Thiết kế hệ thống kho lạnh bảo quản trái cây năng suất 120 tấn

Thiết kế hệ thống kho lạnh bảo quản trái cây năng suất 120 tấn Thiết kế hệ thống kho lạnh bảo quản trái cây năng suất 120 tấn Đồ án thiết kế

Trang 1

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHO LẠNH

BẢO QUẢN TRÁI CÂY NĂNG SUẤT 120 TẤN

GVHD : TH.S ĐÀO THANH KHÊ SVTH : NGUYỄN HOÀNG LINH MSSV : 2004110090

LỚP : 02DHHH1

Tp.Hồ Chí Minh - Tháng 6/2014

Trang 2

LỜI MỞ ĐẦU

   

Trái cây là loại thực phẩm không thể thiếu trong đời sống hàng ngày Đây là nguồn cungcấp vitamin và khoáng chất cần thiết cho cơ thể Nước ta là một nước nhiệt đới với đủ loại câytrái quanh năm Tuy nhiên chính thời tiết nóng ẩm lại là nguyên nhân làm cho trái cây rất dễ bị

hư hỏng khi tiến hành thu hoạch theo thời vụ Do đó vấn đề đặt ra là làm sao bảo quản sản phẩmtrái cây được lâu dài Phương pháp hiệu quả nhất hiện nay là bảo quản trái cây trong phònglạnh Theo phương pháp này , trái cây sau thời gian dài bảo quản vẫn còn giữ được chất lượngtương đối tốt

Đề tài “ Thiết kế hệ thống kho lạnh bảo quản trái cây quả năng suất 120 tấn”

Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi nhiều sai sót

Em rất mong nhận được những đóng ý kiến của các thầy cô để đề tài được hoàn thiệnhơn

Em xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 06 năm 2014

Trang 3

Thư viện trường đã cung cấp những tư liệu hết sức có giá trị, là tài liệu thanh khảotốt và quý báu.

Đặc biệt gửi lời cảm ơn đến thầy Đào Thanh Khê, người trực tiếp hướng dẫn tận

tình để nhóm chúng em hoàn thành đồ án đúng thời hạn

TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 06 năm 2014

Trang 4

LỜI NHẬN XÉT CỦA GVHD

   

Chữ ký của giáo viên nhận xét

Trang 5

LỜI NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN

   

