tính toán và thiết kế hệ thống lạnh trong công nghiệp

Làm lạnh đông sản phẩm là làm giảm nhiệt độ của sản phẩm nhằm hạn chế sự hoạt động của vi sinh vật nên ta có thể bảo quản được thực phẩm lâu hơn.. Làm lạnh đông một pha : Thực phẩm

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, chúng em đã nhận được dự giúp đỡ,

đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Hữu Quyền và thầy

Nguyễn Ngọc Trí, giảng viên bộ môn Điện Lạnh – trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao

Thắng đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt thời gian làm khóa luận

Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Điện

Lạnh đã dạy dỗ chúng em kiến thức về các ôn đại cương cũng như các môn chuyên

ngành, giúp chúng em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ

chúng em trong suốt quá trình học tập

Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo

điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn

thành khóa luận tốt nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU

Từ xa xưa con người đã biết bao quản thực phẩm bằng cách chôn vùi xuống

đất, dùng rơm trấu, rồi đến băng Dần dần con người đã tạo được nước đá nhân tạo

(đầu tiên là ở Anh) và dùng nó để giải khát và bảo vệ thực phẩm và ngành lạnh dần

dần phát triển như ngày hôm nay

Ngành lạnh phát triển ở thế giới vào cuối thế kỉ XIX nhất là sau năm 1873, khi

ông Charles Telles nhà bác học người Pháp trình này ở viện Hàn Lâm khoa học Paris

luận văn về dùng lạnh bảo quản thịt Công trình của ông có công lớn lao không

những có giá trị về mặt khoa học kỷ thuật mà còn có giá trị kinh tế trong việc bảo

quản thực phẩm, phân phối và lưu thông hàng hóa đặc biệt là sản phẩm tươi sống

Chính vì vậy mà ngành lạnh phát triển cho đến ngày hôm nay Không những trong

bảo quản thực phẩm mà nhu cầu của con người cũng ngày được nâng cao do đó việc

phát triển ngành lạnh là hợp lí

Ở nước ta ngành lạnh phát triển mạnh vào sau chiến tranh thế giới thứ hai nó

phát triển cúng với công cuộc xây dựng chủ nghĩa xã hội và từ đó có rất nhiều máy

lạnh ra đời như máy lạnh hấp thụ, máy lạnh ejector… và có nhiều loại máy nén cùng

ra đời như máy nén piston, náy nén li tâm, máy nén roto… được sử dụng nhiều trong

bảo quản thực phẩm

Để đáp ứng nhu cầu phát triển của đất nước ngành công nghệ chế biền thực

phẩm ra đời để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng và đảm bảo cho việc xuất khẩu

các loại thủy hải sản và thịt sản phẩm của các loại động vật

Nước ta đang tiến hành công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước để phát triển

kịp các nước trong khu vực và trên thế giới nhất là trong việc xuất khẩu các mặt hàng

tươi sống và các loại thủy hải sản

Do đó chúng em đang sống thời kì đất nước đang bước vào thời kì phát triển

thì những sinh viên ngành Công Nghệ Điện Lạnh chúng em không khoanh tay đứng

nhìn mà phải nổ lực lực hết mình tích lũy những kiến thức đã học ở trường và kinh

nghiệm sống để góp phần vào công cuộc chung của đất nước

Đồ án tốt nghiệp này giúp cho sinh viên ngành Công Nghẹ Nhiệt – Điện Lạnh

làm quen với việc tính toán và thiết kế hệ thống lạnh trong công nghiệp, đồng thời

cũng cố lại kiến thức cho sinh viên trươc khi ra trường

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LẠNH ĐÔNG 11

I.Khái quát về làm lạnh đông : 11

II.Các phương pháp làm đông thực phẩm : 11

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THỂ TÍCH VÀ MẶT BẰNG KHO LẠNH 19

I.Dung tích và tiêu chuẩn chất tải kho lạnh : 19

II.Xác định khối lượng,kích thước kho cấp đông : 19

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM 21

I.Cấu trúc xây dựng : 21

II.Tính toán cách nhiệt : 21

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT KHO LẠNH 23

CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN CHỌN CHU TRÌNH VÀ MÁY NÉN 27

