Đồ án kỹ thuật lạnh thiết kế hệ thống lạnh công nghiệp

Các yêu cầu thực hiện: - Tính toán dung tích kho lạnh và bố trí mặt bằng kho lạnh - Tính toán cách nhiệt và cách ẩm cho kho lạnh - Tính toán phụ tải lạnh - Tính chọn máy nén và tính kiể

Quy trình xử lý lạnh thực phẩm

Tác dụng của việc bảo quản lạnh

Bảo quản lạnh thực phẩm là quá trình giữ cho thực phẩm trong điều kiện nhiệt độ thấp nhằm bảo vệ chất lượng và hình thức ban đầu của chúng Việc này giúp hạn chế sự phát triển của vi khuẩn, nấm mốc và các tác nhân gây hỏng, kéo dài thời gian sử dụng của thực phẩm Thực hiện đúng kỹ thuật bảo quản lạnh không chỉ giữ cho thực phẩm tươi ngon, an toàn mà còn giúp duy trì giá trị dinh dưỡng, giảm thiểu lãng phí Vì vậy, bảo quản lạnh là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn thực phẩm hàng ngày.

Sau khi thu hoạch, thực phẩm mất đi sự sống, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển Để kéo dài thời gian bảo quản, cần giảm nhiệt độ, đảm bảo thông gió và độ ẩm phù hợp, giúp nguyên liệu giữ được chất lượng lâu hơn Khi nhiệt độ dưới 10°C, hoạt động của vi sinh vật gây thối rữa và vi khuẩn gây bệnh bị giảm, còn ở nhiệt độ dưới 0°C, quá trình phát triển gần như bị ngăn chặn hoàn toàn Trong khoảng từ -5°C đến -10°C, hầu hết vi sinh vật không còn hoạt động, cho thấy bảo quản lạnh có tác dụng rất lớn trong duy trì thực phẩm an toàn và kéo dài thời hạn sử dụng.

- Làm ức chế về sinh lý của vi khuẩn nũng như nấm, men.

Dưới tác dụng của nhiệt độ thấp, nước trong thực phẩm bị đóng băng, giúp ngăn chặn quá trình phát triển của vi khuẩn Vi khuẩn mất nước, làm teo tế bào nguyên sinh và làm giảm khả năng sinh sôi nảy nở, từ đó giữ cho thực phẩm được bảo quản lâu hơn Đây là phương pháp giữ thực phẩm an toàn và hiệu quả nhờ vào tác dụng của nhiệt độ thấp trong quá trình bảo quản.

Quy trình xử lý

Hình 1.1 Quy trình xử lý thực phẩm

Sau khi xử lý nguyên liệu xong cần được cấp đông trong thời gian nhanh nhất để đảm bảo chất lượng sản phẩm và tránh hao hụt số lượng.

Sản phẩm sau khi cấp đông cần được đóng gói hoặc chuyển sang phòng bảo quản đông để chờ tiêu thụ.

Quá trình bảo quản trong kho lạnh đối với thịt lợn ta xếp trên giá treo.

Đặc điểm khí hậu khu vực và các lưu ý khi vận chuyển

Đặc điểm khí hậu

Phú Thọ nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, nổi bật với mùa đông khô và lượng mưa ít, hướng gió thịnh hành là gió mùa Đông Bắc Mùa hè tại đây nóng, nắng và mưa nhiều, với hướng gió chủ yếu là gió mùa Đông Nam Nhiệt độ trung bình cả năm khoảng 23°C, tổng lượng mưa hàng năm từ 1.600 đến 1.800mm, và độ ẩm không khí trung bình đạt từ 85 đến 87%, tạo điều kiện thuận lợi cho các hoạt động sản xuất và du lịch.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình bảo quản

a) Ảnh hưởng từ các yếu tố bên ngoài

Nhiệt độ môi trường đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm bảo quản, đặc biệt là các yếu tố như nhiệt độ và độ ẩm Những yếu tố này không chỉ tác động trực tiếp đến sản phẩm mà còn gây ảnh hưởng đến hiệu suất của các thiết bị và cấu trúc của kho lạnh Do đó, kiểm soát nhiệt độ môi trường là yếu tố thiết yếu để duy trì chất lượng và đảm bảo an toàn cho hàng hóa bảo quản.

Cấu trúc kho cần đảm bảo cách nhiệt và cách ẩm tốt để duy trì nhiệt độ ổn định, tránh hiện tượng dao động nhiệt độ gây ra Một cấu trúc kho không hợp lý hoặc thiếu khả năng cách nhiệt, cách ẩm sẽ dẫn đến sự biến đổi nhiệt độ liên tục, làm cho các tinh thể nước đá trong kho bị tan chảy và tái kết tinh Quá trình này gây giảm trọng lượng và khối lượng của sản phẩm, ảnh hưởng xấu đến chất lượng và hiệu quả bảo quản hàng hóa trong kho Để đảm bảo an toàn và chất lượng sản phẩm, việc thiết kế và xây dựng cấu trúc kho phù hợp là yếu tố cực kỳ quan trọng trong quản lý lưu kho.

Chế độ vận hành máy lạnh hợp lý là yếu tố quan trọng để duy trì sự ổn định của hệ thống Vận hành không đúng cách có thể khiến máy lạnh hoạt động không ổn định, dẫn đến nhiệt độ dao động thất thường Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm, gây giảm sút hiệu quả sản xuất Lựa chọn chế độ vận hành phù hợp giúp đảm bảo nhiệt độ ổn định, giảm thiểu hao hụt năng lượng và nâng cao hiệu suất làm việc của hệ thống máy lạnh.

Chất lượng của hệ thống máy lạnh và chế độ bảo trì định kỳ đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng và khả năng bảo quản sản phẩm Thời gian bảo quản kéo dài có thể làm giảm cả về khối lượng lẫn chất lượng của sản phẩm Để đảm bảo sản phẩm đạt chất lượng tốt, cần duy trì điều kiện môi trường trong kho ổn định theo đúng quy trình công nghệ đã đề ra.

Nhiệt độ bảo quản thực phẩm phải dựa trên các yếu tố kinh tế và kỹ thuật, phù hợp với từng loại sản phẩm và thời gian lưu giữ Thời gian bảo quản càng kéo dài, yêu cầu về nhiệt độ càng thấp để đảm bảo chất lượng Các mặt hàng đông lạnh cần được bảo quản ở nhiệt độ ít nhất bằng nhiệt độ sau cấp đông để tránh quá trình tan chảy và tái kết tinh của các tinh thể nước đá, nhằm giữ trọng lượng và chất lượng sản phẩm tối ưu.

Độ ẩm của không khí trong kho lạnh ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, đặc biệt liên quan đến hiện tượng thăng hoa của nước đá trong sản phẩm Việc điều chỉnh độ ẩm phù hợp dựa trên từng loại hàng hóa giúp bảo quản tốt hơn, giữ nguyên chất lượng và hạn chế tổn thất do quá trình bay hơi hoặc thăng hoa Do đó, kiểm soát độ ẩm trong kho lạnh là yếu tốquan trọng để duy trì sự tươi ngon và chất lượng của sản phẩm.

Tốc độ không khí trong kho lạnh đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ nhiệt tỏa ra từ sản phẩm bảo quản, giúp duy trì nhiệt độ lý tưởng Không khí chuyển động đều giúp phân bổ nhiệt độ và độ ẩm một cách đồng đều, ngăn chặn sự phát triển của nấm mốc và vi khuẩn gây hại Ngoài ra, quá trình lưu thông không khí còn hạn chế các yếu tố gây nhiễu như mở cửa kho, cầu nhiệt, hoạt động của nhân viên và máy móc, đảm bảo môi trường bảo quản luôn ổn định và an toàn.

Tính năng các buồng

Dùng để bảo quản sản phẩm đã được ướp lạnh, với nhiệt độ thường từ -3°C đến 5°C và độ ẩm khoảng 95% Trong đồ án này, nhiệt độ bảo quản được duy trì ở mức 20°C Quá trình làm lạnh được thực hiện trực tiếp bằng hệ thống quạt, đảm bảo giữ cho sản phẩm luôn tươi mới và chất lượng.

Dùng bảo quản hàng đã kết đông Nhiệt độ bảo quản tối thiểu phải đạt tb = -

23 0 C để cho vi sinh vật không thể phát triển làm hư hại thực phẩm trong quá trình bảo quản Trong đồ án này ta chọn tb = - 18 0 C

Làm lạnh trực tiếp bằng dàn quạt.

Dùng để kết đông những sản phẩm trước khi sang khâu chế biến kh ác hoặc đưa vào bảo quản trong kho lạnh Nhiệt độ buồng tb = - 32 0 C.

Xác định diện tích xây dựng

Diện tích buồng bảo quản lạnh

Với diện tích phòng lên đến 6250 m², việc sử dụng không gian này một cách hiệu quả là điều cần thiết Để giảm thiểu diện tích mặt bằng tiêu tốn, phương án tối ưu là xây dựng thành 3 tầng giá treo, giúp mở rộng không gian lưu trữ và tối ưu hóa công năng sử dụng.

Từ đó, ta xác định được chiều cao của chất tải trong kho bảo quản: h : Chiều cao chất tải (m)

Ta sử dụng kho lạnh 3 tầng treo để tối ưu hóa không gian lưu trữ Chiều dài mỗi con lợn treo là khoảng 1.8 mét, giúp đảm bảo sự an toàn và thoáng mát cho thịt Khoảng cách giữa các tầng treo được duy trì khoảng 0.1 mét, nhằm tạo không gian phù hợp cho quá trình vận chuyển và bảo quản Việc áp dụng hệ thống kho lạnh treo nhiều tầng không chỉ tiết kiệm diện tích mà còn giúp nâng cao hiệu quả ứng dụng cơ giới hóa trong quá trình bốc xếp, giảm thiểu nhân công và thời gian xử lý.

Chiều cao chất tải trong kho lạnh: h=1,8.3+0,2=5,6 (m)

Chiều cao của từng buồng trong kho lạnh là: hb  h 0.8 6,4

(m) Diện tích phòng bảo quản lạnh thực tế:

Như vậy yêu cầu của bài toán được thoả mãn.

Diện tích buồng bảo quản đông

Với diện tích phòng lên tới 3750 m², việc sử dụng toàn bộ không khả thi nếu muốn giảm diện tích mặt bằng tiêu tốn Do đó, giải pháp hợp lý là xây dựng hệ thống 3 tầng giá treo nhằm tối ưu hóa không gian và nâng cao hiệu quả sử dụng mặt bằng.

Như vậy ta xác định được chiều cao của chất tải trong kho bảo quản: h : Chiều cao chất tải (m)

Việc sử dụng kho lạnh 3 tầng treo mang lại hiệu quả tối ưu về không gian lưu trữ Mỗi con lợn được treo với chiều dài khoảng 1.8 mét, giúp đảm bảo vệ sinh và dễ dàng xử lý Kho lạnh được thiết kế với khoảng cách 0.1 mét giữa các tầng, giúp tiết kiệm diện tích và tối đa hóa khả năng chứa hàng Ngoài ra, việc ứng dụng cơ giới hóa trong quá trình bốc xếp giúp nâng cao năng suất và giảm thiểu nhân công lao động, đảm bảo quá trình vận chuyển và bảo quản diễn ra thuận lợi, hiệu quả.

Chiều cao chất tải trong kho lạnh: h=1,8.3+0,2=5,6 (m) Chiều cao của từng buồng trong kho lạnh là: hb  h 0.8 6,4

(m) Diện tích phòng bảo quản lạnh thực tế:

3 50 (m 2 )Như vậy yêu cầu của bài toán được thoả mãn.

