Tính toán thiết kế hệ thống lạnh cho xe container đông lạnh.

Tính toán thiết kế hệ thống lạnh cho xe container đông lạnh.

Đồ án môn học QTTB LỜI MỞ ĐẦU - - - - - Kỹ thuật lạnh ngành phát triển 100 năm Ngay từ ngày đầu phát triển, nhà khoa học thấy tính ưu việt khả ứng dụng rộng rãi vào đời sống người nhiều lónh vực như: điều hòa không khí, bảo quản lạnh lạnh đông thực phẩm nhiều ngành kỹ thuật khác có liên quan Với tốc độ phát triển ngày nhanh đòi hỏi ngày cao ngành công nghiệp thực phẩm, kỹ thuật lạnh lại thể tính ưu việt trình bảo quản lạnh bảo quản lạnh đông thực phẩm, góp phần làm cho nguyên liệu thực phẩm sau thu hái, đánh bắt bảo quản với thời gian lâu mà chất lượng gần không đổi Cùng với phát triển kinh tế nhu cầu giao lưu thương mại nơi ngày phát triển Để phục vụ tốt cho việc giao lưu hàng hóa nước nước, đặc biệt sản phẩm lạnh đông, cần phải có phương tiện vận tải lạnh Được sử dụng rộng rãi tàu thủy, tàu hỏa, ôtô container lạnh Những phương tiện cầu nối quan trọng dây chuyền lạnh nối liền từ nơi sản xuất chế biến tới nơi bảo quản, trung chuyển, phân phối tiêu dùng, góp phần làm cho sản phẩm phân phối đều, rộng khắp mà yếu tố quan trọng phát triển kinh tế Đối với tàu thủy phương tiện nhất, kinh tế việc vận chuyển sản phẩm lạnh đông lạnh châu lục Cũng nhờ có tàu thủy mà đánh bắt hải sản lâu ngày biển Trên đất liền, địa điểm có đường sắt nối liền vận chuyển lạnh tàu hỏa kinh tế thực tế khối lượng vận chuyển phải lớn kinh tế Trên đoạn đường đường sắt, kho lạnh phân phối tiêu dùng nơi đánh bắt chế biến vận chuyển ôtô container kinh tế tiện lợi SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: Đồ án môn học QTTB ChươngI TỔNG QUAN I.1 GIỚI THIỆU VỀ MÔI CHẤT LẠNH: I.1.1 Định nghóa môi chất lạnh: - Môi chất lạnh chất môi giới sử dụng chu trình nhiệt động ngược chiều để bơm dòng nhiệt từ môi trường có nhiệt độ thấp đến môi trường khác có nhiệt độ cao - Môi chất tuần hoàn hệ thống nhờ trình nén Ở máy lạnh nén hơi, thu nhiệt môi trường có nhiệt độ thấp nhờ trình bay áp suất thấp nhiệt độ thấp trình thải nhiệt môi trường có nhiệt độ cao nhờ trình ngưng tụ áp suất cao nhiệt độ cao - - - I.1.2 Yêu cầu môi chất lạnh: I.1.2.1 Tính chất hóa học: Không có hại với môi trường, không làm ô nhiễm môi trường Phải bền vững hóa học phạm vi áp suất nhiệt độ làm việc, không phân hủy polime hóa Phải trơ hóa học, không ăn mòn vật liệu chế tạo máy, không phản ứng với dầu bôi trơn, oxy không khí ẩm An toàn, không cháy không nổ I.1.2.2 Tính chất vật lý: Áp suất ngưng tụ không cao để làm rò rỉ môi chất, giảm chiều dày vách thiết bị giảm nguy hiểm vỡ, nổ Áp suất bay không nhỏ, phải lớn áp suất khí chút để hệ thống không bị chân không, tránh rò lọt không khí vào hệ thống Nhiệt độ đông đặc phải lớn nhiệt độ bay nhiều Nhiệt độ tới hạn phải