Môi chất R22

1. Tổng quan về kho trữ đông

2.3.2 Môi chất R22

Môi chất lạnh R22 có công thức hóa học CHC1F2 là một chất khí không mầu, có mùi thơm rất nhẹ.

Nếu làm mát bằng nước ở nhiệt độ ngưng tụ 30 độ C, áp suất ngưng tụ là 1.19MPa, làm mát bằng không khí ở nhiệt độ ngưng tụ 42 độ C, áp suất ngưng tụ sẽ là 1,6MPa.

Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển là -40,8 độ C nên áp suất bay hơi thường lớn hơn áp suất khí quyển.

R22 có áp suất trung bình giống như ammoniac nhưng có ưu điểm là tỉ số nén thấp hơn, bởi vậy với máy nén 2 cấp có thể đạt nhiệt độ đến - 60 đến - 70 độ C. Nhiệt độ hóa rắn của R22 cũng thấp hơn.

Năng suất lạnh riêng khối lượng lớn hơn của R12.

Năng suất lạnh riêng thể tích lớn hơn của R12 khoảng 1,6 lần nên có thể nạp R22 cho máy nén R12 để nâng cao năng suất lạnh nếu độ bền máy nén cũng như công suất động cơ cho phép. Máy nén gọn nhẹ hơn.

Khả năng trao đổi nhiệt lớn hơn của R12 khoảng 1,3 lần. Trong các thiết bị trao đổi nhiệt với nước, có bố trí cánh tản nhiệt về phía R22. Các thiết bị trao đổi nhiệt gọn hơn.

Khả năng lưu động của môi chất lớn hơn trong các đường ống nhỏ hơn.

R22 hòa tan hạn chế dầu gây khó khăn phức tạp cho việc bôi trơn, ở khoảng môi chất không hòa tan dầu -40 đến -20 độ C, dầu có nguy cơ bám lại dàn bay hơi làm cho máy nén thiếu dầu. Thường người ta tránh không cho máy lạnh làm việc ở chế độ này.

R22 không hòa tan nước nhưng mức độ hòa tan lớn gấp 5 lần của R12 nên nguy cơ tắc ẩm cũng giảm đi.

R22 cũng có tính rửa sạch bẩn, cát trên thành máy nén và thiết bị ngưng ở mức độ ít hơn R12.

R22 không dẫn điện ở thể hơi nhưng có thể dẫn điện ở thể lỏng nên tuyệt đối không để lỏng lọt về động cơ máy rửa kín. Tất cả các tính chất về điện của R22 đều kém hơn của R12. Đặc biệt khi có ẩm, bẩn, các chỉ số này giảm xuống nhanh chóng, ẩm tuy ít nhưng vẫn có thể gây ra các vùng đọng sương gây chập vòng dây hoặc phóng điện ở các cọc tiếp điện. Sự cố về động cơ điện và sự cố về điện nói chung ở máy nén kín R22 nhiệt hơn rõ rệt so với R12.

R22 bền vững ở phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc. Có chất xúc tác là thép, R22 phân hủy ở nhiệt độ 550 độ C có thành phần Clo và Phosgen rất độc giống như R12.

R22 không có tác dụng với kim loại và phi kim loại chế tạo máy nhưng hòa tan và làm trương phồng một số chất hữu cơ như R12.

R22 không cháy và nổ, tuy độ an toàn thấp hơn R12.

R22 không gây độc với cơ thể sông, khi hàm lượng cao trong không khí chỉ gây ngạt thở vì thiếu Oxi.

R22 không làm biến chất thực phẩm bảo quản. R22 đắt nhưng dễ kiếm, dễ vận chuyển và bảo quản.

R22 sử dụng cho máy lạnh nó năng suất trung bình lớn và rất lớn, được ứng dụng trong nhiều mục đích khác nhau, đặc biệt là trong vấn đề điều tiết không khí.

Mức độ phá hủy tầng Ozon của R22 nhỏ nhưng nó lại gây hiệu ứng nhà kính làm nhiệt độ trái đất tăng lên. Tuy nhiên do chưa tìm được môi chất thay thế hiệu quả, R22 còn được sử dụng đến năm 2045 ở Việt Nam

2.3.3 Vì sao chon R22 trong kho lạnh

Loại môi chất này đang được sử dụng khá phổ biến hiện nay, bền vững ở phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc.an toàn không cháy nổ, khả năng hòa tan nước cao tránh gây tắc ẩm và không dẫn điện.

Nhiệt độ đông đặc thấp hơn nhiệt độ bay hơi nhiều và nhiệt độ tới hạn cao hơn nhiệt độ ngưng tụ nhiều và nó có độ nhớt động học nhỏ.

Loại môi chất này hiện nay đang được sử dụng rất phổ biến trên thị trường hiện nay vì vậy nó dễ tìm kiếm để thay thế.

Không độc đối với cơ thể sống và không biến chất thực phẩm bảo quản.

2.4 Các thông số chế độ làm việc

Việc chọn các thông số làm việc cho hệ thống lạnh là rất quan trọng vì nếu chọn được một chế độ làm việc hợp lý, đúng đắn sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao, năng suất lạnh tăng trong khi điện năng tiêu tốn ít. Chế độ làm việc của hệ thống lạnh được đặc trưng bằng 4 thông số sau:

Nhiệt độ sôi của môi chất . Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất.

Nhiệt độ quá lạnh của môi chất lỏng trong thiết bị ngưng tụ và nhiệt độ của môi chất lỏng trước van tiết lưu.

Hình 2.4. Sơ đồ nguyên ly

1: Máy nén 8: Van điện từ

2: Dàn ngưng 9a:Van chặn đường đi

3: Van tiết lưu 9b: Van chặn đường về

4: Dàn lạnh 10: Bộ rơle và đồng hồ áp thấp

5: Bình chứa cao áp 11: Bộ rơle và đồng hồ áp thấp 6: Phin lọc 12a:Quạt dàn ngưng

7: Mắt xem gas 12b: Quạt đàn lạnh

Nguyên ly hoạt động:

Máy nén hút hơi môi chất có trạng thái nhiệt độ thấp, áp suất thấp to, po ở dang lạnh và nén đoạn nhiệt lên dàn ngưng lúc này môi chất có trạng thaasi ấp suất cao nhiệt độ cao tk, pk lúc này môi chất sẽ được dàn ngưng giải nhiệt, hạ nhiệt độ xuống, môi chất hóa lỏng nhưng áp suất không đổi và môi chất được đưa vào bình chứa cao áp. Môi chất lỏng từ bình chứa cao áp qua phin lọc, tiếp tục đi qua kính xem gas tới van điện từ, đến van tiết lưu nhiệt ( van tiết lưu nhiệt nhận tín hiệu sau dàn lạnh).

Môi chất sau khi qua van tiết lưu áp suất sẽ giảm xuống po đi vào dàn lạnh rồi bốc hơi sau quá trình trao đổi nhiệt môi chất lại được hút về máy nén và tiếp tục vòng tuần hoàn.

trong đó: v g G V  h V F  trong đó: Chương 3

TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ VÀ THIẾT BI CỦA MÔ HÌNH

3.1. Tính toán kích thước kho trữ đông:

- Giả sử kho trữ thịt bò,chiều cao xếp hàng là 0,5m, nhiệt độ trong kho là -12oC, khối lượng hàng nhập vào trong kho là 30kg, sản phẩm trước khi đưa vào trong kho đã được cấp đông -18 oC

3.1.1.Thể tích kho kho lạnh:

V: thể tích kho lạnh( m3) G: công suất kho lạnh(tấn) gv: định mức chất tải( tấn/m3)

- Buồng được thiết kế với mặt hàng là thịt bò chế biến nên ta chọn: gv = 0.35 t/m3 (Bảng 2-4 [ 1]). Ta được: v g G V   0.03 0.0857 0.35 V   (m3). 3.1.2. Diện tích chất tải: F: diện tích chất tải( m2) V: thể tích kho lạnh (m3) h: chiều cao chất tải (m)

 0.0857

0.1714 0.5

F   ( m2)

3.1.3. Tải trọng trên một m2 diện tích nền buồng:

gF gvh

gF: Định mức chất tải theo diện tích ( tấn/m2) Ta có: gvh=0.350.5= 0.17 gF= 0.03 0.17 0.1714 G F  

ta thấy: gF = gvh= 0.17 bằng mức cho phép.

Fxd=

F F

 trong đó:

- Diện tích kho lạnh thực tế cần tính khoảng hở giữa các lô hàng, diện tích lắp đặt dàn lạnh… vì thế, diện tích xây dựng phải lớn hơn diện tích tính toán ở trên và được xác định theo công thức:

Fxd: diện tích kho lạnh cần xây dựng ( m2) F: diện tích chất tải ( m2) F: hệ số sử dụng diện tích( tính đến diện tích đường đi lại, khoảng hở giữa các lô hàng, diện tích lắp đặt dàn lạnh…).

Ta có F = 0.1714 (m2)  F= 0.5 (bảng 2-5/34/[1])  Fxd= F F  =0.1714 0.5 =0.343 ( m2)

 Lắp ghép kho lạnh chọn buồng lạnh riêng và phòng máy riêng .  Diện tích kho lạnh = diện tích buồng.

Chọn 1 buồng lạnh lắp ghép: C  R  D – 850  540  650 mm

 Fxd = 0.54  0.65 = 0.351 (m2)

3.2. Tính cách nhiệt cho kho lạnh:

Cách nhiệt kho lạnh có nhiệm vụ là ngăn không cho dòng nhiệt tổn thất nhiệt từ trong buồng lạnh có nhiệt độ thấp ra ngoài môi trường có nhiệt độ cao.Chất lượng của vách cách nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào tính chất của vật liệu cách nhiệt, yêu cầu quan trọng nhất của vật liệu cách nhiệt là phải có hệ số dẫn nhiệt( (w/m.k)) nhỏ.

Yêu cầu đối với cách nhiệt buồng lạnh :

1) Vách ngoài của kết bao che không được đọng sương, nghĩa là độ dày của lớp cách nhiệt phải đủ dày để nhiệt độ bề mặt vách ngoài lớn hơn nhiệt độ đọng sương ts( tf > ts).

2) Chọn chiều dày cách nhiệt sao cho giá thành một đơn vị lạnh (1000 kcal/h) là thấp nhất.

3) Đảm bảo độ bền vững lâu dài theo tuổi thọ dự kiến của kho.

4) Chịu được tải trọng của bản thân và của hàng bảo quản xếp trên nền hoặc treo trên giá treo ở tường hoặc trần .

5) Phải chống được cháy nổ và đảm bảo an toàn. 6) Phải thuận tiện cho việc bốc dỡ và xếp hang.

3.2.1. Tính cách nhiệt cho vách:

Chiều dày vách cách nhiệt được tính theo biểu thức sau :

                  n i i i 1 2 1 cn cn 1 1 k 1       Trong đó:

δcn: Độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt (m). cn: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt (W/m.k) k: Hệ số truyền nhiệt ( tra bảng 3-3 đến 3-6 trang 84 ) [1].

1: Hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài( phía nóng) tới tường cách nhiệt (W/m2.k).

2: Hệ số toả nhiệt của vách buồng lạnh vào buồng lạnh (W/m2.k). i: Bề dày của lớp vật liệu xây dựng thứ i (m). i: Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu xây dựng thứ i (W/m2.k) Ta có :

Chọn chế độ bảo quản : t = -12oC

Hệ số truyền nhiệt vách ngoài khi nhiệt độ buồng lạnh t = -12oC :

k = 0.23 W/m2.K Bảng 3.3 [1]

Hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài ( phía nóng ) :

Tường bao và mái: ng = 23.3 W/m2.K Bảng 3.7 [1]

Hệ số tỏa nhiệt của bề mặt trong của buồng cưỡng bức vừa phải :

tr = 9 W/m2.K Bảng 3.7 [1]

Chọn PU foam :

Tường bao

Bảng 3.1 : Hệ số dẫn nhiệt

Vật liệu di ( m ) i( W/m.K )

PU foam cn 0,019

Tôn 0.001 58

Mica 0.005 0,78

Sơn bảo vệ 0,0005 0,291

 cn 1 1 0.001 0.005 0.0005 1 0.019 0.08( ) 0.23 23.3 58 0.78 0.291 9 m             

 chọn chiều dày lớp cách nhiệt là 80 mm

3.2.2. Kiểm tra đọng sương :

Nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất tại Tp.HCM là t1=37.3oc, độ ẩm  =74%. Tra đồ thị h-x hình 1-1 trang 9 ta được ts=33 oC nhiệt độ buồng lạnh t2=-12 oC, theo bảng 3-7 ta có: 1 =23.3 W/m2.K.

Hệ số truyền nhiệt đọng sương : ks=0.95.1. 2 1 1 t t t t s   =0.9523.3 37.3 33 37.3 ( 12)    = 1.93 (W/m2.K) Hệ số truyền nhiệt thực:

1 2 1 1 1 1 0.001 0.005 0.0005 0.08 1 1 1 23.3 58 0.78 0.291 0.019 9 t n i cn i i cn K a                 = 0.2287 (W/m2.K)

Ta thấy: ks= 1.93 > kt=0.2287 như vậy vách ngoài không đọng sương.

3.3. Tính tổn thất 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 nhiệt độ được ổn định giữa buồng lạnh và không khí bên ngoài.

Mục đích cuối cùng của việc tính toán nhiệt kho lạnh là để xác định năng suất lạnh của máy lạnh cần lắp đặt.

Dòng nhiệt tổn thất Q=Qitại một thời điểm nhất định được gọi là phụ tải nhiệt của thiết bị lạnh.

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4

Q: tổng tổn thất nhiệt( phụ tải nhiệt).

Q1: tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che( phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ bên ngoài). Q2: tổn thất do làm lạnh sản phẩm (phụ thuộc vào thời vụ).

Q3: tổn thất do thông gió ( phụ thuộc vào loại hang bảo quản).

Q4: tổn thất do vận hành( phụ thuộc công nghệ chế biến và bảo quản).

3.3.1 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che (Q1):

Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che là tổng dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong kho.

Q1=ktF(t1-t2) (W) Trong đó:

Q1 : Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che (W).

kt : Hệ số truyền nhiệt thực của vách, nền, trần (W/m2.K). F : Diện tích kết cấu bao che (m2).

t1,t2 : Nhiệt độ bên ngoài và bên trong kho(oC). Diện tích bao che (6 mặt):

F = Dài x Rộng x Cao Dài : 0.65m Rộng : 0.54 m Cao : 0.85m F = [ ( 0.65 x 0.85) + (0.54 x 0.85) + (0.65 x 0.54) ] x 2 = 2.725 (m2)  Q1 = 0.28 x 2.725 x (37.3 - (-12)) = 37.62 (W) Tổn thất nhiệt do làm lạnh sản phẩm và bao bì:

Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra khi xử lí lạnh được tính theo biểu thức sau: Q2=Q21+Q22 (kW)

Trong đó:

Q21: tổn thất nhiệt do làm lạnh sản phẩm (kW) Q22: tổn thất nhiệt do làm lạnh bao bì (kW)

* Tính Q21:

Q21 = 0 do nhiệt độ sản phẩm vào thấp hơn nhiệt độ buồng. * Tính Q22:

Q22 = 0 do bao bì đã được cấp đông -18 trước khi vào kho lạnh.

Vậy : Q2 = 0 (W)

3.3.2. Tổn thất do thông gió Q3:

Q3 = 0 Vì dòng nhiệt tổn thất do thông gió buồng lạnh chỉ tính toán cho các

buồng lạnh đặc biệt bảo quản rau hoa quả và các sản phẩm hô hấp.

3.3.3. Tổn thất do vận hành: Q4=Q41+Q42+Q43+Q44+Q45 * Tính Q41: tổn thất do chiếu sáng: Q41 = AF (W) Trong đó: F: diện tích buồng lạnh( m2). F = 0.54 x 0.65 = 0.351 (m2).

A: nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng 1 m2 diện tích buồng hay diện tích nền(w/m2.k).

Đối với buồng bảo quản A = 1.2 (W/m2.K).

 Q41 = AF = 1.20.351 = 0.42 (W)

* Tính Q42: nhiệt do người toả ra:

 Vì là mô hình nhỏ nên không có người ra vào Q42 = 0 * Tính Q43: tổn thất nhiệt do động cơ điện:

Dòng nhiệt do các động cơ điện làm việc trong buồng lạnh (động cơ quạt dàn lạnh) gồm 2 quạt. Công suất quạt 25 ÷ 30 W

Q43 = 225 = 50 W

* Tính Q44: tổn thất nhiệt khi mở cửa:

Q44 = BF (W) Trong đó:

B: dòng nhiệt riêng khi mở cửa(W/m2)

B: tra bảng 4-4 trang 113 [1] với F = 0.351 m2 được B = 23 (W/m2) F: diện tích buồng( m2)

* Tính Q45: tổn thất do xả tuyết: Q45 = 3600 24 . .   N n (kW) Trong đó:

n: Số lần xả tuyết /ngày đêm( chọn n = 3 lần/ ngày đêm). N: Công suất điện trở(kw ).( N = 50 W).

 : thời gian 1 lần xả tuyết (s) 5 phút

 Q45 = 3 50 300 24 3600

 

 = 0.52 (kW) = 520 (W)

 Q4 = 0.42 + 0 + 50 + 8 + 520 = 578.42 (W)

Bảng 3.2 Tổng hợp các kết quả tính toán nhiệt tải kho lạnh.

Q1 (W) Q2 (W) Q4 (W) Q (W)

37.62 0 578.42 616

3.4 Xác định phụ tải nhiệt máy nén:

Do các tổn thất trong các kho lạnh không đồng thời xảy ra nên công suất nhiệt yêu cầu thực tế sẽ nhỏ hơn tổng của các tổn thất nhiệt. Để tránh cho máy nén có công suất lạnh quá lớn, tải nhiệt máy nén cũng được tính toán từ các tải nhiệt thành phần nhưng tùy theo từng loại kho lạnh có thể chỉ lấy một phần tổng của nhiệt tải đó.

Với kho lạnh bảo quản chả bò thì: QMN = 0.75  Qtải = 0.75616 = 462 W

Năng suất lạnh của máy nén được xác định theo biểu thức: Ct 4-24 [1]. Q0 = k QMN b  = 1.052 462 0.9  = 540 W = 0.54 kW Trong đó:

- b: hệ số thời gian làm việc của máy nén, thường lấy b = 0,9 (máy nén làm việc 22 giờ/ngày do xả băng dàn lạnh và giảm tải cho máy nén).

- k : hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh. Chọn k= 1,052 (nội suy). Trang 121 [1]

3.5 Tính toán các thông số của chu trình.

Các thông số của chế độ làm việc

- Việc chọn các thông số làm việc cho hệ thống lạnh là rất quan trọng vì nếu chọn được một chế độ làm việc hợp lý, đúng đắn sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao, năng suất lạnh tăng trong khi điện năng tiêu tốn ít. Chế độ làm việc của hệ thống lạnh được