Đồ Án Thiết Kế Hệ Thống Kho Lạnh Cho Kho Cấp Đông, Kho Phân Phối Thịt Lợn Tại Tỉnh Lạng Sơn.pdf

Cấu trúc kho: nếu cách nhiệt và cách ẩm không tốt và cấu trúc không hợplý thì kho sẽ bị dao động nhiệt độ nhiều làm cho có hiện tượng tan chảy vàtái kết tinh của các tinh thể nước đá dẫn

Giới thiệu tổng quan

Đặc điểm khí hậu và vị trí địa lý khu vực thiết kế

Lạng Sơn có vị trí địa lý 21°19'-22°27'B, 106°06'-107°21'Đ

Phía Bắc giáp tỉnh Cao Bằng phía Tây giáp tỉnh Bắc Kạn và Thái Nguyên phía Nam giáp tỉnh Bắc Giang phía Đông giáp tỉnh Quảng Ninh và thành phố Sùng Tà

Lạng Sơn có địa hình tương đối bằng phẳng và thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có mùa đông lạnh Nhiệt độ trung bình năm là 21,1, nhiệt độ trung bình tháng cao nhất là 31C ( tháng 7), nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất là 11°C (tháng 1) Sự chênh lệch nhiệt độ giữa tháng cao nhất và tháng thấp nhất là 20°C.

Lượng mưa trung bình hàng năm dao động trong khoảng 206 mm phân bố không đều trong năm Mưa tập trung chủ yếu từ tháng 5 đến tháng 10, chiếm 80% tổng lượng mưa cả năm Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau chỉ chiếm 20% tổng lượng mưa trong năm.

Hàng năm có 2 mùa gió chính: gió mùa Đông Bắc và gió mùa Đông Nam. Gió mùa Đông Bắc thịnh hành từ tháng 10 năm trước đến tháng 3 năm sau, gió mùa Đông Nam thịnh hành từ tháng 4 đến tháng 9 mang theo hơi ẩm gây mưa rào

Nhìn chung Lạng Sơn có điều kiện khí hậu đồng đều trong toàn tỉnh và không khác biệt nhiều so với các tỉnh đồng bằng lân cận.

1.1.1.3 Lựa chọn thông số khí hậu tính toán

Mùa Nhiệt độ (°C) Độ ẩm (%) Nhiệt độ nhiệt kế ướt (°C)

B ng 1.1 Thông số nhiệt độ theo mùa

Tổng quan kho lạnh

1.1.2.1 Khái quát và phân loại kho lạnh

Kho lạnh là các kho có cấu tạo và kiến trúc đặc biệt dùng để bảo quản các sản phẩm và hàng hóa khác nhau ở điều kiện nhiệt độ lạnh và điều 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 và kho lạnh đông có những yêu cầu đặc biệt nhằm bảo vệ hàng hóa bảo quản và kết cấu công trình khỏi hư hỏng do các điều kiện không khí bên ngoài Cũng vì lí do đó kho lạnh khác biệt hẳn các công trình xây dựng khác.

Theo kết cấu kho người ta phân ra:

Kho lạnh truyền thống: Là kho lạnh được xây dựng từ các vật liệu xây dựng như bê tông cốt sắt, gạch đá, vôi vữa và các vật liệu cách nhiệt, cách ẩm phù hợp. Ưu điểm:

- 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

Kho lạnh lắp ghép: là các kho lạnh lắp ghép từ các panel chế tạo sẵn tại các nhà máy. 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.

- Giá thành đắt hơn kho xây

Trên cơ sở của hai phương án và vị trí lắp đặt lựa chọn phương án kho lạnh lắp ghép Tuy có giá thành cao hơn nhưng kho có chất lượng, độ tin cậy cao và dễ dàng lắp đặt Đồng thời chi phí vận hành và quan trọng là chất lượng sản phẩm cũng được đảm bảo.

1.1.2.2 Những yếu tố nh hưởng tới quá trình b o qu n lạnh Ảnh hưởng yếu tố bên ngoài:

Môi trường: nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của sản phẩm bảo quản như nhiệt độ, độ ẩm Làm ảnh hưởng đến các thiết bị và cấu trúc kho lạnh từ đó ảnh hưởng lên sản phẩm.

Cấu trúc kho: nếu cách nhiệt và cách ẩm không tốt và cấu trúc không hợp lý thì kho sẽ bị dao động nhiệt độ nhiều làm cho có hiện tượng tan chảy và tái kết tinh của các tinh thể nước đá dẫn đến sản phẩm bị giảm trọng lượng và chất lượng.

Chế độ vận hành máy lạnh: vận hành không hợp lý làm cho hệ thống máy lạnh hoat động không ổn định, làm cho nhiệt độ buồng dao động sẽ làm ảnh hưởng đến sản phẩm Chất lượng của hệ thống máy lạnh và chế độ bảo trì hệ thống lạnh cũng ảnh hưởng lớn đến sản phẩm bảo quản. Thời gian bảo quản sản phẩm: thời gian bảo quản sản phẩm càng dài thì khối lượng và chất lượng sản phẩm sẽ bị giảm sút. Ảnh hưởng của các yếu tố bên trong: Để có sản phẩm có chất lượng tốt cần đảm bảo điều kiện môi trường trong kho được ổn định theo đúng quy trình công nghệ đề ra như:

Nhiệt độ bảo quản: Phụ thuộc vào từng loại sản phẩm và thời gian bảo quản sản phẩm Các mặt hàng trữ đông cần bảo quản ở nhiệt độ ít nhất bằng nhiệt độ của sản phẩm sau cấp đông tránh không để xảy ra quá trình tan chảy và tái kết tinh lại của các tinh thế nước đá làm giảm trọng lượng và chất lượng sản phẩm. Độ ẩm của không khí trong kho lạnh: độ ẩm của không khí trong kho có liên quan mật thiết đến hiện tượng thăng hoa của nước đá trong sản phẩm.

Do vậy tùy từng loại sản phẩm cụ thể mà ta chọn độ ẩm của không khí cho thích hợp

Tốc độ không khí trong kho lạnh: không khí chuyển động trong kho có tác dụng lấy đi lượng nhiệt tỏa ra của sản phẩm bảo quản, nhiệt truyền vào do mở cửa, do cầu nhiệt, do người lao động, do máy móc thiết bị hoạt động trong kho Ngoài ra còn đảm bảo sự đồng đều nhiệt độ, độ ẩm và hạn chế nấm mốc hoạt động.

1.1.2.3 Một số vấn đề khi thiết kế, lắp đặt và sử dụng kho lạnh Hiện tượng lọt ẩm:

Không khí trong kho lạnh có nhiệt độ thấp, khi tuần hoàn qua dàn lạnh một lượng nước đáng kể đã kết ngừng lại, vì vậy phân áp suất hơi nước không khí trong buông nhỏ hơn so với bên ngoài Kết quả hơi ẩm có xu hướng thẩm thấu vào phòng qua kết cấu bao che. Đối với kho xây, hơi ẩm khi xâm nhập có thể làm ẩm ướt lớp cách nhiệt làm mất tính chất cách nhiệt của lớp vật liệu Vì vậy kho lạnh xây cần phải được quét hắc ín và lót giấy dầu chống thấm Giấy dầu chống thấm cần lót hai lớp, các lớp chồng mí lên nhau và phải dán băng keo kín, tạo màn cách ẩm liên tục trên toàn bộ diện tích nền kho. Đối với kho panel bên ngoài và bên trong kho có các lớp tôn nên không có khả năng lọt ẩm Tuy nhiên cần tránh các vật nhọn làm thủng vpanel dẫn đến làm ẩm ướt lớp cách nhiệt Giữa các tấm panel có lắp ghép có khe hở nhỏ cần làm kín bằng silicon, scalant.

Hiện tượng cơi nền do băng :

Kho lạnh bảo quản lâu ngày, nhiệt truyền qua kết cấu cách nhiệt xuống nền đất Khi nhiệt độ xuống thấp nước kết tinh thành đá lớn làm cơi nền kho lạnh, phá hủy kết cấu xây dựng. Đề phòng hiện tượng cơi nền người ta sử dụng các biện pháp sau:

Tạo khoảng trống phía dưới để thông gió nền: lắp đặt kho lạnh trên các con lươn hoặc trên hệ thống khung đỡ

Dùng điện trở để sấy nền.

Dùng các ống thông gió nền đi ziczac.

Quá trình thâm nhập này thực hiện như sau: gió nóng bên ngoài chuyển động vào kho lạnh từ phía trên cửa và gió lạnh trong phòng ùa ra ngoài từ phía dưới nền Để ngăn ngừa hiện tượng đó người ta sử dụng nhiều biện pháp khác nhau:

Sử dụng quạt màn tạo màn khí ngăn chặn sự trao đổi không khí bên ngoài và bên trong.

Làm cửa đôi: cửa ra vào kho lạnh có hai lớp riêng biệt làm cho không khí bên trong không bao giờ thông với bên ngoài.

Sử dụng cửa sổ nhỏ để vào ra hàng Các cửa này được lắp đặt trên tường ở độ cao thích hợp và có kích thước cỡ 600 x 600 mm

Sử dụng màn nhựa: Treo ở cửa ra vào một tấm màn nhựa được ghép từ nhiều mảnh nhỏ, kín.

Không khí khi chuyển dịch qua dàn lạnh, nhưng kết một phần hơi nước ở đó Quá trình tích tụ càng lâu lớp tuyết càng dày Việc bám tuyết ở dàn lạnh dẫn đến nhiều sự cố cho hệ thống lạnh như:

Lớp tuyết bám bên ngoài dàn lạnh tạo thành lớp cách nhiệt, ngăn cản quá trình trao đổi nhiệt giữa môi chất và không khí trong buồng lạnh. Khi tuyết bám nhiều, đường tuần hoàn của gió trong dàn lại bị nghẽn lưu lượng gió giảm, hiệu quả trao đổi nhiệt cũng giảm theo, trợ lực lớn, quạt làm việc quả tải và động cơ điện có thể bị cháy Đề xả tuyết cho dàn lạnh người ta thường sử dụng ba phương pháp sau đây: Dùng gas nóng

Phương pháp này rất hiệu quả vì quá trình cấp nhiệt xả băng thực hiện từ bên trong Tuy nhiên, phương pháp xả băng bằng gas nóng cũng gây nguy hiểm do chỉ thực hiện khi hệ thống đang hoạt động, khi xả băng quá trình sôi trong dàn lạnh xảy ra mãnh liệt có thể cuốn theo lỏng về máy nén Vì thế chỉ nên sử dụng trong hệ thống nhỏ hoặc hệ thống có bình chứa hạ áp.

Phương pháp dùng nước hiệu quả cao, dễ thực hiện, đặc biệt trong các hệ thống lớn Mặt khác khi xả băng bằng nước người ta đã thực hiện hút kiệt gas và dừng máy nén trước khi xả băng nên không sợ ngập lỏng khi xả băng Tuy nhiên, nước có thể bắn vào các sản phẩm trong buồng lạnh và khuếch tán ẩm vào không khí làm tăng độ ẩm Vì thế biện pháp dùng nước thường sử dụng cho hệ thống lớn, tuyết bám nhiều, ví dụ như trong các hệ thống cấp đông.

Sản phẩm bảo quản

Do nhu cầu sử dụng rất lớn nên người ta thường tiến hành giết mổ tập chung nên thịt lợn hàng ngày rất lớn và trong một ngày không thể nào sử dụng hết ngay nên cần phương pháp bảo quản thịt lợn được lâu hơn Bên cạnh đó còn phục vụ xuất khẩu, phục vụ chế biến, doanh nghiệp, cơ sở sản xuất Hình 1-1 là một ví dụ về phương pháp bảo quản lợn.

