Đồ án môn học: Kỹ Thuật Lạnh

Từ xa xưa con người đã biết sử dụng lạnh cho đời sống, bằng cách cho vật cần làm lạnh tiếp xúc với vật lạnh hơn và hỗ trợ tích cực cho các ngành như: • Ngành công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm. • Trong công nghiệp nặng: làm nguội khuôn đúc. • Trong y tế: chế biến và bảo quản thuốc. • Trong ngành công nghiệp hóa chất. • Trong lĩnh vực 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 thực phẩm lâu dài , thì phải sử dụng cấp đông và trữ đông thực phẩm ở nhiệt độ thấp (nhiệt độ càng thấp thì thực phẩm có thể bảo quản càng lâu). 1.2.Nội dung và yêu cầu thiết kế.

MỤC LỤC

• Ngành công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm.

• Trong công nghiệp nặng: làm nguội khuôn đúc

• Trong y tế: chế biến và bảo quản thuốc

• Trong ngành công nghiệp hóa chất

• Trong lĩnh vực 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 thực phẩm lâu dài , thì phải sử dụng cấp đông và trữ đông thựcphẩm ở nhiệt độ thấp (nhiệt độ càng thấp thì thực phẩm có thể bảo quản càng lâu)

1.2.Nội dung và yêu cầu thiết kế.

1.2.1 Cấp đông

- Sản phẩm bảo quản: Thịt heo

- Công suất: E = 5,5 Tấn/mẻ

- Nhiệt độ thịt đầu vào: 18C

- Nhiệt độ thịt đầu ra: -15C

- Thời gian cấp đông: 11 giờ

- Nhiệt độ phòng cấp đông: -35C

1.2.2 Trữ đông

- Công suất: E= 55 Tấn

- Nhiệt độ phòng trữ đông : -18CThông số môi trường

- Địa điểm xây dựng: Pkeiku

- Nhiệt độ môi trường : 32.2C

- Độ ẩm môi trường : 76%

1.2.3 Quy trình sản xuất

Thịt sau khi qua phân xưởng chế biến được đưa vào phòng cấp đông, đóng gói và cấpđông đến nhiệt độ , sau đó đưa vào phòng trữ đông có nhiệt độ trung bình sản phẩm ,nhiệt độ phòng

Qui trình

Đồ án môn học: Kỹ Thuật Lạnh

CHƯƠNG 1: TÍNH KÍCH THƯỚC VÀ BỐ TRÍ MẶT BẰNG KHO LẠNH 2.1 Phòng cấp đông

2.1.1 Thông số cho trước.

- Công suất: E=5,5 Tấn/mẻ

- E [Tấn] là công suất chất tải trong phòng cấp đông

- =0.17 [] : Định mức chất tải thể tích (trang 28, trang 29 tàiliệu [1])

Trữ đông(

Đóng gói

Cấp đông(-35)

Gia công sảnphẩm

Làm lạnh sơ bộ(18)

2.2.1 Thông số cho trước

- Công suất: E=55 Tấn

- E [Tấn] là công suất chất tải trong phòng trữ đông

- =0,45 []: Định mức chất tải thể tích – theo bảng 2-3 – trang 28 tài liệu [1]

CHƯƠNG 2: TÍNH CÁCH NHIỆT KHO LẠNH

Mục đích: chương này nhằm xác định chiều dày lớp cách nhiệt, đảm bảo kinh tế, kỷthuật Ngoài ra nó còn phải đảm bảo không xảy ra hiện tượng đọng sương ở bề mặt ngoàicủa kết cấu

3.1 Tính cách nhiệt cho tường kho lạnh

3.1.1 Tính cách nhiệt cho tường bao ngoài:

Ghi chú

2 Polyurethane 0,041 Trang 61 [tài liệu 1]

- Hệ số tỏa nhiệt bề mặt ngoài của tường bao tra theo bảng 3-7 trang 65 tài liệu [1].

