng, sau đó kiểm tra lại xem có phù hợp không Nếu không phù hợp phải tính lặp lại
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 41
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Các ống được bố trí trên mặt sang theo đỉnh của lục giác đều, chùm ống có dạng hình lục giác với số ống đặt theo đường chéo lục giác lớn m được xác định theo công thức:
Chọn m = 11 ống Ở đây S = 1,3.dng = 1,3.0,02 = 0,026 m là bước sóng ngang k = l/dtr là tỷ số của chiều dài ống và đường kính trong của thân Lấy l/dtr =5
Số hàng ống bố trí theo chiều thẳng đứng khi bố trí chùm ống sole: nz = 11/2, chọn số hàng ống bố trí theo chiều thẳng đứng là 5
Hệ số tỏa nhiệt của môi chất lạnh NH 3
Với h là hệ số hiệu chỉnh do sự thay đổi vận tốc dòng hơi và màng nước từ trên xuống dưới: H = 𝑛 𝑧
Chúng ta có được hệ phương trình để xác định q tr
𝑞 𝑎.𝑡 = 2952,2 𝜃 0,75 Giải hệ phương trình qtr = qw.t = qt.a, ta được: θ = 5,7122 o C, qtr = 10908 (W/m 2 )
Số ống bố trí theo hàng ngang của đường chéo lớn nhất là 11 trong lục giác đầu
Tổng số ống sẽ là: n = 0,75.(m2 – 1) +1
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 42
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Diện tích truyền nhiệt bề mặt trong của bình ngưng:
Chiều dài của 1 ống là:
Tỷ lệ k =l/Dtr = 0,88/0,286 = 3,7 nằm trong giới hạn cho phép
Tính toán thiết bị bay hơi
2.5.1 Vai trò của thiết bị bay hơi
Thiết bị bay hơi có nhiệm vụ hóa hơi gas bão hòa ẩm sau tiết lưu đồng thời làm lạnh môi trường cần làm lạnh Như vậy cùng với thiết bị ngưng tụ, máy nén và thiết bị tiết lưu, thiết bị bay hơi là 1 trong những thiết bị quan trọng nhất không thể thiếu được trong các hệ thống lạnh Quá trình làm việc của thiết bị bay hơi ảnh hưởng đến thời gian và hiệu quả làm lạnh Đó là mục đích chính của hệ thống lạnh Vì vậy, dù toàn bộ trnang thiết bị hệ thống tốt đến đâu nhưng thiết bị bay hơi làm việc kém hiệu quả thì tất cả trở nên vô ích
Khi quá trình trao đổi nhiệt ở thiết bị bay hơi kém thì thời gian làm lạnh tăng, nhiệtêu cầu, trong 1 số trường hợp do không bay hơi hết lỏng trong dàn lạnh dẫn tới máy nén có thể hút ẩm về gây ngập lỏng
Ngược lại, khi thiết bị bay hơi có diện tích quá lớn so với yêu cầu, thì chi phí đầu tư cao và đồng thời còn làm cho độ quá nhiệt hơi ra thiết bị lớn Khi độ quá nhiệt lớn thì nhiệt độ cuối quá trình nén cao, tăng công suất nén
Lựa chọn thiết bị bay hơi dựa trên nhiều yếu tố như hiệu quả làm việc, đặc điểm và tính hất sản phẩm cần làm lạnh
Nhiệt tải cho thiết bị bay hơi chính là lượng nhiệt cần thải đưa trở lại môi trường bên ngoài tủ cấp đông sản phẩm, đó cũng chính là năng suất lạnh của máy nén
𝑄 0 𝑚𝑛 = 𝑄 = 54,67 𝑘𝑊 Các thông số kỹ thuật của thiết bị bay hơi cần tính toán thiết kế như 2.5.2
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 43
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
2.5.2 Tính toán chọn thiết bị bay hơi
Chọn thiết bị bay hơi cho tủ đông tiếp xúc đối lưu không khí tự nhiên