Xử lí thịt cũng như bảo quản ở nhiệt độ thấp là phương pháp tốt nhất để ngăn ngừa và làm hỏng thịt và duy trì gần như tính chất ban đầu của thịt Để bảo

Hình 1.1 Hình nh thịt lợn b o qu n trong kho

(nguồn internet) quản thịt lợn, cần sơ chế, cấp đông và bảo quản trữ đông để không làm hư hỏng chất lượng sản phẩm Nhiệt độ bảo quản còn tùy thuộc vào thời gian bảo quản.Quy trình bảo quản có thể được chia ra như hình 1-2.

Tính dung tích kho lạnh và bố trí mặt bằng

Buồng bảo quản lạnh

Thịt lợn 50kg/ nửa con sẽ được xếp vào các thùng nhựa có kích thước 1300x1500x500 mm, mỗi thùng chứa được 320kg/thùng Các thùng sẽ được đặt lên pallet 1300x1500x100mm sau đó sẽ được xếp lên kệ chứa pallet nhờ vào các xe nâng pallet, kệ chứa có kích thước 1500x1500x2600mm với chiều dài lọt lòng 1320mm.

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

E: Dung tích kho lạnh (tấn)

V: Thể tích kho lạnh (m ) 3 g v : Định mức của chất tải thể tớch (tấn/m ) Ở đõy ta tớnh với sản phẩm là ẵ 3 con lợn nên ta chọn g v=0,3( tấnm 3 ) Theo tài liệu (thiết kế hệ thống lạnh –Trang 32).

1.2.1.1 Thể tích và diện tích buồng b o qu n lạnh:

Diện tích kho là tổng diện tích lý thuyết của các buồng bảo quản chưa bao gồm các phần diện tích đường đi và các phòng có chức năng đặc biệt khác và được xác định theo công thức:

Hình 1.2 Quy trình b o qu n thịt lợn (nguồn internet)

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

Chiều cao h được xác định bằng chiều cao của kho lạnh trừ đi hai lần chiều dày cách nhiệt: h=H−2 δ

Như vậy chiều cao chất tải bằng chiều cao h trừ khoảng hở cần thiết để cho không0.

khí lưu chuyển phía trên Khoảng hở đó tùy thuộc vào chiều dài kho, kho càng dài thì cần phải để khoảng hở lớn để gió lưu chuyển Khoảng hở tối thiểu phải đạt từ 500÷800mm

Chiều cao phủ bì H của kho lạnh hiện nay đang sử dụng thường được thiết kế theo các kích thước tiêu chuẩn sau: 3600mm, 4200mm, 4800mm…

Chiều dày δ của kho lạnh nằm trong khoảng δP÷200 mm , tùy thuộc nhiệt độ bảo quản và tính chất của tường.

Chọn chiều cao xây dựng theo tiêu chuẩn: H = 3600 mm.

Chọn kho lạnh được lắp ráp bằng panel cách nhiệt, nhiệt độ kho bảo quản lạnh 5°C: => δ = 75 mm.

Chọn khoảng hở lưu thông gió bằng: L = 500 mm.

Tải trọng nền cho phép: g gF= v.hl=0,25.5,35 0,74= ( tấnm 2 ) CT 1.3

Phụ tải này bé hơn phụ tải cho phép với kho lạnh 1 tầng có thể đến 4 tấn/m 2 1.2.1.2 Diện tích cần xây dựng:

Chọn kích thước buồng f = 24x18m= 432 m Tra bảng hệ số sử dụng diện 2 tích ta có β F =0,8

Có thể chọn Z = 6 buồng kích thước f = 24x18ml

Buồng bảo đông

1.2.2.1 Thể tích và diện tích b o qu n đông:

Diện tích kho bảo quản đông:

• Chọn chiều cao xây dựng theo tiêu chuẩn: H = 6000 mm.

• Chọn kho lạnh được lắp ráp bằng panel cách nhiệt, nhiệt độ kho bảo quản lạnh -18°C: => δ = 100 mm.

• Chọn khoảng hở lưu thông gió bằng: L = 500 mm. h đ 600−2.100 500 2900− = (mm)

Tải trọng nền cho phép: g g F = v h đ =0,25.2,9 0,725= ( tấnm 2 )

Phụ tải này bé hơn phụ tải cho phép với kho lạnh 1 tầng có thể đến 4 tấn/m 2 1.2.2.2 Diện tích cần xây dựng:

Chọn kích thước buồng f = 24x18m= 432 m Tra bảng hệ số sử dụng diện 2 tích ta có βF=0,8

Có thể chọn Z = 5 buồng kích thước f = 24x18ml

Buồng kết đông

Do chương trình đã giảm tải lên buồng kết đông không cần tính toán mà cho thẳng vào buồng bao quản

Bảng kết quả tính toán dung tích

Từ lựa chọn phương pháp chất tải, tính toán diện tích xây dựng và chọn kích thước cho mỗi loại buồng bảo quản Bảng 1.2 cho thấy thông tin và số lượng của các buồng.

Số phòng Diện tích (m ) 2 Dung tích

B ng 2 Thông số buồng b o qu n

Quy hoạch mặt bằng

Từ bảng kết quả tính toán dung tích, ta đưa ra được mặt bằng sơ bộ Hình 3

TÍNH CÁCH NHIỆT – CÁCH ẨM KHO LẠNH

Đặc điểm kết cấu kho lạnh

Chất lượng cách nhiệt có tính chất quyết định đối với chất lượng kho lạnh. Lớp cách nhiệt cách ẩm cần đáp ứng các yêu cầu sau:

Hệ số dẫn nhiệt λ nhỏ. Độ thấm hơi nhỏ. Độ bền cơ học cao.

Không ăn mòn không phản ứng với các vật liệu tiếp xúc, chịu được nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao.

Không có mùi lạ, không cháy, không độc hại với con người và với sản phẩm bảo quản.

Dễ mua, rẻ, dễ gia công, vận chuyển, lắp đặt, không cần bảo dưỡng cao.

Ngày nay kho lạnh lắp ghép được sử dụng rất rống rãi do kết cấu đơn giản, có thể lắp ráp nhanh chóng và khi cần có thể tháo ra di chuyển đến địa điểm khác Kho lạnh lắp ghép ngày nay rất đa dạng có thể chứa được vài ba tấn hàng đến hàng chục tấn hàng, Hình 2.1 Em lựa chọn kho lạnh lắp ghép cho phần đồ án của mình.

Hình 1.3 Quy hoạch mặt bằng sơ bộ

Theo sách hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh-PGS.Nguyễn Đức Lợi, ta có Bảng 2.1 giới thiệu độ dày panel tiêu chuẩn, hệ số truyền nhiệt và lĩnh vực ứng dụng của kho lạnh.

Lĩnh vực ứng dụng của kho lạnh

1 50 0,43 Điều hòa không khí khu vực công nghiệp, nhiệt độ phòng 20 C o

6 175 0,13 Kho lạnh phân phối đến -35 C o

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

B ng 2.3 Độ dày panel, hệ số k và lĩnh vực ứng dụng của kho lạnh

Kết cấu kho lạnh được lắp ráp bởi các tấm panel tiêu chuẩn do nhà sản xuất quy định Hình 2-2 mô tả cấu tạo tấm panel cách nhiệt Gồm có 3 lớp chính: Hai bên là các lớp tôn dày 0,5÷0,6mm, phủ sơn, ở giữa là lớp Polyure thane cách nhiệt dày từ 50÷200 mm tuỳ thuộc phạm vi nhiệt độ làm việc.

Hình 2.4 Cấu trúc kho lạnh lắp ghép

Vật liệu bề mặt là vật liệu hoàn toàn cách ẩm, có thể là nhựa, nhôm lá hoặc thép lá cần có tuổi thọ ngang với tuổi thọ kho lạnh Những vật liệu thường dùng hiện nay là:

Tôn mạ màu (colorbond) dày 0,5 0,8÷ mm. Tôn phủ PVC dày 0,5 0,8÷ mm.

Tôn inox dày 0,5 ÷ 0,8 mm. Vật cách nhiệt là polyurethane (PU) Khối lượng riêng 38 ÷40 kg

❑ m 3 Độ chịu nén: 0,2 ÷ 0,29 Mp Tỷ lệ điền đầy bọt: 95%, chất tạo bọt là R141B (không phá hủy tầngOzon).

Hiện nay các tấm panel được sản xuất với kích thước tiêu chuẩn:

Chiều rộng tiêu chuẩn: 300, 600, 900 và 1200mm.

Chiều dày tiêu chuẩn: 50, 75, 100, 125, 150, 175 và 200mm.

2.1.3 Cấu trúc tường và trần buồng

Tấm panel dùng để xây dựng tường và trần kho lạnh được cấu tạo gồm 3 lớp: hai lớp mặt ngoài là lớp nhôm được sơn tĩnh điện, ở giữa là lớp cách nhiệt polyurethan.

Khóa cam (cam lock): đơn giản, dễ sử dụng siết chặt 2 tấm panel liền kề, Hình2.3

Mộng âm dương: thường được sử dụng với khóa cam để tăng hiệu quả cách nhiệt Nguyên tắc là một cạnh panel bố trí lõm còn cạnh tương ứng của panel ghép có vấu lồi để ăn khớp hoàn toàn với nhau, qua đó tránh được khe hở ở mối ghép panel với nhau, với trần, nền, Hình 2.4.

Hình 2.5 Cấu tạo panel (nguồn internet)

Hình 2.6 Nguyên tắc hoạt động của khóa cam (nguồn tài liệu[1])

Bên cạnh đó còn nhiều kiểu lắp ghép, kết nối khác nhau như trong Hình 2.5 a) Tường

/trần b) Trần/trần (treo), treo trần trung gian c) Tường nền d) Tường/tường

Cấu trúc nền kho phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ trong kho, tải trọng của kho hàng bảo quản, dung tích kho lạnh.

Do đặc thù của kho lạnh là bảo quản hàng hóa, do đó phải có cấu trúc vững chắc, móng phải chịu tải trọng của toàn bộ kết cấu xây dựng, móng kho được xây dựng tùy thuộc vào kết cấu địa chấn của nơi xây dựng.

Kho lạnh xây dựng theo phương án lắp ghép có sử dụng cơ giới hóa Tải trọng của hàng bảo quản sẽ chi phối đến độ rắn chắc của nền, khả năng chịu lún của nền Nếu tải trọng của hàng bảo quản càng lớn thì cấu trúc nền kho lạnh phải thiết kế có độ chịu nén cao Cấu trúc nền kho lạnh được minh họa như Hình 2.6. Để tránh việc cơi nền với buồng bảo quản lạnh đông và buồng kết đông Trong bản thiết kế này em lựa chọn xây dựng con lươn thông gió theo Hình 2.7 Chọn vận tốc gió trong kênh v air =3m s, nhiệt độ trung bình kênh dẫn là 24 C Việc tính o toán chiều dày cách nhiệt nền buồng chỉ tính toán lớp phía trên lớp sưởi nên tính nhiệt cho con lươn này có thể bỏ qua.

Hình 2.9 Kết cấu nền kho lạnh (nguồn internet) Hình 2.7 Mộng âm dương cho panel (nguồn tài liệu[1])

Hình 2.8 Các chi tiết lắp ghép (nguồn internet)

2.1.5 Cấu trúc cửa kho lạnh

Hiện nay có các loại cửa như sau: cửa bản lề, cửa mở nhanh và cửa trượt.Cấu trúc cửa là các tấm cách nhiệt có bản lề tự động, xung quanh có đệm kín bằng cao su hình nhiều ngăn Khóa cửa mở được cả hai phía trong và ngoài Với kho lạnh áp dụng cơ giới hóa này, ta lựa chọn cửa trượt để lắp kho lạnh nhằm thuận tiện trong việc bốc dỡ hàng, di chuyển của xe nâng điện Hình 2.8 kết cấu của kho lạnh điển hình.

