Sản phẩm sau khi cấp đông, trước khi nhập kho bao giờ nhiệt độ cũng lớn hơn – 250C và sản phẩm đưa vào kho thuộc dạng bao gói nên sẽ có một dòng nhiệt do sản phẩm , bao bì tỏa ra.
Dòng nhiệt do chính sản phẩm toả ra. Q21, W Dòng nhiệt do bao bì mang vào. Q22,W Ta có Q2 = Q21 + Q22, W 3.3.1. Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra Ta có 21 (1 2) 1000 24 3600 Q =M× i −i × × KW
i1, i2 - là Entapi của sản phẩm ở nhiệt độ vào kho và nhiệt độ bảo quản trong kho, kJ/kg;
M - là khối lượng hàng hoá nhập vào kho bảo quản trong 1 ngày đêm. M = 45 tấn/ngày đêm (chương 3)
Sau khi cấp đông nhiệt độ bề mặt sản phẩm đạt – 180C , nhiệt độ tâm sản phẩm đạt – 120C. Trong quá trình tách khuôn, mạ băng, bao gói và vận chuyển tới kho nhiệt độ bề mặt sản phẩm có tăng lên nhưng nhiệt độ tâm hầu như không thay đổi. Vì vậy ta lấy nhiệt độ trung bình tâm sản phẩm trước khi nhập kho là – 120C. Sản phẩm là cá béo (bảng 4.2 [1, tr110])
i2 = 0 kJ/kg (vì t2 = – 250C nhiệt độ bảo quản trong kho). Do đó: 21 45 (24, 4 0) 1000 12, 71 24 3600 Q = × − × = × KW Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra là 12,7 KW.
3.3.2. Dòng nhiệt do bao bì toả ra
Dòng nhiệt do bao bì toả ra tính theo công thức:
22 1 2 1000 ( ) 24 3600 b b Q =M ×C × t −t × × KW
Mb - là khối lượng bao bì đưa vào kho cùng sản phẩm, tấn/ngày đêm. Mb = 10% M = 4,5 tấn/ngày đêm
Cb - là nhiệt dung riêng của bao bì. Cb = 1,460 kJ/kgK Chọn: t1 = 20 0C , t2 = - 25 0C
Vậy 22 4, 5 1, 460 (20 25) 1000 3, 42 24 3600
Q = × × + × =
× KW
Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra tính được là 3,42 KW. Vậy tổng dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì toả ra là : Q2 = Q21 + Q22 = 12,71 + 3,42 = 16,13 KW
3.4. CÁC DÒNG NHIỆT VẬN HÀNH, Q4
Các dòng nhiệt do vận hành gồm : Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng Q41.
Dòng nhiệt do người làm việc trong kho Q42. Dòng nhiệt do động cơ điện Q43.
Dòng nhiệt do mở cửa Q44. Dòng nhiệt do xả tuyết Q45.
3.4.1. Dòng nhiệt do chiếu sáng buồng, Q41
Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng toả ra xác định theo công thức:
Q41= ×A F, W
F - là diện tích buồng, F = 380,25 × 2 = 760,5 m2
A - là nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng trên 1m2 diện tích, W/m2 Chọn A = 1,2 W/m2 [1,tr 115]
3.4.2. Dòng nhiệt do người tỏa ra, Q42
Q42 được tính theo biểu thức:
Q42 =350×n W
Nhiệt lượng do một người toả ra khi làm việc nặng nhọc là 350, W/người
n: là số người làm việc trong kho lạnh. Chọn mỗi phòng lạnh 3 người , vậy với 2 kho ta sẽ có 6 người làm việc. [1, tr116]
Vậy Q42 = 350 × 6 = 2100 W
3.4.3. Dòng nhiệt do các động cơ điện,Q43 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dòng nhiệt do các động cơ điện làm việc trong buồng lạnh (động cơ quạt dàn lạnh, động cơ máy móc, xe nâng vận chuyển…) có thể xác định theo biểu thức:
Q43 =1000×N W
N: Là công suất động cơ điện quạt dàn lạnh, W.
