TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH CHẠY CHO TỦ CẤP ĐÔNG TIẾP XÚC 1500KG THỦY SẢN/MẺ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN Q TRÌNH THIẾT BỊ TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH CHẠY CHO TỦ CẤP ĐÔNG TIẾP XÚC 1500KG THỦY SẢN/MẺ GVHD: PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng Lớp: 17116CL1B Nhóm thực hiện: TP HCM, tháng 10/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Họ tên sinh viên: Ngành: Công nghệ thực phẩm Lớp:17116CL1B Tên đồ án: Tính tốn thiết kế hệ thống lạnh chạy cho tủ cấp đông tiếp xúc 1500kg thủy sản/ mẻ Nhiệm vụ đồ án: − Tổng quan nguyên liệu, đối tượng, sở khoa học trình lạnh đơng − Cơng nghệ thiết bị lạnh đơng − Thiết lập chế độ tính tốn hệ thống lạnh chạy tủ cấp đông tiếp xúc thủy sản với suất 1500kg/mẻ Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 5/10/2020 Ngày hoàn thành đồ án: 5/1/2020 Họ tên người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng Phần hướng dẫn: Toàn đồ án Ngày… tháng.… năm 2020 TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký ghi rõ họ tên) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 3.3.1.1 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Giảng viên phản biện (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG LỜI NÓI ĐẦU Việt Nam quốc gia ven biển, có bờ biển dài 3.260km Việt Nam có 50% dân số sống 28 tỉnh, thành phố ven biển; có nhiều tiềm lớn để phát triển kinh tế biển, như: giao thông vận tải biển; du lịch biển; khai thác chế biến khoáng sản đặc biệt khai thác, nuôi trồng chế biến hải sản Nguồn lợi hải sản vùng biển nước ta có độ phong phú cao Ngồi cá biển nguồn lợi cịn có nhiều đặc sản khác có giá trị kinh tế, như: tơm, cua, mực, hải sâm, rong biển… Chỉ tính riêng cá biển, có 2.000 loài khác phát hiện, khoảng 100 lồi có giá trị kinh tế; có 15 bãi cá lớn, phân bố chủ yếu vùng ven bờ Ước tháng đầu năm 2020, tổng sản lượng thủy sản nước đạt gần 3,8 triệu tấn, tăng 1,4% so với kỳ năm 2019 Trong đó, sản lượng khai thác đạt gần 1,9 triệu tấn, tăng 1,7%; nuôi trồng 1,9 triệu tấn, tăng 1,2% Tuy nhiên bên cạnh ngành khai thác chế biến thủy hải sản cịn gặp nhiều khó khăn thách thức mặt bảo quản Vấn đề bảo quản không khiến sản phẩm không đạt tiêu chuẩn nhập nghiêm ngặt thị trường quốc tế, mà nhiều lần khiến thủy hải sản Việt “mang tiếng” cập cảng nước ngồi thời gian qua Từ u cầu cần phải có phương pháp bảo quản thủy hải sản phù hợp Trong kỹ thuật lạnh kỹ thuật quan trọng xâm nhập vào nhiều ngành kinh tế nước ta có ngành chế biến thủy hải sản Kỹ thuật lạnh có khả giữ nguyên tính chất ban đầu nhiều nguyên liệu, phục vụ cho nhiều mục đích bảo quản, xuất khẩu, chế biến… giúp đảm bảo giá trị kinh tế sản phẩm Có nhiều cơng nghệ thiết bị thị trường nay, nhiên tủ cấp đông tiếp xúc xem phù hợp để bảo quản thủy hải sản nhờ thời gian cấp đông nhanh, tiết kiệm điện năng, lắp ráp, vận hành, vệ sinh bảo trì bảo dưỡng dễ dàng, đơn giản Từ điều sinh viên ngồi ghế nhà trường chúng em thấy việc tiềm hiểu đồ án trình thiết bị lạnh đông thủy sản đặc biệt thiết bị tủ đơng tiếp xúc vơ bổ ích cần thiết nên chúng em lựa chọn đề tài “TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH CHẠY CHO TỦ CẤP ĐƠNG TIẾP XÚC 1500KG