Lựa chọn panel cho tường và trần

Để lựa chọn được độ dày panel tường ta dựa vào Bảng 2.1 với các thông số về nhiệt độ của các buồng trong kho lạnh:

Căn cứ vào thông số độ dày panel tiêu chuẩn và hệ số truyền nhiệt ta chọn được độ dày và hệ số truyền nhiệt cho các buồng như sau:

Buồng bảo quản đông Buồng bảo quản lạnh Độ dày, mm 100 75

B ng 2.4 Thông số các tấm panel cho các phòng

Hình 2.10 Kết cấu nền kho lạnh (nguồn internet)

Hình 2.11 Cấu trúc cửa kho lạnh (nguồn internet)

2.2.1 Kiểm tra đọng sương panel tường và trần Để không bị đọng sương thì nhiệt độ bề mặt ngoài tấm panel của buồng bảo quản lạnh phải cao hơn nhiệt độ đọng sương của không khí môi trường Điều kiện để không bị đọng sương xác định theo công thức: k ≤k s =0,95.∝ 1 t1−ts t t1−2

Trong đó: k: Hệ số truyền nhiệt thực của vách cách nhiệt, (W/m²K) ks: Hệ số truyền nhiệt lớn nhất để không bị đọng sương, (W/m²K) t1: Nhiệt độ bên ngoài trời, (ºC) ts: Nhiệt độ đọng sương của môi trường bên ngoài vách, (ºC) tra theo đồ thị i-d t2: Nhiệt độ buồng bảo quản, (ºC)

∝1: Hệ số tỏa nhiệt của vách buồng lạnh tới buồng lạnh, ( W m 2 K)

∝ 1 #,3 W m 2 K Tra theo bảng 3.7 trang 86 tài liệu [1].

2.2.1.1 Kiểm tra đọng sương các tấm panel tường

Tấm panel sườn bao gồm tấm bao xung quanh và ngăn giữa các buồng cùng nhiệt độ

Mùa Nhiệt độ ngoài trời t (ºC)1, Độ ẩm φ, (%) Nhiệt độ đọng sương ngoài panel ts, (ºC)

B ng 2.5 Nhiệt độ ngoài và nhiệt độ đọng sương panel tường

Nhiệt độ buồng bảo quản lạnh là 5 C, nhiệt độ, độ ẩm và nhiệt độ đọng o sương theo mùa trong Bảng 2.3 với ∝1#,3 W m 2 K tra the bảng 3.7 trang 86 tài liệu [1] Suy ra hệ số truyền nhiệt lớn nh-ất để không bị đọng sương:

4,5−5 =−57,55(W /m² K )Bảo quản đông Đây là khu phân phối nên lấy nhiệt độ sản phẩm nhập vào là 6 C, sản phẩm o bảo quản ngắn ngày sẽ đưa vào buồng bảo quản lạnh, bảo quản lâu hơn sẽ được kết đông giảm nhiệt độ xuống rồi sẽ được bảo quản đông Nhiệt độ sau khi xử lý lấy bằng chính nhiệt độ buồng Nhiệt độ chênh lệch khi di chuyển giữa các buồng lấy là 5 C Dung tích thực của kho bảo quản đông và bảo quản lạnh đều lớn hơn o 200t nên khối lượng hàng nhập vào trong một ngày đêm bằng 6% dung tích buồng.

Ta có kết quả tính dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra như Bảng 3.2.

3.4 Dòng nhiệt do thông gió Q 3

Dòng nhiệt tổn thất do thông gió chỉ tính toán cho các buồng lạnh đặc biệt bảo quản rau quả, hoa quả và các sản phẩm hô hấp Dòng nhiệt chủ yếu do không khí nóng ở bên ngoài đưa vào buồng lạnh thay thế cho không khí lạnh trong buồng để bảo đảm sự hô hấp của các sản phẩm bảo quản.

Do đây là kho lạnh bảo quản thịt nên không cần thông gió : Q 3 = 0

3.5 Các dòng nhiệt vận hành Q 4

Các dòng nhiệt do vận hànhQ 4 gồm dòng nhiệt do đèn chiếu sáng Q 41 , do người làm việc trong các buồng Q42, do các động cơ điện Q43, dòng nhiệt do mở cửa Q 44

Dòng nhiệt do chiếu sáng Q41 được xác định bằng công thức 3.6

A – Nhiệt lượng tỏa ra khi chiếu sang 1m diện tích buồng hay diện tích nền, 2 W/m 2 Đối với buồng bảo quản A=1,2 W/m 2

Dòng nhiệt người làm việc ở buồng Q42 xác định bằng công thức 3.7:

Q4250 n(W ) CT 3.7 n – số người làm việc trong buồn.

350 – nhiệt lượng do một người thải ra khi làm việc nặng nhọc, W/người.

Với buồng bảo quản lạnh 3 người, buông bảo quan đông 3 người.

Dòng nhiệt do động cơ điện xác định bằng công thức 3.8:

N – công suất của động cơ điện, kW.

1000 – hệ số chuyển đổi kW ra W.

Công suất động cơ điện trong buồng lanh lấy như sau:

- Buồng bảo quản lạnh: N = 1 kW

Dòng nhiệt do mở cửa xác định bằng công thức 3.8:

B – dòng nhiệt riêng khi mở của, W/m 2

F – diện tích buồng bảo quản, m 2

Dòng nhiệt riêng khi mở cửa chọn theo bảng 4.4 [TL1 ; tr117] như sau:

Kết quả tính toán dòng nhiệt tổn thất trong quá trình vận hành như Bảng 3.3

B ng 3.16 Dòng nhiệt do vận hành Q 4

3.6 Tính toán phụ tải máy nén và các thiết bị

Phụ tải nhiệt cho thiết bị được lấy bằng tổng các tải nhiệt thành phần có giá trị cao nhất, như công thức (CT 3.1) đã nêu Tải nhiệt máy nén cũng tính bằng tổng các tải nhiệt thành phần nhưng chỉ với 80% dòng nhiệt tổn thất Q1, 100% dòng nhiệt sản phẩm tỏa ra Q 2 và 60% dòng nhiệt vận hành Q 4

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

Q MN – tổng nhiệt tải máy nén với mỗi loại buồng lạnh. k – hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh. b – hệ số thời gian làm việc, chọn b = 0,9 theo [TL1; tr121]. to, o C -40 -30 -10 k 1,1 1,07 1,05

B ng 3.17 Hệ số lạnh ứng với t o

Bảng 3.5 tính chi tiết phụ tải thiết bị, phụ tải máy nén cho từng buồng bảo quản từ đó đưa ra được năng suất lạnh của máy nén đối với mỗi nhóm buồng.

Tổng Q (kW) o, kW Thiết bị Máy nén

B ng 3.18 Phụ t i thiết bị, máy nén và năng suất lạnh

Tổng nhiệt tải máy nén với mỗi loại buồng lạnh:

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH VÀ LỰA CHỌN MÁY NÉN

4.1 Đặc điểm và tính chất của môi chất lạnh

- Dòng gas lạnh NH3 ( Amoniac ) là môi chất làm lạnh không có khả năng phá hủy tầng Ozone và gây ra hiệu ứng nhà kính Ta có thể xem NH3 là những tác nhân làm lạnh của công nghệ trong thời gian tới Cho đến hiện nay, đa số các hệ thống làm lạnh công nghiệp như là: nhà máy chế biến thủy sản, nhà máy bia đều được thiết kế tối ưu để sử dụng môi chất lạnh NH3 Ngoài ra, tính năng của NH3 rất phù hợp với những hệ thống làm lạnh hớn, hoặc là các hệ thống làm lạnh của nhà máy đá, các loại kho cấp hàng đông lạnh, tủ đông trái cây nên khuyên dùng NH3 Mặc dù vậy NH3 chỉ có thể làm lạnh tối ưu nhất đối với những hệ thống lớn, có công suất cao, vì vậy mà khi sử dụng các hệ thống làm lạnh nhỏ, công suất không đủ lớn tác nhân

NH3 có thể làm hỏng thực phẩm, oxy hóa những kim loại, vì vậy mà NH3 không dùng có các hệ thống nhỏ.

- Ở áp suất khí quyển, nhiệt độ sôi t s=−46,5 o C.

- Hòa tan dầu, tuy nhiên ở -20 C hòa tan dầu kém Sử dụng dầu PO như các o HFC khác.

- Không hòa tan hơi nước nên chú ý tách khí không ngưng, hút chân không hệ thống.

- Kho lạnh lắp đặt tại Lạng Sơn, theo TCVN 5687:2010 với số giờ không đảm bảo là 200(h/năm) ta xác định được: t khô =3 5,4 o C ; φ=5 5,8 % ; t ư=2 7,6 o C.

4.2 Chọn các thông số làm việc

Chế độ làm việc của hệ thống lạnh được đặc trưng bởi 4 thông số nhiệt độ: Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t o

Nhiệt độ ngưng tụ môi chất lạnh t k

Nhiệt độ quá lạnh lỏng môi chất (trước tiết lưu) tql.

Nhiệt độ quá nhiệt hơi môi chất (trước khi hút về máy nén) t qn

4.2.1 Nhiệt độ sôi môi chất lạnh t o

Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh phụ thuộc nhiệt độ buồng lạnh, có thể được tính theo biểu thức: t t o = b −∆t o ( o C) CT 4.1 t b nhiệt độ buồng lạnh.–

∆to – hiệu nhiệt độ yêu cầu. Đối với dàn bay hơi trực tiếp, nhiệt độ bay hơi lấy thấp hơn nhiệt độ buồng từ

4.2.2 Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất t k

Nước được tuần hoàn qua tháp giải nhiệt nên nhiệt độ nước vào bình ngưng cao hơn nhiệt độ nhiệt kế ướt từ 3÷4 C Nhiệt độ nhiệt kế ướt lấy từ Bảng 1.1 o bằng 29,1 C Vậy nhiệt độ nước vào bình ngưng sẽ lấy: o tw 1=tư+3=2 7,6+3=3 0,6 o C.

Chọn độ chênh nhiệt độ nước vào và nước ra khỏi bình ngưng là 5 o C, biểu thức liên hệ giữa nhiệt độ nước ra và nước vào bình ngưng là: t w 2 =t w 1 +5=3 0,6+5=3 5,6 o C CT 4.2

Nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ Lựa chọn phương pháp giải nhiệt bằng nước cho bình ngưng tụ cho hệ thống, tk tính bằng biểu thức sau: t tk=w 2+∆tk=3 5,6+5=4 0,6 o C CT 4.3 tw 2 – nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng

∆tk – hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu ∆tk=5 o C

Nhiệt độ quá lạnh t ql Là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu Nhiệt độ quá lạnh càng xuống thấp năng suất lạnh càng lớn Vì vậy, người ta cố gắn hạ nhiệt độ quá lạnh xuống càng thấp càng tốt.Ngày nay, do thiết bị quá lạnh làm cho máy nén cồng kềnh, tốn vật tư, giá thành tăng mà hiệu quả lạnh đem lại không cao, các máy lạnh hầu như không còn trang bị quá lạnh Việc quá lạnh được thực hiện ngay trong thiết bị ngưng tụ bằng cách để mức lỏng ngập vào ống dưới cùng của dàn ống trong bình ngưng ống chùm Nước cấp vào bình sẽ đi qua ống này trước để quá lạnh lỏng sau đó mới đi lên các ống trên để ngưng tụ môi chất.