Năng suất lạnh của thiết bị bay hơi: Q0 = 54,676 kW Chọn đường kính trong của ống trao đổi nhiệt thiết bị bay hơi dtr = 25 mm = 0,025m; dng = 30 mm = 0,03m; ống trao đổi nhiệt được làm bằng đồng Để tính toán thiết bị bay hơi cho tủ cấp đông tiếp xúc làm lạnh bằng không khí đối lưu tự nhiên, ta cần biết các thông số:
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: t0 = -45 o C Chọn không khí đối lưu tự nhiên trong buồng cấp đông: tkh1 = -40oC Chọn không khí đối lưu đi tại bề mặt dàn lạnh: tkh2 = -42 o C
Xác định tỉ số nhiệt ẩm và nhiệt độ bề mặt vách dàn lạnh, hệ số tách ẩm
Thông số không khí duy trì trong buồng lạnh ở trạng thái: tkh1 = -40 o C; φ1 = 92%, tra bảng không khí ẩm ta tìm được: d ’’ 1=0,12.10 -3 (kg/kg) i ’’ 1=0,293 (kJ/kg) ikl=-40,52 (kJ/kg)
Từ đó tính được: d1=φ1.d”1=0,12.0,9.10 -3 =0,108.10 -3 (kg/kg) i1=ik1+φ1.i”1=-40,52 +0,293.0,9 = -40,25 (kJ/kg)
Thông số không khí đi lại tại bề mặt dàn lạnh ở trạng thái tkh2 = -42 o C, φ2%, tra bảng không khí ẩm ta tìm được: d”2=0,09.10 -3 (kg/kg) i”2=0,218 (kJ/kg) ik2=-42,53 (kJ/kg)
Từ đó, ta tính được: d2=φ2.d”2=0,09.10 -3 0,92=0,0828.10 -3 (kg/kg) i2=ik2+φ2.i”2= -42,53 + 0,218 0,92 = -42,33 (kJ/kg)
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 44
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
𝑑 1 − 𝑑 𝑣 = 82,54 10 3 Tra trên đồ thị ε=f(tv), ta tìm được nhiệt độ tại bề mặt dàn lạnh: tv=-42,23 o C
Vì nhiệt độ vách truyền nhiệt ở mặt ngoài tv= -42,23 o C nên hệ số tách ẩm được xác định: ξ=1 + 2880 𝑑 1 −𝑑 2
Tốc độ môi chất lạnh đi trong trao đổi nhiệt, tuần hoàn qua thiết bị bay hooơi được xác định như sau: 𝜔 = 4𝑚 1
𝑠) Trong đó: z = 20 là số cụm ống làm việc song song ρ (kg/m 3 ): khối lượng riêng của môi chất lạnh tuần hoàn qua thiết bị bay hơi, tại nhiệt độ t0=-45 o C, tra bảng phụ lục tìm được: ρ=ρ”=0,4995 (kg/m 3 ) λ=1,475.10 2 (kCal/(mhK) = 171,5 (W/mK) v = 16,24.10 -6 (m 2 /s) Pr=1,025
Hệ số Reynolds được xác định: 𝑅𝑒 = 𝜔.𝑑 𝑡𝑟
Re = 8825,6 như vậy môi chất lạnh trong ống đang ở chế độ chảy rối, nên phương trình Nucel có dạng: Nu=0,021.Re 0,8 Pr 0,43 ε1.εqđ=0,021.8825,6 0,8 1,025 0,43 10,4
Hệ số tỏa nhiệt về phái môi chất lạnh
Dòng nhiệt quy đổi về phiá bên trong ống
Diện tích trao đổi nhiêt về phía bên môi chất lạnh
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 45
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Tổng chiều dài ống trao đổi nhiệt
Chiều dài ống trên mỗi tấm lắc trao đổi nhiệt
Số ống trên mỗi tấm lắc: nếu chọn chiều dài mỗi ống trao đổi nhiệt là l0 cm = 0,3m thì số ống trên mỗi tấm lắc là: 𝑁 = 𝐿 𝑡
Số ống bố trí trên mỗi tấm lắc là 6 ống
Xác định diện tích mặt ngoài trao đổi nhiệt tiếp xúc với không khí của buồng cấp đông
Nhiệt độ môi trường trong buồng lạnh lúc ban đầu tkh% o C; tkh% + 273,15 = 298,15 K
Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí được xác định
𝑑 𝑛𝑔 ) 0,25 (W/m 2 K) Tại nhiệt độ tkh% o C, tra bảng sẽ tìm được A1=1,379; đồng thời θ = tkh-tv = 25 + 43,23 = 68,23 o C
Hệ số tỏa nhiệt bức xạ
𝑇 𝑘ℎ −𝑇 𝑣 (W/m 2 K) Đối với bề mặt bị đóng tuyết nên hệ số ức xạ được chọn Cb=5,45; hệ số chiếu sáng tra bảng sẽ tìm được ψ=0,92; như vậy:
Hệ số tỏa nhiệt quy đổi được xác định
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 46
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
𝜆𝑡 +𝑅 𝑐 (W/m 2 K) δ1=(5÷6) mm, chọn 5 mm = 0,005m; λ1=0,2 (W/mK); Rc = 0
Dòng nhiệt quy đổi về phía không khí và tiếp xúc với sản phẩm được xác định
Tổng diện tích mặt ngoài trao đổi nhiệt của thiết bị bay hơi
Diện tích bề mặt ngoài của mỗi tấm lắc: mỗi tấm lắc có 2 mặt trao đổi nhiệt tiếp xúc với không khí, nên tổng bề mặt tấm lắc tiếp xúc với không khí là 20.2 = 40
Suy ra diện tích mỗi tấm lắc là:
40 = 2,3 (m 2 ) Diện tích của mỗi tấm lắc là 2,3 m 2
Kích thước của mỗi tấm lắc:
Chọn chiều rộng của mỗi tấm lắc là a = 1,24 m Suy ra chiều dài của mỗi tấm lắc là b = 2,346 m
Bình trung gian
Mục đích của bình trung gian là để làm mát trung gian hoàn toàn hơi trung áp giữa các cấp nén trong hệ thống lạnh nhiều cấp, đồng thời tách lỏng, tách dầu ra khỏi hơi trung áp và quá lạnh lỏng trước khi tiết lưu
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 47
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
1-Đường vào của hơi nén trung áp; 2-Đường lỏng cao áp tiết lưu vào bình; 3-Đường ra của hơi trung áp; 4-Các nón chắn; 5-Ống thủy tối và van phao; 6-Phin lọc; 7-Ống xoắn TĐN; 8-Đường xả dầu; 9-Đường tháo lỏng ra khỏi bình; 10-Đường ra lỏng cao áp; 11-Van an toàn; 12-Áp kế; 13-Lỗ cân bằng
Hình 2.6 Thiết bị bình trung gian
Các thông số kĩ thuật làm việc của bình trung gian được bình chọn và tính toán như sau:
- Nhiệt độ môi chất lỏng sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ trước khi vào ống xoắn ruột gà trong bình trung gian: tk = 38 o C
- Nhiệt môi chất lỏng quá lạnh ra khỏi ống xoắn ruột gà: tql=-6 o C
- Nhiệt độ môi chất lạnh ở ngoài ống xoắn, trong bình trung gian: ttg=-11 o C
- Nhiệt độ bay hơi (sôi) của môi chất ở thiết bị bay hơi: t0=-45 o C
- Enthalpy của môi chất lạnh trước khi vào ống xoắn: h5h0 kJ/kg
- Enthalpy của môi chất lạnh sau khi ra khỏi ống xoắn: h7 = 460 kJ/kg
- Lưu lượng môi chất lạnh tuần hoàn qua ống xoắn ruột gà: m1=0,0281 kg/s Để tính toán chính xác diện tích trao đổi nhiệt của ống xoắn để thực hiện quá trình làm mát hoàn toàn môi chất từ máy nén cấp thấp nén lên và làm quá lạnh môi chất đi qua ống xoắn trước khi đi về tiết lưu vào thiết bị bay hơi, trước hết phải tính toán nhiệt lượng trao đổi tại bình làm mát trung gian Nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình quá lạnh của môi chất đi trong ống xoắn ruột gà được xác định theo phương trình sau:
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 48
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nhiệt độ trung bình của môi chất lỏng trước và sau khi đi qua ống xoắn ruột gà:
2 = 16 o C Tại ttg = 16 o C, tra bảng các thông số vật lý của NH3, ta có: ρa6,06 kg/m 3 v=0,2574.10 -6 m 2 /s λ=0,5 W/mK Pr=1,486
Cấu tạo của chùm ống xoắn có thể chọn như sau: Đường kính ngoài của ống: dng=0,02m mm Đường kính trong của ống: dtr=0,018mm
Loại ống xoắn trên bằng thép tạo thành 2 chùm ống xoắn lồng nhau với đường kính trong bình: D1=0,3m
