LỜI MỞ ĐẦU Trái cây là loại thực phẩm không thể thiếu trong đời sống hàng ngày.. Do đó vấn đề đặt ra là làm sao bảo quản sản phẩm trái cây được lâu dài.. Sau này kỹ thuật lạnh r
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
- -
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHO LẠNH BẢO QUẢN TRÁI CÂY NĂNG SUẤT 120 TẤN
GVHD : TH.S ĐÀO THANH KHÊ SVTH : NGUYỄN HOÀNG LINH MSSV : 2004110090
LỚP : 02DHHH1
Trang 2LỜI MỞ ĐẦU
Trái cây là loại thực phẩm không thể thiếu trong đời sống hàng ngày Đây là nguồn cung cấp vitamin và khoáng chất cần thiết cho cơ thể Nước ta là một nước nhiệt đới với
đủ loại cây trái quanh năm Tuy nhiên chính thời tiết nóng ẩm lại là nguyên nhân làm cho trái cây rất dễ bị hư hỏng khi tiến hành thu hoạch theo thời vụ Do đó vấn đề đặt ra là làm sao bảo quản sản phẩm trái cây được lâu dài Phương pháp hiệu quả nhất hiện nay là bảo quản trái cây trong phòng lạnh Theo phương pháp này , trái cây sau thời gian dài bảo quản vẫn còn giữ được chất lượng tương đối tốt
Đề tài “ Thiết kế hệ thống kho lạnh bảo quản trái cây quả năng suất 120 tấn”
Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi nhiều sai sót
Em rất mong nhận được những đóng ý kiến của các thầy cô để đề tài được hoàn thiện hơn
Em xin chân thành cảm ơn!
TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 06 năm 2014
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu và tham khảo để hoàn thành đồ án, em xin chân thành cảm ơn:
Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm Tp Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất kĩ thuật, trang thiết bị để chúng em có thể hoàn thành đồ án trong thời gian ngắn
Thư viện trường đã cung cấp những tư liệu hết sức có giá trị, là tài liệu thanh khảo tốt và quý báu
Đặc biệt gửi lời cảm ơn đến thầy Đào Thanh Khê, người trực tiếp hướng dẫn tận
tình để nhóm chúng em hoàn thành đồ án đúng thời hạn
TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 06 năm 2014
Trang 4LỜI NHẬN XÉT CỦA GVHD
Chữ ký của giáo viên nhận xét
Trang 5LỜI NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN
Chữ ký của giáo viên nhận xét
Trang 6MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 8
1.1 Ý NGHĨA VÀ MỤC ĐÍCH CỦA HỆ THỐNG LẠNH 8
1.2 NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU THIẾT KẾ 8
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN KHO LẠNH 9
2.1 TÍNH THỂ TÍCH KHO LẠNH 9
2.2 DIỆN TÍCH CHẤT TẢI TRONG KHO LẠNH 9
2.3 TẢI TRỌNG NỀN 10
2.4 DIỆN TÍCH KHO LẠNH CẦN XÂY DỰNG 10
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM 11
3.1 TÍNH TOÁN CHO VÁCH KHO LẠNH 11
3.1.1 Kết cấu tường bao 11
3.1.2 Xác định bề dày lớp cách nhiệt 11
3.1.3 Kiểm tra đọng sương 12
3.2 CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM CHO NỀN 12
3.2.1 Kết cấu cách nhiệt của nền 12
3.2.2 Xác định bề dày lớp cách nhiệt 13
3.3.1 Kết cấu cách nhiệt của trần 14
3.3.2 Xác định bề dày lớp cách nhiệt 14
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT 14
4.1 TÍNH DÒNG NHIỆT TỔN THẤT 15
4.1.1 Tính nhiệt thất thoát qua vách 15