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI

Dòng nhiệt do thông gió Q 3

Dòng nhiệt tổn thất do thông gió chỉ tính toán cho các buồng lạnh đặc biệt bảo quản rau quả, hoa quả và các sản phẩm hô hấp Dòng nhiệt chủ yếu do không khí nóng ở bên ngoài đưa vào buồng lạnh thay thế cho không khí lạnh trong buồng để bảo đảm sự hô hấp của các sản phẩm bảo quản.

Do đây là kho lạnh bảo quản thịt nên không cần thông gió : Q 3 = 0

Các dòng nhiệt vận hành Q 4

Các dòng nhiệt do vận hànhQ 4 gồm dòng nhiệt do đèn chiếu sáng Q 41 , do người làm việc trong các buồng Q42, do các động cơ điện Q43, dòng nhiệt do mở cửa Q 44

Dòng nhiệt do chiếu sáng Q41 được xác định bằng công thức 3.6

A – Nhiệt lượng tỏa ra khi chiếu sang 1m diện tích buồng hay diện tích nền, 2 W/m 2 Đối với buồng bảo quản A=1,2 W/m 2

Dòng nhiệt người làm việc ở buồng Q42 xác định bằng công thức 3.7:

Q4250 n(W ) CT 3.7 n – số người làm việc trong buồn.

350 – nhiệt lượng do một người thải ra khi làm việc nặng nhọc, W/người.

Với buồng bảo quản lạnh 3 người, buông bảo quan đông 3 người.

Dòng nhiệt do động cơ điện xác định bằng công thức 3.8:

N – công suất của động cơ điện, kW.

1000 – hệ số chuyển đổi kW ra W.

Công suất động cơ điện trong buồng lanh lấy như sau:

- Buồng bảo quản lạnh: N = 1 kW

Dòng nhiệt do mở cửa xác định bằng công thức 3.8:

B – dòng nhiệt riêng khi mở của, W/m 2

F – diện tích buồng bảo quản, m 2

Dòng nhiệt riêng khi mở cửa chọn theo bảng 4.4 [TL1 ; tr117] như sau:

Kết quả tính toán dòng nhiệt tổn thất trong quá trình vận hành như Bảng 3.3

B ng 3.16 Dòng nhiệt do vận hành Q 4

Tính toán phụ tải máy nén và các thiết bị

Phụ tải nhiệt cho thiết bị được lấy bằng tổng các tải nhiệt thành phần có giá trị cao nhất, như công thức (CT 3.1) đã nêu Tải nhiệt máy nén cũng tính bằng tổng các tải nhiệt thành phần nhưng chỉ với 80% dòng nhiệt tổn thất Q1, 100% dòng nhiệt sản phẩm tỏa ra Q 2 và 60% dòng nhiệt vận hành Q 4

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

Q MN – tổng nhiệt tải máy nén với mỗi loại buồng lạnh. k – hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh. b – hệ số thời gian làm việc, chọn b = 0,9 theo [TL1; tr121]. to, o C -40 -30 -10 k 1,1 1,07 1,05

B ng 3.17 Hệ số lạnh ứng với t o

Bảng 3.5 tính chi tiết phụ tải thiết bị, phụ tải máy nén cho từng buồng bảo quản từ đó đưa ra được năng suất lạnh của máy nén đối với mỗi nhóm buồng.

Tổng Q (kW) o, kW Thiết bị Máy nén

B ng 3.18 Phụ t i thiết bị, máy nén và năng suất lạnh

Tổng nhiệt tải máy nén với mỗi loại buồng lạnh:

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH VÀ LỰA CHỌN MÁY NÉN

Đặc điểm và tính chất của môi chất lạnh

- Dòng gas lạnh NH3 ( Amoniac ) là môi chất làm lạnh không có khả năng phá hủy tầng Ozone và gây ra hiệu ứng nhà kính Ta có thể xem NH3 là những tác nhân làm lạnh của công nghệ trong thời gian tới Cho đến hiện nay, đa số các hệ thống làm lạnh công nghiệp như là: nhà máy chế biến thủy sản, nhà máy bia đều được thiết kế tối ưu để sử dụng môi chất lạnh NH3 Ngoài ra, tính năng của NH3 rất phù hợp với những hệ thống làm lạnh hớn, hoặc là các hệ thống làm lạnh của nhà máy đá, các loại kho cấp hàng đông lạnh, tủ đông trái cây nên khuyên dùng NH3 Mặc dù vậy NH3 chỉ có thể làm lạnh tối ưu nhất đối với những hệ thống lớn, có công suất cao, vì vậy mà khi sử dụng các hệ thống làm lạnh nhỏ, công suất không đủ lớn tác nhân

NH3 có thể làm hỏng thực phẩm, oxy hóa những kim loại, vì vậy mà NH3 không dùng có các hệ thống nhỏ.

- Ở áp suất khí quyển, nhiệt độ sôi t s=−46,5 o C.

- Hòa tan dầu, tuy nhiên ở -20 C hòa tan dầu kém Sử dụng dầu PO như các o HFC khác.

- Không hòa tan hơi nước nên chú ý tách khí không ngưng, hút chân không hệ thống.

- Kho lạnh lắp đặt tại Lạng Sơn, theo TCVN 5687:2010 với số giờ không đảm bảo là 200(h/năm) ta xác định được: t khô =3 5,4 o C ; φ=5 5,8 % ; t ư=2 7,6 o C.

Chọn các thông số làm việc

Chế độ làm việc của hệ thống lạnh được đặc trưng bởi 4 thông số nhiệt độ: Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t o

Nhiệt độ ngưng tụ môi chất lạnh t k

Nhiệt độ quá lạnh lỏng môi chất (trước tiết lưu) tql.

Nhiệt độ quá nhiệt hơi môi chất (trước khi hút về máy nén) t qn

4.2.1 Nhiệt độ sôi môi chất lạnh t o

Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh phụ thuộc nhiệt độ buồng lạnh, có thể được tính theo biểu thức: t t o = b −∆t o ( o C) CT 4.1 t b nhiệt độ buồng lạnh.–

∆to – hiệu nhiệt độ yêu cầu. Đối với dàn bay hơi trực tiếp, nhiệt độ bay hơi lấy thấp hơn nhiệt độ buồng từ

4.2.2 Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất t k

Nước được tuần hoàn qua tháp giải nhiệt nên nhiệt độ nước vào bình ngưng cao hơn nhiệt độ nhiệt kế ướt từ 3÷4 C Nhiệt độ nhiệt kế ướt lấy từ Bảng 1.1 o bằng 29,1 C Vậy nhiệt độ nước vào bình ngưng sẽ lấy: o tw 1=tư+3=2 7,6+3=3 0,6 o C.

Chọn độ chênh nhiệt độ nước vào và nước ra khỏi bình ngưng là 5 o C, biểu thức liên hệ giữa nhiệt độ nước ra và nước vào bình ngưng là: t w 2 =t w 1 +5=3 0,6+5=3 5,6 o C CT 4.2

Nhiệt độ ngưng tụ của hệ thống phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ Lựa chọn phương pháp giải nhiệt bằng nước cho bình ngưng tụ cho hệ thống, tk tính bằng biểu thức sau: t tk=w 2+∆tk=3 5,6+5=4 0,6 o C CT 4.3 tw 2 – nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng

∆tk – hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu ∆tk=5 o C

Nhiệt độ quá lạnh t ql Là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu Nhiệt độ quá lạnh càng xuống thấp năng suất lạnh càng lớn Vì vậy, người ta cố gắn hạ nhiệt độ quá lạnh xuống càng thấp càng tốt.Ngày nay, do thiết bị quá lạnh làm cho máy nén cồng kềnh, tốn vật tư, giá thành tăng mà hiệu quả lạnh đem lại không cao, các máy lạnh hầu như không còn trang bị quá lạnh Việc quá lạnh được thực hiện ngay trong thiết bị ngưng tụ bằng cách để mức lỏng ngập vào ống dưới cùng của dàn ống trong bình ngưng ống chùm Nước cấp vào bình sẽ đi qua ống này trước để quá lạnh lỏng sau đó mới đi lên các ống trên để ngưng tụ môi chất.

Là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén Nhiệt độ hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ bay hơi của môi chất Để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng phải bố trí bình tách lỏng hoặc hơi hút phải là hơi quá nhiệt Độ quá nhiệt ở từng loại máy nén và môi chất là khác nhau Đối với môi chất R717 và freon nói chung nhiệt độ quá nhiệt thường khá cao vì nhiệt độ cuối tầm nén thấp, nhiệt độ hút t h thông thường cao hơn nhiệt độ sôi khoảng ∆t h ta lựa chọn độ quá nhiệt. t t h = o +∆t h CT 4.2 Ở đây, chọn ∆t E o C ứng với môi chất sử dụng R717.

4.2.4 Bảng tính nhiệt độ làm việc của chu trình

Sử dụng phần mềm CoolPack tra được áp suất bay hơi, ngưng tụ theo nhiệt độ, Bảng 4.1 tổng hợp thông số các điểm làm việc của chu trình lạnh của từng loại buồng bảo quản khác nhau. tb, C o to, C o tk, o C Po, Bar Pk, Bar Qo, kW

B ng 4.19 Thông số nhiệt độ làm việc trên chu trình

Buồng bảo quản lạnh

Máy nén cho 3 buồng bảo quản lạnh phải tạo ra năng suất lạnh cần thiết theo thính toán tại chương 3 là:

Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: t t o= b −∆t o =1−10=−9 o C

Nhiệt độ hơi hút về máy nén:

Môi chất sử dụng R404A, chọn độ quá nhiệt hút về máy nén là 10 C Như vậy: o t t h = o +20=−9+10=1 o C

,22 4,49 =4,28 Đối với freon π≤12 nên sử dụng máy nén pittong trượt với chu trình hồi nhiệt Hình 4.1 là cơ sở thiết bị và biểu diễn trên đồ thị logP-h của chu trình hồi nhiệt. Điểm nút trạng thái của chu trình như sau:

1-2: Quá trình nén đoạn nhiệt lên áp suất cao, nhiệt độ cao.

2-3: Ngưng tụ đẳng áp trong thiết bị ngưng tụ.

3-4: tiếp tục nhả nhiệt trong thiết bị hồi nhiệt.

Hình 4.13 Chu trình hồi nhiệt

4-5: Tiết lưu xuống áp suất bay hơi.

5-6: Bay hơi đẳng áp trong thiết bị bay hơi.

6-1: Quá nhiệt hơi môi chất về máy nén.

Từ trạng thái môi chất trên ta xác định được thông số trạng thái của môi chất tại các điểm nút nhờ phần mền EES, thể hiện trong Bảng 4.2 Điểm 4: hơi môi chất được quá lạnh bằng thiết bị hồi nhiệt có áp suất bằng áp suất ngưng tụ và anthalpy được xác định bằng việc cân bằng nhiệt ở thiết bị hồi nhiệt m 1 (h 1−h 6 )=m 3.(h 3 −h 4 )

Mà m m 1= 3 ⇒ h 4=h3−(h1−h6) t, C o P, bar h, kJ/kg v, m /kg 3 s, kJ/kgK x

B ng 4.20 Thông số trạng tháu chu trình buồng b o qu n lạnh h 4 =h 3 − (h 1−h 6 )6,3− (222,7 213,5− )7,1(kJ/kg)

Năng suất lạnh riêng khối lượng: q o =h 6 −h 5 !3,5 107,1 106,4− = (kJ/kg)

Năng suất lạnh riêng thể tích của máy nén: q v =q o v1

Công nén riêng: l=h h 2 − 1 %3,4 222,7 30,7− = (kJ/kg)

Năng suất nhiệt riêng: q k =h 2 −h 3 %3,4−116,3 137,1= (kJ/kg)

Lưu lượng hơi thực tế qua máy nén: m tt =Q o qo

I,52 106,4=0,465(kg/s) Năng suất thể tích thực tế của máy nén:

Qk=mtt.qk=0,465.137,1 63,75= (kJ/kg)

Hệ tích hút thực tế của máy nén: λ={ P o −∆P P o o −c [ ( P k +∆P P o k ) m 1 −( P o −∆P P o o ) ] } T T o k =0,712

Trong đó: c = 4% : thể tích chết 2÷6% m = 1: với chọn freôn 0,9÷1,05.

