đồ án nhiệt lạnh 2 thiết kế hệ thống lạnh cho kho cấp đông kho phân phối đặt tại vinh

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ KHO LẠNH CẤP ĐÔNG, KHO PHÂN PHỐIThiết kế hệ thống lạnh cho kho cấp đông, kho phân phối đặt tại Vinh với các thông số sau:Khối lượng sản phẩm bảo quản lạnh đông : 1450 tấnK

Tổng quan kho lạnh và quy hoạch mặt bằng

Tổng quan về kho lạnh

1.1.1 Khái niệm về kho lạnh

Kho lạnh là các kho có cấu tạo và kiến trúc đặc biệt dung để bảo quản các sản phẩm và hàng hóa khác nhau ở điều kiện nhiệt độ lạnh và điệu kiện không khí thích hợp Do không khí trong buồng lạnh có tính chất khác xa không khí ngoài trời nên kết cấu xây dựng, cách nhiệt cách ẩm của kho lạnh khác hẳn so với những công trình xây dựng khác.

Kho lạnh dùng để bảo quản các loại nông sản, thủy hải sản, lương thực, thực phẩm, hoa quả trái cây… Kho được xây dựng ở các khu công nghiệp chế biến, bến cảng, nhà hàng, cửa khẩu với mục đích bảo quản hàng hóa phục vụ cho mục đích tiêu dùng và xuất khẩu.

1.1.2 Lựa chọn phương án xây dựng kho lạnh

Hiện nay, ngành chăn nuôi ở nước ta đang phát triển mạnh, để phục vụ cho quá trình chế biến và bảo quản chăn phục vụ cho công tác xuất khẩu Vì vậy, những kho lạnh có công suất vừa và nhỏ được xây dựng tương đối nhiều ở Việt Nam hiện nay Để xây dựng trạm lạnh cũng như kho lạnh thì trên thực tế ở nước ta hiện nay có thể sử dụng 2 phương pháp sau:

Kho xây: phải có cách nhiệt, cách ẩm (kho lạnh truyền thống)

Kho lắp ghép: xây+lắp ghép

Kho lạnh được lắp dựng gồm các vật liệu xây dựng và lớp cách nhiệt, cách âm gắn chặt phía trong kho.

- Kho xây thì ta tận dụng được nguyên vật liệu có sẵn ở địa phương

- Có thể sử dụng những công trình kiến trúc có sẵn để chuyển thành kho

- Giá thành xây dựng rẻ

- Khi cần di chuyển kho lạnh khó khăn, hầu như bị phá hỏng

- Cần nhiều thời gian và nhân lực thi công

- Chất lượng công trình có độ tin cậy không cao

Phương án hiện đại Đó là phương án xây dựng kho bằng cách lắp các tấm panel tiêu chuẩn trên nền, khung và mái của kho. Ưu điểm:

- Các cấu trúc cách nhiệt, cách ẩm là các tiêu chuẩn chế tạo sẵn nên dễ dàng vận chuyển đến nơi lắp đặt và lắp đặt nhanh chóng.

- Khi cần di chuyển kho lạnh dễ dàng, không bị hư hỏng.

- Kho chỉ cần khung và mái che nên không cần đến các vật liệu xây dựng do đó việc xây dựng rất đơn giản.

- Chi phí đầu tư ban đầu cao

Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của hai phương án trên thì phương án hiện đại mặc dù giá thành cao, nhưng chất lượng của kho đảm bảo cho nên giảm được chi phí vận hành và chất lượng sản phẩm được bảo quản tốt hơn, do đó em lựa chọn kiểu xây dựng sử dụng các tấm panel tiêu chuẩn để thiết kế kho lạnh cho đề tài của mình.

Đặc điểm địa lý và khí hậu của khu vực thiết kế

1.2.1 tìm hiểu điều kiện khí hậu của thành phố vinh

- Thành phố Vinh là 1 thành phố trực thuộc tỉnh Nghệ An nằm bên bờ sông Lam, cách thủ đô Hà Nội 295km về phía bắc, cách thủ đô của Lào 456km về phía tây Phía tây và tây bắc giáp huyện Hưng Nguyên, phía nam và đông nam giáp huyện Nghi Xuân (Hà Tĩnh), phía bắc giáp huyện Nghi Lộc Thành phố Vinh nằm trên trục giao thông bắc nam chính của nước ta nên thuận lợi cho việc đi lại và giao thương của tỉnh.

- Diện tích: Thành phố Vinh có diện tích khoảng 104,5 km2

Thành phố Vinh nằm trong đới khí hậu nhiệt đới gió mùa, có 2 mùa rõ rệt và có sự biến động lớn từ mùa nảy sang mùa khác Lượng mưa trung bình năm 2000mm Nhiệt độ trung bình năm khoảng 23,9 , độ ẩm từ 80% đến 85% thích℃ hợp cho nhiều loại cây trồng phát triển.

1.2.2 Thông số nhiệt độ và độ ẩm của vực xây dựng kho lạnh

Dựa trên TCVN 5687-2010 với số giờ không đảm bảo là 35h/năm ta có bảng sau:

Bảng 1.2.2 Bảng thông số nhiệt độ

Nhiệt độ °C Độ ẩm tương đối %

TB cả năm Mùa Hè Mùa đông Mùa Hè Mùa đông

Những số liệu về chế độ và phương pháp bảo quản

1.3.1 Quy trỡnh bảo quản thịt bũ ẳ con

Để đảm bảo chất lượng, thịt bò bửa ẳn được lấy từ những chú bò khỏe mạnh từ 3 tuổi trở lên, đã qua kiểm dịch thú y Sau khi chế biến, thịt bò được bảo quản cẩn thận trước khi đưa ra thị trường tiêu thụ.

Ngoài thịt bò được lấy từ khu vực chế biến, kho lạnh còn bảo quản thịt bò được lấy từ các khu vực ở xa được vận chuyển qua các hệ thống xe vận tải lạnh. Trong đề tài đồ án này, quy trình bảo quản sẽ như sau:

7 Đối với bảo quản lạnh:

B1: Bò sau khi được chế biến sạch sẽ ở phòng có nhiệt độ 20℃ sẽ được treo trên các giá treo, xếp sát nhau thành từng khối, bên dưới giá là các tấm pallet. B2: vận chuyển vào kho lạnh có nhiệt độ 3 nhờ hệ thống xe nâng hạ.℃ Đối với bảo quản đông:

B1: Bò sau khi được chế biến sạch sẽ ở phòng có nhiệt độ 20℃ sẽ được treo trên các giá treo xếp sát nhau thành từng khối, sau đó được đưa vào hầm cấp đông ở nhiệt độ -37℃ và được cấp đông liên tục trong 18 giờ đến khi tâm đạt - 20℃

B2: vận chuyển các giá treo vào kho bảo quản đông có nhiệt độ -20℃ 1.3.2 Chế độ bảo quản sản phẩm

Loại sản phẩm: ẳ con bũ

Nhiệt độ kho bảo quản sản phẩm đông lạnh -20℃

Nhiệt độ kho bảo quản bảo quản sản phẩm lạnh 3℃

Nhiệt độ buồng cấp đông -37℃

Thiết bị cấp đông: cấp đông hầm

Có sử dụng bơm môi chất lạnh, sử dụng môi chất lạnh là NH3

1.3.3 Chọn phương pháp làm lạnh và quy trinh xử lý lạnh

Phương pháp làm lạnh buồng trực tiếp sử dụng dàn bay hơi đặt trong buồng lạnh để làm lạnh trực tiếp buồng Khi môi chất lạnh dạng lỏng sôi, nó sẽ hấp thụ nhiệt từ môi trường lạnh, dẫn đến giảm nhiệt độ trong buồng.

Quy trình xử lý lạnh sản phẩm: Xử lý lạnh trực tiếp, nghĩa là gia lạnh sản phẩm hoặc kết đông thực phẩm trực tiếp bằng các tổ dàn quạt hoặc bằng cách bố trí tunel có quạt gió cưỡng bức mạnh

Chọn dàn bay hơi đối lưu không khí cưỡng bức Ưu điểm của hệ thống này là sự phân bố nhiệt độ tương đối đều khắp thể tích của phòng Sự trao đổi nhiệt giữa không khí và dàn lạnh, giữa không khí và sản phẩm tăng lên, giảm diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, giảm tiêu tốn nguyên nhiên vật liệu, dàn gọn nhẹ, chiếm chỗ ít, khả năng điều chỉnh nhiệt độ buồng lạnh cũng cao hơn.

1.3.4 Phương pháp nâng hạ, xếp dỡ

1.3.4.1 Chọn máy nâng hạ, xếp dở

Trong các kho lạnh nhỏ thường dùng phương pháp bốc xếp thủ công nhưng trong các kho lạnh lớn hơn 1000 tấn như bài toán thì cần phải sử dụng các máy nâng hạ, cơ giới hoàn toàn khâu xếp dỡ hàng.