- Hệ số tỏa nhiệt bề mặt trong của tường bao tra theo bảng 3-7 trang 65 tài liệu [1]

- Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ trong phòng là -350C Tra bảng 3-3 trang 63tài liệu [1] với nhiệt độ phòng -350C tính cho vách bao ngoài, ta có:

Hệ số truyền nhiệt tối ưu qua tường ở phòng cấp đông là =0,19

==0,21 mThực tế chiều dày của lớp cách nhiệt luôn được chon theo quy chuẩn nên ta chọn , khi đó

ta có hệ số truyền nhiệt tính toán là :

- , hệ số truyền nhiệt tính toán và hệ số truyền nhiệt trong điều kiện đọngsương,

- = 23,3, hệ số tỏa nhiệt bên ngoài bề mặt tường

- =32,2C, =27,5C, = -35C là nhiệt độ bên ngoài tường, nhiệt độ đọng sương,nhiệt độ trong buồng lạnh

- Hệ số tỏa nhiệt bề mặt ngoài của tường bao tra theo bảng 3-7 trang 65 tài liệu [1]

- Hệ số tỏa nhiệt bề mặt trong của tường bao tra theo bảng 3-7 trang 65 tài liệu [1]

- Đối với phòng trữ đông thì nhiệt độ trong phòng là -180C Tra bảng 3-3 trang 63tài liệu [1] với nhiệt độ phòng -180C tính cho vách bao ngoài, ta có:

Hệ số truyền nhiệt tối ưu ở phòng trữ đông là =0,22

==0,18 mThực tế chiều dày của lớp cách nhiệt luôn được chon theo quy chuẩn nên ta chọn , khi đó

ta có hệ số truyền nhiệt tính toán là :

==0,22

- = 23,3, hệ số tỏa nhiệt bên ngoài bề mặt tường.

- =32,2C, =27,5C, =-18C là nhiệt độ bên ngoài tường, nhiệt độ đọng sương,nhiệt độ trong buồng lạnh

Suy ra:

=0,95

=2,072

Vì nên không xảy ra hiện tượng đọng sương ở bên ngoài bề mặt buồng lạnh

3.1.2 Tính cách nhiệt tường ngăn:

- Để thuận tiện trong quá trình lắp đặt và sửa chữa sau này, chiều dày lớp cách

nhiệt của các tường ngăn được lấy bằng nhau và bằng chiều dày của tường khắcnghiệt nhất(tường bao ngoài)

- Hệ số tỏa nhiệt bề mặt ngoài của tường bao tra theo bảng 3-7 trang 65 tài liệu [1].

- Hệ số tỏa nhiệt bề mặt trong của tường bao tra theo bảng 3-7 trang 65 tài liệu [1]

- Hệ số truyền nhiệt tối ưu tính cho mái bằng : ktư= 0,17

==0,132 mThực tế chiều dày của lớp cách nhiệt luôn được chon theo quy chuẩn nên ta chọn , khi đó

ta có hệ số truyền nhiệt tính toán là :

Đồ án môn học: Kỹ Thuật Lạnh

Trong đó:

- , hệ số truyền nhiệt tính toán và hệ số truyền nhiệt trong điều kiện đọngsương,

- = 25.63, hệ số tỏa nhiệt bên ngoài bề mặt tường

- =37.3C, =31C, =-18C là nhiệt độ bên ngoài tường, nhiệt độ đọng sương, nhiệt

Do kho lạnh đặt trong phân xưởng có mái che nên hệ số tỏa nhiệt lấy them 10%

- Hệ số tỏa nhiệt bề mặt ngoài của tường bao tra theo bảng 3-7 trang 65 tài liệu [1]

- Hệ số tỏa nhiệt bề mặt trong của tường bao tra theo bảng 3-7 trang 65 tài liệu [1]

- Hệ số truyền nhiệt tối ưu ở phòng trữ đông là =0,22

==0,101 m

Thực tế chiều dày của lớp cách nhiệt luôn được chon theo quy chuẩn nên ta chọn , khi đó

ta có hệ số truyền nhiệt tính toán là :

- = 25.63, hệ số tỏa nhiệt bên ngoài bề mặt tường

- =37.3C, =31C, =-18C là nhiệt độ bên ngoài tường, nhiệt độ đọng sương, nhiệt

Đồ án môn học: Kỹ Thuật Lạnh

A Phòng trữ đông.

