Chương 3: TÍNH TOÁN NHIỆT TẢI VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN 3.1. TÍNH TOÁN NHI ỆT TẢI THIẾT BỊ CẤP ĐÔNG, KHO BẢO QUẢN, MÁY ĐÁ VẨY. 3.1.1.CHỌN CÁC THIẾT BỊ CẤP ĐÔNG. Với yêu cầu của nguồn nguyên liệu dođó chọn năng suất cấp đông 10 tấn nguy ên liệu trong ngày, nguyên liệu là tôm và cá mực, dođó ta phải tính toán để chọn loại tủ cấp đông sao cho ph ù hợp với yêu cầu. Dosản phẩm chính là tôm và mực nên ta chọn thiết bị cấp đông IQF và tủ đông tiếp xúc. Ta chọn thiết bị cấp đông cho hệ thống là tủ đông băng chuyền năng suất 500kg/h, tủ đông tiếp xúc hai chiếc loại 1000kg/mẻ. Thời gian làm việc của tủ đông băng chuyền là 10 giờ, trừ các chí phí thời gian khởi động máy và thời gian ra hàng coi như thời gian chạy cấp đông của tủ chỉ còn 9 giờ. Tủ đông tiếp xúc ta cho làm việc 5 mẻ/ngày, mỗi mẻ là 2 giờ, thao tác công nghệ 1giờ. Công suất tủ đông tiếp xúc 1000 kg/mẻ. Do khay còn chứa nước châm khuôn n ên khối lượng thực chỉ có 720 kg/mẻ. Công suất tủ đông tiếp xúc: 720 x 5 = 3600 kg/ngày Công su ất của tủ đông băng chuyền: 500 x 9 = 4500 kg/ngày T ổng công suất nhà máy là: 3600 x2 + 4500 =11700 kg/ngày hay 11,7 t ấn/ngày Vậy chọn hai tủ đông tiếp xúc 1000kg/mẻ, một tủ đông băng chuyền 500kg/h 3.1.2.TÍNH NHIỆT TỦ ĐÔNG TIẾP XÚC. 3.1.2.1.Kích thước tủ đông tiếp xúc, số lượng khay và các t ấm lắc cấp đông. Dohai tủ có năng suất như nhau nên ta chỉ tính một cái sau đó nhân đôi ta được công suất hai tủ. Với tủ đông tiếp xúc khay đựng thực phẩm 2kg thì kích thước khay như sau: - Đáy trên: 290 x 210 mm - Đáy dưới: 280 x 200 mm - chiều cao khay: 70 mm Kích thước tủ 1000kg/mẻ, theo thông số kỹ thuật của SEAREE ta có: Kích thước tấm lắc: 2200 x 1250 x 22 mm Mỗi tấm lắc đặt 36 khay vậy tủ có 11 tấm lắc. Kích thước phủ b ì: 3300 x 1660 x 1900 mm. C ấu trúc cách nhiệt chủ yếu là polyurethan, bên ngoài bọc inox bảo vệ cấu trúc bên trong khỏi tác động cơ học, chống ẩm và chống đọng sương bên mặt ngo ài của tủ. Bảng 3 - 1: Cấu trúc cách nhiệt của tủ đông tiếp xúc. Đối tượng Chiều dầy lớp Hệ số dẫn nhiệt, Chiều dầy lớp inox bọc, mm Hệ số dẫn nhiệt, polyurethan, mm W/m.K W/m 2 .K Vách tủ 150 0,03 1,2(2 lớp) 22 Thân tủ 150 0,03 1,2(2 lớp) 22 Cửa tủ 120 0,03 1,2(2 lớp) 22 Sàn tủ 150 0,03 1,2(mặt trên) 22 3.1.2.2.Tính nhiệt tổn thất cho tủ đông tiếp xúc. Q 01 = Q SP + Q N + Q K + Q KK + Q T + Q TL - Q SP : Tổn thất nhiệt làm đông sản phẩm. - Q K :Tổn thất nhiệt từ khuôn khay - Q N : Tổn thất nhiệt làm đông nước châm khuôn. - Q KK : Tổn thất nhiệt của không khí trong kho. - Q T : Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt qua thân tủ. - Q TL : Tổn thất nhiệt làm lạnh tấm lắc. Nhiệt tổn thất làm đông sản phẩm Để làm giảm nhiệt độsản phẩm thuỷ sản đến nhiệt độ yêu c ầu, hệ thống lạnh phải lấy đi ởsản