Xác định số buồng cần xây

Số buồng bảo quản sản phẩm làm lạnh

Vậy ta chọn nttbql 5 ô để xây dựng buồng bảo quản lạnh.

Số buồng bảo quản sản phẩm lạnh đông

432 =2,89Vậy ta chọn n ttbqd =3 ô để xây dựng buồng bảo quản đông.

Dung tích thực tế

Dung tích thực tế của buổng bảo quản lạnh

Dung tích thực tế của buồng bảo quản đông

Buồng kết đông

Diện tích buồng kết đông

Trang 37 [1]- Áp dụng công thức:

 T: Thời gian hoàn thành một mẻ sản phẩm bao gồm thời gian xử lý lạnh chất tải tháo tải phá băng cho dàn lạnh chọn T = 18 h.

 M: năng suất buồng kết đông M (tấn/ngày).

 gl = 0.24 tấn/m: là tiêu chuẩn chất tải trên 1m chiều dài giá treo.

 k = 1.2 là hệ số tính chuyển từ tiêu chuẩn chất tải trên 1m chiều dài ra 1m 2 diện tích cần xây dựng l

Chiều cao của từng buồng trong kho lạnh là: hb  h 0.8 6,4

Số lượng buồng kết đông

Ta chọn diện tích một buồng bảo quản đông chọn f = 8 x9 = 72 (m 2 ) Số ô xây dựng là: n= F xd f = 64,88

72 =0,9 Nên ta chọn nttbkd = 1 ô xây dựng.

Năng suất thực của buồng kết đông

TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM CHO KHO LẠNH

Chọn Panel

Panel có cấu tạo gồm hai bề mặt ngoài được phủ lớp vật liệu chống ẩm hoàn toàn, giúp tăng tuổi thọ và độ bền của sản phẩm Các vật liệu phù hợp và phổ biến hiện nay để làm lớp phủ này bao gồm những loại có khả năng chống ẩm cao, đảm bảo độ bền lâu dài cho panel trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau Việc sử dụng vật liệu chống ẩm chất lượng cao không chỉ nâng cao hiệu suất sử dụng mà còn kéo dài tuổi thọ của panel trong các ứng dụng công nghiệp và xây dựng.

+ Tôn mạ màu (colorbond steel sheet) dày từ 0,5 mm

+ Tôn phủ lớp PVC (PVC coated steel sheet) dày 0,6mm

+ Tôn inox (stainless steel sheet) dày từ 0,5 mm

Vật liệu cách nhiệt chính được làm từ polyurethane phun, có khối lượng riêng từ 38 đến 42 kg/m3 và cường độ chịu nén đạt từ 0,2 đến 0,2 MPa, đảm bảo tính năng cách nhiệt hiệu quả Tỷ lệ điền đầy bọt trong panel đạt 95%, giúp nâng cao khả năng cách nhiệt và cách âm Chất tạo bọt sử dụng là R141B, an toàn cho tầng ôzôn và thân thiện môi trường, phù hợp với các tiêu chuẩn về bảo vệ môi trường hiện nay.

2.1.2 Các thông số cơ bản của Panel

Bảng 2.1 Thông số độ dày panel tiêu chuẩn và hệ số truyền nhiệt

STT Ứng dụng của kho Chiều dày

(mm) Hệ số truyền nhiệt K(W/m 2 K)

2 Kho lạnh có nhiệt độ từ 0 đến 5 o C 75 0.3

3 Kho lạnh có nhiệt độ -18 o C 100 0.22

4 Kho lạnh có nhiệt độ từ -20 đến -

5 Kho lạnh có nhiệt độ từ -25 đến -

6 Kho lạnh có nhiệt độ đến -35 o C 175 0.13

7 Kho lạnh đông sâu đến -60 o C 200 0.11

Các thông số về nhiệt độ của các buồng trong kho lạnh:

Thông số các lớp vật liệu của tấm panel tiêu chuẩn

Polyurethane có hệ số dẫn nhiệt (0,02-0,03)W/mK, chọn λcn = 0.02 W/mK.

Tôn lá dày 0.0005m có hệ số dẫn nhiệt 45.36W/mK

Mà hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức trong tài liệu [1] trang 85:

Trong đó, δcn là độ dày yêu cầu của lớp panel cách nhiệt, giúp đảm bảo khả năng cách nhiệt tối ưu cho công trình λcn thể hiện hệ số dẫn nhiệt của panel cách nhiệt, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng truyền nhiệt của lớp vật liệu Hệ số truyền nhiệt k (W/m²K) đóng vai trò quan trọng trong xác định mức độ truyền nhiệt qua bức xạ và truyền dẫn Thời gian tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài đến lớp cách nhiệt được đặc trưng bởi hệ số α1 (W/m²K), trong khi hệ số α2 (W/m²K) thể hiện khả năng tỏa nhiệt từ vách buồng lạnh vào không gian bên ngoài Đối với các lớp vật liệu thành phần, δi là chiều dày của lớp thứ i, như lớp tôn mạ màu, còn λi là hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu đó, ảnh hưởng đến khả năng cách nhiệt và độ bền của cấu trúc; tất cả các yếu tố này đều góp phần vào thiết kế tối ưu các hệ thống cách nhiệt cho các công trình công nghiệp và xây dựng.

Theo bảng 3.7 tài liệu [1] trang 86 ta có:

 Hệ số tỏa nhiệt của môi trường ra bên ngoài tới cách nhiệt α1 = 23.3 W/m 2 K.

 Hệ số tỏa nhiệt từ vách buồng vào buồng lạnh: α2 = 9 W/m 2 K đối với buồng bảo quản α2 = 10.5 W/m 2 K đối với buồng kết đông gia lạnh.

Mặt khác: λ cn = λ PU = 0,02 W/mK

Hệ số dẫn nhiệt của lớp tôn mạ màu: λ Tôn = 45,36 W/mK

Chiều dày của lớp tôn mạ màu: δ Tôn = 0,5 mm = 0,0005 m

2.1.3 Chọn độ dày Panel cho buồng bảo quản đông (nhiệt độ -18 o C)

- α bề mặt ngoài của tường bao tra theo bảng 3 -7 trang 86, tài liệu [1] có α1 23,3 W/m 2 K

- α bề mặt trong của buồng đối lưu cưỡng bức vừa phải tra theo bảng 3-7 trang

Kho bảo quản lạnh đông có nhiêt độ -18 o C, theo bảng 3-3, k = 0.22 W/m 2 K δcn= 0,02*[ 0,22 1 − ( 23,3 1 + 2∗0,0005

 Chiều dày panel cần chọn: δ panel = 88 + 2x 0,5 = 89 mm

Theo bảng 3-9 trang 100 tài liệu [1], ta chọn panel dày 100mm có hệ số truyền nhiệt k = 0,22 W/m 2 K

Khi đó chiều dày cách nhiệt thực của panel là: δcnthực = 100-(2*0,5) = 99 mm

Hệ số truyền nhiệt thực của vách khi đó là:

Nhiệt độ bề mặt ngoài của panel: tw1 = t1- k (t 1 −t 2) α 1 = 37,1 - 0,196 ∗ ( 37,1−(−18) )

2.1.4 Chọn độ dày Panel cho buồng bảo quản lạnh (nhiệt độ 2 o C)

- α bề mặt trong của buồng đối lưu cưỡng bức vừa phải tra theo bảng 3-7 trang

Phòng bảo quản lạnh có nhiêt độ 2 o C, theo bảng 3-3 tài liệu [1], chọn k = 0.325 W/m 2 K δcn= 0,02*[ 0.325 1 − ( 23,3 1 + 2∗0,0005

 Chiều dày panel chọn: δ panel = 58+ 2x0,5 = 59 mm

Theo bảng 3-9 trang 100 tài liệu [1], ta chọn panel dày 75mm có hệ số truyền nhiệt k = 0,3 W/m 2 K

Khi đó chiều dày cách nhiệt thực của panel là: δcnthực = 75-(2 x 0,5) = 74 mm

Nhiệt độ bề mặt ngoài của panel: tw1 = t1- k (t 1 −t 2) α 1 = 37,1 - 0,26∗(37,1−2)

2.1.5 Chọn độ dày Panel cho buồng kết đông (nhiệt độ -32 o C)

- α bề mặt trong của buồng đối lưu cưỡng bức mạnh (buồng gia lạnh và kết đông) phải tra theo bảng 3-7 trang 86, tài liệu [1] có : α2 = 10,5W/m 2 K

Buồng lạnh đông có nhiêt độ -32 o C, theo bảng 3-3 , từ -40 đến -30 độ thì k = 0,19 W/m 2 K, nên -32 o C thì chọn k = 0,19 W/m 2 K δcn= 0,02*[ 0,19 1 − ( 23,3 1 + 2∗0,0005

 Chiều dày panel cần chọn: δ panel = 102 + 2*0,5 = 103 mm

Theo bảng 3-9 trang 100 tài liệu [ CITATION Ngu16 \l 1033 ], ta chọn panel dày 150mm có hệ số truyền nhiệt k = 0,15 W/m 2 K

Khi đó chiều dày cách nhiệt thực của panel là: δcnthực = 150-(2*0,5) = 149mm

Nhiệt độ bề mặt ngoài của panel: tw1 = t1- k (t 1−t 2) α 1 = 37.1 - 0,132∗(37.1−(−32))

23,3 = 36,71 ℃ Bảng 2.2 Hệ số truyền nhiệt của panel theo từng buồng

Buồng kết đông Buồng bảo quản đông

Tính kiểm tra đọng sương

Thông số tính toán nhiệt độ ngoài trời của Phú Thọ theo TCVN – 5687 – 2010 (Lấy theo thông số tại Yên Bái vì cùng 1 khu vực).

Hình 2.2 Thông số nhiệt độ ngoài trời Phú Thọ

Bảng 2.3 Thông số tính toán nhiệt độ ngoài trời cho kho lạnh

Mùa Nhiệt độ ngoài trời t nt ( o C)

Nhiệt độ nền t n ( o C) Độ ẩm φ n (%)

Vì panel đặt sau vách bê tông nên ta lấy bằng nhiệt độ nền là: tn = 0.7 tnt

Từ tn và φn ta tra được nhiệt độ điểm sương của không khí ngoài trời là ts theo đồ thị I-D

Hệ số truyền nhiệt lớn nhất cho phép là: k max = 0.95 α 1 t n −t s t n −t t

Dựa trên các thông số đã có và công thức tính toán, chúng ta có thể xác định giá trị KS cho các buồng bảo quản đông, bảo quản lạnh và buồng kết đông Việc này giúp tối ưu hóa quá trình bảo quản và duy trì chất lượng sản phẩm Áp dụng đúng công thức và thông số kỹ thuật đảm bảo hiệu quả lưu trữ lâu dài và tiết kiệm năng lượng cho hệ thống làm lạnh Các kết quả này đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế và vận hành các hệ thống bảo quản phù hợp với từng loại sản phẩm.

