3. 2 Tính toán cách nhiệt
4.2. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q1
dòng nhiệt qua kết cấu bao che được định nghĩa là tổng dòng nhiệt tổn thất qua tường bao, trần và nền do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong kho bảo quản cộng với các dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tường bao và trần.
Q1 = Q11 + Q12 (4-1) (TĐL)
Q11 – dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ; Q12 – dòng nhiệt qua tường bao và trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời; Q11 – được xác định theo biểu thức:
Q11 = k1 F (t1 –t2) (4-2) NĐL)
k1 – hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che xác định theo chiều dày cách nhiệt thực;
F – diện tích bề mặt của kết cấu bao che, m2. t1 – nhiệt độ môi trường bên ngoài, °C
t2 – nhiệt độ trong buồng, °C
dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ;
Q11 = Q11T + Q11N + Q11TR (4-3) (NĐL) Trong đó:
Q11N tổn thất dòng nhiệt qua nền Q11N = kn .Fn .∆t (4-5) (NĐL) Q11TR tổn thất dòng nhiệt qua mái(trần) Q11TR= ktr. Ftr .∆t
Hình 4.1 chiều dày tường kho bảo quản
Bảng 4-1 tổn thất dòng nhiệt qua tường bao
Số buồng Tường kt t1 tb F(m) Q11 (w) Buồng 1 Tường 1 0,21 37,5 -18 (6+0,464+0,157)×5 385,8 Tường 2 0,21 37,5 -18 (12+0,464+0,207)×5 738,4 Tường 3 0,29 15 -18 (6+0,157)×5 294 Tường 4 0 Buồng 2 Tường 1 0,21 37,5 -18 (6+0,232+0,157)×5 372,3 Tường 2 0 Tường 0,29 15 -18 (6+0,157)×5 294
Tường 4
0,29 21 -18 (12+0,207)×5 690,3
Buồng 3 Q11Tbuồng 3 = Q11Tbuồng 1 Buồng 4 Tường 1 0,29 15 -18 (6+0,157)×5 294 Tường 2 0 Tường 3 0,21 37,5 -18 (6+0,232+0,157)×5 372,3 Tường 4 0 Buồng 5 Tường 1 0,29 15 -18 (6+0,157)×5 294 Tường 2 0 Tường 3 0,21 37,5 -18 (6+0,232+0,157)×5 372,3 Tường 4 0,21 37,5 -18 (12+0,464+0,207)×5 738,4 Q11t 6183 Q11tr = 0,22 (6+0,464+0,314).(12+0,464+0,414) (37,5+18) .5 =5187,4W Q11n = 0,3.(6+0,464+0,314).(12+0,464+0,414) (37,5+18) .5 = 4269,6 W Q11 = 6183+5187,4+4269,6 = 15640W
Dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tường bao và trần:Q12
Q12=ktF.∆t12 (4-6) (NĐL)
Với ∆t12- hiệu nhiệt độ dư , đặc trưng ảnh hưởng của bức xạ vào mùa hè
Với mỗi phòng lạnh ta chỉ tính dòng nhiệt tổn thất do bức xạ qua trần và một bức tường có bức xạ lớn nhất .
Để bức xạ ở mức thấp nhất ta phải bố trí kho lạnh theo hướng bức xạ mặt trời hợp lý nhất, bức tường lớn nhất tiếp giáp với không khí bên ngoài bố trí theo hướng đông , các bức tường chịu bức xạ còn lại bố trí theo hướng đông nam và tây bắc.
Giả thiết trần mầu xám, tường mầu thẫm , từ kết cấu kho lạnh ta có bảng tổng hợp sau: Thứ tự Vách Kt F(m2 ) ∆t12 Q12,W 1 Trần (Trần của 5 phòng) 0,3 419,4 19 2390,5 2 Tường 1(phòng 1) 0,21 33,1 10 69,5 3 Tường 2(phòng 1) 0,21 63,3 8 106,3 4 Tường 1(phòng 2) 0,21 32 10 67,2 5 Tường 2(phòng 3) 0,21 32 8 53,8 6 Tường 3(phòng 3) 0,21 33,1 6 41,7 7 Tường 3( phòng 4) 0,21 32 6 40,3 8 Tường 3(phòng 5) 0,21 32 6 40,3 9 Tường 4 (phòng 5) 0,21 63,3 8 106,3 Q12 = 2915,9 Q1 = Q11 + Q12 ⇒ Q1 = 15640+ 2915,9 = 18555W 4.2.- Tính dòng nhiệt do sản phẩm toả ra Q2 .