phẩm một lượng nhiệt nào đó trong suốt quá trình làm đông. Nhiệt tổn thất để làm đông thực phẩm lấy theo công thực sau: )( 21 ii GQ SP ,W G - kh ối lượng sản phẩm của một mẻ cấp đông. i 1 - entanpy của sản phẩm ở nhiệt độ bặt đầu đưa vào cấp đông. i 2 - entanpy của sản phẩm ở nhiệt độ sau khi cấp đông. - thời gian cấp đông một mẻ sản phẩm. Dosản phẩm đã được bảo quản trước khi đưa vào làm đông nên nhiệt độsản phẩm ta chọn là 15 0 C. Nhi ệt độ trung bình của sản phẩm lấy ra là -18 0 C, với cấp đông cưỡng bức bằng bơm dịch dođó thời gian cấp đông 2 giờ Mực là dòng cá gây nên với nhiệt độ 15 0 C, entanpy i 1 = 314,4 kJ/kg, t 2 = - 18 0 C, i 2 = 5 kJ/kg V ậy: 31 36002 54,314 720 SP Q kW Nhiệt tổn thất làm đông nước châm khuôn. Năng suất tủ 1000kg mà khối lượng sản phẩm thực là 720kg v ậy khối lượng nước châm khuôn là 280 kg/mẻ, để hạ nhiệt độ nước châm khuôn từ nhiệt độ đầu đến nhiệt độ cuối quá trình cấp đông cần qua ba giai đoạn: Q N = Q 1 + Q 2 + Q 3 - Q 1 : nhiệt lượng để làm hạ nước châm khuôn từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ đ iểm băng của nước. - Q 2 : nhiệt tổn thất để làm đóng băng nước châm khuôn. - Q 3 : nhiệt tổn thất để hạ nhiệt độ nước châm khuôn từ nhiệt độ điểm băng đến nhiệt độ cuối của sản phẩm. Q 1 = M nck C (t N1 – t N2 ) - M nck : khối lượng nước châm khuôn M nck = 280 kg/ mẻ - C: nhiệt dung riêng của nước, C = 4,186 kJ/kg.K - t N1 : nhiệt độ của nước châm khuôn 5 0 C - t N2 : nhiệt độ điểm băng của nước 0 0 C Q 1 = 280 x 4,186 x ( 5 - 0 ) = 5860,4 kJ/mẻ Thời gian làm việc mỗi mẻ là 2 giờ 81,0 36002 4,5860 1 Q kW Q 2 = M nck L L - Nhi ệt lượng đóng băng của nước L = 335 kJ/kg Q 2 = 280 x 335 = 93800 kJ/mẻ = 13 kW Q 3 = C 3 M nck (t N2 – t N2’ ) C 3 - Nhiệt dung riêng của nước đá C 3 = 2,18 kJ/kg k t N2’ - Nhiệt độ của nước cuối quá trình cấp đông t N2’ = - 18 0 C Q 3 = 280 x 2,18 x { 0 – (-18) } = 16027,2 kJ/mẻ = 1,52 kW V ậy nhiệt tổn thất làm đông nước châm khuôn Q N = 0,81 + 13 + 1,52 = 15,33 kW Tổn thất nhiệt do khuôn khay kk kkk tt MCQ 21 M k - Khối lượng khuôn khay C k - Nhiệt dung riêng của vật liệu làm khay, với vật liệu làm khay b ằng kẽm theo tài liệu [5], C k =0,094kcal/kg = 0,39 kJ/kg t 1k - nhiệt độ khay trước khi đưa vào cấp đông lấy t 1k = 25 0 C t 2k - nhiệt độ của khay sau quá trình cấp đông lấy t 2k = -35 0 C - thời gian của một mẻ cấp đông. Ta có 11 tấm lắc, 10 tấm đựng sản phẩm, mỗi tấm có 36 khay, mỗi khay nặng 2kg vậy ta có tổng số khay là : 10 x 36 = 360 khay, Kh ối lượng mỗi khay là 2kg vậy: M k = 2 x 360 = 720 kg/mẻ 68,1 36002 1825 72039,0 k Q kW Tổn thất nhiệt do không khí trong tủ Nhiệt tổn thất do không khí trong tủ được tính như sau: Q kk = C kk G kk (t d – t c ) - t d : nhiệt độ không khí lúc bắt đầu chạy máy 25 0 C - t c : nhiệt độ không