Bảng 2.4 Hệ số truyền nhiệt lớn nhất của các buồng

STT Buồng t s ( o C) đọng sương t( o C) trong buồng t n ( o C) panel α(W/m 2 K) k max (W/m 2 K)

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

Tính toán cách nhiệt, cách ẩm cho nền kho

Kết cấu nền kho lạnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Nhiệt độ trong phòng lạnh

- Tải trọng của kho hàng bảo quản

2.3.1 Kết cấu nền kho bảo quản lạnh

Kho bảo quản lạnh có nhiệt độ buồng là 2 o C

Tham khảo bảng 3.1 tài liệu [1] trang 81 ta có:

Bảng 2.5 Kết cấu nền buồng bảo quản lạnh (từ trên xuống dưới)

STT Lớp Chiều dày, mm Hệ số dẫn nhiệt

4 Perganin và giấy dầu cách ẩm 2 0.175

Chiều dày lớp cách nhiệt Polystirol tối thiểu là: n δ

Theo bảng 3.7([1]- trang 86), ta tra được: α1 = 23.3 W/m 2 K α2 = 9 W/m 2 K – đối với buồng bảo quản lạnh

Theo bảng 3.6 [1 tr.84] ta có:

- k = 0.41 W/m 2 K với nhiệt độ buồng lạnh là 2 o C

Ta chọn chiều dày thực của lớp cách nhiệt của uồng bảo quản lạnh là: δcn

Hệ số truyền nhiệt thực tế của nền bảo quản lạnh theo công thức (2.1): k bqltt = 1

2.3.2 Kết cấu nền buồng bảo quản đông và buồng kết đông

Buồng bảo quản đông có nhiệt độ -18 o C

Buồng kết đông có nhiệt độ -32 o C. Để tránh xảy ra đóng băng nền ta có thể sử dụng 2 phương pháp:

- Sử dụng dòng chất lỏng nóng (glycol) đi trong ống hoặc sử dụng điện trở sưởi đẻ gia nhiệt cho nền

- Xây kết cấu các con lươn thông gió. Ở bản thiết kế này ta chọn sử dụng phương pháp xây các con lươn thông gió theo block 120 Theo tài liệu [2].

Hình 2.3 Hình ảnh con lươn thông gió

Bảng 2.6 Kết cấu nền bảo quản đông và kết đông (từ trên xuống dưới)

STT Lớp Chiều dày, mm Hệ số dẫn nhiệt

2 Cách ẩm (Perganin, giấy dầu) 2 0.175

4 Cách ẩm (Perganin, giấy dầu) 2 0.175

Chọn tốc độ không khí trong kênh là: v air =3 m / s

Nhiệt độ trung bình của không khí trong kênh là 20 o C

Hệ số dẫn nhiệt của lớp thông gió là: λ%.66 mW /mK

Chiều dày lớp cách nhiệt polyurethan tối thiểu là: n δ

- δcn – độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt m

- λcn – Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt W/m K

- α1 – Hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tới lớp cách nhiệt W/m 2 K

- α2 – Hệ số tỏa nhiệt từ vách buồng lạnh vào buồng lạnh W/m 2 K

- δi – Chiều dày lớp vật liệu thứ i

- λi – Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i W/m 2 K

Theo bảng 3.7 tài liệu [1] trang 86 ta có:

- α2 = 10.5 W/m 2 K – đối với buồng bảo quản đông và kết đông

Theo bảng 3.6 [1 tr.84] ta có:

- k =0,21 bqd W/m 2K với nhiệt độ buồng bảo quản đông là -18 o C

- k =0,18 bkd W/m 2K với nhiệt độ buồng kết đông là -32 o C δ cn_bqd =0,024 [ 0,21 1 − ( 23,3 1 + 0,2 1,21 + 0,002 0,175 2+ 0,3 0,35 + 10,5 1 ) ] δ cn_bkd =0,024 [ 0,18 1 − ( 23,3 1 + 0,2 1,21 + 0,002 0,175 2+ 0,3 0,35 + 10,5 1 ) ]

Ta chọn chiều dày thực của lớp cách nhiệt của:

- Buồng bảo quản đông là: δcn_bqđ = 0.1 m

- Buồng kết đông là: δcn_bkđ = 0.125 m

Khi đó hệ số truyền nhiệt thực tế của nền phòng bảo quản đông là: k thbqd = 1

Tương tự ta có chiều dày cách nhiệt PE cho các buồng là:

Bảng 2.7 Độ dày của các tấm PE theo từng buồng

TÍNH NHIỆT KHO LẠNH

Đại cương về tính nhiệt kho lạnh

Mục đích cuối cùng của việc tính toán nhiệt kho lạnh là để xác định năng suất lạnh của máy lạnh cần lắp.

Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh được xác định theo biểu thức:

 ∑Q1: Dòng nhiệt qua kết cấu bao che.

 ∑Q2: Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra.

 ∑Q3: Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh.

 ∑Q4: Dòng nhiệt do vận hành.

Dòng nhiệt từ sản phẩm tỏa ra khi sản phẩm hô hấp (thở) chỉ xuất hiện ở các kho lạnh bảo quản rau quả đặc biệt hoặc trong các buồng lạnh của kho phân phối hoa quả Các dòng nhiệt này có đặc điểm thay đổi liên tục theo thời gian, trong đó Q1 chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài và thay đổi theo giờ trong ngày cũng như theo mùa trong năm Ngoài ra, Q2 phụ thuộc vào yếu tố mùa vụ, trong khi Q3 phụ thuộc vào loại hàng hóa bảo quản, đặc biệt là các sản phẩm không hô hấp như rau, quả, trứng hoặc các sản phẩm sống có hô hấp.

Q4 phụ thuộc vào quy trình công nghệ chế biến, bảo quản hàng hóa Q5 phụ thuộc vào biến đổi sinh hóa của sản phẩm hô hấp

 ∑Q1: Dòng nhiệt qua kết cấu bao che, gồm:

- Tổn thất do chênh lệch nhiệt độ giữa ngoài và trong buồng lạnh: ∑Q11

- Tổn thất do bức xạ mặt trời: ∑Q12

Trong đó: kt : Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu, W/ m 2 K

F : Diện tích bề mặt của kết cấu bao che, m 2 t1 : Nhiệt độ của môi trường bên ngoài, °C t2 : Nhiệt độ không khí bên trong buồng lạnh, °C

Q12 = kt.F Δ t12 kt : Hệ số truyền nhiệt thực của vách ngoài, W/ m 2 K

Diện tích nhận bức xạ trực tiếp của mặt trời (F) là yếu tố quan trọng trong quá trình tính toán nhiệt lượng Hiệu nhiệt độ dư (Δt12) đo lường sự chênh lệch nhiệt độ giữa các điểm trong hệ thống, giúp đánh giá hiệu quả truyền nhiệt Trong trường hợp này, dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời trực tiếp không được xem xét, bởi vì kho lạnh được bố trí bên trong xưởng, không tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời, đảm bảo giữ nhiệt ổn định và tiết kiệm năng lượng.

- Giữa các vách buồng có cùng nhiệt độ khi tính toán tổn thất truyền qua lấy:

- Khi tính toán phần vách tiếp xúc với hành lang lấy nhiệt độ hành lang:

- Chênh lệch nhiệt độ để tính tổn thất qua nền: Δt = 0,4tt = 0,4t nt = 0,4 37,1= 14,84 o C

- Các trường hợp còn lại lấy t 1 = t nt = 37,1 o C

Trong quá trình làm lạnh và bảo quản, dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra (Q2) là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống Sản phẩm đưa vào buồng gia lạnh và buồng kết đông thường không đi kèm bao bì, trong khi các sản phẩm bảo quản lạnh hoặc đông thường được đóng gói bằng các bao bì như hộp cáctông, thùng gỗ hoặc khay để đảm bảo vệ sinh và bảo quản tốt hơn Do đó, Q2 bao gồm hai thành phần chính phản ánh nhiệt lượng phát ra từ sản phẩm và ảnh hưởng của bao bì đóng gói, giúp tối ưu hóa quá trình làm lạnh và bảo quản sản phẩm một cách hiệu quả hơn.

- Q21 do sản phẩm tỏa ra

- Q22 do bao bì tỏa ra.

 ∑Q3: Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh.

Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh chủ yếu liên quan đến việc tính toán lượng khí nóng bên ngoài được đưa vào nhằm thay thế không khí lạnh trong buồng Hàng đầu, nó đảm bảo duy trì điều kiện bảo quản tối ưu cho các sản phẩm như hoa quả và hàng hóa có quá trình hô hấp Nguyên nhân chính của dòng nhiệt này là sự cung cấp khí nóng từ bên ngoài, nhằm duy trì môi trường phù hợp cho các sản phẩm bảo quản trong buồng lạnh.

 ∑Q4: Dòng nhiệt do vận hành.

Các dòng nhiệt vận hành Q4 gồm nhiệt tỏa do đèn chiếu sáng Q41, do người làm việc Q42, do các động cơ điện làm việc Q43, dòng nhiệt do mở cửa Q44.

Q41 = A F (W) A: Nhiệt toả do chiếu sáng trên 1m 2 , (W/m 2 )

F: Diện tích của sàn buồng lạnh hoặc kho lạnh, m 2

Q42 = 350 n (W) 350: Nhiệt tỏa do một người lao động nặng, 350W/ người n: Số người lao động trong buồng, diện tích nhỏ hơn 200 m 2 lấy n=2-3

Q43 = 1000 N η (W) 1000: Hệ số chuyển đổi từ kW ra W

N: Công suất động cơ, kW η: Hiệu suất động cơ

B: Dòng nhiệt riêng khi mở cửa, W/ m 2

Sử dụng các công thức trên, ta thành lập bảng giá trị tính toán cho dòng nhiệt qua từng phòng lạnh.

Tính nhiệt phòng bảo quản lạnh

3.2.1 Tính nhiệt cho phòng bảo quản lạnh a) Dòng nhiệt qua kết cấu bao che

Bảng 3.8 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che buồng bảo quản lạnh

Dòng nhiệt do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời

Dòng nhiệt do bức xạ bằng không do vách panel không tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời nên Q12= 0 (kW)

Vậy dòng nhiệt qua kết cấu bao che là:

Q1 = Q11 + Q12 = 48.99 (kW) b) Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q2

Với buồng bảo quản lạnh:

 h1: là entanpi của sản phẩm trước khi đưa vào buồng bảo quản lạnh với nhiệt độ t1 (Bảng 4-2) [1] (kJ/kg)

 h2: là entanpi của sản phẩm sau khi đưa vào buồng bảo quản lạnh với

STT Vách a (m) b (m) k (W/m 2 K) F (m 2 ) t 1 ( o C) t 2 ( o C) Δtt Q (kW) Q 11 (kW)

Năng suất nhập kho bảo quản lạnh, đo bằng tấn/ngày đêm, phản ánh khối lượng hàng hóa được đưa vào trong một ngày và đêm Để xác định chính xác năng suất này, cần dựa vào công thức tính khối lượng hàng nhập vào buồng bảo quản lạnh đã được trình bày trên trang 109 của tài liệu [1], đảm bảo quy trình tiếp nhận hàng hóa hiệu quả và tối ưu hóa hoạt động lưu kho.

9 Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra buồng bảo quản lạnh

STT M(tấn/24h) T 1 ( o C) h 1 (kJ/kg) T 2 ( o C) h 2 (kJ/kg) Q 2 (kW)

Buồng 5 6.25 6 229.9 2 217.8 0.88 c) Dòng nhiệt do thông gió Q3 ƩQ3 = Mk (h1 – h2)

Do đây là kho lạnh bảo quản thịt nên không cần thông gió: Q3= 0 d) Dòng nhiệt do vận hành Q4

Các dòng nhiệt vận hành trong Q4 bao gồm nhiệt tỏa từ đèn chiếu sáng (Q41), nhiệt phát sinh từ hoạt động của người làm việc (Q42), nhiệt do các động cơ điện hoạt động (Q43), và nhiệt phát sinh khi mở cửa (Q44) Trong đó, nhiệt tỏa từ đèn chiếu sáng đảm bảo khả năng chiếu sáng hiệu quả, góp phần duy trì không gian làm việc thoáng đãng, an toàn.

