Thiết kế tủ cấp đông năng suất 1 tấn mẻ

ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ GVHD : Nguyễn Văn Lục MỤC LỤC Chương : MỞ ĐẦU I Nhiệm vụ đồ án II Giới thiệu kỹ thuật lạnh III Sơ kỹ thuật lạnh đông IV Chương : TÍNH CÔNG NGHỆ I SVTH : Bạch Hoài Vương ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ GVHD : Nguyễn Văn Lục Chương : MỞ ĐẦU I Nhiệm vụ đồ án Thiết kế tủ cấp đông ( kiểu contact freeze )  Năng suất 1t / mẻ  Dùng NH3  Thông số khác tự chọn II Giới thiệu trình lạnh thực phẩm : Các loại thực phẩm loại dễ ôi thiu loại vi sinh vật , đặc biệt nước nhiệt đới nước tavà gây thiệt hại lớn , chình từ lâu người tìm phương pháp để bảo quản lâu dài phân phối nhiều vùng , nhiều nơi Có nhiều phương pháp để bảo quản thực phẩm , ứng dunïg nhiều phương pháp làm lạnh Thực chất trình lạnh hạ nhiệt độ thực phẩm xuống thấp gần nhiệt độ đóng băng nhằm ngăn cản hoạt động loại vi sinh vật , nấm mốc , Tuy nhiên tồn số loài vi sinh vật có khả phát triển nhiệt độ thấp , sử dụng thêm số phương pháp khác thêm hoá chất sát trùng , chiếu tia tử ngoại , tia X , tia phóng xạ … Các phương pháp làm lạnh thực phẩm :  Làm lạnh tónh : Các phòng lạnh trang bò dàn lạnh tónh bay trực tiếp hay gián tiếp qua nước muối Không khí phòng đối lưu tự nhiên , thực phẩm xếp giá hay treo Nhiệt độ phòng dạt từ -3  00C  Làm lạnh tăng cường : Các phòng lạnh trang bò thêm quạt , tốc độ không khí phòng đạt  m/s nhiệt độ hạ thấp đến -50C cho thòt lợn -10C cho bò … Độ ẩm trì từ 85  95%  Làm lạnh phun :Các phòng lạnh trang bò buồng phun nước muối Không khí trao đổi trực tiếp với nước muối làm lạnh sản phẩm Ưu điểm phương pháp giảm tổn hao khối lượng dộ ẩm cao , tránh oxy hoá mỡ , giữ vitamin nhược điểm không áp dụng cho sản phẩm kò ẩm kò thấm muối  Làm lạnh bằg cách nhúng sản phẩm nước muối lạnh :Nhúng trực tiếp sản phẩm vào nước muối lạnh , nước lạnh , nước biển làm lạnh Do hệ số trao đổi nhiệt lớn nên thời gian làm lạnh giảm xuống p dụng có hiệu cho sản phẩm đóng gói bao nilông kín  Ướp đá , vùi tuyết :Đây phương pháp làm lạnh cá làm lạnh thông dụng Đá đập nhuyễn xay vụn sau tộn thêm với muối chất kháng sinh mang bảo quản cá  Làm lạnh chân không : Chủ yếu ứng dụng cho rau Rau xếp phòng kín kim loại , phòng hút chân không máy nén ejectơ Dưới áp suất chân không , rau bốc làm lạnh phương pháp có ưu điểm làm lạnh nhanh ,giữ vẻ mỹ quan cho sản phẩm SVTH : Bạch Hoài Vương ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ GVHD : Nguyễn Văn Lục III Sơ kỹ thuật lạnh đông : Kết đông trình làm lạnh đông thực phẩm xuống nhiệt độ đóng băng thực phẩm ,nhưng nghóa toàn lượng nước sản phẩm bò đóng băng So với làm lạnh trình kết đông bảo quản sản phẩm thời gian dài , lên đến tháng Các phương pháp kết đông :  Kết đông pha : Sản phẩm thòt nóng làm lạnh từ nhiệt độ 370C xuống nhiệt độ mong muốn  Kết đông hai pha hạ nhiệt độ sản phẩm từ nhiệt độ 370C xuống nhiệt độ trung gian khoảng 50C Sau tiếp tục hạ nhiệt độ sản phẩm xuống nhiệt độ mong muốn III Tác nhân lạnh : NH3  Ưu điểm :  Năng suất lạnh riêng khối lượng q0 (kJ/kg) lớn nên lưu lượng môi chất tuần hoàn hệ thống nhỏ, phù hợp cho máy lạnh co ùnăng suất trung bình lớn  Năng suất lạnh riêng thể tích qv (kJ/m3) tương đối nhỏ nên máy nén gọn nhẹ  Các tính chất trao đổi nhiệt tốt, hệ số tỏa nhiệt sôi ngưng tụ tương đương với nước nên không cần tạo cánh thiết bò trao đổi nhiệt với nước  Tính lưu động cao, tổn thất áp suất đường ống, cửa van nhỏ, nên thiết bò gọn nhẹ  Amoniac không ăn mòn thép, kim loại đen chế tạo máy, ăn mòn đồng hợp kim đồng (trừ hợp kim đồng có photpho) nên không sử dụng đồng hợp kim đồng hệ thống lạnh amoniac  Có mùi khó chòu, dễ phát rò rỉ môi trường  Ít tan dầu bôi trơn, đỡ ảnh hưởng đến trình bôi trơn đỡ ảnh hưởng đến chất lượng tác nhân  Nhược điểm :  Trong không khí chứa lượng NH3 đònh bắt