Thể tích hút lý thuyết:

Hiệu suất chỉ thị: Ƞ i =0,001 t o +To

315=0,829 Công suất nén chỉ thị:

,275 0,829 ,22 kW Công suất ma sát:

N ms =V tt p ms =0,0216.59=1,277 kW đối với máy nén freon thẳng dòng p ms9 ÷ 69 kPa

Ne=N Ni+ ms,22+1,277 18,49 kWCông suất điện cấp:

= 14,275 0,95.0,95,81 kW Truyền động đai khớp Ƞ td=0,95; hiệu suất động cơ tùy loại Ƞ el=0,8÷ 0,95

Sử dụng phần mềm Bitzer tính chọn máy nén cho buồng bảo quản lạnh với những thông số như sau:

- Năng suất lạnh yêu cầu: Q oI,52 kW

- Nhiệt độ ngưng tụ: t kB o C

Từ thông số đầu vào như trên ta thu được chu trình tham chiếu và kết quả tính chọn máy nén piston kiểu bán kín model 4GE-23Y-40P như Hình 4.2.

Buồng bảo quản đông

Máy nén cho buồng bảo quản lạnh phải tạo ra năng suất lạnh cần thiết theo thính toán tại chương 3 là:

Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: t t o=b−∆to=−19−10=−29 o C

Nhiệt độ hơi hút về máy nén:

Môi chất sử dụng R404A, chọn độ quá nhiệt hút về máy nén là 15 C Như vậy: o t th=o+20=− +15=−1429 o C

,222,13 =9,02Hình 4.14 Kết qu chọn máy nén buồng b o qu n lạnh Đối với freon 𝜋≥ 9 nên sử dụng ta lựa chọn chu trình hai cấp, một tiết lưu, làm mát trung gian một phần hồi nhiệt và quá lạnh lỏng

- Hơi môi chất ra khỏi bình bay hơi có trạng thái (1’) qua hồi nhiệt trao đổi nhiệt với lỏng nóng để trở thành hơi quá nhiệt ở trạng thái (1) được máy nén hạ áp hút và nén lên trạng thái (2) Hơi ra ở cấp hạ áp (2) sẽ hòa trộn với hơi từ bình quá lạnh (10) thành dòng hơi quá nhiệt (4) vào máy nén cao áp Sau khi nén hơi có trạng thái (5) Ở bình ngưng tụ, hơi ngưng tụ thành lỏng bão hòa (6), qua hồi nhiệt giảm nhiệt độ xuống (7) và qua bình quá lạnh nhiệt độ giảm xuống điểm (8), t t8=9 ’+3 ÷ 5 K Từ trạng thái (8), một phần lỏng được đưa qua van tiết lưu nhiêt TL1 tiết lưu xuống áp suất trung gian (9) để bay hơi làm qúa lạnh môi chất lỏng một phần nhỏ, phần lớn tiết lưu thẳng xuống áp suất bay hơi (11) đưa vào bình bay hơi sinh lạnh và như vậy khép kín chu trình lạnh. Điểm nút trạng thái của chu trình:

1’-1: quá nhiệt trong thiết nhiệt hồi nhiệt;

1-2: nén đoạn nhiệt trong máy nén hạ áp;

2-4 và 10-4: hơi nén hạ áp 2 hòa trộn với hơi bão hòa 10 ra từ bình quá lạnh để ào máy nén cao áp;

4-5: nén đoạn nhiệt trong máy nén cao áp;

5-6: làm mát hơi quá nhiệt và ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ;

6-7: qúa lạnh trong thiết bị hồi nhiệt;

7-8: qúa lạnh trong bình quá lạnh;

8-9: tiết lưu từ p k xuống áp suất trung gian vào bình quá lạnh;

9-10: bay hơi trong bình quá lạnh để qúa lạnh lỏng trong ống;

Hình 4.15 Chu trình hai cấp, có quá lỏng và hồi nhiệt cho môi chất freon

8-11: tiết lưu từ p k xuống p o để ào thiết bị bay hơi;

11-1’: bay hơi trong thiết bị bay hơi. Áp suất trung gian: ptg=√ p o.pk=√2,13.19,22=6,39¿

Ta có bảng thông số trạng thái chu trình buồng bảo quản đông nhờ phần mềm EES, Bảng 4.3. t, C o P, bar h, kJ/kg v, m /kg 3 s, kJ/kgK x

B ng 4.21 Thông số trạng thái chu trình buồng b o qu n đông Điểm (7) xác định bằng hiệu enthalpy ∆h 67=∆h 1 ' 1 h h h h6− 7= 1− 1 '

⇒h 7 =h 6 −(h 1−h 1 ')&3,6− (362,7 350,1− )%1 kJ/kg Điểm (4) xác định thông qua bảo toàn năng lượng và khối lượng: h4=h10+(h 10−h 7 )

Năng suất lạnh riêng: qo=h 1 '−h1150,1 207,7 142,4− = (kJ/kg)

Năng suất lạnh riêng thể tích: qv=q o v1

2,4 0,09927,81(KJ/m 3 ) Năng suất thải nhiệt ra ở bình ngưng: q k =h h 5 − 6 @4,6−263,6 141= (kJ/kg)

Công nén riêng hạ áp: l HA =h 2 −h 1 86,2−362,7#,5 (kJ/kg)

Lưu lượng qua máy nén: m HA =m 1 =Qo qo2,07 142,4=0,225(kg/ s) Thể tích hút thực tế của máy nén hạ áp:

Hệ số cấp 𝜆: λHA={ P o −∆P P o o −c [ (P tg +∆P P o tg ) m 1 − P o −∆P P o o ] } T T tg o =0,782 kg/s

∆Po=∆Ptg=0,005 ÷ 0,01 Mpa;chọn∆ Po=∆Ptg=0,0075 Mpa=0,075 ¯¿ m = 0,9 ÷ 1,05 đối với máy nén freon, chọn m = 1. c – tỉ số thể tích chết, c=0,03÷ 0,05, chọn c=0,04.

Thể tich hút lý thuyết hạ áp: (thể tích quét mn hạ áp)

3 h Công nén lý thuyết hạ áp:

Ns=mHA.lHA=0,225.23,5=5,29 kW Hiệu xuất chỉ thị: Ƞ i =T o

275 +0,001 29(− )=0,858 kW Công suất chỉ thị:

=5,29 0,858=6,16 kW Công suất ma sát: N ms =V tt p ms =0,022.59 1,325= kW

Chọn p msYPa ; theo tài liệu [1] trang 218 Công suất hữu ích: N e =N i +N ms =6,16+1,325=7,48 kW

Công suất tiếp điện: N el = N e Ƞtd.Ƞel

= 7,48 0,95.0,9=8,745 kW tđ = 0,95 hiệu suất truyền động của khớp, đai. el = 0,8÷0,95 hiệu suất động cơ.

Công nén riêng cao áp: lCA=h5−h4@4,6−380,9#,7 (kJ/kg)

Lưu lượng qua máy nén cao áp: m CA =m m 4 = 1 h 2 −h 10 h h4− 10

=0,225.386,2−366,8 380,9−366,8=0,31(kg/s) Thể tích hút thực tế của máy nén hạ áp:

Hệ số cấp 𝜆: λCA={ P tg −∆P P tg tg −c [ (P k +∆P P tg k ) 1 m − P tg −∆P P tg tg ] } T T k tg =0,791 kg/s

∆P tg =∆P k =0,005 ÷ 0,01 Mpa ;chọn∆ P tg =∆P k =0,0075 Mpa=0,075¯ ¿ m = 0,9 ÷ 1,05 đối với máy nén freon, chọn m = 1. c – tỉ số thể tích chết, c=0,03÷ 0,05, chọn c=0,04.

Thể tich hút lý thuyết cao áp:

3 sY,4 m 3 /h Công nén lý thuyết cao áp:

Ns=mCA.lCA=0,31.23,7=7,35 kW Hiệu xuất chỉ thị: Ƞ i =Ttg

315+0,001 1,9( )=0,875 kW Công suất chỉ thị:

0,875=8,4 kW Công suất ma sát: Nms=Vtt.pms=0,013.59 0,77= kW

Chọn p msYPa ; theo tài liệu [1] trang 218 Công suất hữu ích: N e =N i +N ms =8,4+0,77=9,17 kW

Công suất tiếp điện: N el = N e Ƞtd.Ƞel

= 9,173 0,95.0,9,72 kW tđ = 0,95 hiệu suất truyền động của khớp, đai. el = 0,8÷0,95 hiệu suất động cơ.

4.4.2 Tính chọn máy nén BQĐ

Tính chọn máy nén cho buồng bảo quản đông với các thông số như sau:

Từ các thông số trên ta chọn được máy nén piston bán kính loại 2 cấp với model S6F-30.2Y-40P như hình 4.5.

Với công suất lạnh buồng kết đông là 32,07 kW ta lựa chọn 2 máy nén model S6F-30.2Y-40P Chạy 1 máy đáp ứng công suất và 1 máy luân phiên cũng như phục vụ bảo dưỡng, bảo trì.

Buồng kết đông

Máy nén cho buồng bảo quản lạnh phải tạo ra năng suất lạnh cần thiết theo thính toán tại chương 3 là:

Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: t t o= b −∆t o =−34−5=−39 o C

Nhiệt độ hơi hút về máy nén:

Môi chất sử dụng R404A, chọn độ quá nhiệt hút về máy nén là 10 C Như vậy: o t t h = o +20=− +10=−2939 o C

Tỉ số nén π >12 nên ta lựa chọn chu trình hai cấp, một tiết lưu, làm mát trung gian một phần hồi nhiệt và quá lạnh lỏng.

