Tài liệu đồ án hệ thống lạnh cho nhà máy thủy sản, chương 9 docx

CHƯƠNG 9 TÍNH CH ỌN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 5.1/ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ Kiểu thiết bị ngưng tụ ta chọn để lắp đặt là thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi hay c òn gọi là tháp ngưng tụ . 5.1.1/ Thông số thiết bị ngưng tụ - Môi chất đi trong thiết bị ngưng tụ : NH 3 - Nhiệt độ không khí bên ngoài : t 1 = 38 0 C - Độ ẩm :  = 77 % - Nhi ệt độ nhiệt kế ướt : t ư = 34,5 0 C - Nhi ệt độ nước tuần hoàn trong tháp : t w = 39 0 C - Nhi ệt độ ngưng tụ : t k = 42 0 C Hình 5.1 : Trạng thái không khí vào (1) và ra (2) biểu diễn trên đồ thị h -x 5.1.2/ Tính toán các thông s ố của thiết bị ngưng tụ 5.1.2.1/ Phụ tải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ t æ t 1 h m x 1 x 2 x w x 2 t tb t 1 2 w t = 1 1 1 h 2 h w h Do đây là hệ thống chung cho tủ cấp đông tiếp xúc , hầm cấp đông gió , cối đá vảy nên phụ tải nhiệt để tính cho tháp ngưng tụ l à tổng nhiệt thải ngưng tụ của tủ cấp đông tiếp xúc , hầm cấp đông gió và cối đá vảy . Q K = C K H K T K QQQ  , kW Trong đó : T K Q : nhiệt thải ngưng tụ của tủ cấp đông , kW T K Q = 136,013 kW H K Q : nhiệt thải ngưng tụ của hầm cấp đông ,kW H K Q = 172,632 kW C K Q : nhiệt thải ngưng tụ của cối đá vảy C K Q = 162,169 kW Thay vào ta có : Q K = 136,013 + 172,632 + 162,169 = 470,814 kW 5.1.2.2/ Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của tháp ngưng tụ Theo phương trình truyền nhiệt ta có : Q K = k . F. tb t , kW Ta suy ra : F = tb K tk Q  = F K q Q , m 2 Trong đó : F : diện tích bề mặt trao đổi nhiệt , m 2 tb t : hiệu nhiệt độ trung bình logarit , K Khi s ử dụng tháp ngưng tụ ta coi nhiệt độ nước không thay d ổi . Khi đó : tb t = t k - t w = 42 - 39 = 3 0 C k : h ệ số truyền nhiệt , W/m 2 .K Tra b ảng 8-6/SHDTKHTL- Trang 217 chọn : k =700 W/m 2 .K q F : mật độ dòng nhiệt còn gọi là phụ tải nhiệt riêng , W/m 2 Q K : phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ , W Q K = 470,814 kW = 470814 W Lúc đó ta có : F = 700 3 470814 x = 224,197 m 2  Bề mặt truyền nhiệt Bề mặt nhẵn của ống thép trơn để chế tạo dàn ngưng amoniăc 5.1.2.3/ Lưu lượng khối lượng của không khí qua thiết bị ngưng tụ M KK = 3,25 KK  2 10  KK Q , kg/s Trong đó : KK  : khối lượng riêng của không khí ở t 1 = 38 0 C và  = 77% và có th ể xác định theo công thức : KK  = )61,11( )1( 11 11 dRT dp   , kg/m 3 Với : d 1 : độ chứa ẩm của không khí khí quyển (vào thiết bị ngưng tụ ) – Tra trên đồ thị h-x ta có : x 1 = 0,034 kg/kg . p 1 : áp suất khí quyển (trạng thái 1) p 1 = 9,81.10 4 N/m 2 R : hằng số khí của không khí , lấy R = 287 J/kg.K T 1 : nhiệt độ không khí môi trường T 1 = t 1 + 273 , K KK  = )034,0.61,11)(27338(287 )034,01(10.81,9 4   = 1,077 kg/m 3 Thay vào phương trình trên ta có : M KK = 3,25 . 1,077 . 470,814 . 