THỦY SẢN/MẺ” Trong q trình tính tốn thiết kế chắn cịn nhiều sai sót Rất mong ý kiến đóng góp, dạy thầy cô bạn Qua chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS Nguyễn Tấn Dũng dạy, hướng dẫn giúp đỡ tận tình để chúng em hồn thành đồ án MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ Vùng biển Việt Nam phần biển Đông rộng lớn với đường bờ biển dài 3260 km có hình cong chữ S chạy dài từ Móng Cái (Quảng Ninh) phía bắc đến Hà Tiên (Kiên Giang) phía tây nam Đường bờ biển chạy dài theo đất nước tạo điều kiện cho 28 64 tỉnh thành phố trực thuộc Trung ương Việt Nam có đường bờ biển có điều kiện khai thác tiềm to lớn Biển Đông Với tiềm to lớn đó, ngành ni trồng thủy sản nhiều năm qua nước ta có phát triển vượt bậc Từ sản xuất tự cung tự cấp chính, đến Việt Nam trở thành quốc gia xuất thủy hải sản hàng đầu giới Theo Tổng cục Thống kê, năm 2019 GDP thủy sản tăng trưởng 6,3% so với năm 2018, 0,89 lần so với tăng trưởng toàn quốc tăng trưởng cao gấp 3,13 lần so với toàn ngành nông nghiệp Đạt thành tựu chủ yếu nhờ tổng sản lượng thuỷ sản tăng 5,6% so với năm trước Trong đó, sản lượng thủy sản ni trồng tăng 6,5% so với năm 2018 (ước đạt 4.432,5 nghìn tấn) sản lượng thủy sản khai thác tăng 4,5% so với kỳ năm trước (ước tính đạt 3.768,3 nghìn tấn) Tuy nhiên thủy hải sản khơng bảo quản cách diễn biến đổi chất lượng Đây trình tự nhiên với hàng loạt phản ứng sinh hóa, phân hủy hoạt động hệ vi sinh vật xảy liên tục từ lúc tôm cá đánh bắt lên Biến đổi chất lượng sau thu hoạch q trình khơng thuận nghịch, có nghĩa tơm cá bị biến chất (ươn hỏng) khơng có cách để đưa chúng trở lại trạng thái tươi ban đầu Hiện tổn thất sau thu hoạch nghề khai thác hải sản mức cao, trung bình khoảng 15 – 20% Từ đó, công nghệ bảo quản thủy hải sản đời Trong đó, ngành kỹ thuật lạnh ngành kỹ thuật ứng dụng rộng rãi biện pháp linh động nhanh chóng xử lý nơi đánh bắt Bên cạnh nhiệt độ thấp, vi sinh vật bị ức chế, biến đổi hóa học, hóa sinh bị kiềm hảm giúp tránh làm hư hỏng thủy hải sản Hiệu có nhiều cơng nghệ thiết bị thị trường nay, nhiên tủ cấp đông tiếp xúc xem phù hợp để bảo quản thủy hải sản chi phí vận hành thấp, tốc độ truyền nhiệt cao, chiếm diện tích hiệu kinh tế cao Vì tất lý trên, việc nghiên cứu, tính tốn thiết kế hệ thống lạnh chạy tủ cấp đông cho thủy hải sản vấn đề cần thiết MỤC TIÊU ĐỒ ÁN Tính tốn thiết kế hệ thống lạnh chạy tủ cấp đông thủy sản với suất 1500kg/mẻ NỘI DUNG ĐỒ ÁN Tổng quan nguyên liệu, đối tượng, sở khoa học trình lạnh đông Công nghệ thiết bị lạnh đông Thiết lập chế độ tính tốn hệ thống lạnh chạy tủ cấp đông tiếp xúc thủy sản với suất 1500kg/mẻ Thảo luận kết luận GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU CỦA ĐỒ ÁN Tìm hiểu sở lý thuyết q trình đơng lạnh thiết bị cấp đơng tiếp xúc Xác định thông số ảnh hưởng đến q trình cấp đơng tiếp xúc Tính tốn số liệu, thiết kế hệ thống lạnh chạy tủ cấp đông tiếp xúc cho nguyên liệu thủy hải sản Ý NGHĨA KHOA HỌC Kết tính tốn tiền đề cho việc chế tạo vận hành hệ thống lạnh chạy cho tủ cấp đông tiếp xúc nhằm bảo quản thủy hải sản Ý NGHĨA THỰC TIỄN Ứng dụng ngành thực phẩm tạo mẫu sản phẩm thủy hải sản đông lạnh Thiết kế hệ thống chạy tủ cấp đông chế tạo đảm bảo công suất 1500 mẻ/kg giúp kéo dài