D2=0,4m Lưu lượng NH3 lỏng đi qua ống xoắn ruột gà: m1=0,0281 kg/s
Vận tốc của NH 3 lỏng đi qua ống xoắn được xác định theo phương trình
Chuẩn số Renolds được xác định theo phương trình:
Như vậy, môi chất lạnh đi trong ống xoắn là chảy quá độ nên phương trình Nusel được viết dưới dạng sau: Nu=0,021.Re 0,8 Pr 0,43 ε1.εqđ
Bán kính uốn cong trong bình của chùm ống xoắn:
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 49
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Hệ số hiệu chỉnh ống xoắn
Hệ số tỏa nhiệt về phía NH 3 lỏng sau khi hiệu chỉnh được xác định
Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit của bình ngưng
Mật độ dòng nhiệt về phía NH 3 lỏng trong ống xoắn
(θs = tc – tw): độ chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ trung bình của chất tải lạnh và nhiệt độ bề mặt truyền nhiệt hay nói cách khác là nhiệt độ trung bình của chất lỏn NH3 đi trong ống xoắn ruộ gà và nhiệt độ bề mặt truyền nhiệt của ống xoắn
2 = 16 o C θ = tw – ts ( o C): nhiệt độ chênh lệch giữa bề mặt truyền nhiệt của ống xoắn và nhiệt độ sôi của NH3 ở ngoài ống xoắn nằm trong bình trung gian
Như vậy: ttb + θ = ts + θm +tw –ts = θm + tw
𝜆 𝑖 = 0,8 10 −3 (m 2 K/W), ống xoắn làm bằng thép
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 50
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Mật độ dòng nhiệt qua phía ống (NH3 sôi) được quy đổi theo bề mặt trong ống, được tính theo phương trình sau:
𝑞 𝑎.𝑡𝑟 = 644,44 𝜃 1,667 Giải phương trình qw.tr = qa.tr
Vậy qtr = qw.tr = qa.tr = 7104,73 W/m 2
Diện tích truyền nhiệt của ống xoắn
Tổng chiều dài của ống xoắn
Số vòng xoắn trên mỗi chùm xoắn
3,14.(0,3+0,4)= 7 vòng Vậy chọn số vòng xoắn trên mỗi chùm là 8 vòng
Chiều cao của các chùm xoắn
Nếu vòng này cách vòng kia Δ = 35 mm
Từ các thông số kỹ thật đã nêu trên, cho phép chúng ta gia công, chế tạo bình ngưng
Kích thước bình trung gian:
Tính bình chứa cao áp
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 51
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Bình cao áp được bố trí về phái cao áp nằm sau bình ngưng Nó giải phóng bề mặt truyền nhiệt của bình ngưng khỏi lớp chất lỏng, đồng thời cung cấp đồng đều một lượng lỏng cho van tiết lưu
Theo quy định về an toàn thì bình chứa cao áp phải chứa được 30% thể tích của toàn bộ hệ thống dàn bay hơi trong hệ thống lạnh có bơm
Hình 2.7 Nguyên lý cấu tạo bình chứa cao áp
1.Kính xem mức; 2 Ống lắp van an toàn; 3 Ống lắp áp kế ả và ống lỏng vào; 4 Ống cấp dịch, 5 Ống hồi lỏng; 6 Ống xả dầu và cặn Đối với sơ đồ NH3 không sử dụng bơm nhưng có bình tách lỏng nằm ở phía trên dàn lạnh:
V = (1500 ÷2250).G.v Với: G là lưu lượng tác nhân đi qua bình chứa cao áp (Kg/s)
G = m2 = 0,074 Kg/s với điều kiện môi chất lỏng có lưu lượng không trong toàn chu trình lạnh v: thể tích riêng của chất lỏng ở nhiệt độ tk8 o C, v = 0,088 m 3 /Kg
Chọn bình chứa có thể tích V = 10m 3
Ta gọi L là chiều dài bình
Chọn kích thước bình cao áp: D = 1,2m; L = 8,85m
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 52