cao nhiệt độ ngưng tụ nhiều Nhiệt ẩn hóa r nhiệt dung riêng c môi chất lỏng lớn, tốt chúng không đóng vai trò quan trọng việc đánh giá chất lượng môi chất lạnh Nhiệt ẩn hóa lớn, lượng môi chất tuần hoàn hệ thống nhỏ suất lạnh riêng khối lượng lớn Năng suất lạnh riêng thể tích lớn tốt máy nén thiết bị gọn nhẹ Độ nhớt động nhỏ tốt tổn thất áp suất đường ống van giảm Hệ số dẫn nhiệt l, hệ số tỏa nhiệt a lớn tốt thiết bị trao đổi nhiệt gọn nhẹ Sự hòa tan dầu môi chất đóng vai trò quan trọng vận hành bố trí thiết bị Môi chất hòa tan dầu hoàn toàn có ưu điểm trình bôi trơn tốt hơn, thiết bị trao đổi nhiệt rửa lớp dầu bám, trình trao đổi nhiệt tốt hơn, có nhược điểm làm giảm độ nhớt dầu tăng nhiệt độ bay tỉ lệ dầu môi chất lạnh lỏng dàn bay tăng Môi chất không hòa tan dầu có nhược điểm trình bôi trơn khó thực hơn, lớp dầu bám SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: Đồ án môn học QTTB - thành thiết bị lớp trở nhiệt cản trở trình trao đổi nhiệt…ưu điểm không làm giảm độ nhớt dầu, không bị tăng nhiệt độ sôi… Môi chất hòa tan nước nhiều tốt tránh tắc ẩm cho van tiết lưu Phải không dẫn điện để sử dụng cho máy nén kín nửa kín - I.1.2.3 Tính chất sinh lý: Không độc hại với người thể sống, không gây phản ứng với quan hô hấp, không tạo khí độc hại tiếp xúc với lửa hàn vật liệu chế tạo máy Phải có mùi đặc biệt để dễ dàng phát rò rỉ có biện pháp phòng tránh, an toàn Nếu môi chất mùi, pha thêm chất có mùi vào để nhận biết chất không ảnh hưởng đến chu trình lạnh Không ảnh hưởng xấu đến chất lượng bảo quản - I.1.2.4 Tính kinh tế: Giá thành phải rẻ, nhiên phải đảm bảo độ tinh khiết yêu cầu Dễ kiếm, nghóa việc sản xuất, vận chuyển, bảo quản dễ dàng - - - I.1.3 Lựa chọn môi chất lạnh: Từ yêu cầu cần đạt môi chất lạnh chu trình lạnh, ta chọn môi chất lạnh R22 (công thức hóa học: CHClF2) với đặc điểm sau: o Nhiệt độ sôi áp suất khí quyển: -40,80C o Không ăn mòn kim loại phi kim chế tạo máy o Thuộc loại môi chất an toàn cháy nổ không độc hại I.2 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT: - Vật liệu cách nhiệt có nhiệm vụ hạn chế dòng nhiệt tổn thất từ môi trườn có nhiệt độ cao vào phòng lạnh có nhiệt độ thấp qua kết cấu bao che - Yêu cầu vật liệu cách nhiệt: o Hệ số dẫn nhiệt nhỏ o Khối lượng riêng nhỏ o Độ thấm nước nhỏ o Độ bền học độ dẻo cao o Bền nhiệt độ thấp không ăn mòn vật liệu o Không cháy không dễ cháy o Không bắt mùi mùi lạ o Không gây nấm mốc phát sinh vi sinh vật o Không gây độc hại sức khỏe người o Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ vận chuyển, lắp ráp, sửa chữa… o Gia công dễ dàng - Trên thực tế vật liệu cách nhiệt lý tưởng (thỏa yêu cầu trên), chọn vật liệu cách nhiệt cần phải lợi dụng triệt để ưu điểm hạn chế đến mức thấp nhược điểm trường hợp ứng dụng cụ thể SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: Đồ án môn học QTTB - Các vật liệu cách nhiệt từ chất hữu nhân tạo sử dụng nhiều, chúng có tính cách nhiệt tốt như: polystirol, polyurethan, polyethilen… Hiện polystirol polyurethan sử dụng rộng rãi để cách nhiệt cho buồng lạnh có nhiệt độ đến -180 0C Thường bọt polystirol bị cháy có loại không cháy trộn loại phụ gia chống cháy Polyurethan có ưu điểm lớn tạo bọt mà không cần gia nhiệt nên dễ dàng tạo bọt thể tích rỗng cách ẩm Chính mà polyurethan sử dụng để cách nhiệt đường ống, tủ lạnh gia đình thương nghiệp, ôtô Do đó, ta chọn polyurethan làm vật liệu cách nhiệt cho thùng bảo ôn có ưu điểm nêu I.3 GIỚI THIỆU VẬT LIỆU CÁCH ẨM: - Ẩm xâm nhập vào thùng bảo ôn đường: o Mưa rơi bề mặt o Do vật liệu xây dựng thùng bảo ôn có khả hút ẩm không khí o Do nước không khí ngưng tụ bề mặt - Không khí hỗn hợp O2, N2, khí trơ nước Nhiệt độ không khí cao áp suất riêng phần nước tăng nên áp suất riêng phần nước bên thùng bảo ôn lớn thùng bảo ôn Từ nước có xu hướng thâm nhập vào bên lớp cách nhiệt tăng tổn thất lạnh đồng thời làm cho vật liệu cách nhiệt mau hư hỏng - Để giữ gìn lớp cách nhiệt không bị ẩm ướt cách phủ lên mặt vật liệu cách nhiệt lớp như: bitum, keo, nhũ tương bitum, giấy dầu…Ta chọn bitum lớp cách ẩm phủ lên bề mặt lớp polyurethan phía nhiệt độ cao I.4 GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ: - Hệ thống lạnh với máy lạnh nén cấp , dàn lạnh bay trực tiếp làm lạnh sản phẩm nhờ dàn quạt đối lưu cưỡng Các chi tiết thiết bị hệ thống lạnh gồm có: o Thiết bị hồi nhiệt o Bình tách lỏng o Van tiết lưu o Rơle nhiệt độ o Rơle áp suất thấp o Rơle áp suất cao o Bình chứa cao áp o Phin sấy lọc o Mắt ga - I.4.1 Giới thiệu sơ lược thiết bị, chức bố trí hệ thống: Máy nén: dùng máy nén nửa kín Nga sản xuất SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: Đồ án môn học QTTB - - - - - - - - Thiết bị bốc hơi: loại thiết bị bốc trực tiếp (loại chùm ống có cánh), đối lưu cưỡng nhờ quạt gió Quạt hoạt động nhờ truyền động động diesel qua đai truyền Thiết bị ngưng tụ: loại chùm ống có cánh đối lưu cưỡng nhờ quạt gió, hoạt động nhờ truyền động động diesel qua đai truyền Thiết bị hồi nhiệt: loại ống xoắn ruột gà lồng ống nhằm nhiệt hút khỏi giàn lạnh lạnh tác nhân lạnh trước tiết lưu giúp nâng cao hiệu nhiệt động học chu trình lạnh Bình tách lỏng: lắp đường hút máy nén trước thiết bị hồi nhiệt để bảo đảm hành trình khô cho máy nén tiết lưu lượng tác nhân nhiều Van tiết lưu: hệ thống dùng van tiết lưu nhiệt tự động dựa cảm ứng nhiệt độ khỏi thiết bị bốc Bình chứa cao áp: bố trí phía cao áp sau thiết bị ngưng tụ để chứa lỏng tác nhân lạnh sau ngưng tụ nhằm giải phóng bề mặt truyền nhiệt cho thiết bị ngưng tụ đồng thời dự trữ lượng lỏng đảm bảo cho hoạt động bình thường hệ thống Phin sấy lọc: bố trí đường ống dẫn lỏng trước tiết lưu đường dẫn máy nén nhằm loại ẩm tinh thể đá tạo thành, tránh tượng tắc ẩm cho van tiết lưu ẩm xâm nhập vào máy nén Mắt ga: bố trí đường dẫn lỏng sau bình chứa cao áp để kiểm tra lượng lỏng hệ thống Rơle nhiệt độ: có nhiệm vụ điều khiển tự động trình đóng mở cho hệ thống hoạt động ngưng hoạt động nhằm ổn định nhiệt độ làm lạnh theo giá trị định trước I.4.