thời hạn sử dụng thủy hải sản để đảm bào giá trị dinh dưỡng, chất lượng tốt đến tay người tiêu dùng Từ giúp nâng cao giá trị thương mại sản phẩm thủy sản thị trường nước xuất nhiều nước toàn giới đưa kinh tế Việt Nam ngày phát triển CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nguyên liệu thủy sản 1.1.1 Cơ cấu thành phần nguyên liệu thủy sản Các loại thủy sản khác tùy thuộc vào giống, tuổi, trạng thái dinh dưỡng, hoàn cảnh sinh sống vụ mùa, nói chung thay đổi cấu thành phần lồi thủy sản khơng rõ rệt thay đổi thành phần hóa học (chất béo, protit, …) Bảng 1.1 Cơ cấu thành phần cá Loài cá Thịt cá Đầu Vây Nội tạng không gan Cá tầm bể Caspien 42,6 15,9 6,6 5,4 3,5 11,4 Cá tầm Sibia 53,4 18,7 2,2 7,5 2,9 8,2 Cá chép 50,0 17,1 2,9 5,9 2,4 4,9 Cá măng 56,0 15,8 2,8 9,6 3,0 6,4 Cá dãnh 49,1 13,9 3,4 7,6 7,6 Cá leo 54,9 19,9 6,0 1,5 Cá hồng 48,6 21,9 5,4 8,8 2,0 Cá nhỏ 46,2 17,8 6,2 10,5 5,6 0,9 Cá tuyết 46,2 19,3 5,5 5,6 10,3 2,0 Gan Trứng Bảng 1.2 Cơ cấu thành phần cá mực, % toàn thân 10 Tần số điện áp - : (50 ÷ 60) Hz Chon máy nén phù hợp với suất lạnh dàn lạnh: QMN ≥ K.Q0mn Trong đó: K = (1 ÷ 1,2) hệ số tải nhiệt an tồn QMN ≥ 1,03 52,86 = 54,45 kW Vậy chọn máy nén có: QNM ≥ 54,45 kW tương ứng với suất lạnh chọn máy nén Mycom N42B ( N NH 3, xylanh cấp 1, xylanh cấp 2, model B) có : QMN = 55 kW ; đường kính Piston d= 0,13m ; hành trình Piston s = 0,1m ; số vòng quay n = 1000 vịng/ phút 3.1.5 Tính tốn thiết kế thiết bị ngưng tụ 3.1.5.1 Tính nhiệt lượng cần thải thiết bị ngưng tụ Nhiệt lượng thải thiết bị ngưng tụ xác định sau : Qk = m2.(h4 – h5) + (NiCA – NsCA) Hay: Qk = 0,0553.(1896,3 – 586) + (15,06 – 12,5) = 75,02 kW 3.1.5.2 Tính diện tích trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ Tính diện tích trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ kiểu tưới nước thơng thường thiết kế tổ dàn đặt song song với Mỗi tổ dàn ngưng có mười ống 57 x mm ( theo ống chế tạo sẵn hay gọi ống theo tiêu chuẩn) bốn ống lại có ống nối với ống góp lỏng Phương tình cân lượng: Qk = Qk1 + Qk2 = Gn.cn.t Trong : tụ Qk = 75020 W nhiệt lượng thải cho môi trường làm mát ngưng Qk1 = m2.(h4 – h4’) = Gn.cn.t1 nhiệt lượng thải giai đoạn làm nguội – 4’ để đưa môi chất NH3 từ trạng thái (4) nhiệt trạng thái (4’) bão hịa khơ nằm đường x = Qk1 = m2.( h4 – h4’) =0,0553 (1896,3 – 1703,7) = 10,65 kW Qk2 = m2.(h4’ – h5) = Gn.cn.t2 nhiệt lượng thải giai đoạn ngưng tụ 4’ – để đưa môi chất NH3 từ trạng thái (4’) bão hịa khơ trạng thái bão hòa lỏng (5) nằm đường x = Qk2 = Qk –Qk1 = 75,02 – 10,65 = 64,37 kW Hình 3.3 Sự biến thiên nhiệt độ theo diện tích trao đổi nhiệt • Xác định lượng nước làm mát cho thiết bị ngưng tụ Vì : cn = 4,186 kJ/(kg.K); t = tw2 – tw1 = 30C; tw1 = 300C; tw2 = 33 0C, xác định lượng nước làm mát: Gn = = = 5,973 kg/s • Xác định nhiệt nước làm mát cuối giai đoạn làm nguội Phương trình cân nhiệt: Qk1 = Gn.cn.t1 = Gn.cn.