Ta chọn máy nâng hạ trong kho lạnh như sau:

Hình 1.3.4.1 Máy nâng hạ Thông số kĩ thuật của máy nâng hạ như sau:

Model: G series Động cơ: điện xoay chiều

1.3.4.2 Chọn giá treo sản phẩm

Thịt bũ ẳ con được bảo quản bằng cỏch treo trờn trờn cỏc giỏ treo cú kớch thước 1m chiều cao 1.5m, diện tớch thịt bũ ẳ con là 50x30cm, mỗi giỏ treo được 2

9 miếng thịt (400kg), bên dưới có đặt các tấm panel phục vụ cho việc nâng hạ bằng máy

Tính dung tích và bố trí mặt bằng kho lạnh

1.4.1 Buồng bảo quản đông a) Thể tích kho đông.

Dung tích kho lạnh là khối lượng hàng hóa (tấn) có thể bảo quản đồng thời trong kho:

E: Dung tích kho lạnh (tấn

V: Thể tích kho lạnh (m ) 3 gv: Định mức của chất tải thể tích (tấn/m ) 3 g v = 0,4 (t/m ) theo tài liệu 3

Diện tích chất tải của buồng lạnh F (m ) được xác định qua thể tích buồng 2 lạnh và chiều cao chất tải qua biểu thức

F: Diện tích chất tải lạnh (m ) 2 h: Chiều cao của chất tải (m ) 2

V: thể tích kho lạnh (m ) 3 Ở đây ta lựa chọn kho lạnh 1 tầng với chiều cao chất tải là h=4m

Từ đó ta tính được F= V h = 3625 4 =¿906.25 (m ) 2 c) Tải trọng trên 1m của nền buồng 2 Được tính toán theo định mức chất tải và chiều cao chất tải g = g h = 0,4.4 = 1.6 t/m < F = 4t/m f v 2 cp 2

Tải trọng của nền được thỏa mãn d) Diện tích lạnh cần xây dựng Được tính theo công thức sau:

Trong đó F : Diện tích lạnh cần xây dựng (m )xd 2 β F : Hệ số sử dụng diện tích các buồng chứa = 0,85 (tra bảng thiết kế) e) Số lượng buồng bảo quản sản phẩm đông phải xây Z chọn diện tích mỗi buồng là f = 12x24= 288 (m ) 2

Z= Fxd f = 1066.18 288 =3,7 Vậy ta lấy Z = 4 buồng 1 f) dung tích thực tế của buồng bảo quản lạnh đông

3,767.57(tấn) 1.4.2 Buồng bảo quản lạnh a) Thể tích kho lạnh

Dung tích kho lạnh là lượng hàng được bảo quản đồng thời lớn nhất trong kho, được xác định theo công thức:

E: Dung tích kho lạnh (tấn)

V: Thể tích kho lạnh (m ) 3 gv: Định mức của chất tải thể tích (tấn/m ) 3 gv= 0,4 (t/m ) (tài liệu TKHTL trang 32) 3

Diện tích chất tải của buồng lạnh F (m ) được xác định qua thể tích buồng 2 lạnh và chiều cao chất tải qua biểu thức

F: Diện tích chất tải lạnh (m ) 2 h: Chiều cao của chất tải (m ) 2

V: thể tích kho lạnh (m ) 3 Ở đây ta lựa chọn kho lạnh 1 tầng với chiều cao chất tải là h=4m

Tổng diện tích cần xây dựng kho bảo quản sản phẩm lạnh là F = 906,25 (m2), diện tích lạnh thực tế để chứa sản phẩm là Fxd = 66,18 (m2) với hệ số sử dụng diện tích các buồng chứa βF = 0,85 Ngoài ra, số lượng buồng bảo quản sản phẩm đông phải xây dựng là Z, được xác định dựa trên nhu cầu bảo quản và công suất thiết kế của kho lạnh.

Chọn diện tích mỗi buồng là f = 12x24= 288 (m ) 2

Z= Fxd f = 1066.25 288 =3,7 Vậy ta lấy Z= 4 buồng e) Dung tích thực tế của kho

1.4.3 Buồng cấp đông a) Diện tích buồng kết đông F Áp dụng công thức:

M – Công suất các buồng lạnh và buồng kết đông ( làm lạnh đông), t/24h;

T – Thời gian hoàn thành một mẻ sản phẩm bao gồm thời gian xử lý lạnh, chất tải, tháo tải, phá băng cho dàn lạnh, h; g – Tiêu chuẩn chất tải trên 1 m chiều dài giá treo, t/m , g =0,25 t/m (Tiêu1 1 chuẩn chất tải – HD thiết kế hệ thống lạnh) k – Hệ số tính chuyển từ tiêu chuẩn chất tải trên 1 m chiều dài ra 1 m diện 2 tích cần xây dựng; k = 1,2.

Thời gian cấp đông sản phẩm là 18h/mẻ nên ta có công suất buồng cấp đông:

Diện tích buồng cấp đông là:

0,25.24 1,2 = 86.4 m 2 b) số lượng buồng kết đông Z chọn diện tích một buồng kết đông là f= 12x12 = 144 m 2

Số lượng buồng cấp đông phải xây dựng là:

144=0.6(buồng) Chọn Z = 1 buồng diện tích xây dựng thực tế: Fxd = 144 (m ) 2 c) Năng suất thực tế của kho:

Bảng tổng hợp dung tích và số buồng xây dựng kho lạnh

Diện tích xây dựng thực tế(m ) 2

Z Diện tích mỗi buồng (m ) 2 Buồng lạnh đông

Buồng cấp đông 24(t/ngày) 40(t/ngày) 144 1 12x12

Quy hoạch mặt bằng kho lạnh

Các hạng mục Kích thước

Chiều cao khoảng không gian tháo dỡ, m 0,8

Chiều cao dàn ống kho lạnh, m 0,4

Tổng chiều cao kho lạnh, m 4,8

Kích thước kho bảo quản lạnh đông 12x24

Kích thước kho bảo quản lạnh 12x24

Kích thước hầm cấp đông 12x12

Tính cách nhiệt, cách ẩm cho kho lạnh

Tổng quan về panel

Tấm panel cách nhiệt là vật liệu có tác dụng ngăn cản những yếu tố của môi trường có nhiệt độ cao đến môi trường có nhiệt độ thấp.

Theo dây chuyền công nghệ tiên tiến, lớp xốp bên trong được cấu tạo đặc biệt có khản năng cách âm, cách nhiệt và đảm bảo chống cháy với chỉ số cao tùy thuộc vào từng loại của panel phòng lạnh.

Cấu tạo của panel: gồm 3 lớp

Hai mặt là lớp tôn mạ kẽm, sơn tĩnh điện.

Lớp giữa là vật liệu bảo ôn, có thể là PU (Polyurethane) hoặc EPS, bông khoáng, bông thủy tinh…

Do có sự chênh lệch nhiệt độ ở môi trường trong buồng lạnh và ngoài môi trường, xuất hiện sự chênh lệch áp suất giữa hơi nước ngoài và trong buồng lạnh Áp suất trong buồng lạnh nhỏ, do đó luôn có một dòng ẩm đi từ bên ngoài vào trong buồng lạnh. Vật liệu cách ẩm thường dùng hiện nay là bitum. Đối với vách panel đã có cách ẩm nên sẽ không cần trát bitum. Đối với nền kho lạnh, cần phủ một lớp bitum cách ẩm trên bề mặt lớp bê tông chịu lực dày (từ 2.5-3mm) và liên tục.

Không được bố trí lớp cách ẩm phía trong của vách.

Chọn panel theo nhiệt độ

Theo bảng 3.9 sách Thiết kế hệ thống lạnh của thầy Nguyễn Đức Lợi :

Hệ số truyền nhiệt K, W/m K 2 Ứng dụng

2 75 0,3 Kho lạnh có nhiệt độ 0 đến 5 C o

3 100 0,22 Kho lạnh có nhiệt độ -18 o C

4 125 0,18 Kho lạnh có nhiệt độ từ -20 đến -25 o C

5 150 0,15 Kho lạnh có nhiệt độ từ -25 đến -30 o C

6 175 0,13 Kho lạnh có nhiệt độ đến -35 C o

7 200 0,11 Kho lạnh đông sâu đến -60 C o

2.2.1 Chọn độ dày panel cho buồng đông

Ta chọn độ dày panel ứng với nhiệt độ của phòng là: δCN = 125 (mm).

