báo cáo Thiết kế kho lạnh bảo quản 100 tấn tôm đông lạnh

KỸ THUẬT LẠNH VÀ ỨNG DỤNGThiết kế kho lạnh bảo quản100 tấn tôm đông lạnhĐiều kiện bảo quản:Nhiệt độ, độ ẩm môi trường thiết kế kho lạnh:•Kho lạnh đặt tại TP.HCM, ta có:•Nhiệt độ mùa hè: 37.3(oC)•Độ ẩm: 74(%)•Nhiệt độ bầu ướt: 33 (oC)•Nhiệt độ đọng sương: 32 (oC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC



KỸ THUẬT LẠNH VÀ ỨNG DỤNG

Thiết kế kho lạnh bảo quản

100 tấn tôm đông lạnh

Điều kiện bảo quản:

Nhiệt độ, độ ẩm môi trường thiết kế kho lạnh:

 Kho lạnh đặt tại TP.HCM, ta có:

 Nhiệt độ mùa hè: 37.3(oC)

 Độ ẩm: 74(%)

 Nhiệt độ bầu ướt: 33 (oC)

 Nhiệt độ đọng sương: 32 (oC)

I XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC BUỒNG LẠNH:

1.Dung tích kho lạnh:

E = V.gv

E : dung tích kho lạnh (t)

V : thể tích kho lạnh (m3)

gv : định mức chất tải thể tích (t/m3)

gv= 0.45 (t/m3)

Dung tích thật sự các buồng :

Sản phẩm là táo Espvà thùng gỗ Ebb

Chọn Ebb =10% Esp

Esp = 100 (t) (đầu đề)

 dung tích thật sự của buồng lạnh :

E = Esp + Ebb = 100 + 10 = 110 (t)

thể tích của buồng lạnh :

V = E/gv = 110/0.45 = 244.44 (m3)

2.Diện tích buồng lạnh :

Diện tích chất tải F = V/h

h: là chiều cao chất tải (m) , chọn h= 5 ( m)

 F=V/h =244.444/3 =81.48 (m2 )

Chọn chiều cao chất tải lạnh 3m và chiều cao buồng lạnh là 5m

3.Tải trọng của nền và trần:

gF> gv * h => gF> 0.45*3 =1.35 t/m2

4.Diện tích lạnh cần xây dựng:

F1= F/F = 81.48/0.725 = 112.386 (m2)

Với F=0.725 (tra bảng 2-5 trang 34)

Diện tích buồng lạnh quy chuẩn (bội của 36 m2) nên chọn F1= 108 m2 (9×12) Chọn kích thước kho như sau: chiều dài 12m, rộng 9m, cao 5m

II Tính chọn vách, tính đọng sương , đọng ẩm:

 Tính chiều dày cách nhiệt: δcn= λcn(

1

k−(

1

α1+∑δ λ i

i

+ 1

α2))

Trong đó:

Chọn vật liệu cách nhiệt là polystitol λcn=0,047 W/mK.(bảng 3.1)

K: hệ số truyền nhiệt

Với nhiệt độ buồng lạnh = -25oC ,tra bảng 3-3 trang 84 ta được k = 0.21W/m2K

a1: hệ số toả nhiệt của môi trường ngoài tới tường cách nhiệt,W/m2K

a1= 23,3 W/m2K.(bảng 3.7)

a2: hệ số toả nhiệt của vách buồng lạnh vào buồng lạnh,

a2= 10.5 W/m2K.(bảng 3.7)

 Chọn vách:

Lớp vật liệu xây

dựng δ,m λ,W/m

2K µ

(g/mhMPa) Lớp vữa xi măng 0.02 0.8 90 Lớp gạch đỏ 0.38 0.82 105 Lớp cách ẩm bitum 0.0026 0.18 0.86 Cách nhiệt

polystirol

Chiều dày cách nhiệt là:

δcn= λcn(

1

k−(

1

α1+∑ d λ i

i

+ 1

α2))

= 0,047(

1 ¿ 0.21 ¿

1 23.3 +3∗

0.02 0.88 +

0.38 0.82 +

0.0026 0.18 +

1 10.5 )) ¿ = 0,191 (m).

