Thiết kế kho lạnh cấp đông cho xưởng sản xuất thịt heo

Đồ án môn học: Kỷ Thuật Lạnh GVHD:Nguyễn Thành Văn MỤC LỤC Trang CHƯƠNG MỞ ĐẦU: CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU 3 І. Mục đích và ý nghĩa của hệ thống lạnh 4 ІІ. Nội dung và thông số 5 1. Cấp đông: 2. Trữ đông: 3. Thông số môi trường: CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ BỐ TRÍ MẶT BẰNG KHO LẠNH 5 §1.1 Tính kích thước phòng cấp đông 5 1. Tính thể tích chất tải: V ct 2. Tính diện tích chất tải : F ct 3. Chiều cao trong của phòng cấp đông 4. Chiều cao trong của phòng cấp đông 5. Xác định số phòng cấp đông: n §1.2 Tính kích thước phòng trữ đông 5 1. Tính thể tích chất tải: V ct 2. Tính diện tích chất tải : F ct 3. Chiều cao trong của phòng trữ đông 4. Chiều cao trong của phòng trữ đông 5. Xác định số phòng trữ đông: n §1.3 Bố trí mặt bằng kho lạnh 6 CHƯƠNG 2: TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ÂM CHO KHO LẠNH §2.1 Tính cách nhiệt cho tường bao kho lạnh 7 1. Kết cấu và các số liệu của nó 2.Tính toán 3. Kiểm tra nhiệt độ đọng sương §2.2 Tính cách nhiệt trần kho lạnh 9 1. Kết cấu và các thông số của nó 2.Tính toán 3. Kiểm tra nhiệt độ đọng sương §2.3 Tính cách nhiệt nền kho lạnh 12 1. Kết cấu và các thông số của nó 2.Tính toán 3. Kiểm tra nhiệt độ đọng sương §2.4 Bố trí cách nhiệt cho kho lạnh 14 CHƯƠNG 3: TÍNH NHIỆT HỆ THỐNG LẠNH §3.1 Tính nhiệt cho phòng cấp đông 15 1. Tính tổn thất lạnh qua kết cấu bao che : Q 1 2. Tính tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì: Q 2 3.Tính tổn thất lạnh do vận hành: Q 4 4. Tính nhiệt kho lạnh 5. Công suất lạnh yêu cầu của máy nén §3.2 Tính nhiệt cho phòng trữ đông 19 1. Tính tổn thất lạnh qua kết cấu bao che : Q 1 2. Tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì Q 2 : 3.Tính tổn thất lạnh do vận hành: Q 4 4. Tính nhiệt kho lạnh. 5. Công suất lạnh yêu cầu của máy nén CHƯƠNG 4: LẬP CHU TRÌNH VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN §4.1 Chọn môi chất 22 SVTH: Bùi Ngọc Dũng Trang: 1 Đồ án môn học: Kỷ Thuật Lạnh GVHD:Nguyễn Thành Văn §4.2 Hệ thống lạnh cho phòng trữ đông 23 І. Thông số ban đầu ІІ. Tính toán chu trình 1. Chọn nhiệt độ bay hơi : 2. Chọn nhiệt độ ngưng tụ : 3. Tính cấp nén của chu trình 4. Chọn chu trình lạnh 5. Chọn độ quá lạnh, độ quá nhiệt 6. Xây dựng đồ thị và lập bảng thông số các điểm nút 7. Xác định lưu lượng tuần hoàn qua hệ thống 8. Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ 9. Xác định công của máy nén 10. Tính chọn công suất lạnh 11. Hệ số làm lạnh Ш. Chọn máy nén 1.Chọn máy nén 2. Chọn động cơ kéo máy §4.3 Hệ thống lạnh cho phòng cấp đông 27 І. Thông số ban đầu ІІ. Tính toán chu trình 1. Chọn nhiệt độ bay hơi : 2. Chọn nhiệt độ ngưng tụ : 3. Tính cấp nén của chu trình 4. Chọn chu trình lạnh 5. Chọn độ quá lạnh, độ quá nhiệt 6. Xây dựng đồ thị và lập bảng thông số các điểm nút 7. Tính toán chu trình