Tính Tốn Tổn Thất Nhiệt Trong Hệ Thống Làm Lạnh Của Nhà Máy Bia 3.1 Giới Thiệu Chung Về Hệ Thống
Trong các nhà máy bia người ta sử dụng hệ thống lạnh trung tâm để làm lạnh các đối tượng sau :
- Làm lạnh các tank lên men và tank thành phẩm
- Làm lạnh tank men giống
- Làm lạnh nhanh nước 1oC
- Làm lạnh nhanh dịch đường sau hệ thống nấu.
- Làm lạnh trung gian hệ thống CO2
- Các hộ tiêu thụ khác: bảo quản hoan, điều hồ khơng khí vv...
Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh trung tâm sử dụng môi chất NH3 ở nhà máy bia hiện đại được minh họa trong hình. Hệ thơng lạnh sử dụng glycol và nước làm chất tải lạnh. Trước đây, trong nhiều nhà máy bia người ta sử dụng chất tải lạnh là nước muối. Tuy nhiên, do tính chất ăn mịn của nước muối ảnh hưởng quá lớn đến hệ thống các thiết bị nên hiện nay hầu hết đã được thay thế bằng chất tải lạnh glycol. Các thiết bị chính bao gồm: máy nén một cấp, bình bay hơi làm lạnh glycol, dàn ngưng tụ bay hơi, các thùng chứa glycol và các thiêt
bị phụ khác của hệ thống lạnh Bồn chứa glycol được chế tạo bằng inox, bên ngoài bọc cách nhiệt gồm hai bộ có nhiệt độ khác nhau, đảm bảo bơm glycol đã được làm lạnh đến các bộ phận tiếp nhận và bơm glycol sau khi sử dụng về binh bay hơi để gia lạnh. Giữa hai bồn glycol được nối thông với nhau tạo ra sự ồn định và cân bằng. về cấu tạo, bình bay hơi glycol giống bình ngưng ống chùm nằm ngang. Trong đó, glycol chuỵển động bên trong ống trao đổi nhiệt, cịn mơi chât sơi bên ngồi ống. Phía trên bình bay hơi có gắn sẵn bình tách lỏng, đê đảm bảo sự chuyển động của gas bên trong bình bay hơi người ta bố trí hai ống hút ở hai phía của bình. Phía dưới có bầu dùng để gom dầu về bình thu hồi dau. Để đảm bảo lỏng chứa trong bình khơng q cao gây ra hiện tượng ngập lỏng máy nén người ta sử dụng van phao khống chế mức dịch trong bình bay hơi nằm trong giới hạn cho phép
trong nhà máy có kho lạnh, hệ thống nhiệt lạnh trung tâm như trên thì mơi chất lạnh (MCL)
thường dùng là NH3, R134a.. vì có hệ số' làm lạnh cao, rẻ, dễ tìm và ít độc hại, khi rị rỉ cũng
dễ phát hiện ra.
Trong sđ trên phân rõ làm 2 khối: + khối chu trình nhiệt lạnh;
+ khối sinh hóa và vận chuyển bia Khối chu trình nhiệt lạnh:
+ máy nén thường tổ hợp bao gồm cả dàn ngưng tụ và thiết bị bay hơi
+ môi chất lạnh được nén (đoạn nhiệt) trong máy nén lên nhiệt độ cao, áp suất cao --> qua
tách dầu 4 (dầu máy nén đi cùng MCL) --> dàn ngựng tụ kiểu ố'ng chùm, môi chất lạnh đi
ngồi ố'ng cịn nước làm mát được đi trong dàn ố'ng con - đường nét đứt đi vào máy nén -
đường nước giải nhiệt đi từ tháp làm mát vào dàn ngưng máy nén. Tại đây MCL nhả nhiệt
cho chất làm mát (nước) xuố'ng nhiệt độ thấp hơn (nhiệt độ ngưng tụ), áp suất ngưng tụ
(cao) và chuyển thể dạng lỏng được chứa trong bình chứa cao áp 2.
+ cụm van điện từ + tiết lưu MCL từ bình chứa 2 --> thiết bị bay hơi 5, qua cụm này làm
giảm áp suất xuố'ng (tổn thất qua van tl) MCL từ dạng lỏng --> hơi (bay hơi) có nhiệt đọ
thấp, nhận nhiệt và làm lạnh chất tải lạnh - "glycol" từ bơm 9 đến. Sau đó MCL-hơi được hút
về máy nén và tiếp tục chu trình lạnh...