Ta chọn chiều dày là : 0.2 m

 Hệ số truyền nhiệt thực tế :

1 1

α1+∑ δ λ i

i

+δ cn

λ cn+

1

1 1

23 3+3∗

0.02

0 88+

0 38

0 82+

0 0026 0.18 +

0 2 0.047+

1

10 5 = 0.202 W/m2K

 Kiểm tra đọng sương :

Nhiệt độ môi trường tmtat = 37.3oC, độ ẩm 74% =>ts = 32oC và tư =33oC (mùa hè tại tp.HCM tra bảng 1-1)

Nhiệt độ của buồng lạnh tb=-250C

Ta có Ks= 0,95* α1(tmt-ts)/(tmt-tb) = 0,95 x 23,3 x (37.3-32)/(37.3-(-25)) = 1.88 W/m2K

Ks=1.88 > K=0.202 W/m2K cho nên vách ngoài không bị đọng sương

 Kiểm tra đọng ẩm.

Hệ số dẫn nhiệt và độ ẩm của polystirol là :

=0,15m ;=0,047W/mK;=7,5g/mhMPa

Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiệt :

q= k Δ t= 0.202.(37.3-(-25)) = 12.615 W/m2

Xác định nhiệt độ bề mặt tại các lớp vách:

q = αi Δ tf =

δ i

λ i Δ tw

o t1 = tf1 - q/α1 =37.3 - 12.615/23.3 =36.76

o t2= t1 -q

δ1

λ1 = 36.76 oC- (12.615*

0.02 0.88 )=36.47oC

o t3= 30.63 oC

o t4= 30.33 oC

o t5= 30.1 oC

o t6= -23.53oC

o t7= -23.81oC

o +tbl= t7

-q

α2 = -25 oC Tra bảng được các áp suất như bảng sau:

Vách Nhiệt độ ( oC) Áp suất P''x (Pa)

1 36.75868797 6174

2 36.47203865 6077

3 30.62718903 4397

4 30.3405397 4327

5 30.15835813 4174

6 -23.51215351 92

7 -23.79880283 89

Dòng hơi thẩm thấu qua kêt cấu:

ω= P h 1−P h 2

H

Ph1: phân áp suất thực của hơi nước bên ngoài

Ph2: phân áp suất thực của hơi nước bên trong

Ta có: T1=37.3oC ; φ1 = 74% ; P”x (T1)= 6358 Pa

 Ph1= P”x (T1) φ1 = 6358*0,74 = 4704.92Pa

T2 = -25oC ; φ2 = 100% ; P”x (T2) = 80 Pa

 Ph2= P”x(T2) φ2 = 80*1=80 Pa

Hệ số trở kháng thấm hơi của kết cấu:

H=∑

i=1

n δ i

μ i=

0,02

90 +

0,38

105 +

0,02

90 +

0,0026 0,86 +

0,2 7,5+

0,02

90 =0.03374 m

2

hMPa

 ω=4704.92−80

0,0337 10

−6

=0.137 g /m2h MPa

Phân áp suất thực của hơi nước trên bề mặt các lớp:

P i=P h 1−ω δ i

μ i

P x2=P h1−ω δ1

μ1=4674.46 Pa

P x3=P x 2−ω δ2

μ2=4178.42 Pa

P x4=P x3−ω δ3

μ3=4147.96 Pa

P x5=P x 4−ω δ4

μ4=3733.59 Pa

P x6=P x 5−ω δ5

μ5=78.583 Pa

P x7=P x 6−ω δ6

μ6=48.124 Pa

Áp suất thực của hơi nước đều nhỏ hơn phân áp suất hơi nước bão hòa nên không có hiện tượng đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt

 Chọn nền: chọn nền có các lớp như sau:

- Nền nhẵn bằng các tấm bê tông lát 1 = 40 mm ; 1 =1.4 w/mK

- Lớp bê tông 2 =100 mm ; 2=1.4

w/mK

- Lớp cách nhiệt bằng đất sét xốp , sỏi: 3 =??? ; 3=0.2 w/mK

- Lớp bê tông có sưởi điện : mm

- Lớp cách ẩm

- Lớp bê tông đá dăm làm kín nền đât

Tra bảng 3-6: k = 0.21 w /m2K

Tra bảng 3-7: 1 =23.3 w /m2K

2 = 10.5 w /m2K Chiều dày lớp cách nhiệt là:

δcn= λcn[ 1

K−(α11+∑

i=1

n δ i

λ i+

1

α2) ]cn = 0,2(

1 0.21−(

1

23 3+

0.04 1.4 +

0.1 1.4)+

1 10.5))

=0.904 (m) Chọn 4 = 1 (m)

Hệ số truyền nhiệt thực tế:

K=

1 1

α1+∑ d λ i

i

+d cn

λ cn+

1

1 1

23 3+

0.04 1.4 +

0.1 1.4+

1

0 2+

1

10 5

kt= 0.2 w/m2k

 Chọn trần:

cn= lcn(

1

k−(

1

α1+∑ d λ i

i

+ 1

α2))

Tra bảng dùng lớp cách nhiệt đất sét,sỏi :

+ cn = 0,2 w/mK : (bảng 3.1 P 61 [1]);

+ K : hệ số truyền nhiệt ( bảng 3.3 p 63 ,[1])

K = 0,2 w /m2K

+ 1 hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tới trường cách nhiệt

1 =23,3 w/m2K + 2 hệ số tỏa nhiệt của vách buồng lạnh vào buồng lạnh

2 = 10,5 w/m2K + i : chiều dày các lớp xây dựng thứ i (m) + øi : hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu xây dựng thứ i w/m2K

 Lớp phủ đồng thời là lớp cách ẩm bằng vật liệu xây dựng và borulin

 1= 12 mm ; 1 =0,3 w/mK

 Lớp bê tông giằng có cốt 2 =40 mm ;2=1,4 w/mK

 Lớp cách nhiệt chiều dày 3=? ; 3=0,2 w/mK

 Tấm cách nhiệt bằng xốp polystrirol 4 =50 mm ;4=0,047 w/mK

 Lớp bê tông cốt thép chịu lực 5 =220 mm ;5=1,5 w/mK

 Chiều dày cách nhiệt của trần:

cn= cn(

1

k−(

1

α1+∑δ λ i

i

+ 1

α2))

= 0,2(

1 0.2−(

1

23 3+

0.012 0.3 +

0 04 1.4 +

0 05 0.047+

0 22 1.5 +

1

10 5)) =0.72 (m)

Chọn dcn =0.75 (m)

Hệ số truyền nhiệt thực tế:

K=

1 1

α1+∑ δ λ i

i

+δ cn

λ cn+

1

1 1

23.3 +

0.012 0.3 +

0.04 1.4 +

0.05 0.047 +

0.22 1.5 +

0.75 0.2 +1 ¿

10.5 ¿

¿

¿

K=0.194 w/m2k

III Tính nhiệt kho lạnh:

1 Tính nhiệt thất thoát qua vách:

Bao che K (w/m2k) F (m2) T (k) Q1 =K*F*T (w) Tường ngoài 0.202 60 62.3 755.076

Tường ngoài 0.202 45 62.3 566.307

Tường ngoài 0.202 60 62.3 755.076

Tường ngoài 0.202 45 62.3 566.307

Trần 0.194 108 62.3 1305.3096

Tổng Q1 5293.7556

2 Tính dòng nhiệt do sản phẩm tạo ra:

a Dòng nhiệt do tôm tỏa ra:

Q21 = M* (h1 – h2 )* 1000/(24*3600) (kw)

M: năng suất buồng bảo quạn lạnh đông (t/24h)

Q21 :Dòng nhiệt do tôm tỏa ra

h1 ,h2 : enthapi của sản phẩm trước và sau khi xử lý lạnh :

Theo bảng 4-2 p.81 ,[1]

Chọn nhiệt độ hàng nhập thẳng vào kho bảo quản lạnh đông là:

t1 = -8 oC h1 = 43.5 kJ/kg Chọn nhiệt độ hàng sau khi được làm lạnh là:

t2 =-25 oC h2 = 0 kJ/kg

M = 8%E = 0.8*100 = 8 ( t/24h)

Với: M: khối lượng hàng nhập vào vảo quản lạnh đông

E: dung tích phòng bảo quản lạnh đông Vậy : Q21 = M*(h1 – h2)*1000/(24*3600)

= 8*(43.5 – 0 )*1000/(24*3600) = 4.0278 (kW)

b Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra:

Q21 = M b∗C b (t 1−t 2)∗1000

24∗3600

Với: Mb : khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm (t/24h)

Cb : Nhiệt dung riêng của bao bì (kJ/kgK) t1, t2 : nhiệt độ bao bì trước và sau khi bảo quản lạnh đông 1000/(24*3600) : hệ số chuyển đổi t/24h ra kg/s

Ta có : Khối lượng bao bì cac tông : Mb = 30%M = 30% *8 =2.4 (t/24h)

Nhiệt dung riêng của bao bì các tông : Cb = 1.46 (kJ/kgK) Nhiệt độ bao bì trước khi bảo quản: t1= -8 oC

Nhiệt độ bao bì sau khi bảo quản : t2 = -25oC

Q22 = 2.4*1.46*(-8 + 25 )*1000/ (24*3600) = 0.689 (kW)

TổngNhiệt do sản phẩm tỏa ra là :

Q 2 = Q 21 + Q 22 = 4.0278 + 0.689 = 4.7168 (kW)

3 Dòng nhiệt do vận hành kho:

a Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng:

Q31 = A.F A: định mức chiếu sáng trên một m2 phòng, A = 1.2 W/m2

F: diện tích phòng lạnh, F= 108 m2

Q31= 1.2*108= 129.6 W

b Dòng nhiệt do người tỏa ra

Q32= 350.n 350: nhiệt lượng do người tỏa ra khi làm việc nặng

n: số người làm việc trong phòng, chọn n=3

Q42= 350*3 = 1050 W

c Dòng nhiêt do động cơ điện

Q33= 1000.N N: công suất động cơ điện , N = 8÷16

Q33= 1000*16= 16000 W

d Dòng nhiệt khi mở cửa

Q34 = B.F B: dòng nhiệt do tổn thất kho lạnh mở cửa cho 1 m2 phòng lạnh, B= 12 F: diện tích phòng lạnh, F = 108 m2

Q34= 12*108 = 1296 W

 Vậy dòng nhiệt vận hành

4 Nhiệt tải của thiết bị:

Xác định tải nhiệt cho máy nén:

Ta có ∑ QMN là tổng nhiệt tải của máy nén đối với 1 nhiệt dộ bay hơi

∑ QMN = Q1+ Q2*60%+Q3*75%

= 5.2937556+ 4.7168*0.6+ 18.4756*0.75 = 21.98 (kW)

Chọn k=1.07, chọn b=0.7 đối với thiết bị lạnh nhỏ

 năng suất lạnh của máy nén

Q0 = k∗∑Qmn b = 1.07∗219800.7 = 33598(W)

