Môn học chuyên Đề lạnh Đề tài tính toán thiết kế kho lạnh bảo quản cá béo năng suất 25 tấn tại tp hồ chí minh

Nhiệt độ không khí bên ngoài .... Nhiệt độ không khí bên trong kho lạnh .... Xác định tải nhiệt cho máy nén và thiết bị ..... Nhiệt độ không khí bên ngoài Bảng 1.. Tính toán cách nhiệt,

Lê Phạm Gia Phát - 22147151

Lê Nguyễn Suki - 22147162

Lê Minh Tài - 22147164

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày ,tháng , năm2024

2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

3

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: THÔNG SỐ KỸ THUẬT 1

1.1 Nhiệt độ không khí bên ngoài 1

1.2 Nhiệt độ và lượng không khí ẩm 1

1.3 Nhiệt độ không khí bên trong kho lạnh 1

1.4 Nhiệt độ sôi của môi chất 1

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN DUNG TÍCH KHO LẠNH 2

2.1 Tính thể tích kho lạnh 2

2.2 Tính diện tích chất tải 2

2.3 Diện tích cần xây dựng: Fxd 3

2.4 Tính toán cách nhiệt, cách ẩm cho kho lạnh 3

2.5 Tính Kiểm tra đọng sương 4

2.6 Cấu trục vách và trần kho lạnh 5

CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI NHIỆT KHO LẠNH 6

3.1 Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che Q1 6

3.2 Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì tỏa ra 7

3.2.1 Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q21 7

3.2.2 Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra Q22 8

3.3 Dòng nhiệt tỏa ra khi vận hành 8

3.3.1 Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng tỏa ra Q41 9

3.3.2 Dòng nhiệt do người tỏa ra Q42 9

3.3.3 Dòng nhiệt do các động cơ điện, Q43 9

3.3.4 Dòng nhiệt khi mở cửa, Q44 9

3.3.5 Dòng nhiệt do xả băng, Q45 10

3.4 Xác định tải nhiệt cho máy nén và thiết bị 11

4

3.4.1 Phụ tải nhiệt thiết bị 11

3.4.2 Phụ tải nhiệt máy nén 11

CHƯƠNG 4: THIẾT LẬP SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ, CHỌN MÁY NÉN VÀ THIẾT BỊ 12

4.1 Chọn chu trình 12

4.1.1 Các thống số cho trước 12

4.1.2 Tính nhiệt độ bay hơi: t0 12

4.1.3 Tính nhiệt độ ngưng tụ: tk 12

4.1.4 Chọn cấp chu trình 13

4.1.5 Tính độ quá nhiệt 13

4.2 Thiết lập sơ đồ nguyên lí, tính toán chu trình 13

4.2.1 Mô tả chu trình 13

4.2.2 Đồ thị lgp-h và T-s 14

4.2.3 Thể tích hút lý thuyết yêu cầu và chọn máy nén 17

4.2.4 Xác định định công suất điện mô tơ máy nén 17

4.3 Tính chọn máy nén 18

4.4 Tính chọn thiết bị ngưng tụ 19

4.4.1 Tính diện tích trao đổi nhiệt 19

4.4.2 Lưu lượng nước cung cấp cho thiết bị ngưng tụ 20

4.5 Tính chọn thiết bị bay hơi 21

4.6 Tính chọn ống dẫn môi chất 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

1

CHƯƠNG 1: THÔNG SỐ KỸ THUẬT

1.1 Nhiệt độ không khí bên ngoài

Bảng 1 Thông số về khí hậu TP Hồ Chí Minh [1, tr8]

1.2 Nhiệt độ và lượng không khí ẩm

t1 = 37,30C ( Nhiệt độ khộng khí ( nhiệt độ bầu khô)

φ1 = 55% ( độ ẩm không khí lúc 13h)

tư = 30 0C ( Nhiệt độ nhiệt kế ướt)

ts = 29,5 0C ( Nhiệt độ đọng sương )