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống: Hơi tác nhân lạnh khỏi dàn lạnh vào bình tách lỏng để tách giọt lỏng bị lôi theo Phần lỏng tách lại tiếp tục tiết lưu để sinh lạnh, phần qua bình hồi nhiệt để nâng nhiệt độ thành nhiệt Hơi nhiệt sau hút máy nén nén lên đến áp suất ngưng tụ qua thiết bị ngưng tụ, ngưng tụ lại thành lỏng dẫn vào bình chứa cao áp Lỏng từ bình chứa cao áp qua bình hồi nhiệt để lạnh tác nhân lạnh lỏng, qua phin sấy lọc qua van tiết lưu để tiết lưu giảm áp sôi dàn lạnh Tác nhân lạnh sôi thu nhiệt sản phẩm cần làm lạnh trở thành Khi nhiệt độ thùng xe hạ xuống mứa quy định rơle nhiệt độ ngắt mạch ly hợp từ tính máy nén, máy nén chạy không tải Sau khoảng thời gian nhiệt độ thùng xe tăng, rơle nhiệt độ lại đóng mạch ly hợp từ tính máy nén cho hệ thống hoạt động trở lại bình thường Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh xe mô tả sơ đồ sau: SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: Đồ án môn học QTTB Chương II TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM II.1 XÁC ĐỊNH BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT: II.1.1 Kết cấu trần: 1 2 CN 1 - - Trần thùng bảo ôn có kết cấu sau: o Lớp cách nhiệt có bề dày: CN o Lớp Bitum cách ẩm có bề dày: 2 o Hai lớp nhôm bọc bên bảo vệ có chiều dày: 1 Để đảm bảo cho kết cấu vững chắc, có gỗ tăng cứng liên kết lớp nhôm bên lớp bên Tổng bề dày kết cấu trần thùng xe bảo ôn cho bảng sau (với 1 2 tự chọn): STT  - 1 VẬT LIỆU Lớp nhôm bảo vệ Lớp Bitum cách ẩm Lớp polyurethan cách nhiệt Lớp nhôm bảo vệ  (m)m))  (m)W/m)K)) 0,001 203,8 0,003 0,18 CN 0,0325 0,001 203,8 0,005 + CN Bề dày lớp cách nhiệt CN xác định công thức: 1      CN CN     i   (m) (*) i  tr    K   ng CN: hệ số dẫn nhiệt lớp cách nhiệt, W/mK K: hệ số truyền nhiệt vách bao che thùng bảo ôn, W/m 2K Trong khoảng nhiệt độ thùng bảo ôn từ -30 0C đến -180C chọn K cho phép = 0,4 W/m2K i, i: bề dày (m) hệ số dẫn nhiệt (W/mK) lớp cách ly (trừ lớp cách nhiệt) SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: Đồ án môn học QTTB ng: hệ số tỏa nhiệt từ không khí đến mặt vách bao che, W/m 2K tr: hệ số tỏa nhiệt từ mặt vách bao che đến không khí thùng bảo ôn, W/m2K Chọn tr = (W/m2K) ng tính theo công thức sau:  ng 4,9  15,1  - : vận tốc xe lạnh chuyển động, m/s Chọn  = 45km/h = 12,5 m/s, vào công thức ta có:  ng 4,9  15,1 12,5 58,3 (W/m2K) Thế vào công thức tính CN ta coù:   