Trong đó: A: Nhiệt toả do chiếu sáng trên 1m 2 , W/ m 2

F: Diện tích của sàn buồng lạnh hoặc kho lạnh, m 2 + Nhiệt tỏa do người làm việc:

Trong đó: 350: Nhiệt tỏa do một người lao động nặng, 350W/ người n: Số người lao động trong buồng: Buồng có diện tích nhỏ hơn 200m 2 (n= 2 -3), Buồng có diện tích lớn hơn 200m 2 (n = 3-4).

+ Nhiệt do các động cơ điện làm việc: (Bao gồm động cơ quạt dàn lạnh, động cơ xe nâng vận chuyển,)

Trong đó: N – Công suất động cơ, kW (Tra số liệu T116 – [1])

1000 – hệ số chuyển đổi từ kW ra W + Dòng nhiệt do mở cửa:

Trong đó: B: Dòng nhiệt riêng khi mở cửa, W/m 2 (Tra bảng 4.4- tài liệu [1])

10 Dòng nhiệt do vận hành buồng bảo quản lạnh

Buồng 5 1.2 432 518.4 6 2100 4 4000 12 5184 11.8 e) Dòng nhiệt do hoa quả hô hấp Q5

Dòng nhiệt Q5 chỉ xuất hiện ở các kho lạnh bảo quản hoa, rau quả hô hấp đang trong quá trình sống Đối với kho lạnh bảo quản thịt lợn thì Q5 = 0

3.2.2 Tính Phụ tải cho thiết bị và máy nén

- Phụ tải của thiết bị:

- Phụ tải của máy nén:

Kết quả được tổng hợp ở bảng sau:

Bảng 3.11 Kết quả tính toán phụ tải cho thiết bị và máy nén buồng BQL

STT Q 1 (kW) Q 2 (kW) Q 4 (kW) Q từng buồng (kW)

Tính nhiệt phòng bảo quản đông

3.3.1 Tính nhiệt cho phòng bảo quản đông a) Dòng nhiệt qua kết cấu bao che

12 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che buồng BQĐ

Dòng nhiệt do bức xạ bằng không do vách panel không tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời nên Q12=0 (kW)

Q1 = Q11 + Q12 = 31.66 (kW) b) Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra.

Với buồng bảo quản lạnh đông:

 h1: là entanpi của sản phẩm trước khi đưa vào buồng bảo quản đông với nhiệt độ t1 (Bảng 4-2) [1] (kJ/kg)

 h2: là entanpi của sản phẩm sau khi đưa vào buồng bảo quản đông với t2 (Bảng 4-2) [1] (kJ/kg)

 M: năng suất nhập vào buồng bảo quản đông trong một ngày đêm Ta chọn bằng 6 % năng suất bảo quản đông (tấn/ngày) theo trang 111 tài liệu [1].

13 Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra buồng BQĐ

Buồng 3 15 -10 28.9 -18 4.6 4.22 c) Dòng nhiệt do thông gió. ƩQ3 = Mk (h1 – h2)

Do đây là kho lạnh bảo quản thịt nên không cần thông gió: Q3= 0 d) Dòng nhiệt do vận hành.

14 Dòng nhiệt do vận hành buồng BQĐ

Buồng 3 1.2 432 518.4 6 2100 8 8000 8 3456 14.07 e) Dòng nhiệt do hoa quả hô hấp Q5

Dòng nhiệt Q5 chỉ xuất hiện ở các kho lạnh bảo quản hoa, rau quả hô hấp đang trong quá trình sống Đối với kho lạnh bảo quản thịt lợn thì Q5 = 0

Bảng 3.15 Kết quả tính toán phụ tải cho thiết bị và máy buồng BQĐ

Tính nhiệt phòng kết đông

3.4.1 Tính nhiệt cho phòng kết đông a) Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Bảng 3

16 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che buồng kết đông

Dòng nhiệt do bức xạ bằng không do vách panel không tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời nên Q12=0 (kW)

Q1 = Q11 + Q12 = 2.71 (kW) b) Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra.

 h1: là entanpi của sản phẩm trước khi đưa vào buồng kết đông với nhiệt độ t1 (Bảng 4-2) [1] (kJ/kg)

 h2: là entanpi của sản phẩm sau khi đưa vào buồng kết đông với nhiệt độ t2 (Bảng 4-2) [1] (kJ/kg)

 M: năng suất nhập vào buồng kết đông trong một ngày đêm

Bảng 3.17 Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra BKĐ

Buồng 17.3 -6 47.9 -32 0 9.59 c) Dòng nhiệt do thông gió. ƩQ3 = Mk (h1 – h2)

Do đây là kho lạnh bảo quản thịt nên không cần thông gió: Q3= 0 d) Dòng nhiệt do vận hành.

Bảng 3.18 Dòng nhiệt do vận hành BKĐ

Bảng 3.19 Kết quả tính toán phụ tải cho thiết bị và máy nén BKĐ

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH – TÍNH CHỌN MÁY NÉN

Chọn các thông số của chế độ làm việc

Kho lạnh của chúng tôi được lắp đặt tại tỉnh Phú Thọ, nơi có đặc điểm khí hậu nhiệt đới mùa hè với độ ẩm tương đối khoảng 55,8% và nhiệt độ khoảng 37,1°C, giúp duy trì điều kiện bảo quản lý tưởng Nhiệt độ môi trường trung bình đạt Tư là 29°C, đòi hỏi hệ thống kho lạnh phải hoạt động hiệu quả để đảm bảo hàng hóa luôn trong tình trạng tốt nhất.

Chọn bình ngưng của hệ thống là loại ống vỏ nằm ngang, giúp tối ưu hóa hiệu quả làm mát Bình ngưng này được làm mát bằng nước, với nhiệt độ nước vào và ra có chênh lệch ∆tw = 5°C, đảm bảo khả năng truyền nhiệt tốt Các thông số nước làm mát phù hợp, giúp duy trì hiệu suất hoạt động ổn định của hệ thống Việc lựa chọn bình ngưng phù hợp không những đảm bảo độ bền của thiết bị mà còn nâng cao hiệu quả làm việc của hệ thống làm lạnh.

Nhiệt độ nước vào bình ngưng: tw1 = tư + 3 = 29+ 3 = 32 o C.

Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng: tw2 = tw1 + ∆tw = 32 + 5 = 37 o C

Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất: tk = tw2 + ∆tk.

∆tk là hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, ∆tk = 3 ÷ 5 o C có nghĩa là nhiệt độ ngưng tụ cao hơn nhiệt độ nước ra từ 3 đến 5 o C Ở đây, ta chọn ∆tk = 5 o C.

Trong hệ thống điều hòa, nhiệt độ quá lạnh của môi chất lỏng trước khi đi qua van tiết lưu (QTL) ảnh hưởng lớn đến hiệu quả hoạt động của máy Thông thường, nước mới được đưa qua thiết bị quá lạnh rồi sau đó mới vào bình ngưng, tuy nhiên, thiết bị này làm cho máy lạnh trở nên cồng kềnh và tốn nhiều vật tư, dẫn đến tăng chi phí sản xuất mà hiệu quả làm lạnh không cao Hiện nay, các nhà sản xuất đã hạn chế sử dụng thiết bị quá lạnh bằng cách thực hiện quá lạnh ngay trong thiết bị ngưng tụ, bằng cách để môi chất lỏng ngập vài ống dưới cùng của dàn ống trong bình ngưng, giúp tối ưu hóa quá trình ngưng tụ môi chất.

Nhiệt độ hơi hút T h là nhiệt độ của hơi trước khi đi vào máy nén, luôn cao hơn nhiệt độ sôi của môi chất Để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng, hệ thống thường sử dụng bình tách lỏng và đảm bảo hơi hút về máy nén là hơi quá nhiệt Với môi chất R404a, do nhiệt độ cuối tầm nén thấp, có thể chọn độ quá nhiệt hơi hút rất cao, giúp hạn chế rủi ro trong quá trình vận hành.

\l 1033 ] - 208). th = t0 + ∆th. Ở đây, ta chọn ∆th = 25K ứng với môi chất sử dụng là R404a.

Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0 phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh theo công thức: t 0 =t b −∆ t 0

Trong đó: tb – Nhiệt độ buồng lạnh.

Trong quá trình thiết kế kho lạnh, hiệu nhiệt độ yêu cầu hay ∆t0 là yếu tố quan trọng, đặc biệt với dàn bay hơi trực tiếp, thường được chọn trong khoảng từ 8 đến 13°C theo tài liệu tham khảo trang 205 [1] Đối với dự án này, chúng tôi đã chọn ∆t0 = 10°C để phù hợp với điều kiện và yêu cầu của kho lạnh đang thiết kế.

Nhiệt độ bay hơi của phòng bảo quản lạnh lấy thấp hơn nhiệt độ buồng 10 o C. t o bql= 2-10= -8 0 C.

Nhiệt độ bay hơi của phòng bảo quản đông lấy thấp hơn nhiệt độ buồng 10 o C. t o bqd= -18 - 10= -28 0 C.

Nhiệt độ bay hơi của phòng kết đông lấy thấp hơn nhiệt độ buồng 10 o C. t o kđ = -32 - 10= -42 0 C.

Máy nén cho buồng lạnh phải tạo ra năng suất lạnh cần thiết theo tính toán ở chương 3, cụ thể:

Q0 = k Q MN b (3.3) Trong đó: b – Hệ số thời gian làm việc, ở đây chọn b = 0,9

QMN (Tổng nhiệt tải của máy nén) là yếu tố quan trọng xác định khả năng làm lạnh của hệ thống ở mức nhiệt độ bay hơi khác nhau của từng loại buồng Hệ số lạnh (k) được tính toán để phản ánh tổn thất nhiệt trên đường ống và thiết bị trong hệ thống lạnh, giúp đánh giá hiệu quả hoạt động Theo tài liệu [1], bảng giá trị của hệ số k thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ, từ đó hỗ trợ thiết kế và tối ưu hóa hệ thống làm lạnh phù hợp với từng ứng dụng cụ thể.

Bảng 4.20 Hệ số k phụ thuộc nhiệt độ t 0 ( o C) -40 -30 -10 k 1,1 1,07 1,05

Tính toán, lựa chọn và kiểm tra máy nén cho các phòng của kho lạnh

a) Tính toán chế độ làm việc cho máy nén.

Máy nén cho buồng kết đông phải tạo ra năng suất lạnh cần thiết theo tính toán ở chương 3, cụ thể:

 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: t0 = tb - ∆t0

Trong đó: tb: Nhiệt độ trong không gian buồng kết đông, tb = -32 0 C.

∆t0: Hiệu nhiệt độ yêu cầu, chọn ∆t0 = 10 0 C.

 Nhiệt độ hơi hút về máy nén th

Môi chất sử dụng là R404a, chọn độ quá nhiệt hơi hút về máy nén là 25 0 C Như vậy: th = t0 + ∆th = -42 + 25 = -17 ( o C)

 Áp suất ngưng tụ Pk và áp suất bay hơi P0

Từ nhiệt độ sôi t0 = - 42 0 C và nhiệt độ ngưng tụ tk = 42 0 C, sử dụng phần mềm coolpack lập trình dựa trên môi chất R404a ta có:

 Chọn số cấp máy nén.