Ш. Tính chọn máy nén và động cơ kéo nó 1. Tính chọn máy nén 2.Chọn động cơ cho máy nén CHƯƠNG 5: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ THIẾT BỊ PHỤ §5.1 Tính chọn thiết bị ngưng tụ 32 1. Chọn thiết bị ngưng tụ 2. Mục đích của thiết bị ngưng tụ 3. Cấu tạo 5. Tính chọn thiết bị ngưng tụ 4. Nguyên lý làm việc §5.1 Tính chọn thiết bị bay hơi 33 1. Chọn thiết bị bay hơi 2. Mục đích của thiết bị bay hơi 3. Cấu tạo 4. Nguyên lý làm việc. 5. Tính chọn thiết bị bay hơi §5.3 Tính chọn thiết bị phụ 35 1. Bình chứa cao áp 2. Bình tách dầu 3. Thiết bị tách khí không ngưng 4. Bình hồi nhiệt 5. Bình gom dầu 6. Bình trung gian 7.Tính chọn tháp giải nhiệt SVTH: Bùi Ngọc Dũng Trang: 2 Đồ án môn học: Kỷ Thuật Lạnh GVHD:Nguyễn Thành Văn CHƯƠNG 6: VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG LẠNH 43 §6.1 Nhiãûm vuû váûn haình maïy laûnh 43 Caïc chè tiãu kinh tãú vaì kyî thuáût chuí yãúu : §6.2 Đặc điểm vận hành của hệ thống lạnh Freon 44 1.Dấu hiệu làm việc bình thường. 2.Khởi động máy 3.Ngừng máy 4.Điều chỉnh chế độ làm việc §6.3 Bảo dưỡng và sữa chữa hệ thống lạnh 44 Tài liệu tham khảo 45 SVTH: Bùi Ngọc Dũng Trang: 3 Đồ án môn học: Kỷ Thuật Lạnh GVHD:Nguyễn Thành Văn CHƯƠNG MỞ ĐẦU: CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU І. Ý NGHĨA VÀ MỤC ĐÍCH CỦA HỆ THỐNG LẠNH - Từ xa xưa con người đã biết sử dụng lạnh cho đời sống, bằng cách cho vật cần làm lạnh tiếp xúc với những vật lạnh hơn. Sau này kỹ thuật lạnh ra đời đã thâm nhập vào các ngành kinh tế quan trọng và hỗ trợ tích cực cho các ngành đó như: • Ngành công nghệ 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 công nghiệp hoá chất • Trong lĩnh vực điều hoà 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 cho thực phẩm được lâu dài nhằm cung cấp, phân phối cho nền kinh tế quốc dân,thì phải cấp đông và trữ đông nhằm giữ cho thực phẩm ở 1 nhiệt độ thấp (-18 0 C ÷ - 40 0 C). Bởi vì ở nhiệt độ càng thấp thì các vi sinh vật làm ôi thiu thực phẩm càng bị ức chế, các quá trình phân giải diễn ra rất chậm. Vì vậy mà có thể giữ cho thực phẩm không bị hỏng trong thời gian dài. SVTH: Bùi Ngọc Dũng Trang: 4 Đồ án môn học: Kỷ Thuật Lạnh GVHD:Nguyễn Thành Văn ІІ. NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU THIẾT KẾ 1. Cấp đông: - Sản phẩm bảo quản: thịt Heo - Công suất: E = 2,0 tấn/mẻ - Nhiệt độ thịt đầu vào: 18 0 c - Nhiệt độ thịt đầu ra: t tb = -15 0 c - Thời gian cấp đông: 11giờ - Nhiệt độ phòng cấp đông: -35 0 c 2. Trữ đông: - Công suất : E = 35 tấn - Nhiệt độ phòng trữ đông: -18 0 c 3. Thông số môi trường: - Địa điểm xây dựng: Vinh - Nhiệt độ môi trường: t n = 38 0 c - Độ ẩm môi trường: φ n = 74% SVTH: Bùi Ngọc Dũng Trang: 5 Đồ án môn học: Kỷ Thuật Lạnh GVHD:Nguyễn Thành Văn CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ BỐ TRÍ MẶT BẰNG KHO LẠNH Mục đích của chương này là xác định các kích thước của các phòng lạnh cấp đông và trữ đông của kho lạnh ,xác định số lượng các phòng lạnh và cách bố trí hợp lí mặt bằng kho lạnh. §1.1 Tính kích thước phòng cấp đông Cho biết: - Công suất : E = 2,0 tấn/mẻ - Sản phẩm: Thịt Heo 1. Tính thể tích chất tải: V ct V ct = v g E , [m 3 ] Với: - E [tấn]: Công suất chất tải phòng cấp đông - g v = 0,17 tấn/m 3 : định mức chất tải thể tích- theo bảng 2-3 – tr32-tài liệu [1] Suy ra: V ct = 17,0 0,2 = 11,76m 3 2. Tính diện tích chất tải : F ct F ct = ct ct h V , [m 2 ] Với: h ct [m]: chiều cao chất tải, chọn h ct = 2m Suy ra:F ct = 2 76,11 = 5,88 m 2 3. Diện tích trong của phòng lạnh(diện tích lạnh cần xây dựng): F tr F tr = F Fct β , [m 2 ] Với : β F : là hệ số kể đến đường đi lại,diện tích chiếm chỗ của dàn bay hơi,quạt. Ở dây ta chọn β F = 0,54 - theo bảng 2-5 -tr34 - tài liệu[1] Suy ra: F tr = 54,0 88,5 = 10,89 m 2 4. Chiều cao trong của phòng cấp đông h tr = h ct + ∆h , [m] Với: ∆h là chiều cao kể đến gió đi đối lưu trong buồng, chọn ∆h = 1m Suy ra: h tr =2+1= 3 m 5. Xác định số phòng cấp đông: n n = f F tr , Với: f là diện tích buồng lạnh quy chuẩn. chọn f= 4x4 m 2 Suy ra: n = 16 10,89 = 0,68 chọn n =1 phòng => Cỡ buồng cấp đông sẽ là: F tr = f = 4x4 m 2 §1.2 Tính kích thước phòng trữ đông. Cho biết: - Công suất: E = 35 tấn 1. Tính thể tích chất tải: V ct V ct = v g E , [m 3 ] Với: - E [tấn]: Công suất chất tải phòng cấp đông - g v = 0,45tấn/m 3 : định mức chất tải thể tích, tra theo bảng 2-3 –tr32 tài liệu [1] đối với thịt heo đông lạnh SVTH: Bùi Ngọc Dũng Trang: 6 Đồ án môn học: Kỷ Thuật Lạnh GVHD:Nguyễn Thành Văn Suy ra:V ct = 45,0 35 = 77,78 m 3 2. Tính diện tích chất tải : F ct F ct = ct ct h V , [m 2 ] Với: h ct [m]: chiều cao chất tải, chọn h ct = 2m Suy ra:F ct = 2 78,77 = 38,89 m 2 3. Diện tích trong của phòng lạnh: F tr F tr = F Fct β , [m 2 ] Với : β F : là hệ số kể đến đường đi lại, diện tích chiếm chỗ của dàn bay hơi, quạt. Ở dây ta chọn theo bảng 2-4-tr34 tài liệu[1] với diện tích buồng lạnh từ 20÷100 m 2 có β F =0,7 Suy ra: F tr = 7,0 89,38 = 55,5 m 2 4. Chiều cao trong của phòng trữ đông h tr = h ct + ∆h , [m] Với: ∆h là chiều cao kể đến gió đi đối lưu trong buồng. chọn ∆h = 1m Suy ra: h tr = 2+1 = 3 m 5. Xác định số phòng trữ đông: n n = f F tr , Với: f là diện tích buồng lạnh quy chuẩn. chọn f = 6x6 m 2 Suy ra: n = 36 55,5 = 1,54 chọn n = 2 phòng => Cỡ buồng cấp đông sẽ là: F tr = f = 6x6 m 2 §1.3 Bố trí mặt bằng kho lạnh PHÒNG MÁY VAN PHÒNG TĐ (-18°C) TĐ (-18°C) CĐ (-35°C) CHƯƠNG 2: TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM CHO KHO LẠNH SVTH: Bùi Ngọc Dũng Trang: 7 Đồ án môn học: Kỷ Thuật Lạnh GVHD:Nguyễn Thành Văn Do chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường và kho lạnh là rất lớn. Do đó để giảm tối đa tổn thất nhiệt ra môi trường thì chúng ta phải bọc cách nhiệt. Biết rằng lớp cách nhiệt càng dày thì tổn thất nhiệt càng ít. Nhưng chiều dày của nó phải đảm bảo