Động cơ làm việc trong kho lạnh chỉ có động cơ quạt dàn lạnh. Mỗi kho ta chọn 2 dàn lạnh gồm 4 quạt, động cơ mỗi quạt có công suất là 1,05 KW.
Suy ra: Q43 = 1000 × (4 × 1,05) × 2 = 8400 W
3.4.4. Dòng nhiệt khi mở cửa, Q44
Để tính dòng nhiệt khi mở cửa, sử dụng biểu thức:
Q44 = ×B F W F - là diện tích buồng
B - là dòng nhiệt khi mở cửa. Chọn B = 8 W/m2 (bảng 4-4, [1, tr117 ])
Vậy Q44 = 8 × 760,5 = 6084 W
3.4.5. Dòng nhiệt do xả tuyết, Q45
Sau khi xả băng nhiệt độ của kho lạnh tăng lê đáng kể, đặc biệt là xả băng bằng nước, điều đó chứng tỏ có một phần nhiệt lượng dùng xả băng trao đổi với không khí và các thiết bị trong phòng. Nhệt dùng xả băng đại bộ phận làm tan băng trên dàn lạnh và được đưa ra ngoài cùng với nước đá tan, một phần truyền cho không khí và các thiết bị trong kho lạnh, gây nên tổn thất.
Công việc xả tuyết được thực hiện lần lượt trên mỗi dàn lạnh. Dòng nhiệt này được tính theo biểu thức:
45 24 3600
kk V Cpk t
Q n ρ × × × ∆
= ×
× W
n: số lần xả băng trong 1 ngày đêm.Chọn n = 3 [4, tr74]
ρkk - là khối lượng riêng của không khí, ρkk = 1,2Kg/m3 V - là dung tích kho lạnh, m3
Cpk - là nhiệt dung riêng của không khí, Cpkk=1000 J/KgK
∆t - là độ chênh lệch nhiệt độ trước và sau khi xả tuyết của kho lạnh ∆t = 4÷7 0C, chọn ∆t = 6 [4, tr74] Vậy 45 3 1, 2 (760, 5 6) 1000 6 1140, 75 24 3600 Q × × × × = × = × W Dòng nhiệt do xả tuyết là 1141 W. Suy ra : tổng dòng nhiệt tổn thất do vận hành: Q4 = Q41+ Q42 + Q43 + Q44 + Q45 = 912,6 + 2100 + 8400 + 6084 + 1140, 75 = 18637 W
Kết luận: Tổng hợp các kết quả tính toán ở mục 3.2, 3.3, 3.4 ta có tổng nhiệt tải xâm nhập vào kho.
Bảng 3.2. Tổng hợp kết quả tính toán.
3.5. XÁC ĐỊNH TẢI NHIỆT CHO MÁY NÉN VÀ THIẾT BỊ 3.5.1. Phụ tải thiết bị 3.5.1. Phụ tải thiết bị
Tải nhiệt cho thiết bị là tải nhiệt dùng để tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết của thiết bị bay hơi. Để đảm bảo được nhiệt độ trong buồng ở những điều kiện bất lợi nhất, ta phải tính toán tải nhiệt cho thiết bị là tổng các tải nhiệt thành phần có giá trị cao nhất.
QoTB = Q1 + Q2 + Q4 = 61,93 kW
3.5.2. Phụ tải nhiệt máy nén
Tải nhiệt của máy nén cũng được tính toán từ tất cả các tải nhiệt thành phần nhưng tùy theo từng loại kho lạnh mà ta có thể lấy một phần của tải nhiệt đó.