Do π > 9 nên ta chọn máy nén 2 cấp, với áp suất nén trung gian là: p tg = √ p k p 0 = √ 19,25 1,25 =4,9

Ta có nhiệt độ tại áp suất trung gian của R404A: ttg = -6,6 0 C

 Sơ đồ và chu trình máy lạnh

Sử dụng chu trình máy lạnh 2 cấp có hồi nhiệt ta có:

Hình 4.4 Chu trình 2 cấp, có hồi nhiệt và có bình quá lạnh

Hơi môi chất ra khỏi bình bay hơi ở trạng thái 1 trải qua quá trình hồi nhiệt trao đổi nhiệt với lỏng nóng để thành hơi quá nhiệt, sau đó được máy nén hạ áp hút và nén lên trạng thái 2 Hơi nén ở trạng thái này qua bình mát trung gian, nơi áp suất được giảm xuống còn trạng thái 3, rồi hòa trộn với hơi từ bình quá lạnh (trạng thái 7), tạo thành hơi ở trạng thái 3’ Hơi này tiếp tục vào máy nén cao áp, sau nén đạt trạng thái 4 Hơi ngưng tụ thành lỏng qua bình ngưng tụ, ở trạng thái lỏng bão hòa 5” Quá trình hồi nhiệt giúp giảm nhiệt độ đến điểm 5’, cao hơn nhiệt độ trung gian khoảng 5°C.

Trong quá trình hoạt động, một phần lỏng được dẫn qua van tiết lưu nhiệt TLN để giảm áp suất xuống mức trung gian 6’ nhằm mục đích bay hơi làm làm lạnh môi chất lỏng Phần lớn còn lại của chất lỏng đi thẳng xuống áp suất bay hơi 6, sau đó được đưa vào bình bay hơi để tiến hành quá trình bay hơi sinh lạnh, đảm bảo chu trình lạnh hoạt động hiệu quả và kín.

Từ hình 5.1, môi chất lạnh ra khỏi bình bay hơi có những biến đổi trạng thái như sau:

 1’ – Hơi bão hòa ra khỏi thiết bị bay hơi

 1’ – 1 Quá nhiệt hơi hút trong thiết bị hồi nhiệt.

 1 – 2 Quá nhiệt nén hạ áp từ áp suất po lên áp suất trung gian

 2 – 3 Quá trình hòa trộn của hơi nén có nhiệt độ cao t2 với hơi áp suất bão hòa ra từ bình quá lạnh t7 = ttg

 3 – 4 Quá trình nén cao áp từ áp suất trung gian lên áp suất ngưng tụ.

 4 – 5’’ Quá trình ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ, 5’’ là trạng thái của điểm lỏng bão hòa.

 5 – 5’’ Quá trình quá lạnh quá lỏng trong thiết bị hồi nhiệt do thải nhiệt cho hơi lạnh ra từ dàn bay hơi: h11’ = h5’’5’

 5’ – 5 Quá trình quá lạnh lỏng tiếp theo trong bình quá lạnh Bình quá lạnh được cung cấp lỏng liên tục nhờ van tiết lưu TLN với tmin = t5 – t8 5 K

Quá trình tiết lưu của một lượng lỏng nhỏ từ áp suất pk xuống áp suất trung gian ptg qua van tiết lưu nhiệt TLN đóng vai trò quan trọng trong hệ thống làm mát Quá trình này giúp làm giảm áp suất lỏng, từ đó làm mát hơi lỏng và hơi bão hòa hiệu quả, đảm bảo hoạt động ổn định và tối ưu của thiết bị Việc kiểm soát chính xác quá trình tiết lưu giúp nâng cao hiệu suất làm lạnh và tiết kiệm năng lượng.

7 được đưa về máy nén cao áp để làm mát 1 phần hơi nóng ra từ máy nén hạ áp.

 5 – 6 Quá trình tiết lưu của một lượng lỏng nhỏ chủ yếu cho thiết bị bay hơi, từ pk xuống thẳng po

 6 – 1 Quá trình bay hơi đẳng áp trong thiết bị bay hơi

Khi đó, tra bằng Coolpack ta lập được bảng sau:

Trong quá trình tính toán chu trình, điểm 1 có nhiệt độ t1' = t0 = -42°C và x1' = 1, xác định điểm 1 với nhiệt độ t1 = t h = -17°C và áp suất P1 = P0 = 1,25 bar Điểm 2 giữ giá trị entropy s2 = s1 = 1,71 và áp suất P2 = Ptg = 4,9 bar Ở điểm 3, h3 và P3 đều bằng Ptg = 4,9 bar Điểm 5' ' có áp suất pk = 19,25 bar và trạng thái x=0, trong khi điểm 7 có áp suất P7 = Ptg = 4,9 bar và trạng thái x=1, điểm 8 cũng ở áp suất P8 = Ptg = 4,9 bar nhưng trạng thái x=0 Điểm 5' xác định là giao điểm giữa p_k và h5’, trong đó h5' được tính bằng h5'' trừ đi hiệu giữa h1 và h1' Điểm 5 là giao điểm giữa p_k và nhiệt độ t5 = ttg + 5°C Điểm 6 nằm trên giao điểm giữa p0 và h5, với h6 = h5 và giữ nguyên giá trị Cuối cùng, điểm 6' là giao điểm giữa p_tg và h5, với h6' = h6 = cố định, thể hiện các trạng thái liên quan trong chu trình.

Ta xác định bằng phương trình năng lượng của điểm hòa trộn giữa 2 máy nén: m 4 h 3 =( m 4 −m 1 ) h 7 +m 1 h 2

Từ hình 5.1 có phương trình cân bằng chất và cân bằng năng lượng: m 4 h 5 ' +( m 4 −m 1 ) h 5 =( m 4 −m 1 ) h 7 + m 4 h 5

Kết hợp PT 5.6 và 5.7 ta được: h 2 −h 7 h 3 −h 7

Thay số, ta được h3 = 381.85 kJ/kg

21 Các thông số điểm nút của BKĐ Điểm t o C P (bar) h

8 -6.6 4.9 188.5 0 b) Tính toán chọn máy nén.

Tính cấp nén hạ áp

Năng suất lạnh riêng khối lượng: qo = h1’ – h6 = 343,58 – 197,5 = 146,08 kJ/kg.

Năng suất lạnh riêng thể tích: qv = q v o

1 = 146,08 0,169 = 864,378 kJ/m 3 Lưu lượng hơi thực tế qua máy nén hạ áp: m1 = Q q o o = 146,08 28 = 0,192kg/s.

Thể tích hút thực tế của máy nén hạ áp:

Tỷ số nén hạ áp: Π= p tg p 0 4,9 1,25 =3,92

Hệ số cấp máy nén hạ áp: λHA = { P P o o -∆ P o - c [ ( P P tg o +∆ P tg ) 1 m - ( P P o o -∆ P o ) ] } T T o tg

Trong đó: c- Tỷ số thể tích chết (c= 0,03 – 0,05) Chọn c = 0,04 m = 1.

Ptg = 4.9 bar = 0,49 MPa. ΔPPo = ΔPPtg = 0,005 ÷ 0,01 MPa Ta chọn ΔPPo = ΔPPtg = 0,008 MPa.

Thể tích hút lý thuyết:

VltHA = V ttHA λ HA = 0,032 0,706 = 0,045 m 3 /s Công nén lý thuyết:

NsHA = m1.l1 = m1(h2 – h1) = 0,192(390,4 – 361,58) = 5,533 kW Hiệu suất chỉ thị: η i = λ ω +b t o = T o

− 6,6+ 273 + 0,001.(−42)=0,825 Công suất nén chỉ thị:

NiHA = N Ƞ sHA i = 5,533 0,825 = 6,707 kW Công suất ma sát: với p ms : áp suất ma sát riêng thảm khảo [1] trang 218.

NmsHA = VttHA pms = 0,032 40 =1,28kW Công suất hữu ích:

Công suất tiếp điện cấp:

NelHA = Ƞ N eHA td Ƞ el = 0,95 7,987 × 0,95 = 8,85 kW

Tính cấp nén cao áp

Lưu lượng hơi thực tế qua máy nén cấp cao áp: m 4 = m 1 h 7 - h 5 h 7 - h 5' =0,192 363,5-197,5

Thể tích hút thực tế: VttCA = m4 v3 = 0.281 0.045=0.013 ( m 3 s )

Tỷ số nén cao áp: k tg Π=p p 19,25 4,9 =3.93

Hệ số cấp nén cao áp tính theo công thức sau:

  CA { P tg −∆ P P tg tg − c [ ( P k + P ∆ P tg k ) 1/m − ( P tg −∆ P P tg tg ) ] } T T tg k

Trong đó: c- Tỷ số thể tích chết (c= 0,03 – 0,05) Chọn c = 0,04 m = 1. pk = 19.25 bar = 1,925 MPa ptg = 4.9 bar = 0,49 MPa ΔPpk = ΔPptg = 0.005 ÷ 0.01 MPa Ta chọn ΔPpk = ΔPptg = 0.008MPa

Thể tích hút lý thuyết:

CA = 0,013 0,732 = 0,018 m 3 /s Công nén đoạn nhiệt:

NsCA = m4.l2 = 0.281.(h4 – h3) = 0.281.(424,5 – 381,85) = 8,568 kW Hiệu suất chỉ thị: η i = λ ω ' +b t tg = T tg

Qk = m4 q3 = m4(h4 – h5’’) = 0,281(424,5 – 268,25) = 43,91 (kW) c) Chọn máy nén và kiểm tra:

-Năng suất lạnh cần thiết: Qo = 28 kW.

-Tổng công suất tiếp điện ở cả hai cấp của máy nén:

-Thể tích hút lí thuyết của máy nén:

Sử dụng phần mềm chọn máy nén BITZER ta chọn được máy nén piston nửa kín hai cấp như sau:

Hình 4.5 Sử dụng phần mềm chọn máy nén của BITZER để chọn máy nén phù hợp với yêu cầu buồng kết đông của kho lạnh đang thiết kế

Trong hệ thống khí nén, việc chọn cùng lúc hai máy nén có công suất bằng nhau gồm một máy chạy chính và một máy dự phòng là rất quan trọng Do phòng kết đông chỉ có một phòng duy nhất, nên việc có máy dự phòng giúp đảm bảo hoạt động liên tục khi máy chính gặp sự cố Điều này đảm bảo quá trình sản xuất không bị gián đoạn và duy trì đủ công suất ban đầu trong mọi tình huống.

Với công suất 1 máy nén là 31,9 kW.

Vậy nhiệt tải máy nén tạo ra được là: 31,9 x 2= 63,8 kW

 Tính toán lại thông số các điểm dựa vào sơ đồ chu trình của hãng:

Dựa vào sơ đồ chu trình trên ta xác định được các điểm nút theo thông số kỹ thuật của máy nén Bitzer:

22 Các thông số điểm nút của BKĐ theo bitzer Điểm t o C P (bar) h

(kJ/kg) s (kJ/kg.K) v (m 3 /kg) x

Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén hạ áp: m 1 = Q 0 q 0 = 31,9 343,58−192,5 =0,21 ( kg s ) Lưu lượng hơi qua máy nén cao áp: m 4 = 362,5−192,5

Từ đó, tính toán tương tự như trên ta có công suất ngưng tụ tổng cộng:

4.2.2 Kho bảo quản đông a) Tính toán chế độ làm việc cho máy nén.

Máy nén cho buồng bảo quản đông phải tạo ra năng suất lạnh cần thiết theo tính toán nhiệt tại chương 3 là: Q0 = k ∑ Q MN b = 1,07.49,526

Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: t0 = tb - ∆t0

Trong đó. tb: Nhiệt độ trong không gian buồng bảo quản đông tb = -18 0 C. ∆t0: Hiệu nhiệt độ yêu cầu Chọn ∆t0 = 10 0 C.

