Thiết kế một kho lạnh với dung tích kho lạnh 21 tấn

Thiết kế một kho lạnh với dung tích kho lạnh 21 tấn

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, với việc áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật, các ngành chăn nuôi, trồng trọt của nước ta đã có những tiến bộ vượt bậc.

Nông sản làm ra tăng cả chất và lượng Nền kinh tế nước ta chuyển biến mạnh sang nền kinh tế hàng hoá có sự chuyên môn hoá tương đối cao Nhằm đáp ứng những đòi hỏi của thị trường trong và ngoài nước về chất lượng sản phẩm nên quá trình chế biến và bảo quản đang được tập trung đầu tư xây dựng mạnh, nhất là hệ thống các kho lạnh.

Đồ án này em đã thiết kế một kho lạnh xây dựng tại thành phố Hà Nội với dung tích kho lạnh 21 tấn.

Trong quá trình thực hiện đồ án em đã cố gắng thể hiện hết khả năng của mình, tuy nhiên đây là lần đầu tiên em thiết kế nên trông tránh khỏi sai sót Em kính mong các thầy chỉ bảo, giúp đỡ thêm cho em.

Qua đây em cũng cin chân thành cảm ơn thầy giáo Đinh Văn Hiền đã trực tiếp động viên, hướng dẫn tận tình cho em trong suốt thời gian thực hiện đồ án.

Sinh viên

Hoàng Cao Sơn

MỤC LỤC

Chương I: Giới thiệu chung về kho lạnh

I Kích thước xây dựng kho lạnh

II Sơ đồ mặt bằng kho lạnh

Chương II: Tính chiều dày cách nhiệt và kiểm tra đọng sương

I Tính chiều dày cách nhiệt

II Tính kiểm tra đọng sương

Chương III: Tính nhiệt kho lạnh

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh tác giả Nguyễn Đức Lợi Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật - 2002.

II Môi chất lạnh tác giả Nguyễn Đức Lợi - Phạm Văn Tuỳ Nhà xuất bản giáo dục.

III Máy và Thiết bị lạnh, tác giả Nguyễn Đức Lợi - Phạm Văn Tuỳ nhà xuất bản giáo dục 1999.

IV Kỹ thuật lạnh cơ sở, tác giả Nguyễn Đức Lợi - Phạm Văn Tuỳ Nhà xuất bản giáo dục Hà Nội 1996

V Máy lạnh - tác giả Đinh Văn Hiền

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHO LẠNH

PHẦN I: KÍCH THƯỚC XÂY DỰNG KHO LẠNH

Vì kho lạnh dung tích 60m3 nên ta chỉ xây dựng kho lạnh 1 tầngMức độ chất tải là 0,35 tấn trên 1m3

Chọn dàn bay hơi kiểu trần

Chọn chiều cao xây dựng là 3,5mChiều cao của chất tải thực làh = 3,5 - (0,4 + 0,4 + 0,2) = 2,5m

Trong đó: 0,4m là khoảng cách để treo dàn bay hơi0,4 m là khoảng phần lồi của trần

0,2 m là khoảng cách từ giàn bay hơi đến sản phẩmThể tích chất tải của kho lạnh:

V = = = 47 m3

với E là dung tích kho lạnhE = 60 0,35 = 21 tấn

gv = 0,45 t/m3 tra theo bảng (2-3) theo tài liệu [1]

với gv là định mức tiêu chuẩn của các diện tích chất tải: F = = = 18,8 m2

Tải trọng trên 1m2 diện tích nền buồng: 0,45 2,5 = 1,125t/m3 nhỏ hơn mức cho phép.