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Bình hạ áp
Bình chứa hạ áp được bố trí về phái hạ áp va được sử dụng để xả tạm thời của chất lỏng ra khỏi các dàn lạnh trực tiếp trước khi xả đá bằng hơi nóng Thể tích bình chứa hạ áp có thể chọn:
V = 0,375V1 (nếu chất lỏng đưa vào dàn lạnh từ trên xuống)
V1 là thể tích chứa của dàn lạnh trực tiếp
V1 = 17,665 m 3 là thể tích tủ đông
Bình tách lỏng
Tiết diện bình tách lỏng được xác định bằng biểu thức
𝜔 1 (m 2 ) Trong đó: G = 0,055 kg/s, lưu lượng tác nhân lạnh
V1 = 0,122 m 3 /s, thể tích riêng của hơi NH3 sau quá trình bốc hơi
𝜔 1 = 15 m 2 /s, vận tốc dòng hơi trong đường hút
Tính cho phần hạ áp
Tính đường ống hút: khi tính toán thiết kế đường kính của đường ống thì có thể áp dụng công thức sau:
Với: m1 (kg/s), lưu lượng hơi môi chất lạnh tuần hoàn qua máy nén cấp thấp ρ=ρ”=1,038 kg/m 3 , khối lượng riêng của hơi môi chất lạnh tuần hoàn qua thiết bị bay hơi, được máy nén hút về
Chọn tốc độ của môi chất lạnh ra khỏi thiết bị bay hơi 𝜔 1 m/s
Tính đường ống đẩy cũng tương tự công thức trên:
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 53
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Trong đó, chọn hơi môi chất lạnh ra khỏi máy nén cấp thấp là 𝜔 1 m/s.
Tính cho phần cao áp
Tính đường ống hút cũng tương tự, ta áp dụng công thức trên:
11 𝜌 (m) Trong đó: Chọn tốc độ môi chất lạnh vào máy nén cấp cao 𝜔 11 m/s
Tại nhiệt độ cuối tầm nén của máy nén cấp thấp ta có ρ của NH3 là 20,35 Kg/cm 3 Lưu lượng môi chất tuần hoàn qua máy nén cấp cao m2 = 0,038 kg/s
Như vậy, ta tính được: 𝐷 𝑡𝑟ℎ2 = 2 √ 𝜋.𝜔 𝑚 2
11 𝜌= 2 √3,14.15.20,35 0,06 = 0,0158𝑚 = 15,8 𝑚𝑚 Tính đường ống đẩy cũng tương tự, áp dụng công thức trên:
Trong đó: Chọn tốc độ môi chất ra khỏi máy nén cấp cao 𝜔 21 = 16 𝑚
Lưu lượng tuần hoàn qua máy nén cấp cao m2 = 0,038 kg/s
Bình tách dầu
Nếu tác nhân lạnh và dầu bôi trơn không hòa tan được với hau thì dầu dễ tạo thành 1 lớp cáu bám trên bề mặt của các thiết bị truyền nhiệt, làm giảm hệ số truyền nhiệt của chúng Để bảo toàn phụ tải nhiệt bắt buốc phải tăng độ chênh lệch nhiệt độ giữa các môi chất làm việc, tăng nhiệt độ ngưng tụ và giảm nhiệt độ sôi của tác nhân lạnh Và tất nhiên sẽ làm giảm năng suất lạnh và tiêu hao điện năng của máy lạnh Để giảm lượng dầu rơi vào các thiết bị truyền nhiệt, trên đầu đẩy giữa bình ngưng và máy nén làm việc với tác nhân lạnh NH3, người ta bố trí bình tách dầu
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 54
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
2.12.1 Cấu tạo của bình tách dầu
Vì bình tách dầu đứng trước bình ngưng và bình chứa lỏng nên nó có áp suất làm việc phải lớn hơn áp suất trong bình chứa 1 giá trị bằng trở lực trên đường đi của tác nhân lạnh Để cho lỏng từ bình chứa có thể tự chảy về bình tách dầu, bắt buộc phải bố trí thấp hơn nhiều so với bình chứa Điều đó sẽ làm phưc tạp thêm trong sơ đồ công nghệ, đồng thời cũng phức tạp trong qua 1trinh2 vận hành Vì thế, ngày nay mặc dù bình tách dầu ngập lỏng có hiệu quả kinh tế khác cao, nhưng người ta không sử dụng nữa Thay vào đó là bình tách dầu Xyclon có lưới lọc