Chữ ký của giáo viên nhận xét

Trang 6

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 8

1.1 Ý NGHĨA VÀ MỤC ĐÍCH CỦA HỆ THỐNG LẠNH 8

1.2 NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU THIẾT KẾ 8

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN KHO LẠNH 9

2.1 TÍNH THỂ TÍCH KHO LẠNH 9

2.2 DIỆN TÍCH CHẤT TẢI TRONG KHO LẠNH 9

2.3 TẢI TRỌNG NỀN 10

2.4 DIỆN TÍCH KHO LẠNH CẦN XÂY DỰNG 10

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM 11

3.1 TÍNH TOÁN CHO VÁCH KHO LẠNH 11

3.1.1 Kết cấu tường bao 11

3.1.2 Xác định bề dày lớp cách nhiệt 11

3.1.3 Kiểm tra đọng sương 12

3.2 CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM CHO NỀN 12

3.2.1 Kết cấu cách nhiệt của nền 12

3.3.1 Kết cấu cách nhiệt của trần 14

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT 14

4.1 TÍNH DÒNG NHIỆT TỔN THẤT 15

4.1.1 Tính nhiệt thất thoát qua vách 15

4.1.2 Tính dòng nhiệt do sản phẩm tạo ra 16

4.1.3 Dòng nhiệt do vận hành kho 18

4.1.4 Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh 19

4.2 XÁC ĐỊNH TẢI NHIỆT CHO THIẾT BỊ VÀ MÁY NÉN 20

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH, TÍNH CHỌN MÁY NÉN 21

5.1 CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỦA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC 21

5.1.1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh 21

5.1.2 Nhiệt độ ngưng tụ 21

Trang 7

5.1.4 Nhiệt độ quá lạnh (tql) 23

5.2 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH 24

5.2.1 Năng suất lạnh riêng khối lượng 24

5.2.2 Lưu lượng môi chất qua máy nén 24

5.2.3 Năng suất thể tích thực tế của máy nén 24

5.2.4 Hệ số cấp của máy nén 24

5.2.5 Thể tích hút lý thuyết 25

5.2.6 Công nén đoạn nhiệt 25

5.2.7 Công nén chỉ thị 26

5.2.8 Công suất ma sát 26

5.2.9 Công suất hữu ích 26

5.2.10 Công suất điện 27

5.2.11 Công suất động cơ lắp đặt 27

5.2.12 Phụ tải nhiệt dàn ngưng 27

5.3 TÍNH CHỌN MÁY NÉN 27

5.4 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 28

5.5 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ BAY HƠI 31

CHƯƠNG 6: CÁC THIẾT BỊ KHÁC CỦA HỆ THỐNG 33

6.1 BÌNH CHỨA CAO ÁP 33

6.1.1 Công dụng 33

6.1.2 Cấu tạo 33

6.2 THÁP GIẢI NHIỆT 34

6.2.1 Mục đích 34

6.2.2 Cấu tạo 34

6.2.3 Nguyên lý 35

6.2.4 Tính toán 35

6.3.2 Cấu tạo 36

6.3.3 Nguyên lý làm việc 37

6.4 BÌNH CHỨA DẦU 37

6.4.1 Nhiệm vụ 37

6.4.2 Cấu tạo 37

Trang 8

6.5 BÌNH TRUNG GIAN 38

6.5.2 Cấu tạo 38

6.6.2 Cấu tạo 39

6.7 PHIN SẤY LỌC 40

6.8 MẮT GAS 40

6.9 VAN 41

Trang 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Từ xa xưa con người đã biết sử dụng lạnh cho đời sống, bằng cách cho vật cần làm lạnhtiếp xúc với những vật lạnh hơn Sau này kỹ thuật lạnh ra đời đã thâm nhập vào các ngành kinh tếquan trọng và hỗ trợ tích cực cho các ngành đó như:

- Ngành công nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm

- Trong công nghiệp nặng: làm nguội khuôn đúc

- Trong y tế: chế biến và bảo quản máu, thuốc

- Trong công nghệ hóa chất

- Trong lĩnh vực sinh hoạt đời sống: điều hòa không khí

Đóng vai trò quan trọng nhất là ngành công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm Tuynhiên để có thể giữ cho thực phẩm được lâu dài để cung cấp, phân phối cho nền kinh tế quốc dân,thì phải bảo quản đông nhằm giữ cho các vi sinh vật làm ôi thiu thực phẩm càng bị ức chế, cácquá trình phân giải diễn ra rất chậm Vì vậy mà có thể giữ cho thực phẩm không bị hỏng trongthời gian dài

1 Bảo quản mát

- Sản phẩm bảo quản: trái cây

- Nhiệt độ kho lạnh bản quản: 4oC

2 Thông số môi trường

- Địa điểm xây dựng: kho lạnh đặt tại Tp.HCM

- Nhiệt độ môi trường: tn=37,3oC

- Độ ẩm môi trường:

3 Môi chất lạnh

- Môi chất lạnh sử dụng trong kho lạnh bảo quản là R22

Trang 10

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN KHO LẠNH

Thể tích kho lạnh được xác định theo công thức:

V = (m3)Trong đó:

V – Thể tích kho lạnh , m3

E – Dung tích của các buồng lạnh, tấn

gv – Mức độ chất tải, tấn/m3 Kho được thiết kế với mặt hàng trái câychứa trong thùng gỗ, ta có gv = 0,45 tấn/m3

Dung tích thật sự các buồng sản phẩm là trái cây Espvà thùng gỗ Ebb

Chọn Ebb =10% Esp

Esp = 120 (t) (đầu đề)