- Vật liệu: panel lắp ghép, tol sắt gân cứng

- Hệ số tỏa nhiệt ngoài buồng lạnh: theo bảng 3-7 trang 64, tài liệu [1]

- Với nhiệt độ trong phòng lạnh là -18 ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu quanền có sưởi là: =0,226 theo bảng 3-6 trang 64, tài liệu [1]

- Hệ số tỏa nhiệt bên trong phòng lạnh:

Suy ra: chiều dày của lớp cách nhiệt Polyurethane(foam) là:

==0,1 mTrong thực tế chiều dày của các tấm cách nhiệt được làm theo quy chuẩn, nên ta chọnchiều dày thực tế là: = 0,1m

ứng với ta có hệ số truyền nhiệt thực tế là :

==0,217

B Phòng cấp đông.

- Vật liệu: panel lắp ghép, tol sắt gân cứng

- Hệ số tỏa nhiệt ngoài buồng lạnh: theo bảng 3-7 trang 64, tài liệu [1]

- Với nhiệt độ trong phòng lạnh là -35 ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu quanền có sưởi là : =0,15 theo bảng 3-6 trang 64, tài liệu [1]

- Hệ số tỏa nhiệt bên trong phòng lạnh : Suy ra: chiều dày của lớp cách nhiệt Polyurethane (foam) là :

==0,148 mTrong thực tế chiều dày của các tấm cách nhiệt được làm theo quy chuẩn, nên ta chọnchiều dày thực tế là: = 0,15m

ứng với ta có hệ số truyền nhiệt thực tế là:

==0,148

CHƯƠNG 4 TÍNH NHIỆT KHO LẠNH

Mục đích: xác định tính toán các tổn thất nhệt của kho lạnh để làm cơ sở tính công suấtcủa các thiết bị hệ thống lạnh

- tổn thất lạnh do sản phẩm thở Trong thực tế chỉ có các phòng lạnh bảo quản rau,

củ , quả mới có tổn thất này Vậy trong hệ thống đang xét =0

Vậy ta có tổng tổn thất lạnh: =++

4000

4.1 Thông số cho trước

- Công suất: E=40 tấn

- Sản phẩm: Cá

- Nhiệt độ đầu vào: =18

- Nhiệt độ đầu ra: =-15

- Nhiệt độ môi trường phòng lạnh: =-18

- Thời gian: =11 giờ

, [W]

Trong đó:

là tổn thất do chiếu sáng phòng lạnh

=A.F , [W]

F - là diện tích trong của phòng lạnh, F=6x6=36 []

A-nhiệt lượng tỏa ra do chiếu sáng 1 diện tích buồng hay diện tích nền, A=1,2 , theo tàiliệu [1] trang 87

Suy ra:

=1.2x36=43,2 W: tổn thất do người tỏa ra

=350xn, [W]

Ta chon n=2, suy ra: =350x2=700 W

: tổn thất lạnh do động cơ điện tỏa ra

=với năng suất E=40 tấn thì công suất điện N=8,8 kW

-là hiệu suất của động cơ

+=1 nếu động cơ đặt trong phòng lạnh

+= nếu động cơ đặt ngoài phòng lạnh

Ta chọn hiệu suất của động cơ là 1, đặt động cơ ở trong phòng

=4,2.1=8,8 kW

b- hệ số kể đến thời gian làm việc.

dựa vào trang 92 tài liệ [1] ta có hệ số b=0,9, nhiệt độ -18 ta có k=1,06

F[]