Chọn vật liệu phủ bề mặt panel : Tôn mạ màu có độ dày 0,5mm Độ dày của lớp vật liệu cách nhiệt polyurethan là: δPU = 125 – 2.0,5 = mm = 0,124 m

2.2.2 Chọn độ dày panel cho buồng lạnh

Chọn vật liệu phủ bề mặt panel: Tôn mạ màu có độ dày 0,5mm Độ dày của lớp vật liệu cách nhiệt polyurethan là: δPU = 75 – 2.0,5 = 74 mm = 0,074 m

2.2.3 Chọn đồ dày panel cho buồng cấp đông

Chọn vật liệu phủ bề mặt panel : Tôn mạ màu có chiều dày 0,5mm Độ dày của lớp vật liệu cách nhiệt polyurethan là: δPU = 200 – 2.0,5 = 199 mm = 0,199 m

Tính kiểm tra đọng sương, đọng ẩm

Chiều dày lớp cách nhiệt tính theo công thức tính hệ số truyền nhiệt k qua vách phẳng nhiều lớp : k = 1

Từ đó ta có chiều dày lớp cách nhiệt: δcn= λcn [ 1 k − ( α 1 1 + ∑ i=1 n δ λ i i + α 1 2 ) ]

Trong đó: δcn: Độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt, [m] λcn: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, [W/mK] k : Hệ số truyền nhiệt, [W/m K] 2 α1: hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài tới tường cách nhiệt, [W/m K] 2 α2: hệ số toả nhiệt của vách buồng lạnh tới buồng lạnh, [W/m K] 2 δi: Bề dày yêu cầu của lớp vật liệu thứ i, [m] λi: Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, [W/mK]

Theo bảng 3.7 tài liệu trang 86 ta có hệ số tỏa nhiệt:

Bề mặt vách Hệ số tỏa nhiệt α, W/m k 2

Bề mặt trong của buồng đối lưu tự nhiên Tường

Bề mặt trong của buồng bảo quản hàng lạnh 9

Bề mặt trong của buồng kết đông và buồng gia lạnh 10,5

Bề mặt ngoài của vách ngoài 23.3

Từ bảng 2.2 ta chọn được hệ số tỏa nhiệt α cho từng buồng: α1 = 23,3 W/m K 2 α2 = 9 W/m K – đối với buồng bảo quản lạnh 2 α= 10,5 W/m K – đối với buồng kết đông 2

Hệ số dẫn nhiệt của lớp tôn mạ màu: λ Tôn = 45,36 W/mK

Chiều dày của lớp tôn mạ màu: δ Tôn = 0,5 mm = 0,0005 m

Vì panel đặt trong kết cấu bao che nên ta lấy nhiệt độ bên ngoài panel là: tn=0,7 tnt

Mùa Nhiệt độ ngoài trời tnt℃

Nhiệt độ ngoài pannel tn℃ Độ ẩm φn % Nhiệt độ điểm sương t ( C)s o

Hè 38,4 26,88 50.3 15,68 Điều kiện để không bị đọng sương là: k ≤ks=0,95 α1.t1−ts t t1−2

Trong đó: k: hệ số truyền nhiệt thực tế qua panel, [W/m 2 K]. ks: hệ số truyền nhiệt thực tế qua panel khi bề mặt ngoài là nhiệt độ đọng sương, [W/m K] 2 tf: nhiệt độ trong buồng lạnh, o C. t1: nhiệt độ bề mặt ngoài trời ℃ t2: nhiệt độ bề mặt trong vách panel ℃ ts: nhiệt độ đọng sương ℃

Ta có bảng tính toán cách nhiệt cách ẩm cho kho lạnh như sau:

Ta thấy rằng hệ số truyền nhiệt thức tế qua panel nhỏ hơn rất nhiều so với hệ số truyền nhiệt thực tế qua panel khi bề mặt là nhiệt độ đọng sương

Tấm panel trần và tường đều không bị đọng sương.

Do vật liệu phủ ngoài bề mặt panel (tôn mạ màu) hoàn toàn cách ẩm nên không xảy ra hiện tượng đọng ẩm

Tính toán nền kho lạnh

2.4.1 Cấu trúc nền kho lạnh

Hình 2.4.1 Cấu trúc nền kho lạnh

6 Con lươn thông gió Đối với các kho lạnh của Việt Nam cần xây dựng các con lươn thông gió để tránh hiện tượng đóng băng nền.

Các con lươn thông gió được đổ bằng bê tông hay xây bằng gạch cao khoảng 100 mm - 200 mm Bề mặt con lươn dốc về 2 phía 2 % để tránh đọng nước.

2.4.2 Cách nhiệt cho nền kho lạnh

Từ công thức 2.1 ta tính được chiều dày cách nhiệt cho nền: δ CN =λ CN [ 1 k − ( α 1 1 +Σ δ λ i i + α 2 1 ) ] ¿¿ Trong đó: δCN – độ dày yêu cầu của lớp panel cách nhiệt, m λCN – Hệ số dẫn nhiệt của panel cách nhiệt, W/m K k – Hệ số truyền nhiệt α1 – Hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tới lớp cách nhiệt, W/m K 2 α2 – Hệ số tỏa nhiệt từ vách buồng lạnh vào buồng lạnh, W/m K 2 δi – Chiều dày lớp vật liệu thứ i, m. λi – Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/m K 2 Đối với các kho lạnh của Việt Nam chỉ cần xây dựng các con lươn thông gió để tránh hiện tượng đóng băng nền.

Tra bảng 3.1 tài liệu tham khảo [I] hệ số dẫn nhiệt của các loại vật liệu

Tra bảng 3.6 tài liệu tham khảo [I] hệ số truyền nhiệt của các kho

Ta có bảng kết quả tính toán sơ bộ cách nhiệt cho nền:

Hệ số dẫn nhiệt λ (W/m.K) Nền nhẵn bằng các tấm bê tông lát

Tính toán tương tự với panel, ta có: δcn= λcn [ 1 k n − ( α 1 1 + ∑ i=1 n δ λ i i + α 1 2 ) ]

Trong đó: δcn – độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt ,m

19 λcn – Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt ,W/m.K kn – Hệ số truyền nhiệt của nền của buồng bảo quản đông với t = -20 C ,W/m K o 2 Lấy k = 0,21 W/m Kn 2 α – Hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tới lớp cách nhiệt ,W/m K Tra 1 2 bảng 3.7 (Tài liệu [1]) ta có α = 23,3 W/m K1 2 α2 – Hệ số tỏa nhiệt từ vách buồng lạnh vào buồng kho lạnh ,W/m K 2

Tra tài liệu [1], lấy theo buồng bảo quản đông

=> ta có: α = 9 W/m.K2 δi – Chiều dày lớp vật liệu thứ i, m λi – Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i ,W/m K 2

=> Chọn chiều dài cách nhiệt thực δ = 0,2 m cn

=> Hệ số truyền nhiệt thực tế ktt= 1

Tính nhiệt kho lạnh

Đại cương về tải nhiệt kho lạnh

Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh Q được tính theo biểu thức:

Q1- Dòng nhiệt qua kết cấu bao che của buồng lạnh

Q2- Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra.

Q3- Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh.

Q4- Dòng nhiệt do vận hành.

Dòng nhiệt tỏa ra từ sản phẩm do quá trình hô hấp (thở) chỉ xuất hiện trong kho bảo quản rau quả chuyên dụng hoặc trong buồng lạnh bảo quản hoa quả Đặc điểm của dòng nhiệt là liên tục biến đổi theo thời gian do phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài, thời gian trong ngày, mùa trong năm, loại hàng hóa bảo quản (có hô hấp hay không hô hấp), quy trình chế biến và bảo quản, cũng như các biến đổi sinh hóa của sản phẩm hô hấp.

3.1.1 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q1

Dòng nhiệt qua kết cấu bao che gồm các dòng nhiệt tổn thất qua tường bao, trần, nền do có sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường ngoài và môi trường trong kho lạnh cộng với các dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tường bao và trần.

Dòng nhiệt Q xác định theo công thức:1

Q11- dòng nhiệt tổn thất do chênh lệch nhiệt độ được xác định theo công thức sau:

Q 11 =k t × F× (t 2−t 1 ) ¿¿ Trong đó: kt - Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu, W/ m K 2

F - Diện tích bề mặt của kết cấu bao che, m 2

21 t1 - Nhiệt độ của môi trường bên ngoài, C o t2 - Nhiệt độ không khí bên trong buồng lạnh, C o

Q12- dòng nhiệt tổn thất do bức xạ được xác định theo công thức sau:

Q 12 =k t ×F ×Δt 12 ¿¿ Trong đó: kt - Hệ số truyền nhiệt thực của vách ngoài, W/ m K 2

F - Diện tích nhận bức xạ trực tiếp của mặt trời, m 2 Δt12 hiệu nhiệt độ dư, đặc trưng ảnh hưởng của bức xạ mặt trời vào mùa hè, C o

Vì kho lạnh đặt trong nhà xưởng có mái che nên ta sẽ bỏ qua dòng nhiệt do bức xạ của mặt trời Từ đó ta có Q = 012

Khi tính nhiệt tổn thất do chênh lệch nhiệt độ qua vách panel ta sẽ lấy hiệu nhiệt độ như sau:

Vách panel có cửa thông ra ngoài: Δt=0.7 ×(t t2−1)

Ta có bảng tính toán dòng nhiệt qua kết cấu bao che như sau:

Thứ tự Vách k t1 (oC) t2 (oC) Đông 1 8,349 Đông 2 7,717 Đông 3 7,717

3.1.2 Tính nhiệt tỏa ra bởi sản phẩm Q2

Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra bao gồm:

Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q được tính theo công thức:21

24.3600 , kW Trong đó: h , h – enthanpi của sản phẩm trước và sau khi xử lý lạnh, kJ/kg.1 2

M – Công suất buồng gia lạnh, công suất buồng kết đông hoặc lượng hàng nhập vào buồng bảo quản lạnh hoặc buồng bảo quản đông, t/ngày đêm.