(33 – tw) tw = 33 – = 33 – = 32,57oC • Xác định độ chênh lệch nhiệt độ logarit hai giai đoạn làm nguội ngưng tụ ttb1 = = 26,99oC ttb2 = = 6,63oC • Chọn hệ số truyền nhiệt thiết bị ngưng tụ Theo tổng kết kết nghiên cứu thiết bị ngưng tụ NH làm mát nước hệ số truyền nhiệt thiết bị ngưng tụ thường nằm khoảng K = (400 ÷ 950) W/(m2.K) Vì vậy, chọn hệ số truyền nhiệt thiết bị ngưng tụ K = 430 W/ (m2.K) • Xác định diện tích trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ F1 = = = 0,918 m2 F2 = = = 22,58 m2 Như vậy, diện tích trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ là: F = F1 + F2 = 0,918 + 22,58 = 23,561 m2 • Xác định số ống số dãy ống thiết bị ngưng tụ Diện tích trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ viết lại: F = dtb.l.n.z Trong đó: l = 2m - chiều dài ống dẫn (hơi + lỏng) môi chất lạnh dàn ngưng tụ; n - số ống dãy; z - tổ hợp dàn lắp đặt song song; d ng = 57 + 3= 60mm = 0,06m - đường kính ngồi ống; dtr = 57mm = 0,057m; dtb = (dng + dtr)/2 = (0,06 + 0,057) = 0,0585 n.z = = = 64,13 Vì n.z tích số ngun, nên chọn n.z = 66 Khi thiết bị ngưng tụ tính tốn thiết kế sau: số ống dàn n = 11; số dãy có thiết bị ngưng tụ z = Như vậy, diện tích trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ tính tốn lại sau: F = dtb.1.n.z = 3,14.0,0585.2.11.6 = 24,247 m2 Vậy dàn ngưng thiết kế: Diện tích trao đổi nhiệt: F = 24,247 m2 Chiều dài ống: = 2m Số ống dãy: n = 11 ống Số dãy thiết bị ngưng tụ: z = Bước ống: S = 1,7.dng = 1,7.0,06 = 0,1m Chiều cao thiết bị ngưng tụ: H = (z -1)S + d ng = 5.0,1 + 0,06 = 0,56 57 x mm 3.1.5.3 Chọn bơm cho thiết bị ngưng tụ Lưu lượng nước cần thiết để cung cấp cho thiết bị ngưng tụ xác định sau: Vn = = = 5,973.10-3 m3/s = 21,5 m3/h Chọn bơm phải có lưu lượng bơm Vn ≥ 21,5 m3/h Chiều cao dàn ngưng cần lắp đặt để bơm đưa nước lên xác định sau: H = H1 + H2 + H3 + H4 = 7,5 + 15 + + = 26,5m Trong đó: H1 = 7,5m - Chiều cao lớn mà bơm có khả hút H2 = 15m - Chiều cao mà bơm đưa nước lên H3 = 2m - Chiều cao trở lực phía hút H4 = 2m - Chiều cao trở lực phía đẩy Cơng suất bơm cần lắp đặt xác định sau: Ndc = = = 1,12 Ndc = 2,03 kW Vậy chọn động có công suất là: N dc = 2,03 kW/(1 phase – 220V/f = (50 ÷ 60) Hz, tương ứng có lưu lượng Vn = 0,006 m3/s 3.1.5.4 Tính tốn chọn tháp giải nhiệt Chọn tháp giải nhiệt làm mát cho nước sau khỏi thiết bị ngưng tụ máy nén - Lưu lượng nước cần làm mát cho thiết bị ngưng tụ là: Gn1 = 5,973 kg/s = 21502,8 kg/h - Nhiệt độ nước sau khỏi giàn ngưng là: tn1 = 330C - Lưu lượng nước qua áo nước làm mát cho máy nén là: Gn2 = 35lít/phút = 2100kg/h - Nhiệt độ nước sau khỏi máy nén là: tn2 = 560C - Lưu lượng nước vào tháp giải nhiệt để làm mát là: Gn = Gn1 + Gn2 = 21502,8 +2100 = 23602,8 kg/h Phương trình cân nhiệt hai dịng nước từ máy nén từ thiết bị ngưng tụ xác định: Gn.t1w = (Gn1 + Gn2).t1w = Gn1.tn1 + Gn2.tn2 Trong đó: t1w (0C) - nhiệt độ nước (Gn) trước vào tháp làm mát nước t1w = = = 35,05oC - Nhiệt độ nước sau qua tháp làm mát : t2w =30oC - Nhiệt lượng cần phải thải tháp giải nhiệt : Q = Gn.cn(t1w – t2w) =23602,8 4,186.(35,05 – 30) = 498946,67 kJ/h = 119199,84 kCal/h - Nước cần bổ sung : Gbs = (3 ÷ 4)%.Gn = 0,04 23602,8 = 944,112 kg/h = 0,262 kg/s Từ nhiệt tải Q = 119199,84 kCal/h chọn tháp giải nhiệt làm mát cho nước từ thiết bị ngưng tụ máy nén có thơng số kỹ thuật sau: Bảng 3.2 Các thông số kỹ thuật tháp giải nhiệt Phụ tải nhiệt (tw = ÷ 8)0C), kCal/h 140000 Lượng nước xối tưới (lít/phút) 390 Kích thước, mm Trọng lượng (kg) Đường kính Chiều cao Khơng có nước Có nước 1410 1910 115 290 Quạt gió Đường kính Cơng