lửa, gây nổ, hoả hoạn, không an toàn cho thiết bò người  Amoniac độc hại thể người gây kích thích niêm mạc mắt, dày, gây co thắt quan hô hấp, làm bỏng da Tuy độc hại, amoniac môi chất lạnh rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển, bảo quản tương đối dễ dàng, nước ta sản xuất nên sử dụng SVTH : Bạch Hoài Vương ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ Chương : GVHD : Nguyễn Văn Lục TÍNH TOÁN SƠ BỘ TỦ CẤP ĐÔNG I Số liệu ban đầu : I.1 Thông số thời tiết : Đòa điểm đặt Tủ cấp đông : Thành phố Hồ Chí Minh  Nhiệt độ không khí : t = 31oC  Độ ẩm :   79.5% I.2 Sản phẩm : Các loại thuỷ sản , trình tính toán dựa số liệu ban đầu cá Cá sau khai thác , rửa làm đưa đến phòng chờ đông ( tủ kết đông làm việc theo mẻ ),nhiệt độ cá làm lạnh xuống khoảng 10 0C Tiếp tục cá đưa vào Tủ cấp đông , với thời gian cấp đông 4h ,Nhiệt độ tâm sản phẩm sau trình kết đông -12oC , Sau cá mạ băng đóng hộp đưa tiêu thụ tồn trữ II Thông số tủ cấp đông( kiểu contact freezer ) : II.1 Vò trí tủ : Nằm phòng chế biến lạnh , nhiệt độ phòng 15oC ( có công nhân làm việc ) Tủ nằm trước thiết bò mạ băng nằm sau phòng chờ động quy trình công nghệ chế biến thuỷ sản II.2 Kích thướt sơ tủ : Kích thướt khối lượng số loài cá( sách Nguyên liệu chế biến thuỷ sản – Nguyễn Trọng Cần ) : STT 10 Loài cá Cá thu Cá chim trắng Cá trích xương Cá hồng Cá ngừ bò Cá phèn Cá mối Cá khế Cá bẹ Cá sạo Chiều dài ( mm) 400  600 200  300 90  180 350  450 450  650 80  120 109  405 110  190 280  550 170  250 Khối lượng (g ) 500  1500 200  600 100  135 200  530 400  5600 120  210 180  450 150  250 260  750 300  2100 Tủ cấp đông có suất 1000kg/ mẻ , ta thiết kế tủ có 11 lắc tương ứng với 10 tầng tiếp xúc , tầng tiếp xúc chứa 10 khay , tương ứng khay chứa 10 kg cá, SVTH : Bạch Hoài Vương ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ GVHD : Nguyễn Văn Lục bố trí theo hai hàng lắc Trên sở xem xét kích thướt khối lương cá , ta chọn kích thướt khay tương ứng : dài * rộng * cao = 600* 400* 30 ( mm ) Theo số tài liệu , xem chiều dài cá 100 bề ngang chiều cao số loài cá cá tầm : 14 * 12, cá trắng : 17 *10 Trên sở ước lượng cách tương đối sau , chiều cao : 20 , chiều rộng : 12 Do tầm cao hiệu lắc khoảng 50  105 mm ( lấy theo số liệu tủ cấp đông số công ty Mycom , Searefico … ) Như : Chiều dài lắc : (400+50)*5 =2250 mm , Chiều rộng lắc (600+ 50)*2 = 1300 mm ( 50 mm khoảng cách khay ) Chiều cao lắc chọn sở tiêu chuẩn ( giống với tủ cấp đông công ty Mycom Searefico) h = 22 mm Vậy kích thước sơ chọn tủ :  Chiều dài : D = 2250 + 500 + 500 = 3250 mm ( với 500 mm : khoảng cách dự tính cho thiết bò cấp NH3 lấy )  Chiều rộng : R = 1300 + 100 + 100 = 1500 mm ( với 100 mm : khoảng cách dự trù cho trình vận hành , vệ sinh sửa chữa tủ )  Chiều cao : C = 105*10 + 22*11 + 400 =1700 mm ( với 400 mm : khoảng cách dự tính cho việc lắp đặt hệ thống nâng ép thuỷ lực ) Các kích thướt chưa tính đến bề dày vỏ tủ SVTH : Bạch Hoài Vương ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ Chương : GVHD : Nguyễn Văn Lục TÍNH CÁCH NHIỆT- CÁCH ẨM I Tính cách nhiệt : I.1 Vật liệu cách nhiệt : Chọn vật liệu cách nhiệt cần thoả mãn yêu cầu sau:  Hệ số dẫn nhiệt nhỏ  Độ thấm nước nhỏ , bền nhiệt độ thấp không ăn mòn vật liệu xây dựng tiếp xúc với  Không gây nấm mốc phát sinh vi khuẩn , không bò chuột sâu bọ đục phá  Không độc hại thể người  Không độc hại sản phẩm bảo quản , làm biến chất giảm chất lượng sản phẩm  Vậ chuyển , lắp ráp , sửa chữa , gia công dể dàng  Rẻ tiền dễ kiếm Hiện polystrol polyurethan sử dụng rộng rãi để cách nhiệt buồng lạnh Polyurethan có ưu điểm lớn tạo bọt không cần gia nhiệt nên dễ dàng tạo bọt thể tích rỗng Vì polyurethan sử dụng rộng rãi tủ lạnh gia đình , tủ lạnh thương nghiệp , cách nhiệt đường ống … với hiệu cách nhiệt hiệu kinh tế cao Do thiết bò Tủ kết đông , ta