Diện tích xây dựng của kho lạnhFxd = = = 32 (m2)

Chọn diện tích (6,4 x 5) m

PHẦN II

b) Mái: 1 Lớp phủ mái đồng thời là lớp cách ẩm; 2 Lớp bê tông giằng; 3 Lớp cách nhiệt điền đầy; 5 Các tấm bê tông cốt thép của mái; 4 Tấm cách nhiệt;

Cấu trúc xây tường ngoài của kho lạnh bao gồm: Lớp tường gạch dầy 380 mm hai mặt phủ bằng vữa xi măng dầy 20 mm Lớp cách ẩm dầy 7 mm gồm hai lớp bitum và 1 lớp giấy dầu Lớp cách nhiệt là xốp polystirol và lớp trong cùng là lớp vữa trát xi măng có lưới thép dầy 20 mm.

Theo bảng 2-3 tra được hệ số truyền nhiệt của vách từ ngoài không khí vào buồng lạnh ở (-200C) là

(Do bảo quản cá đã kết đông nên t = - 20 ÷ 25)k = 0,21 W/m2 k

và hệ số toả nhiệt tra theo bảng 3 - 7:α1 = 23,3 W/m2.k

α2 = 8 W/m2.k

t3t4

Hệ số dẫn nhiệt, dẫn ẩn của các vật liệu xây dựng và cách nhiệt tra theo bảng 3-1 và 3-2.

+ Lớp vữa xi măng: δ1 = 0,02 m; λ1= 0,88W/m.kµ = 90 g/mh M Pa

+ Lớp gạch đỏ δ2 = 0,38 m; λ2= 0,82W/m.kµ = 105 g/mh M Pa

+ Lớp cách ẩm δ3 = 0,004 m; λ3= 0,3W/m.kµ = 0,86 g/mh M Pa

+ Lớp xốp cách nhiệt xốp Polystrol: δ = 0,2λ4 = 0,047 W/m.k ; µ = 7,5 g/mh M P aChiều dày cách nhiệt cần thiết:

δcn = λcn

= 0,19 m

Chiều dày cách nhiệt thực phải chọn lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được Ở đây chọn chiều dày tổng là 200 m với 4 lớp x 50 mm hoặc 2 lớp x 100 mm Hệ truyền nhiệt thực:

KT =

+ = 0,2 W/m2.k

II Kiểm tra đọng sương:

Theo bảng 1-1: Nhiệt độ trung bình nóng nhất tại Hà Nội t1 = 37,20C; độ ẩm ϕ13 = 83% Tra đồ thị h-x ta cól tsương = 34,60C.

Nhiệt độ buồng lạnh t2 = -200C; α1 = 23,3 W/m2.kVậy K3 = 0,95 α1

= 0,95 23,3 = 1,01 w/m2k > k+Như vậy vách ngoài không bị đọng sương

* Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt- Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiệtq = k ∆t = 0,2 (37,2 + 20)

= 11,44 W/m2

- Xác định nhiệt độ bề mặt các lớp vách:q = α1 (tf1 - t1)

Vậy tf1 = t2 = t1 - = 36,71 - = 36,450CTương tự t3 = t2 - = 36,45 - = 31,150Ct4 = t3 - = 31,15 - = 30,890C

t5 = t4 = - = 30,89 - = 30,730Ct6 = t5 = - = 30,73 - = -18,290Ct7 = t6 = - = -18,290C - = -18,550Cq = α2 (t7 - tf2)

Ph1, Ph2 - Phân áp suất hơi của không khí bên ngoài và trong phòngPh1 = Px'' (t = 37,20C) ϕ13 = 6344 0,83

= 5265,5 Pa = 5265,5 10-6 MPaPh2 = Px'' (t = -200C) ϕ2 = 103 0,9 = 93 Pa

H - trở kháng thấm hơi của kết cấu bao che.

Phương án 1: Phương án cách ẩm với δ4 = 4 mmH = Σ = 3 + + +

= 0,0356 m2h MPa/gW = = 0,1453 g/m2h

- Phân áp suất thực của hơi nước trên bề mặt:Px2 = Ph1 - w = 5265,5 - 0,1453 106 = 5233,2 PaPx3 = Px2 - w = 5233,2 - 0,1453 106 = 4707,4 PaPx4 = Px3 - w = 4707,4 - 0,1453 106 = 4675,1 PaPx5 = Px4 - w = 4675,1 - 0,1453 106 = 3999,3 PaPx6 = Px5 - w = 3999,3 - 0,1453 106 = 124,6 PaPx7 = Px6 - w = 124,6 - 0,1453 106 = 92,3 Pa

Phương án này không đạt yêu cầu vì Px3 > Px3'', Px4 > Px4'', Px6 > Px6''Phương án 2: Bổ sung 1 lớp cách ẩm ở vị trí 2' dày 3 mm tăng lớp cách ẩm lên 5 mm.

H = Σ = 3 + + + +

= 0,04025 m2h M Pa/gW = = 0,1285g/m2h

Px2 = 5265,5 - 0,1285 10+6 = 5236,9 PaPx2' = 5236,9 - 0,1285 10+6 = 4788,6 PaPx3 = 4788,6 - 0,1285 10+6 = 4323,6 PaPx4 = 4323,6 - 0,1285 106 = 4295 PaPx5 = 4295- 0,1285 106 = 3547,9 PaPx6 = 3547,9 - 0,1285 106 = 121,2 PaPx7 = 121,2 - 0,1285 106 = 92,6 Pa

Phương án này không đạt yêu cầu vì Px6 > Px6''Phương án 3:

Thay đổi vật liệu cách ẩm δ2' = 0,1 mm màng polyetylen δ4 = 0,1 mm màng polyetylen (chỉ sử dụng bitum để dán).

H = 3 + + + 2

= 0,14206 m2h M Pa/gW = = 0,03641 g/m2h

Px2 = 5265,5 - 0,03641 10 = 5257,4 PaPx2' = 5236,9 - 0,03641 10 = 3234,6 PaPx3 = 3234,6 - 0,03641 10 = 3102,8 PaPx4 = 3102,8 - 0,03641 106 = 3094,7 PaPx5 = 3094,7 - 0,03641 106 = 1071,9 PaPx6 = 1071,9 - 0,03641 106 = 101 PaPx7 = 101 - 0,03641 106 = 92,9 Pa

Phương án này đạt yêu cầu vì tất cả các phân áp suất thực của hơi nhỏ hơn hơi phân áp suất bão hoà.

Kết quả tính toán áp suất riêng phần hơi nước theo chiều dầy vách Ph δ6000

↑ Ph5000tT=-200C

40003000200010006 73 4 5

1 2 2'tN = 37,20C

ϕN = 83%

δ, m

CHƯƠNG III

TÍNH NHIỆT KHO LẠNH

Tính nhiệt kho lạnh là tính toán các dòng nhiệt từ môi trường bên ngoài đi vào kho lạnh Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để thải nó trở lại môi trường nóng, đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ giữa buồng lạnh và môi trường bên ngoài.

-> Xác định chính xác năng suất máy lạnh cần lắp đặt.+ Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4, (W)

Q1- Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của buồng lạnh

Q2 - Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra trong quá trình xử lý lạnhQ3 - Dòng nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió buồng lạnhQ4 - Dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh

Vì sản phẩm là hải sản kết đông nên không có Q5 (vì nó không có sự hô hấp).

1 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q1:

Q1 = Q11 + Q12

Vì Q11: Dòng nhiệt độ qua tường bao, trần, nền do chênh lệch nhiệt độQ12: Dòng nhiệt qua tường bao, trần, nền do ảnh hưonửg của bức xạ mặt trời.

Do kho lạnh được xây dựng tại Hà Nội; nhiệt độ bên ngoài dùng cho tính toán là t1 = 37,20C.