suất (mm) (kW) 600 0,4 3.1.6 Tính tốn thiết kế thiết bị làm mát trung gian (bình trung gian) Thiết bị trung gian cấu tạo dạng ống xoắn ruột gà gồm: - Ống xoắn làm thép ( sử dụng cho mơi chất lạnh NH3) - Hai chùm ống xoắn lồng vào với đường kính trung bình là: D = 0,3m; D2 = 0,4m - Ống thép có dng = 0,025m = 25mm; dtr = 0,02m = 20mm • Tốc độ mơi chất lạnh NH3 ống xoắn xác định Tại trạng thái 5(x =0, tk = 38oC) trước vào ống xoắn, tra đồ thị P – h NH tìm v’5 = 1,7162.10-3 m3/kg; v = 0,2574.10-6 m2/s; Pr = 1,486; = 0,5kJ/(kg.K) Wx = = = = 0,2296 m/s • Chuẩn số Reynolds: Re = = = 17839,94 > 104 • Phương trình chuẩn số Nusselt xác định: Nu = 0,021.Re0,8.Pr0,43.1 Vì: 1/dtr = 1/0,02 > 50, nên hệ số hiệu chỉnh = Nu = 0,021.( 17839,94)0,8.(1,486)0,43.1 = 62,7 w’ = = = 1567,5 W/(m2.K) Bán kính uốn cong bình chùm ống xoắn: R= = = 0,175 Hệ số hiệu chỉnh ống xoắn: x = + 1,8.dtr/R = + 1,8.0,02/0,175 = 1,2 Vậy hệ số tỏa nhiệt phía NH3 lỏng sau hiệu chỉnh: w = w’.x = 1,2 1567,5 = 1881 W/(m2.K) Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình lơgarit bình trung gian là: m = = = 19,270C • Mật độ dịng nhiệt phía NH3 lỏng ống xoắn: qw.tr = = = Trong : = tw – tv – độ chênh lệch nhiệt độ nhiệt độ trung bình chất tải lạnh nhiệt độ bề mặt truyền nhiệt hay nói cách khác nhiệt độ trung bình chất lỏng NH3 ống xoắn ruột gà nhiệt độ bề mặt truyền nhiệt ống xoắn Tất nhiên : t w = = t0 + m = tv – t0 : Nhiệt độ chênh bề mặt truyền nhiệt ống xoắn nhiệt độ sôi NH3 phía ngồi ống xoắn nằm bình trung gian : tw + = (t0 + m + tv – t0) = m + tv Nên : (m + tv) = (tw – tv) Chọn = ( 0,5 ÷ 1,8).10-3 = 1,8.10-3 W/(m2.K) qw.tr = = 480,62.(19,27 – ) • Mật độ dịng nhiệt phía ngồi ống (NH3 sơi) qui đổi theo bề mặt ống tính theo cơng thức sau: qq.tr = 580 1,667 Vì qq.tr = qw.tr nên có : 580 1,667 = 577,49.(19,27 - ) Hay: 577,49.(19,27 - ) = 725.1,667 Tương đương : 19,27 – = 1,26 1,667 = 4,396oC Như vậy, mật độ dòng nhiệt xác định: qw.tr = 577,49.(19,27 - ) = 577,49.(19,27 – 4,396) = 8589,59 W/m2 Nhiệt toả thiết bị làm mát trung gian (bình trung gian): Qtg = m1.(h5 – h7) = 0,042.(586 – 391,4) = 8,17 kW • Diện tích truyền nhiệt ống xoắn Ftr = = = 0,952 m2 • Tổng chiều dài ống xoắn L = = = 15,16m • Số vịng xoắn chùm xoắn n = = = 6,879 vịng • Chiều cao chùm xoắn Nếu vịng cách vịng kia: = 10 mm, Hx = n.dng + (n – 1) = 7.25 + (7 – 1).10 = 235mm • Chiều cao bình trung gian Nếu khoảng cách từ vòng xoắn cuối đến đáy = 60mm; khoảng cách vòng xoắn đến đáy H0x = 340mm Như vậy: Htg = Hx + + H0x = 235 + 60 + 340 = 635mm = 0,635m • Đường kính bình trung gian Dtg = D2 + 2.2 = 0,4 + 2.0,025 = 0,45m Với: = 0,025m khoảng cách từ vòng xoắn chùm xoắn lớn đến thành bình trung gian Tóm lại: Thiết bị trung gian cấu tạo dạng ống xoắn ruột gà gồm - Ống xoắn làm thép ( sử dụng cho môi chất lạnh NH3) - Hai chùm ống xoắn lồng vào với đường kính trung bình là: D = 0,3m; D2 = 0,4m - Ống thép có dng = 0,025m = 25mm; dtr = 0,02m = 20mm - Diện tích trao đổi nhiệt: Ftr = 0,952 m2 - Tổng chiều dài chùm xoắn: L = 15,16m - Số vòng chùm xoắn: n = vòng, bước xoắn 10mm - Chiều cao chùm xoắn: Hx = 0,235m; chiều cao bình làm mát trung gian: H tg = 0,635m - Đường kính bình làm mát trung gian: Dtg = 0,45m 3.1.7 Tính tốn đường ống