Dòng nhiệt do bao bì và sản phẩm tạo ra xác định theo công thức:
Q2 = Q21 + Q22, W (4-7) (NĐL)
Trong đó:
Q21 – dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra,W Q22 – dòng nhiệt do bao bì tỏa ra,W
Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q21
Được xác định theo công thức:
Q12 = M (h1-h2). W (4-8) (NĐL)
Trong đó:
M – công suất buồng bảo quản đông hay khối lượng hàng nhập vào kho bảo quản trong một ngày đêm, tấn/ngày đêm.
Sản phẩm nhập vào buồng bảo quản trong một ngày đêm bằng 6% dung tích kho ⇒ M =6%.500 = 30 t/ngày đêm
h1, h2 – enthalpy của sản phẩm trước khi vào kho và sau khi sử lý Kj/kg Với kho bảo quản đông, các sản phẩm khi đưa vào kho bảo quản đã được cấp đông đến nhiệt độ bảo quản. Tuy nhiên trong quá trình xử lý đóng gói và vận chuyển nhiệt độ sản phẩm tăng lên ít nhiều nên đối với sản phẩm bảo quản đông lấy nhiệt độ vào là: t1 = -80C, xuất khỏi buồng là -200C. entanpi tương ứng với nhiệt độ -80C là h1 = 39,4kJ /kg và -180C là h2 = 4,6kJ /kg .
Thời gian hạ nhiệt độ là 24h.
Thay số: Q21 = 30.(39,4 - 4,6) . .1000 = 12083,3
Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra Q22
Được xác định theo biểu thức:
Q22 = Mb.Cb (t1- t2) . (4-9) (NĐL)
Trong đó Mb :dung tích buồng là 500t cả bì như vậy 450t thịt và 50t bao bì gỗ Mb= 10% E = 10%. 500 = 450t như vậy 450t thịt và 50t bao bì
Cb : nhiệt dung riêng của bao bì gỗ = 2
t1 và t2 nhiệt độ trước và sau khi làm lạnh bao bì.chọn t1= -10 0Cvà t2 = -180C Q22 = 50.2,5.1000 (-10 +18) = 11574 W
Q2 = Q12 + Q22 = 11574+ 12083,3 = 23657 W
4.4- Tính dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh Q3:
Dòng nhiệt tổn thất do thông gió buồng lạnh đối với các sản phẩm rau quả có hô hấp. Vì ta là buồng bảo quản đông thịt lợn nên Q3 = 0
4.5 - Các dòng nhiệt vận hành Q4
Các dòng nhiệt do vận hành Q gồm các dòng nhiệt: • do đèn chiếu sang Q
• Do người làm việc trong phòng Q • Do các động cơ điện Q
• Do mở cửa Q
Q được tính theo biểu thức:
Q = A.F ,W (4-10) (NĐL)
F - diện tích của buồng ,m ;
A - nhiệt lượng tỏa ra khi chiếu sáng 1 m diện tích buồng hay diện tích nền; đối với buồng bảo quản A = 1,2.