khí cuối quá trình cấp đông -35 0 C - C kk : nhiệt dung riêng của không khí trong tủ C kk =0,242 Kcal/kg.K C kk =1,013kJ/kgK - G kk : khối lượng của không khí có trong tủ, được xác định: G kk = V kk kk Kích thước trong của tủ: L = 2200 +2x400 = 3000 mm W = 1250 + 2x125 = 1500 mm H = 1600 mm -V kk : thể tích của không khí có trong tủ V kk = 2/3V tủ V tủ = 3x1,5x1,6 = 7,2 m 3 V kk = 2/3x7,2 = 4,8 m 3 - kk : khối lượng riêng trung bình của không khí trong tủ ở -30 0 C =1,453 kg/m 3 G kk = 4,8x1,453 = 6,97 7kg/mẻ 06,0 36002 3525 7013,1 kk Q kW Tổn thất nhiệt qua thân tủ Tổn thất nhiệt qua thân tủ gồm vách tủ, cửa tủ được tính như sau: Q T = (k v F v + k c F c ) x (t KK N – t KK T ) - K v ,K C : Hệ số truyền nhiệt qua vách và qua thân tủ - F v ,F c : Diện tích của cửa tủ và vách tủ. - t KK N : Nhiệt độ của không khí bên ngoài tủ. t KK N = 25 0 C - t KK T : Nhiệt độ không khí trong tủ ở cuối quá trình cấp đông t KK T = -35 0 C F v = 2x1,66x1,9+2x1,66x3,3 = 17,26m 2 F c = 2x3,3x1,9 = 13m 2 Hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức sau: 21 1 1 11 1 k - 1 : Hệ số toả nhiệt bên ngoài tường 1 = 23,3W/m 2 K - 2 : Hệ số toả nhiệt đối lưu tự nhiên trong tủ 2 = 9 W/m 2 K - 1 : Bề dầy lớp cánh nhiệt cách ẩm. - 1 : Hệ số dẫn nhiệt của các lớp cách nhiệt, cách ẩm. Vậy: 194,0 9 1 22 0012,0 03,0 15,0 3,23 1 1 v k W/m 2 K 24,0 9 1 22 0012,0 03,0 12,0 3,23 1 1 c k W/m 2 K Q T = (0,194x17,26+0,24x13)(25+35) = 388 W = 0,388 kW Tổn thất nhiệt làm lạnh tấm lắc Tủ đông tiếp xúc làm việc từng mẻ sau khi làm đông xong sẽ dừng máy và ra hàng, khối lượng và diện tích của tấm lắc rất lớn dođó nhiệt để l àm lạnh các tấm lắc là rất lớn vì vậy ta phải tính lượng nhiệt n ày. 21 tt CM Q TLTL TL - M TL : khối lượng các tấm lắc. - C TL : nhiệt dung riêng của các tấm lắc, tấm lắc chế tạo bằng nhôm nên có C TL = 0,92 KJ/kgK - : Thời gian cấp đông. - t 1 , t 2 : Nhiệt độ trước và sau khi cấp đông, t 1 = 25 0 C, t 2 = -35 0 C V ật liệu tấm lắc làm bằng nhôm đúc = 2670 kg/m 3 V = 2,2x1,25x0,022 = 0,06 m 3 Khối lượng một tấm lắc: M = 0,06 x 2670 = 161 kg T ủ 1000 tấn trên mẻ gôm 11 tấm lắc M TL = 11 x 161 = 1771 kg 57,133525 36002 92,01771 TL Q kW V ậy năng suất lạnh yêu cầu của hệ thống tủ đông tiếp xúc: Q 01 =2x(31+15,33+1,68+0,06+0,388+13,57) = 124 kW Để tủ hoạt động an toàn ở mọi điều kiện ta nên nhân thêm hệ số an toàn 1,1 Q 01 = 124 x 1,1 = 136,4 kW. V ậy năng suất lạnh của máy nén theo yêu cầu của tủ đông tiếp xúc là Q 0 = 136,4 kW . 0012,0 03, 0 15,0 3, 23 1 1 v k W/m 2 K 24,0 9 1 22 0012,0 03, 0 12,0 3, 23 1 1 c k W/m 2 K Q T = (0,194x17,26+0,24x 13) (25 +35 ) = 38 8 W = 0 ,38 8. giờ 81,0 36 002 4,5860 1 Q kW Q 2 = M nck L L - Nhi ệt lượng đóng băng của nước L = 33 5 kJ/kg Q 2 = 280 x 33 5 = 938 00 kJ/mẻ = 13 kW Q 3 = C 3 M nck