Môi chất sử dụng là R404A Chọn độ quá nhiệt hơi hút về máy nén là 25 0 C. Như vậy.

Từ nhiệt độ sôi t0 = -28 0 C và nhiệt độ ngưng tụ tk = 42 0 C Sử dụng phần mềm coolpack lập trình dựa trên đồ thị lgp - i của R404A ta có:

Do π < 9 nên ta chọn máy nén 1 cấp, có hồi nhiệt

Hình 4.6 Sơ đồ và chu trình hồi nhiệt

Hơi môi chất lạnh sau khi đi qua dàn bay hơi được quá nhiệt để tránh lỏng môi chất hút vào máy nén gây hỏng và bảo vệ dầu trong máy nén không bị cháy, bằng cách chọn độ quá nhiệt phù hợp Hơi môi chất sau đó được nén lên áp suất ngưng tụ và thải nhiệt tại máy nén, nơi môi chất ở dạng lỏng được quá lạnh nhờ thiết bị hồi nhiệt Tiếp theo, môi chất được tiết lưu về áp suất và nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, rồi di chuyển về dàn bay hơi để lấy nhiệt từ môi trường, hoàn thành một chu trình làm lạnh hiệu quả.

+ 1 – 2: hơi môi chất được nén đoạn nhiệt từ p o lên p k

+ 2 – 3’: hơi môi chất thải nhiệt ra ngoài và ngưng tụ thành lòng

+ 3’ – 3: lỏng môi chất được quá lạnh khi qua thiết bị quá lạnh

+ 3 – 4: đưa lỏng môi chất xuống áp suất bay hơi.

+ 4 –1’: lỏng môi chất lấy nhiệt từ môi trường và bay hơi.

+1’– 1: hơi môi chất được quá nhiệt trước khi đi vào máy nén.

* Tính toán chu trình Điểm 1 ' : t 1 ' = t 0 =¿-28 o C x 1 ' =1 và po= 2,28 bar Điểm 1: t 1 =t 1' +25=−3 o C P 1 =P 0 =¿ 2,28bar Điểm 2: s 2 =s 1 P 2 = P k =¿19,25 (bar). Điểm 3’: t 3' = t k =¿ 42 o C x 3 ' =0. Điểm 3: h 3 =h 3 ' −( h 1 −h 1 ' ) P 3 = P k = ¿ 19,25bar Điểm 4: p 4 =¿ p o = 2,28 bar h 4 = h 3.

Năng suất lạnh riêng khối lượng: qo = h1 – h4

Điểm 3 được xác định thông qua phương trình cân bằng entanpy, dựa trên quá trình môi chất đi qua thiết bị hồi nhiệt Quá trình này làm cho môi chất vào máy nén được quá nhiệt, trong khi môi chất sau thiết bị ngưng tụ lại bị quá lạnh Cụ thể, entanpy tại điểm 3 (h3) được tính bằng h3' trừ đi hiệu số giữa entanpy ban đầu (h1) và entanpy tại điểm 1' (h1'), phản ánh quá trình trao đổi nhiệt hiệu quả trong hệ thống.

Thay số vào phương trình trên ta có: h 3

Sử dụng phần mềm coolpack ta có bảng giá trị sau:

23 Các thông số điểm nút của BQĐ Điểm t o C P (bar) h

4 2.28 248.5 b) Tính toán chọn máy nén

Năng suất lạnh riêng: q0 = h1 ’ – h4 = 353,4 – 248,5 = 104,9 (kJ/kg) Năng suất lạnh thể tích: q v = q 0 v 1 = 104,9 0,093 27,96 (kJ/m 3 )

Lưu lượng qua máy nén:

Công nén riêng: l= h2 – h1 = 423,5 – 370,4 = 53,1 kJ/kg Công nén đoạn nhiệt:

Ns = l.G = 53,1 0,56 = 29,736 kW Thể tích hút thực tế: Vtt= Gv1= 0,56 0,093 = 0,052 (m 3 /s)

Hệ số cấp máy nén λ={ P o −∆ P P o o − c [ ( P k + P ∆ P o k ) m 1 − ( P o − P ∆ P o o ) ] } T T o k

Trong đó: c = 0,03 ÷ 0,05 tùy loại máy nén Ta chọn c = 0,04 pk = 19,25 bar = 1,925 MPa; p0 =2,28 bar = 0,228 MPa

Ta chọn m = 1 ΔPpk = ΔPp0 = 0,005 ÷ 0,01 MPa Ta chọn ΔPpk = ΔPp0 = 0,008

Thể tích hút lý thuyết: Vlt= V tt λ = 0,052 0,517 =0,1 m 3 /s

Hiệu suất chỉ thị: Ƞi = 0,001.to + T o

T k = (-28) 0,001 + 245 315 = 0,75 Công suất nén chỉ thị:

Ni = N Ƞ s i = 29,736 0,75 = 39,648 kW Công suất ma sát:

Nms = Vtt pms = 0,052 40 = 2,08 kW Công suất hữu ích:

Ne = Ni + Nms = 39,648 + 2,08 = 41,728 kW Công suất tiếp điện cấp:

Qk = Gqk = G.(h2-h3’) = 0,56(423,5 – 265,5) = 88,48 (kW) c) Chọn máy nén và kiểm tra

 Năng suất lạnh cần thiết: Qo = 58,88 kW.

 Công suất tiêu thụ của máy nén: Pe = Nel = 46,236 kW.

 Thể tích hút lí thuyết của máy nén: Vlt = 0,1 m 3 /s.

Sử dụng phần mềm chọn máy nén BITZER ta chọn được máy piston kiểu nửa kín một cấp như sau:

Hình 4.7 Sử dụng phần mềm chọn máy nén của BITZER để chọn máy nén phù hợp với yêu cầu buồng BQĐ của kho lạnh đang thiết kế

Chọn 1 tổ 2 máy có tên là: 4FE-28Y.

Tổng công suất lạnh là: 32,5 x 2= 65 kW, dư 10,4% so với công suất lạnh.

4.2.3 Kho bảo quản lạnh a) Tính toán chế độ làm việc cho máy nén.

Máy nén cho bảo quản lạnh phải tạo ra năng suất lạnh cần thiết theo tính toán nhiệt tại chương 3 là: Q0 = k ∑ Q MN b = 1,05.102,152

 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0 = tb - ∆t0

Trong đó. tb: Nhiệt độ trong không gian buồng lạnh tb = 2 0 C.

∆t0: Hiệu nhiệt độ yêu cầu Chọn ∆t0 = 10 0 C.

Môi chất sử dụng là R404A Chọn độ quá nhiệt hơi hút về máy nén là 25 0 C. Như vậy. th = t0 + ∆th = -8 +25 = 17( o C)

Từ nhiệt độ sôi t0 = - 8 0 C và nhiệt độ ngưng tụ tk = 42 0 C Sử dụng phần mềm coolpack lập trình dựa trên đồ thị lgp - i của R404A ta có:

Do π < 9 nên ta chọn máy nén 1 cấp.

* Sơ đồ và chu trình lạnh

Hình 4.8 Sơ đồ và chu trình máy lạnh 1 cấp, kiểu hồi nhiệt

* Tính toán chu trình Điểm 1 ' : t 1 ' = t 0 =¿-8 o C x 1' =1 và po= 4,72 bar Điểm 1: t 1 =t 1' +25= 17 o C P 1 = P 0 =¿ 4,72bar Điểm 2: s 2 =s 1 P 2 = P k =¿19,25 (bar). Điểm 3’: t 3' = t k =¿ 42 o C x 3 ' =0. Điểm 3: h 3 =h 3 ' −( h 1 −h 1 ' ) P 3 = P k = ¿ 19,25bar Điểm 4: p 4 =¿ p o = 4,72 bar h 4 = h 3.

Năng suất lạnh riêng khối lượng: qo = h1 – h4

Điểm 3 được xác định qua phương trình cân bằng entanpy, nhằm đảm bảo quá trình môi chất đi qua thiết bị hồi nhiệt phù hợp Quá trình này làm cho môi chất vào máy nén được quá nhiệt, giúp nâng cao hiệu suất hệ thống làm lạnh Đồng thời, sau thiết bị ngưng tụ, môi chất trở nên quá lạnh, đảm bảo quá trình ngưng tụ diễn ra hiệu quả Phương trình cân bằng entanpy tại điểm 3 được biểu diễn như sau: h₃ = h₃' − (h₁ − h₁'), giúp tối ưu hóa quá trình vận hành của hệ thống làm lạnh.

Thay số vào phương trình trên ta có: h 3

Sử dụng phần mềm coolpack ta có bảng giá trị sau:

Bảng 4.24 Các thông số điểm nút của BQL Điểm t o C P (bar) h

4 4.72 243.91 b) Tính toán chọn máy nén

Năng suất lạnh riêng: q0 = h1 ’ – h4 = 363,02 – 243,91= 119,11 (kJ/kg) Năng suất lạnh thể tích: q v = q 0 v 1 = 119,11 0,045 &26,88 (kJ/m 3 )

Lưu lượng qua máy nén:

Công nén riêng: l= h2 – h1 = 416,5 – 384,61= 31,89 kJ/kg Công nén đoạn nhiệt:

Ns = l.G = 31,89 1= 31,89 kW Thể tích hút thực tế: Vtt= Gv1= 1 0,045= 0,045 (m 3 /s)

Hệ số cấp máy nén λ={ P o −∆ P P o o − c [ ( P k + P ∆ P o k ) m 1 − ( P o − P ∆ P o o ) ] } T T o k

Trong đó: c = 0,03 ÷ 0,05 tùy loại máy nén Ta chọn c = 0,04 pk = 19,25 bar = 1,925 MPa; p0 =4,72 bar = 0,472 MPa

Ta chọn m = 1 ΔPpk = ΔPp0 = 0,005 ÷ 0,01 MPa Ta chọn ΔPpk = ΔPp0 = 0,008

Thể tích hút lý thuyết: Vlt= V tt λ = 0,045 0,722 =0,062 m 3 /s

Hiệu suất chỉ thị: Ƞi = 0,001.to + T T o k = (-8) 0,001 + 265 315 = 0,833 Công suất nén chỉ thị:

Ni = N Ƞ s i = 31,89 0,833 = 38,28kW Công suất ma sát:

Nms = Vtt pms = 0,045 40 = 1,8 kW Công suất hữu ích:

Ne = Ni + Nms = 38,28 + 1,8= 40,08 kWCông suất tiếp điện cấp:

Qk = Gqk = G.(h2-h3’) = 1(416,5 – 265,5) = 151(kW) c) Chọn máy nén và kiểm tra

 Năng suất lạnh cần thiết: Qo = 119,177 kW.

 Công suất tiêu thụ của máy nén: Pe = Nel = 44,41 kW.

 Thể tích hút lí thuyết của máy nén: Vlt = 0,062 m 3 /s.

Sử dụng phần mềm chọn máy nén BITZER ta chọn được máy piston kiểu nửa kín một cấp như sau:

Hình 4.9 Sử dụng phần mềm chọn máy nén của BITZER để chọn máy nén phù hợp với yêu cầu buồng BQL của kho lạnh đang thiết kế

Trong hệ thống máy nén có công suất 43,7 kW, ta chọn 3 máy nén phù hợp Khi tải thấp, có thể sử dụng luân phiên 2 trong 3 máy nén để kéo dài tuổi thọ thiết bị và hạn chế nguy cơ dừng hoạt động của hệ thống bảo quản lạnh do sự cố Sử dụng phương pháp này giúp tối ưu hiệu quả vận hành và giảm thiểu rủi ro gián đoạn trong quá trình bảo quản.

Để đảm bảo nhiệt độ cuối của quá trình nén không vượt quá mức cho phép và tránh tình trạng dầu trong máy nén bị cháy, chúng ta chọn 3 máy nén như hình với độ quá nhiệt là 5 K Năng suất lạnh thực tế của hệ thống đạt 43,7 × 31,1 kW, đảm bảo hiệu suất tối ưu cho quá trình làm lạnh.

TÍNH CHỌN BÌNH NGƯNG, DÀN BAY HƠI VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ

Thiết bị ngưng tụ

5.1.1 Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt

Theo phần chọn máy nén ta có:

Nhiệt thải ngưng tụ của máy nén buồng kết đông: Qk = 43,91 kW.

Nhiệt thải ngưng tụ của máy nén buồng bảo quản đông: Qk = 88,48 kW.

Nhiệt thải ngưng tụ của máy nén buồng bảo quản lạnh: Qk = 151 kW.

 Vậy phụ tải lạnh của bình ngưng là tổng nhiệt thải ngưng tụ của tất cả các máy:

∑Qk C,91 + 88,48 + 151= 283,39 (kW) Mặt khác ta lại có:

Qk – phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ, kW

F – diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m 2 ΔPttb – hiệu nhiệt độ trung bình logarit, K

5.1.2 Xác định hiệu nhiệt độ trung bình logarit

Kho lạnh của chúng tôi được lắp đặt tại tỉnh Phú Thọ, nơi có đặc điểm khí hậu mùa hè với độ ẩm tương đối là 55,8% và nhiệt độ trung bình là 37,1°C Nhiệt độ trong kho lạnh (Tư) đạt 28°C, đảm bảo điều kiện bảo quản lý tưởng phù hợp với khí hậu khu vực.

Nhiệt độ nước vào bình ngưng chọn: tw1 = 32 o C.

Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng chọn: tw2 = 37 o C.

Nhiệt độ ngưng tụ: tk = 42 o C.

=> Hiệu nhiệt độ nước làm mát: ΔPtw = tw2 - tw1 = 37 – 32 = 5K. ΔPtmax = tk – tw1 = 42 – 32 = 10K. ΔPtmin = tk – tw2 = 42 – 37 = 5K.

Vậy: ΔPttb Δt max −Δt min ln Δt max Δt min

5.1.3 Xác định hệ số truyền nhiệt K Ở đây ta chọn thiết bị ngưng tụ là bình ngưng tụ ống vỏ kiểu nằm ngang ứng với môi chất freon Theo bảng 8-6 tài liệu [1], ta có: hệ số truyền nhiệt K= 700 W/ m 2 K

5.1.4 Xác định diện tích bề mặt F

5.1.5 Xác định lượng nước làm mát cung cấp cho thiết bị ngưng tụ

Qk – Tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ, kW.

C – Nhiệt dung riêng của nước làm mát, C = 4,186 kJ/kg, K. p – Khối lượng riêng của nước, p = 1000 kg/m 3 ΔPtw – Độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ, K.

Dựa vào tài liệu tham khảo [1] trang 253 ta chọn được thiết bị ngưng tụ cho kho lạnh.

Bảng 5.25 Thông số của thiết bị ngưng tụ phù hợp với yêu cầu

Diện tích bề mặt, m 2 Đường kính vỏ, mm

Số ống Ống nối, mm Kích thước phủ bì, mm Thể tích không gian giữa các ống, m 3 hơi lỏng nước dài rộng cao

Chúng ta chọn bình ngưng tụ để dựng phòng, nhằm phòng tránh các tình huống khi bình ngưng tụ chính gặp sự cố trong hệ thống Phụ tải nhiệt ngưng tụ được xác định dựa trên giá trị nhiệt ngưng tụ của các phòng bảo quản đông, với Qk = 88,48 kW Việc lựa chọn đúng bình ngưng tụ giúp đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn cho hệ thống làm đông.

Diện tích bình ngưng tụ phụ là:

700 ×7,21 ,53 (m 2 ) Lượng nước làm mát cung cấp cho thiết bị ngưng tụ

4,186 ×1000 × 5 =0,0042 m 3 /sDựa vào tài liệu tham khảo [1] trang 253 ta chọn được thiết bị ngưng tụ phụ cho kho lạnh.

Bảng 5.26 Thông số của thiết bị ngưng tụ phụ phù hợp với yêu cầu

Diện tích bề mặt, m 2 Đường kính vỏ, mm

Số ống Ống nối, mm Kích thước phủ bì, mm Thể tích không gian giữa các ống, m 3 hơi lỏng nước dài rộng cao

Thiết bị bay hơi

Ta sử dụng phần mềm Guntner để chọn dàn lạnh

5.2.1 Dàn bay hơi cho buồng kết đông

Theo tính toán ở chương 3 và chương 4, ta có các số liệu sau:

 Năng suất lạnh: Qo = 24,13 kW.

 Nhiệt độ sôi của môi chất: t0 = -42 o C.

 Nhiệt độ của buồng kết đông: tb = -32 o C.

 Ta chọn 2 dàn bay hơi cho buồng kết đông với công suất dàn là 12,8 kW

Sử dụng phần mềm Guntner ta chọn được dàn lạnh cho buồng kết đông như sau:

Hình 5.10 Kết quả chọn dàn bay hơi cho buồng kết đông

Công suất dàn: 12,8 x2 = 25,6 kW >24,13 kW => thỏa mãn.

5.2.2 Dàn bay hơi cho buồng bảo quản đông a) Tính dàn bay hơi cho buồng bảo quản đông 1,3

 Năng suất lạnh: Qo = 29 kW.

 Nhiệt độ sôi của môi chất: t0 = - 28 o C.

 Nhiệt độ của buồng bảo quản đông: tb = -18 o C

 Ta chọn 2 dàn bay hơi cho mỗi buồng bảo quản đông 1 và 3 với công suất mỗi dàn là 15 kW

Sử dụng phần mềm Guntner ta chọn được dàn lạnh cho buồng bảo quản đông 1,3 như sau:

Hình 5.11 Kết quả chọn dàn bay hơi cho buồng BQQD 1,3 b) Tính dàn bay hơi cho buồng bảo quản đông 2

 Nhiệt độ của buồng bảo quản đông: tb = -18 o C

 Ta chọn 2 dàn bay hơi cho buồng bảo quản đông 2 với công suất mỗi dàn là 15 kW

Sử dụng phần mềm Guntner ta chọn được dàn lạnh cho buồng bảo quản đông 2 như sau:

Hình 5.12 Kết quả chọn dàn bay hơi cho buồng BQĐ 2

5.2.3 Dàn bay hơi cho buồng bảo quản lạnh a) Tính dàn bay hơi cho buồng bảo quản lạnh 1,5

 Nhiệt độ của buồng bảo quản đông: tb = 2 o C

 Ta chọn 2 dàn bay hơi cho mỗi buồng bảo quản lạnh 1 và 5 với công suất mỗi dàn là 12 kW

Sử dụng phần mềm Guntner ta chọn được dàn lạnh cho buồng bảo quản lạnh 1 và 5 như sau:

Hình 5.13 Kết quả chọn dàn bay hơi cho buồng BQL 1,5 b) Tính dàn bay hơi cho buồng bảo quản lạnh 2,3,4

 Nhiệt độ của buồng bảo quản đông: tb = 2 o C

 Ta chọn 2 dàn bay hơi cho mỗi buồng bảo quản lạnh 2,3 và 4 với công suất mỗi dàn là 12 kW

Sử dụng phần mềm Guntner ta chọn được dàn lạnh cho buồng bảo quản đông 2,3,4 như sau:

Hình 5.14 Kết quả chọn dàn bay hơi cho buồng BQL 2,3,4

Hình 5.15 Cấu tạo của tháp giải nhiệt

Thiết bị phụ

Nhiêt thải ngưng tụ của toàn kho lạnh là:

Kho lạnh được lắp đặt tại Phú Thọ có nhiệt độ và độ ẩm như sau: tkhô = 37.1 0 C φU.8 %suy ra tư = 28 ( o C).

Hệ thống sử dụng tháp giải nhiệt nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt

 Nhiệt độ nước vào bình ngưng

Chọn độ chênh nhiệt độ so với nhiệt độ nhiệt kế ướt là 3 o C ta có: tw1 = tư + 3 = 28 + 3 = 31 ( 0 C)

 Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng

Chọn độ chênh nhiệt độ nước vào và nước ra khỏi bình ngưng là 5 o C ta có: tw2 = tw1 + 5 = 31 + 5 = 36 ( 0 C)

Chọn hiệu nhiệt độ ngưng tụ với môi chất freon là ΔPtk= 5 o C ta có: tk = tw2 + ΔPtk = 36 + 5 = 41 ( 0 C)

=> Hiệu nhiệt độ nước làm mát: ΔPt1 = tw2 - tw1 = 36 - 31 = 5 K. ΔPt2 = tw1 - tư = 31 - 28 = 3 K.

Tính chọn tháp giải nhiệt:

- Theo tài liệu [1] trang 316: Quy năng suất nhiệt ra tôn

Theo tiêu chuẩn CTI 1 tôn nhiệt tương đương 3900 kcal/h

Qk = 283,39 kW = 283,39 x 860 = 243715,4 kcal/h = 243715,4/3900 = 62,49 tôn -Tra bảng 8 – 22 tài liệu [1], chọn tháp giải nhiệt FRK80 với các thông số kỹ thuật như sau:

Bảng 5.27 Bảng thông số tháp giải nhiệt

Chiều cao của tháp là 2487 mm, đường kính của tháp đạt 2230 mm, mang lại độ ổn định và khả năng chịu lực tốt Đường kính của ống nối nước vào và ra đều là 100 mm, giúp lưu lượng nước đạt hiệu quả tối ưu Hệ thống còn được trang bị ống tràn và ống xả có đường kính 25 mm, đảm bảo thoát nước liên tục và tránh tràn trề Đường kính của ống van phao là 20 mm, giúp kiểm soát mức nước chính xác, nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống.

Lưu lượng quạt gió 450 m 3 /ph Đường kính quạt gió 1200 mm

Khối lượng khi vận hành 1260 kg

Bình tách dầu dùng để tách dầu ra khỏi môi chất để nó không đi vào các thiết bị trao đổi nhiệt như bay hơi và ngưng tụ.

Từ máy nén dầu bị cuốn theo hơi môi chất dưới dạng bụi dầu, ở nhiệt độ 80 đến

Dầu trong bình tách có thể bị hóa hơi một phần, khoảng 3 đến 30%, ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành Nguyên lý hoạt động của bình tách dầu dựa trên việc thay đổi hướng và tốc độ chuyển động nhằm tận dụng sự khác biệt về khối lượng riêng giữa bụi dầu và hơi môi chất Quá trình làm mát là yếu tố quan trọng giúp ngưng tụ hơi dầu, đảm bảo hiệu quả tách dầu tối ưu và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Việc chọn bình tách dầu được căn cứ vào đường ống đẩy của môi chất khỏi máy nén.

Bình tách dầu phải đảm đủ lớn để tốc độ gas trong bình đạt yêu cầu.

Xác định đường kính trong Dt của bình:

Trong đó: V - lưu lượng thể tích dòng hơi đi qua bình tách dầu, (m 3 /s) ω – Tốc độ hơi của môi chất trong bình (m/s), ω = 0,5-1,0 m/s

Ta chọn tốc độ hơi môi chất ω = 0,9 m/s

Lưu lượng thể tích hơi môi chất qua bình tách dầu được xác định bằng công thức V = m · v, trong đó m là lưu lượng khối lượng môi chất qua bình (kg/s) và v là thể tích riêng của trạng thái hơi qua bình, tương ứng với trạng thái đầu đẩy của máy nén (m³/kg) Công thức này giúp tính toán chính xác lượng thể tích hơi môi chất đi qua bình tách dầu, hỗ trợ trong quá trình tối ưu hóa hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí.

 Với buồng kết đông. Đường kính trong ống đẩy môi chất ra khỏi máy nén cao áp : d = √ 4 × m π × ω 4 × v 4 = √ 4 × 0,281 π × 0,9 × 0,012 = 0,069 m.

Theo tài liệu [1], ta chọn bình tách dầu 80 - MO.

 Với buồng bảo quản đông. Đường kính trong ống đẩy môi chất ra khỏi máy nén: d = √ 4 × m× v π × ω 2 = √ 4 × 0,56× π ×0,9 0,012 = 0,098 m.

 Với buồng bảo quản lạnh. Đường kính trong ống đẩy môi chất ra khỏi máy nén : d = √ 4 × m× v π × ω 2 = √ 4 ×1 π × × 0,9 0,012 = 0,13 m.

5.3.3 Chọn van tiết lưu a) Buồng kết đông:

 Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất: tk = 42 o C.

Xả băng bằng gas nóng, ta chọn van REG 15-A angle.

Hình 5.16 Van tiết lưu BKĐ b, Với buồng bảo quản đông:

Xả băng bằng ga nóng, ta chọn REG 15-A angle.

Hình 5.17 Van tiết lưu buồng BQĐ c, Với buồng bảo quản lạnh.

Xả băng bằng ga nóng, ta chọn REG 15-A angle.

Hình 5.18 Van tiết lưu buồng BQL

Bình chứa dầu dung để gom dầu từ các bình tách dầu và bầu dầu của các thiết bị như bình chứa cao áp, bình chứa tuần hoàn và bình trung gian Thiết bị này giúp tập trung, lưu trữ dầu một cách hiệu quả, đảm bảo quá trình vận hành của hệ thống diễn ra liên tục và an toàn Sử dụng bình chứa dầu dung là giải pháp tối ưu để giữ gìn chất lượng dầu, giảm thiểu rò rỉ và duy trì hiệu suất hoạt động của các thiết bị công nghiệp.

Dầu được xả vào bình do chênh lệch áp suất giữa bình và hệ thống Khi mở van trên đường nối với ống hút, áp suất trong bình sẽ giảm xuống gây hút dầu Việc xả dầu ra ngoài chỉ được thực hiện khi áp suất trong bình cao hơn áp suất quy định một chút để đảm bảo an toàn Áp suất tối đa cho phép của bình là 1,8 MPa, với nhiệt độ hoạt động từ -40°C đến 150°C.

Hình 5.19 Cấu tạo của bình chứa dầu

Theo bảng 8-20 tài liệu [CITATION sách \l 1033 ]ta chọn bình chưa dầu như sau:

Bảng 5.28 Thông số kỹ thuật của bình chứ dầu được chọn

Kích thước mm Thể tích m3

Bình chứa cao áp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống làm lạnh, vừa chứa môi chất lỏng sau bình ngưng, vừa dự trữ lượng lỏng để cung cấp ổn định liên tục cho các dàn bay hơi, đồng thời giúp giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt của bình ngưng Hệ thống sử dụng bơm để cấp môi chất và cấp lỏng từ trên xuống, đảm bảo quá trình vận hành hiệu quả Sức chứa của bình chứa cao áp được tính toán dựa trên công thức cụ thể, phù hợp với yêu cầu của hệ thống làm lạnh.

Trong đó: VCA – Thể tích bình chứa cao áp

Vd – Tổng thể tích hệ thống bay hơi

1,2 – hệ số an toàn a Tính với các buồng kết đông:

Theo tính toán phần thiết bị bay hơi ở trên ta có thể tích chứa R404a của dàn bay hơi của các phòng là 39,4l = 0,0394 m 3

Theo công thức trên ta có: VCA1 = 1,45Vd = 1,45.0,0394 = 0,05713m 3 b Tính với cho buồng bảo quản lạnh:

Theo tính toán phần thiết bị bay hơi ở trên ta có thể tích chứa R404a của dàn bay hơi của phòng là 13,6l = 0,0136 m 3

Theo công thức trên ta có: VCA2 = 1,45Vd = 1,45.0,0136.10 = 0,1972 m 3 c Tính với buồng bảo quản đông:

Theo tính toán phần thiết bị bay hơi ở trên ta có thể tích chứa R404a của dàn bay hơi của phòng là: 23,5l = 0,0235 m 3

Theo công thức trên ta có: VCA3 = 1,45Vd = 1,45.0,0235.6 = 0,2045 m 3

Theo bảng 8-17 – tài liệu [1], ta chọn bình chứa cao áp nằm ngang. ΣVVCA = VCA1 + VCA2 + VCA3

Chọn một bình chứa cao áp cho cả hệ thống kho lạnh với các thông số như bảng sau:

Bảng 5.29 Thông số bình chứa cao áp của kho lạnh

Loại bình Kích thước, mm Dung tích, m 3

Bình chứa tuần hoàn lắp đặt phía hạ áp trong hệ thống có bơm tuần hoàn nhằm chứa lỏng hạ áp trước khi bơm lên các dàn lạnh, đảm bảo dòng chảy liên tục và ổn định Sức chứa của bình không nhỏ hơn 30% tổng thể tích môi chất lạnh trong các dàn bay hơi, giúp tối ưu hiệu suất vận hành hệ thống làm lạnh Nên chọn bình chứa tuần hoàn đặt đứng để dễ dàng bảo trì, lắp đặt và vận hành hệ thống hiệu quả hơn.

Thể tích bình tuần hoàn được tính theo bảng 8-15 tài liệu [1]

Vdt – thể tích dàn tĩnh

Vdq – thể tích dàn quạt (không sử dụng)

Hệ thống có bơm ký hiệu là k1, với giá trị là 0,7, thể hiện quá trình điền đầy dàn tĩnh từ trên xuống dưới Tiếp theo, k2 là hệ số điền đầy dàn quạt, còn k3 phản ánh lượng lỏng tràn khỏi dàn Hệ số k4, bằng 1,2, thể hiện sức chứa của ống góp và đường ống Để đảm bảo bơm hoạt động liên tục, k5 được đặt là 1,55, thể hiện lượng lỏng điền đầy khi bình chứa đang làm việc Mức lỏng tối đa cho phép trong bình chứa nằm ở mức 1,45 lần chiều cao bình, ký hiệu là k6 Cuối cùng, hệ số an toàn k7 có giá trị 1,2 nhằm đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình vận hành của hệ thống.

Bảng 5.30 Thông số của bình chứa tuần hoàn

Buồng Thể tích các dàn, m 3 Thể tích bình chứa tuần hoàn, m 3

Bình chứa thu hồi dùng để chứa chất lỏng xả ra từ các dàn bay hơi trong quá trình phá băng hơi nóng, giúp đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả Nên chọn bình chứa thu hồi nằm ngang để tối ưu hóa việc lưu trữ và dễ dàng bảo trì Việc sử dụng bình chứa thu hồi phù hợp là yếu tố quan trọng trong việc duy trì hiệu suất của hệ thống làm lạnh và giảm thiểu rủi ro rò rỉ.

Theo công thức 8-16 tài liệu [1] có:

VT: thể tích bình chứa thu hồi (m 3 ).

Vdt: thể tích dàn lạnh(m 3 )

Bảng 5.31 Thông số của bình chứa thu hồi nằm ngang

Loại bình Kích thước, mm Dung tích, m 3

Bình trung gian trong máy lạnh hai hoặc nhiều cấp giúp làm mát hơi môi chất sau khi nén cấp áp thấp, cải thiện hiệu suất hệ thống Nó cũng giữ cho môi chất lỏng trước khi vào van tiết lưu, bằng cách bay hơi một phần lỏng ở áp suất và nhiệt độ trung gian, đảm bảo quá trình làm lạnh diễn ra hiệu quả và ổn định.

Buồng kết đông Đường kính ống hút vào máy nén cao áp: d = √ 4.m π ω 4 v 3 ' = √ 4 × 0,281× π ×0,9 0,047 = 0,137 m

Theo bảng 8-19 tài liệu [1], ta chọn 2 bình như sau:

Bảng 5.32 Thông số bình trung gian

Kích thước mm Diện tích bề mặt ống xoắn, m 2

Thể tích bình, m 3 khối lượng kg

Thiết bị hồi nhiệt trong hệ thống điều hòa giúp nung nóng môi chất lỏng sau quá trình ngưng tụ trước khi vào van tiết lưu, sử dụng hơi lạnh từ dàn bay hơi để tăng hiệu suất làm lạnh của chu trình Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý trao đổi nhiệt ngược dòng, trong đó hơi lạnh đi qua phía ngoài ống xoắn, còn môi chất lỏng đi qua phía trong để tối ưu hóa quá trình làm lạnh Trong đó, buồng kết đông là thành phần quan trọng giúp ngưng tụ môi chất, đảm bảo quá trình vận hành hiệu quả của hệ thống điều hòa, nâng cao năng suất làm việc của thiết bị.

Xử dụng phần mềm của hãng danfoss ta chọn được thiết bị hồi nhiệt HE 4.0 b, Với buồng bảo quản đông:

Xử dụng phần mềm của hãng danfoss ta chọn được thiết bị hồi nhiệt HE 8.0 c, Với buồng bảo quản lạnh.

Xử dụng phần mềm của hãng danfoss ta chọn được thiết bị hồi nhiệt HE 8.0

Trong hệ thống máy lạnh, việc lắp đặt van một chiều là yêu cầu bắt buộc để đảm bảo an toàn vận hành Theo quy định, mỗi máy nén phải được trang bị van một chiều trên đường đẩy nhằm kiểm soát luồng chất làm lạnh, ngăn chặn hiện tượng rò rỉ không mong muốn Ngoài ra, hệ thống còn cần có van một chiều chung lắp ngay trước thiết bị ngưng tụ để bảo vệ toàn bộ hệ thống khỏi các tác nhân gây hại từ phía ngưng tụ, tăng độ bền và hiệu suất hoạt động của hệ thống làm lạnh.

Van an toàn là loại van đặc biệt chỉ mở khi hiệu áp suất tại đầu vào và đầu ra đạt một mức nhất định, giúp phòng tránh quá áp suất ở các thiết bị có áp suất cao như thiết bị ngưng tụ và bình chứa Nó thường được lắp đặt ở những vị trí chịu áp lực lớn để đảm bảo an toàn cho hệ thống Áp kế là thiết bị đo áp suất của môi chất trong hệ thống dẫn truyền, được lắp đặt trên đường hút, đường đẩy của máy nén và bình ngưng nhằm theo dõi chính xác áp suất của hệ thống.

Van điện từ: dùng để điều chỉnh tự động thay cho van tiết lưu tay.

TÍNH TOÁN VÀ CHỌN ĐƯỜNG ỐNG

Tiêu đề	Thiết kế hệ thống lạnh công nghiệp
Tác giả	Lờ Văn Quang
Người hướng dẫn	TS. Hồ Hữu Phựng
Trường học	Trường đại học bách khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ thuật nhiệt
Thể loại	Đồ án kỹ thuật lạnh
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	72
Dung lượng	2,06 MB