Q1, W Q2 , W Q4 , W Q , W (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Do các tổn thất nhiệt trong kho lạnh không đồng thời xảy ra nên công suất nhiệt yêu cầu thực tế sẽ nhỏ hơn tổng các tổn thất nhiệt, để tránh lựa chon máy nén có công suất lạnh quá lớn, tải nhiệt của máy nén cũng được tính toán từ tất cả các tải nhiệt thành phần, nhưng đối với kho bảo quản sản phẩm thuỷ sản đông lạnh thì lấy 85%Q1, 100% Q2, 75%Q4 (bảng 2.14, [4, tr78])
Như vậy ta có tải nhiệt máy nén là:
QMN = 85%Q1 + 100%Q2 + 75%Q4
= 0,85 × 27167,03 + 1× 16130 + 0,75 × 18637,35 = 53199,99 W Năng suất lạnh của máy nén đối với mỗi nhóm buồng có nhiệt độ sôi tương tự nhau xác định theo biểu thức:
0 M N k Q Q b × ∑ =
k - là hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh. Chọn k = 1,07 [4, tr78]
b - là hệ số thời gian làm việc. Chọn b = 0,9 [2, tr78].
Vậy 0 1, 07 53199,99 63248,88 0,9
Q ×
= = W
CHƯƠNG IV
TÍNH CHỌN MÁY NÉN VÀ CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG LẠNH
4.1. CHỌN HỆ THỐNG LẠNH 4.1.1. Phương pháp làm lạnh 4.1.1. Phương pháp làm lạnh
Trong thực tế có nhiều phương pháp làm lạnh cho kho. Nhưng có hai phương pháp thông dụng nhất là: làm lạnh trực tiếp và làm lạnh gián tiếp.
Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm khác nhau phù hợp với yêu cầu thiết bị, công nghệ của từng trường hợp cụ thể. Đối với mỗi trường hợp đó người ta sẽ chọn phương pháp làm lạnh sao cho phát huy tối đa ưu điểm và hạn chế đến mức thấp nhất các nhược điểm.
4.1.1.1. Làm lạnh trực tiếp
Là phương pháp làm lạnh kho bằng dan bay hơi đặt trong kho lạnh, môi chất lạnh lỏng sôi thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh. Làm lạnh trực tiếp có thể là dàn lạnh đối lưu tự nhiên hoặc đối lưu cưỡng bức.
• Ưu điểm:
- Thiết bị đơn giản không cần thêm một vòng tuần hoàn phụ.
- Tuổi thọ cao kinh tế vì không phải tiếp xúc với nước muối là một chất ăn mòn kim loại rất nhanh chóng.
- Đứng về mặt nhiệt động thì ít tổn thất năng lượng vì hiệu nhiệt độ giữa kho lạnh và dàn bay hơi gián tiếp qua không khí.
- Tổn hao lạnh khi khởi động nhỏ nghĩa là khi làm lạnh trực tiếp thời gian từ khi mở máy đến lúc kho lạnh đạt nhiệt độ yêu cầu sẽ nhanh hơn.
- Nhiệt độ kho lạnh có thể giám sát theo nhiệt độ sôi của môi chất, nhiệt độ sôi có thể xác định dễ dàng qua nhiệt kế của đầu hút máy nén.
• Nhược điểm:
- Đối với hệ thống lạnh lớn thì lượng môi chất nạp vào máy lớn, khả năng rò rỉ của môi chất lớn, khó có khả năng dò tìm được chỗ rò rỉ để xử lý. Tổn thất áp suấp cho việc cấp cho những dàn bay hơi ở xa có hồi dầu về nếu dùng môi chất Freon, máy nén dễ hút ẩm, việc bảo vệ máy nén khó khăn.
- Trữ lạnh của dàn lạnh trực tiếp kém khi máy lạnh ngừng hoạt động thì dàn lạnh cũng hết lạnh nhanh chóng.
4.1.1.2. Làm lạnh gián tiếp
Là phương pháp làm lạnh bằng các giàn chất tải lạnh như nước muối, glycol,… thiết bị bay hơi đặt ở ngoài kho lạnh. Ở trong buồng chất tải lạnh nóng lên do thu nhiệt của buồng lạnh. Sau đó trở lại dàn bay hơi để hạ nhiệt độ xuống bằng nhiệt độ yêu cầu và cứ như vậy được tuần hoàn liên tục. Dàn lạnh gián tiếp cũng có thể là dàn lạnh đối lưu tự nhiên hoặc đối lưu cưỡng bức.
