KỸ THUẬT LẠNH

Con người đã biết làm lạnh và sử dụng lạnh rất lâu, nhưng ngành lạnh bắt đầu phát triển mạnh ở trên thế giới từ cuối thế kỉ 19.

Đồ án Quá trình và Thiết bị GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng MỤC LỤC Trang Chương I: Mở đầu .3 I.1. Giới thiệu sơ lược về ứng dụng của kỹ thuật lạnh 3 I.2. Qui trình chế biến thuỷ sản I.3. Sơ đồ qui trình . I.4. Chế độ làm việc của kho . Chương II: Tính kho lạnh Chương III: Tính cách nhiệt cách ẩm . III.1. Mục đích III.2. Vật liệu cách nhiệt cách ẩm III.3. Cách nhiệt cách ẩm cho vách kho lạnh III.4. Cách nhiệt cách ẩm cho vách giữa 2 kho lạnh . III.5. Cách nhiệt cách ẩm cho nền . III.6. Cách nhiệt cách ẩm cho trần . Chương IV: Tính nhiệt kho lạnh . IV.1. Tính cho kho thứ nhất . IV.2. Tính cho kho thứ hai . IV.3. Tính cho kho thứ ba IV.4. Xác định tải nhiệt cho thiết bị và máy nén Chương V: Tính chọn máy nén V.1. Tác nhân lạnh . V.2. Tính toán Chương VI: Tính thiết bị ngưng tụ . VI.1. Nguyên lý bình ngưng ống vỏ nắm ngang . VI.2. Các thông số tính toán VI.3. Tính toán . VI.4. Kiểm tra tính bền Chương VII: Tính thiết bị bay hơi VII.1. Nguyên lý VII.2. Các thông số tính toán . VII.3. Tính toán VII.4. Kiểm tra tính bền . Chương VIII: Tính các thiết bị phụ VIII.1. Bình chứa cao áp VIII.2. Bình chứa thấp áp VIII.3. Tháp giải nhiệt . Chương IX: Tính kinh tế - 1 - Đồ án Quá trình và Thiết bị GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng Chương X: Tự động hóa hệ thống lạnh . X.1. Tự động điều khiển máy nén . X.2. Tự động hóa thiết bị ngưng tụ . X.3. Tự động hóa thiết bị bay hơi Chương XI: Kết luận Chương XII: Tài liệu tham khảo . - 2 - Đồ án Quá trình và Thiết bị GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU I.1. Giới thiệu sơ lược về ứng dụng của kỹ thuật lạnh Con người đã biết làm lạnh và sử dụng lạnh rất lâu, nhưng ngành lạnh bắt đầu phát triển mạnh ở trên thế giới từ cuối thế kỉ 19. Kỹ thuật lạnh đã thâm nhập vào hơn 70 ngành kinh tế quan trọng và hỗ trợ tích cực cho các ngành đó, đặc biệt là các ngành công nghiệp thực phẩm, chế biến thịt cá, rau quả, rượu bia, nước giải khát, đánh bắt và xuất khẩu thủy hải sản, hoá chất, … I.2. Giới thiệu sơ lược về nguồn thủy sản: - Thủy sản là nguồn nguyên liệu quan trọng của thực phẩm, công nghiệp, nông nghiệp và dược phẩm. Động thực vật thủy sản bao gồm: tôm, cá, nhuyễn thể (mực, trai, sò, …), rong tảo, … đang cung cấp cho con người một nguồn đạm thực phẩm khổng lồ và phong phú. Theo thống kê thì thủy sản đang chiếm trên 20% nguồn đạm thực phẩm của nhân loại nói chung, trên 50% ở các nước phát triển. - Nước ta có bờ biển dài 3260km, một vùng thềm lục địa rộng lớn khoảng hơn 1triệu km 2 , thuộc vùng biển nhiệt đới nên nguồn nguyên liệu rất đa dạng và có cả bốn mùa. trữ lượng cá đáy, cá nổi của vùng biển Việt Nam rất phong phú (theo dự tính sơ bộ có khoảng 2000 