Dung tích thật sự của buồng lạnh

E = Esp + Ebb = 120 + 12 = 132 (t)Thể tích buồng lạnh

33 293 45 0

78 97 3

33 293



h V

Trang 11

Trong đó:

h – Chiều cao chất tải

gv – Mức độ chất tải, tấn/m3

Công thức xác định diện tích xây dựng kho lạnh:

Fxd= ( m2)

Trong đó:

βF – Hệ số sử dụng diện tích xây dựng của kho lạnh, βF phụ thuộc vào kíchthước của buồng lạnh

Đối với buồng diện tích nhỏ hơn 100 m2, βF = 0,70÷0,75

Đối với buồng diện tích 100- 400 m2, βF = 0,75÷0,80

Đối với buồng diện tích hơn 400 m2, βF = 0,8÷0,85

Chọn kích thước kho lạnh

Diện tích buồng lạnh quy chuẩn (bội của 36 m2) nên chọn Fxd = 144 m2 (12×12)Chọn kích thước kho như sau: 12 x 12 x 5

37 130 75

0

78 97

Trang 12

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM

3.1.1 Kết cấu tường bao

Xây dựng vách kho lạnh có kết cấu như sau:

Bảng 1: Kết cấu vách ngoài kho lạnh

α1 = 23.3 W/m2 K : hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (tường có chắn gió)

α2 = 9 W/m2.K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu cưỡng bức)

δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng 1)

λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng 1)

K = 0.35 W/m2.K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn

=> chọn δ1 = 0.2 m)

m)

1 0 9

1 3 0

004 0 82 0

38 0 88 0

02 0 3 3 23

1 35 0

1 047 0

1 1

11

Trang 13

Hệ số truyền nhiệt K

K = 0.202 W/m2.K

3.1.3 Kiểm tra đọng sương

Điều kiện để vách ngoài của kho lạnh không bị đọng sương:

Trong đó:

t1: nhiệt độ bên ngoài kho bảo quản lạnh đông (m) o C)

ts: nhiệt độ đọng sương của không khí bên ngoài (m) o C)

t2: nhiệt độ bên trong kho lạnh (m) o C)

α1: hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (m)W/m2.K)

0.95 : hệ số an toàn

=> K < ks

Vậy: vách ngoài không đọng sương

3.2.1 Kết cấu cách nhiệt của nền

Kết cấu nền kho lạnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ phòng lạnh, tảitrọng của hàng bảo quản, dung tích kho lạnh,…Yêu cầu của nền là phải có độ vững chắccần thiết, tuổi thọ cao, không thấm ẩm

) / ( 95

.

2 1

1

t t

32 3 37 3 23 95

Trang 14

Bảng 2: Kết cấu cách nhiệt của nền

Vật liệu Bề dày δ (m)m)) Hệ số truyền nhiệt λ (W/m.K)

α1 = 23.3 W/m2 .K : hệ số cấp nhiệt của không khí

α2 = 9 W/m2 .K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu cưỡng bức)

δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng 2)

λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng 2)

K = 0.35 W/m2 .K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn

=> chọn δ2 = 0.2 m)

=> Hệ số truyền nhiệt của nền K = 0.215 W/m2 .K

Kiểm tra tương tự trên ==> không có đọng sương và đọng ẩm

m)

12 0 9

1 5 1

15 0 88 1

01 0 23 0

005 0 1

1 0 6 1

02 0 3 23

1 35 0

1 047 0

2 2

11

Trang 15

3.3 CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM CHO TRẦN

3.3.1 Kết cấu cách nhiệt của trần

Mái kho lạnh không được phép đọng nước và thấm nước.Mái có kết cấu như sau:

Bảng 3: Kết cấu cách nhiệt của trần kho lạnh

Vật liệu Bề dày δ(m)m)) Hệ số truyền nhiệt λ (m)W/m)K))