Diện ticchs buồng 72 m ⇒ Q = 72 . 1,2 = 86,4 W 4.5.2- dòng nhiệt do người tỏa ra Q
Dòng nhiệt do người tỏa ra được xác định theo biểu thức:
Q = 350 . n ,W (4-11) (NĐL)
n - số người làm việc trong buồng;
350 - nhiệt lượng do một người thải ra khi làm việc. Tổng số người làm việc trong kho là 4 người
⇒ Q = 350. 4 = 1400 W/người 4.5.3 - dòng nhiệt do các động cơ điện Q
Dòng nhiệt do các động cỏ làm việc trong buồng (xe nâng vận chuyển, quạt dàn lạnh…)được tính theo biểu thức:
Q43 = 1000 . N ,W (4-12) (NĐL)
N - công suất của động cơ điện ,kW;
1000 - hệ số chuyển đổi từ kW sang W. ta lấy N = 8 ⇒ Q = 8. 1000 = 8000 W
4.5.4 - Dòng nhiệt do mở cửa Q
Q = B. F ,W (4-13) (NĐL)
B - Dòng nhiệt riêng khi mở cửa W/m ; F - diện tích buồng , m
Tra bảng 4-4 ta chọn B = 12 (TĐL) ⇒ Q = 12 . 72 = 864 ,Wvận hành
⇒ Q = 86,4 + 1400 + 8000 + 864 = 10350.4 W
4.6 Dòng nhiệt do hoa quả hô hấp Q5:
Do sản phẩm bảo quản là thịt lợn đông lạnh nên Q5 = 0 W 4.7 - Xác định nhiệt tải cho thiết bị và máy nén.
Tải nhiệt cho thiết bị là tổng các tải nhiệt thành phần có giá trị cao nhất :
Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 ,W (4-15) (NĐL) ⇒ Qtb = 18555 + 23657,3+0 +10350.4 + 0 = 52562,7W
Tải nhiệt máy nén cũng được tính toán từ tất cả các tải nhiệt thành phần:
QMN = 60%Q1 + Q2 + Q3 + (50% ÷ 75%)Q4 + Q5 , (4-16) (NĐL) QMN = 60%.18555 +23657,3 + 75%.10350.4 = 42553W.
Năng suất lạnh của máy nén được xác định theo biểu thức:
Q0=
b Q k. mn
(4-17) (NĐL)
b – là hệ số thời gian làm việc , chọn b= 0,9
k- là hệ số tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh, lấy k=1,058 (dùng phương pháp nội suy trong tài liệu hdtk TĐL)
⇒ QO = = 50023W = 50,023KW.
CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH, TÍNH CHỌN MÁY NÉN
5.1- PHƯƠNG PHÁP BẢO QUẢN ĐÔNG VÀ MÔI CHẤT LẠNH
5.1.1. 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.
- 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.
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. Nó phù hợp với điều kiện của kho lạnh như: hệ thống không cồng kềnh, dễ điều chỉnh nhiệt độ, tổn hao lạnh khị khởi động nhỏ, chi phí đầu tư ban đầu không lớn.
5.1.2 Chọn môi chất lạnh.
1. Tính chất hoá học
- Môi chất cần bền vững về mặt hoá học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc, không được phân huỷ, không được polyme hoá.
- Môi chất phải trơ, không ăn mòn các vật liệu chế tạo máy, dầu bôi trơn, oxy trong không khí và hơi ẩm.
- An toàn, không dễ cháy dễ nổ.
2. Tính chất lý học
- Áp suất ngưng tụ không được quá cao, nếu áp suất ngưng tụ quá cao độ bền chi tiết yêu cầu lớn, vách thiết bị dày, dễ rò rỉ môi chất.
- Áp suất bay hơi không được quá nhỏ, phải lớn hơn áp suất khí quyển để hệ thống không bị chân không, dễ rò lọt không khí vào hệ thống.
- Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi nhiều và nhiệt độ tới hạn phải cao hơn nhiệt độ ngưng tụ nhiều.
- Nhiệt ẩn hoá hơi (r) và nhiệt dung riêng (c) của môi chất lỏng càng lớn càng tốt. Nhiệt ẩn hoá hơi càng lớn, lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống càng nhỏ, năng suất lạnh riêng khối lượng càng lớn.
- Năng suất lạnh riêng thể tích càng lớn càng tốt, máy nén và thiết bị càng gọn. - Độ nhớt động học càng nhỏ càng tốt, để giảm tổn thất áp suất trên đường ống và cửa van.
- Hệ số dẫn nhiệt và hệ số toả nhiệt càng lớn càng tốt vì thiết bị trao đổi nhiệt gọn hơn.