Hình 2.8 Cấu tạo bình tách dầu kiểu khô và kiểu ướt
1-Hơi vào từ đầu đẩy máy nén; 2-Van an toàn; 3-Đường ra hơi cao áp; 4,5-Nón chắn; 6- Phao; 7-Đường xả dầu
2.12.2 Tính chọn bình tách dầu
Tiết diện của bình tách dầu được xác định bằng công thức:
𝜔 𝑑 (m 2 ) Trong đó: G = 0,055 kg/s: lưu lượng tác nhân lạnh vd = 0,088 m 3 /kg thể tích riêng của NH3 sau quá trình nén, ở nhiệt độ 38oC, P 14,72 bar
𝜔 𝑑 = 0,5 m/s vận tốc của NH3 vào bình tách lỏng
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 55
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
0,5 = 9,68 10 −3 (m 2 ) Vậy, đường kính của bình tách dầu:
Tháp giải nhiệt
Ta có năng suất lạnh Qk = 52,06 KW Quy đổi nhiệt lượng ra tôn, theo tiêu chuẩn CTI, 1 tôn nhiệt tương đương với 2212 kCal/h
Hình 2.9 Nguyên tắc cấu tạo của tháp giải nhiệt
Qk = 52,06 KW = 47426kCal = 17 tôn, tra bảng 8-22, trang 317, Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh, Nguyễn Đức Lợi, NXB Khoa học và Kỹ thuật, ta chọn: Thiết bị giải nhiệt KRK25 với các thông số kỹ thuật chính sau:
Lưu lượng nước định mức: 5,4 l/s Chiều cao tháp: 1932 mm Đường kính tháp: 1400 mm Đường kính nối nước vào: 80 mm Đường kính nối nước ra: 80 mm Đường kính chảy tràn: 25 mm
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 56
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đường kính ống van phao: 15 mm Lưu lượng quạt gió: 200 m 3 /phút Đường kính quạt gió: 760 mm Motor quạt: 0,75 KW
Khối lượng khô: 97 kg Khối lượng khi vận hành (có nước): 290 kg Độ ồn của quạt: 55 dB
Tính toán chọn van tiết lưu
2.14.1 Tính toán chọn van tiết lưu làm mát trung gian
Khi tính toán chọn van tiết lưu cho làm mát trung gian đồng thời làm quá lạnh môi chất lạnh đi trong ống xoắn, ta có thể sử dụng phương trình sau:
3600.44,43.0,5.√11,613.10 4 11,33.9,81= 3,124 10 −5 (m 2 ) Trong đó: ƞ=0,5÷0,8 là hệ số nén của dòng chảy qua van tiết lưu, chọn ƞ=0,5 ΔP = Pk – Ptg = 14,7 – 2,87 = 11,85 bar = 11,613 kg/cm 2 = 11,613 10 4 kg/m 2 là độ chênh lệch áp suất trước và sau van tiết lưu g= 9,81 m/s 2 gia tốc trọng trường của trái đất ρ (kg/m 3 ) là khối lượng riêng môi chất lạnh trước khi qua van tiết lưu Tại tk = 38 o C, tra bảng phụ lục ta tìm được ρ” = 11,33 kg/m 3
Qtg = 6,182 KW = 5316,5 kCal/h là năng suất lạnh của bình trung gian qtg = h5 – h7 = 220 kCal/kg
F (m 2 ) là tiết diện ngang của van tiết lưu
2.14.1.1 Tính toán van tiết lưu vào thiết bị bay hơi
Khi tính toán chọn van tiết lưu cho thiết bị bay hơi, tương tự như trên ta có thể sử dụng phương trình sau đây:
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 57
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Trong đó: ƞ = 0,5 ÷0,8 là hệ số nén của dòng chảy qua van tiết lưu, chọn ƞ= 0,5 ΔP = Pk – Po = 14,72 – 0,56 = 14,16 bar = 13,8768 kg/cm 2 = 138768 kg/m 2 là độ chênh lệch áp suất trước và sau van tiết lưu g = 9,81 m/s 2 là gia tốc trọng trường của trái đất ρ (kg/m 3 ) là khối lượng riêng môi chất lạnh trước khi qua van tiết lưu Tại tql = -