I.Chọn phương pháp làm lạnh : 27

II.Môi chất sử dụng trong hệ thống lạnh : 27

III.Tính toán chọn máy nén : 27

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 34

I.Tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ : 34

II.Tính toán thiết bị bay hơi : 36

III.Tính chọn tháp giải nhiệt : 37

IV.Tính chọn đường ống : 38

V Bình chứa cao áp : 40

VI Bình trung gian : 42

VIII Van chặn : 43

IX Van tiết lưu nhiệt cân bằng trong : 44

X Phin lọc và mắt gas : 45

CHƯƠNG 7: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ SƠ ĐỒ ĐIỆN KHO CẤP ĐÔNG 46

I Sơ đồ điện 46

II Sơ đồ nguyên lý kho cấp đông 46

BẢNG KÝ HIỆU

8 βF Hệ số sử dụng diện tích các buồng chứa

20 t2 Nhiệt độ không khí bên trong tủ cấp đông 0C

21 Q1 Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của tủ cấp

22 Tổn thất lạnh do đối lưu qua kết cấu bao che w

24 Q2 Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra trong quá trình

26 Q2bb Tổn thất lạnh để làm lạnh bao bì w

27 i1, i2 Entanpy của sản phẩm trước và sau đông lạnh kJ/kg

29 Mb Khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm t

31 Q3 Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh kW

34 Q42 Tổn thất lạnh do người làm việc trong kho W

41 n Số người làm việc trong tủ cấp đông

-50 Pk Áp suất ngưng tụ Bar

52 q0 Năng suất lạnh riêng

53 qv Năng suất thải nhiệt riêng thể tích kJ/kg

54 qk Lượng nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ kJ/kg

-DANH MỤC BẢNG

ST

1 Bảng 2-5 Hệ thống sử dụng diện tích theo buồng 14

2 Bảng 3-3 Hệ số truyền nhiệt k vách ngoài phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh, W/m2.K 16

5 Bảng 6.1 Thông số thiết bị ngưng tụ 29

DANH MỤC HÌNH

ST

1 Hình 1.1 làm lạnh thủy sản bằng nước đá 9

2 Hình 1.2 làm lạnh đông bằng nước muối lạnh 10

4 Hình 1.4 cấp đông mực bằng băng chuyền cấp đông IQF 14

7 Hình 5.2 Sơ đồ chu trình 2 cấp bình trung gian ống rỗng làm mát hoàn toàn  27

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LẠNH

ĐÔNGI.Khái quát về làm lạnh đông :

Làm lạnh đông sản phẩm là quá trình làm lạnh sản phẩm Sản phẩm hoàn toàn

hóa cứng do hầu hết nước và dịch trong sản phẩm đã đóng thành băng do nhiệt độ

tâm sản phẩm đã giảm dưới điểm đóng băng (-80C) , nhiệt độ bề mặt đạt từ -180C đến

-120C nhờ sự thu nhiệt của hơi môi chất lạnh hay chất tải lạnh

Làm lạnh đông sản phẩm là làm giảm nhiệt độ của sản phẩm nhằm hạn chế sự

hoạt động của vi sinh vật nên ta có thể bảo quản được thực phẩm lâu hơn Do đó

việc làm lạnh đông các mặt hàng thực phẩm là rất quan trọng nhất là trong ngành

xuất khẩu nông – lâm – thủy sản

Làm lạnh đông gồm có hai phương pháp :

a Làm lạnh đông hai pha :

Thực phẩm nóng đầu tiên được làm lạnh từ 370C xuống khoảng 40Csau đó đưa

vào thiết bị kết đông để nhiệt độ tâm khối thực phẩm đạt -80C

b Làm lạnh đông một pha :

Thực phẩm còn nóng được ngay vào thiết bị kết đông để hạ nhiệt độ tâm khối

thực phẩm xuống đạt dưới -80C

Làm lạnh đông một pha có nhiều ưu điểm hơn so với làm lạnh đông hai pha vì

tổng thời gian của quá trình giảm , tổn hao khối lượng do khô ngót giảm nhiều , chi

phí lạnh và diện tích buồng lạnh cũng giảm

II.Các phương pháp làm đông thực phẩm :

Trong thực tế sản xuất có rất nhiều phương pháp làm đông khác nhau tuỳ vào

điều kiện của nhà máy và yêu cầu của thực phẩm mà ta có thể sử dụng các phương

pháp làm đông khác nhau

a Làm lạnh đông bằng hỗn hợp nước đá và muối.