- Ml: năng suất nhập vào buồng bảo quản lạnh trong một ngày đêm

E l : Dung tích kho lạnh bảo quản lạnh, t

B: Hệ số quay vòng, B=5÷6 chọn B = 6 m: Hệ số nhập hàng không đồng đều, m=1,5 b Tại buồng bảo quản đông:

- Mđ: năng suất nhập vào buồng bảo quản lạnh trong một ngày đêm

365 = 50.65 (t/24h) Trong đó: đối với kho lạnh phân phối

Eđ: Dung tích kho lạnh bảo quản đông, t

B: Hệ số quay vòng, B=5÷6 m: Hệ số nhập hàng không đồng đều, m=2,5 ψ: Tỉ lệ nhập hàng có nhiệt độ không cao hơn -8 C , o ψ=0,65÷ 0,85

Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra đươc tính theo công thức 3.5, các thông số entanpi tra theo bảng 4.2 tài liệu tham khảo [1] với các nhiệt độ sau

Nhiệt độ sản phẩm trước khi đưa vào kết đông: 20 C o

Nhiệt độ sản phẩm sau khi kết đông:-20 C o

Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng dưới đây:

Lạnh 4 362.5 20 3 296.8 241.90 8.9375 5.68 Đông 1 362.5 -12 -20 22.2 0.00 12.6625 3.25 Đông 2 362.5 -12 -20 22.2 0.00 12.6625 3.25 Đông 3 362.5 -12 -20 22.2 0.00 12.6625 3.25 Đông 4 362.5 -12 -20 22.2 0.00 12.6625 3.25

3.1.3 Dòng nhiệt qua thông gió buồng lạnh Q3,Q5

Dòng nhiệt tổn thất do thông gió buồng lanh chủ yếu do không khí nóng từ bên ngoài được đưa vào buồng lạnh thay thế cho lượng không khí lạnh trong buồng để đảm bảo sự hô hấp của các sản phẩm bảo quản

Thông thường, dòng nhiệt tổng thất do thông gió buồng lạnh chỉ tính toán cho các buồng lạnh đặc biệt bảo quản rau quả và sản phẩm hô hấp Đối với kho lạnh bảo quản thịt gà thì Q3,Q5 coi như bằng 0.

3.1.4 Dòng nhiệt do vận hành Q4

Các dòng nhiệt vận hành Q4 gồm: Nhiệt tỏa do đèn chiếu sáng Q , do người làm 41 việc Q , do các động cơ điện làm việc Q , dòng nhiệt do mở cửa Q 42 43 44

Nhiệt tỏa do đèn chiếu sáng:

A : Nhiệt toả do chiếu sáng trên 1m , W/ m 2 2

Xét A=1,2 W/m – đối với buồng bảo quản 2

A=4,5 W/m – đối với buồng chế biến (tài liệu tham khảo [1]) 2

F : Diện tích của sàn buồng lạnh hoặc kho lạnh, m 2

Bảng 3.1 Kết quả tính toán Q41

Bảo quản lạnh 1,2 288*4 1382.4 Bảo quản đông 1,2 288*4 1382.4

Nhiệt tỏa do người làm việc:

350: Nhiệt tỏa do một người lao động nặng nhọc, 350 (W/người). n : Số người lao động trong buồng, diện tích nhỏ hơn 200 m lấy n=3 2 n : Số người lao động trong buồng, diện tích lớn hơn 200 m lấy n=3 (tài liệu tham 2 khảo)

Nhiệt do các động cơ điện làm việc: ( Bao gồm động cơ quạt dàn lạnh, động cơ xe nâng vận chuyển, ).

N – Công suất động cơ, kW.

1000 – hệ số chuyển đổi từ kW ra W.

Xét N= 1:4 kW – buồng bảo quản đông và bảo quản lạnh.

N= 8:16kW – buồng kết đông (tài liệu tham khảo [1]).

Tủ cấp đông 0 0 bảo quản lạnh 3 1050 bảo quản đông 3 1050

Dòng nhiệt do mở cửa:

B : Dòng nhiệt riêng khi mở cửa W/ m 2

Xét tài liệu tham khảo:

B= 12 – với buồng bảo quản lạnh.

B= 8 – với buồng bảo quản đông.

Kết đông 12 144 1728 bảo quản lạnh 12 288*4 13824 bảo quản đông 8 288*4 9216

Nhiệt tỏa do đèn chiếu sáng Q41 (W)

Nhiệt tỏa do người làm việc Q42 (W)

Nhiệt tỏa động cơ làm việc Q43 (W)

Nhiệt tỏa do mở cửa Q44 (W)

Lạnh 1 288 345.60 1050 3000 3456 7851.60 Lạnh 2 288 345.60 1050 3000 3456 7851.60 Lạnh 3 288 345.60 1050 3000 3456 7851.60 Lạnh 4 288 345.60 1050 3000 3456 7851.60 Đông 1 288 345.60 1050 3000 2304 6699.60 Đông 2 288 345.60 1050 3000 2304 6699.60 Đông 3 288 345.60 1050 3000 2304 6699.60 Đông 4 288 345.60 1050 3000 2304 6699.60 Cấp đông 144 172.80 0 8000 1728 9900.80

Tính toán phụ tải nhiệt cho thiết bị và máy nén

3.2.1 Tính phụ tải cho máy nén và thiết bị

Theo sách “Thiết kế hệ thống lạnh-Nguyễn Đức Lợi”

Phụ tải của thiết bị:

Phụ tải của máy nén:

Th ứ tự Buồng Nhiệt độ Q1 Q2 Q3 Q4 Q

, oC kW kW kW kW kW

3.2.2 Năng suất lạnh của máy nén

Năng suất lạnh của máy nén đối với mỗi nhóm buồng có nhiệt độ giống nhau được các định bởi biểu thức:

Trong đó: b- Hệ số thời gian làm việc, ở đây chọn b=0,9

QMN – Tổng nhiệt tải của máy nén đối với một nhiệt độ bay hơi ứng với mỗi loại buồng lạnh k – Hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh phụ thuộc vào bảng sau: k 1,1 1,07 1,05

Ta có năng suất lạnh cho từng buồng trong kho lạnh như sau:

Bảo quản đông Bảo quản lạnh

Tính toán chu trình và tính chọn máy nén

Đặc điểm và tính chất của NH3 sử dụng trong hệ thống lạnh

R717 không màu, có mùi hắc Với áp suất khí quyển R717 sôi ở -33,35°C, tính chất nhiệt động tốt, phù hợp với máy nén pittong và trục vít.

31 Áp suất và nhiệt độ cuối tầm nén cao, nên cần làm mát dầu máy, dễ bị lọt không khí khi nén 2 cấp.

Hòa tan nước hoàn toàn nên tránh được hiện tượng tắc ẩm.

Không hòa tan dầu bôi trơn nên phải có bình tác dầu. b) Tính chất hóa học, an toàn, sinh lý, kinh tế.

Phân hủy ở nhiệt độ 110-120°C thành nito và hyđrô khi có ẩm và bề mặt xilanh bằng thép làm chất xúc tác

Không ăn mòn kim loại đen, nhưng ăn mòn hợp kim đồng

Dễ cháy nổ trong không khí Độc hại với con ngừoi

Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ vận chuyển.

Các thông số và chế độ làm việc

4.2.1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh to

Nhiệt độ môi chất lạnh t phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh được tính theo công thức:0 t = t – ∆t 0 b 0

Trong đó: t – Nhiệt độ buồng lạnh.b

∆t0 – Hiệu nhiệt độ yêu cầu

4.2.2 Nhiệt độ ngưng tụ tk

Do kho lạnh của chúng tôi được lắp đặt tại Vinh, chúng tôi có thông số về độ ẩm tương đối và nhiệt độ của khu vực Vinh vào mùa hè lần lượt là φ = 50,3% và t = 29 độ C.

- Bình ngưng được chọn là loại ống vỏ nằm ngang.- Bình ngưng được làm mát bằng nước.- Độ chênh nhiệt độ nước vào và ra là 5°C.

Nhiệt độ nước vào bình ngưng: tw1 = t + 3 = 29 + 3 = 32 (ư oC)

Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng: tw2 = t + ∆t = 32 + 5 = 37 (w1 w oC)

Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất: tk = t + ∆tw2 k

Trong đó: ∆t là hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, ∆t = 3 k k ÷ 5 C có nghĩa là nhiệt độ o ngưng tụ cao hơn nhiệt độ nước ra từ 3 đến 5 C o

4.2.3 Nhiệt độ quá lạnh tql

Nhiệt độ quá lạnh là nhiệt độ môi trong lỏng trước khi vào van tiết lưu Nhiệt độ quá lạnh càng thấp thì năng suất lạnh càng lớn.