sử dụng polyurethan chất cacùh nhiệt I.2 Xác đònh chiều dày cách nhiệt : Thiết kế kết cấu vỏ tủ hình vẽ : SVTH : Bạch Hoài Vương ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ GVHD : Nguyễn Văn Lục Thép không gỉ Thép không gỉ polyurethan Chiều dày cách nhiệt tính theo công thức : n 1     cn  cn      i   , m ( CT 3.2 - TL [6] )  k  1 i 1 i   Trong :  cn : chiều dày lớp cách nhiệt ,m cn : hệ số dẫn nhiệt lớp vật liệu cách nhiệt , W/mK ( bảng – 1,TL [6] ) k : hệ số truyền nhiệt , W/ m2K ( bảng –  – ,TL 12 ) 1 : hệ số toả nhiệt môi trường bên ( phía nóng ) tới tường cách nhiệt , W/ m2K ( bảng – - TL [6] )  : hệ số toả nhiệt vách buồng lạnh vào buồng lạnh , W/m2K ( bảng – - TL [6] )  i : bề dày lớp vật liệu xây dựng thứ i , m i : hệ số dẫn nhiệt lớp vật liệu thứ i , W/mK ( bảng Các thông số tra : Vật liệu i , m Polyurethan rót ngập Thép không gỉ ( OXH10T) 0.002 i , W/mK 0.047 16.3 k  0.19 W/mK ( tra với nhiệt độ tủ -40oC ) 1  23.3 W/m2K   10.5 W/m2K ( bề mặt buồng đối lưu cưỡng ) SVTH : Bạch Hoài Vương ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ GVHD : Nguyễn Văn Lục  0.002 *        0.240 m 16.3 10.5   0.19  23.3  cn  0.047  Hệ số truyền nhiệt thực vách : 1 k   0.191 W/m2 0.002 * 0.240  i  cn 1       16.3 0.047 10.5 1 i 1 i cn  23.3 I.3 Kiểm tra đọng sương bề mặt vách cách nhiệt : Mật độ dòng nhiệt tính theo nhiều cách có hai cách : q  k (t1  t ) q  1 (t1  t w1 ) t t  k  1 w1 t1  t Trong : t1 , t2 : nhiệt độ vách tủ tw1 : nhiệt độ bề mặt vách  : hệ số cấp nhiệt phía tủ k : hệ số truyền nhiệt tổng quát qua vách Trong điều kiện thực tế người ta lấy hệ số truyền nhiệt đọng sương làm chuẩn : t t k s  0.951 s t1  t Khi kiểm tra , điều kiện vách không đọng sương : k  ks 15  13 0.191  0.95 * 23.3 *  0.805 ( thoả ) 15  40 Vậy vách không đọng sương II Tính cách ẩm : Do vách kim loại , nên đươc cách ẩm hoàn toàn SVTH : Bạch Hoài Vương ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ Chương : GVHD : Nguyễn Văn Lục CÂN BẰNG NĂNG LƯNG CHO TỦ CẤP ĐÔNG Dòng nhiệt cần thiết cho tủ cấp đông Q0 = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 Trong : Q1 : dòng nhiệt qua kết cấu bao che tủ Q2 : dòng nhiệt sản phẩm tỏa trình Q3 : dòng nhiệt từ không khí bên so thông gió buồng lạnh Q4 : dòng nhiệt từ nguồn khác vận hành kho lạnh Q5 :dòng nhiệt sản phẩm tỏa hô hấp Q3 Q5 xuất kho lạnh rau trường hợp Q3 , Q5 không Dòng nhiệt qua kết cấu bao che : Q1  k * F * (t1  t ) k : hệ số truyền nhiệt thực kết cấu bao che xác đònh theo chiều dày cách nhiệt thực , w/ m2 K F : diện tích bề mặt kết cấu bao che ,m2 t1 :nhiệt độ môi trường , 0C t2 : nhiệt độ buồng lạnh , 0C Ta có : k = 0.191 w/m2K t1 = 150C SVTH : Bạch Hoài Vương ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ GVHD : Nguyễn Văn Lục t2 = -400C F = (3.25*1.7 + 3.25*1.5 + 1.7*1.5)*2 = 25.9 m2 Q1  0.191* 25.9 * (15  (40))  272.08 W Dòng nhiệt sản phẩm toả trình kết đông : Q2  M (h1  h2 ) t Trong : M : Khối lượng sản phẩm tính cho mẻ , kg/ mẻ t : thời gian mẻ cấp đông ,s h1 :enthanpy sản phẩm trước xử lý lạnh , kJ/kg h2 : enthanpy sản phẩm sau xử lý lạnh , kJ/kg 1000 Q2  (301  24.8)  19.181 kW * 3600 Với M = 1000 kg t=4h h1 = 301 kJ/kg ( bảng – -TL[6] , cho sản phẩm cá gầy nhiệt độ 100C ) h2 =24.8 kJ/kg (bảng – -TL[6] , cho sản phẩm cá gầy nhiệt độ -120C) Dòng nhiệt từ nguồn khác vận hành : Do xác đònh cách xác nguồn nhiệt nên ta tính gần theo công thức sau : Q4 = 0.4*Q1 = 0.4*272.08 = 108.83 W Như tổng dòng nhiệt cần thiết vận hành Q0 =272.08+107.83 + 19181 =19560.91 W = 19.561 kW Ta coi lượng nhiệt nhiệt tải máy nén SVTH : Bạch Hoài Vương 10 ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ GVHD : Nguyễn Văn Lục VttCA  0.0232 * 0.46  0.0107 m3/s c Hệ số cấp nhiệt máy nén : Tra theo đồ thò   f (  pk 15.85 ) , với    6.167 ptg 2.57 Cho máy nén kiểu đại :  = 