Dựa vào sự hoà tan của muối NaCl và nước đá tạo ra hỗn hợp sinh hàn Tuỳ

theo tỷ lệ pha trộn mà ta có các nhiệt độ thấp khác nhau

Hình 1.1: làm lạnh thủy sản bằng nước đá

b Làm lạnh đông thuỷ sản bằng nước muối lạnh.

Có hai cách thực hiện :

- Thuỷ sản được bao gói túi PE và ngâm vào bể chứa dung dịch nước muối lạnh có

nhiệt độ thấp -180C đến -250C nhờ dàn bay hơi kiểu xương cá Thời gian làm đông

khoảng 3 giờ Sau khi làm đông xong sản phẩm được phun nước sạch để rửa muối

bám trên sản phẩm, sau đó mới phun nước lạnh

- Phun nước muối lạnh: Sản phẩm được cho lên băng chuyền và phun nước muối

lạnh -250C lại để mạ băng cho sản phẩm

Hình 1.2: làm lạnh đông bằng nước muối lạnh

c Làm lạnh thuỷ sản bằng không khí lạnh.

Môi trường không khí bảo đảm điều kiện vệ sinh cao dễ cơ giới hoá và tự

động hoá sản xuất, rẻ tiền, thuỷ sản vào làm đông không phụ thuộc vào hình dạng

kích thước, tốc độ làm đông nhanh nhưng sản phẩm dễ bị oxy hoá bởi oxy không khí

và tăng mức độ mất nước của sản phẩm

Không khí được đối lưu cưỡng bức nhờ quạt dàn lạnh, nhiệt độ không khí sau khi

trao đổi với môi chất có thể xuống rất thấp -350C đến -400C do vậy sản phẩm được

làm đông rất nhanh trong một thời gian ngắn

d Làm đông bằng tủ đông tiếp xúc.

Ở phương pháp này thuỷ sản được cho vào trong các khay bằng kim loại và

đặt giữa các tấm truyền nhiệt Bên trong các tấm truyền nhiệt có chứa môi chất lạnh

do sự trao đổi nhịêt của môi chất lạnh chủ yếu nhờ dẫn nhiệt của kim loại Vì vậy tốc

độ trao đổi nhịêt lớn, hạn chế ảnh hưởng của oxy không khí với sự mất nước của sản

phẩm thuỷ sản

Hình 1.3: tủ cấp đông gió

e Làm đông thực phẩm bằng hệ thống cấp đông băng chuyền IQF:

Hệ thống lạnh IQF được viết tắt từ chữ tiếng Anh Individual Quickly Freezer ,

nghĩa là hệ thống cấp đông nhanh các sản phẩm rời

Một trong những đặc điểm đặc biệt của hệ thống này là các sản phẩm được đặt

trên các băng tải, chuyển động với vận tốc chậm , trong quá trình đó nó tiếp xúc với

không khí lạnh nhiệt thấp và nhiệt độ hạ xuống rất nhanh

Phương pháp này kết hợp giữa trao đổi nhiệt tiếp xúc trực tiếp giữa sản phẩm

và tấm truyền nhiệt với dòng không khí lạnh được tuần hoàn bằng quạt

Buồng cấp đông IQF chuyên sử dụng để cấp đông các sản phầm dạng rời

Tốc độ băng tải di chuyển có thể điều chỉnh được tùy theo công nghệ

Hiện nay trên thế giới đang sử dụng rất nhiều dạng băng chuyền khác nhau,

dưới đây là một số dạng băng chuyền thường sử dụng

 Băng chuyền cấp đông IQF băng tải dạng thẳng :

Băng chuyền cấp đông IQF có băng tải dạng thẳng có các dàn lạnh được bố trí

bên trên các băng chuyền có sản phẩm đi qua Vỏ bao che là polyurethan dày 150mm

bọc inox hai mặt Toàn bộ băng chuyền trải dài theo một đường thẳng

Băng chuyền dạng thẳng đơn giản dễ chế tạo, sản phẩm cấp đông được vào một

đầu và ra đầu kia Để thời gian cấp đông đạt yêu cầu, chiều dài của băng chuyền khá

lớn nên chiếm nhiều diện tích Để hạn chế tổn thất nhiệt ở cửa ra vào của băng tải,

khe hở vào và ra rất hẹp

Một số băng chuyền cấp đông khe hở có thể điều chỉnh được tùy từng loại sản phẩm

 Băng chuyền cấp đông IQF băng tải dạng xoắn:

Hệ thống cấp đông với băng chuyền cấp đông có băng tải dạng xoắn yêu cầu công

suất lạnh tương đối lớn thời gian đông lạnh ngắn nên thường sử dụng phương pháp

cấp dịch bằng bơm

Thiết bị đi kèm băng chuyền cấp đông là băng chuyền tái đông Người ta thường

sử dụng nước để xả băng cho các dàn lạnh của băng chuyền cấp đông và tái đông Để

làm khô băng chuyền người ta sử dụng khí nén

Băng chuyền cấp đông có băng tải dạng xoắn có kết cấu nhỏ gọn, nên tổn thất

lạnh không lớn, hiệu quả làm lạnh cao và không gian lắp đặt bé Tuy nhiên việc chế

tạo, vận hành và sửa chữa khá phức tạp, nhất là cách bố chí băng tải

Tất cả các chi tiết của băng chuyền cấp đông IQF như: khung đỡ băng truyền ,

khung đỡ dàn lạnh, vỏ che dàn lạnh đều làm bằng vật liệu không gỉ

 Băng chuyền cấp đông IQF siêu tốc:

Băng chuyền cấp đông IQF siêu tốc bên trong được bố trí băng tải sản phẩm có

khả năng điều chỉnh tốc độ vô cấp, tùy theo yêu cầu cấp đông của nhiều sản phẩm

khác nhau Các dàn lạnh xếp thành hai dãy hai bên băng tải, người ta lắp hệ thống

ống hướng gió cũng bằng vật liệu thép không gỉ

Buồng cấp đông có bao che cách nhiệt băng polyurethan, dày

150÷200mm.Buồng cấp đông có cửa ra vào kiểu kho lạnh với hệ thống điện trở nhiệt

sưởi cửa, bên trong cũng có đèn chiếu sáng Tốc độ của băng chuyền có thể thay đổi

cho từng loại sản phẩm cấp đông khác nhau

Băng tải cấp đông chuyển động có thể điều chỉnh vô cấp nhờ bộ biến tần và

đạt tốc độ khoảng từ 0,5÷10m/phút, cho thời gian cấp đông từ 0,5÷10 phút

Khung đỡ băng tải và các thiết bị cũng làm bằng vật liệu inox Dàn lạnh làm

bằng thép không gỉ với các cánh tản nhiệt bằng nhôm thiết kế cho bơm cấp dịch tuần

hoàn NH3/R22, bước cánh được thiết kế đặc biệt để tăng hiệu quả truyền nhiệt và vệ

sinh dễ dàng

Khu vực mở để tiếp nhận nguyên liệu đầu vào của máy cấp đông có thể thay

đổi dễ dàng để phù hợp với độ dày của sản phẩm cấp đông

Băng tải được làm bằng thép không gỉ

- Ưu điểm:

Tốc độ làm đông rất nhanh Sản phẩm cấp đông phẳng phiu, giữ nguyên hình dạng

như ban đầu

Băng chuyền hoạt động liên tục và có thể tự động hoá sản xuất

Kết cấu tủ đông nhỏ và có thể mở rộng hơn nếu như nhu cầu cần tăng sản lượng lên

bằng các khối bổ sung

Công suất lớn có thể thay đổi được

- Nhược điểm:

Chỉ có thể làm đông được những sản phẩm nhỏ và thời gian làm đông nhanh

Tổn thất nhiệt lớn do cửa đưa nhiên liệu vào trực tiếp và do quạt hoạt động

- Phạm vi ứng dụng:

Do có những ưu điểm vượt trội hơn hẳn và những tính năng tốt nên tủ đông IQF

được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp thực phẩm và chế biến thủy sản

Hình 1.4: cấp đông mực bằng băng chuyền cấp đông IQF

f Làm đông bằng khí hoá lỏng.