Ngày nay do thiết bị quá lạnh làm cho thiết bị cồng kềnh, tiêu tốn vật tư làm giá tăng lên mà hiệu quả đem lại không cao nên các máy lạnh ngày nay hầu như không trang bị quá lạnh. Đối với NH3 không được bố trí thiết bị hồi nhiệt để quá lạnh Nhưng nhiệt độ quá lạnh qua thiết bị trao đổi nhiệt ngược chiều cũng vẫn cao hơn nhiệt độ nước vào 3 đến 5 độ

Ta có công thức tính nhiệt độ quá lạnh: tql = tw1 + 3 = 32 + 3= 35 ℃

4.2.4 Nhiệt độ hơi hút th

Nhiệt độ hơi hút là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất để tránh tránh hiện tượng va đập thủy lực làm hư hại máy nén Đối với máy nén sử dụng môi chất NH3 do nhiệt độ cuối tầm nén rất cao nên độ quá nhiệt phải chọn hợp lý Theo tài liệu thiết kế hệ thống lạnh, để đảm bảo an toàn cho máy nén ta chọn độ quá nhiệt tqn = 5 K t = t + 5h 0

Sự quá nhiệt hơi hút của máy lạnh amoniac đạt được bằng 3 cách:

Quá nhiệt ngay trong dàn lạnh khi sử dụng các loại van tiết lưu nhiệt

Quá nhiệt nhờ hòa trộn với hơi nóng trên đường về máy nén

Quá nhiệt do tổn thất nhiệt trên đường ông từ thiết bị bay hơi về máy nén.

4.2.5 Bảng nhiệt độ từng buồng.

Tính toán cho buồng cấp đông

Với môi chất NH3, sử dụng phần mềm coolpack xác định được áp suất ngưng tụ và áp suất bay hơi của buồng cấp đông.

Tỷ số nén: π=pk po

Từ công thức trên ta có: π ,55

Thấy > 9 nên sử dụng chu trình máy lạnh nén hơi hai cấp với mục đích chính: Cải thiện hệ số cấp của máy nén

Giữ cho nhiệt độ cuối tầm nén không quá cao Đạt được nhiệt độ sôi tương đối thấp -45 C o Áp suất trung gian: ptg=√po.pk ptg=√15 , 55.0 , 54=2.9¿

Nhiệt độ trung gian tra theo coolpack: ttg=−9 °C Đối với môi chất NH3, ta sử dụng chu trình làm mát trung gian toàn phần bởi vìNH3 có nhiệt độ cuối tầm nén cao Ở đây ta lựa chọn chu trình 2 cấp, 2 tiết lưu, có bình trung gian ống xoắn

Ta xác định từng trạng thái cũng như chu trình của môi chất lạnh như sau:

1’ Hơi bão hòa ra khỏi thiết bị bay hơi

1’ – 1 Quá trình quá nhiệt hơi môi chất

1’ – 2 Quá trình nén hạ áp từ áp suất p lên áp suất trung giano

2 – 3 Quá trình khí sau máy nén hạ áp được sục thẳng nào bình trung gian để làm mát hơi quá nhiệt xuống hơi bão hòa tại x=1

3 – 4 Quá trình nén cao áp từ áp suất trung gian đến áp suất ngưng tụ

5 – 6 Quá trình làm mát lỏng môi chất ở áp suất cao

5 – 7 Quá trình tiết lưu phụ để làm mát bình trung gian

5 – 6 – 10 Quá trình tiết lưu chính.

Khi đó, tra bằng coolpack ta thiết lập được bảng sau: Điểm nút t, oC p, bar h, kJ/kg , m /kg 3 s, kJ/kg K

Bảng 4.3.1 thông số chu trình buồng cấp đông

4.3.2 Tính toán thông số và chọn máy nén

4.3.2.1 Tính toán máy nén hạ áp buồng cấp đông

Ta xác định được năng suất lạnh của buồng kết đông theo chương 3:

Theo tài liệu Thiết kế hệ thống lạnh (Nguyễn Đức Lợi, 2006) trang 239 ta có:

Năng suất lạnh riêng: q0=h1 '−h1098−192,9 1205,1(= kJ kg) Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén hạ áp: m1=Q0 q0

2.4 1205.1=0,085(kg s) Thể tích hút thực tế của máy nén hạ áp:

Trong đó: m = 0,95 1,1 đối với NH3, chọn m= 0,98 c = 2-6%: tỷ số thể tích chết, chọn c = 0,02

Từ PT 4.10, kết hợp các thông số trên ta được:

Thể tích hút lý thuyết (thể tích quét pittong)

Công nén riêng: l1=h2−h156,6 1421,3− #5 , 3(kJ kg) Công nén đoạn nhiệt:

264,5=0.88 b = 0,001 với máy nén amoniac t0 – Nhiệt độ sôi, C o

Theo tài liệu Kỹ thuật lạnh trang 50, chọn áp suất ma sát riêng p = 59 kPa với máy nénms

Ne=N Ni+ ms#,95+14,75 28,7 (kW)Công suất tiếp điện:

Trong đó: tđ – hiệu suất truyền động của khớp, đai: 0,95 el – hiệu suất động cơ: 0,9

4.3.2.2 Tính toán nén cao áp tại buồng cấp đông.

Lưu lượng hơi qua máy nén cao áp:

1453,4 359,9− m 3 =0,114 (kg s) Thể tích hút thực tế:

❑CA={ p tg −∆p p tg tg −c [ ( p k +∆p p tg k ) 1 m − p tg −∆p p tg tg ] } T T tg k

Trong đó: m = 0,95 1,1 đối với NH3, chọn m= 0,98 c = 0,03 0,05: tỷ số thể tích chết, chọn c = 0,04 ΔPtg = ΔP = 0,005 k ÷ 0,01 MPa Ta chọn ΔP = ΔP = 0,08bartg k

Từ đó Hiệu suất thể tích tại máy nén cao áp là:

Thể tích hút lý thuyết cao áp:

Công nén riêng: l2=h4−h397,9 1453,4$1,5 kJ/kg−

Công nén đoạn nhiệt cao áp:

0 , 833,2(kW) Công suất ma sát:

Theo tài liệu (Nguyễn Đức Lợi, 2006) trang 218, chọn áp suất ma sát riêng p = 59bar với máy nén amoniac thẳng dòng.ms

Nhiệt thải bình ngưng: Q = m (h – h ) = 0,114 (1697,9 – 387,9) = 149,34 (Kw)k 4 4 5’

4.3.2.3 Chọn máy nén cho buồng cấp đông.

Ta chọn máy nén dựa vào phần mềm MYCOM: Model N2016SSC-MBM-*1

Hình 4.32 : thông số máy nén

Từ số liệu phân tích tính toán với thông số kĩ thuật của máy, sau khi tính toán lại ta thấy máy nén đã chọn hoàn toàn đáp ứng được nhu cầu.

Tính toán cho buồng bảo quản đông

Từ công thức trên ta có:

Thấy > 9 nên sử dụng chu trình máy lạnh piston nén hơi hai cấp với mục đích chính: Cải thiện hệ số cấp của máy nén

Giữ cho nhiệt độ cuối tầm nén không quá cao Đạt được nhiệt độ sôi tương đối thấp -40 C o Áp suất trung gian: ptg=√po.pk ptg=√15 , 4 1,315=4,5¿

Nhiệt độ trung gian tra theo coolpack: t tg =1,4 °C Đối với môi chất NH3 ta sử dụng chu trình nén 2 cấp, 2 tiết lưu, làm mát bằng bình trung gian ống xoắn.

Sơ đồ của chu trình:

Sơ đồ chu trình 2 cấp buồng bảo quản đông

• 1’ Hơi bão hòa ra khỏi thiết bị bay hơi

• 1’ – 1 Quá trình quá nhiệt hơi môi chất

• 1’ – 2 Quá trình nén hạ áp từ áp suất po lên áp suất trung gian

• 2 – 3 Quá trình khí sau máy nén hạ áp được sục thẳng nào bình trung gian để làm mát hơi quá nhiệt xuống hơi bão hòa tại x=1

• 3 – 4 Quá trình nén cao áp từ áp suất trung gian đến áp suất ngưng tụ

• 5 – 6 Quá trình làm mát lỏng môi chất ở áp suất cao

• 5 – 7 Quá trình tiết lưu phụ để làm mát bình trung gian

• 5 – 6 – 10 Quá trình tiết lưu chính.

Khi đó, tra bằng coolpack ta thiết lập được bảng sau: Điểm nút t oC p bar h kJ/kg m /kg 3 s kJ/kg K

Bảng 4.4.1 Thông số chu trình bảo quản đông

Xác định các điểm nút và lưu lượng khối lượng: Điểm 1’: Từ t = -28 C và x =1 ta xác định được p , h , vo o

Để xác định các điểm trên đồ thị nhiệt độ - entropy theo quy tắc bậc thang nhiệt động lực học, ta thực hiện các bước sau:- Xác định điểm 1 bằng cách sử dụng P và t +5°K.- Xác định giao điểm của s = const và p để tìm điểm 2.- Xác định điểm 3 tại x = 1 và ptg.- Xác định giao điểm của s = const và p để tìm điểm 4.- Xác định điểm 7 tại p và htg.- Xác định điểm 3 trùng với điểm 8.- Xác định điểm 9 tại x = 0 và ptg.- Xác định điểm 6 tại p và tk.- Xác định điểm 10 tại P và h0.