0,002 0,003    CN 0,0325x         0,0761(m )  0,4  58,3 203,8 0,18   Choïn CN = 0,1 (m) = 10 (cm) Bọt polyurethan phun vào khoảng trống hai lớp nhôm bảo vệ cho đạt bề dày tính toán Như vậy: tổng bề dày kết cấu trần thùng bảo ôn là:  = 2 + CN + 21 = 2x0,001 + 0,1 + 0,003 = 0,105 (m) II.1.2 Kết cấu vách bao che: 12 CN 1 - - Kết cấu vách bao che thùng bảo ôn giống tương tự kết cấu trần sau: o Lớp cách nhiệt có bề dày: CN o Lớp Bitum cách ẩm có bề dày: 2 o Hai lớp nhôm bảo vệ bên có chiều dày: 1 STT VẬT LIỆU  Lớp nhôm bảo vệ Lớp Bitum cách ẩm Lớp polyurethan cách nhiệt Lớp nhôm bảo vệ -  (m)W/m)K)) 0,001 203,8 0,003 0,18 CN 0,0325 0,001 203,8 0,005 + CN  (m)m)) - Để đảm bảo điều kiện cho không khí lạnh đối lưu tốt thùng bảo ôn đảm bảo cho kết cấu vững chắc, lớp nhôm bảo vệ bên thùng bảo ôn có dạng sóng vuông dọc theo vách có gỗ tăng cứng liên kết lớp nhôm bên lớp bên Bề dầy lớp cách nhiệt CN tính theo công thức tương tự công thức (*) treân: 1      CN CN     i   i  tr    K   ng SVTH: Phaïm Hồng Ngọc Trang: Đồ án môn học QTTB  0,0325x    0,4 - - 0,002 0,003          0,0761(m )  58,3 203,8 0,18   Ta choïn CN = 0,1 (m) = 10 (cm) II.1.3 Kết cấu sàn thùng bảo ôn: 1 3 2 Sàn CNN 3 1 - thùng bảo ôn có kết cấu sau: o Lớp cách nhiệt có bề dày: CN o Lớp Bitum cách ẩm có bề dày: 2 o Hai lớp thép không rỉ có chiều dày: 3 o Hai lớp nhôm bảo vệ bên có chiều dày: 1 Lớp nhôm bảo vệ bên thùng bảo ôn có dạng sóng vuông để tăng khả chịu lực đồng thời giúp thoát nước dễ dàng Để tăng cứng khả chịu lực cho thùng, ta lắp thêm gỗ chịu lực liên kết STT VẬT LIỆU  Lớp nhôm bảo vệ Thép không rỉ X25T Lớp Bitum cách ẩm Lớp polyurethan cách nhiệt Thép không rỉ X25T Lớp nhôm bảo vệ  (m)m))  (m)W/m)K)) 0,001 203,8 0,001 16,7 0,003 0,18 CN 0,0325 0,001 16,7 0,001 203,8 0,007 + CN - Bề dày lớp cách nhiệt CN tính theo công thức (*) với thông số tr, ng K tương tự 1      CN CN     i   i  tr    K   ng   0,002 0,003 0,002   0,0325x          0,0761(m )  0,4  58,3 16,7 0,18 203,8   - Ta choïn CN = 0,1 (m) = 10 (cm) Chiều dày phần kết cấu bao che cho bảng sau: STT SVTH: Phạm Hồng Ngọc Phần bao che Trần Vách Sàn  (m)m)) 0,105 0,105 0,107 Trang: Đồ án môn học QTTB - Chiều dày kết cấu bao che thùng bảo ôn không chọn theo chiều dày phần mà chiều dày chung tổng kết cấu bao che chọn theo phần kết cấu có chiều dày lớn Như vậy, chọn chiều dày kết cấu bao che thùng bảo ôn  = 0,107 (m) II.2 TÍNH K)IỂM TRA ĐỌNG SƯƠNG: - Hệ số truyền nhiệt thực kết cấu bao che xác định lại công thức sau: K th   -   1  CN   i   ng CN  i  tr  W  0,31   0,1 0,002 0,003 0,002 m K       58,3 0,0325 16,7 0,18 203,8 Như vậy: Kth < Kcho phép = 0,4 (W/m2K) Kết cấu phải đảm bảo không đọng sương vách kết cấu bao che Để đảm bảo không đọng sương, hệ số truyền nhiệt thực kết cấu bao che phải thỏa điều kiện: K th 0,95 ng - t ng  t S t ng  t tr K đs 0,95: hệ số dự trư.