F - là diện tích trong của phòng lạnh, F=5x5=25 []

A-nhiệt lượng tỏa ra do chiếu sáng 1 diện tích buồng hay diện tích nền, A=1,2 , theo tàiliệu [1] trang 86

Suy ra:

=1.2x25=30 W: tổn thất do người tỏa ra

=350xn, [W]

Ta chon n=2, suy ra: =350x2=700 W

: tổn thất lạnh do động cơ điện tỏa ra

=N- là công suất điện với E=2 tấn/mẻ thì công suất điện N=4.7,5 Hp = 4.7,5x0,736 =22.08

kW, vậy với năng suất E=4 tấn/mẻ thì công suất điện N=44,16 kW

-là hiệu suất của động cơ

+=1 nếu động cơ đặt trong phòng lạnh

+= nếu động cơ đặt ngoài phòng lạnh

Ta chọn hiệu suất của động cơ là 1, đặt động cơ ở trong phòng

=44,16.1=44,16 kW tổn thất lạnh do mở cửa phòng lạnh

B- dòng nhiệt riêng khi mở cửa, ta chọn B=32 theo bảng 4.4 tài liệu [1] trang 87

F- diện tích buổng [ F=36

=32x25=800 WVậy tổng tổn thất lạnh do vận hành là:

=30 +700+44160+800=45690 Wd) Công suất lạnh yêu cầu là:

=1688.96+5535,2 =7224,16 W

b- hệ số kể đến thời gian làm việc.

dựa vào trang 92 tài liệ [1] ta có hệ số b=0,9, nhiệt độ -35 ta có k=1,085

Vậy

==55183.806W

CHƯƠNG 5 LẬP CHU TRÌNH VÀ TÍNH TOÁN MÁY NÉN

Mục đích: chương này nhằm xấy dựng và tính toán chu trình máy lạnh để làm cơ sở tínhcông suất yêu cầu của các thiết bị trong hệ thống lạnh

a) Lựa chọn môi trường giải nhiệt

Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt:

Vì có ưu điểm:

+ Hệ số tỏa nhiệt cao hơn nên làm mát tốt hơn

+ Ít chịu ảnh hưởng của thời tiết

- Nhiệt độ nước trước khi vào bình:

Với là nhiệt độ kế ướt của không khí tra theo đồ thị i-d với và độ ẩm , ta có

=> =37

- Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng:

ở đây ta chọn bình ngưng ống chùm nằm ngang nên ta chọn được

=>=41

b) Lựa chọn môi chất lạnh

Chọn môi chất lạnh là R22 (CHCIF2)

Đồ án môn học: Kỹ Thuật Lạnh

Môi chất lạnh R22 có

- ưu điểm

+ Không độc hại+ Không gây cháy nổ+ Không ăn mòn kim loại đen và kim loại màu+ Không làm hỏng sản phẩm bảo quản lạnh+ Năng suất lạnh riêng lớn nên thiết bị trao đổi nhiệt nhỏ gọn+ Nhiệt độ hóa rắn thấp hơn so với NH3

+ Dễ vận chuyển và bảo quản+ Có áp suất trung bình giống như NH3 nhưng có tỉ số nén thấphơn nên

- Nhược điểm

+ Đắt tiền hơn NH3+ Làm chương phồng các chất hửu cơ+ Có khả năng gây đóng băng hệ thống lạnh ở nồng độ 6/ nướctrong R22

+ Không máu, có mùi nhẹ nên khó phát hiện khi rò rỉ+ Có tính rửa cặn bẩn nên dễ gây tắt nghẻn hệ thống+ Gây ô nhiểm môi trường (phá hủy tầng ô zôn gây hiệu ứngnhà kính) Hiện nay R22 vẫn còn được sử dụng đến 1/1/2020,trước khi có môi chất thay thế

c) Tính nhiệt độ và áp suất ngưng tụ

g) Vẽ đồ thị, lập bảng và tra các điểm nút của chu trình.