0.7 Cho máy nén trục vít :  =0.8 Tính theo công thức 7.12:    m   p   p ptg  ptg   Ttg  tg tg  pk  pk  CA   c*   T  p  ptg ptg tg       k   Trong : m = p0  ptg  0.01 MPa = 0.1 bar  2.57  0.1 15.85  0.1 2.57  0.1  259.5  CA    0.04 *    0.623 * 2.57   313  2.57  2.57 d Thể tích hút lý thuyết cao áp : V 0.0107 VltCA  ttCA   0.0172 m3/s  0.623 e Công nén đoạn nhiệt cao áp : N s  m3 *l2 Trong l2 công nén riêng l2  h4  h3  2000  1745  255 kJ/kg N s  0.0232 * 255  5.916 kW f Hiệu suất thò i  w  b * ttg Trong w  T0 259.5   0.829 Ttg 313 b  0.001 t tg : nhiệt độ trung gian ,0C i  0.829  0.001* (13.5)  0.8155 g Công suất thò : N 5.916 Ni  s   7.254 kW i 0.8155 h Công suất ma sát N ms  Vtt * pms Trong p ms áp suất ma sát riêng , máy amoniac thẳng dòng p ms =0.049  0.069 MPa , chọn p ms =0.06 MPa N s  0.0107 * 60  0.642 kW i Công suất hữu ích N e  N ms  N i  0.642  7.254  7.896 kW j Công suất tiếp điện SVTH : Bạch Hoài Vương 16 ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ N elCA  GVHD : Nguyễn Văn Lục Ne  td * el Trong  td hiệu suất truyền động khớp , đai … td =0.95  el hiệu suất động  el = 0.80  0.95 7.896  9.235 kW 0.95 * 0.9 Tổng công suất nén cao áp hạ áp : N  10.359  9.235  19.594 kW Tổng thể tích hút lý thuyết : V = 0.112 + 0.0172 = 0.1292 m3/s k Nhiệt thải bình ngưng : Qk  m3 *l3 N elHA  Với l3  h4  h5  2000  699  1301 Qk  0.0232 *1301  30.183 kW III.3 Lựa chọn máy nén : Có nhiều phương án lựa chọn máy nén :  Chọn máy nén cấp riêng cho trình nén thấp áp cao áp  Đối với trình nén thấp áp ta chọn máy nén hiệu 165 ( bảng – , TL[6]) Với thông số kỹ thuật sau : Số xylanh : Đường kính pittông : 115 mm Vòng quay : 24 vòng /s Thể tích hút :Vlt = 0.125 m3/s Dài *rộng *cao = 1030*1035*885 mm Khối lượng : 880 kg  Đối với trình nén cao áp ta chọn máy nén hiệu AB22 ( bảng – , TL[6]) Với thông số kỹ thuật sau : Số xylanh : Đường kính xylanh : 82 mm Vòng quay : 24 vòng /s Thể tích hút :Vlt = 0.0179 m3/s Dài *rộng *cao = 810*1130*760 mm Khối lượng : 160 kg  Chọn máy nén cấp : hiệu N42B ( bảng – , TL [6] ) , với thông số sau Pittông  = 130 mm , S = 100 mm Số xylanh + Tốc độ 1000 vòng/phút Thể tích quét : 477.8 m3/h Vì cần bố trí gọn chiếm diện tích nên ta chọn máy nén cấp nén SVTH : Bạch Hoài Vương 17 ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ Chương : A THIẾT GVHD : Nguyễn Văn Lục TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH BỊ NGƯNG TỤ : I Chọn thiết bò ngưng tụ làm mát nước kiểu vỏ ống nằm ngang : Đây loại thiết bò ứng dụng rộng rãi hệ thống lạnh suất vừa lớn.Dùng thích hợp cho nơi có nguồn nước sẳn nước, giá thành nước không cao Bình ngưng gồm vỏ hình trụ , bên có bố trí chùm ống , hai đầu có hai mặt sàng Hai phía có hai nắp Hơi NH3 không gian ống ngưng tụ bề mặt chùm ống Nước vào theo đường ống bố trí nắp , phía chùm ống theo lối bố trí sẵn theo ống nối phía ng chùm ống thép  25  mm trơn cánh hệ số toả nhiệt nước ống va 2hệ số toả nhiệt ngưng NH3 gần Ưu nhược điểm thiết bò : Ưu điểm :  Gọn nhẹ , chắn , tốn diện tích lắp đặt  Hệ số truyền nhiệt cao , tốn kim loại SVTH : Bạch Hoài Vương 18 ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ GVHD : Nguyễn Văn Lục  Phần đáy thiết bò có chức la øbình chứa  Dễ chế tạo lắp đặt, sửa chữa vệ sinh thiết bò dễ dàng b Nhược điểm :  Cần lượng nước nhiều , dể tạo cặn bẩn  Cần thiết phải có tháp giải nhiệt để tuần hoàn lại lượng nước II Tính toán thiết bò ngưng tụ : Lượng nhiệt trao đổi bình ngưng Qk  30.183 kW Nhiệt độ nước dầu vào t w1  320 C Nhiệt độ nước đầu t w2  360 C Nhiệt độ ngưng tụ NH3 t k  40 C Nhiệt độ trung bình logarit: t  t  tb  max t ln max t Với t max  t k  t w1  40  32  80 C   t k  t w2  40  36  40 C 84  tb   5.77 C ln Lưu lượng nước qua bình ngưng : Qk 30.183 Gn    1.806 kg/s c n *t w2  t w1  4.178 * 36  32 Tra bảng Thông số vật lý nước nhiệt độ trung bình t tb  ta cn  4.178 t w1  t w2 32  36   34 0C , 2 kJ/kg.K Tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt :  Đường kính dn =25 mm dày mm  Diện tích tính cho chiều dài m ống S = 3.14*0.025*1=0.0785 m2 n St = 3.14*0.019*1=0.05966 m2  Chọn tốc độ nước bình ngưng w = 1.5 m/s  Số ống lối bình ngưng : * Gn n1   * d t2 *  n *  Các thông số vật lý nước làm mát bình ngưng (Bảng I.249 – TL [12] ) Nhiệt độ trung bình ttb  340 C  n  994.3 kg/m3 v = 0.739*10-6 m2/s SVTH : Bạch Hoài Vương   62.42 *10-2 m2/s Pr = 5.004 19 ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ GVHD : Nguyễn Văn Lục *1.806  4.27 3.14 * 0.019 * 994.3 *1.5 Chọn n1 = ống Khi tốc độ dòng nước w = 1.28 m/s n1   Xác đònh hệ số toả nhiệt  từ vách ống tới nước làm mát Chuẩn số Re : w * d td Re  v d td đường kính tương đương ống , m d td = d tr = 0.019 m 1.28 * 0.019 Re   32909 > 10000 0.739 *10 6 Như nước chế độ chảy rối nên Nu có dạng Nu  0.021* Re 0.8 * Pr 0.43 = 0.021*329090.8*5.0040.43 = 172.5 Vậy hệ số toả nhiệt phía nước : Nu *  172.5 * 62.42 *10 2 1    5667 W/m2K d td 0.019  Xác đònh hệ số toả nhiệt  từ phiá môi chất lạnh ngưng thành ống tính theo bề mặt ống phải thực phương pháp đồ thò Như ta biết ,dòng nhiệt truyền từ môi chất lạnh ngưng vào nước làm mát từ môi trường ngưng tụ có nhiệt độ tk đến vách có nhiệt độ tv phải dòng nhiệt từ vách ( tv2) vào đến nước làm mát Có thể gọi hiệu nhiệt độ trung bình logarit t tb nhiệu nhiệt độ tk – twtb gọi t v độ chênh lệch nhiệt độ trung bình nhiệt độ ngưng tụ vách t v = tk - tv , ta có : tv - twtb = t tb - t v dt n t wtb Nướ c m má t q1 Lớ p cặ n bẩ n Lớ p vá ch ố ng tv ttb tv tk q2 Mô i chấ t lạ nh ngưng tụ Như viết : SVTH : Bạch Hoài Vương 20 ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ q1  t v  t wtb t  t v  tb  A * (t tb  t v ) i i 1   1 Trong i  GVHD : Nguyễn Văn Lục i 1 i tổng trở nhiệt vách ống cặn bẩn Lấy i i  = 26*10-5 m2 K/W ( i chọn theo số liệu trang 152 – TL[8] 1 A   2290 i 1 5  26 *10  1 i 5667 Như : q1  2290 * (ttb  t v ) Chọn giá trò q1 để tính kết cấu bình ngưng , không phù hợp tính lại Chọn t v = 0.3 t tb , q1i  2290 * 0.7 * t tb  2290 * 0.7 * 5.77  9249.3 W/m2 Các ống bố trí mặt sàng theo đỉnh tam giác , chùm ống có hình lục giác với số ống đặt theo đường chéo lục giác lớn xác đònh theo công thức : Qk m  0.75 * ` l q1i1 * s * d t * Dt Với : s bước ống ngang : s =1.3 dn = 1.3 * 0.025 =0.0325 l l tỉ số chiều dài ống đường kính thân , lấy =8 Dt Dt 30.183 *103  6.532 9249.3 * 0.0325 * 0.019 * Chọn m = nz = ống , Hệ số toả nhiệt từ phía môi chất ngưng tụ tính theo bề mặt cuả ống  NH3 ngưng ống trơn nằm ngang m  0.75 *   0.72 * r *  * 3 * g * h  * d n * t v h hiệu enthanpy vào amoniac bình ngưng , lấy r Các thông số vật lý môi chất lạnh NH3 ngưng tu nhiệt độ 400C tra TL [12] r  1101 kJ/kg ( bảng I.213 )  =580 kg/ m3 (bảng I.2 )  = 0.449 w/mK ( bảng I.130 )   0.208 *10-3 Ns/m2 ( bảng I.101 )  h hệ số hiệu chỉnh thay đổi vận tốc dòng màng lỏng từ xuống  h = (nz/Z )-0.167 ống bố trí so le : ` Mật độ dòng nhiệt phía môi chất lạnh : SVTH : Bạch Hoài Vương 21 ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ GVHD : Nguyễn Văn Lục q2   * tv  9263 * tv0.75 Như ta xác đònh hệ phương trình mật độ dòng nhiệt tính theo bề mặt ống : q1  2290 * (5.77  t v )  0.75  q  9263 * t v Giải hệ phương trình phương pháp đồ thò , nhanh chóng tìm nghiệm hệ phương trình Đồ thò q, W/m2 13000 12000 11000 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 K Bảng số liệu : t v , K 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 q1 q2 11839 11381 10923 10465 10007 6315 7835 9263 10620 11922 Từ đồ thò ta tìm t v  1.182 K, q = 10500W/ m2 Số ống theo hàng ngang đường chéo ống , ta có tổng số ống : n  0.75 * m2  0.25  0.75 *  0.25  37 Số đường nước : n 37 z   7.4 ống , chọn z = n1 Lúc n = 8*5 = 40 ống Khi phải chọn lại m = n= 0.75*92 + 0.25 = 61 ống Để sử dụng phần bình ngưng làm bình chứa bỏ bớt hàng ống Số ống bỏ : SVTH : Bạch Hoài Vương 22 ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ GVHD : Nguyễn Văn Lục m 1 1  1    i  1     18 2 Với i số hàng ống bỏ Vậy số ống lại : n’ = 61 – 18 = 43 , dư ống , sử dung chúng để tăng hiệu truyền nhiệt hạn chế trình tổn thất Đường kính mặt sàng : D = m.s = 9* 0.0325 = 0.2925 m Chọn đường kính thân : D = 300 mm nb  i Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết tính theo bề mặt ống : Q 30183 F1  k   2.875 m2 q 10500 Tổng chiều dài ống trao đổi nhiệt : F 2.875 L1    48.19 m S t 0.05966 Chiều dài ống bình ngưng : L 48.19 l   1.205 m n 40 Vậy chọn chiều dài ống thực theo tiêu chuẩn l = 1500 mm B TÍNH TOÁN DÀN LẠNH : Số liệu ban đầu : Nhiệt độ trung bình tủ cấp đông – 40 0C Chọn thông số không khí vào dàn lạnh t1 = - 38 0C ,  =90% Như chọn thông số không khí khỏi dàn lạnh t2 = -400C  = 95% Kích thướt lắc chọn sơ 2250 * 1300 ( mm) Năng suất lạnh Q0 = 19.561 kW Tính toán : NH3 lỏng chảy ống lắc , nhận nhiệt môi trường tủ , bay đồng thời hạ nhiệt độ tủ cấp đông Hình vẽ mô tả trình truyền nhiệt ống lắc môi chất : SVTH : Bạch Hoài Vương 23 ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ t GVHD : Nguyễn Văn Lục s t l t0 v t q   NH3 sôi có chế độ sủi bọt , hệ số cấp nhiệt tính theo công thức : q  l  l , chọn t1  t s  t v  K t Như : 0.5 * (  f   h ) 0.542 * (  h * r * Ts ) 0.333 * 0.042  l  1.7 *10 * f , kcal/m2.h 0.417 0.167  f *cf Trong :  f : độ dẫn nhiệt chất lỏng , Kcal/m h K Tra bảng 1.131 ,TL[12] :  f = 0.57 W/mK =0.490 Kcal/m h K  f : khối lượng riêng chất lỏng kg/m3 Tra bảng 1.262 ,TL[12] :  f = 702 kg/m3  h ; khối lượng riêng kg/m3 Tra bảng 1.262 ,TL[12] :  h =0.382 kg/m3 r : ẩn nhiệt hoá hơi, kcal /kg Tra bảng 1.262 ,TL[12] : r = 1416 kJ/ kg = 337.8 kcal /kg Ts : nhiệt độ sôi môi chất , K  : sức căng bề mặt giới hạn mặt phân chia lỏng , N/m Tra bảng 1.242 , TL[12], ngoại suy ta :  = 54.5*10-3 N/m c f : nhiệt dung riêng chất lỏng , kcal/kg K Tra hình 1.52,TL [12] ta c f = 1.7 kcal/kg.K  l  1.7 *10 * 0.49 0f.5 * (702  0.382) 0.542 * (0.382 * 337.8 * 223) 0.333 * (54.5 *10 3 ) 0.042 702 0.417 *1.7 0.167  l = 667592.7 kcal/m2h K = 776.2 kW/ m2 K Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt môi chất lỏng bay môi trường tủ tính theo công thức SVTH : Bạch Hoài Vương 24 ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ F= GVHD : Nguyễn Văn Lục Q , m2 k * t Với Q = 19561 kW 1 = =2707 W/m2K k 3  *10    l  776.2 *10 16.3 Trong ta chọn vật liệu cho lắc thép không gỉ OXH10T , với bề dày tính từ bề mặt lắc đến ống lắc  = mm ,  = 16.3 W/mK t  t  t s  45  50  K 19561 Suy : F = =1.4452 m2 2707 * Có 11 lắc , diện tích bề mặt tiếp xúc nhiệt có hiệu cho 10 mặt lại gắn cố đònh với hệ thống nâng đỡ thuỷ lực Vậy diện tích mặt truyền nhiệt lắc : F 1.4452 f    0.07226 m2 10 * 10 * 0.07226 Chiều rộng mặt truyền nhiệt :  0.03215 m 2.25 0.03212 Tấm lắc chia thành lối nhỏ , chiều rộng lối  6.42 *10 m Chọn chiều rộng lối nhỏ mm Chương : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ I BÌNH TÁCH DẦU : I.1 Công dụng : Do amoniac có khả hoà tan hạn chế dầu bôi trơn , nên bình tách dầu sử dụng nhằm tách bớt phần dầu khỏi môi chất lạnh , để dầu khỏi vào thiết bò trao đổi nhiệt thiết bò bay , thiết bò ngưng tụ Tuỳ theo hiệu loại thiết bò mà dầu tách nhiều hay thấp I.2 Vò trí nguyên lý hoạt động : Thiết bò bố trí đường đẩy máy nén thiết bò ngưng tụ Dầu bò theo nén dạng bụi dầu , nhiệt độ 80 – 150 0C , hoá phần ( khoảng – 30% ) SVTH : Bạch Hoài Vương 25 ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ GVHD : Nguyễn Văn Lục Bình tách dầu hoạt động theo nhiều nguyên lý khác thay đổi hướng tốc độ chuyển động dòng lưu chất , nhờ chênh lệch khối lượng riêng dầu