õ ng: hệ số tỏa nhiệt phía có nhiệt độ cao hơn, W/m 2K tng: nhiệt độ không khí bên thùng bảo ôn, 0C ttr: nhiệt độ không khí bên thùng bảo ôn, 0C ts: nhiệt độ điểm sương không khí bên ngoài, 0C ts xác định dựa vào nhiệt độ không khí bên độ ẩm trung bình Ta có thông số khí tượng Thành phố Hồ Chí Minh sau: + Nhiệt độ tuyệt đối: ttđ = 400C + Nhiệt độ tối cao trung bình tháng nóng nhất: ttc = 340C t t 40  34 t kk  tñ tc  37 (0C) 2 + Độ ẩm trung bình: tb = 75% Từ tkk = 370C tb = 75%, dùng giản đồ I_d không khí ẩm ta xác định ts = 29,50C Thế vào công thức ta có: K ñs 0,95x 58,3x 37  33 4,028 (W/m2K) 37  ( 18) Như vậy: Kthực < Kđọng sương (0,31 < 4,028) Vách kết cấu bao che không bị đọng sương  Kết cấu bao che thùng bảo ôn với K = 0,31(W/m 2K)  = 0,107 (m) hợp lý sử dụng để tính toán cho bước SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: Đồ án môn học QTTB Chương III TÍNH TOÁN NHIỆT THÙNG BẢO ÔN - - Tính nhiệt thùng bảo ôn tính toán dòng nhiệt từ môi trường bên vào thùng bảo ôn Đây dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để thải trở lại môi trường nóng, đảm bảo chênh lệch nhiệt độ ổn định thùng bảo ôn không khí bên Mục đích cuối việc tính toán nhiệt thùng bảo ôn để xác định suất máy lạnh cần lắp đặt III.1 XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH CỦA CÁC K)ẾT CẤU BAO CHE: - Để tiện cho việc tính toán phù hợp với thực tế, ta chọn cá làm sản phẩm đại diện vận chuyển bảo quản thùng bảo ôn - Phụ tải thể tích thực tế cá: qv = 0,4 tấn/m3 - G Thể tích chứa sản phẩm thùng bảo ôn: V sp  q (m3) v Với G = tấn: dung tích thực thùng bảo ôn  V sp  - 12,5 (m3) 0,4 Dieän tích chứa sản phẩm thùng bảo ôn: V sp Fsp  (m2) hsp hsp: chiều cao sản phẩm thùng bảo ôn Chọn h sp = 1,8 (m) 12,5  Fsp  6,94 (m2) 1,8 - Diện tích thiết kế thùng bảo ôn (diện tích thực tế chế tạo): F xd  Fsp  (m2) : hệ số xử dụng thùng bảo ôn Chọn  = 0,7 với thùng bảo ôn có F xd < 50m2 F xd  - 6,94 (m2) 0,7 Choïn Fxd = 10m2 Kích thước bề mặt thùng bảo ôn là: 5(m) x 2(m) x 2(m) Kích thước bề mặt ngoài: 5,214(m) x 2,214(m) x 2,214(m) SVTH: Phạm Hồng Ngọc Trang: 10 ... THIỆU SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ: - Hệ thống lạnh với máy lạnh nén cấp , dàn lạnh bay trực tiếp làm lạnh sản phẩm nhờ dàn quạt đối lưu cưỡng Các chi tiết thiết bị hệ thống lạnh gồm có: o Thiết bị hồi nhiệt o... nhân lạnh vận chuyển hệ thống bị tổn thất thêm phần nữa, suất lạnh Q0 tính sau: Q0  k Q (W) b k: hệ số lạnh tính đến tổn thất đường ống thiết bị Đối với dàn lạnh trực tiếp: k = 1,07 b: hệ số... làm lạnh sản phẩm, W Q3: tổn thất lạnh để thông gió, W Q4: tổn thất lạnh vận hành, W - Vì chức xe lạnh vận chuyển bảo quản vận chuyển sản phẩm làm lạnh đông từ trước nên ta xem Q = tức không tính