1.3 Nhiệt độ không khí bên trong kho lạnh

Chọn nhiệt độ bảo quản cá thích hợp là -20 0C

1.4 Nhiệt độ sôi của môi chất

Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh dung để tính toán thiết kế có thể lấy như sau:

To= tb -∆to C Trong đó:

tb – nhiệt độ buồng lạnh, 0C

∆tb – hiệu suất nhiệt dộ yêu cầu, 0C

Kho lạnh sử dụng dàn bơi hơi trực tiếp nên ta lấy nhiệt độ bay hơi thấp hơn nhiệt

độ khi lạnh là: ∆𝑡= 8÷130C Vì kho lạnh bảo quán ốc nên cần duy trì độ ẩm trong kho cao nên ta chọn ∆𝑡 = 5÷60C Ta chọn ∆𝒕 = 𝟔 0 C

Năng suất 25 Tấn

H: chiều cao chất tải của kho lạnh phục thuộc chiều cao thực tế bên trong h1 của kho Khi chất tải phải để khoảng trống phía trên để không khí luân chuyển Chiều cao phủ bì H của kho lạnh hiện nay được sử dụng thường được thiết kế theo tiêu chuẩn: 3000mm, 3600mm, 4800mm, 6000mm Tuy nhiên vẫn có thể diều chỉnh theo yêu cầu thực thế

Với kho bảo quản thủy sản đông lạnh có nhiệt độ bảo quản là -2°C thì nhóm em chọn chiều cao lớp phủ bì H= 3000mm, chiều dày cách nhiệt δ = 150 mm (bảng 2.4, [4, tr52])

h1: chiều cao bên trong kho h1 = H-2δ = 3000-2.150 = 2700 mm =2,7m

Như vậy chiều cao chất tải thực trừ đi khoảng hở phía trần để lưu thông không khí

chọn là 0,5 m và phía dưới nền lát palet cao 0,15m

Chiều cao chất tải:

H =2,7 –(0,5 +0,15) = 2,05 m

3

F = 55,5

2,05 =27,07 m2Diện tích chất tải của kho lạnh tính được là 27,07 m2

2.3 Diện tích cần xây dựng: F xd

FXD = 𝐹𝑐𝑡

𝛽𝑇 (công thức 2-3 [1,tr42]) Với:

ΒT - hệ số sử dụng diện tích các buồng, tính đến diện tích đường đi lại, khoảng hở giữa các lô hàng, diện tích lắp đặt dàn lạnh và được xác định theo công thức

Vì diện tích kho lạnh 27,07 m2 nên chọn hệ số sử dụng là βT = 0,75

Fxd = 27,070,75 = 36 m2

Vậy tổng diện tích xây dựng là 36 m2 Chọn kích thước kho là 36 m

Vậy kho có kích thước 6000 x6000 x 3000 mm

2.4 Tính toán cách nhiệt, cách ẩm cho kho lạnh

Chiều dày cách nhiệt được tính từ biểu thức hệ số truyền nhiệt k cho vách phẳng nhiều lớp

+ 1

𝛼2 ) Trong đó:

α1 : Là hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài tới vách cách nhiệt, W/m2K;

α2 : Là hệ số toả nhiệt của vách buồng lạnh và buồng lạnh, W/m2K;

δi : Là chiều dày của lớp vật liệu thứ i, m;

λi : Là hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/mK;

δcn : Là chiều dày của lớp vật liệu cách nhiệt, m;

λcn : Là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, W/mK;

K : Là hệ số truyền nhiệt của vách, W/m2K

𝛿cn (m)

Hệ số dẫn nhiệt

λ (W/mK)

4

Bảng 2 Thông số các lớp vật liệu của tấm panel tiêu chuẩn

Nhiệt độ không khí trong kho t2 = -20 0C

𝛿panel = 0,1059 +2 × 0,0015 + 2 × 0,0005 = 0,1099 m = 109,9 mm

Để đảm bảo cách nhiệt tốt chọn chiều dày lớp cách nhiệt của tấm panel là:

𝛿cn = 125 mm (theo tiêu chuẩn trong bảng 2.5)

+ 𝛿 𝜆𝑐𝑛

𝑐𝑛 + 𝛼 1

2

Do dưới nền kho được để thoáng bằng các con lươn nên hệ số toả nhiệt 1 và hệ

số truyền nhiệt K được lấy bằng giá trị so với trần và vách kho lạnh

2.5 Tính Kiểm tra đọng sương

Để vách không đọng sương thì hệ số truyền nhiệt thực phải thoả mãn điều kiện sau:

Kt < Ks Để an toàn thì Kt < 0,95 × Ks

Ks: Là hệ số truyền nhiệt đọng sương nó được xác định theo biểu thức sau

5

𝑘𝑠 =𝑡1 −𝑡𝑠

𝑡 1 −𝑡 2 × 𝛼1 × 0,95 W/m2K

Trong đó:

t1 – là nhiệt độ không khí ngoài môi trường t1 = 37,3 oC ;

t2 – là nhiệt độ không khí trong kho lạnh t2 = -20 oC;

ts – là nhiệt độ điểm sương của không khí ngoài môi trường ts =32oC

2.6 Cấu trục vách và trần kho lạnh

Cấu trúc vách và trần kho lạnh Kho lạnh lắp ghép có cấu trúc vách và trần là các tấm panel tiêu chuẩn

với các thông số sau:

− Chiều dài của tấm panel là: h = 3m

6

CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI NHIỆT KHO LẠNH

3 Xác định các dòng nhiệt tổn thất

Đối với kho lạnh nói chung, có các dòng nhiệt tổn thất sau:

-Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che do truyền nhiệt, do bức xạ nhiệt, do mở cửa và do lọt không khí vào phòng

- Dòng nhiệt tỏa ra từ các nguồn nhiệt bên trong như: dòng nhiệt do các động cơ điện, do đèn chiếu sáng, do người, sản phẩm tỏa ra, do sản phẩm “hô hấp”, do xả băng

Tổng tổn thất nhiệt được xác định

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 , W (Công thức 4-1[1, tr104]) Trong đó :

Q1: dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của buồng lạnh, W;

Q2: dòng nhiệt do sản phẩm toả ra trong quá trình xử lý lạnh, W;

Q3: dòng nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió buồng lạnh Tổn thất chỉ tính toán cho các buồng lạnh đặc biet bảo quản rau quả => Q3 = 0, W;

Q4: dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh, W;

Q5: Dòng nhiệt do sản phẩm rau quả tỏa ra khi “hô hấp” (thở), W

3.1 Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che Q 1

Q1= Q11 + Q12

Trong đó:

Q11 - dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ;

Q22 - dòng nhiệt qua tường bao và trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời; Vì kho lạnh có thiết kế thêm 1 mái che nắng mưa ở phía trên trần kho lạnh do đó bức xạ từ mặt trời vào kho lạnh là không có Q22 = 0

Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ Q11 được xác định từ biểu thức:

Q11 = kF∆t = k F (tNKK - tTkk), W

k - hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che;

F – Diện tích bề mặt của kết cấu bao che, m2;

tNKK - nhiệt độ môi trường bên ngoài, 0C; tNKK = 37,3 , 0C

7

tTkk - nhiệt độ trong kho lạnh, 0C; tNKK = -20 0C

a Xác định điện tích bề mặt kế cấu bao che

Diện tích bề mặt kế cấu bao che được xác định theo diện tích bên ngoài của kho lạnh Để xác định diện tích này thì chúng ta căn cứ vào kích thước của chiều rộng, dài, cao và xác định cụ thể như sau:

b Xác định nhiệt độ trong phòng và ngoài trời

tNKK - nhiệt độ môi trường bên ngoài, 0C; tNKK = 37,3 0C

tTkk - nhiệt độ trong kho lạnh, 0C; tNKK = -20 0C

-Đối với tường ngăn mở ra hành lang hay buồng đệm do không trực tiếp tiếp xúc với không khí bên ngoài nên nhiệt độ không khí thấp hơn nhiệt độ môi trường Trong trường hợp này, hiệu nhiệt độ được tính như sau:

𝛥𝑡 = 0,6 (tNKK - tTkk) = 0,6 ( 37,3 – (-20)) = 34,38 0C (hành lang không có cửa thông với bên ngoài

Kết quả tính toán được đưa vào bảng tổng hợp sau:

Kết cấu K

(W/m2K)

Kích thước [mxm]

Diện tích F (m2)

Vậy dòng nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che là Q1= Q11= 881,2W = 0,8812 KW

3.2 Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì tỏa ra

3.2.1 Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q 21

Được xác định theo công thức:

𝑄21 = 𝑀 × (ⅈ1− ⅈ2) × 1000

24×3600, 𝑘𝑊 (Công thức 4-7 [1, tr109]) Trong đó :

3.2.2 Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra Q 22

𝑄22 = 𝑀𝑏 × 𝐶𝑏× (t1 − 𝑡2) × 1000

24 × 3600

Mb - là khối lượng bao bì đưa vào kho cùng sản phẩm, tấn/ngày đêm

Mb = 10% M = 2,5 tấn/ngày đêm

Cb - là nhiệt dung riêng của bao bì Cb = 1,460 kJ/kgK

Chọn nhiệt độ bao bì trước và sau khi làm lạnh bao bì: t1 = 20 0C ; t2 =-20 0C

𝑄22= 2,5 × 1,460 × (20 − (−20)) × 1000

24×3600 = 1,7 KW Vậy dòng nhiệt do bao bì tỏa ra là 1,7 KW

Vậy tổng dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì toả ra là :

3.3.2 Dòng nhiệt do người tỏa ra Q 42

Q42 được tính theo biểu thức:

Q42 = 350  n (Công thức 4-18 [1, tr115]) Nhiệt lượng do một người toả ra khi làm việc nặng nhọc là 350, W/người

n: là số người làm việc trong kho lạnh Chọn 2 người

Vậy Q42 = 350 × 2 = 700 W

3.3.3 Dòng nhiệt do các động cơ điện, Q 43

Dòng nhiệt do các động cơ điện làm việc trong buồng lạnh (động cơ quạt dàn lạnh, động

cơ máy móc, xe nâng vận chuyển…) có thể xác định theo biểu thức:

Q43 = 1000  N (W) (Công thức 4-19a [1, tr116]) N: Là công suất động cơ điện, W

Kho bảo quản lạnh: N = 1 ÷ 4kW

Suy ra: Q43 = 1000 × 3= 3000 W

3.3.4 Dòng nhiệt khi mở cửa, Q 44

Để tính dòng nhiệt khi mở cửa, sử dụng biểu thức:

Q44 = B  F (W) (Công thức 4-20 [1, tr116])

F - là diện tích buồng

B - là dòng nhiệt khi mở cửa Chọn B = 15 W/m2 (bảng 4-4, [1, tr117 ])

Q44 = B  F = 15  36 = 540 (W)

n - số lần xả băng trong 1 ngày đêm.Chọn n = 3

kk - Khối lượng riêng của không khí, kk = 1,2 Kg/m3

V – Dung tích kho lạnh, m3 V= 55,5 m3

Cpk Nhiệt dung riêng của không khí Cpk =1000 J/kgK

𝛥𝑡- là độ chênh lệch nhiệt độ trước và sau khi xả tuyết của kho lạnh

-Kho panel PU dày 150 (mm);

-Nền đặt trên con lươn thông gió;

-Nhiệt độ bảo quản -200C;

-Nhiệt độ không khí bên ngoài kho: 37,30C

-Bảo quản cá béo;

-Lượng hàng nhập trong một ngày đêm: M=10%E;