- Môi chất hoà tan dầu hoàn toàn có ưu điểm hơn so với loại môi chất không hoà tan hoặc hoà tan một phần vì quá trình bôi trơn tốt hơn, thiết bị trao đổi nhiệt không bị một lớp trở nhiệt do dầu bao phủ, tuy cũng có nhược điểm làm tăng nhiệt độ bay hơi, làm giảm độ nhớt của dầu.
- Khả năng hoà tan nước của hệ thống càng lớn càng tốt để tránh tắc ẩm ở bộ phận tiết lưu.
3. Tính chất sinh lý
- Môi chất không độc hại đối với người và cơ thể sống, không gây phản ứng với cơ quan hô hấp, không tạo lớp khí độc khi tiếp xúc với lửa hàn và vật liệu chế tạo máy.
- Môi chất cần phải có mùi đặc biệt để dễ dàng phát hiện khi bị rò rỉ. Có thể pha thêm chất có mùi vào môi chất lạnh nếu chất đó không ảnh hưởng đến chu trình máy lạnh.
- Môi chất không được ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm bảo quản.
4. Tính kinh tế
- Giá thành phải hạ tuy độ tinh khiết phải đạt yêu cầu.
- Dễ kiếm, nghĩa là môi chất được sản xuất công nghiệp, vận chuyển và bảo quản dễ dàng.
Không có môi chất lạnh lý tưởng đáp ứng đầy đủ các nhu cầu đã nêu trên, ta chỉ có thể tìm được một môi chất đáp ứng ít hay nhiều những yêu cầu đó mà thôi. Tuỳ từng trường hợp ứng dụng có thể chọn loại môi chất này hoặc môi chất kia sao cho ưu điểm được phát huy cao nhất và nhược điểm được hạn chế đến mức thấp nhất.
Tôi quyết định 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 ammoniac cho hệ thống lạnh đang thiết kế.
5.2- CHỌN CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC
- Chế độ làm việc của một hệ thống lạnh được đặc trưng bằng bốn nhiệt độ sau:
- nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk;
- nhiệt độ quá lạnh của môi chất lỏng trước van tiết lưu tql; - nhiệt độ hơi hút về máy nén tqn
5.2.1- nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0:
phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh. Có thể tình toán như sau:
t0 = tb - ∆t0 (5-1) (TĐL)
tb - nhiệt độ buồng bảo quản đông ∆t0 - hiệu nhiệt độ yêu cầu
Trong hệ thống lạnh gián tiếp nên nhiệt độ sôi của môi chất lạnh sẽ được lấy thấp hơn nhiệt độ buống 8÷ 100C.
t0 = -18 -( 8÷ 10)0C = -26÷ -280C chọn t0 = -280C
5.2.2- nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk
Phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ. thiết bị làm mát bằng nước nên được tính theo biểu thức:
tk = tw2 + ∆tk (5-2) (NĐL)
trong đó:
tw2 - nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng; tw2 = 440C(tính toán chương 1) ∆tk - hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu. Chọn ∆tk = 30C
tk = 44 + 3 =47 0C
5.2.3-nhiệt độ quá lạnh của môi chất lỏng trước van tiết lưu tql
Nhiệt độ quá lạnh càng thấp thì năng suất lạnh càng cao. Vì vậy người ta cố gắng hạ nhiệt độ quá lạnh xuống càng thấp càng tốt.Được tính theo biểu thức là:
tql = tw1 + (3÷ 5)0C (5-3) (NĐL) khi đó : chọn tw1 = 390C
tql = 39 + 30C = 420C
5.2.4 - nhiệt độ hơi hút về máy nén tqn
Là nhiệt độ của hơi nước trước khi vào máy nén. Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng
nhiệt độ sôi từ 5 ÷ 150C (ta chọn 100C), để đảm bảo độ an toàn khi làm việc. Được tính theo biểu thức sau:
tqn = t0 + 100C = -25 + 10 = -180C
5.2.5 - Áp suất ngưng tụ Pk và áp suấ bay hơi P0
Với nhiệt độ ngưng tụ và nhiệt độ sôi của môi chất lạnh là amoniac ứng với các thông số sau:
t0 = -280C tra bảng hơi bão hòa ta có P0 = 0,13MPa