IV TÍNH CHU TRÌNH LẠNH

Chọn môi chất làm làm lạnh là: NH 3

Tính toán thông số làm việc của máy lạnh

1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh:

t 0 = t b - ∆t 0 = - 25 - 10 = - 35 0 C

2 Nhiệt độ ngưng tụ t k :

tk =tw2 + Tk tk : nhiệt độ ngưng tụ (oC)

tw2 : nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng

Tk = 5 k

tw2 = tw1 +tw tw1 : nhiệt độ nước vào bình ngưng

tw = 5 k

tw1 = tư+ 5(oC) tư : nhiệt độ ban đầu với

t1 =38 oC

=74% tư =33oC

 tw2 = tw1 + 5 oC = 38oC + 5oC =43oC

tk =tw2 + 5 oC = 43oC + 5oC = 48oC

3 Nhiệt độ quá lạnh

tql = tw1 + tql

tql = (3 ÷ 5 oC)

tql = 38+ 5 =43 oC

4 Nhiệt độ quá nhiệt ( hơi hút)

tqn = t0 + (5 ÷ 15 oC)

= -35 + 10 = - 25 oC

Áp suất ngưng tụ pk của NH3 ở nhiệt độ tk = 48oC là pk = 1,93 (Mpa)

Áp suất bay hơi của NH3 ở nhiệt độ t0 = -35oC là p0 = 0.093 (Mpa)

Tỉ số nén : =p k p 0 = 0,0931.93 = 20.75

Máy nén lạnh 1 cấp :

+ Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh (to ): - 35 0 C

+ Nhiệt độ ngưng tụ (t k ): 48 0C

+ Nhiệt độ quá nhiệt (th ):- 25 0 C

+ Nhiệt độ quá lạnh (t ql ): 43 0 C

Theo giản đồ R717 ta có:

Nhiệt độ bay hơi là: -35 oC  H1 = 1435 kJ/kgv1 = 1.2 (m3/kg)

Nhiệt độ ngưng tụ là: 48 oC  H2 = 1940 kJ/kg

H3 = H4 =400 kJ/kg

Lưu lượng dòng môi chất lạnh (kg/s):

m’= H 1−H 4 Qv

Qv : công suất lạnh = Nhiệt tải lạnh Qe = 28.48( kW) = 28.48 (kJ/s)

m’= 1435−40028.48 = 0,0275 (kg/s)

Thể tích hút thực tế

Vtt =m’ *v1 = 0,0275* 1.2

= 0,033 ( m3/s)

Thể tích hút lý thuyết

Vlt = Vtt /  : hệ số cấp của máy nén phụ thuộc vào tỉ số nén

Với =6,48 tra đồ thị (H 7.4 p 215[1])

 = 0.65

Vlt =Vtt / =0,033 /0.65 =0,0508 (m3/s)

Chọn máy nén AYY90 theo Γ OCT 6492-76 do Nga sản xuất có thể tích hút lý thuyết là: Vlt = 0.0716 (m3/s)

Số lượng máy nén : Z = VMN Vlt = 0,05080,0716 = 0,7≈1 máy

Vậy công suất máy nén lý thuyết :

Qcomp=Ns = m’ * (H2 - H1 ) = 0,0275* (1940 – 1435) = 13,888 kW

Hiệu suất chỉ thị η i=

T o

T k+bt o=238

321+0 001∗(−35)=0 , 706 ;

- Công suất chỉ thị (công suất nén thực tế) Ni =

Ns

η i=

13,888

0.706 =19 ,67 kW

- Công suất ma sát Nmas=VttPms chọn Pms=0.06 Mpa;

= 0.033*0.06*1000=1,98 kW;

- Công suất hữu ích Ne= Ni+Nmas=19,67+1,98 = 21,65 kW;

- Công suất tiếp điện Nel =

N e

η td η el chọn η td=0 95;ηel=0.9

Nel =

N e

η td η el = 25,32 kW;

- Công suất động cơ lắp đặt Ndc

Chọn hệ số an toàn là 1,7

Ndc= 1,7*Nel = 1,7 *25,32= 43,1 kW

V THIẾT BỊ NGƯNG TỤ

Tính và chọn thiết bị ngưng tụ

Chọn thiết bị ngưng tụ nằm ngang có vỏ, bình ngưng gồm một vỏ hình trụ bên trong có

bố trí một chùm ống, hai đầu có hai mặt sàng Hai phía có hai nắp.Hơi amoniac trong không gian giữa các ống ngưng tụ trên bề các ống chùm Nước vào theo đường ống bố trí trên mặt nắp, đi phía trong các ống chùm theo các lối đã bố trí sẵn rồi ra theo ống phía trên