môi chất lạnh , làm mát để ngưng tụ dầu I.3 Chọn bình tách dầu : Có nhiều loại bình tách dầu sử dụng tuỳ theo yêu cầu quy trình công nghệ Nhưng thường sử dụng loại bình tách dầu xoắn hay bình tách dầu làm mát nước hiệu suất cao , tách đến 95 – 97% lượng dầu theo từ máy nén Tiết diện bình : m *v F  , m2 w' Trong : m3 lưu lượng tác nhân , kg/s v2 thể tích riêng khỏi máy nén , m3 w’ vận tốc vào bình tách dầu , quy ước w’  0.5 m/s , chọn w’ = 0.5 m/s 0.0232 * 0.62 F  0.0288 m2 0.5 4* F * 0.0288 D   0.192 m  3.14 Chọn bình tách dầu hiệu M1952 ( bảng – 28 - TL [1]) có:  Đường kính 230 mm  Chiều cao 900 mm  Chiều cao phủ bì 1100 mm  Đường kính ga vào 50 mm  Đường kính ga 50 mm  Đường kính ống dầu 15 mm  Khối lượng 60 kg II BÌNH CHỨA DẦU : II.1 Công dụng : Bình chứa dầu có dang hình trụ đứng , có đường nối với đường xả dầu thiết bò , đường nối với ống hút máy nén có trang bò áp kế Thu gom dầu từ bình tách dầu , từ bầu dầu thiết bò II.2 Nguyên lý hoạt động Dầu xả bình chứa thông qua chênh lệch áp suất p suất bình hút giảm xuống mở van đường nối với ống hút Khi xả dầu áp suất bình phép cao áp suất khí II.3 Chọn bình chứa dầu : Do máy nén làm việc hai cấp nén nên ta chọn bình chứa dầu hiệu 150CM từ bảng – 20 - TL [1] với thông số sau :  Kích thướt : D*S = 325*9 mm B = 765 mm H = 1270 mm SVTH : Bạch Hoài Vương 26 ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ GVHD : Nguyễn Văn Lục  Thể tích 0.07 m3  Khối lượng 92 kg III BÌNH CHỨA CAO ÁP : III.1 Vò trí công dụng : Được bố trí sau thiết bò ngưng tụ dùng để chứa môi chất lỏng áp suất cao , giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt thiết bò ngưng tụ để trì cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu Thường đặt thiết bò ngưng tụ cân áp suất với bình ngưng nhờ đường ống cân lỏng III.2 Chọn bình chứa cao áp : IV BÌNH TRUNG GIAN V BÌNH TÁCH KHÍ KHÔNG NGƯNG VI PHIN LỌC – PHIN SẤY VII THÁP GIẢI NHIỆT : I.1 Nhiệm vụ tháp giải nhiệt : Thải toàn lượng nhiệt môi chất lạnh thải Lượng nhiệt thải môi trường nhờ chất tải nhiệt trung gian nước Nước nóng chảy theo khối đệm xuống, trao đổi nhiệt chất với không khí ngược dòng từ lên nhờ quạt gió cưỡng bức.Quá trình trao đổi nhiệt chất chủ yếu trinh bay phần nước vào không khí Nhiệt độ nước giảm  50C nguội đến nhiệt độ ban đầu tw1 Sau đưa thiết bò ngưng tụ I.2 Tính chọn tháp giải nhiệt : Phương trình cân nhiệt : Qk  C *  *V (t w2  t w1 ) Trong : Qk : nhiệt lượng thải bình ngưng tụ , kW C : nhiệt dung riêng nước , kJ/kgK  : khối lượng riêng nước , kg/m3 V : lưu lượng nước qua tháp , m3/s Suy lưu lượng nước tuần hoàn xác đònh theo biểu thức : Qk V , m3/s C *  * (t w2  t w1 ) 28.502 V  1.37 *10 3 m3/s 4.178 * 995.53 * (33  28) Hiệu suất tháp giải nhiệt : t t 33  28   w2 w1   0.588 t w2  t u ' 33  24.5 Nhiệt lượng trao đổi tháp đổi tôn lạnh : SVTH : Bạch Hoài Vương 27 ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ GVHD : Nguyễn Văn Lục Qk = 28.502 kW = 24529 kcal/h = 24529  7.656 tôn lạnh 3204 Năng suất làm mát cần thiết : Q Q k k Với k hiệu số hiệu chỉnh ,tra Hình 8.29với tư = 24.50C tw2 – tw1 = 33 – 28 = 50C : 0.5 7.656 Q  15.312 tôn lạnh 0.5 Chọn tháp giải nhiệt kiểu FRK15 ( Theo bảng 8.22 ) với thông số kỹ thuật sau : Lưu lượng l/s Kích thướt, mm H D Kích thước ống nối , mm in out of dr fv 3.25 1665 1170 50 50 25 25 15 Quạt gió m3/phút 140  mm 630 Môtơ quạt kW 0.37 Khối Độ lượng , kg ồn Khô Ướt dBA 52 165 50.5 VIII HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG Ta tính toán đường kính ống dẫn theo biểu thức : 4*m ,m d  * * w Với : d : đường kính ống dẫn , m m : lưu lượng , kg/s  : khối lượng riêng môi chất , kg/m3 w : tốc độ dòng chảy ống , m/s  Đường hút máy nén NH3 Chọn vận tốc dòng chảy ống môi chất NH3 ( bảng 10 – 1, TL [6] ) w = 18 m/s lưu lượng dòng lưu chất m = 0.0232 kg/s  450 C = 0.4996 kg/m3 ( Phụ lục 1b – TL [3] ) * 0.0232  0.0573 m 0.4996 *  *18 Chọn ống có đường kính 69 mm , đường kính 76 mm ( bảng 10 – TL[6] )  Đường đẩy máy nén NH3 Chọn vận tốc dòng chảy ống môi chất NH3 ( bảng 10 – 1, TL [6] ) w = 22 m/s lưu lượng dòng lưu chất m = 0.0232 kg/s 1140 C = 85.236 kg/m3 ( Phụ lục 1b , TL [3] ) d * 0.0232  3.97 *10 3 m 85.236 *  * 22 Chọn ống có đường kính mm , đường kính mm ( bảng 10 – d SVTH : Bạch Hoài Vương 28 ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ GVHD : Nguyễn Văn Lục TL[6] )  Đường ống nước chảy vào thiết bò ngưng tụ : Chọn vận tốc dòng chảy ống nước ( bảng 10 – 1, TL [6] ) w = 1.33 m/s lưu lượng dòng lưu chất m = 1.837 kg/s  340 C = 994.3 kg/m3 (Bảng I.249 , TL [12] ) *1.837  0.0421 m 994.3 *  *1.33 Chọn ống có đường kính 53 mm , đường kính 60 mm ( bảng 10 – 4, TL[6] ) d IX TÍNH CHỌN BƠM : IX.1 Bơm nước qua thiết bò ngưng tụ : VI VAN TIẾT LƯU Năng suất lạnh hệ thống :Q0 = 19.561 kW = 4.673 kcal/h Năng suất lạnh riêng :q0 = 1014 kJ/kg = 242.25 kcal/kg Hiệu áp suất ngưng tụ bốc p  pk  p0  15.85  0.417  15.433 at Hệ số nén dòng chảy , chọn   0.5 Khối lượng riêng tác nhân thể lỏng :   645.3 kg/m3 ( tra cho môi chất lỏng t t  50  40 nhiệt độ trung bình t = k   50 C ) 2 Công thức tính tiết diện mở van tiết lưu : Q0 4.673 F  3600 * q0 * * p *  * g 3600 * 242.25 * 0.5 * 15.433 * 645.3 * 9.812 TÍNH KINH TẾ Chương : KẾT LUẬN Chương : TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Khoa Công Nghệ Hoá Học, môn Máy & Thiết Bò -Giáo Trình “ Quá Trình Và Thiết Bò Công Nghệ Hoá Học”, Hướng Dẫn Đồ n Môn Học Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM,1993 [2].Viện só Trần Đức Ba ( chủ biên)“Kỹ Thuật Lạnh Đại Cương”, Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM [3].Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy“Kỹ thuật lạnh sở”, NXB Giáo Dục, 2002 [4] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ, Đinh Văn Thuật “ Kỹ Thuật Lạnh ng Dụng”, NXB Giáo Dục,2002 SVTH : Bạch Hoài Vương 29 ĐAMH : MÁY & THIẾT BỊ GVHD : Nguyễn Văn Lục [5] Trần Đức Ba, Phạm Văn Bôn“Công Nghệ Lạnh Thực Phẩm Nhiệt Đới”Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM, 1993 [6] Nguyễn Đức Lợi“Hướng Dẫn Thiết Kế Hệ Thống Lạnh”NXB Khoa Hoc Kỹ Thuật, Hà Nội, 2002 [7] Phạm Văn Bôn (chủ biên), Nguyễn Đình Thọ “Quá Trình Và Thiết Bò Trong Công Nghệ Hóa Học” –tập 5- “Quá Trình Và Thiết Bò Truyền Nhiệt”NXB Đại Học Bách Khoa TpHCM, 2002 [8] Trần Thanh Kỳ“Máy Lạnh”, Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM, 1994 [9] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ“Máy Và Thiết Bò Lạnh”, NXB giáo dục, 1993 [10] Trần Hùng Dũng, Trần Văn Nghệ“Quá Trình Và Thiết Bò Trong Công Nghệ Hóa Học” –tập 11- “ Bài Tập Và Hướng Dẫn Thiết Kế Máy Lạnh Trạm Lạnh, Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM [11] Môi chất lạnh [11] Phạm Văn Bôn, Vũ Bá Minh, Hoàng Minh Nam“Quá Trình Và Thiết Bò Trong Công Nghệ Hóa Học” –tập 10- “ ví dụ tập”, Trường Đại Học Bách Khoa TpHCM [12] Các tác giả“Sổ Tay Quá Trình Và Thiết Bò Công Nghệ Hoá Chất – tập 1,”NXB Khoa Học & Kỹ Thuật, Hà Nội, 1992 [13] Trần Thế San, Nguyễn Đức Phấn“Thực Hành Lỹ Thuật Cơ Điện Lạnh”, NXB Đà Nẵng SVTH : Bạch Hoài Vương 30 ... 4000 0.4 0.6 0.8 1. 2 1. 4 1. 6 K Bảng số liệu : t v , K 0.6 0.8 1. 0 1. 2 1. 4 q1 q2 11 839 11 3 81 10923 10 465 10 007 6 315 7835 9263 10 620 11 922 Từ đồ thò ta tìm t v  1. 182 K, q = 10 500W/ m2 Số ống... nút chu trình : Điểm 1 37 10 T , 0C -50 -45 72 -13 .5 11 4 38 -13 .5 -13 .5 37 -50 P , bar 0. 416 8 0. 416 8 2.57 2.57 15 .85 15 .85 2.57 2.57 15 .85 0. 416 8 h, kj/kg 16 91 1700 19 45 17 45 2000 699 699 445...  18 0 350  450 450  650 80  12 0 10 9  405 11 0  19 0 280  550 17 0  250 Khối lượng (g ) 500  15 00 200  600 10 0  13 5 200  530 400  5600 12 0  210 18 0  450 15 0  250 260  750 300  210 0