hút đẩy hai cấp nén 3.1.7.1 Tính toán chọn đường ống hút đẩy máy nén hạ áp Lưu lượng NH3 tuần hoàn qua máy nén hạ áp: m = 0,042 kg/s; v1’ = 2,15 m3/kg; = 3,14; chọn wh = 10,5 m/s; wd = 15 m/s dtr(h) = = 0,1m dtr(d) = = 0,088m HA Chọn dh : 100 x (mm); ddHA: 88 x (mm) 3.1.7.2 Tính tốn chọn đường ống hút đẩy máy nén cao áp Lưu lượng NH3 tuần hoàn qua máy nén cao áp : m2 = 0,0553 kg/s ; v3 = 0,43 m3/kg ; = 3,14 ; wh = 12 m/s ; wd = 16 m/s dtr(h) = = 0,05m dtr(d) = = 0,0435 m HA Chọn dh : 50 x (mm); ddHA: 44 x (mm) ; 3.1.8 Chọn bình tách lỏng Đường kính bình tách lỏng tính theo cơng thức sau : D= Trong : Lưu lượng NH3 tuần hồn qua máy nén hạ áp : m1 = 0,042 kg/s ; v’1 = 2,15 m3/kg ; = 3,14 ; wtl = 0,5 m/s < m/s Như : D = = 0,4626m Vậy chọn bình tách lỏng sau : D = 0,47 m = 470 mm ; H = 0,705 m = 705mm 3.1.9 Chọn bình tách dầu Đường kính bình tách dầu tính theo cơng thúc sau : D= Trong : v2 = 0,521 m3/kg; m1 = 0,04197 kg/s; = 3,14; w = 0,7 m/s < m/s D = = 0,1996 m Như vậy, chọn bình tách dầu có : D = 0,2m = 200mm ; H = 0,5m = 500mmm 3.1.10 Tính tốn chọn bình chứa thấp áp Thể tích bình chứa phụ thuộc vào thể tích dàn lạnh, thể tích chứa ống dẫn mơi chất đến dàn lạnh ống dẫn chứa bình chứa thấp áp Vì vậy, cần phải tính tốn thể tích thực tế môi chất lạnh chiếm chỗ ống trao đổi nhiệt lắc thể tích dàn lạnh, thể tích chứa ống dẫn mơi chất đến dàn lạnh, ống dẫn bình chứa thấp áp Thể tích dàn lạnh : Vdl = L.n3.n4 Trong : L = 2m - chiều dài ống trao đổi nhiệt ; n3 = 26 ống lắc ; n4 = 16 lắc ; đường kính ống trao đổi nhiệt dtr = 20mm = 0,02m Như : Vdl = = 0,26m3 Thể tích chứa ống dẫn môi chất đến dàn lạnh ( 82,5 x 3,5) ống dẫn ( 100 x 4) bình chứa thấp áp có chiều dài 1,27m : V2 = 1.27 + 1,27 = 0,017 m3 Tổng thể tích : VBH = V1 + V2 = 0,26 + 0,017 = 0,277 m3 Chọn bình thấp áp tủ cấp đông: 500mm x L = 1000mm Như vậy: VTA = 3,14 .1,0 = 0,19625 m3 3.1.11 Tính tốn chọn bình chứa cao áp Thể tích bình chứa cao áp phụ thuộc vào thể tích bình chứa thấp áp, biết tổng khối lượng môi chất lạnh nạp vào hệ thống khơng thay đổi, nhiên thể tích bình chứa lỏng cao áp thường lớn bình chứa thấp áp, ngun nhân bình chứa cao áp cịn phải chứa thêm lượng khí khơng ngưng từ thiết bị ngưng tụ Thơng thường chọn thể tích bình chứa cao áp sau: VCA = (1,45 ÷ 1,95).VBH = 1,45 0,277 = 0,40165 m3 Chọn bình chứa cao áp: 500mm x L 1400mm Như vậy: VBCCA = LCA = 1,4 = 0,275 m3 3.1.12 Tính tốn chọn van tiết lưu Trong hệ thống hai cấp nén cần phải tính tốn chọn hai van tiết lưu: tiết lưu cho bình trung gian, hai tiết lưu cho tủ cấp đông Tiết diện van tiết lưu cho hẹ thống lạnh sử dụng phương trình sau đây: F = = , (m2) Trong đó:  η= (0,5 ÷ 0,8) = 0,8; hệ số nén dòng chảy qua van tiết lưu  P (kg/m2): độ chênh áp suất trước sau van tiết lưu  g = 9,81 m/s2: gia tốc trọng trường trái đất  (kg/m3): khối lượng riêng môi chất lạnh trước qua van tiết lưu  mtt (kg/s): suất lạnh hệ thống lạnh  F(m2): tiết diện ngang van tiết lưu a Chọn van tiết lưu cho thiết bị làm mát trung gian Với: P = Pk –Ptg = 15 – 2,898 = 12,102 kg/cm2 = 12,102.104 kg/m2 mtg = m2 – m1 = 0,0553 – 0,042 = 0,0113 kg/s v5 = 0,0882.10-3 m3/kg; -3 = 1/v5 = 1/(0,882.10 ) = 1133,79 kg/m Như vậy: F = = = = 3,85.10-7 = 3,85.10-4 mm Chọn van