10 -2 = 16,479 kg/s 5.1.2.4/ Entanpi của không khí ra khỏi thiết bị h 2 Trạng thái không khí ra (2) có entanpi xác định theo biểu thức tính nhiệt : h 2 = h 1 + KK K M Q , kJ/kg KK Ở đây h 1 = 125 kJ/kg – Xác định được trên đồ thị h-x ở trạng thái 1 . Thay vào ta có : h 2 = 125 + 479,16 814,470 = 153,57 kJ/kg 5.1.2.5/ Hệ số toả nhiệt từ vách (ngoài) của ống tới màng nước 3/1 11 975085,0 mx  , W/m 2 .K Trong đó : m 1 : lưu lượng nước xối tưới trên 1 mét chiều dài của ống , chọn theo kinh nghiệm m 1 = 0,05 kg/m.s 0,85 : h ệ số hiệu chỉnh do xối tưới không dều . 1  = 0,85 . 9750 . 0,05 1/3 = 3053,14 W/m 2 .K 5.1.2.6/ Lượng nước phun Lượng nước phun M được chọn theo kinh nghiệm phụ thuộc vào phụ tải nhiệt Q K của thiết bị : 100 kW phụ tải nhiệt mỗi giây cần 2,3 lít nước phun : M = 2,3 100 K Q = 2,3 100 814,470 = 10,828 kg/s 5.1.2.7/ Lượng nước bay hơi và lượng nước tổng bị cuốn theo gió  Lượng nước bay hơi M b xác định theo đồ thị h-x : M b = M KK ( x 2 – x 1 ), kg/s x 1 = 0,034 kg/kg - Độ chứa ẩm của không khí vào thiết bị x 2 = 0,044 kg/kg - Độ chứa ẩm của không khí ra thiết bị M b = 16,479 (0,044 – 0,034) = 0,1647 kg/s  Tổng lượng nước bị cuốn theo gió : bằng tổng lượng nước bay hơi và lượng nước bị gió cuốn đi . Lượng nước bị gió cuốn thường lấy bằng 10% lượng nước bay hơi ,vậy tổng lượng nước bị cuốn theo gió : M bt = 1,1 M b = 1,1 . 0,1647 = 0,1811 kg/s 5.1.2.8/ Các kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ bay hơi  Tổng chiều dài ống tính trên mặt cắt ngang của thiết bị : L = 05,02 828,10 2 1 xm M  = 108,28 m  Số ống trên mặt cắt ngang của thiết bị (z) khi chọn chiều dài mỗi ống thẳng l = 2,8 m z = 8,2 28,108  l L = 38,67 L ấy z = 38 ống  Bề rộng mặt cắt ngang của thiết bị xác định theo quan hệ : B = z.S 2 , m Bước ngang S 2 của chùm ống chọn theo kinh nghiệm S 2 = (2  2,3 )d 1 , chọn S 2 = 2d 1 = 2 . 0,025 = 0,05 m B = 38 . 0,05 = 1,9 m  Số ống trong một đơn nguyên ( theo chiều thẳng đứng ) n đ xác định theo công thức : n đ = 8,238025,014,3 197,224 1 xxxzld F   = 26,84 L ấy n đ = 27 ống  Chiều cao của dàn ống (h) được xác định : h = S 1 . n đ , m Các ống bố trí theo đỉnh của tam giác đều nên bước ống theo chiều đứng (S 1 ) được xác định như sau : S 1 = 0433,005,0 2 3 2 3 2 S m Do đó : h = 0,0433 . 27 = 1,1691 m  Diện tích để cho không khí đi qua : F KK = l .B – l .d 1 .z = 2,8 . 1,9 – 2,8. 0,025 . 38 = 2,66 m 2 5.1.2.9/ Lượng nước làm mát cung cấp cho thiết bị ngưng tụ V n =   tC Q K  , m 3 /s Trong đó : Q K : tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ , kW C : nhiệt dung riêng của nước C = 4,19 kJ/kg.K  : khối lượng riêng của nước  = 1000 kg/m 3 w t : độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ ,K Thay vào ta có : V n = 3100019,4 814,470 xx = 0,0374 m 3 /s =134,64 m 3 /h Tra b ảng 10-6/SHDTKHTL – Trang 303 chọn : Hai bơm 4K -18 , mỗi bơm có các thông