• Ưu điểm:
- Hệ thống lạnh có độ an toàn cao, chất tải lạnh không cháy, không nổ, không độc hại với cơ thể sống và không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm bảo quản. Nó là vòng tuần hoàn an toàn và ngăn chặn sự tiếp xúc của môi chất độc hại đối với sản phẩm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Máy lạnh có cấu tạo đơn giản hơn, đường ống dẫn môi chất hệ thống ngắn được chế tạo ở dạng tổ hợp hoàn chỉnh nên chất lượng cao, độ tin cậy lớn, dễ dàng kiểm tra lắp đặt và hiệu chỉnh.
- Dung dịch chất tải lạnh có khả năng trữ lạnh lớn sau khi máy ngừng hoạt động, nhiệt độ kho có khả năng duy trì được lâu hơn.
• Nhược điểm:
- Năng suất lạnh của máy bị giảm do chênh lệch nhiệt độ lớn.
- Hệ thống thiết bị cồng kềnh vè phải thêm vòng tuần hoàn cho chất tải lạnh. - Tốn năng lượng bổ sung cho bơm hoặc cánh khuấy chất tải lạnh.
Kết luận: qua sự phân tích ưu nhược điểm của hai phương pháp làm lạnh trên, tôi chọn phương pháp làm lạnh cho kho đang thiết kế là phương pháp làm lạnh trực tiếp.
4.1.2. Chọn môi chất lạnh
Môi chất lạnh (còn gọi là tác nhân lạnh hay gas lạnh) là chất môi giới sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để thu nhiệt của môi trường có nhiệt độ thấp và thải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao hơn. Môi chất tuần hoàn trong hệ thống lạnh nhờ quá trình nén.
Ở máy lạnh nén hơi, sự thu nhiệt của môi trường có nhiệt độ thấp nhờ quá trình bay hơi ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp, sự thải nhiệt cho môi trường có nhiệt độ cao nhờ quá trình ngưng tụ ở áp suất cao và nhiệt độ cao, sự tăng áp của quá trình nén hơi và giảm áp.
Chọn môi chất lạnh sử dụng là NH3 (amoniac) có nhiệt ẩn hoá hơi lớn thích hợp cho hệ thống lạnh có công suất lớn do lượng môi chất tuần hoàn nhỏ, lượng nạp nhỏ, máy nén và các thiết bị gọn, rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển và bảo quản dễ dàng, nước ta sản xuất được. Mặt khác amoniac là môi chất không gây ảnh hưởng đến tầng ozôn và hiệu ứng nhà kính như frêôn. Đây là môi chất của hiện tại và tương lai. Hiện nay, hệ thống lạnh cho kho bảo quản thường sử dụng môi chất freon 22 và môi chất NH3. Do yêu cầu về mặt môi trường: phá hủy tầng ozôn, gây hiệu ứng nhà kính.Môi chất freon 22 chỉ là môi chất quá độ và dần sẽ được thay thế bằng môi chất khác. Vì vậy tôi quyết định chọn môi chất amoniac cho hệ thống lạnh đang thiết kế.
Nhờ có các tính chất nhiệt động quý báu nên amoniac tuy độc hại nhưng vẫn được sử dụng rộng rãi.
4.1.3. Sơ đồ hệ thống lạnh (thể hiện trên hình vẽ)
4.2. TÍNH TOÁN CHU TRÌNH VÀ CHỌN MÁY NÉN 4.2.1. Chọn các thông số làm việc 4.2.1. Chọn các thông số làm việc
4.2.1.1. Nhiệt độ sôi của môi chất
Nhiệt độ sôi của mô chất lạnh dùng để tính toán thiết kế có thể lấy như sau: t0 = − ∆tb t00
C tb – nhiệt độ buồng lạnh, 0C ∆tb – hiệu nhiệt độ yêu cầu, 0C
Kho lạnh sử dụng dàn bay hơi trực tiếp nên ta lấy nhiệt độ bay hơi thấp hơn nhiệt
độ kho là 0
8 13
t C
∆ = ÷ . Vì kho bảo quản cá basa nên cần duy trì độ ẩm trong kho cao nên ta chọn 0 5 6 t C ∆ = ÷ , Ta lấy 0 6 t C ∆ = Vậy 0 0 25 6 31 t = − − = − C
4.2.1.2. Nhiệt độ ngưng tụ
Nhiệt độ ngưng tụ của hơi môi chất lạnh phụ thuộc vào môi trường làm mát và nhiệt độ của chất tải nhiệt chạy qua thiết bị ngưng tụ.