Xét phương trình bảo toàn entanpy tại bình trung gian ống xoắn: m h +m h +(m -m ).h =m h +m h1 5 1 2 3 1 7 3 3 1 6

Vậy ta tính được lưu lượng m4 đi vào máy nén cao áp: m3=m1.h2+h5−h7−h6 h3−h7

4.4.2 Tính toán thông số và chọn máy nén.

4.4.2.1 Tính toán máy nén hạ áp tại buồng bảo quản đông

Ta có năng suất lạnh của buồng cấp đông Q = 79,4 KwO

Năng suất lạnh riêng: q 0 =h 1 ' −h 10 28 223 1205− = (kJ kg) Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén: m 1 =Q 0 q0 y,4

1205=0 ,066 (kg s) Thể tích hút thực tế của máy nén:

❑HA={ p 0 −∆p p 0 0 −c [ ( p tg +∆p p 0 tg ) m 1 − p 0 −∆p p 0 0 ] } T T tg 0 PT 4.1

Trong đó: m = 0,95 1,1 đối với NH3, chọn m= 0,98 c = 2-6%: tỷ số thể tích chết, chọn c = 0,04 ΔPtg = ΔP = 0,005 o ÷ 0,01 MPa Ta chọn ΔP = ΔP = 0,08bartg k

Từ PT 4.10, kết hợp các thông số trên ta được:

0 ,744=0 , 062(m¿¿3/s)¿ Công nén riêng: l 1 =h 2 −h 1 10 1434 176− = (kJ kg) Công nén đoạn nhiệt:

274.4=0 ,89 b = 0,001 với máy nén amoniac t0 – Nhiệt độ sôi, C o

Công suất chỉ thị: i=Ns

Theo tài liệu Kỹ thuật lạnh trang 50, chọn áp suất ma sát riêng p = 59 kPa với máy nénms

= 17,14 0,9.0,95 (kW) Trong đó: tđ – hiệu suất truyền động của khớp, đai: 0,95 el – hiệu suất động cơ: 0,9

4.4.4.2 Tính toán máy nén cao áp ở buồng bảo quản đông m3=m1.h2+h5−h7−h6 h h3− 7

Thể tích hút thực tế:

❑CA={ p tg −∆p p tg tg −c [ ( p k +∆p p tg k ) 1 m − p tg −∆p p tg tg ] } T T tg k

Trong đó: m = 0,95 1,1 đối với NH3, chọn m= 0,98 c = 0,03 0,05: tỷ số thể tích chết, chọn c = 0,04 ΔPtg = ΔP = 0,005 k ÷ 0,01 MPa Ta chọn ΔP = ΔP = 0,08bartg k

Từ đó Hiệu suất thể tích tại máy nén cao áp là:

Thể tích hút lý thuyết cao áp:

Công nén riêng: l2=h4−h345−14614(kJ kg) Công nén đoạn nhiệt cao áp:

Theo tài liệu (Nguyễn Đức Lợi, 2006) trang 218, chọn áp suất ma sát riêng pms = 59bar với máy nén amoniac thẳng dòng.

Nhiệt thải bình ngưng: Q = m (h – h ) = 0,082 (1645 – 386) = 103,24 (Kw)k 4 4 5’

Ta có thông số máy nén buồng bảo đông như sau:

QO V hạ ápLT N hạ ápel V cao ápLT N cao ápel

Ta sử dụng phần mềm MYCOM lựa chọn được máy nén model N6WAB

Từ số liệu phân tích tính toán với thông số kĩ thuật của máy, sau khi tính toán lại ta thấy máy nén đã chọn hoàn toàn đáp ứng được nhu cầu

Ta lựa chọn 2 máy nén Mycom model N6WA, 2 máy hoạt động chạy luân phiên.Trong trường hợp 1 máy có sự cố máy còn lại vẫn đáp ứng đủ công suất.

Tính toán cho buồng bảo quản lạnh

Tỷ số nén: π=pk po

Sơ đồ chu trình bảo quản lạnh

Ta lựa chọn chu trình 1 cấp cho buồng bảo quản lạnh bởi vì nhiệt độ cuối tầm nén của NH3 rất cao, khi vượt quá 110℃ thì môi chất có thể sẽ bị phân hủy gây hư hạn máy nén cho nên ta giảm thiểu nhất có thể quá nhiệt hơi hút về máy nén.

Ta xác định từng trạng thái cũng như chu trình của môi chất lạnh như sau:

1 – 2: Quá trình hơi được nén lên áp suất cao, nhiệt độ cao

2 – 3’: Quá trình ngưng tụ đẳng áp

3 – 4: Quá trình tiết lưu môi chất

4 – 1: Qúa trình bay hơi đẳng áp

Trạng thái các điểm nút chu trình: Điểm nút t, oC p, bar h, kJ/kg

Bảng 4.5.1 Thông số chu trình bảo quản lạnh

4.5.2 Tính thông số và chọn máy nén

4.5.2.1 Tính toán thông số máy nén

Ta xác định được năng suất lạnh của buồng kết đông theo chương 3:

Năng suất lạnh riêng: q 0 =h 1 −h 4 52,85 362,58 1090,27− = (kJ kg) Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén: m1=Q0 q0

1090,27=0 , 07(kg s) Thể tích hút thực tế của máy nén:

Hệ số cấp máy nén:

Trong đó: m = 0,95 1,1 đối với NH3, chọn m= 0,98 c = 0,03 0,05: tỷ số thể tích chết, chọn c = 0,04 ΔPo = ΔP = 0,005 k ÷ 0,01 MPa Ta chọn ΔP = ΔP = 0,08baro k

Từ PT trên kết hợp các thông số trên ta được:

Theo tài liệu (Nguyễn Đức Lợi 2006) trang 218, chọn áp suất ma sát riêng p = 59Pa với máy nén amoniac thẳng dòng.ms

= 20,67 0,9.0,95$,17(kW) Trong đó: tđ – hiệu suất truyền động của khớp, đai: 0,95 el – hiệu suất động cơ: 0,9

Nhiệt thải bình ngưng: Qk = m4 (h2 – h3’) = 0,07 (1680,75 – 388,4) = 90,46 (Kw)

Ta lựa chọn máy nén pistong model N4WA 4 xylanh cho buồng bảo quản lạnh

Từ số liệu phân tích tính toán với thông số kĩ thuật của máy, sau khi tính toán lại ta thấy máy nén đã chọn hoàn toàn đáp ứng được nhu cầu

Ta lựa chọn 2 máy nén Mycom model N4WA, 2 máy hoạt động chạy luân phiên Trong trường hợp 1 máy có sự cố máy còn lại vẫn đáp ứng đủ công suất.

Tính toán lựa chọn thiết bị ngưng tụ, dàn bay hơi và các thiệt bị phụ

Thiết bị ngưng tụ (TBNT)

Ở đây chọn tính toán cho thiết bị ngưng tụ kiểu ống vỏ nằm ngang làm mát bằng nước tuần hoàn Bình ngưng gồm một vỏ hình trụ, bên trong bố trí một chùm ống, hai đầu có hai mặt sàng Hơi amoniac trong không gian giữa các ống ngưng tụ trên bề mặt các chùm ống Nước vào theo đường ống bố trí theo một nắp, đi phía trong chùm ống theo các lối đã bố trí sẵn.

Thiết bị ngưng tụ cho môi chất NH3 Ưu điểm

• Gọn và chắc chắn, chiếm ít diện tích, có thể bố trí trong phòng máy.

• Tiêu hao kim loại nhỏ khoảng 40÷45 kg/m2 diện tích trao đổi nhiệt.

• Hệ số truyền nhiệt k đạt 800 đến 1000 W/m2K, độ chênh nhiệt độ trung bình logarit 5÷6K.