Tính thiết bị ngưng tụ

Nhiệt thải ngưng tụ = Công suất quá trình ngưng tụ: Q k

Qk = m’*(H2 – H3) = 0,033*( 1940 - 400 ) = 50,82 kW

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:

F =

Qk kΔt ( m2) Trong đó:

k: hệ số truyền nhiệt đối với thiết bị Đối với bình ngưng nằm ngang NH3 k= 700÷1000 Chọn k = 900(W/m2K)

∆ttb: hiệu nhiệt độ trung bình của quá trình ngưng tụ

ttb =

Δt max−Δt min

ln Δt max

Δt min

∆tmax: hiệu nhiệt độ lớn nhất (ở phía nước vào )

∆tmin : hiệu nhiệt độ bé nhất ( ở phía nước ra )

∆tmax = tk – tw1 = 48 – 38 = 10 K

∆tmin = tk – tw2 = 48 – 43 = 5 K

∆ttb = 7,21K

 F=

50,82×1000

900×7,21 = 7,83(m2)

Tính lưu lượng nước qua thiết bị ngưng tụ:

Vn =

Qk C× ρ×Δtw (m3/s)

C – nhiệt dung riêng của nước C= 4,19 kJ/kgK

 - khối lượng riêng của nước =1000 kg/m3

∆tw độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ

∆tw = 48 – 38 = 5 oC

Vn =

50,82

4,19×1000×5 = 0,0024 (m3/s)= 8,64 (m3/h)

Chọn thiết bị ngưng tụ:

Các thông số của thiết bị ngưng tụ:

Kí hiệu F(m2) ĐK D(mm) Dài L(mm) Rộng B(mm) Cao H(mm) Số ống lượngKhối

(kg)

Số lượng KT-10 9 408 1880 535 760 99 555 1

VI THIẾT BỊ BAY HƠI

Chọn thiết bị bay hơi.

Chọn bình bay hơi làm lạnh chất tải lạnh lỏng (nước, nước muối ) còn gọi là hệ thống lạnh gián tiếp

 Tính thiết bị bay hơi:

Nhiệt tải của thiết bị bay hơi Q0= Công suất lạnh Qv = 24,48 kW

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt

F =

Qo kΔt

∆ttb: hiệu nhiệt độ trung bình logarit giữa chất tải lạnh (nước muối) và môi chất lạnh sôi

∆

ttb =

Δt max−Δt min

ln Δt max

Δt min

=

(t n1−¿)−(tn2−¿)

ln(tn1−¿)

(tn2−¿)

tn1 và tn2 – nhiệt độ nước muối vào và ra khỏi bình bay hơi

Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh NH3 la -35oC

∆ttb = 40C

Chọn bình bay hơi ống vỏ amoniac

Theo bảng 8-7, chọn k= 500W/m2K

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:

F =

Qo kΔt =

28,48×1000

Theo bảng 8-8 p283[1] chọn bình bay hơi ống vỏ nằm ngang KT-40 với diện tích bề mặt trao đổi nhiệt 40,7 m2

Các thông số của thiết bị bay hơi

Kí hiệu F(m2) ĐK D(mm) Dài L(mm) Rộng B(mm) Cao H(mm) Số ống

Thể tích không gian giữa các ống,

m3

KT-40 40,7 600 x 8 3580 1075 1590 216 0,52

Lưu lượng nước muối tuần hoàn:

Vn =

Qo Cn× ρn×Δtn

Cn : nhiệt dung riêng nước muối, kJ/kgK

n : khối lượng riêng nước muối, kg/m3

tn – hiệu nhiệt độ nước muối vào và ra khỏi TBBH, K

tn = tn1 - tn2 = 2 K

Vn =

Qo Cn× ρn×Δtn

=

28,48

2,99×1200×2

=0, 004m3/s = 14,4 m3/h