số kỹ thuật sau: Năng suất : 83 m 3 /h C ột áp H : 2,2 bar Hiệu suất : 81% Công suất trên trục : 6,3 kW Đường kính bánh công tác : 148 kW : TÍNH CHỌN DÀN LẠNH CHO HẦM CẤP ĐÔNG GIÓ Dàn lạnh của hầm cấp đông là dàn lạnh ống trao đổi nhiệt bằng thép mạ kẽm nhúng nóng , vỏ dàn lạnh làm bằng thép mạ kẽm nhúng nóng có đặc tính chống rỉ cao , môi chất lạnh là NH 3 . - Ph ụ tải nhiệt : Q TB = 103249,71 W - Nhi ệt độ không khí trong phòng : t = -35 0 C - Nhi ệt độ sôi của môi chất lạnh : t 0 = - 44 0 C Ch ọn thiết bị bay hơi kiểu dàn lạnh quạt trao đổi nhiệt đối lưu cuỡng bức không khí .Vì loại này có ưu điểm so với dàn tĩnh : - Có thể bố trí ở trong buồng hoặc ngoài buồng lạnh . - Ít tốn thể tích bảo quản sản phẩm . - Nhiệt độ đồng đều , hệ số trao đổi nhiệt lớn . - Ít tốn nguyên vật liệu . Nhưng chúng cũng có nhược điểm l à ồn và tốn thêm năng suất lạnh cho động cơ quạt gió . Ở dây ta chọn kiểu dàn lạnh quạt đặt ngay trên sàn bên trong hầm cấp đông , mô tơ quạt dàn lạnh loại hoàn toàn kín nước và chống ẩm , quạt gió hướng trục thổi ngang , độ ồn thấp , hút gió ngang qua d àn lạnh , quạt gió được lắp lồng bao che bảo vệ . Cánh quạt làm bằng thép mạ kẽm nhúng nóng đủ sức chịu được va đập có thể có với băng tuyết bám trên dàn . Ống trao đổi nhiệt bằng thép có đường kính 38 x 3 mm ,cánh bằng thép lá rộng 30 mm , dày 0,3 mm . 5.2.1/ Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn lạnh F = t k Q TB  0 , W Trong đó : F : diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn lạnh , m 2 Q 0TB : tải lạnh của thiết bị , W Q 0TB = Q TB = 103249,71 W k : h ệ số truyền nhiệt của dàn lạnh , W/m 2 .K H ệ số truyền nhiệt k của dàn quạt ống cánh phụ thuộc vào nhi ệt độ sôi của amoniăc . Theo SHDTKHTL- Trang 252 chọn k = 11 W/m 2 .K t  : hiệu nhiệt độ giữa không khí trong buồng lạnh và môi chất lạnh sôi trong ống , K . t  = 9 K Thay vào ta có : F = 9 11 71,103249 x = 1042,92 m 2 Tra bảng 8-13/ Sách HDTKHTL –Trang 249 : Ch ọn 5 dàn quạt kí hiệu  BO -230 , mỗi dàn có các thông số kỹ thuật sau : - Diện tích bề mặt : 230 m 2 - Bước cánh quạt : 17,5 - Số lượng quạt : 1 - Đường kính quạt : 800 mm - Số vòng quay : 25 vòng/s - Lưu lượng : 4,7 m 3 /s - Công su ất sưởi điện : 25 kW 5.2.2/ Lưu lượng không khí qua mỗi dàn V KK = tC Q hh Q P TBTB     0 21 0 )( , m 3 /s Trong đó:  : khốI lượng riêng của không khí ở t = -35 0 C  = 1,48 kg/m 3 C p : nhiệt dung riêng của không khí , kJ/kg.K C p = 1,013 kJ/kg.K t  = 9K Q 0TB = 103249,71 W = 103,24971 kW Thay vào ta có : V KK = 9013,148,1 24971,103 xx = 7,652 m 3 /s . và môi chất lạnh sôi trong ống , K . t  = 9 K Thay vào ta có : F = 9 11 71,1032 49 x = 1042 ,92 m 2 Tra bảng 8-13/ Sách HDTKHTL –Trang 2 49 : Ch ọn 5. trục : 6,3 kW Đường kính bánh công tác : 148 kW : TÍNH CHỌN DÀN LẠNH CHO HẦM CẤP ĐÔNG GIÓ Dàn lạnh của hầm cấp đông là dàn lạnh ống trao đổi nhiệt bằng