loài, trong đó hơn 40 loài cá có giá trị kinh tế lớn). - Bên cạnh đó, nghề nuôi trồng thủy sản đang được phát triển khá mạnh (sản lượng của các nước Đông Nam Á chiếm trên 50% tổng sản lượng nuôi trồng của thế giới). Nước ta có nhiều sông, hồ, kênh, rạch, đầm, phá và diện tích mặt nước thoáng rất lớn cho nên đang tập trung đẩy mạnh nuôi trồng thủy sản để nhanh chóng phát triển thành ngành một cách chủ động, toàn diện giữa các khâu nuôi trồng, khai thác, chế biến. - Do khả năng nguồn lợi to lớn, ngành thủy sản có nhiệm vụ quan trọng là: chế biến nguồn lợi to lớn đó thành nhiều sản phẩm có giá trị cao cho sản xuất và đời sống con người. Đặc điểm nổi bật của nguyên liệu thủy sản là ươn thối rất nhanh, cho nên nhiệm vụ đặt lên hàng đầu của khâu chất lượng sản phẩm là phải kịp thời bảo quản, chế biến mà trước hết là bảo quản lạnh. I.3. Qui trình chế biến [8] Ở đây ta chọn nguồn nguyên liệu là cá thu. Hàm lượng các chất trong cá thu là: 20.90% protit, 1.02% lipit, 1.53% tro, 77.2% nước. I.3.1. Tiêu chuẩn nguyên liệu: - Cá tươi tốt, màu sáng tự nhiên. - Còn nguyên vẹn,không bị xây xát. - Mắt trong sáng và lồi. - Bụng không phình, không lõm. - Trọng lượn mỗi con trên 1 kg. - Cá chờ xử lý phải được rửa sạch và ướp đá bào theo tỉ lệ: 1đá : 1cá I.3.2. Qui cách chế biến: - 3 - Đồ án Quá trình và Thiết bị GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng Nguyên liệu  rửa  xử lý  rửa  phân cỡ  rửa  xếp mâm  đông lạnh  mạ băng  bao gói  bảo quản. - Nguyên liệu: Cá nguyên liệu phải đạt các tiêu chuẩn trên. - Rửa: Rửa sạch dưới vòi nước chảy để loại hết tạp chất. Rửa lại trong nước lạnh 5 o C có pha 50ppm clo. - Xử lý: Dùng dao mổ bụng cá từ hậu môn đến nắp mang (các đường mổ phải thẳng, không xơ xác). Bỏ nội tạng, cạo sạch gân máu dọc theo xương sống. Bỏ đầu. - Rửa: Rửa thật sạch bên trong bụng. Nước rửa cá phải sạch, lạnh 5 o C có pha 20ppm clo và 3% muối ăn để làm sạch nhớt. Rửa xong, để ráo nước 15 phút. - Phân cỡ: Tính theo trọng lượng kg/con (gồm có cỡ 1-3 kg/con và trên 3 kg/con). - Rửa: Rửa lại nước lạnh 5 o C có pha 10ppm clo. - Xếp mâm: Cá được xếp vào mâm có lót PE, mỗi mâm một cỡ. Có khi treo cá trong phòng đông. - Đông lạnh: Đông IQF, nhiệt độ -40 o C, thời gian 4-6 giờ. Nhiệt độ trung bình tại tâm sản phẩm ít nhất là -12 o C. - Mạ băng: Cá được mạ băng trong nước lạnh +1 o C có pha 5ppm clo. Thời gian mạ băng 5-10 giây. - Bao gói: Cho mỗi con vào một bao PE. Hàn kín miệng bao. Cho vào thùng cactông 5 lớp có tráng sáp, mỗi cỡ cho vào một thùng. Cân mỗi thùng 10kg tịnh (khoảng từ 5 đến10 con. Nẹp 2 đai ngang, 2 đai dọc. Ngoài thùng ghi rõ loại cá, cỡ, qui cách chế biến. - Bảo quản: Nhiệt độ phòng bảo quản: -18 ± 2 o C. Thời gian bảo quản không quá 3 tháng. I.4. Chế độ làm việc của kho - 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 . - Đối với sản phẩm thủy sản, ta