6 o C tra bảng phụ lục ta tìm được ρ” = 2, 784 kg/m 3
Q0 = 34,875 KW = 29662,17 kCal/h là năng suất lạnh của bình trung gian q0 = h1 – h8 = 1208 kJ/kg = 288, 58 kCal/kg
F (m 2 ) tiết diện ngang của van tiết lưu
Năng suất của bơm hay lưu lượng của bơm là lượng nước bơm cung cấp vào ống đẩy trong một đơn vị thời gian
Năng suất bơm nước làm mát cho bình ngưng tụ là Vw = 𝑄 𝑘
Tốc độ của nước trong bơm được xác định theo biểu thức
Với f là diện tích tiết diện, tra trong bảng 10 – 2 sách hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh, Nguyễn Đức Lợi, cho ống 133x4 với 133mm là đường kính ngoài của ống và bề dày của ống là 4 mm
𝑣 Với dtr = 0,05m là đường kính trong của ống v = 0,855.10 -6 (m 2 /s)
0,855.10 −6 = 11871,8 Vậy đây là chế độ chảy rối
Hệ số trở kháng của ống được xác định
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 58
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Trở lực của đường ống
Tổn thất do ma sát tính như sau hms: tổn thất áp suất (Pa) L: chiều dài phần ống thẳng Chọn chiều dài đường ống thẳng l = 50m Tổn thất áp suất do ma sát
0,05.2 = 1788,7 𝑃𝑎 = 1,7887 𝑘𝑃𝑎 Tổn thất do trở kháng cục bộ (với 2 cút 90 o )
Hệ số ξ của cút 90o là 0,5 ÷0,6 ở đây ta chọn ξ=0,5
Vậy tổn thất do trở kháng cục bộ là
2 1 = 70 𝑃𝑎 = 0,07 𝑘𝑃𝑎 Tổng trở kháng của bơm h= hcb + hms = 0,07 + 1,7887 = 1,8587 kPa = 0,18587m cột nước Vậy ta chọn bơm có năng suất bằng hoặc lớn hơn 4,616 l/s và có cột áp lớn hơn 1,7887 kPa Chọn bơm 2K – 6b có các thông số kỹ thuật như sau:
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 59
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Hiệu suất ƞ= 65 %
Công suất trên trục N= 1,8kW
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 60
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
Kết luận
Hiện nay tôm sú đông lạnh là một trong những mặt hàng xuất khẩu thủy sản hàng đầu của nước ta ra thị trường thế giới, vì vậy việc cấp đông tôm sao cho đạt yêu cầu để xuất khẩu và bảo quản là rất quan trọng ở các công ty thủy sản ở nước ta hiện nay Với sự giúp đỡ tận tình của Thầy
TS Nguyễn Tấn Dũng, em đã hoàn thành bài báo cáo này cũng như học hỏi thêm được rất nhiều
Vì thới gian hạn hẹp nên bài báo cáo còn nhiều điều thiếu sót, em rất mong nhận được dự góp ý của các thầy cô trong hội đồng phản biện cũng như các thầy cô bộ môn và các bạn trong lớp.
Kiến nghị
Hiện nay ngành đánh bắt và nuôi trồng thủy sản thu lại nguồn lợi nhuận khá lớn cho ngư nhân cũng như nền kinh tế quốc dân khi xuất khẩu sang thị trường thế giới Vì vậy, việc cấp đông thủy sản trước khi xuất khẩu đóng vai trò khá quan trọng, nó quyết định chất lượng cũng như uy tín của mặt hàng thủy sản Việt Nam trên thị trường Quốc Tế
Trong các giai đoạn tiếp theo, hi vọng sẽ có được hệ thống cấp đông thủy sản tốt hơn nữa để phục vụ nhu cầu xuất khẩu thủy sản, bên cạnh đó giảm được chi phí đầu tư và ngày càng nâng cao chất lượng sản phẩm
GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG 64
PHIMPHONE VANXAY LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP