Nền kho cấp đông có thông gió nín có thể tính tổn thất nhiệt theo công thức sau :
Q12 = ktn . F.(tn – t2) , W Trong đó :
F: diện tích nền , m2
F = 4,8 . 3,9 = 18,72 m2
ktn : hệ số truyền nhiệt của nền , W/m2.K ktn = 0,127 W/m2.K
tn : nhiệt độ trung bình của nền , oC tn = 30oC
t2 : nhiệt độ không khí trong kho cấp đông , oC t2 = - 35oC
Thay tất cả văo ta có :
Q12 = 0,127 . 18,72 ( 30 – ( -35 )) = 154,533 W
Vậy tổn thất do truyền nhiệt qua kết cấu bao che Q1 lă :
Q1 = Q11 + Q12 = 673,03 + 154,533 = 827,563 W 3.4.2/ Tổn thất do sản phầm mang văo Q2
Tổn thất Q2 gồm :
- Tổn thất do sản phẩm mang văo Q21 - Tổn thất do lăm lạnh khay cấp đông Q22 - Tổn thất lăm lạnh xe chất sản phẩm Q23
- Ngoăi ra một số sản phầm khi cấp đông người ta tiến hănh chđm thím nước để mạ một lớp băng trín bề mặt lăm cho bề mặt phẳng, đẹp, chống ôxi hoâ thực phẩm, nín cũng cần tính thím tổn thất do lăm lạnh nước Q24
3.4.2.1/ Tổn thất do sản phầm mang văo
Tổn thất nhiệt do sản phầm mang văo được tính theo công thức : Q21 = E . i1ℑ−i2
, kW Trong đó :
E : Năng suất kho cấp đông, kg/mẻ E = 3000 kg/mẻ
Nhiệt độ sản phẩm đầu văo do đê được lăm lạnh ở kho chờ đông, nín có thể lấy nhiệt độ đầu văo t1 = 10 0C
Nhiệt độ trung bình đầu ra của câc sản phầm cấp đông phải đạt – 180 C Tra bảng 4.2/ Sâch HDTKHTL – Trang 81 Ta chọn :
i1 = 283 kJ/kg i2 = 5 kJ/kg
ℑ : Thời gian cấp đông của một mẻ, giđy/mẻ
ℑ = 3 giờ = 3 x 3600 = 10800 giđy/mẻ Thay tất cả văo ta có : Q21 = 3000 . ( ) 10800 5 283− = 77,222222 kW = 77222,222 W
3.4.2.2/ Tổn thất do lăm lạnh khay cấp đông
- Đối với kho cấp đông, thực phẩm thường được đặt trín câc khay cấp đông loại 5 kg thực phầm.
- Câc đặc tính kỹ thuật của khay cấp đông loại 5 kg như sau :
Bảng 3-3 : Đặc tính kỹ thuật của khay cấp đông
STT Thông số Giâ trị
1 Kích thước 726 x 480 x 50
2 Vật liệu Nhôm tấm, dăy 2 mm
3 Khối lượng khay 2,7 kg
4 Dung tích chứa 5 kg
Tổn thất do lăm lạnh khay cấp đông được tính theo công thức : Q22 = MKh ( ) ℑ − 2 1 t t CP , kW Trong đó :
MKh : Tổng khối lượng khay cấp đông , kg
Tổng số lượng khay chứa sản phẩm trong kho lă 30005 = 600 Khay Mă mỗi khay cđn năng 2,7 kg. Do vậy :
MKh = 600 x 2,7 = 1620 kg
CP : Nhiệt dung riíng của vật liệu khay cấp đông, kJ/kg . K Vật liệu nhôm : CP = 0,896 kJ/kg . K
t1 , t2 : Nhiệt độ khay trước vă sau cấp đông, 0C t1 = 38 0C
t2 = -35 0C
ℑ : Thời gian cấp đông, giđy
ℑ = 3 giờ = 10800 giđy Thay tất cả văo ta có :
Q22 = 1620 ( ( )) 10800 35 38 896 , 0 − − = 9,8112 kW = 9811,2 W 3.4.2.3/ Tổn thất do lăm lạnh xe chất hăng Q23 = MX ( ) ℑ − 2 1 t t CP , kW Trong đó :
MX : Tổng khối lượng xe chất hăng, kg
- Xe chất hăng lă xe dùng để đỡ khay cấp đông sản phầm bín trong hầm cấp đông, xe được lăm bằng vật liệu thĩp không rỉ Inox định hình dăy 2 mm cho mỗi ngăn. Bânh xe chế tạo bằng vật liệu chịu được nhiệt độ đm sđu vă tải trọng chất hăng, khoảng câch giữa câc khay được bố trí một câch hợp lý nhằm tăng khả năng lưu thông gió trong tủ. Mỗi xe có khối lượng khoảng 50 kg, sức chứa lă 600 kg sản phẩm/ xe. Số lượng xe trong hầm lă 5 xe. Lúc đó ta có : MX = 5 x 50 = 250 kg
CP : Nhiệt dung riíng của vật liệu xe chất hăng, kJ/kg . K Vật liệu không rỉ Inox có CP = 0,046 kJ/kg . K
t1 , t2 : Nhiệt độ khay trước vă sau cấp đông , 0C t1 = 380C
t2 = -350C
ℑ: Thời gian cấp đông , giđy
ℑ = 3 giờ = 10800 giđy Thay tất cả văo ta có : Q23 = 250 . 0,04610800[38−(−35)] = 0,077731 kW = 77,731 W 3.4.2.4/ Tổn thất do lăm lạnh nước chđm Q24 = Mn . ℑ O q , kW Trong đó :
Mn : Khối lượng nước chđm , kg
- Khối lượng nước chđm chiếm khoảng 5 ÷10 % khối lượng hăng cấp đông, thường người ta chđm dăy khoảng 5mm.
Ta có : Mn = 3000 x 5 % = 150 kg
ℑ: Thời gian cấp đông, giđy
ℑ = 3 giờ = 10800 giđy
qO : Nhiệt lượng cần lăm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đâ hoăn toăn, kJ/kg
Nhiệt lăm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đâ hoăn toăn qo được xâc định theo công thức sau :
Cpn: Nhiệt dung riíng của nước : Cpn = 4,186 kJ/kg
r : Nhiệt đông đặc r = 333,6 kJ/kg Cpđ : Nhiệt dung riíng của đâ
Cpđ = 2,09 kJ/kg
t1 : Nhiệt độ nước đầu văo, 0C t1 = 50C
t2 : Nhiệt độ cđy đâ , 0C t2 = -5 ÷ -10 0C Thay văo ta có : qo = 4,186 . 5 + 333,6 + 2,09. −10 = 375,43 kJ/kg Thay tất cả văo ta có : Q24 = 150 37510800,43= 5,214305 kW = 5214,305 W Vậy tổn thất do sản phẩm mang văo Q2 lă :
Q2 = Q21 + Q22 + Q23 + Q24 , W
= 77222,222 + 9811,2 + 77,731 + 5214,305 = 92325,458 W
3.4.3/ Tổn thất nhiệt do vận hănh Q3
- Tổn thất nhiệt do mở cửa Q31
- Tổn thất nhiệt do chiếu sâng buồng Q32 - Tổn thất nhiệt do người toả ra Q33 - Tổn thất nhiệt do câc động cơ quạt Q34 - Tổn thất nhiệt do xả băng Q35
3.4.3.1/ Tổn thất nhiệt do mở cửa Q31
- Trong quâ trình vận hănh kho cấp đông, người vận hănh trong nhiều trường hợp cần phải mở cửa văo kiểm tra hăng vă câc thiết bị nín một lượng nhiệt vă ẩm thđm nhập văo phòng gđy ra tổn thất lạnh. Lượng nhiệt do mở cửa rất khó xâc định. Có thể xâc định lượng nhiệt mở cửa giống như kho lạnh như sau :
Q31 = B . F , W Trong đó :
B: Dòng nhiệt riíng khi mở cửa, W/m2
Tra bảng 4-4/ Sâch HDTKHTL – Trang 87 ta chọn : B = 32 W/m2
F: Diện tích buồng , m2
F = 4,8 x 3,9 = 18,72 m2 Thay văo ta có :
Q31 = 32 x 18,72 = 599,04 W
3.4.3.2/ Tổn thất nhiệt do chiếu sâng buồng Q32
Q32 = A . F , W Trong đó :
F: Diện tích buồng , m2 F = 18,72 m2
A: Nhiệt lượng toả ra khi chiếu sâng 1 m2 diện tích buồng, W/m2 . Chọn A = 1,2 W/m2
Thay văo ta có :
Q32 = 18,72 x 1,2 = 22,464 W 3.4.3.3/ Tổn thất nhiệt do người toả ra Q33
Dòng nhiệt do người toả ra được xâc định theo công thức : Q33 = 0,35 . n , kW
n: số người lăm việc trong buồng
Số người lăm việc trong kho cấp đông cỡ 1 ÷ 3 người
0,35 : Nhiệt lượng do một người thải ra khi lăm công việc nặng nhọc, 0,35 kW/người
Thay văo ta có :
Q33 = 0,35 x 2 = 0,7 kW = 700 W
3.4.3.4/ Tổn thất nhiệt do câc động cơ quạt Q34
Dòng nhiệt do câc động cơ quạt dăn lạnh có thể xâc định theo công thức sau :
Q34 = N , kW N : Công suất động cơ điện , kW
Câc buồng đông có từ 2 ÷4 quạt, công suất của quạt từ 1÷2,2 kW . Dăn lạnh buồng cấp đông có 4 quạt, công suất 2 kW
Vậy Q34 = 4 x 2 = 8 kW = 8000 W
3.4.3.5/ Tổn thất nhiệt do xả băng Q35
Tổn thất nhiệt do xả băng được tính theo biểu thức : Q35 = Qℑ , kW
Trong đó :
ℑ : Thời gian cấp đông, giđy
ℑ = 3 giờ = 108000 giđy
Q : lượng nhiệt do xả băng mang văo , kJ
Xả băng bằng nước, ta có :
Q = Gn . CP . ∆tn . ℑ1 , kJ
Gn : Lưu lượng nước xả băng , kg/s
Lưu lượng nước tối đa cần thiết 400 lít/phút dùng để xả đâ dăn lạnh . Như vậy Gn = 40060 , kg/s
CP : Nhiệt dung riíng của nước , kJ/kg . K CP = 4,186 kJ/kg . K
∆tn : Độ chính nhiệt độ nước văo ra xả băng , 0C ∆tn = 3 ÷ 5 0C
1
ℑ : Thời gian xả băng , giđy
1 ℑ = 60 giđy Thay văo ta có : Q = 40060 . 4,186 . 5 . 60 = 8372 kJ Thay văo ta có : Q35 = 108008372 = 0,775185 W = 775,185 W Như vậy tổn thất nhiệt do vận hănh Q3 sẽ lă :
Q3 = Q31 + Q32 + Q33 + Q34 + Q35 , W
= 599,04 + 22,464 + 700 + 8000 + 775,185 = 10096,689 W
3.4.4/ Xâc định tải nhiệt cho thiết bị vă cho mây nĩn
♦Tải nhiệt cho thiết bị
- Tải nhiệt cho thiết bị dùng để tính toân diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết cho thiết bị bay hơi. Để đảm bảo được nhiệt độ trong buồng ở những điều kiện bất lợi nhất, người ta phải tính toân tải nhiệt cho thiết bị lă tổng câc tải nhiệt thănh phần có giâ trị cao nhất.
QTB = Q1 + Q2 + Q3 , W
= 827,563 + 92325,458 + 10096,689 = 103249,71 W
♦Tải nhiệt mây nĩn
QMN = 80 % Q1 + 100%Q2 + 75% Q3
= 10080 .827,563 + 100100.92325,458 + 10075 . 10096,689 = 100560,025 W
Qo = b Q k. MN , W Trong đó :
k : Hệ số lạnh tính đến tổn thất trín đường ống vă thiết bị của hệ thống lạnh .
Chọn k = 1,1 b: hệ số thời gian lăm việc
Chọn b = 0,9
QMN : Tổng tải nhiệt của mây nĩn đối với nhiệt độ bay hơi , W . Thay tất cả văo ta có :
Qo = 1,1x1005600,9 ,025 = 122906,697 W ≈ 122,906 kW
3.5/ THĂNH LẬP SƠ ĐỒ , TÍNH TOÂN CHU TRÌNH LẠNH VĂ TÍNH CHỌN MÂY NĨN MÂY NĨN
3.5.1/ Chọn câc thông số của chế độ lăm việc
Chế độ lăm việc của một hệ thống lạnh được đặc trưng bằng bốn nhiệt độ sau : - Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh to
- Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk
- Nhiệt độ quâ lạnh của lỏng trước van tiết lưu tql - Nhiệt độ hơi hút về mây nĩn ( nhiệt độ quâ nhiệt) tqn
3.5.1.1/ Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh
- Phụ thuộc văo nhiệt độ buồng lạnh
- Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh dùng để tính toân thiết kế có thể lấy như sau :
to = tb - ∆to
tb : Nhiệt độ hầm đông gió , oC tb = - 350C
∆to : hiệu nhiệt độ yíu cầu ,oC Theo sâch HDTKHTL trang 158 ta có
Chon ∆to = 9oC
Vậy ta có : to = -35 –9 = -44oC
3.5.1.2/ Nhiệt độ ngưng tụ tk
- Phụ thuộc văo nhiệt độ của môi trường lăm mât của thiết bị ngưng tụ tk = tw + ∆tk, oC
Trong đó :
Do thiết bị ngưng tụ được chọn để thiết kế trong hệ thống lạnh lă thiết bị ngưng tụ kiểu dăn ngưng bay hơi .
Vì vậy tw = tư + ( 4 ÷8 k ) Mă tư = 34,5o C
==> tw = 34,5 + ( 4 ÷8 k ) chọn 39 oC ∆tk : hiệu nhiệt độ ngưng tụ yíu cầu, oC
∆tk = 3 ÷5 oC Thay văo ta có :
tk = 39 + (3 ÷5 oC ) chọn 42oC
3.5.1.3/ Nhiệt độ quâ lạnh tql
Lă nhiệt độ môi chất lỏng trước khi đi văo van tiết lưu tql = tw1 + (3 ÷5 oC )
Trong đó :
tw1 : nhiệt độ nước văo dăn ngưng, oC tw1 = 30oC
Thay văo ta có :
tql = 30 + ( 3 ÷5 oC) Chọn tql = 33 oC
3.5.1.4/ Nhiệt độ hơi hút th
Lă nhiệt độ của hơi trước khi văo mây nĩn. Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất .
Với môi chất lă NH3, Nhiệt độ hơi hút cao hơn nhiệt độ sôi từ 5 đến 15oC, nghĩa lă độ quâ nhiệt hơi hút ∆th = 5 ÷ 15 K lă có thể đảm bảo độ an toăn cho mây khi lăm việc.
th = to + ( 5 ÷15)oC = -44oC + ( 5 ÷15)oC Chọn th = -35oC
3.5.2/ Thănh lập sơ đồ vă tính toân chu trình lạnh
Ta nhận thấy : Po ( to = - 44oC ) = 0,0576 MPa Pk ( tk = 42 oC) = 1,6429 Mpa Do đó ta có : Tỷ số nĩn 28,52 0576 , 0 6429 , 1 = = = o k p p π Ta thấy tỷ số nĩn π = 28,52 > 9
Vì vậy ta chọn chu trình lạnh mây nĩn 2 cấp lăm mât trung gian hoăn toăn bình trung gian có ống xoắn .
3.5.2.1/ Thănh lập sơ đồ6 6 8 TL2 TL1 7 5’ 4 2 1 NT BH NCA NHA BTG 3 5 BH : Bình bay hơi NHA :Mây nĩn hạ âp NCA : Mây nĩn cao âp NT : Bình ngưng tụ
TL1, TL2 : Van tiết lưu 1 vă 2. BTG Bình trung gian
Hình 3-1 : Chu trình hai cấp nĩn bình trung gian có ống xoắn to, Po tK, PK 5’ 5 6 8 7 9 3 1’ 1 2 4 T S Ptg
Hình 3-2 :Chu trình biểu diễn trín đồ thị T-S
Hình 3-3 : Chu trình biểu diễn trín đồ thị lgP-h
1/ Chu trình hoạt động như sau
Hơi sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi được mây nĩn hạ âp nĩn đoạn nhiệt đến âp suất trung gian (điểm 2) rồi được sục văo bình trung gian vă được lăm mât hoăn toăn thănh hơi bêo hoă khô, hỗn hợp hơi bêo hoă khô tạo thănh ở bình trung gian được mây nĩn cao âp hút về vă nĩn đoạn nhiệt đến âp suất ngưng tụ PK (điểm 4). Sau đó đi văo thiết bị ngưng tụ vă nhả nhiệt trong môi trường lăm mât ngưng tụ thănh lỏng cao âp (điểm 5). Tại đđy nó chia ra lăm 2 dòng, một dòng nhỏ thì đi qua van tiết lưu 1 giảm âp suất đến âp suất trung gian Ptg (điểm 7) rồi đi văo bình trung gian. Tại đđy lượng hơi tạo thănh do van tiết lưu 1 cùng với lượng hơi tạo thănh do lăm mât hoăn toăn hơi nĩn trung âp vă lượng hơi tạo thănh do lăm quâ lạnh lỏng cao âp trong ống xoắn được hút về mây nĩn cao âp . Một dòng lỏng cao âp còn lại đi văo trong ống xoắn của bình trung gian vă được quâ lạnh đẳng âp đến điểm 6 sau đó đi qua van tiết lưu 2 giảm âp suất đến âp suất bay hơi (điểm 9). Sau đó đi văo thiết bị bay hơi nhận nhiệt của sản phẩm cần lăm lạnh hoâ hơi đẳng âp đẳng nhiệt thănh hơi (1’) vă chu trình cứ thế tiếp tục .
2/ Câc quâ trình của chu trình
to,Po tK,PK Ptg 9 8 7 6 5 5’ 1’ 1 2 4 h 3 lgP
- 1’-1: Quâ nhiệt hơi hút
- 1-2 : Nĩn đoạn nhiệt âp hạ âp từ Po lín Ptg
- 2-3 : Lăm mât hơi quâ nhiệt hạ âp xuống đường bảo hoă X = 1 - 3-4 : Nĩn đoạn nhiệt cấp cao âp từ Ptg lín Px
- 4-5’-5 : Lăm mât ngưng tụ vă quâ lạnh lỏng trong dăn ngưng tụ - 5-7 : Tiết lưu từ âp suất PK văo bình trung gian
- 5-6 : Quâ lạnh lỏng đẳng âp trong bình trung gian - 6-9 : Tiết lưu từ âp suất PK xuống Po
- 9-1’ : Bay hơi thu nhiệt của môi trường lạnh .
3/ Xâc định chu trình hai cấp bình trung gian ống xoắn a/ Thông số trạng thâi của câc điểm nút của chu trình
Bảng 3-4 : Câc thông số trạng thâi tại câc điểm nút cơ bản của chu trình