CHƯƠNG 3 TÍNH TỐN PHỤ TẢI LẠNH
3.2 Tính tốn nhiệt hệ thống cấp đông IQF
3.2.1 Tổn thất do truyền nhiệt qua kết cấu bao che
Tổn thất qua kết cấu bao che của các buồng cấp đơng có thể tính theo cơng thức truyền nhiệt thơng thường:
Q1=k.F.∆t F - tổng diện tích 6 mặt của buồng cấp đơng, m2
∆t = tkkn-tkkt ;
tkkn – nhiệt độ khơng khí bên ngồi ℃
Thường tủ cấp đông đặt trong khu chế biến ,có nhiệt độ khá thấp do có điều hịa khơng khí , lấy tkkn = 20÷ 22℃
tkkt – nhiệt độ khơng khí bên trong cấp đơng k – hệ số truyền nhiệt , W/m2.K
3.2.2 Tổn thất do làm lạnh sản phẩm
Tổn thất nhiệt do làm lạnh sản phẩm được tính theo cơng thức sau : Q2=E.i1−i2
3600 (W)
E – năng suất kho cấp đông , kg/h
i1,i2 – entanpi của sản phẩm ở nhiệt độ đầu vào và ra , J/kg; 3.2.3 Tổn thất do động cơ điện
3.2.3.1. Do động cơ quạt
Quạt dàn lạnh đặt ở trong buồng cấp đơng nên dịng nhiệt do các động cơ quạt dàn lạnh có thể xác định theo biểu thức :
Q31=1000n.N (W) N – công suất động cơ của quạt, kW
n – số quạt của buồng cấp đông.
3.2.3.2. Do động cơ băng tải gây ra
Động cơ băng tải nằm ở bên ngồi buồng cấp đơng , biến điện năng thành cơ năng làm chuyển động băng tải. Trong quá trình băng tải chuyển động sinh công và tỏa nhiệt ra môi trường bên trong buồng . Có thể tính tổn thất nhiệt do động cơ băng tải gây ra như sau:
Q32= 1000η.N2 ; W
η – hiệu suất của động cơ băng tải
N2 – công suất điện động cơ băng tải , kW
3.2.4 Tổn thất do lọt khí bên ngồi vào
Đối với các buồng cấp đơng IQF , trong q trình làm việc do các băng tải chuyển động vào ra nên ở các cửa ra vào phải có một khoảng hở nhất định. Mặt khác khi băng tải vào ra buồng cấp đơng nó sẽ cuốn vào ra một lượng khí nhất định, gây ra tổn thất nhiệt. Tổn thất nhiệt này có thể tính như sau:
Q4=Gkk.Cpkk(t1-t2) Gkk – lưu lượng khơng khí lọt, kg/s;
Cpkk – nhiệt dung riêng trung bình của khơng khí trong khoảng -40÷ 20℃
t1,t2 – nhiệt độ khơng khí bên ngồi và bên trong buồng.
Việc tính tốn Gkk thực tế rất khó nên có thể căn cứ vào tốc độ băng chuyền và diện tích cửa vào ra để xác định Gkk một cách gần đúng, như sau:
Gkk= ρkk.ω.F
ρkk – khối lượng riêng của khơng khí,kg/m3 ;
ω – tốc độ chuyển động của băng tải, m/s;
F – tổng diện tích khoảng hở cửa vào và cửa ra của băng tải, m2.
Diện tích khoảng hở được xác định căn cứ vào khoảng hở giữa băng tải và chiều rộng của nó, thơng thường khoảng hơ khoảng 35 ÷ 50mm
3.2.5 Kết quả tính tốn của buồng cấp đơng IQF
3.2.5.1. Tổn thất do truyền nhiệt qua kết cấu bao che
Bảng 3.10:Kết quả tính tốn k W/m2K F m2 tkkn℃ tkkt ℃ ∆t ℃ Q1 kW 0.131 229.12 20 -40 60 1.8 3.2.5.2. Tổn thất do làm lạnh sản phẩm Bảng 3.11:Kết quả tính tốn E kg/h t1 ℃ i1 kJ/kg t2 ℃ i2 kJ/kg Q2 kW 500 4 262.6 -18 5.0 35.77 3.2.5.3. Tổn thất do vận hành Q4=Q41+Q42
Q41: tổn thất do động cơ điện lấy bằng điện năng tiêu thụ → Q41=24 kW Q42: tổn thất do lọt khí bên ngồi vào
Tổn thất do lọt khí bên ngồi vào
Q42=Gkk.Cpkk(t1-t2) Gkk – lưu lượng khơng khí lọt, kg/s;
Cpkk=1.005 kJ/kg.K : nhiệt dung riêng trung bình của khơng khí trong khoảng -40
÷ 20℃
t1,t2 – nhiệt độ khơng khí bên ngồi và bên trong buồng.
Việc tính tốn Gkk thực tế rất khó nên có thể căn cứ vào tốc độ băng chuyền và diện tích cửa vào ra để xác định Gkk một cách gần đúng, như sau:
Gkk= ρkk.ω.F
ρkk=1.205 kg/m3 khối lượng riêng của khơng khí ở 20 ℃ ;
ω=thời giancấpđơngchiềudài băng tải =1625=0.64 m/phút =0.01 m/s – tốc độ chuyển động của băng tải
F=2*chiều rộng băng tải*khoảng hở = 2*3.3*0.035=0.231 m2 – tổng diện tích khoảng hở cửa vào và cửa ra của băng tải
Diện tích khoảng hở được xác định căn cứ vào khoảng hở giữa băng tải và chiều rộng của nó, thơng thường khoảng hơ khoảng 35 ÷ 50mm
Bảng 3.12:Kết quả tính tốn
Cpkk
kJ/kg.K t1 ℃ t2 ℃ kg/mρkk 3 ω m/s F m2 Gkk kg/s Q42 kW
1.005 20 -40 1.205 0.01 0.231 0.0028 0.17
3.2.6 Kết quả tính tốn của buồng tái đơng
3.2.6.1. Tổn thất do truyền nhiệt qua kết cấu bao che
Bảng 3.13:Kết quả tính tốn k W/m2K F m2 tkkn℃ tkkt ℃ ∆t ℃ Q1 kW 0.131 84.82 20 -40 60 0.67 3.2.6.2. Tổn thất do làm lạnh sản phẩm Q2=Q21+Q22 Trong đó:
Q21 : Nhiệt lượng cần lấy đi từ sản phẩm để kết tinh nước bám dính lên sản phẩm khi đi qua bể nước mạ băng.
Q22 : Nhiệt lượng cần lấy ra để làm giảm nhiệt độ của nước đóng băng đến nhiệt độ cuối q trình làm đơng
a)Nhiệt lượng cần lấy đi từ sản phẩm để kết tinh nước bám dính lên sản phẩm khi đi qua bể nước mạ băng.
Q21 = L . Gn . W . φ
Tong đó :
L= 333.6 kJ/kg: nhiệt đóng băng của nước đá.
Gn : khối lượng nước bám dính lên bề mặt sản phẩm cấp đông trong một giờ. Gn = 10%E=50kg/h
φ = 80% : hàm lượng nước trung bình trong thủy sản.
W= 90% : hàm lượng nước đóng băng trong thủy sản so với lượng nước ban đầu có trong thủy sản .
→Q21 = 333.6*50*0.9*0.8= 12117.6 kJ/h = 3.366 kW
b)Nhiệt lượng cần lấy ra để làm giảm nhiệt độ của nước đóng băng đến nhiệt độ cuối q trình làm đơng
Q22=C.Gn.φ.W.(tđb-t2) Tong đó :
C= 2,09 kJ/kg.K: nhiệt dung riêng của nước đá
Gn : khối lượng nước bám dính lên bề mặt sản phẩm cấp đơng trong một giờ. Gn = 10%E=50kg/h
φ = 80% : hàm lượng nước trung bình trong thủy sản.
W= 90% : hàm lượng nước đóng băng trong thủy sản so với lượng nước ban đầu có trong thủy sản .
tđb = -1 ℃ : nhiệt độ đóng băng trung bình của nước trong thủy sản. t2 : nhiệt độ trung bình của sản phẩm cuối q trình làm đơng.
t2 = tbm+ttt 2
Ta có : tbm = tkkt + (5 ÷10℃¿= -40 +8= -32 ℃ : nhiệt độ bề mặt sản phẩm cuối q trình làm đơng
ttt = -18 ℃ : nhiệt độ tâm sản phẩm cuối quá trình làm đông.
→t2 =−32−182 =−25℃
→Q22=2,09.50.0,8.0,9.(-1+25) = 1805,76 kJ/h = 0,5 kW
→Q2= Q21+Q22=3,366+0,5=3,866 kW 3.2.6.3. Tổn thất do vận hành
Q4=Q41+Q42
Q41: tổn thất do động cơ điện lấy bằng điện năng tiêu thụ → Q41=12 kW Q42: tổn thất do lọt khí bên ngồi vào
Tổn thất do lọt khí bên ngồi vào
Q4=Gkk.Cpkk(t1-t2) Gkk – lưu lượng khơng khí lọt, kg/s;
Cpkk=1.005 kJ/kg.K : nhiệt dung riêng trung bình của khơng khí trong khoảng -40
÷ 20℃
t1,t2 – nhiệt độ khơng khí bên ngồi và bên trong buồng.
Việc tính tốn Gkk thực tế rất khó nên có thể căn cứ vào tốc độ băng chuyền và diện tích cửa vào ra để xác định Gkk một cách gần đúng, như sau:
Gkk= ρkk.ω.F
ρkk=1.205 kg/m3 khối lượng riêng của khơng khí ở 20 ℃ ;
ω=thời giancấpđôngchiềudài băngtải =4,925=0.196 m/phút =0.0033 m/s – tốc độ chuyển động của băng tải
F=2*chiều rộng băng tải*khoảng hở = 2*3.3*0.035=0.231 m2 – tổng diện tích khoảng hở cửa vào và cửa ra của băng tải
Diện tích khoảng hở được xác định căn cứ vào khoảng hở giữa băng tải và chiều rộng của nó, thơng thường khoảng hơ khoảng 35 ÷ 50mm
Bảng 3.14:Kết quả tính tốn
Cpkk
kJ/kg.K t1 ℃ t2 ℃ kg/mρkk 3 ω m/s F m2 Gkk kg/s Q4 kW
1.005 20 -40 1.205 0.0033 0.231 0.0009 0.05
→Tổng nhiệt tải : ∑Q = Q1 + Q2 + Q41 + Q42 = 0,67+3,866+12+0,05= 16,586 kW Vậy tổng tải nhiệt của hệ thống cấp đông IQF: QIQF= 61,74+16,586 = 78,326 kW
3.2.6.4. Tính Phụ tải cho thiết bị và máy nén - Phụ tải của thiết bị:
- Phụ tải của máy nén:
QMN =85%Q1 + 100%Q2 + 60%Q4 Kết quả được tổng hợp ở bảng sau:
Bảng 3.15:Kết quả tính tốn phụ tải cho thiết bị và máy nén cho thiết bị cấp đông
Q1 (kW) Q2(kW) Q4(kW) ∑Q(kW) QMN(kW) QTB(kW)
Thiết bị cấp
đông 2,47 39,636 36,22 78,326 63,47 78,326