tiết lưu, kim van điểu chỉnh khe hẹp có kích thước từ (3,7 ÷ 4,1).10-4 mm b Chọn van tiết lưu cho thiết bị bay Với: P = Pk – P0 = 15 -0,56 = 14,44 kg/cm2 = 14,44.104 kg/m2 m1 = 0,042 kg/s v7 =1,5463.10-3 m3/kg; -3 = 1/v7 = 1/(1,5463.10 ) = 646,705 kg/m Như vậy: F = = = F = 1,73.10-6 = 1,73.10-3 mm Chọn van tiết lưu, kim van điều chỉnh khe hẹp có kích thước từ (1,6 ÷ 1,85).10 -3 mm 3.2 Kết luận Sau qua trình tính tốn thiết kế, ta nhận thấy để thiết kế hệ thống lạnh chạy tủ cấp đông thủy sản (cụ thể sản phẩm cá fillet) với suất 1500kg/mẻ việc lựa chọn phương pháp làm đông khối tủ đông tiếp xúc hồn tồn hợp lý Hệ thống lạnh sử dụng mơi chất lạnh NH nên sử dụng máy nén hở, NH dẫn điện; thiết bị bay tủ cấp đơng tiếp xúc, làm lạnh đơng trực tiếp Bên cạnh cịn có thiết bị bay hơi, van tiết lưu số thiết bị phụ khác Sau tính tốn, tủ cấp đơng tiếp xúc có kích thước: Chiều cao H = 2,75m; chiều dài L1 = 3,265m chiều rộng L2 = 1,503m để đáp ứng suất đưa Sản phẩm cá fillet với độ ẩm trung bình 80% tính tổng thời gian q trình lạnh đơng cá fillet mẻ tủ cấp đông tiếp xúc 3,9h – khoảng thời gian hợp lý sản phẩm dạng Công suất để tải hết lượng nhiệt Q o sản phẩm q trình cấp đơng, làm cho sản phẩm đạt tới nhiệt độ trung bình -16 oC lượng nước kết tinh 90% thời gian 3,9h 52,86 kW Sử dụng máy nén cấp với công suất 55kW Nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ thải tính tốn 75.02kW, từ tính tốn để lựa chọn bơm cho thiết bị ngưng tụ với công suất bơm 2,03kW Sử dụng thiết bị làm mát trung gian cấu tạo dạng ống xoắn ruột gà Lựa chọn bình tách dầu có: D = 0,2m = 200mm ; H = 0,5m = 500mmm ; bình tách lỏng có D = 0,47 m = 470 mm ; H = 0,705 m = 705mm ; bình thấp áp với thông số 500mm x L = 1000mm; bình chứa cao áp 500mm x L 1400mm Chọn van tiết lưu cho thiết bị làm mát trung gian, kim van điểu chỉnh khe hẹp có kích thước từ (3,7 ÷ 4,1).10-4 mm Chọn van tiết lưu cho thiết bị bay hơi, kim van điều chỉnh khe hẹp có kích thước từ (1,6 ÷ 1,85).10-3 mm CHƯƠNG 4: TÍNH KINH TẾ CỦA HỆ THỐNG Sử dụng Inox 304 cho thiết bị hệ thống Inox 304 có khả chống ăn mịn cao: Chất liệu có tính chống ăn mịn tuyệt đối tiếp xúc với nhiều loại hóa chất, kể loại hóa chất có tính ăn mịn cao Chính inox 304 có khả chống gỉ hầu hết ứng dụng ngành kiến trúc, hầu hết môi trường khác như: môi trường trình chế biến thực phẩm giúp cho việc vệ sinh trở nên dễ dàng Bên cạnh Inox 304 cịn có khả chịu nhiệt thể việc chất liệu chống oxy hóa tốt Thêm ưu điểm trội inox 304 khả tạo hình, gia công tốt: sản phẩm làm từ chất liệu inox 304 đem đến khả hàn tuyệt vời, loại inox phù hợp với hầu hết kỹ thuật hàn Inox 304 cịn có khả tạo hình tốt, dát mỏng mà khơng cần gia nhiệt Khối lượng riêng thép không gỉ X18H10T (inox 304) : Khối lượng thép dùng làm khay: Khối lượng thép dùng làm lắc Khối lượng thép dùng để chế tạo mặt bên tủ cấp đông tiếp xúc Khối lượng thép dùng để chế tạo mặt mặt tủ cấp đông Trong T: Độ dày thép (mm) W: Độ rộng thép (mm) L: Chiều dài thép (mm) Tổng khối lượng thép sử dụng cho tủ cấp đông là: M= mkhay + mtấm lắc + mmb +m2mtd=1099(kg) Bảng 4.1 Bảng kinh phí dụ trù hệ thống Vật liệu Thép 304 bề mặt BA Thép 304 Thép 304 Thép 304 Van tiết lưu Tháp giải nhiệt ALPHA40RT Máy nén Bình chứa cao áp Bình