Thiết bị ngưng tụ dạng tháp (dàn ngưng bay hơi) do vậy ta xác định nhệt độ ngưng như sau:
Ta có:
Nhiệt độ bầu ướt: tư = 32,50C
Nhiệt độ nước tuần hoàn trong tháp tw = tư + (4 ÷ 80C) = tư + 40C Nhiệt độ ngưng tụ tk = tw + ∆tk (∆tk = 3 ÷ 50C) Chọn ∆tk = 30C Vậy tk = 32,5 + 4 + 3 = 39,50C
Nhiệt độ ngưng tụ chọn là tk = 39,50C
4.2.1.3. Nhiệt độ hơi hút
Đối với máy nén trục vít do khả năng làm việc của máy rộng, có thể hoạt động với môi chất ở 2 trạng thái lỏng và hơi vì vậy hệ thống không cần quá nhiệt và nhiệt độ hơi hút chính là nhiệt độ bay hơi từ dàn lạnh. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4.2.1.4. Nhiệt độ quá lạnh
Hệ thống chỉ có thiết bị quá lạnh, môi chất lạnh lỏng được quá lạnh trong ống xoắn. Nhiệt độ không hạ đến được nhiệt độ trung gian vì tồn tại hiệu nhiệt độ tại hiệu nhiệt độ trao đổi nhiệt không thuận nghịch của ống xoắn. nhiệt độ quá lạnh lớn hơn nhiệt độ trung gian 3 ÷ 50C [1, tr235]
Vậy tql = ttg + 50C 4.2.2. Chu trình máy lạnh Chế độ làm lạnh của hệ thống lạnh: to = - 31oC ⇒ po = 0,114 MPa tk = 39,5oC ⇒ pk = 1,535 MPa Ta có tỷ số nén 1,535 13, 46 0,114 k o p p Π = = = .
Máy nén piston thường thì tỷ số nén Π ≤ 9 (NH3) và Π ≤ 12(R12, R502, R22) đối với chu trình 1 cấp. Nếu tỷ số nén lớn hơn thì phải dùng chu trình 2 cấp nén. Còn máy nén trục vít chỉ với 1 cấp nén có thể đạt được tỷ số nén Π = 20. [3, tr122]
Với tỷ số nén trên ta chọn máy nén trục vít làm việc với 1 cấp nén.
4.2.2.1. Sơ đồ và chu trình biểu diễn trên đồ thị
1 2 3 2' 4 5 5' 6 7 9 8 1 2 2' 3 4 5 5' 6 6 8 9 7 TL1 TL2 TBBH MNTV T B Q L 4.2.2.2. Xác định chu trình
Giải thích các điểm nút trên chu trình
1-2 : nén đoạn nhiệt lên tới trạng thái áp suất trung gian
3-2'-3:3 là điểm hòa trộn 2 dòng hơi từ từ bình trung gian tới và dòng hơi nén đoạn nhiệt của máy nén.
3-4 : quá trình nén đoạn nhiệt tới áp suất ngưng tụ 4-5 : quá trình ngưng tụ đẳng áp ở dàn ngưng 5-5': quá lạnh trên đường ống
5'-6: quá lạnh tại thiết bị quá lạnh 5'-7: tiết lưu giảm áp suất đẳng entanpy
7-9: hơi tiết lưu sau khi quá lạnh đạt tráng thái bão hòa 9 6-8: tiết lưu giảm áp tới áp suất bay hơi
Từ các thông số về nhiệt độ ngưng tụ, nhiệt độ bay hơi ta sẽ xác định các thông số