4.1.2 Tính dòng nhiệt do sản phẩm tạo ra 15
4.1.3 Dòng nhiệt do vận hành kho 17
4.1.4 Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh 18
4.2 XÁC ĐỊNH TẢI NHIỆT CHO THIẾT BỊ VÀ MÁY NÉN 19
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH, TÍNH CHỌN MÁY NÉN 20
5.1 CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỦA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC 20
5.1.1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh 20
5.1.2 Nhiệt độ ngưng tụ 20
5.1.3 Nhiệt độ hơi hút (th) 21
5.1.4 Nhiệt độ quá lạnh (tql) 22
Trang 75.2 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH 23
5.2.1 Năng suất lạnh riêng khối lượng 23
5.2.2 Lưu lượng môi chất qua máy nén 23
5.2.3 Năng suất thể tích thực tế của máy nén 23
5.2.4 Hệ số cấp của máy nén 23
5.2.5 Thể tích hút lý thuyết 24
5.2.6 Công nén đoạn nhiệt 24
5.2.7 Công nén chỉ thị 25
5.2.8 Công suất ma sát 25
5.2.9 Công suất hữu ích 25
5.2.10 Công suất điện 26
5.2.11 Công suất động cơ lắp đặt 26
5.2.12 Phụ tải nhiệt dàn ngưng 26
5.3 TÍNH CHỌN MÁY NÉN 26
5.4 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 27
5.5 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ BAY HƠI 30
CHƯƠNG 6: CÁC THIẾT BỊ KHÁC CỦA HỆ THỐNG 32
6.1 BÌNH CHỨA CAO ÁP 32
6.1.1 Công dụng 32
6.1.2 Cấu tạo 32
6.2 THÁP GIẢI NHIỆT 33
6.2.1 Mục đích 33
6.2.2 Cấu tạo 33
6.2.3 Nguyên lý 34
6.2.4 Tính toán 34
6.3.1 Mục đích 35
6.3.2 Cấu tạo 35
6.3.3 Nguyên lý làm việc 36
6.4 BÌNH CHỨA DẦU 36
6.4.1 Nhiệm vụ 36
6.4.2 Cấu tạo 36
6.5 BÌNH TRUNG GIAN 37
Trang 86.5.1 Mục đích 37
6.5.2 Cấu tạo 37
6.6.1 Mục đích 38
6.6.2 Cấu tạo 38
6.7 PHIN SẤY LỌC 39
6.8 MẮT GAS 39
6.9 VAN 40
Trang 9CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Từ xa xưa con người đã biết sử dụng lạnh cho đời sống, bằng cách cho vật cần làm lạnh tiếp xúc với những vật lạnh hơn Sau này kỹ thuật lạnh ra đời đã thâm nhập vào các ngành kinh tế quan trọng và hỗ trợ tích cực cho các ngành đó như:
- Ngành công nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm
- Trong công nghiệp nặng: làm nguội khuôn đúc
- Trong y tế: chế biến và bảo quản máu, thuốc
- Trong công nghệ hóa chất
- Trong lĩnh vực sinh hoạt đời sống: điều hòa không khí
Đóng vai trò quan trọng nhất là ngành công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm Tuy nhiên để có thể giữ cho thực phẩm được lâu dài để cung cấp, phân phối cho nền kinh tế quốc dân, thì phải bảo quản đông nhằm giữ cho các vi sinh vật làm ôi thiu thực phẩm càng bị ức chế, các quá trình phân giải diễn ra rất chậm Vì vậy mà có thể giữ cho thực phẩm không bị hỏng trong thời gian dài
1 Bảo quản mát
- Sản phẩm bảo quản: trái cây
- Dung tích: 120 tấn
- Nhiệt độ kho lạnh bản quản: 4oC
- Nhiệt độ ngưng tụ: 25oC
2 Thông số môi trường
- Địa điểm xây dựng: kho lạnh đặt tại Tp.HCM
- Nhiệt độ môi trường: tn=37,3oC
- Độ ẩm môi trường: = 74%
3 Môi chất lạnh
- Môi chất lạnh sử dụng trong kho lạnh bảo quản là R22
Trang 10CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN KHO LẠNH