Dòng khí hoá lỏng được phun trực tiếp lên bề mặt của sản phẩm chúng sẽ bay

hơi trực tiếp trên bề mặt của sản phẩm đó độ chênh lệch về nhiệt độ giữa sản phẩm

và nhiệt độ sôi là rất lớn nên sản phẩm được kết đông cực nhanh, chất lượng sản

phẩm được giữ nguyên vẹn Khí được sử dụng là nitơ lỏng có nhiệt độ cực thấp

-1960C

Các phương pháp làm đông theo dạng sản phẩm

 Làm đông dạng khối (Block)

Là quá trình làm đông trong đó các cá thể liên kết với nhau và được bao bọc trong

lớp nước đá

- Ưu điểm:

Lớp nước bao bọc quanh thực phẩm sẽ hạn chế sự ảnh hưởng của không khí

trong quá trình làm đông Ngoài ra lớp nước đá này còn có tác dụng ngăn cản sự xâm

nhập của oxy, giảm sự thăng hoa nước đá của sản phẩm, bảo vệ sản phẩm ít bị dao

động về nhiệt độ Cấu trúc vững chắc ít bị hư hỏng

- Nhược điểm:

Chi phí sản xuất tăng cao do phải làm đông bảo quản vận chuyển lớp nước đá

bao quanh sản phẩm

Sản phẩm khó tan băng do kích thước tăng

- Ứng dụng:

Phương pháp cấp đông dạng khối thường áp dụng với những thực phẩm dễ bị

oxy hoá, dễ bị mất nước, đặc biệt với những sản phẩm có chất lượng ban đầu kém

Quá trình làm đông khối được thực hiện bằng tủ đông tiếp xúc, thực phẩm

được xếp vào trong các khuôn và được châm nước đầy Nước đóng băng tạo thành

lớp nước đá bao quanh sản phẩm

làm đông trong đó các cá thể thực phẩm không liên kết với nhau do sự đóng băng lớp

nước xung quanh

- Ưu điểm:

 Làm đông dạng Semiblock

Đây là phương pháp làm đông trong đó các cá thể thực phẩm liên kết với nhau nhờ

sự đóng băng nước nhưng không có lớp nước đá bao quanh sản phẩm

-Ưu điểm :

Sản phẩm có thể tách riêng từng cá thể khi tiêu thụ, thuận lợi cho việc phân phối và

tan giá

Sự liên kết giữa các cá thể chủ yếu định hình sản phẩm tạo hình thức hấp dẫn cho

sản phẩm

- Nhược điểm:

Sản phẩm dễ bị tiếp xúc với môi trường không khí nên cũng bị ảnh hưởng của yếu tố

này trong quá trình làm đông

- Ứng dụng:

Thường sử dụng phương pháp cấp đông này đối với sản phẩm là mực đông lạnh Quá

trình làm đông được thực hiện bằng tủ đông tiếp xúc

 Chọn phương pháp cấp đông

Qua các phương pháp cấp đông sản phẩm thì nhóm em xin chọn phương pháp cấp

đông gió vì một số lý do sau:

Tủ đông gió có cấu tạo dạng tủ chắc chắn, có thể dễ dàng vận chuyển đi nơi khác

khi cần

Sử dụng tủ đông gió là một giải pháp rất kinh tế dùng cấp đông các sản phẩm

đông lạnh rời cho các doanh nghiệp nhỏ và vừa vì chi phí đầu tư bé vận hành tiện lợi,

có thể chạy với số lượng hàng nhỏ và rất nhỏ

Hình 1.5: tủ cấp đông gió

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THỂ TÍCH VÀ MẶT BẰNG

KHO LẠNH

Trong đồ án này thiết kế tủ cấp đông gió với nhiệt độ yêu cầu trong buồng làm

đông là Cá BASA fillet được đưa vào phòng làm đông với mục đích hạ thấp

nhiệt độ và tiến hành cấp đông

I.Dung tích và tiêu chuẩn chất tải kho lạnh :

Chỉ tiêu cơ bản để đánh giá tủ là dung tích Dung tích là khối lượng hàng hóa

có thể làm đông trong tủ,trong đồ án này thì dung tích của tủ cấp đông là 0,5 tấn/h