có thể có một số buồng như sau: + Buồng tiếp nhận sản phẩm. + Buồng xử lý sản phẩm. + Buồng đông lạnh sản phẩm. + Buồng trung gian. + Buồng bảo quản sản phẩm. + Buồng phân phối sản phẩm. - Ở đây, do yêu cầu của đồ án em chọn thiết kế kho bảo quản lạnh đông sản phẩm ở -20 o C, độ ẩm 90%. - Tác nhân lạnh được sử dụng là amôniac (NH 3 ) vì có các đặc điểm sau: + Thể tích riêng trong vùng nhiệt độ bay hơi tương đối nhỏ nên giảm kích thước của máy nén, đặc biệt đối với máy nén pistông. + Có mùi khó chịu, dễ phát hiện khi rò rỉ ra môi trường. + Ít tan trong dầu bôi trơn, đỡ ảnh hưởng đến quá trình bôi trơn và đỡ ảnh hưởng đến chất lượng của tác nhân. + Amôniac không ăn mòn thép. - Thiết bị ngưng tụ là chùm ống nằm ngang, sử dụng nguồn nước tuần hoàn kèm theo tháp giải nhiệt cho nước. + Nhiệt độ trung bình của không khí ở Thành phố Hồ Chí Minh là 27 o C + Độ ẩm trung bình của không khí là 80% + Nhiệt độ bầu ướt của không khí là 24.5 o C + Nhiệt độ nước vào là: 24.5 + (3÷5) = 29.5 o C ≈30 o C + Nhiệt độ nước ra là: 30 + 5 = 35 o C + Nhiệt độ ngưng tụ là: 35 + 5 = 40 o C - 4 - Đồ án Quá trình và Thiết bị GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng - Thiết bị bay hơi sử dụng là dàn quạt trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức, loại khô, chất tải nhiệt là không khí. + Nhiệt độ không khí trong kho lạnh là: -20oC + Nhiệt độ bay hơi của tác nhân lạnh trong dàn bay hơi là: -20 – 10 = -30 o C Ta có: t k = 40 o C => p k = 1.585 MPa t 0 = -30 o C => p 0 = 0.1219 MPa => Tỉ số: MPap p p k 4613.11219.0585.1p 13 1219.0 585.1 0k 0 =−=− == Ta chọn máy nén một cấp - 5 - Đồ án Quá trình và Thiết bị GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng CHƯƠNG II: TÍNH KHO LẠNH [5] Ta chọn 4 kho lạnh mỗi kho có sức chứa 50 tấn thuỷ sản Chọn bao bì là thùng cactông có kích thước như sau : Dài x rộng x cao = 0.36m x 0.28m x 0.22m Mỗi thùng cactông chứa được 10kg sản phẩm. Số lượng thùng cactông có trong 1 kho là: 50000/10 = 5000 thùng Chọn cách chất hàng trong 1 kho như sau : Chia 1 kho làm 8 tụ => Số thùng của mỗi tụ là: 5000/8 = 625 thùng. Chất thành nhiều lớp trong mỗi tụ . Mỗi lớp gồm : 7 x 9 = 63 thùng => Số lớp trong một tụ là: 625/63 = 9.92 lớp ≈ 10 lớp => Chiều cao của hàng trong kho: 10 x 0.22 = 2.2 m (chưa kể đặt cách nền 0.3m) ??? Diện tích của mỗi tụ là: (7 x 0.36) x (9 x 0.28) = 6.35m 2 Diện tích cần để chất hàng là: F = 6.35 x 8 = 50.8m 2 Chọn hệ số sử dụng kho lạnh là: β = 0.75 Diện tích kho lạnh cần xây dựng là: Chọn diện tích xây dựng kho lạnh tiêu chuẩn là 72m 2 => Kích thước kho lạnh là: 12m x 6m Chọn chiều cao kho lạnh: là 3.5m (2.5m chất hàng còn 1 m để đặt dàn lạnh áp trần và xếp hàng) * Cách sắp các thùng hàng trong mỗi tụ : - 6 - 2 7.67 75.0 8.50 m F F xd === β Đồ án Quá trình và Thiết bị GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng - 7 - Đồ án Quá trình và Thiết bị GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng * Cách bố trí hàng trong một kho * Cách bố trí các kho : theo bề ngang CHƯƠNG III: TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM: - 8 - 2520 2520 440 440300 440 12000 300 300 360 6000 B N T Đ Đồ án Quá trình và Thiết bị GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng III.1. Một số thông số cần chọn để tính toán : Chọn nhiệt độ trung bình cả năm của Tp. Hồ Chí Minh là : t n = 27 o C Chọn độ ẩm trung bình của Tp. Hồ Chí Minh là : φ = 80% Nhiệt độ bầu ướt của không khí bên ngoài là: t ư = 24.5 o C Nhiệt độ đọng sương của không khí bên ngoài phòng là: t s = 23.5 o C Nhiệt độ không khí trong kho bảo quản lạnh đông là : t p = -20 o C Độ ẩm của không khí trong kho là: φ = 90% III.2.Cách nhiệt và cách ẩm vách ngoài : Bảng số liệu tra và tính cho các lớp vật liệu làm vách ngoài : Vật liệu Bề dày δ (m) Hệ số truyền nhiệt λ (w/mK) Hệ số thẩm thấu μ (g/m.h.mmHg) Nhiệt trở δ/λ (m 2 K/w) Trở lực thẩm thấu δ/μ (m 2 .h.mmHg/g) 1.Vữa 0.02 0.88 0.0012 0.0227 16.6667 2.Gạch 0.2 0.82 0.0014 0.2439 142.8571 3.Vữa 0.02 0.88 0.0012 0.0227 16.6667 4.Cách ẩm (nhựa đường) 0.002 0.80 0.000115 0.00125 17.3912 5.Cách ẩm (polyetylen) 0.001 0.00000024 4166.6667 6.Cách nhiệt (Stiropor) 0.2 0.035 0.008 5.7143 25 7.Vữa 0.02 0.88 0.0012 0.0227 16.6667 Cộng 0.463 6.02755 4393.2195 * Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức : với α 1 = 23.3 w/m 2 K : hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (tường có chắn gió). α 2 = 10.5 w/m 2 K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu cưỡng bức). δ i : bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên). λ i : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên). K = 0.21 w/m 2 K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn. ==> Chọn δ 6 = 0.2 m ==> K = 0.1622 w/m 2 K * Kiểm tra đọng sương : ==> K < k s Vậy: vách ngoài không đọng sương. - 9 -               +++++++−= 27 7 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 1 66 111 αλ δ λ δ λ δ λ δ λ δ λ δ α λδ K m15.0 5.10 1 88.0 02.0 8.0 002.0 88.0 02.0 82.0 2.0 88.0 02.0 3.23 1 21.0 1 035.0 6 =             ++++++−×=⇒ δ ( ) Kmw tt tt k s s 2 21 1 1 /1774.1 2027 5.2427 3.2395.095.0 = −− − ××= − − ××= α Đồ án Quá trình và Thiết bị GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng * Kiểm tra đọng ẩm : Nhiệt lượng truyền qua 1m 2 bề mặt tường : q = K x (t ng – t tr ) = 0.1622 x [(27 – (-20)] = 7.6234 w/m 2 ==> Nhiệt độ tại những lớp khác nhau của tường : với t ng = t 1 = 27 o C. δ i , λ i : xác định ở bảng trên - Từ các giá trị t i+1 tính được, tra bảng áp suất hơi nước bão hòa (Bảng 38 trang 426 tập 10) ta được các giá trị áp suất bão hòa tương ứng. - Tổng trở lực thẩm thấu : ==> H = 4393.2195 (m 2 .h.mmHg/g) - Áp suất riêng phần của hơi nước tác dụng lên bề