Hình 4.16 Kích thước đấu nối và thông số kỹ thuật model S6F-30.2Y-40P

- Hơi môi chất ra khỏi bình bay hơi có trạng thái (1’) qua hồi nhiệt trao đổi nhiệt với lỏng nóng để trở thành hơi quá nhiệt ở trạng thái (1) được máy nén hạ áp hút và nén lên trạng thái (2) Hơi ra ở cấp hạ áp (2) sẽ hòa trộn với hơi từ bình quá lạnh (10) thành dòng hơi quá nhiệt (4) vào máy nén cao áp Sau khi nén hơi có trạng thái (5) Ở bình ngưng tụ, hơi ngưng tụ thành lỏng bão hòa (6), qua hồi nhiệt giảm nhiệt độ xuống (7) và qua bình quá lạnh nhiệt độ giảm xuống điểm (8), t t 8=9 ’+3 ÷ 5 K Từ trạng thái (8), một phần lỏng được đưa qua van tiết lưu nhiêt TL2 tiết lưu xuống áp suất trung gian (9) để bay hơi làm qúa lạnh môi chất lỏng một phần nhỏ, phần lớn tiết lưu thẳng xuống áp suất bay hơi (11) đưa vào bình bay hơi sinh lạnh và như vậy khép kín chu trình lạnh. Điểm nút trạng thái của chu trình:

1’-1: quá nhiệt trong thiết nhiệt hồi nhiệt;

1-2: nén đoạn nhiệt trong máy nén hạ áp;

2-4 và 10-4: hơi nén hạ áp 2 hòa trộn với hơi bão hòa 10 ra từ bình quá lạnh để ào máy nén cao áp;

4-5: nén đoạn nhiệt trong máy nén cao áp;

5-6: làm mát hơi quá nhiệt và ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ;

6-7: qúa lạnh trong thiết bị hồi nhiệt;

7-8: qúa lạnh trong bình quá lạnh;

8-9: tiết lưu từ p k xuống áp suất trung gian vào bình quá lạnh;

9-10: bay hơi trong bình quá lạnh để qúa lạnh lỏng trong ống;

8-11: tiết lưu từ p k xuống p o để ào thiết bị bay hơi;

11-1’: bay hơi trong thiết bị bay hơi. Áp suất trung gian:

Hình 4.17 Chu trình hai cấp, hai tiết lưu, làm mát trung một phần ptg=√ p o.pk=√1,42.19,22=5,22¿

Dựa vào đồ thị logP-h và phần mềm EES của môi chất R404a ta tra được các thông số điểm nút của chu trình như trong Bảng 4.4. t, C o P, bar h, kJ/kg v, m /kg 3 s, kJ/kgK x

B ng 4.22 Thông số trạng tháu chu trình buồng kết đông Điểm (7) xác định bằng hiệu enthalpy ∆h67=∆h1 ' 1 h h h h 6 − 7 = 1 − 1 '

⇒h 7 =h 6 −(h 1 −h 1 ' )&3,6− (352,1 344,6− )%6,1 kJ/kg Điểm (4) xác định thông qua bảo toàn năng lượng và khối lượng: h 4 =h 10 +(h 10−h 7 )

Năng suất lạnh riêng: q o =h 1 '−h 11 44,6−200,34,3 (kJ/kg)

Năng suất lạnh riêng thể tích: q v =qo v1

4,3 0,13937,38 (KJ/m 3 ) Năng suất thải nhiệt ra ở bình ngưng: qk=h5−h6@1,3 263,6 137,7− = (kJ/kg)

Công nén riêng hạ áp: l HA =h 2 −h 1 79,2−352,1',1 (kJ/kg)

Lưu lượng qua máy nén: mHA=m1=Qo qo

V,16 144,3=0,389(kg/s ) Thể tích hút thực tế của máy nén hạ áp:

Hệ số cấp 𝜆: λHA={ P o −∆P P o o −c [ (P tg +∆P P o tg ) m 1 − P o −∆P P o o ] } T T o tg =0,728 kg/ s

∆P o =∆P tg =0,005 ÷ 0,01 Mpa;chọn∆ P o =∆P tg =0,0075 Mpa=0,075 ¯¿ m = 0,9 ÷ 1,05 đối với máy nén freon, chọn m = 1. c – tỉ số thể tích chết, c=0,03÷ 0,05, chọn c=0,04.

Thể tich hút lý thuyết hạ áp:

V ¿1 =V tt1 λ = 0,054 0,728=0,0743 kg s Công nén lý thuyết hạ áp:

N s =m HA l HA =0,389.27,1,54 kW Hiệu xuất chỉ thị: Ƞ i =T o

268,7+0,001 39(− )=0,83 kW Công suất chỉ thị:

,54 0,83 ,67 kW Công suất ma sát: N ms=V tt p ms =0,054.59 3,19= kW

Chọn p ms YPa ; theo tài liệu [1] trang 218 Công suất hữu ích: N e=N Ni+ ms,67+3,19,86 kW

Công suất tiếp điện: N e = N e Ƞtd.Ƞel

= 15,86 0,95.0,9,55 kW tđ = 0,95 hiệu suất truyền động của khớp, đai. el = 0,8÷0,95 hiệu suất động cơ.

Công nén riêng cao áp: lCA=h5−h4@1,3 373,8 27,5− = (kJ/kg)

Lưu lượng qua máy nén cao áp: m CA =m m 4 = 1 h2−h10 h4−h10

=0,389.379,2−363,6 373,8−363,6=0,59(kg/s) Thể tích hút thực tế của máy nén hạ áp:

Hệ số cấp 𝜆: λCA={ P tg −∆P P tg tg −c [ (P k +∆P P tg k ) 1 m − P tg −∆P P tg tg ] } T T k tg =0,748 kg/s

∆P tg =∆P k =0,005 ÷ 0,01 Mpa ;chọn∆ P tg =∆P k =0,0075 Mpa=0,075¯ ¿ m = 0,9 ÷ 1,05 đối với máy nén freon, chọn m = 1. c – tỉ số thể tích chết, c=0,03÷ 0,05, chọn c=0,04.

Thể tich hút lý thuyết cao áp:

V¿4=Vtt4 λ = 0,0237 0,748 =0,0317 kg s Công nén lý thuyết cao áp:

Ns=mCA.lCA=0,59 27,5,225 kW Hiệu xuất chỉ thị: Ƞ i =Ttg

315 +0,001.(−4,3 0,848 kW)Công suất chỉ thị:

,225 0,848 ,11 kW Công suất ma sát: Nms=Vtt pms=0,0237.59 1,398= kW

Chọn p msYPa ; theo tài liệu [1] trang 218 Công suất hữu ích: N e =N i +N ms ,11+1,398 20,5= kW

Công suất tiếp điện: N e = Ne Ƞtd.Ƞel= 20,5 0,95.0,9#,98 kW tđ = 0,95 hiệu suất truyền động của khớp, đai. el = 0,8÷0,95 hiệu suất động cơ.

4.5.2 Tính chọn máy nén BKĐ

Tính chọn máy nén cho buồng bảo quản đông với các thông số như sau:

Từ các thông số trên ta chọn được máy nén piston bán kính loại 2 cấp với model

Với công suất lạnh buồng kết đông là 56,16 kW ta lựa chọn 2 máy nén model S66J-32.2Y-40P Chạy 2 máy đáp ứng công suất và 1 máy luân phiên cũng như phục vụ bảo dưỡng, bảo trì.

TÍNH CHỌN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ, THIẾT BỊ BAY HƠI VÀ THIẾT BỊ PHỤ

Thiết bị ngưng tụ

5.1.1 Phân loại thiết bị ngưng tụ

Có nhiều loại thiết bị ngưng tụ làm việc theo nguyên tắc khác nhau và có kết cấu khác nhau Có một số loại thiết bị chính sau:

- Thiết bị ngưng tụ làm mát nước (giải nhiệt nước):

Bình ngưng ống vỏ NH3 đặt đứng.

Bình ngưng ống vỏ NH3 đặt đứng.

- Thiết bị ngưng tụ kiểu kết hợp (giải nhiệt nước và gió):

Tháp ngưng tụ (có quạt hay dàn ngưng tụ bay hơi).

- Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí (giải nhiệt gió):

Với kho lạnh này, em lựa chọn thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước Cụ thể với môi chất sử dụng là Freon nên thiết bị ngưng tụ được chọn là bình ngưng ống vỏ nằm ngang.

5.1.2 Tính chọn thiết bị ngưng tụ Để xác định diện tích, ta sử dụng phương trình trao đổi nhiệt:

Qk – Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ, kW k – Diện tích bề n=mặt trao đổi nhiệt, m 2

F – Hệ số truyền nhiệt của thiết bị, W/m K 2

∆tb – Hiệu nhiệt độ trung bình logarit, K

⇒ Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:

5.1.2.1 Phụ t i nhiệt của thiết bị ngưng tụ

Dựa theo tính toán ở Chương 4, ta xác định được phụ tải ngưng tụ = tổng Q k của 3 buồng:

Q Q k = k(BQL) +Q k(BQĐ) +Q k(BKĐ) c,75+43,71+81,248,7 kW 5.1.2.2 Xác định nhiệt độ trung bình logarit

- Nhiệt độ nước vào bình ngưng: t w 12 o C

- Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng:t w 2 7 o C

- Nhiệt độ ngưng tụ: t kB o C

∆t min =t t k − w 2 B 37− =5K Vậy hiệu nhiệt độ trung bình logarit là:

∆ttb=∆tmax−∆tmin ln∆tmax

5.1.2.3 Hệ số truyền nhiệt của thiết bị

Kiểu thiết bị là bình ngưng ống vỏ nằm ngang với môi chất R404a Ta chọn hệ số truyền nhiệt kp0 W/m K theo Bảng 8.6 tài liệu [1] 2

5.1.2.4 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt

8,7 1000 700.7,21 7,38(m 2 ) 5.1.2.5 Xác định lượng nước làm mát thiết bị

Lưu lượng nước làm mát được xác định theo công thức:

Q k – Tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ, kW

C=4,186 kJ kgK/ – Nhiệt dung riêng của nước làm mát. ρ00 kg/m 3 – khối lượng riêng của nước.

∆t w =5K – Độ tăng nhiệt độ của nước trước và sau.

4,186.1000.5=0,009 (m 3 /s)2,4(m 3 /h) Dựa vào bảng 7.3 trang 260 tài liệu [2], ta chọn được thiết bị ngưng tụ bình ngưng ống vỏ loại nằm ngang KTR-35 có kích thước như sau:

Ký hiệu bình ngưng KTR-35

Diện tích bề mặt ngoài m 2 40 Đường kính ống vỏ mm 404

B ng 5.23 Thông số của thiết bị ngưng tụ MKTHP-25 theo yêu cầu

Thiết bị bay hơi

Thiết bị bay hơi là thiết bị trao đổi nhiệt trong đó môi chất lạnh lỏng hấp thụ nhiệt từ môi trường lạnh, sôi và hóa hơi Thiết bị bay hơi kiện để ngập môi chất hay theo điều kiện tuần hoàn của chất tải lạnh.

Ngày nay, thiết bị bay hơi đối lưu cưỡng bức được sử dụng rất rộng rãi vì chúng có ưu đểm hơn so với dàn tĩnh.

Có thể bố trí trong hoặc ngoài buồng Ít tốn thể tích bảo quản của sản phẩm

Nhiệt độ đồng đều, hệ số trao đổi nhiệt lớn Ít tốn nguyên vật liệu

Do đó, em lựa chọn phương án sử dụng thiết bị bay hơi đối lưu cưỡng bức (thiết bị làm lạnh không khí đối lưu cưỡng bức) để lắp đặt cho kho lạnh bảo quản quản thịt lợn này Tuy nhiên chúng cũng có nhược điểm là ồn và tốn thêm năng suất lạnh cho động cơ quạt gió Độ ẩm trong buồng lạnh thấp.