Chọn thời gian cấp đông là 7h nên khối lượng sản phẩm đưa vào sẽ là 3,5 tấn,tổng

lượng sản phẩm đưa vào là 3,5 tấn/mẻ/7h

Tủ làm đông sản phẩm cá fillet, từ bảng 2-4 [1] Ta có tiêu chuẩn chất tải cá trong

hòm gỗ là tấn/ , hệ số thể tích

II.Xác định khối lượng,kích thước kho cấp đông :

Xác định thông số cần thiết dựa vào dung tích của kho

Thực phẩm được đựng trong hòm gỗ với kích thước là mm, xếp

2 hòm thành 1 chồng vậy chiều cao của chất tải là h = 0,8m

Với F là diện tích chất tải,h là chiều cao chất tải,ta có :

3.Định mức chất tải trên 1m vuông nền.

Với là định mức chất tải theo diện tích

4.Xác định diện tích kho lạnh thực tế cần xây dựng.

Với là diện tích tủ thực tế cần lắp đặt

là hệ số diện tích sử dụng các buồng chứa

Theo bảng 2-5 [1].Ta tra được

Bảng 2-5 Hệ thống sử dụng diện tích theo buồng

5.Số lượng buồng lạnh cần bố trí.

Số lượng buồng cần thiết phải xây dựng là

Với Z là số lượng buồng cần xây dựng

là diện tích buồng lạnh quy chuẩn đã chọn

Số lượng buồng lạnh Vậy lấy Z=1 buồng kích cỡ tủ lạnh sẽ là 4,5 x 4,5

Vậy dung tích thực tế của buồng lạnh sẽ là :

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM

I.Cấu trúc xây dựng :

Cấu trúc tủ phải có cấu tạo đặc biệt để đáp ứng các yêu cầu như : phải có tuổi

thọ cao,chịu được tải trọng của bản thân và sản phẩm trong kho , phải chống được

nhiệt xâm nhập,không đọng sương, phải có cấu trúc cách nhiệt tốt đảm bảo an toàn

cho người và phương tiện, cuối cùng là phải kinh tế

Kết cấu nền phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ,tải trọng…nền phải có

yêu cầu vững chắc không thấm ẩm Cửa tủ là 1 tấm cách nhiệt xung quanh có đệm

kín bằng cao su để giảm tổn thất nhiệt

II.Tính toán cách nhiệt :

Ta tính toán,thiết kế tủ cấp đông sản phẩm tại TP.Hồ Chí Minh theo bảng 1-1

[1] tại thành TP.Hồ Chí Minh có nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất t =37,40C , độ

ẩm  = 74%

1.Tính toán bề dày phòng cấp đông và không khí bên ngoài.

Hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che:

Vách,trần và nền của tủ cấp đông đều được dùng bằng các tấm panel cách

nhiệt Độ dày của panel tủ cấp đông là 150mm,phần inox không đáng kể Cấu tạo các

Buồng cấp đông có nhiệt độ

Tra bảng 3-3 và 3-7 [1] Sách hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh ta được k =

0,21

, Bảng 3-3 Hệ số truyền nhiệt k vách ngoài phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh,

W/m2.K Nhiệt độ oC

Vách bao ngoài

Mái Bằng

0,190,17

0,210,20

0,230,23

0,280,26 0,30 0,35 0,52



* Kiểm tra đọng sương.

Để đảm bảo bên ngoài vách không bị đọng sương thì nhiệt độ bên ngoài vách

không được nhỏ hơn nhiệt độ đọng sương của không khí, tức là tw1 > ts:

Trong đó:

nhiệt độ bên ngoài và bên trong buồng lạnh

nhiệt độ điểm sương của không khí bên ngoài ứng với nhiệt độ t1 và độẩm φ1

Nhiệt độ và độ ẩm trung bình vào mùa hè của TP.Hồ Chí Minh là 37,4oC;

74% Tra đồ thị I-d không khí ẩm ta xác định được nhiệt độ điểm sương của không

khí là: ts = 31oC

W/m2KNhư vậy ta có k = 0,15 < ks = 2,55 nên vách ngoài kho lạnh không bị đọng

sương

CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT KHO LẠNH

Tính toán cách nhiệt tủ thực chất là tính toán tổn thất từ môi trường bên ngoài

vào kho lạnh,dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra và cách dòng nhiệt khác Chính là dòng

nhiệt mà dàn lạnh phải đủ công suất thu vào để đảm bảo nhiệt độ kho cấp đông luôn