• Dễ dàng chế tạo, lắp đặt, bảo dưỡng cũng như sửa chữa. Để xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, ta áp dụng công thức:

Qk - Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ, kW

F - Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m 2 Δttb - Hiệu nhiệt độ trung bình logarit, K k – Hệ số truyền nhiệt của thiết bị

Hiệu nhiệt độ trung bình logarit được tính theo công thức sau: Δtb=Δtmax− Δtmin ln Δtmax Δt min (5.2 ) Trong đó Δtmax = tk w1-t Δtmin = tk w2-t tw1 - Nhiệt độ nước vào bình ngưng tw2 -Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng tk - Nhiệt độ ngưng tụ

Lượng nước làm mát cung cấp cho TBNT:

Qk – Tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ, kW

C – Nhiệt dung riêng của nước làm mát, C = 4,186 kJ/kgK p – Khối lượng riêng của nước, p = 1000 kg/m 3 Δtw – Độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ, K

Các thông số trong quá trình tính toán:

Thông số khí hậu tại Vinh

Nhiệt độ nhiệt kế ướt t = 29 C (tra bằng phần mềm coolpack)ư o

Nhiệt độ nước vào bình ngưng t = 32 C w1 o

Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng t = 37 Cw2 o

Nhiệt độ ngưng tụ t = 40 Ck o

Phụ tải nhiệt Q của 3 chu trình: Q = Q + Q +k k k1 k2 Qk3 9,34+103,24+90,4643,04 KW Hiệu nhiệt độ trung bình logarit tính theo công thức ta được Δ tb =Δt max − Δt min ln Δtmax Δtmin

Hệ số truyền nhiệt k = 700-1000 (W/m K) (tra bảng 8.6 thiết kế hệ thống lạnh) 2

Diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ là:

43,04 1000 800.5,1 (m 2 ) Nước sau khi ra khỏi các bình ngưng sẽ được làm mát tại tháp giải nhiệt Để tiết kiệm chi phí ta sẽ dùng chung một tháp giải nhiệt cho cả ba bình ngưng.

Theo công thức ta tính được lượng nước đi vào các bình ngưng là:

Từ các thông số trên ta chọn được bình ngưng là loại bình ngưng ống vỏ nằm ngang, có các thông số thể hiện trong bảng dưới đây:

Số lượng F bề mặt ngoài m 2 Đường kính vỏ mm

Số ống Ống nối, mm Thể tích giữa các ống m 3

Thiết bị bay hơi (BH)

Thiết bị bay hơi đóng vai trò quan trọng trong hệ thống lạnh, lựa chọn thiết bị phù hợp dựa trên năng suất lạnh và thể tích phòng Loại thiết bị bay hơi sử dụng dàn lạnh quạt trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức có ưu điểm và nhược điểm riêng.

• Bố trí được trong buồng hoặc ngoài buồng lạnh

• Tốn ít thể tích bảo quản sản phẩm

• Nhiệt độ đồng đều, hệ số trao đổi nhiệt lớn

5.2.1 Dàn bay hơi cho buồng cấp đông

Ta có các số liệu tính toán được ở các chương trước:

• Số lượng dàn lạnh: 2 dàn

• Năng suất lạnh của từng dàn: 51,2 (kW)

• Nhiệt độ sôi của môi chất: t0 = -40 ℃

• Nhiệt độ của buồng bảo quản đông: tb = -37 ℃

Sử dụng phần mềm Guntner ta chọn được dàn lạnh có thông số sau:

Hình 5.2.1:Thông số thiết bay bay hơi buồng cấp đông

5.2.2 Dàn bay hơi cho buồng bảo quản đông

• Năng suất lạnh buồng kết đông là: Qo = 79,4 (kW)

• Năng suất lạnh của từng dàn: 10 (kW)

• Nhiệt độ sôi của môi chất: t0 = -28 ℃

• Nhiệt độ của buồng bảo quản đông: tb = -20℃

Tra phần mềm GUNTER ta tìm được dàn lạnh như sau:

Hình 5.2.2 Thông số thiết bị bay hơi bảo quản đông

5.2.3 Dàn bay hơi cho phòng bảo quản lạnh

• Năng suất lạnh buồng kết đông là: Qo = 83,7 (kW)

• Năng suất lạnh của từng dàn: 11(kW)

• Nhiệt độ sôi của môi chất: t = -5 0 ℃

• Nhiệt độ của buồng bảo quản đông: t = 3 b ℃

Hình 5.2.3 Thông số thiết bị bay hơi buồng bảo quản lạnh

Chọn các thiết bị phụ

Nhiêt thải ngưng tụ của toàn kho lạnh là: Q = 343,04 kWk

Ta có các thông số:

• Nhiệt độ nhiệt kế ướt tại Vinh ào mùa hè là: 29 ℃

• Nhiệt độ nước vào bình ngưng: 32℃

• Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng: 37℃

Tra hệ số hiệu chỉnh đồ thị 8-29 sách thiết kế hệ thống lạnh của thầy Nguyễn Đức Lợi => ta có k = 0,7

Năng suất làm mát cần thiết là :

Tra bảng 8.22 tài liệu [I] ta được tháp giải nhiệt FRK125 có thông số như sau:

Chiều cao tháp (mm) 3030 Đường kính tháp (mm) 2900

Kích thước đường ống nước vào (mm) 150

Kích thước đường ống nước ra (mm) 150

Lưu lượng quạt gió (m 3 /ph) 8330 Đường kính quạt (mm) 1500 Độ ồn (dBa) 60.5

5.3.2 Van tiết lưu (TL) Đối với buồng cấp đông

Nhiệt độ sôi của môi chất: -40 ℃

Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất: 40℃ Đối với bảo quản đông

Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất: 40℃

Hình 5.3.2b Thiết bị tiết lưu cho buồng bảo quản đông Đối với buồng bảo quản lạnh

Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất: 40℃

Hình 5.3.2c Thiết bị tiết lưu cho buồng bảo quản đông

Bình chứa cao áp có vai trò kép trong hệ thống lạnh Một mặt, nó chứa môi chất lỏng sau khi ngưng tụ, đảm bảo nguồn cung cấp ổn định và liên tục cho các thiết bị bay hơi Mặt khác, bình chứa này giúp giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt của bình ngưng, tăng hiệu quả ngưng tụ và ngăn chặn quá tải nhiệt.

Hê ¨ thống lỏng có bơm môi chất từ dưới lên Sức chứa bình cao áp tính theo công thức :

Vca : Thể tích bình chứa cao cáp (m ) 3

Vd : Thể tích hệ thống bay hơi (m ) 3

Dựa trên thông số dàn bay hơi ta đã chọn ở trên, ta xác định được thể tích hệ thống bay hơi mỗi buồng như sau :

Tính với phòng bảo quản lạnh:

Thể tích hệ thống bay hơi của 1 dàn là: 0.408ft = 0.012 m 3 3

Ta có 4 buồng bảo quản lạnh, mỗi buồng gồm 2 dàn bay hơi nên ta có tổng

Tính với phòng bảo quản đông:

Thể tích hệ thống bay hơi của 1 dàn là: 0.408ft = 0.012 m 3 3

Ta có 4 buồng bảo quản lạnh, mỗi buồng gồm 2 dàn bay hơi nên ta có tổng cộng 8 dàn bay hơi

Tính với buồng cấp đông:

Thể tích hệ thống bay hơi là 2.952 = 0.084 m 3

Ta có 1 buồng kết đông, có tổng cộng 2 dàn bay hơi:

Vậy ta chọn thể tích bình chứa cao áp nằm ngang có thể tích

Từ bảng 7-17 sách thiết kế hệ thống lạnh của thầy Nguyễn Đức Lợi ta chọn được bình chứa cao áp nằm ngang có thông số như sau :

Loại bình Kích thước (mm) Dung tích (m3) Khối lượng(kg)

Bình chứa tuần hoàn lắp đặt phía hạ áp trong hệ thống có bơm tuần hoàn, dùng để chứa lỏng hạ áp trước khi bơm lên các dàn Sức chứa không nhỏ hơn 30% toàn bộ thể tích môi chất lạnh trong các dàn bay hơi Chọn bình chứa tuần hoàn đặt đứng.

Thể tích bình tuần hoàn được tính theo bảng 8-16 tài liệu [1]

Vdt : Thể tích dàn tĩnh (không sử dụng)

Vdq : Thể tích dàn quạt

Hệ thống có bơm từ dưới lên nên ta có các hệ số :

K1 : sự điền đầy dàn tĩnh Không sử dụng nên không xét k 1

K2 : sự điền đầy dàn quạt k = 0,72

K3 : lượng lỏng tràn khỏi dàn k = 0,33

K4 : sức chứa ống góp và đường ống k = 1,24

K5 : sự điền đầy lỏng khi bình chứa làm việc để đảm bảo bơm hoạt động Với bình đặt đứng k = 1,55 5

K6 : mức lỏng cho phép trong bình chứa thẳng đứng k = 1,456 k7: hệ số an toàn k = 1,2.7

Thể tích bình chứa tuần hoàn cho từng buồng như sau:

Buồng cấp đông 0,084 2 0,168 Đối với buồng bảo quản lạnh và bảo quản đông ta chọn bình chứa tuần hoàn có thể tích là: 0.096x30% = 0.0288 (m ) 3 Đối với buồng cấp đông ta chọn bình chứa tuần hoàn có thể tích là: 0,168x30% 0,0504 (m ) 3

Bình chứa dầu dung để gom dầu từ các bình tách dầu, từ các bầu dầu của các thiết bị như bình chứa cao áp, bình chứa tuần hoàn bình trung gian…

Dầu được xả về bình do chênh lệch áp suất Áp suất trong bình hút giảm xuống khi khi mở van trên đường nối với ống hút Khi xả dầu ra ngoài áp suất trong bình chỉ được phép cao hơn áp suất khí quyển chút ít Áp suất cho phép cao nhất của bình là 1,8MPa, nhiệt độ từ -40 ÷ 150 C.