mặt ngoài của tường: p ng = φ ng x p = 0.8 x 26.74 = 21.392 mmHg với p = 26.74 mmHg ( tra ở Bảng 38 trang 426 tập 10, nhiệt độ t = 27 o C) - Áp suất riêng phần của hơi nước trong phòng bảo quản là : p tr = φ tr x p = 0.9 x 0.772 = 0.6948 mmHg với p = 0.772 mmHg (tra ở Bảng 38 trang 426 tập 10, nhiệt độ t = -20 o C) - Lượng hơi nước thấm qua 1m 2 bề mặt kết cấu bao che: - Áp suất thực tế tác dụng lên bề mặt của kết cấu : Nhiệt độ ( o C) Áp suất bão hòa hơi nước i P '' (mmHg) Áp suất thực tế i P (mmHg) t 0 27 26.74 21.392 t 1 26.6728 26.239 21.392 t 2 26.4996 25.974 21.313 t 3 24.6404 23.264 20.640 t 4 24.4672 23.025 20.562 t 5 24.4576 23.011 20.521 t 6 24.4576 23.011 0.891 t 7 -19.1007 0.842 0.773 t 8 -19.274 0.829 0.6948 t 9 -20 0.772 0.6948 Vậy: không có đọng ẩm trong kết cấu. III.3.Tính cho vách giữa 2 kho lạnh : - 10 - ∑ −= + n i i ngi qtt 1 1 λ δ ∑ = 6 1 i i H µ δ hmg H pp W trng 2 /004711.0 2195.4393 6948.0392.21 = − = − = ∑ −= + i i i ngi Wpp 1 1 µ δ [...]... * Vì ta có tất cả là 4 kho lạnh nên ta phải phân chia ra mỗi kho một dàn lạnh riêng Ở đây 4 kho có tổn thất lạnh gần bằng nhau nên ta có thể chọn 4 dàn lạnh như nhau cho 4 kho mỗi dàn lạnh có diện tích bề mặt truyền nhiệt là 96,4/4 * Nếu tính cho một kho có năng suất lạnh là Qo/4 thì ta sẽ được : + Diện tích bề mặt truyền nhiệt là F=111/4=27.75m2 + Lưu lượng kk đi qua dàn lạnh : Vkk=14.358/3=4.786m3/s... sôi trong ống ta gọi là thiết bị làm lạnh trực tiếp, còn khi không khí được làm lạnh nhờ chất tải lạnh chảy trong ống ta gọi là thiết bị làm lạnh gián tiếp Cả hai loại này thường được chế tạo ở dạng chùm ống có cánh Không khí được làm lạnh là không khí được tuần hoàn cưỡng bức nhờ quạt gió đẩy (hút) qua thiết bị Ưu điểm: - Có thể bố trí ở trong hoặc ngoài buồng lạnh - Ít tốn thể tích bảo quản sản phẩm... tác nhân lạnh là NH3 có : Tác nhân lạnh là amôniăc, có công thức là NH3, kí hiệu R717, là một chất khí không màu, có mùi rất hắc.NH3 sôi ở áp suất khí quyển ở -33.35oC, có tính chất nhiệt động tốt, phù hợp với chu trình máy lạnh nén hơi dùng máy nén pistông Tính chất hoá lý: + Năng suất lạnh riêng khối lượng q0 lớn nên lưu lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống nhỏ, rất phù hợp cho các máy lạnh có... nhiệt của môi trường lạnh Hơi lại được hút về máy nén, như vậy vòng tuần hoàn được khép kín V.2.2 Chu trình lạnh của máy nén: Chu trình Carnot ngược chiều được coi là chu trình lạnh đơn giản nhất Đơn giản không phải về mặt thiết bị mà vì chỉ bao gồm hai quá trình đoạn nhiệt và hai quá trình đẳng nhiệt xen kẻ Chu trình Carnot có công tiêu hao nhỏ nhất, năng suất lạnh lớn nhất, hệ số lạnh lớn nhất nhưng... Thiết bị bay hơi sử dụng là dàn lạnh quạt (dàn lạnh trao đổi nhiệt bằng không khí đối lưu cưỡng bức) Sử dụng thiết bị làm lạnh không khí kiểu khô vì kiểu này được dùng phổ biến nhất hiện nay Đây là thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt, trong đó không khí (lưu động ngoài chùm ống) thải nhiệt cho môi chất sôi trong ống hoặc chất tải lạnh chảy trong ống Khi không khí được làm lạnh do truyền nhiệt cho môi chất... w/m2K IV TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT – 61) - 13 - (Kỹ thuật lạnh ứng dụng NĐL trang 49 Đồ án Quá trình và Thiết bị GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng * Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh được xác định bằng biểu thức : Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 (w) Q1: dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che Q2: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q3: dòng nhiệt đi từ ngoài vào do thông gió phòng lạnh Q4: dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi... thẳng vào kho bảo quản lạnh đông là -8oC => h1 = 43.5 kj/kg Nhiệt độ sau khi bảo quản là -20oC => h2 = 0 kj/kg Khối lượng hàng nhập vào kho bảo quản lạnh đông trong một ngày đêm: M = với EψBm 365 ( t / 24h ) M: khối lượng hàng nhập vào bảo quản lạnh đông (t/24h) E: dung tích phòng bảo quản lạnh đông (t) ψ: tỉ lệ nhập có nhiệt độ không cao hơn -8oC đưa trực tiếp vào kho bảo quản lạnh đông ψ = 0.65 – 0.85... trình quá lạnh và quá nhiệt để khắc phục các nhược điểm trên - 19 - Đồ án Quá trình và Thiết bị GVHD: Thầy Trần Hùng Dũng Chu trình quá lạnh và quá nhiệt là chu trình quá lạnh khi nhiệt độ của môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu nhỏ hơn nhiệt độ ngưng tụ và gọi là chu trình quá nhiệt khi nhiệt độ hơi hút về máy nén lớn hơn nhiệt độ bay hơi (nằm trong vùng quá nhiệt) Nguyên nhân quá lạnh có thể... p0    pk: áp suất ngưng tụ của tác nhân lạnh (MPa) p0: áp suất bay hơi của tác nhân lạnh (MPa) ∆p0 = ∆pk = 0.01 MPa m=1 c = 0.05 : tỉ số thể tích chết 1   1 0.120 −0.01   1.55 +0.01  −0.120 −0.01 =0.433 ⇒ i = λ −0.04 ×     0.120 0.120  0.120    và λw ' = với T0 Tk T0: nhiệt độ bay hơi của tác nhân lạnh (K) Tk: nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân lạnh (K) λw' = 243 = 0.776 313 - 22 - Đồ án... : - Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: t0 = tb-10 = -30oC - Độ quá nhiệt hơi hút là : ∆tqn = 5oC => Nhiệt độ hơi hút về máy nén: tqn = (-30 + 5) = -25oC - Nhiệt độ nước vào bình ngưng : tw1= tư + 5 = 30oC - Nhiệt độ nước ra bình ngưng : tw2 = tw1 + 5 = 35oC - Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất: tk = tw2 + 5 = 40oC - Độ quá lạnh của tác nhân lạnh lỏng: ∆ql = 5oC => Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết . của kỹ thuật lạnh Con người đã biết làm lạnh và sử dụng lạnh rất lâu, nhưng ngành lạnh bắt đầu phát triển mạnh ở trên thế giới từ cuối thế kỉ 19. Kỹ thuật. sử dụng kho lạnh là: β = 0.75 Diện tích kho lạnh cần xây dựng là: Chọn diện tích xây dựng kho lạnh tiêu chuẩn là 72m 2 => Kích thước kho lạnh là: 12m