đạt yêu cầu

Vậy tính toán nhiệt tủ là tính toán công suất máy cần lắp đặt

Dòng nhiệt tổn thất vào tủ gồm :

Q = Q1+ Q2+ Q3+Q4 W

Q1 : dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che

Q2 : dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra khi xử lý lạnh

Q3 : dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh

Q4 : dòng nhiệt sinh ra khi vận hành

1.Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che Q1:

Q1 là tổng các dòng nhiệt từ vách,trần,nền sinh ra do chênh lệch nhiệt độ giữa

tủ cấp đông và môi trường ngoài và dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua trường

và trần

Q1=Q11+ Qn+Qt Q11 =kF(t1-t2) là dòng nhiệt do tổn thất qua tường bao,trần,nền và chênh

lệch nhiệt độ Với k là hệ số truyền nhiệt thực

F - diện tích bề mặt kết cấu bao che, bao gồm diện tích của nhiều bứctường khác nhau và trần kho lạnh

- nhiệt độ môi trường bên ngoài

- nhiệt độ trong buồng lạnh Để tâm sản phẩm đạt -18oC như yêu cầuthì nhiệt độ buồng tối thiểu phải là -35oC

Tổng diện tích vách ngoài tủ cấp đông : ( chiều rộng,dài,cao của panel là

1,8m,và phần giáp mí là độ dày của tấm panel 150mm )

t1 là nhiệt độ môi trường bên ngoài

Là dòng nhiệt do sản phẩm sinh ra khi giảm nhiệt độ trong buồng cấp đông ,

dòng nhiệt Q2 bao gồm do nhiệt của sản phẩm tỏa ra và bao bì tỏa ra , vậy vậy cần

tính cả hai dòng nhiệt này

* Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra được tính theo biểu thức :

,kW

M- Lượng hàng nhập vào phòng làm đông

h1 , h2 - entanpy của sản phẩm trước và sau khi làm đông

1000/3600- hệ số chuyển đổi từ tấn/h ra đơn vị kg/s

Nhiệt độ của sản phẩm trước khi vào phòng làm đông lấy t = 100C(đã được

làm lạnh sơ bộ) , sau khi vào phòng làm đông đạt -180C tại tâm, dựa theo bảng 4-2

sách HDTKHTL có h1=283 kJ/kg , h2= 5 kJ/kg



* Dòng nhiệt tỏa ra từ bao bì:

, kW

Mb - Khối lượng bao bì đựng sản phẩm

Cb - Nhiệt dung riêng của bao bì,ở đây là bao bì gỗ có Cb=2,5kJ/kgk (theo sách

Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh trang 113 )

t1 , t2 - nhiệt độ bao bì trước và sau khi đưa vào phòng, lấy t1= 100C t2= -180C

Khối lượng bao bì coi như chiếm 15% tổng khối lượng sản phẩm cần cấp đông,

Q41- dòng nhiệt do chiếu sáng phòng lạnh

Q42 - dòng nhiệt do người tỏa ra

Q43- dòng nhiệt do các động cơ điện

Q44- dòng nhiệt do mở cửa

a.Dòng nhiệt do chiếu sáng buồng

Q41 =A F

F - diện tích phòng, 3,24m2

A - năng lượng tỏa ra khi chiếu sáng 1m2 diện tích phòng , đối với phòng cấp

đông A= 1,2W/m2 Tủ cấp đông thì không có đèn,nên Q41=0

b.Dòng nhiệt do người tỏa ra

Q42 =350.n

n - số người làm việc trong phòng , phòng 3,24m2 lấy n=0 người

350 - nhiệt lượng tỏa ra khi 1 người làm việc nặng

Do tủ cấp đông kín nên nhiệt tỏa ra do người = 0

c.Dòng nhiệt do động cơ điện tỏa ra :

Q43 = 1000.N

N - Công suất của động cơ điện,kW

1000 - Hệ số chuyển đổi từ kW ra W

Q43 = 1000.8 = 8000 W

Bảng giá trị thông số động cơ điện trong buồng lạnh (sách Hướng dẫn thiết kế

hệ thống lạnh trang 116)

d.Dòng nhiệt do mở cửa phòng :

e.Xác định nhiệt tải cho thiết bị và máy nén :