chứa hạ áp Bình trung gian Bình ngưng tụ Bình tập trung dầu Bình tách lỏng Bình tách dầu Chi phí gia cơng Số lượng Đơn vị tính Đơn giá Giá thành 1099 kg 68.000đ 72.534.000 đ 832 1,27 m m m Cái 60.000đ 87.000đ 90.000đ 2.000.000đ 49.920.000 đ 111.490 đ 270.000đ 4.000.000đ Cái 18.500.000đ 18.500.000đ 1 1 1 1 Cái Cái Cái Cái Cái Cái Cái Cái 250.000.000đ 10.000.000đ 10.000.000đ 10.000.000đ 16.000.000đ 8.000.000đ 10.000.000đ 10.000.000đ 250.000.000đ 10.000.000đ 10.000.000đ 10.000.000đ 16.000.000đ 8.000.000đ 10.000.000đ 10.000.000đ 245.000.000đ 714.336.000đ Tổng cộng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Đức Ba, Nguyễn Văn Tài, Cơng nghệ lạnh thủy sản, Hồ Chí Minh: NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, 2004 [2] Nguyễn Trọng Cẩn, Đỗ Minh Phụng, Công nghệ chế biến thủy sản, HCM: NXB Nông Nghiệp, 1999 [3] Miles, C.A, Van Beek, G & Veerkamp, C.H, Calculation of the thermophysical properties of foods In: Physical Properties of Foods, London: Applied Science Publishers, 1983 [4] N T Dũng, Quá trình Thiết bị CNHH TP, Tập 2, Phần 3, Các trình thiết bị làm lạnh lạnh đơng, Hồ Chí Minh: NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, 2013 [5] Lê Văn Việt Mẫn, "Các q trình cơng nghệ chế biến thực phẩm," in Công nghệ chế biến thực phẩm, HCM, NXB Đại học quốc gia TP.HCM, 2011, pp 207377 [6] N T Dũng, Quá trình thiết bị CNHH TP, Công nghệ lạnh ứng dụng thực phẩm, Hồ Chí Minh: NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, 2016 [7] N X Phương, Kỹ Thuật lạnh thực phẩm, HCM: NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 [8] Phạm Xuân Vượng, Trần Như Khuyên, Giáo trình kỹ thuật lạnh lạnh đông thực phẩm, HCM: Trường ĐH Nông nghiệp 1, 2006 [9] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Kỹ thuật lạnh sở, HCM : NXB Giáo dục , 2006 [10] N T Lực, Công nghệ chế biến thịt thủy sản, HCM: NXB Đại học Quốc gia TP.HCM, 2016 [11] Đinh Văn Thuận, Võ Chí Chính, Hệ thống máy thiết bị lạnh, Hồ Chí Minh: NXB Khoa học kỹ thuật, 2007 [12] Nguyễn Trọng Cẩn, Đỗ Minh Phụng, Công nghệ chế biến thực phẩm thủy sản, Hồ Chí Minh: NXB Nơng nghiệp, 1990 [13] Đ X Hùng, "Công nghệ đá sệt thay đổi phương thức bảo quản thủy sản tàu cá Việt Nam," Viện Nghiên cứu Hải sản, HCM, 2020 [14] T t t đ t T c t s V Nam, "Một số ứng dụng khoa học công nghệ khai thác thủy hải sản Việt Nam thời gian qua," Trang thông tin điện tử Tổng cục thủy sản Việt Nam, HCM, 2013 [15] T t t đ t T c t s V Nam, "Bà Rịa Vũng Tàu: số kết chuyển giao ứng dụng khoa học công nghệ thủy sản giai đoạn 2017-2020," Trang thông tin điện tử Tổng cục thủy sản Việt Nam, HCM, 2020 ... nghiên cứu, tính tốn thiết kế hệ thống lạnh chạy tủ cấp đông cho thủy hải sản vấn đề cần thiết MỤC TIÊU ĐỒ ÁN Tính toán thiết kế hệ thống lạnh chạy tủ cấp đông thủy sản với suất 1500kg/ mẻ NỘI... thiết bị lạnh đơng thủy sản đặc biệt thiết bị tủ đông tiếp xúc vơ bổ ích cần thiết nên chúng em lựa chọn đề tài “TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH CHẠY CHO TỦ CẤP ĐÔNG TIẾP XÚC 1500KG THỦY SẢN/MẺ”... trình đơng lạnh thiết bị cấp đông tiếp xúc Xác định thông số ảnh hưởng đến q trình cấp đơng tiếp xúc Tính tốn số liệu, thiết kế hệ thống lạnh chạy tủ cấp đông tiếp xúc cho nguyên liệu thủy hải