Đồ thị:

Đồ thị T-s và lnP- i:

lnP

1' 1 3

i

2 3'

4 4

1' 3

1 2

s

T

3'

Các quá trình :

1’ - 2 :quá trình nén đoạn nhiệt trong máy nén

2 - 3 :quá trình ngưng tụ đẳng áp ở bình ngưng

3- 3’ :quá trình quá lạnh trong bình hồi nhiệt

3’- 4 :quá trình tiết lưu trong van tiết lưu nhiệt

4- 1’ :quá trình bay hơi đẳng áp ở dàn bay hơi

1’- 1 :quá nhiệt hơi hút về máy nén

Nguyên lý làm việc:

Hơi sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi đi vào thiết bị hồi nhiệt nhận nhiệt đẳng áp củalỏng cao áp trở thành hơi quá nhiệt (1’) rồi được hút về máy nén nén đoạn nhiệt lên ápsuất cao (2), sau đó qua thiết bị ngưng tụ nhả nhiệt đẳng áp cho môi trường làm mátngưng tụ thành lỏng cao áp (3) rồi đi qua thiết bị hồi nhiệt nhả nhiệt đẳng áp cho hơi hạ

áp trở thành lỏng chưa sôi (3’) qua van tiết lưu giảm áp xuống áp suất bay hơi (4) rồi đivào thiết bị bay hơi nhận nhiệt đẳng áp đẳng nhiệt của đối tượng cần làm lạnh, hoá hơi vàchu trình cứ thế tiếp tục

Đồ án môn học: Kỹ Thuật Lạnh

Nhiệt độ quá nhiệt:

Với: độ quá nhiệt hơi hút đối với môi chất lạnh R22 thì

Các điểm nút của chu trình:

V[]

I[]

S[]

hòa khô(x=1)

h) Năng suất lạnh riêng khối lượng

i) Lưu lượng môi chất tuần hoàn

j) Công suất nhiệt của thiết bị ngưng tụ

k) Công suất tiêu thụ của máy nén

c) Thể tích hút lý thuyết

Chọn máy nén piston П40 của Nga theo OCT 26.03-943-77 Bảng 7.6 trang 179 tai liệu[1]

Số xi lanh: 4Thể tích hút lý thuyết: 0.0289 Máy nén pistong

Số lượng máy nén: 1 máy

5.2.2 Tính toán

a) Nhiệt độ nước trước khi vào bình:

Với là nhiệt độ kế ướt của không khí tra theo đồ thị i-d với và độ ẩm , ta có

=> =37

- Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng:

ở đây ta chọn bình ngưng ống chùm nằm ngang nên ta chọn được

Đồ án môn học: Kỹ Thuật Lạnh

Chọn máy nén cấp 2

e) Chọn loại chu trình

Chọn chu trình lạnh cho phòng cấp đông là chu trình máy lạnh 2 cấp làm mát trung gian

có ống xoắn Mặc dù chu trình này lệch khỏi chu trình các nô làm cho hệ số làm lạnhgiảm xuống Nhưng nó tránh được hiện tượng ẩm về máy nén gây hiện tượng thủy kích

và giảm tổn thất lạnh do tiết lưu bằng cách làm quá nhiệt hơi hạ áp trước khi hút về máynén Ưu điểm của chu trình này so với chu trình máy lạnh 2 cấp làm mát trung giankhông có ông xoắn là, lỏng vào bình bay hơi không bị lẫn dầu của hơi do máy nén hạ ápquánh đặc do nhiệt độ tháp bám trên bề mặt làm giame hiệu suất trao đổi nhiệt đáng kểcủa bình bay hơi

f) Nhiệt độ vầ áp suất trung gian

Ta có áp suất trung gian: MPa

Dựa vào bảng hơi bảo hòa R22 trang 318 tài liệu [2], ở áp suất ta có:

g) Vẽ đồ thị, lập bảng và tra các điểm nút của chu trình

Đồ thị:

1 1’

4 5

1 1’

4 5

6 7

6'

Chú thích :

NCA: Máy nén cao áp BTG: Bình trung gian

NHA: Máy nén hạ áp HN: Hồi nhiệtNT: Bình ngưng tụ

TL: Van tiết lưuBH: Dàn bay hơi

Đồ án môn học: Kỹ Thuật Lạnh

Các quá trình của chu trình :

1-1’ : quá nhiệt hơi hút về máy nén

1-2 : nén đoạn nhiệt cấp hạ áp từ P0 lên Ptg

2-3 : làm mát hơi quá nhiệt hạ áp xuống đường hơi bão hòa x = 1

3-4 : nén đoạn nhiêt cấp cao áp từ Ptg lên Pk

4-5 : ngưng tụ đẳng áp, đẳng nhiệt

5-5’ : tiết lưu từ Pk xuống Ptg

5-6 : quá lạnh lỏng đẳng áp trong bình trung gian

6-6’ : tiết lưu từ áp suất Pk xuống P0

6’-1 : bay hơi nhận nhiệt của môi trường cần làm lạnh

Nguyên lí làm việc :

Hơi (1’) sau khi qua bộ hồi nhiệt trở thành hơi quá nhiệt (1) được hút về máy nén hạ ápnén đoạn nhiệt lên áp suất trung gian (2) rồi được sục vào bình trung gian và được làmmát hoàn toàn thành hơi bão hòa khô Hỗn hợp hơi bão hòa khô (3) được hút về máy néncao áp và được nén đoạn nhiệt lên áp suất ngưng tụ Pk điểm (4) sau đó đi vào thiết bịngưng tụ , nhả nhiệt cho môi trường làm mát ngưng tụ thành lỏng cao áp (5) Tại đâylỏng cao áp được chia làm 2 dòng :

+ Dòng nhỏ đi qua van tiết lưu 1 (TL1) , giảm áp xuống áp suất trung gian thànhhơi ẩm (5’) đi vào bình trung gian và được tách thành hơi bão hòa khô (3) và lỏng (7) Lượng hơi (3) này cùng với lượng hơi tạo thành do làm mát hoàn toàn hơi nén trung gian

và do quá lạnh lỏng đi trong ống trao đổi nhiệt , được hút về máy nén cao áp

+ Phần lớn lỏng còn lại đi vào trong ống trao đổi nhiệt được quá lạnh đến (6) , lỏng

6 đi qua van tiết lưu 2(TL2) giảm áp xuống áp suất bay hơi (6’) rồi đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt của đối tượng cần làm lạnh hóa hơi đẳng áp đẳng nhiệt thành hơi bão hòa khô(1’) và chu trình cứ thế tiếp tục

Nhiệt độ quá nhiệt:

Với: độ quá nhiệt hơi hút đối với môi chất lạnh R22 thì

=>

Nhiệt độ quá lạnh =

Trong đó là độ quá lạnh khi đi qua bình trung gian nhiêt độ quá lạnh lớn hơn nhiệt độtrung gian 3, từ đó ta có nhiệt độ = -2

I[]

S[]

hòa khô(x=1)

a) Xét 1kg môi chất qua thiết bị bay hơi

- Lượng hơi tạo thành do quá lạnh lỏng cao áp đi trong ống trao đổinhiệt

- Lượng hơi tạo thành do làm mát trung gian hoàn toàn 1kg hơi néntrung áp

- Lượng hơi tạo thành khi đi qua van tiết lưu 1

b) Nhiệt lượng nhả ra ở thiết bị ngưng tụ

c) Năng suất lạnh riêng khối lượng

d) Lưu lượng qua máy nén hạ áp

e) Lưu lượng máy nén cao áp qua cân bằng entanpi ở bình trung gian

f) Công nén ở máy nén hạ áp và máy nén cao áp