Xác định nhiệt tải cho thiết bị là để tính toán diện tích trao đổi nhiệt cần thiết cho

thiết bị bay hơi Để đảm bảo nhiệt độ trong buồng cấp đông luôn đạt yêu cầu trong

những điều kiện bất lợi nhất,ta tính nhiệt tải cho thiết bị là tính nhiệt tải thành phần

có giá trị cao nhất

Qt= Q1+ Q2 + Q3 +Q4=1,379+40,05+8,648 ~ 50 kW

Nhiệt tải của máy nén :

Qmn=Q1 + 60%Q2 +75% Q4 =1,379+40,05.0,6 +8,648.0,75  31,895 kW

Trong một ngày đêm máy nén không làm việc cả 24/24h mà thường làm việc khoảng

22/24h, vì vậy năng suất lạnh của máy nén được tính như sau :

Q0=

b - là hệ số thời gian làm việc , b= 22/24 ,

k - là hệ số tính đến tổn thất trên đường ống và tổn thất nhiệt của thiết bị, lấy từ bảng

tra bên dưới k=1,085 (sách hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh trang 121)



CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN CHỌN CHU TRÌNH VÀ MÁY

NÉNI.Chọn phương pháp làm lạnh :

Có nhiều phương pháp làm lạnh buồng và xử lý sản phẩm, đối với buồng cấp

đông, để hợp lý nhất ta chọn phương pháp làm lạnh trực tiếp, tức là làm lạnh buồng

bằng dàn bay hơi trực tiếp Môi chất lạnh lỏng sôi thu nhiệt của môi trường cần làm

lạnh để hạ nhiệt độ xuống nhiệt độ yêu cầu của kho cấp đông

II.Môi chất sử dụng trong hệ thống lạnh :

Môi chất đượng sử dụng trong kho cấp đông này là amoniac, có công thức hóa

học là NH3, ký hiệu R717 Amoniac là chất khí không màu,có mùi hắc,có tính chất

nhiệt động tốt,phù hợp với hệ thống lạnh sử dụng máy nén piston

* Các tính chất của amoniac

- Sôi ở áp suất khí quyển ở –33,350C

- Áp suất ngưng tụ khá cao, nhiệt độ ở cuối tầm nén rất cao, năng suất lạnh

riêng thể tích lớn nên hệ thống gọn nhẹ , hệ số dẫn nhiệt lớn, độ nhớt nhỏ nên tổn thất

áp suất nhỏ, hòa tan nước không hạn chế nên hệ thống không bị tắc ẩm, nhưng không

hòa tan dầu, gây khó khăn cho việc bôi trơn hệ thống

- Bền vững ở nhiệt độ và áp suất công tác, chỉ bị phân hủy ở nhiệt độ 2600C,

nhưng khi có ẩm và thép làm chất xúc tác thì phân hủy ngay ở nhiệt độ 110 – 1200C,

ăn mòn đồng và hợp kim đồng,chỉ trừ đồng thau photpho

- Gây nổ khi có thủy ngân

- Độc hại với người và sản phẩm bảo quản, làm giảm chất lượng cảm quan và

chất lượng sử dụng)

- Là môi chất lạnh rẻ tiền, dễ kiếm và dễ bảo quản

III.Tính toán chọn máy nén :

a) Nhiệt độ sôi t 0 :

t0 dùng để tính toán thiết kế t0=tBCĐ-t0

Ta có nhiệt độ tại tâm sản phẩm là -18,thì nhiệt độ tại buồng cấp đông phải là

-35

Đối với dàn bay hơi trực tiếp lấy nhiệt độ t0= 10oC

=>t0= -35-10= -45oC

Tra bảng môi chất NH3 có P0=0,54676 bar

b) Nhiệt độ ngưng tụ t k :

Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước thì tk=tw2+tk

tw2 – nhiệt độ nước ra khỏi dàn ngưng

tk – hiệu nhiệt độ yêu cầu lấy = 5oC

Tại thành phố Hồ Chí Minh nhiệt độ tháng nóng nhất tmax= 37,4oC ,nhiệt độ

trung bình năm ttb=27oC,độ ẩm =74%,vậy nhiệt độ không khí bên ngoài được