Thể tích kho lạnh được xác định theo công thức:
V =
V
g
E
(m3)
Trong đó:
V – Thể tích kho lạnh , m3
E – Dung tích của các buồng lạnh, tấn
gv – Mức độ chất tải, tấn/m3 Kho được thiết kế với mặt hàng trái cây
chứa trong thùng gỗ, ta có gv = 0,45 tấn/m3
Dung tích thật sự các buồng sản phẩm là trái cây Espvà thùng gỗ Ebb
Chọn Ebb =10% Esp
Esp = 120 (t) (đầu đề)
Dung tích thật sự của buồng lạnh
E = Esp + Ebb = 120 + 12 = 132 (t)
Thể tích buồng lạnh
V = 293 33
45 0
132
V
g
E
(m3)
Chọn h = 3 m
Công thức xác định diện tích chất tải buồng lạnh:
F= 97.78
3
33
293
h
V
(m2)
Trong đó:
h – Chiều cao chất tải, m
Trang 112.3 TẢI TRỌNG NỀN
Công thức tính tải trọng nền:
gf = gv × h = 0.45 x 3 = 1.35 ( tấn/m2
) Trong đó:
h – Chiều cao chất tải
gv – Mức độ chất tải, tấn/m3
Công thức xác định diện tích xây dựng kho lạnh:
Fxd= 130 37
75 0
78 97
F
F
Trong đó:
βF – Hệ số sử dụng diện tích xây dựng của kho lạnh, βF phụ thuộc vào kích
thước của buồng lạnh
Đối với buồng diện tích nhỏ hơn 100 m2, βF = 0,70÷0,75
Đối với buồng diện tích 100- 400 m2, βF = 0,75÷0,80
Đối với buồng diện tích hơn 400 m2, βF = 0,8÷0,85
Chọn kích thước kho lạnh
Diện tích buồng lạnh quy chuẩn (bội của 36 m2) nên chọn Fxd = 144 m2 (12×12)
Chọn kích thước kho như sau: 12 x 12 x 5
Trang 12CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM
3.1.1 Kết cấu tường bao
Xây dựng vách kho lạnh có kết cấu như sau:
Bảng 1: Kết cấu vách ngoài kho lạnh
Vật liệu Bề dày
δ(m)
Hệ số truyền nhiệt
λ (W/m.K)
Cách ẩm bitum 0.004 0.300
Cách nhiệt polystirol 0.200 0.047
Lớp vữa và tấm thép 0.020 0.880
3.1.2 Xác định bề dày lớp cách nhiệt
Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức:
Trong đó:
α1 = 23.3 W/m2 K : hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (tường có chắn gió)
α2 = 9 W/m2.K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu cưỡng bức)
δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng 1)
λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng 1)
K = 0.35 W/m2.K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn
=> chọn δ1 = 0.2 m
m
1 0 9
1 3 0
004 0 82 0
38 0 88 0
02 0 3 3 23
1 35 0
1 047 0
2 1
1 1
1 1
1
i i
K
Trang 13Hệ số truyền nhiệt K
2 i
1
1 1
cn i
9
1 047 0
2 0 3 0
004 0 82 0
38 0 88 0
02 0 3 3 23
1
K = 0.202 W/m2.K
3.1.3 Kiểm tra đọng sương
Điều kiện để vách ngoài của kho lạnh không bị đọng sương:
Trong đó:
t1: nhiệt độ bên ngoài kho bảo quản lạnh đông ( o C)
ts: nhiệt độ đọng sương của không khí bên ngoài ( o C)
t2: nhiệt độ bên trong kho lạnh ( o C)
α1: hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (W/m2.K)
0.95 : hệ số an toàn
=> K < ks
Vậy: vách ngoài không đọng sương
3.2.1 Kết cấu cách nhiệt của nền
Kết cấu nền kho lạnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ phòng lạnh, tải trọng của hàng bảo quản, dung tích kho lạnh,…Yêu cầu của nền là phải có độ vững chắc
cần thiết, tuổi thọ cao, không thấm ẩm
) / ( 95
2 1
1
t t
t t
s
) / ( 65 3 5 3 37
32 3 37 3 23 95
Trang 14Bảng 2: Kết cấu cách nhiệt của nền
Vật liệu Bề dày δ (m) Hệ số truyền nhiệt λ (W/m.K)
