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

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, tải trọng của hàng bảo quản, dung tích kho lạnh,…Yêu cầu của nền là phải có độ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

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

LỚP : 02DHHH1

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 thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 06 năm 2014

Thư viện trường đã cung cấp những tư liệu hết sức có giá trị, là tài liệu thanh khảo tốt 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

LỜI NHẬN XÉT CỦA GVHD

   

Chữ ký của giáo viên nhận xét

LỜI NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN

   

Chữ ký của giáo viên nhận xét

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

3.2.2 Xác định bề dày lớp cách nhiệt 13

3.3.1 Kết cấu cách nhiệt của trần 14

3.3.2 Xác định bề dày lớp cách nhiệt 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 15

4.1.3 Dòng nhiệt do vận hành kho 17

4.1.4 Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh 18

4.2 XÁC ĐỊNH TẢI NHIỆT CHO THIẾT BỊ VÀ MÁY NÉN 19

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH, TÍNH CHỌN MÁY NÉN 20

5.1 CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỦA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC 20

5.1.1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh 20

5.1.2 Nhiệt độ ngưng tụ 20

5.1.3 Nhiệt độ hơi hút (th) 21

5.2 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH 23

5.2.1 Năng suất lạnh riêng khối lượng 23

5.2.2 Lưu lượng môi chất qua máy nén 23

5.2.3 Năng suất thể tích thực tế của máy nén 23

5.2.4 Hệ số cấp của máy nén 23

5.2.5 Thể tích hút lý thuyết 24

5.2.6 Công nén đoạn nhiệt 24

5.2.7 Công nén chỉ thị 25

5.2.8 Công suất ma sát 25

5.2.9 Công suất hữu ích 25

5.2.10 Công suất điện 26

5.2.11 Công suất động cơ lắp đặt 26

5.2.12 Phụ tải nhiệt dàn ngưng 26

5.3 TÍNH CHỌN MÁY NÉN 26

5.4 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 27

5.5 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ BAY HƠI 30

CHƯƠNG 6: CÁC THIẾT BỊ KHÁC CỦA HỆ THỐNG 32

6.1 BÌNH CHỨA CAO ÁP 32

6.1.1 Công dụng 32

6.1.2 Cấu tạo 32

6.2 THÁP GIẢI NHIỆT 33

6.2.1 Mục đích 33

6.2.2 Cấu tạo 33

6.2.3 Nguyên lý 34

6.2.4 Tính toán 34

6.3.1 Mục đích 35

6.3.2 Cấu tạo 35

6.3.3 Nguyên lý làm việc 36

6.4 BÌNH CHỨA DẦU 36

6.4.1 Nhiệm vụ 36

6.4.2 Cấu tạo 36

6.5.1 Mục đích 37

6.5.2 Cấu tạo 37

6.6.1 Mục đích 38

6.6.2 Cấu tạo 38

6.7 PHIN SẤY LỌC 39

6.8 MẮT GAS 39

6.9 VAN 40

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Từ xa xưa con người đã biết sử dụng lạnh cho đời sống, bằng cách cho vật cần làm lạnh tiếp xúc với những vật lạnh hơn Sau này kỹ thuật lạnh ra đời đã thâm nhập vào các ngành kinh tế quan 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 Tuy nhiên 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, các quá trình phân giải diễn ra rất chậm Vì vậy mà có thể giữ cho thực phẩm không bị hỏng trong thời gian dài

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: 𝜑𝑛 = 74%

3 Môi chất lạnh

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

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN KHO LẠNH

E – Dung tích của các buồng lạnh, tấn

gv – Mức độ chất tải, tấn/m3 Kho được thiết kế với mặt hàng trái cây

V = 293 33

45

2.3 TẢI TRỌNG NỀN

Công thức tính tải trọng nền:

gf = gv × h = 0.45 x 3 = 1.35 ( tấn/m2) 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= 130 37

75 0

78

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

thước 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

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

1 1

K

11

2 0 3 0

004 0 82 0

38 0 88 0

02 0 3 3 23

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 ( o C)

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

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

α1: hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (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, tải trọng của hàng bảo quản, dung tích kho lạnh,…Yêu cầu của nền là phải có độ vững chắc

cần thiết, tuổi thọ cao, không thấm ẩm

)./(95

2 1

1

t t

t t

32 3 37 3 23 95

Bảng 2: Kết cấu cách nhiệt của nền

Vật liệu Bề dày δ (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

1 1

d K

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) Hệ số truyền nhiệt λ (W/mK)

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

3 3

11

d K

m

12.09

188.0

04.023.0

005.088.0

01.05.1

07.03.23

135.0

1047.0

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT

Việc tính toán nhiệt tải kho lạnh là tính toán các dòng nhiệt từ môi trường xâm nhập vào kho lạnh Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để thải trở lại môi trường nóng, đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa buồng lạnh và không khí bên ngoài

Mục đích cuối cùng của việc tính toán nhiệt tải kho lạnh là để xác định năng suất lạnh 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

4.1.2 Tính dòng nhiệt do sản phẩm tạo ra

 Dòng nhiệt do trái cây tỏa ra:

𝑄21 =𝑀 × (ℎ1− ℎ2) × 1000 × 1000

24 × 3600 (𝑊) 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 :

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

E: dung tích phòng bảo quản lạnh đông

qn và qhp :dòng nhiệt tỏa ra khi có sản phẩm nhập vào kho lạnh, sau đó là

 Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra:

𝑄23 =𝑀b × 𝐶𝑏(𝑡1 − 𝑡2) × 1000 × 1000

24 × 3600Với: 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 gỗ : Mb = 10%M = 10% ×9.6 =0.96 (t/24h)

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

𝑄23=0.96 × 2.5 × (8 − 4) × 1000 × 1000

24 × 3600 = 111.11 (𝑘𝑊) Tổng nhiệt do sản phẩm tỏa ra là :

 Dòng nhiệt do người tỏa ra:

Q32= 350×n ,W

350: nhiệt lượng do người tỏa ra khi làm việc nặng

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

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

Bội số tuần hoàn không khí a=3

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:

∑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)

 𝑄0 = 𝑘×Q

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

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 kho cao, hiệu nhiệt độ yêu cầu là 8  130C nên chọn t0 = 13 0C [ 1, 204 ]

Chọn nhiệt độ ngưng tụ thực ra là một bài toán tối ưu về kinh tế và kỹ thuật, để đạt giá thành một đơn vị lạnh là nhỏ nhất, nếu hiệu nhiệt độ ngưng tụ nhỏ, nhiệt độ ngưng tụ thấp, năng suất lạnh tăng nhưng phải tăng chi phí cho điện năng chạy bơm nước giải nhiệt

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 nên chọn 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 hồi nhiệt

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:

Entapi kJ/kg

Thể tích riêng

m3/kg

1 1’

2 2’

3’

3

4

6 -9

90

47

47

40 -9

6,022 3,6767 44,374 18,034 18,034 18,034 6,022

406,454 401,57 433,17 415,93 258,15 253,266 253,266

0,42

5.2 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH

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 ở nhiệt 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

Nên q0 = 401.57- 253.266 = 148.304 kJ/kg

5.2.2 Lưu lượng môi chất qua máy nén

304.148

133.21

034



o

k p

p

=> <9 nên ta chọn máy nén 1 cấp

Môi chất Freon R22,máy nén hiện đại

Tra đồ thị hình 7.4 [1, 215] =>  = 0.72

Xây dựng chu trình trên đồ thì Logp-h

Hình 5.2: chu trình 1 cấp 1 tiết lưu làm mát trung gian một phần có hồi nhiệt

NHA- Máy nén hạ áp, MTG- Thiết bị làm mát trung gian, NCA- Máy nén cao áp

HN- Hồi nhiệt, NT- Thiết bị ngưng tụ, TL- Thiết bị tiết lưu, BH- Thiết bị bay hơi

Các quá trình trên đồ thị:

1-2 : Nén đoạn nhiệt ở máy nén hạ áp s2=s1

2-3 : Làm mát đẳng áp p=ptg=const ở thiết bị trung gian

3-4 : Nén đoạn nhiệt ở máy nén cao áp s4=s3

4-5’ : Ngưng tụ đẳng áp p=pk=const trong thiết bị ngưng tụ, môi chất nhả nhiệt lượng

qk cho mô trường giải nhiệt

5’-5: Quá trình quá lạnh đẳng áp p=pk=const trong thiết bị hồi nhiệt

5-6: Tiết lưu từ áp suất pk ,h5=h6

6-1’:Bay hơi đẳng áp, đẳng nhiệt trong thiết bị bay hơi

1’-1: Quá trình quá nhiệt đẳng áp p=p0=const ở thiết bị hồi nhiệt

5.2.5 Thể tích hút lý thuyết

Ta có : 0,082

72,0

0588,0

740

5.2.9 Công suất hữu ích

Là công nén có tính đến tổn thất ma sát của các chi tiết máy nén như pittông-xi lanh, tay biên-trục khuỷu-ăc pittông,…Đây chính là công đo được trên trục khuỷu của máy nén

Ta có: Ne = Ni + Nms,kW [ 1, 218 ]

= 4.583 + 1.470 = 6.053 kW

i

s i

N N





k T

T0

5.2.10 Công suất điện

Công suất điện Nel là công suất đo được trên bảng đấu điện có kể đến tổn thất truyền động, khớp, đai và hiệu suất chính của động cơ điện

053 6

5.2.11 Công suất động cơ lắp đặt

Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh, động cơ lắp đặt phải có công suất lớn hơn công suất động cơ điện

cơ máy nén đòi hỏi phải đáp ứng được năng suất lạnh của kho bảo quản

Nhiệm vụ của máy nén là liên tục hút hơi môi chất lạnh sinh ra ở thiết bị bay hơi để nén lên áp suất cao đẩy vào thiết bị ngưng tụ

Qua việc tính nhiệt tải kho lạnh ở phần trước ta đã xác định được nhiệt tải QoMN =

el td

e el

N N



 