tối ưu hoá giữa chi phí đầu tư và tiết kiệm năng lượng khi vận hành. Mục đích của chương này là để giải quyết vấn đề đó. Trong khuôn khổ đồ án môn học chúng ta không cần tính lớp cách ẩm. Chiều dày lớp cách nhiệt tính theo công thức tính hệ số truyền nhiệt k qua vách phẳng nhiều lớp lấy từ công thức (3-1) trang 85 tài liệu [1] k tư = 2 1 1 11 1 αλ δ λ δ α +++ ∑ = cn cn n n i i , [W/m 2 K] Suy ra chiều dày lớp cách nhiệt: δ cn =λ cn               ++− ∑ = 2 1 1 111 αλ δ α n i i i k , [m] Với: - δ cn : Độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt, [m] - λ cn : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt , [W/mK] - k : Hệ số truyền nhiệt, [W/m 2 K] - α 1 : hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài tới tường cách nhiệt, [W/m 2 K] - α 2 : hệ số toả nhiệt của vách buồng lạnh tới buồng lạnh, [W/m 2 K] - δ i : Bề dày yêu cầu của lớp vật liệu thứ i, [m] - λ i : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, [W/mK] §2.1 Tính cách nhiệt cho tường bao kho lạnh Chúng ta sẽ tính cách nhiệt chung cho các tường và tính cho các tường khắc nghiệt. Chiều dày lớp cách nhiệt được xác định theo 2 yêu cầu cơ bản: - Vách ngoài kết cấu bao che không được phép đọng sương, nghĩa là độ dày của lớp cách nhiệt phải đủ lớn để nhiệt độ bề mặt vách ngoài ngoài lớn hơn nhiệt độ đọng sương của môi trường t s. - Chọn chiều dày cách nhiệt sao cho giá thành một đơn vị lạnh là rẻ nhất. 1. Kết cấu và các số liệu của nó 6 5 4 3 2 1 8 7 9 Lớp Vật liệu δ [m] λ [W/m 2 K] 1 Vữa trát xi măng 0,02 0,9 SVTH: Bùi Ngọc Dũng Trang: 8 Đồ án môn học: Kỷ Thuật Lạnh GVHD:Nguyễn Thành Văn 2 Gạch đỏ 0,2 0,82 3 Vữa trát xi măng 0,02 0,9 4 Bitum 0,003 0,18 5 Giấy dầu 0,005 0,15 6 Polystiron ? 0,047 7 Giấy dầu 0,002 0,15 8 Lưới mắt cáo,vữa mắc cao 0,02 0,9 9 Móc sắt 2.Tính toán a. Phòng trữ đông - Hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của tường bao α 1 : α 1 = 23,3 W/m 2 K - tra theo bảng 3-7 trang 86, tài liệu [1] - Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức: α 2 =9 W/m 2 K - tra theo bảng 3-7 trang 86, tài liệu [1] - Đối với phòng trữ đông thì nhiệt độ trong phòng là -18 0 C. - Tra bảng 3-3 trang 84 tài liệu [1] với nhiệt độ phòng -18 0 C tính cho vách bao ngoài. Ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua tường : k tư = 0,22 W/m 2 K Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng trữ đông: δ cn =λ cn               ++− ∑ = 2 1 1 111 αλ δ α n i i i k , [m] δ cn = 0,047[ )] 9 1 15,0 002,0 15,0 005,0 180,0 003,0 82,0 2,0 9,0 02,0 .3 3,23 1 ( 22,0 1 ++++++− = 0,19 m -Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn. Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩn với điều kiện nó phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được . Ở đây chọn chiều dày thực tế của tấm cách nhiệt là: tt cn δ = 0,2 m Ứng với tt cn δ ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế: k tư = 2 1 1 11 1 αλ δ λ δ α +++ ∑ = cn cn n n i i ⇒ k td = 9 1 047,0 2,0 15,0 002,0 15,0 005,0 18,0 003,0 82,0 2,0 9,0 02,0 .3 3,23 1 1 +++++++ = 0,2 W/m 2 K b. Phòng cấp đông - Hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của tường bao tra theo bảng 3-7 trang 86 tài liệu [1] có : α 1 = 23,3 W/m 2 K - Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức mạnh tra theo bảng 3-7 trang 86-tài liệu[1] có: α 2 = 10,5 W/m 2 K - Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ trong phòng là -35 0 C. Tra bảng 3-3 trang 84- tài liệu [1] với nhiệt độ phòng -35 0 C tính cho vách bao ngoài. Ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua tường : k tư = 0,19 W/m 2 K Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng trữ đông: SVTH: Bùi Ngọc Dũng Trang: 9 Đồ án môn học: Kỷ Thuật Lạnh GVHD:Nguyễn Thành Văn δ cn =λ cn               ++− ∑ = 2 1 1 111 αλ δ α n i i i k , [m] δ cn = 0,047[ )] 5,10 1 15,0 002,0 15,0 005,0 180,0 003,0 82,0 2,0 9,0 02,0 .3 3,23 1 ( 19,0 1 ++++++− = 0,22 m Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn. Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩn với điều kiện nó phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được . Ở đây chọn chiều dày thực tế của tấm cách nhiệt là: tt cn δ = 0,3 m Ứng với tt cn δ ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế: k tư = 2 1 1 11 1 αλ δ λ δ α +++ ∑ = cn cn n n i i k cd = 5,10 1 047,0 3,0 15,0 002,0 15,0 005,0 18,0 003,0 82,0 2,0 9,0 02,0 .3 3,23 1 1 +++++++ = 0,145 W/m 2 K 3. Kiểm tra nhiệt độ đọng sương Nếu bề mặt ngoài của tường bao đọng sương thì ẩm sẽ dễ xâm nhập vào phá huỷ lớp cách nhiệt. Để tránh hiện tượng đọng sương xảy ra thì nhiệt độ bề mặt ngoài tường bao phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương của môi trường. Điều kiện để không xảy ra hiện tượng đọng sương được xác định theo công thức (3-7) trang 87,tài liệu[1]. k ≤ k s = 0,95.α 1 fn sn tt tt − − , [W/m 2 K] Với: - k : hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường, [W/m 2 K] - k s :hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường khi bề mặt ngoài là nhiệt độ đọng sương, [W/m 2 K] - α 1 =23,3 W/m 2 K hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của từơng bao che - t f : nhiệt độ trong buồng lạnh, 0 C - t n = 38 0 C : nhiệt độ môi trường ngoài - t s =32,6 0 C nhiệt độ đọng sương của môi trường, tra theo đồ thị h-x trang 9,tài liệu[1].với nhiệt độ môi trường t 1 =38 0 C và độ ẩm φ=74% a. Phòng trữ đông Phòng trữ đông có t f = -18 0 C Suy ra: k s = 0,95.α 1 fn sn tt tt − − k s = 0,95.23,3. 1838 6,3238 + − = 2,13 W/m 2 K Mà có k tđ = 0,2 < k s = 2,13 W/m 2 K Vậy không có hiện tượng đọng sương trên bề mặt ngoài của tường bao phòng trữ đông b. Phòng cấp đông Phòng cấp đông có t f = -35 0 C Suy ra: k s = 0,95.α 1 fn sn tt tt − − k s = 0,95.23,3. 3538 6,3238 + − = 1,6 W/m 2 K SVTH: Bùi Ngọc Dũng Trang: 10