Theo bảng 8-20 tài liệu [I], ta chọn bình chứa dầu có các thông số được thể hiện trong bảng sau:

Kích thước (mm) Thể tích

Bình tách dầu dùng để tách dầu ra khỏi môi chất để nó không đi vào các thiết bị trao đổi nhiệt như bay hơi và ngưng tụ Dầu khi ra khỏi bình tách dầu sẽ được quay trở về cacte của máy nén hoặc bình chứa dầu.

Từ máy nén dầu bị cuốn theo hơi môi chất dưới dạng bụi dầu, ở nhiệt độ 80 đến 150 oC dầu cũng bị hóa hơi một phần (từ 3 đến 30%) Bình tách dầu làm việc theo nhiều nguyên lý như thay đổi hướng và tốc độ chuyển động, nhờ khối lượng riêng của bụi dầu

63 và hơi môi chất khác nhau, làm mát để ngưng tụ hơi dầu… Việc chọn bình tách dầu được căn cứ vào đường ống đẩy của môi chất khỏi máy nén.

Với tốc độ lưu lượng đầu đẩy của máy nén sử dụng môi chất NH3 thì tốc độ nằm trong khoảng 8 – 15 m/s (chọn 15 m/s) Lưu lượng:

Với buồng kết đông Đường kính trong ống đẩy môi chất ra khỏi máy nén cao áp: d=√ 4 m π ω 3 v 3 = √4.0,114 0,423 π 15 =0,064(m) PT 5.2

Theo tài liệu [1], ta chọn bình tách dầu 65 – MO.

Với buồng bảo quản đông Đường kính trong ống đẩy môi chất ra khỏi máy nén cao áp: d=√ 4 m π ω 3 v 3 = √4.0,082 0,275 π 15 =0,044(m) Theo tài liệu [1], ta chọn bình tách dầu 50 – MO.

Với buồng bảo quản lạnh Đường kính trong ống đẩy môi chất ra khỏi máy nén cao áp: d=√ 4 m π ω 1 v 2 = √4.0,07 0,111 π 15 =0,025(m) Theo tài liệu [1], ta chọn bình tách dầu 30 – MO.

Bình trung gian sử dụng trong máy lạnh 2 và nhiều cấp có làm mát trung gian nhờ tiết lưu 1 phần môi chất lỏng Bình trung gian có nhiệm vụ làm mát trung gian 1 phần hay hoàn toàn hơi môi chất ra ở cấp nén áp thấp và để quá lạnh lỏng trước khi vào van tiết lưu bằng cách bay hơi một phần lỏng ở áp suất và nhiệt độ trung gian.

Hai loại bình trung gian được sử dụng chủ yếu là bình trung gian làm mát toàn phần hơi hút về máy nén cao áp đặc biệt loại có ống xoắn.

Bình làm mát trung gian đặt đứng ống xoắn môi chất NH3

Bình trung gian được chọn theo đường kính ống hút vào máy nén cấp áp cao Khi đó tốc độ hơi trong bình theo tiết diện ngang không quá 0,5 m/s, tốc độ lỏng trong ống xoắn từ 0,4 đến 0,7 m/s, hệ số truyền nhiệt của ống xoắn 580÷700 W/m2K.

Do MYCOM không cung cấp đường kính cửa hút của máy nén piston trong catalog, theo sách "Thiết kế hệ thống lạnh" của Nguyễn Đức Lợi (trang 345), công thức tính đường kính cửa hút được xác định như sau:d = √ 4 m π ω 3 v 3 PT 5.3

Lưu lượng khối lượng của môi chất vào máy nén cao áp: m =0,114 (kg/s) 3

Thể tích riêng của môi chất vào máy nén cao áp: v =0,423 (m /kg)3 3 ω được chọn theo môi chất NH3 ở (bảng 10-1 trang 345): ω (m/s)

Thay vào công thức ta được: d=√4.0,114 0 , 423 π 15 =0.064(m) Theo tài liệu (thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi – trang 321) ta chọn được model của bình trung gian:

Bình Kích thước mm Diện tích thể tích khối

65 trung gian bề mặt ống soắn, m 2 bình, m lượng kg

Buồng bảo quản đông Đường kính cửa hút của máy nén buồng bảo quản lạnh: d=√ 4 m π ω 3 v 3 PT 5.4

Thay vào công thức ta được: d=√4.0 , 082 0 275. π 15 =0 ,044 (m) Theo tài liệu ( Thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi – trang 321) ta chọn được moden của bình trung gian:

Kích thước mm Diện tích bề mặt ống soắn, m 2 thể tích bình, m 3 khối lượng kg

Buồng bảo quản lạnh Đường kính cửa hút của máy nén buồng bảo quản lạnh: d=√ 4 m π ω 1 v 1

Thay vào công thức trên ta được: d=√4.0,07 0,37 π 15 =0 ,046(m)

Theo tài liệu (Thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi – trang 321) ta chọn được moden của bình trung gian:

Kích thước mm Diện tích bề mặt ống soắn, m 2 thể tích bình , m 3 khối lượng kg

tính toán lựa chọn đường ống và bơm quạt

Tính toán đường ống

Để tính toán đường kính trong của ống dẫn, theo tài liệu [I], ta áp dụng công thức: di=√ π ω 4 v = ¿ √ π ρ ω 4 m (m ) ¿ Trong đó : di - Đường kính trong của ống dẫn. v - Lưu lượng thể tích (m 3 /s) w - Tốc độ dòng chảy trong ống (m/s) m - Lưu lượng khối lượng (kg/s) ρ - Khối lượng riêng của môi chất lạnh (kg/m ) 3

Theo tài liệu [2], bảng 7-24, ta chọn tốc độ dòng môi chất như sau:

Bảng 6.1 Tốc độ dòng chảy theo từng trường hợp Đường hút của máy nén hơi 15 m/s

67 Đường đẩy của máy nén hơi 15 m/s Đường dẫn lỏng của máy nén hơi 1 m/s

Theo các tính toán bên trên, lưu lượng môi chất vào ra vào các máy nén:

Bảng 6.2 Lưu lượng môi chất vào ra các máy nén m1 (kg/s) m4 (kg/s)

Từ tốc độ dòng chảy ta tính toán được đường kính ống nối của máy lạnh nén hơi theo bảng sau:

Bảng 6.3 Đường kính ống nối cho kho lạnh

Buồng Loại ống m (kg/s) v (m 3 /kg) ρ

Bảng dữ liệu cung cấp thông tin về ba loại ống, bao gồm ống hút, ống đẩy và ống dẫn chất lỏng Mỗi loại được mô tả bằng các thông số như mật độ (kg/m3), tốc độ dòng (m/s), đường kính (m) và chiều dài (m) Thông số quan trọng khác là độ chênh áp (Pa) trên mỗi ống Các ống khác nhau có độ chênh áp khác nhau, cho thấy khả năng vận chuyển chất lỏng giữa các ống không giống nhau Ví dụ, ống dẫn chất lỏng có độ chênh áp thấp hơn nhiều so với ống hút và ống đẩy, điều này cho thấy độ ma sát của chất lỏng trong ống thấp hơn.

Theo bảng 7-25 tài liệu [2], ta chọn được đường kính ống thép danh định cho kho lạnh như sau:

Bảng 6.4 Đường kính ống danh định cho kho lạnh

Tên buồng Loại ống Đường kính trong tính toán, mm Đường kính ống danh nghĩa, mm Đường kính ngoài, mm Đường kính trong, mm

Chiều dày vách ống, mm

Khối lượng 1m ống, kg Ống hút 47 50 57 50 3.5 19.6 4.62 Ống đẩy 26 32 38 33,5 2,25 8,8 1,98 Ống dẫn lỏng 12 15 18 14 2 1.54 0.789 Ống hút HA 45 50 57 50 3.5 19.6 4.62 Ống đẩy HA 28 32 38 33.5 2,25 8.8 1.98 Ống hút CA 44 50 57 50 3.5 19.6 4.62 Ống đẩy CA 27 32 38 33.5 2,25 8.8 1.98 Ống dẫn lỏng 13 15 18 14 2 1.54 0.789 Ống hút HA 105 125 133 125 4 123 12.73 Ống đẩy HA 65 70 76 69 3.5 37.4 6.26 Ống hút CA 64 70 76 69 3.5 37.4 6.26 Ống đẩy CA 33 40 45 40.5 2.25 12.8 2.37 Ống dẫn lỏng 17 20 22 18 2 2.53 0.986

I Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh, Nguyễn Đức Lợi, 2011.

Tiêu đề	Thiết kế hệ thống lạnh cho kho cấp đông, kho phân phối đặt tại Vinh
Tác giả	Nguyễn Anh Quỳnh
Người hướng dẫn	TS. Hồ Hữu Phượng
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Năng Lượng Nhiệt Chuyển ngành Kỹ thuật lạnh và Điều Hoà Không Khí
Thể loại	Đồ án
Thành phố	Vinh

Định dạng
Số trang	71
Dung lượng	7,33 MB