-Bao bì sản phẩm: cactong;

-Định mức chiếu sáng: 1,2 W/m2

11

-Số người làm việc trong kho: 2 người;

TT Dòng nhiệt tổn thất Ký hiệu Giá trị (W)

1 Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che Q1 881,2

2 Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì tỏa ra Q2 8760

Bảng 4 Kết quả tính toán nhiệt kho lạnh 30 MT 3.4 Xác định tải nhiệt cho máy nén và thiết bị

3.4.1 Phụ tải nhiệt thiết bị

Tải nhiệt thiết bị được lấy bằng tổng tất cả các tổn thất nhiệt

QoTB = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5, W

Q3 và Q5 chỉ xuất hiện ở các kho lạnh bản rau quả nên Q3 và Q5 đều =0

QoTB =881,2+8760 +4614= 14255,2W = 14,25 KW

3.4.2 Phụ tải nhiệt máy nén

Do các tổn thất nhiệt trong kho lạnh không đồng thời xảy ra nên công suất nhiệtyêu cầu thực tế sẽ nhỏ hơn tổng các tổn thất nhiệt, để tránh lựa chon máy nén có công suất lạnh quá lớn, tải nhiệt của máy nén cũng được tính toán từ tất cả các tảinhiệt thành phần, nhưng đối với kho bảo quản sản phẩm thuỷ sản đông lạnh thì lấy 100%Q1, 100% Q2, 75%Q4

tmt – Nhiệt độ môi trường tmt = 37,3 0C

tb – Nhiệt đọ trong kho lạnh tb = -20 0C

4.1.2 Tính nhiệt độ bay hơi: t 0

-Nhiệt độ sôi của môi chất 𝑡0:

𝑡0 = 𝑡𝑏 − 𝛥𝑡0

𝑡𝑏 - Nhiệt độ của kho bảo quản :𝑡𝑏 = -20 0C

𝛥𝑡0 - hiệu nhiệt độ giữa nhiệt độ sôi của môi chất lạnh và nhiệt độ không khí trong kho Đối với dàn lạnh bay hơi trực tiếp

Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng có thể xác định theo công thức:

tw2 = tw1 −𝛥tw= 38 -6 = 32 0C

Trong đó:

tw1 -là nhiệt độ nước vào bình ngưng, Ta lấy đúng bằng 380C

𝛥tw– là hiệu nhiệt độ nước vào và ra bình ngưng, thường lấy từ 2 ÷ 6 Ta chọn 𝛥tw =60C

13

Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bị ngưng

tụ Do chọn thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước nên

tk = tw2 + Δtk = 32 + 3 = 35 0C

Trong đó:

tw2 – là nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng

Δtk– là hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, thường lấy từ 3 ÷ 9 C Chọn Δtk bằng 30C

-Nhiệt độ quá nhiệt của môi chất

14

Các quá trình cơ bả của chu trình hồi nhiệt, cụ thể nhưu sau:

Quá trình 1 - 2: Quá trình nén đoạn nhiệt, đẳng entropy ở máy nén;

Quá trình 2 – 3: Quá trình ngưng tụ đẳng áp ở thiết bị ngưng tụ;

Quá trình 3 – 4: Quá trình quá lạnh ở thiết bị ngưng tụ;

Quá trình 4 - 5: Quá trình tiết lưu đoạn nhiệt đẳng, enthalpy ở van tiết lưu; Quá trình 5 - 6: Quá trình bay hơi đẳng áp, đẳng nhiệt ở thiết bị bay hơi; Quá trình 6 - 1: Quá trình quá nhiệt ở thiết bị bay hơi

4.2.2 Đồ thị lgp-h và T-s

Đồ thị lgp-h của chu trình

15

Đồ thị T-s của chu trình Bảng 5 Tổng hợp thông số các điểm nút trên chu trình

TSTT

Điểm

Trạng thái

p [bar]

t [ 0 C]

qv = 𝑞0

𝑣 = 1060,460.891917 = 1188,96 kJ.m3

-Năng suất nhiệt ngưng tụ riêng khối lượng:

qk= h2 – h3 = 1792,985 - 364,54 = 1428,445 kJ/kg -Công nén riêng khối lượng:

𝑙 = h2 - h1 = 1792,985 -1432.348 = 360,637 kJ/kg -Hệ số lanh cùa chu trình:

 = q 0

𝑙 = 1188,96 360,637 = = 

-Phụ tải nhiệt máy nén là: Q0 = 15576,47 W = 15,6 KW

-Lưu lượng khối lượng thức thế của máy nén:

𝐺𝑡̃𝑡 =𝑄0

𝑞0 = 15,61188,9 =0,013 (kg/s) -Năng suất hút thực tế của máy:

m – là giá trị phụ thuộc loại máy nén, đối với máy nén amoniac m = 0,951,1 ta chọn m=1

C – tỷ số thể tích chết, lấy c = 0,030,05 theo từng loại máy nén, chọn C = 0,03

  = i  w’ = 0,713 0,795 =0,567

4.2.3 Thể tích hút lý thuyết yêu cầu và chọn máy nén

Thể tích hút lý thuyết: ( thể tích quét lý thuyết )

VLT = 𝑉𝑡𝑡

𝜆 == 0,0120,567 = 0,021 (m3/s ) = 75,6 m3/h Dựa vào thể tích quét lý thuyết tra bảng 7.2 ta chọn máy nén MYCOM ký hiệu N2WA với thế tích quét Vh= 71 m3/h = 0,0197 m3/s

4.2.4 Xác định định công suất điện mô tơ máy nén

Công nén đoạn nhiệt:

Hệ số b = 0,001 đối với máy NH3 không có con trượt

T0 – Nhiệt độ bay hơi của môi chất, 0C

𝜂𝑖 = −28+27335+273 + 0,001 (-28) = 0,767

Ni = 𝑁𝑠

𝜂 𝑖 =4,680,767 =6,1 kW

18

Công nén hữu ích N e :

Là công đo được trên trục máy nén, công đó đã tính đến tất cả các tổn thất ma sát

ở các cơ cấu chuyển động của máy nén như: ma sát giữa pittong và xilanh, ma sát trên các ổ trục của tay biên, trục khuỷu…

Tổn thất ma sát được đặc trưng bơi hiệu suất cơ:

𝜂𝑒 =0,84  ( đối với máy nén NH3 lớn không có con trượt ) ta chọn 𝜂𝑒 = 0,85

Công suất điện tiêu thụ N el :

Nel = 𝑁𝑒

𝜂 𝑡𝑑 ⋅𝜂 𝑒𝑙

Trong đó:

𝜂𝑡𝑑 – hiệu suất truyền động 𝜂𝑡𝑑 = 0,95 đối với truyền động đai

𝜂𝑒𝑙 – hiệu suất động cơ phụ thuộc loại động cơ và hang sản xuất trong khoảng 0,84  chọn 𝜂𝑒𝑙 = 0,85

Nel = 𝑁𝑒

𝜂 𝑡𝑑 ⋅𝜂 𝑒𝑙 = 6,808

0,95 0,85 = 8,43 kW

Công suất động cơ lắp đặt N đc

Công suất động cơ lắp đặt cần phải độ dự phòng nhất định vì rất nhiều lý do khác nhau trong vận hành như chế độ nhiệt thay đổi, sự thay đổi điện áp, quá trình làm việc lâu dài của máy nén có những tổn thất phát sinh…Vì vậy, thường chọn công suất động cơ với

độ dự phòng như sau: Nđc =( 1,2 2,1) Nel = 1,5 8,43 = 11,802 kW

Nhiệt thải ra ở bình ngưng:

Qk = Q0 + Ni = 15,6 + 6,1 = 21,7 kW

4.3 Tính chọn máy nén