+ thiết bị bay hơi có thiết bị đo áp, van an tồn (xả), van điều chỉnh mức MCL... + thiết bị 2, 5 có các rơn thụt thu hồi dầu về 6
3.2.1 Máy Nén
máy nén dùng trong hệ thống làm lạnh bia - Động cơ lai là động cơ không đồng bộ 3 pha - Gồm: M05 - M06 công suất 150KW M01 - M04 công suất 55KW - Động cơ sử dụng biến tần VLT (FC301) Máy nén lạnh sử dụng pít-tơng (6 pít-tơng và 8 pít-tơng) làm mát bằng nước. Áp suất cửa hút (1,8 - 2,5) atm Áp suất cửa đẩy (12 - 15) atm M11 công suất 1,5KW bơm làm mát máy nén lạnh - Máy nén lạnh là bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống lạnh. Máy lạnh có nhiệm vụ : + Liên tục hút hơi sinh ra ở thiết bị bay hơi
Máy nén lạnh là bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống lạnh. Máy lạnh có nhiệm vụ : + Liên tục hút hơi sinh ra ở thiết bị bay hơi
+ Duy trì áp suất p và nhiệt độ t cần thiết. + Nén hơi nên áp suất cao tương ứng với môi trường làm mát để đẩy vào thiết bị ngưng tụ.Duy trì áp suất p và nhiệt độ t cần thiết. + Nén hơi nên áp suất cao tương ứng với môi trường làm mát để đẩy vào thiết bị ngưng tụ. + Đưa chất lỏng qua thiết bị tiết lưu tới thiết bị bay hơi, thực hiện vịng tuần hồn kín của mơi chất lạnh trong hệ thống gắn liền với việc thu nhiệt ở môi trường lạnh và thải nhiệt ở mơi trường nóng. Máy nén giữ vai trị quyết định với: + Năng suất lạnh + Suất tiêu hao điện năng + Tuổi thọ, độ tin cậy và an tồn của hệ thống lạnh. Chính vì vậy, tự động hóa máy nén lạnh đóng vai trị quan trọng nhất đối với việc tự động hóa hệ thống lạnh. Tự động hóa máy nén lạnh bao gồm: + Điều chỉnh tự động năng suất lạnh. + Điều khiển và bảo vệ động cơ máy nén. Bảo vệ máy nén khỏi
các chế độ làm việc nguy hiển như áp suất đầu đẩy quá cao, áp suất hút quá thấp, hiệu áp suất dầu quá thấp, nhiệt độ dầu quá cao, mức dầu quá cao hoặc quá thấp..
3.2.2 Thiệt Bị Ngưng Tụ
Thiết bị ngưng tụ có nhiệm vụ ngưng tụ gas quá nhiệt sau máy nén thành môi chất lạnh trạng thái lỏng. Quá trình làm việc của thiết bị ngưng tụ có ảnh hưởng quyết định đến áp suất và nhiệt độ ngưng tụ và do đó ảnh hưởng đến hiệu quả và độ an toàn làm việc của toàn hệ thống lạnh. Khi thiết bị ngưng tụ làm việc kém hiệu quả, các thông số của hệ thống sẽ thay đổi theo chiều hướng không tốt, cụ thể là:
- Năng suất lạnh của hệ thống giảm, tổn thất tiết lưu tăng. - Nhiệt độ cuối quá trình nén tăng.
- Độ an tồn giảm do áp suất phía cao áp tăng, rơ le HP có thể tác động ngừng máy nén, van an tồn có thể hoạt động. - Nhiệt độ cao ảnh hưởng đen dầu bơi trơn như cháy dầu.
Thiết bị ngưng tụ có rất nhiều loại và nguyên lý làm việc cũng rất khác nhau. Người ta phân loại thiết bị ngưng tự căn cứ vào nhiều đặc tính khác nhau.
- Theo mơi trường làm mát.
+ Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước. Để làm mát bằng nước cấu tạo của thiết bị thường có dạng bình hoặc dạng dàn nhúng trong các bể.
+ Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước và khơng khí. Một số thiết bị ngưng tụ trong đó kết hợp cả nước và khơng khí để giải nhiệt, trong thiết bị kiểu đó vai trị của nước và khơng khí có khác nhau: nước sử dụng để giải nhiệt cho mơi chất lạnh và khơng khí giải nhiệt cho nước. Ví dụ như dàn ngưng tụ bay hơi, dàn ngưng kiểu tưới vv...
+ Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng khơng khí. Khơng khí đối lưu cưỡng bức hoặc tự nhiên qua thiết bị và trao đổi nhiệt với môi chất.
+ Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng chất khác. Có thể thấy thiết bị kiểu này trong các hệ thống máy lạnh ghép tầng, ở đó dàn ngưng chu trình dưới được làm lạnh bằng mơi chất lạnh bay hơi của chu trình trên.
- Theo đặc điểm cấu tạo:
+ Bình ngưng tụ giải nhiệt bằng nước. + Dàn ngưng tụ bay hơi.
+ Dàn ngưng kiểu tưới.
+ Dàn ngưng tụ làm mát bằng khơng khí. + Dàn ngưng kiểu ống lồng ống.
+ Thiết bị ngưng tụ kiểu tấm bản.
- Theo đặc điểm đối lưu của khơng khí:
+ Thiết bị ngưng tụ làm mát nhờ đối lưu tự nhiên + Thiết bị ngưng tụ làm mát nhờ đối lưu cưỡng bức.
Ngồi ra có thể có rất nhiều cách phân chia theo các đặc điểm khác như: theo chiều chuyển động của môi chất lạnh và môi trường giải nhiệt. Về cấu tạo cũng có nhiệt kiểu khác nhau như kiểu ngưng tụ bên ngoài bề mặt ống trao đổi nhiệt, bên trong ống trao đổi nhiệt hoặc trên các bề mặt phẳng.
Nhiệm vụ chính của thiết bị này là hóa hơi gas bão hồ ẩm sau tiết lưu đồng thời làm lạnh môi trường cần làm lạnh. Như vậy cùng với thiết bị ngưng tụ, máy nén và thiết bị tiết lưu, đây là một trong những thiết bị quan trọng nhất không thể thiếu được trong các hệ thống lạnh. Quá trình làm việc của thiết bị ảnh hưởng đến thời gian và hiệu quả làm lạnh. Đó là mục đích chính của hệ thống lạnh. Vì vậy, dù tồn bộ trang thiết bị hệ thống tốt đến đâu nhưng thiết bị này làm việc kém hiệu quả trở nên vơ ích.
Khi q trình trao đổi nhiệt ở bình bay hơi kém thì thời gian làm lạnh tăng, nhiệt độ phịng không đảm bảo yêu cầu.
Ngược lại, khi thiết bị có diện tích q lớn so với u cầu, thì chi phí đầu tư cao và đồng thời còn làm cho độ quá nhiệt hơi ra thiết bị lớn. Khi độ quá nhiệt lớn thì nhiệt độ cuối q trình nén cao, tăng cơng suất nén.
Lựa chọn bình bay hơi dựa trên nhiều yếu tố như hiệu quả làm việc, đặc điểm và tính chất sản phẩm cần làm lạnh.
Bình bay hơi sử dụng trong các hệ thống lạnh rất đa dạng. Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng khác nhau mà nên chọn loại dàn cho thích hợp. Có nhiều cách phân loại thiết bị bay hơi.
- Theo môi trường cần làm lạnh:
+ Bình bay hơi, được sử dụng để làm lạnh chất lỏng như nước, nước muối, glycol.. + Dàn lạnh khơng khí, được sử dụng để làm lạnh khơng khí.
+ Dàn lạnh kiểu tấm, có thể sử dụng làm lạnh khơng khí, chất lỏng hoặc sản phẩm dạng đặc. + Dàn làm lạnh chất lỏng: dàn lạnh xương cá, panen trong các hệ thống lạnh máy đá cây. - Theo mức độ chứa dịch trong dàn lạnh:
3.2.3 Thiết Bị Bay Hơi Hơi
Dàn lạnh kiểu ngập lỏng hoặc khơng ngập lỏng. Ngồi ra người ta cịn phân loại theo tính chất kín hở của mơi trường làm lạnh.
làm lạnh chất lỏng có cấu tạo tương tự bình ngưng tụ ống chùm nằm ngang. Có thể phân bình bay hơi làm lạnh chất lỏng thành 02 loại:
Bình bay hơi hệ thống NH3 : Đặc điểm cơ bản của bình bay hơi kiểu này là mơi chất lạnh bay hơi bên ngoài các ống trao đổi nhiệt, tức khoảng không gian giữa các ống, chất lỏng cần làm lạnh chuyển động bên trong các ống trao đổi nhiệt.
Bình bay hơi frêơn : Bình bay hơi frêơn ngược lại mơi chất lạnh có thể sơi ở bên trong hoặc ngồi ống trao đổi nhiệt, chất lỏng cần làm lạnh chuyển động dích dắc bên ngồi hoặc bên trong các ống trao đổi nhiệt.
Ưu điểm của bình bay hơi là chất tải lạnh tuần hồn trong hệ thống kín khơng lọt khơng khí vào bên trong nên giảm ăn mòn.