5.2.1 Thiết bị bay hơi buồng bảo quản lạnh

Theo các số liệu đã tính toán ở trên ta có:

Tải lạnh thiết bị một buồng bảo quản lạnh: Q BQL,3 kW

Nhiệt độ bay hơi và ngưng tụ: t o=−9℃ ;tkB℃

Nhiệt độ quá nhiệt và quá lạnh: ∆tqn ℃ ;∆tql=5,73 ℃

Nhiệt độ phòng bảo quản lạnh: t b=1 ℃

Sử dụng phần mềm Guntner, ta chọn được 2 dàn lạnh mỗi dàn có Q,6 kW, có model GHN 045.2E/17-ANW50.M với thông số kĩ thuật như Hình 6.1

5.2.2 Thiết bị bay hơi buồng bảo quản đông

Theo các số liệu đã tính toán ở trên ta có:

Tải lạnh thiết bị một buồng bảo quản lạnh: Q BQĐ ,6 kW

Nhiệt độ bay hơi và ngưng tụ: t o=−29 ℃ ;t k B℃

Nhiệt độ quá nhiệt và quá lạnh: ∆t qn ℃ ;∆t ql ℃

Nhiệt độ phòng bảo quản lạnh: t b=−19 ℃

Sử dụng phần mềm Guntner, ta chọn 2 dàn lạnh có model GHN 045.2F/112-

ANW50.M với thông số kĩ thuật như Hình 6.2

5.2.3 Thiết bị bay hơi buồng kết đông

Theo các số liệu đã tính toán ở trên ta có:

Tải lạnh thiết bị một buồng bảo quản lạnh: QBKĐP.7 kW

Nhiệt độ bay hơi và ngưng tụ: t o =−39 ℃ ;t k B℃

Nhiệt độ quá nhiệt và quá lạnh: ∆t qn ℃ ;∆tql=6 ℃

Nhiệt độ phòng bảo quản lạnh: t b =−34 ℃

Sử dụng phần mềm Guntner, ta chọn 2 dàn lạnh có model GHN 071.2H/25-

ANS50.M với thông số kĩ thuật như Hình 6.3

Hình 5.20 Kết qu chọn các dàn bay hơi cho các buồng b o qu n đông

Chọn các thiết bị phụ

Bình chứa cao áp thường được đặt bên dưới bình ngưng tụ dùng để chứa lỏng đã ngưng tụ và giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ, duy trì sự cấp lỏng liên tục 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 thiết bị bay hơi trong hệ thống lạnh có bơm cấp môi chất lỏng từ trên xuống và 60% thể tích dàn trong hệ thống lạnh cấp lỏng từ dưới lên. Khi vận hành mức lỏng của bình cao áp chỉ được phép chiếm 50% thể tích bình.

Hình 5.22 Bình chứa cao ápHình 5.21 Kết qu chọn các dàn bay hơi cho các buồng kết đông

Sức chứa của bình chứa cao áp tính theo công thức:

V CA : thể tích bình chứa cao áp.

V d : thể tích hệ thống dàn bay hơi.

1,2 là hệ số an toàn.

Theo lựa chọn dàn bay hơi ở mục 5.2 ta có thể tích các dàn bay hơi đã lựa chọn ứng với các buồng bảo quản lạnh, bảo quản đông, buồng kết đông lần lượt là 16,9 ; 11,2 ; 83,2 Với 9 dàn bay hơi buồng bảo quản lạnh, 9 dàn bay hơi𝑙 𝑙 𝑙 buồng bảo quản đông, 2 dàn bay hơi buồng kết đông Ta tính được thể tích bình chứa cao áp.

1000 =0,6(m 3 ) Chọn được bình chứa cao áp loại 0,75PB với thông số như bảng 5.2

Loại bình Kích thước (mm) Dung tích

B ng 5.24 Thông số bình chứa cao áp 5.3.1.2 Bình chứa tuần hoàn

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 Bình chứa tuần hoàn có hai loại dàn đặt nằm ngang và đặt đứng Sức chứa không nhỏ hơn 30% toàn bộ thể tích môi chất lạnh trong các dàn bay hơi.

Thể tích bình chứa thu hồi có thể xác định như sau:

V dt =0: thể tích dàn tĩnh.

V dq : thể tích dàn quạt. k 1 …k 7 : theo bảng 8-16 tài liệu [1], như sau

• k1: Sự điền đầy dàn tĩnh, k1 = 0,7

• k2: Sự điền đầy dàn quạt, k2 = 0,7

• k3: Lượng lỏng tràn khỏi dàn , k3 = 0,3

• k4: Sức chứa ống góp và đường ống , k4 = 1,2

• k5: Sự điền đầy lỏng khi bình chứa làm việc để đảm bảo bơm hoạt động, k5= 1,55

• k6: Mức lỏng cho phép trong bình chứa đặt đứng , k6 = 1,45

Từ đó ta có bảng sau:

Buồng Thể tích các dàn, m 3 Thể tích bình chứa tuần hoàn, m 3

B ng 5.25 Thông số bình chứa tuần hoàn

Bình chứa thu hồi dùng để chứa chất lỏng xả ra từ các dàn bay hơi khi tiến hành phá băng hơi nóng Bình chứa thu hồi có hai loại: bình hình trụ đặt ngang và đặt đứng Ta chọn bình chứa thu hồi nằm ngang.

Trong hệ thống lạnh có bơm tuần hoàn, thể tích bình chứa thu hồi có thể lấy theo sức chứa lớn nhất của bình chứa tuần hoàn.

Vậy theo tính toán ở phần trên, ta có thể tích bình chứa thu hồi là:

Loại bình Kích thước,mm Dung tích, m 3

B ng 5.26 Thông số bình chứa tuần hoàn

Tải lạnh buồng bảo quản lạnh: Q oI.52 kW

Nhiệt độ bay hơi và ngưng tụ: to=−9℃ ;tkB℃

Nhiệt độ quá nhiệt và quá lạnh: ∆t qn ℃ ;∆t ql =5,73 ℃

Nhiệt độ phòng bảo quản lạnh: tb=1 ℃

Sử dụng phần mềm tính chọn van tiết lưu của Danfoss, lựa chọn được loại van tiết lưu REG 15-B angle như hình 5.4.

Tải lạnh buồng bảo quản lạnh: Q BQĐ 2,07 kW

Nhiệt độ bay hơi và ngưng tụ: t o=−29 ℃ ;t k B℃

Nhiệt độ quá nhiệt và quá lạnh: ∆tqn ℃ ;∆tql6,5 ℃

Nhiệt độ phòng bảo quản lạnh: t b=−19 ℃

Sử dụng phần mềm tính chọn van tiết lưu của Danfoss, lựa chọn được loại van tiết lưu REG 15-A angle như hình 5.5

Theo các số liệu đã tính toán ở trên ta có:

Tải lạnh thiết bị một buồng bảo quản lạnh: Q BKĐ V,16 kW

Nhiệt độ bay hơi và ngưng tụ: t o=−39 ℃ ;tkB℃

Nhiệt độ quá nhiệt và quá lạnh: ∆t qn ℃ ;∆t ql B℃

Nhiệt độ phòng bảo quản lạnh: t =−34 ℃

Hình 5.23 Van tiết lưu buồng cho b o qu n lạnh

Hình 5.24 Van tiết lưu buồng cho b o qu n đông

Sử dụng phần mềm tính chọn van tiết lưu của Danfoss, lựa chọn được loại van tiết lưu.

Các máy lạnh khi làm việc cần phải tiến hành bôi trơn các chi tiết chuyển động nhằm giảm ma sát, tăng tuổi thọ thiết bị Trong quá trình máy nén làm việc dầu thường bị cuốn theo môi chất lạnh Việc dầu bị cuốn theo môi chất lạnh có thể gây ra các hiện tượng sau:

Máy nén thiếu dầu, ché độ bôi trơn không tốt nên nhanh chóng hư hỏng. Dầu theo môi chất lạnh sẽ bám ở các thiết bị ngưng tụ, thiếu bị bay hơi, làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt.

R404A là môi chất hòa tan dầu kém ở dưới -20℃ nên việc dùng bình tách dầu là cần thiết Để tách lượng dầu bị cuốn theo dòng môi chất khi máy nén làm việc, ngay trên đầu đường đẩy của máy nén người ta bố trí bình tách dầu Lượng dầu tách ra sẽ được đưa về máy nén hoặc đưa về bình thu hồi 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 R404A thì tốc độ nằm trong khoảng 8 – 15 m/s, ta chọn tốc độ 10 m/s.

Từ công thức 8.5 tài liệu [4] TCVN 5687:2010, ta xác định đường kính trong D của bình: t

V: lưu lượng thể tích dòng hơi đi qua bình tách dầu, m 3 /s ω: tốc độ hơi môi chất trong bình, m/s Tốc độ hơi trong bình đủ nhỏ để tách được các hạt dầu, ω = 0,5 ÷ 1 m/s Chọn ω = 1 m/s

Từ công thức 8.6 tài liệu TCVN 5687:2010, ta có lưu lượng thể tích hơi môi chất đi qua bình tách dầu:

Hình 5.25 Van tiết lưu buồng cho buồng kết đông

G: lưu lượng khối lượng môi chất qua bình, kg/s. v2: thể tích tiêng trạng thái hơi qua bình, trạng thái đó ứng với trạng thái đầu đẩy của máy nén, m /kg 3

- Với buồng bảo quản lạnh, đường kính trong của bình là:

D t =√ 4.m π ω 1 v 2 = √4.0,465 0,010 π 1 =0,077 mw mm Theo tài liệu [1], ta chọn bình tách dầu 90 – MO.

- Với buồng bảo quản đông, đường kính trong của bình là:

D t =√ 4.m π ω 1 v 4 = √4.0,225 0,033 π 1 =0,097 m mm Theo tài liệu [1], ta chọn bình tách dầu 100 – MO.

- Với buồng kết đông, đường kính trong của bình là:

Dt=√ 4.m π ω 1 v 4 = √4.0,389 0,040 π 1 =0,14 m0 mm Theo tài liệu [1], ta chọn bình tách dầu 140 – MO.

Bình chứa dầu dùng để gom dầu từ các bình tách dầu, từ các bầu dầu của các thiết bị Dầu xả về bình nhờ chênh lệch áp suất, áp suất trong bình hút giảm xuống 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 cao nhất cho phép của bình là 1,8 Mpa, nhiệt độ từ -40°C đến 150°C

Theo bảng 8-20 tài liệu [1] ta chọn bình chứa dầu như sau:

Kích thước, mm Thể tích, m 3

B ng 5.27 Thông số bình chứa dầu

Nhiệm vụ của tháp giải nhiệt là thải toàn bộ lượng nhiệt do môi chất lạnh ngưng tụ tỏa ra Lượng nhiệt này được thải ra môi trường nhờ chất tải nhiệt trung gian là nước Nước vào bình ngưng tụ có nhiệt độ t , nhận nhiệt ngưng tụ tăngw1 lên khoảng 4÷5℃, ra khỏi bình ngưng tụ nhiệt độ t Nước nóng được đưa sangw2 tháp giải nhiệt và phun thành các giọt nhỏ Nước nóng chảy theo khối đệm xuống, trao đổi nhiệt và chất với không khí đi ngược dòng từ dưới lên trên nhờ quạt gió cưỡng bức Quá trình trao đổi nhiệt và chất chủ yếu là quá trình bay hơi một phần nước vào không khí Nhiệt độ nước giảm đi 4÷5℃ xuống nhiệt độ ban đầu tw1.

Nhiệt thải ngưng tụ toàn kho lạnh tính trên 5.1 là:

Q k 8,7 kW Lưu lượng nước làm mát:

4,186.1000 (37 32− )=0,009 (m 3 /s)=9¿¿ Nhiệt độ trung bình các tháng mùa hè tại Bắc Ninh là: t7,8 ℃ ;φS,4 %→t ư ),1 ℃

- Nhiệt độ nước vào bình ngưng chọn: tw 1=tư+32 ℃

- Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng: t w 2=t w 1 +∆t w 2+57 ℃

- Nhiệt độ ngưng tụ: t tk=w 2+∆tminB℃

- Hiệu nhiệt độ nước làm mát: ∆t w=t w 2 −t w 1 7 32− =5K

Với ∆tmax K; ∆tmin=5k;∆tw=5K được tính trong 5.1

Từ t ư),1 ℃ ;∆t w =t w 2 −t w 1 7−32=5 K Ta tra đồ thị Hình 7-29 trong tài liệu [2], được hệ số hiệu chỉnh k = 0,7

Hình 5.26 Cấu tạo tháp gi i nhiệt

Năng suất làm mát cần thiết:

0,7 &9,57 kW Tính chuyển đổi sang tấn lạnh:

⇒ Tra bảng 7-22 tài liệu [2], chọn tháp giải nhiệt FRK80 với các thông số như bảng 5.5 sau:

FRK l/s H D in out of dr fv q s m / 3 ph m ɸ m kW Kh ô Ướt dB

B ng 5.28 Thông số tháp gi i nhiệt FRK80

Thiết bị hồi nhiệt

Hình 5.27 Hệ số hiệu chỉnh k phụ thuộc vào t ư và

Thiết bị hồi nhiệt dùng để quá lạnh lỏng môi chất sau khi ngưng tụ trước khi vào van tiết lưu bằng hơi lạnh ra từ dàn bay hơi trước khi về máy nén trong các máy lạnh Freon nhằm tăng hiệu suất lạnh chu trình.