Hệ số truyền nhiệt cho các cơ cấu bao che:Tường ngoài K = 0,21 W/m2k

Tường ngăn -200 K = 0,28 W/m2kvới hành lang và buồng điều khiểnNền có sưởi K = 0,21 W/m2k

Đối với tường ngoài của hướng TN hay phía bắcQ11 = 0,21 F (t1 - t2)

với F = 6.3 = 18m2

Q11 = 0,21 18 (37,2 + 20) = 217,35 WĐối với tường ngoài phía Đông:

Q11 = 0,21 F (t1 - t2)với F = 2.3 = 6m2

Q11 = 0,21 6 (37,2 + 20) = 72,072 WDo bức xạ nhiệt độ ở hướng này nên:Q12 = 0,21 6 (37,2 - 20) = 21,67 W

Đối với tường ngăn với buồng điều khiển và hành lang thì: Lấy t1 = 00CQ11 = 0,28 F (t1 - t2)

= 0,28 18 (0 + 20) = 100,8 WĐối với mái

Q11 = K F (t1 - t2)với K = 0,2

F = 8.4 = 32 m2

-> Q11 = 0,2 32 (37,2 + 20) = 366,08 WDo mái phải chịu bức xạ nên ta có:Q12 = K F ∆t

với F = 32m2; K = 0,2∆t = 0,75 = 0,75 = 18Với I = 240 ÷ 400 lấy I = 300Pbêtông = 0,65 ; α2 = 8

Vậy Q12 = 0,2 32 18 = 115,2 WCách nhiệt cho nền: chọn nền có sưởiK = 0,21, t1 = 30C

F = 32 m2

Vậy Q11 = 0,21 32 (3 + 20) = 154,46 W

=> Tổng dòng nhiệt qua kết cấu bao che:Q1 = ΣQ11 + ΣQ12

= 217,35 + 72,072 + 100,8 + 366,08 + 115,2 + 154,46 + 21,67 = 1047,632 W

(: hệ số chuyển đổi từ t/ngày đêm ra đơn vị kg/s)

Do sản phẩm cần bảo quản là cá nên khối lượng hàng nhập trong 1 ngày đêm bằng 10% dung tích của buồng theo tài liệu [1] Nên sản phẩm nhập vào buồng lạnh:

3 Vì buồng bảo quản đông cho hải sản nên

Q3 = 0 vì không có thông gió

4 Dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành

Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44

* Dòng nhiệt do chiếu sáng Q41:Q41 = A F

Vì buồng bảo quan nên A = 1,2 W/m2F = 8 4 = 32 m2

-> Q41 = 1,2 32 = 38,4 W* Dòng nhiệt do người toả ra Q42 =350

Vì diện tích buồng 32m2 nên lấyn = 2

Do bảo quản cá nên:

QMN = 80% Q1 + 100% Q2 + 75% Q4

= 08 1047,632 + 1.1057,3 + 0,75 1442,4 = 2977,2 W= 2977,2 W

Bảng tổng kết các phụ tải nhiệt

t0 buồng Q1 (W) Q2 (W) Q3 (W) Q4 (W) QMN (W) QTB (W)- 20 1047,632

1057,3 (W)

0 (W)

1442,4 (W)

2977,2 (W)

3547,3 (W)

CHƯƠNG IV

TÍNH CHỌN MÁY NÉN

Do kho lạnh ở đây cũng khá nhỏ nên ta không nên sử dụng môi chất NH3 vì rất gây độc hại nên ta chỉ dùng R22 vì chúng không gây độc hại và tuy đắt nhưng kho lạnh rất nhỏ nên có thể dùng R22.

Từ t0 = - 300 tra bảng hơi bão hoà R22 theo tài liệu [1] ta có:P0 = 0,164 MPa

Nhiệt độ nước vào dàn ngưng:

tw1 = tw + (3 ÷ 5) = 34,6 + 3,4 = 380CNhiệt độ nước ra khỏi dàn ngưng:tw2 = tw1 + (2 ÷ 6) = 38 + 2 = 400CNhiệt độ ngưng tụ của môi chấttk = tw2 + (3 ÷ 5) = 40 + 3 = 430Ctra bảng theo [1] ta được:

Do môi chất là freôn nên chọn chu trình lạnh 1 cấp có hồi nhiệt tqn = 200C

Ta có bảng thông số trạng thái giữa các điểm

Vậy λtc = 0,75λ = 0,71qvtc = và qv =

23'

vì V1 = V1 + C (tại t = - 300C)nên =

mà q0 + c = h1'tc - h4+c = 1720 - 560 = 1160 KJ/kg-> Q0TC = 2,98 = 3,26 Kw

Lưu lượng môi chất qua máy nén:m = = = 0,0029 kg/S

Công nén riêng của máy nén:

l = h2 - h1 = 2045 - 1740 = 305 (KJ/kg)Công nén đoạn nhiệt của máy nén:NS = m l = 0,0029 305 = 0,9 (Kw)Hệ số làm lạnh của chu trình:

Σ = = = 3,57Hiệu suất exec gi:

V = = ε = 3,57 = 0,17Thể tích hút thực tế:

Vtt = m V = 0,0029 0,42 = 0,001218 (m3/s)Hiệu suất chỉ thị:

η = + 0,001t0 = + 0,001 (-30) = 0,92Công suất chỉ thị:

Ni = = = 0,09 (kw)

Công suất ma sát:Nms = Vtt Pms

= 0,0106 59 = 0,6254 (Kw)Công suất hữu ích:

Ne = Ni + Nms

= 0,09 + 0,6254 = 0,7154 (Kw)Công suất tiếp điện:

Nee = = = 0,79 (Kw)* Chọn máy nén:

Số lượng máy nén cần thiết:η = = 1,18

Vậy ta chọn 1 máy nén 1 cấp cho hệ thống lạnh.

Theo những tính toán chương IV thì ta có:Diện tích trao đổi nhiệt yêu cầu của dàn quạtF =

- Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: 20m2 tải nhiệt khi ∆t = 10 k với Q0 = 2320 W.

- Số lượng quạt 2 chiếc - công suất 100 w

II Tính chọn dàn ngang

Theo như tính toán ở chương IV ta có:qk = h2 - h3 = 2045 - 605 = 1440 KJ/kgVậy tải nhiệt của dàn ngưng:

Qk = mtt qk = 0,0029 1440 = 4,176 kW

Do giải nhiệt độ bằng không khí nên ta phải dùng loại dàn ngưng không khí mà do hiệu nhiệt độ trung bình của dàn ngưng không khí phải đạt từ 8 ÷ 10k nên do tk = 430C Vậy tw2 = 360C và tw1 = 330C

vì tmax = tk - tw1 = 43 - 33 = 10tmin = tk - tw2 = 43 - 36 = 7Hiệu nhiệt độ trung bình:∆ttb =

10 78, 410

Do vậy nên diện tích trao đổi nhiệt yêu cầu của dàn là:F = Với Qk = 4; 176 kW

Theo bảng 8-6 tài liệu [1] ta tra được

k = 30 W/m2.k là giá trị kinh nghiệm của hệ số truyền nhiệt=> F = = 16,6 m2

Từ đó ta chọn 1 dàn ngưng quạt kiểu ABM theo bảng 8 - 5 tài liệu [1]với các thông số sau:

Diện tích trao đổi nhiệt 105m2Năng suất quạt 7m3/s.

VK2 = = = 1160 m3/h

C Nhiệt dung riêng của k2 = 1 KJ/kg Kς Khối lượng riêng của k2 = 1,2 kg/m3

III Tính chọn thiết bị phụ1 Bình tách dầu

Ở đây tuy môi chất frêôn tuy nhiên vẫn cần có bình tách dầu để dầu không len lỏi vào các thiết bị.

Bình tách dầu ta nên chọn theo đường kính bình hoặc đường kính nối với máy nén (đường đẩy).

d = 42.

Trong đó m: lưu lượng hơi = 0,0029 kg/s

V2 thể tích riêng hơn nén phía đầu đẩy của máy nén V2 = 1m3/kgw: tốc độ hơi = 20 m/s

d = 4. 4.0, 001218 0,0055.0,53,14.0,5

Vì thế ta nên chọn loại bình nhỏ.