α1 = 23.3 W/m2 K : hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (tường có chắn gió)

α2 = 9 W/m2 .K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu cưỡng bức)

δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên)

λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên)

K = 0.35 W/m2K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn

=> chọn δ3 = 0.2 m) => Hệ số truyền nhiệt của trần K = 0.288 W/m2.K

Kiểm tra tương tự trên ==> Không có đọng sương đọng ẩm trên bề mặt kết cấu

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT

Việc tính toán nhiệt tải kho lạnh là tính toán các dòng nhiệt từ môi trường xâmnhập vào kho lạnh Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để

3 3

11

m)

12 0 9

1 88 0

04 0 23 0

005 0 88 0

01 0 5 1

07 0 3 23

1 35 0

1 047 0

Trang 16

thải trở lại môi trường nóng, đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa buồng lạnh vàkhông khí bên ngoài.

Mục đích cuối cùng của việc tính toán nhiệt tải kho lạnh là để xác định năng suấtlạnh của máy lạnh cần lắp đặt

Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh được xác định bằng biểu thức:

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 (W)Trong đó:

Q1: dòng nhiệt thất thoát qua vách

Q2: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra

 Dòng nhiệt do trái cây tỏa ra:

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

Q21 :Dòng nhiệt do tôm tỏa ra

Trang 17

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

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

E: dung tích phòng bảo quản lạnh đông

Vậy :

 Dòng nhiệt do trái cây hô hấp:

Q22 = E (0.1qn + 0.9qhp) ,W =120 (0.140.7 + 0.914) = 1667 (W)Với: E : dung tích kho lạnh

qn và qhp :dòng nhiệt tỏa ra khi có sản phẩm nhập vào kho lạnh, sau đó lànhiệt độ bảo quản kho lanh W/t (bảng 4-5)

 Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra:

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 đông1000/(243600) : hệ số chuyển đổi t/24h ra kg/s

Trang 18

Nhiệt dung riêng của bao bì gỗ : Cb = 2.5 (kJ/kgK)Nhiệt độ bao bì trước khi bảo quản: t1= 8 oCNhiệt độ bao bì sau khi bảo quản : t2 =4 oC

F: Diện tích phòng lạnh, F= 144 m2

Q31= 1.2144 = 172.8 W

Trang 19

 Dòng nhiệt do người tỏa ra:

Q32= 350n ,W350: nhiệt lượng do người tỏa ra khi làm việc nặng

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

Q32= 3503 = 1050 W

 Dòng nhiêt do động cơ điện:

Q33= 1000N ,WN: công suất động cơ điện , N = 2

Q33= 10002= 2000 W

 Dòng nhiệt khi mở cửa:

Q34 = BF ,WB: dòng nhiệt do tổn thất kho lạnh mở cửa cho 1 m2 phòng lạnh, B= 15 (tra bảng 4-4)

F: diện tích phòng lạnh, F = 144 m2

Q34= 15144 = 2160 WVậy dòng nhiệt vận hành:

Q 3 = 172.8 + 1050 + 2000 + 2160 =5382.8 (m)W)

4.1.4 Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh

Tra đồ thị h-x ta có : h1 =105 kj/kg

h2 =13 kj/kg

Trang 20

Khối lượng riêng của không khí trong buồng pk=1.28m3/kg

Bội số tuần hoàn không khí a=3

 Dòng nhiệt tổn thất do không khí nóng đưa vào:

Q 4 = M k (m)h 1 -h 2 )1000 = 6.410 -3 (m)105-13)1000 = 588.8 (W)

Dòng nhiệt tổn thất cho toàn bộ kho

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4

= 7532.82 + 3478.11 + 5382.80 + 588.80 = 16982.53 W

Tải nhiệt cho thiết bị là tổng các tải nhiệt thành phần có giá trị cao nhất :

QMN = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 W (4-15) (NĐL)  QMN =7532.82 + 3478.11 + 5382.80 + 588.80 = 16982.53 (W)