Thiết bị hồi nhiệt trao đổi nhiệt ngược dòng, trong đó hơi đi phía ngoài ống xoắn, lỏng đi phía trong ống xoắn.

Với các thông số các buồng được xác định ở phần 5.3.2 chương 5 Sử dụng phần mềm coolselector2, ta chọn được thiết bị hồi nhiệt cho từng buồng như sau:

Hình 5.28 Thiết bị hồi nhiệt

Hình 5.30 Thiết bị hồi nhiệt HE4.0 cho buồng BQĐ

Hình 5.29 Thiết bị hồi nhiệt HE4.0 cho buồng BQL

Thiết bị quá lạnh lỏng

Dùng làm lạnh môi chất lạnh lỏng sau ngưng tụ trước khi đi vào van tiết lưu để tăng hiệu suất lạnh của chu trình

Thiết bị quá lạnh 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/(m 2 K) Đường kính ống hút vào máy nén cao áp: d=√ 4 m v π ω = √4.0,7527 0,0551 π 10 =0,073 m Theo bảng 7-19 tài liệu [1], ta chọn được bình trung gian:

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

B ng 5.29 Thông số kỹ thuật bình chứa trung gian

Các thiết bị khác

Bơm nước dùng cho tháp giải nhiệt đến giải nhiệt cho môi chất ở bình ngưng tụ Hoặc bơm môi chất lạnh cho các hệ thống lạnh dùng bơm tuần hoàn cấp lỏng cho các dàn bay hơi.

Theo quy định an toàn trong các máy lạnh phải lắp van một chiều trên đường đẩy của mỗi máy nén và lắp van một chiều chung cho toàn bộ hệ thống ngay trước thiết bị ngưng tụ.

Hình 5.31 Thiết bị hồi nhiệt HE4.0 cho buồng BKĐ

Van chặn để cô lập bộ phận nào đó ra khỏi hệ thống khi cần bảo dưỡng, sửa chữa.

Lấy thông số trong giàn bay hơi nếu đạt nhiệt độ thì nó sẽ ngắt môi chất vào dàn (có dây cảm biến nối vào dàn hoặc nối vào vật cần đo).

Chỉ khác van một chiều ở chỗ hiệu áp suất ở đầu vào và đầu ra phải đạt những chỉ số nhất định thì van mới mở ,van an toàn được bố trí ở trên những thiết bị có áp suất cao và chứa nhiều môi chất lỏng như thiết bị ngưng tụ, bình chứa … để đề phòng áp suất vượt quá mức quy định. Áp kế

Dùng để đo áp suất của môi chất trong đường ống, thiết bị áp kế được lắp trên đường hút và đường đẩy của máy nén, trên bình ngưng bình chứa.

Mắt gas là kính quan sát lắp trên đường lỏng để quan sát dòng chảy của môi chất lạnh Mắt gas được lắp trên đường lỏng sau phin sấy lọc, trước van tiết lưu.

Phin lọc có nhiệm vụ loại trừ các tạp chất hóa học và các cặn bẩn cơ học đặc biệt nước và axit ra khỏi vòng tuần hoàn môi chất lạnh. Ống mềm Được lắp đặt ở đầu hút và đầu đẩy của máy nén để hạn chế rung và nứt, gẫy đường ống Do khi máy nén hoạt động gây rung động.

TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG

Tính chọn đường ống

Để tính toán đường kính trong của ống dẫn, theo tài liệu [1] sách thiết kế hệ thống lạnh, ta sử dụng biểu thức: di=√ ρ.π ω 4 m = √ π ω 4 V CT 6.1

Trong đó: d i - Đường kính trong của ống dẫn, m. m- Lưu lượng khối lượng, kg/s. ρ- Khối lượng riêng môi chất, kg/m 3 ω- Tốc độ dòng chảy trong ống, m/s.

Dựa vào Bảng 10-1 tài liệu [1], ta lựa chọn được tốc độ môi chất trong các ống từ đó tính sơ bộ kích thước ống. ω (m/s) Đường hút máy lạnh nén hơi 12 Đường đẩy máy lạnh nén hơi 12 Đường dẫn lỏng của máy lạnh nén hơi 1

B ng 6.1 Tốc độ cho từng loại đường ống Theo Bảng 10.2 TL [1] ta có bảng kích thước sơ bộ đường ống dưới đây:

Tốc độ dòng chảy (m/s) Đường kính trong sơ bộ (m) BQL

Hút 0,046 0,465 0,021 12 0,047 Đẩy 0,01 0,465 0,0046 12 0,022 Đường dẫn lỏng 0,042 0,465 0,0195 1 0,150

Hút CA 0,033 0,31 0,01 12 0,032 Đẩy CA 0,011 0,31 0,003 12 0,019 Đường dẫn lỏng 0,09 0,31 0,0279 1 0,188

Hút CA 0,04 0,6 0,024 12 0,05 Đẩy CA 0,01 0,6 0,006 12 0,025 Đường dẫn lỏng 0,05 0,6 0,03 1 0,195

B ng 6.30 Kích thước sơ bộ đường ống

Tên phòng Ống Đường kính Đường kính Đường kính Chiều dày Tiết diện Khối lượng danh nghĩa

Di, mm ống, mm ống, 100 mm 2

Hút 50 57 50 3,5 19,6 4,62 Đẩy 25 32 27,5 2,25 5,95 1,65 Đường dẫn lỏng 150 159 150 4,5 177 17,15

Hút CA 32 38 33,5 2,25 8,8 1,98 Đẩy CA 25 32 27,5 2,25 5,95 1,65 Đường dẫn lỏng 200 219 207 6,0 337 31,59

Hút CA 50 57 50 3,5 19,6 4,62 Đẩy CA 25 32 27,5 2,25 5,95 1,65 Đường dẫn lỏng 200 219 207 6,0 337 31,59

B ng 6.31 Kích thước đường ống môi chất

Tính chọn bơm môi chất

Trong các hệ thống lạnh có bơm tuần hoàn mục đích tuần hoàn cưỡng bức môi chất lỏng qua dàn lạnh Bơm được lắp đặt càng gần bình chứa tuần hoàn càng tốt để tránh lỏng bay hơi, tạo nút hơi, gián đoạn lỏng trên đường ống hút. Tính toán trở lực trên đường ống buồng bảo quản lạnh (BQL):

- Xác định chế độ dòng chảy theo tiêu chuẩn Reynolds (Re):

Trong đó: di=0,15 m - Đường kính trong của ống dẫn lỏng. ρ#,8 kg/m 3 – Khối lượng riêng của môi chất. ω=0,9 m/s – Tốc độ dòng chảy. μ – Độ nhớt động lực của môi chất ở trạng thái vào bơm môi chất.

Sử dụng web Ethermo ta tra được μ=2,04.10 −4 (Pa.s)

=> ℜ750>2320 => Lỏng môi chất chảy rối. Ở chế độ chảy rối, hệ số tổn thất ma sát: λ=1 ¿¿

- Chiều dài 1 tính đi ống từ phòng máy đén buồng bảo quản lạnh xa nhất lU m

- Từ đó, tổn thất áp suất do ma sát trên đoạn ống xa nhất được tính như sau:

- Tổn thất đo chênh độ cao đặt dàn là: h=ρ g ∆ z#,8 9,81 4,550,651(Pa)

Số lượng Hệ số trở kháng

B ng 6.32 Hệ số trở kháng cục bộ (BQL)

- Tổn thất áp suất cục bộ trên đoạn ống chính là:

- Vậy tổng tổn thất tính trên đoạn ống xa nhất dẫn vào buồng bảo quản lạnh là: PBQL3,5+99+1050,6523(Pa)

- Lấy dự trữ k = 1,2 thì H BQL %32,78(Pa)

Tính toán trở lực trên đường ống buồng bảo quản đông (BQĐ):

- Xác định chế độ dòng chảy theo tiêu chuẩn Reynolds (Re):

Trong đó: d i =0,158 m - Đường kính trong của ống dẫn lỏng. ρ,11kg/m 3 – Khối lượng riêng của môi chất. ω=0,9 m/s – Tốc độ dòng chảy. μ – Độ nhớt động lực của môi chất ở trạng thái vào bơm môi chất.

Sử dụng web Ethermo ta tra được μ=2,67.10 −4 (Pa.s)

=> ℜY17>2320 => Lỏng môi chất chảy rối. Ở chế độ chảy rối, hệ số tổn thất ma sát: λ=1 ¿¿

- Chiều dài 1 tính đi ống từ phòng máy đén buồng bảo quản lạnh xa nhất l` m

- Từ đó, tổn thất áp suất do ma sát trên đoạn ống xa nhất được tính như sau:

- Tổn thất đo chênh độ cao đặt dàn là: h=ρ.g.∆ z,11 9,81 4,5I0,45(Pa)

Số lượng Hệ số trở kháng

B ng 6.33 Hệ số trở kháng cục bộ (BQĐ)

- Tổn thất áp suất cục bộ trên đoạn ống chính là:

- Vậy tổng tổn thất tính trên đoạn ống xa nhất dẫn vào buồng bảo quản lạnh là: PBQL,5+886,788+49035 (Pa)

- Lấy dự trữ k = 1,2 thì H BQĐ 22(Pa)

Tính toán trở lực trên đường ống buồng kết đông (BKĐ):

- Xác định chế độ dòng chảy theo tiêu chuẩn Reynolds (Re):

Trong đó: d i =0,195m - Đường kính trong của ống dẫn lỏng. ρ kg/m 3 – Khối lượng riêng của môi chất. ω=0,9 m/s – Tốc độ dòng chảy. μ – Độ nhớt động lực của môi chất ở trạng thái vào bơm môi chất.

Sử dụng web Ethermo ta tra được μ=3,24.10 −4 (Pa.s)

=> ℜ833>2320 => Lỏng môi chất chảy rối. Ở chế độ chảy rối, hệ số tổn thất ma sát: λ=1 ¿¿

- Chiều dài 1 tính đi ống từ phòng máy đén buồng bảo quản lạnh xa nhất l` m

- Từ đó, tổn thất áp suất do ma sát trên đoạn ống xa nhất được tính như sau:

- Tổn thất đo chênh độ cao đặt dàn là: h=ρ g.∆ z 9,81 4,52,9(Pa)

Số lượng Hệ số trở kháng

B ng 6.34 Hệ số trở kháng cục bộ (BKĐ)

- Tổn thất áp suất cục bộ trên đoạn ống chính là:

- Vậy tổng tổn thất tính trên đoạn ống xa nhất dẫn vào buồng bảo quản lạnh là: PBQL1,5+882,9+77,26 1082(Pa)- Lấy dự trữ k = 1,2 thì HBQĐ93(Pa)

Công suất của bơm xác định theo công thức:

N – công suất bơm yêu cầu, W

V – năng suất bơm (lưu lượng), m 3 /s

H – tổng trở lực, Pa η – hiệu suất của bơm, η=0,8

Công suất yêu cầu của động cơ bơm: N đc=k.N

Với k là hệ số an toàn, chọn k=1,5

Thông số BQL BQĐ BKĐ

B ng 6.35 Thông số chọn bơm