Bêtông đất 0.02 1.6
Bêtông tấm 0.10 1.0
Cách nhiệt (Stiropor) 0.20 0.047
Cách ẩm bitum 0.005 0.23
Bêtông cốt thép 0.15 1.5
Cộng 0.485
3.2.2 Xác định bề dày lớp cách nhiệt
Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức:
Trong đó:
α1 = 23.3 W/m2 .K : hệ số cấp nhiệt của không khí
α2 = 9 W/m2 .K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu cưỡng bức)
δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng 2)
λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng 2)
K = 0.35 W/m2 .K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn
=> chọn δ2 = 0.2 m
=> Hệ số truyền nhiệt của nền K = 0.215 W/m2 .K
Kiểm tra tương tự trên ==> không có đọng sương và đọng ẩm
m
12 0 9
1 5 1
15 0 88 1
01 0 23 0
005 0 1
1 0 6 1
02 0 3 23
1 35 0
1 047 0
2 1
2 2
1 1
1
i i
d K
Trang 153.3 CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM CHO TRẦN
3.3.1 Kết cấu cách nhiệt của trần
Mái kho lạnh không được phép đọng nước và thấm nước.Mái có kết cấu như sau:
Bảng 3: Kết cấu cách nhiệt của trần kho lạnh
Vật liệu Bề dày δ(m) Hệ số truyền nhiệt λ (W/mK)
Bêtông cốt thép 0.07 1.5
Cách nhiệt (Stiropor) 0.15 0.047
Vữa trên lưới thép 0.04 0.88
Cộng 0.1957
3.3.2 Xác định bề dày lớp cách nhiệt
Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức:
Trong đó:
α1 = 23.3 W/m2 K : hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (tường có chắn gió)
α2 = 9 W/m2 .K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu cưỡng bức)
δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên)
λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên)
K = 0.35 W/m2K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn
=> chọn δ3 = 0.2 m => Hệ số truyền nhiệt của trần K = 0.288 W/m2.K
Kiểm tra tương tự trên ==> Không có đọng sương đọng ẩm trên bề mặt kết cấu
2 1
3 3
1 1
1
i i
d K
m
12 0 9
1 88 0
04 0 23 0
005 0 88 0
01 0 5 1
07 0 3 23
1 35 0
1 047 0
Trang 16CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT
Việc tính toán nhiệt tải kho lạnh là tính toán các dòng nhiệt từ môi trường xâm nhập vào kho lạnh Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để thải trở lại môi trường nóng, đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa buồng lạnh và không khí bên ngoài
Mục đích cuối cùng của việc tính toán nhiệt tải kho lạnh là để xác định năng suất lạnh của máy lạnh cần lắp đặt
Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh được xác định bằng biểu thức:
Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 (W) Trong đó:
Q1: dòng nhiệt thất thoát qua vách
Q2: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra
Q3: dòng nhiệt do vận hành kho
Q4: dòng nhiệt do thong gió buồng lạnh
4.1.1 Tính nhiệt thất thoát qua vách
Bao che K (w/m2k) F(m2) T (k) Q1 =K×F×T (w)
Tường ngoài 0.202 60 62.3 755.076
Tường ngoài 0.202 60 62.3 755.076
Tường ngoài 0.202 60 62.3 755.076
Tường ngoài 0.202 60 62.3 755.076
Nền 0.215 144 62.3 1928.808
Trần 0.288 144 62.3 2583.7056
Trang 174.1.2 Tính dòng nhiệt do sản phẩm tạo ra
Dòng nhiệt do trái cây tỏa ra:
= × (ℎ − ℎ ) × 1000 × 1000
24 × 3600 ( ) M: năng suất buồng bảo quạn lạnh đông (t/24h)
Q21 :Dòng nhiệt do tôm tỏa ra
h1 ,h2 : enthapi của sản phẩm trước và sau khi xử lý lạnh :
Theo bảng 4-2 p.81
Chọn nhiệt độ hàng nhập thẳng vào kho bảo quản lạnh đông là:
t1 = 8 oC h1 = 302 kJ/kg
t2 = 4 oC h2 = 286.7 kJ/kg
M = 8%E = 0.08×120 = 9.6 ( t/24h)
Với: M: khối lượng hàng nhập vào bảo quản lạnh đông
E: dung tích phòng bảo quản lạnh đông
Vậy :
= × (ℎ − ℎ ) × 1000 × 1000
24 × 3600 ( )
= ×( )× ×
× = 1700( )
Dòng nhiệt do trái cây hô hấp:
Q22 = E× (0.1×qn + 0.9×qhp) ,W =120× (0.1×40.7 + 0.9×14) = 1667 (W) Với: E : dung tích kho lạnh
qn và qhp :dòng nhiệt tỏa ra khi có sản phẩm nhập vào kho lạnh, sau đó là nhiệt độ bảo quản kho lanh W/t (bảng 4-5)
Trang 18 Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra:
= b × ( 1 − 2) × 1000 × 1000
24 × 3600 Với: Mb : khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm (t/24h)
Cb : Nhiệt dung riêng của bao bì (kJ/kgK)
t1, t2 : nhiệt độ bao bì trước và sau khi bảo quản lạnh đông
1000/(24×3600) : hệ số chuyển đổi t/24h ra kg/s
Ta có : Khối lượng bao bì gỗ : Mb = 10%M = 10% ×9.6 =0.96 (t/24h)
Nhiệt dung riêng của bao bì gỗ : Cb = 2.5 (kJ/kgK)
Nhiệt độ bao bì trước khi bảo quản: t1= 8 oC
Nhiệt độ bao bì sau khi bảo quản : t2 =4 oC
= 0.96 × 2.5 × (8 − 4) × 1000 × 1000
24 × 3600 = 111.11 ( ) Tổng nhiệt do sản phẩm tỏa ra là :
4.1.3 Dòng nhiệt do vận hành kho
Dòng nhiệt do đèn chiếu sang:
Q31 = A×F ,W
A: định mức chiếu sáng trên một m2 phòng, A = 1.2 W/m2
F: Diện tích phòng lạnh, F= 144 m2
Q31= 1.2×144 = 172.8 W
Trang 19 Dòng nhiệt do người tỏa ra:
Q32= 350×n ,W
350: nhiệt lượng do người tỏa ra khi làm việc nặng
n: số người làm việc trong phòng, chọn n=3
Q32= 350×3 = 1050 W
Dòng nhiêt do động cơ điện:
Q33= 1000×N ,W
N: công suất động cơ điện , N = 2
Q33= 1000×2= 2000 W
Dòng nhiệt khi mở cửa:
Q34 = B×F ,W
B: dòng nhiệt do tổn thất kho lạnh mở cửa cho 1 m2 phòng lạnh, B= 15 (tra bảng 4-4)
F: diện tích phòng lạnh, F = 144 m2
Q34= 15×144 = 2160 W
Vậy dòng nhiệt vận hành:
4.1.4 Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh
Tra đồ thị h-x ta có : h1 =105 kj/kg
h2 =13 kj/kg
Trang 20Khối lượng riêng của không khí trong buồng pk=1.28m3/kg
Bội số tuần hoàn không khí a=3
= × ×
24 × 3600 /
=144 × 3 × 1.28
24 × 3600 = 6.4 × 10 /
Dòng nhiệt tổn thất do không khí nóng đưa vào:
Q 4 = M k × (h 1 -h 2 ) ×1000 = 6.4×10 -3 × (105-13) ×1000 = 588.8 (W)
Dòng nhiệt tổn thất cho toàn bộ kho
Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
= 7532.82 + 3478.11 + 5382.80 + 588.80 = 16982.53 W
Tải nhiệt cho thiết bị là tổng các tải nhiệt thành phần có giá trị cao nhất :
QMN = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 W (4-15) (NĐL) QMN =7532.82 + 3478.11 + 5382.80 + 588.80 = 16982.53 (W)
Năng suất lạnh của máy nén được xác định theo biểu thức:
Q0=
b
Q
k
(4-17) (NĐL)
∑Q - Tổng nhiệt tải của máy nén
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=1.12 (dùng phương pháp nội suy trong tài liệu hdtk NĐL)
= ×Q
. = 21133.81