Năng suất lạnh của máy nén được xác định theo biểu thức:

Q0= (4-17)

(NĐL)

∑Q - Tổng nhiệt tải của máy nén

b - Là hệ số thời gian làm việc, chọn b= 0.9

k - Là hệ số tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh, lấy k=1.12(dùng phương pháp nội suy trong tài liệu hdtk NĐL)



CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH, TÍNH CHỌN MÁY NÉN

b Q

k

Trang 21

Chế độ làm việc của một hệ thống lạnh được đặc trưng bằng 4 nhiệt độ sau.

+ Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0

+ Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh tk

+ Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu tql

+ Nhiệt độ hơi hút về máy nén ( nhiệt độ quá nhiệt ) tqn

5.1.1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh

Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh phụ thuộc vào nhiệt độ của kho lạnh Có thể lấy như sau:

t0 = tb - t0, 0C [ 1, 204 ]Trong đó:

tb - là nhiệt độ kho lạnh

tb = 4 0C;

t0 - là hiệu nhiệt độ yêu cầu

Kho lạnh lựa chọn phương pháp làm lạnh trực tiếp, độ ẩm của không khí trong khocao, hiệu nhiệt độ yêu cầu là 8  130C nên chọn t0 = 13 0C [ 1, 204 ]

tw2 - là nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng, 0C;

tk - là hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, 0C

Chọn nhiệt độ ngưng tụ thực ra là một bài toán tối ưu về kinh tế và kỹ thuật, để đạtgiá thành một đơn vị lạnh là nhỏ nhất, nếu hiệu nhiệt độ ngưng tụ nhỏ, nhiệt độ ngưng tụ

Trang 22

thấp, năng suất lạnh tăng nhưng phải tăng chi phí cho điện năng chạy bơm nước giảinhiệt

tk = ( 3  5 ) 0C có nghĩa là nhiệt độ ngưng tụ cao hơn nhiệt độ nước ra từ 3  5

Với tw1 là nhiệt độ nước vào bình ngưng

Thiết bị ngưng tụ trong cụm máy là thiết bị ngưng tụ ống chùm vỏ bọc nằm ngang nênchọn tw = 5 0C [ 1, 205 ]

- Nhiệt độ nước vào bình ngưng phụ thuộc vào điều kiện môi trường

- Đối với máy lạnh frêon, do nhiệt độ cuối tầm nén thấp nên độ quá nhiệt hơi hút

có thể chọn cao Trong máy nén frêon, độ quá nhiệt hơi hút đạt được trong thiết bị hồinhiệt

Với môi chất frêon độ quá nhiệt khoảng (10 15) 0C [ 1, 208]

Chọn th = 15 0C =>Nên tqn = to + tqn = -9 + 15 = 6oC

Trang 23

h1 - h1’ = h3’ – h3

Trong đó h1, h1’, h3’, h3 là entalpi tại các điểm nút trên đồ thị lgp – I

Tra đồ thị lgp-i của môi chất R22 ta được:

EntapikJ/kg

Thể tích riêng

m3/kg1

1’

22’

3’

34

6-990474740-9

6,0223,676744,37418,03418,03418,0346,022

406,454401,57433,17415,93258,15253,266253,266

0,42

Trang 24

5.2.1 Năng suất lạnh riêng khối lượng

Là năng suất lạnh của 1 kg môi chất lạnh lỏng ở áp suất cao và nhiệt độ cao tạo ra,sau khi qua van tiết lưu và bay hơi hết trong thiết bị bay hơi, thành hơi bão hoà khô ởnhiệt độ bay hơi và áp suất bay hơi

Ta có: q0 = h'1 – h4 kJ/kg

Trong đó :

h'1- là Entapi của hơi (bão hoà ) sau khi ra khỏi dàn lạnh

h4 - là Entapi của môi chất sau khi qua van tiết lưu

133 21

9 4 6767 3

034 18

