Kỹ thuật lạnh ứng dụng đề tài thiết kế hệ thống kho lạnh cấp đông 8 tấnngày, bảo quản đông cá thu dung tích 450 tấn tại quảng bình

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN KỸ THUẬT NHIỆT —*— THIẾT KẾ MÔN HỌC KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHO LẠNH CẤP ĐÔNG 8 TẤN/NGÀY, BẢO QUẢN[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN MINH HẢI

: ĐOÀN ANH ĐỨC

: NGÔ THẾ HIỂN

Lớp : KĨ THUẬT NHIỆT LẠNH 2 – K60

Trường Đại học GTVT

Khoa Cơ khí

Bộ môn Kỹ thuật Nhiệt

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MÔN HỌC

KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Nhiệm vụ được giao: Thiết kế hệ thống lạnh cấp đông bảo quản đông cáthu dung tích cấp đông 8 tấn / ngày, dung tích bảo quản đông 450 tấn tạiQuảng Bình

Những nội dung cơ bản:

1 Giới thiệu về công trình

2 Lựa chọn thông số tính toán

Bản vẽ sơ đồ P+I hệ thống lạnh.

Mục lục :

TÀI LIỆU THAM KHẢO 4

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 5

1.1 Giới Thiệu Địa Phương 5

1.2 Giới thiệu về sản phẩm 6

1.3 Giới thiệu quy trình công nghệ 6

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN 8

2.1 Thông số không khí bên ngoài 8

2.2 Thông số trong nhà 8

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THỂ TÍCH VÀ MẶT BẰNG KHO LẠNH 9

3.1 Kho lạnh sử dụng 9

3.2 Buồng lạnh sử dụng 9

3.3 Xác định số lượng và kích thước các buồng 9

3.3.1 Dung tích kho lạnh 9

3.3.2 Diện tích chất tải 9

3.3.3 Tải trọng của nền và trần 10

3.3.4 Xác định diện tích lạnh cần xây dựng 10

3.3.5 Số lượng buồng lạnh cần phải xây dựng 10

3.3.6 Xác định diện tích xây dựng buồng gia lạnh Dung tích ko gia lạnh 10

3.4 Quy hoạch mặt bằng kho lạnh 11

CHƯƠNG 4: TÍNH NHIỆT KHO LẠNH 13

4.1 Tổn thất nhiệt 13

4.1.1 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q1 13

4.1.2 Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q2 15

4.1.3 Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q3 15

4.1.4 Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q4 16

4.1.5 Dòng nhiệt tỏa ra khi sản phẩm hô hấp Q5 18

4.1.6 Tổng tổn thất nhiệt kho lạnh lắp ghép 19

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1Giới Thiệu Địa Phương

Quảng Bình là một tỉnh ven biển nằm ở phía nam khu vực Bắc Trung

Bộ, miền Trung của Việt Nam Quảng Bình nằm trải dài từ 16°55’ đến 18°05’

vĩ Bắc và từ 105°37’ đến 107°00’ kinh Đông, cách thủ đô Hà Nội 500 km vềphía Nam, cách thành phố Đà Nẵng 267 km về phía Nam theo đường Quốc lộ

1 Tỉnh Quảng Bình có diện tích 8.065,3 km², dân số là 936.607 (2018), mật

độ dân số đạt 110 người/km²

Tỉnh lị của Quảng Bình là thành phố Đồng Hới Tỉnh nằm ở nơi hẹp nhất theochiều đông - tây của Việt Nam (50 km theo đường ngắn nhất tính từ biêngiới Lào ra biển Đông) Tỉnh Quảng Bình giáp Hà Tĩnh về phía bắc với dãyHoành Sơn là ranh giới tự nhiên; giáp Quảng Trị về phía nam; giáp BiểnĐông về phía đông; phía tây là tỉnh Khăm Muộn và tây nam làtỉnh Savannakhet của Lào với dãy Trường Sơn là biên giới tự nhiên

Địa hình Quảng Bình hẹp và dốc từ phía Tây sang phía Đông 85% Tổng diệntích tự nhiên là đồi núi Toàn bộ diện tích được chia thành vùng sinh thái cơbản: Vùng núi cao, vùng đồi và trung du, vùng đồng bằng, vùng cát ven biển.Địa hình có đặc trưng chủ yếu là hẹp và dốc, nghiêng từ tây sang đông, đồinúi chiếm 85% diện tích toàn tỉnh và bị chia cắt mạnh

Quảng Bình nằm ở vùng nhiệt đới gió mùa và luôn bị tác động bởi khí hậucủa phía Bắc và phía Nam và được chia làm hai mùa rõ rệt:

hàng năm 2.000 - 2.300mm/năm Thời gian mưa tập trung vào cáctháng 9, 10 và 11

-25 °C Ba tháng có nhiệt độ cao nhất là tháng 6, 7 và 8

Nhiệt độ bình quân các tháng trong năm của thành phố Đồng Hới, tỉnh lỵ tỉnhQuảng Bình

1.2Giới thiệu về sản phẩm cá thu

Cá thu là món ăn ngon, hấp dẫn được nhiều người yêu thích nhưng khôngphải ai cũng biết rõ về loại cá này Thực chất đây chỉ là tên chung chonhiều loại cá khác nhau thuộc họ cá thu ngừ Loại cá này có môi trườngsinh sống ở khu vực nhiệt đới và ôn đới, cũng tùy vào tập tính sinh trưởngkhác nhau nên điều kiện sống của chúng cũng khác nhau, có thể là sâutrong đại dương nhưng cũng có thể là gần bờ

Với đặc điểm thân mình mang dáng thuôn dài, hơi hẹp dần về phía đuôicùng với nhiều vây nhỏ phía sau, những vây lớn ở lưng và bụng nên được

các nhà khoa học xếp vào loại có khả năng chiến đấu cao Hiện nay theoghi nhận thì loại lớn nhất có thể dài đến 1.68m

Đây là loại hải sản phổ biến ở những tỉnh thành giáp biển trên cả nước…Tuy nhiên mỗi vùng biển khác nhau cũng dẫn đến chất lượng của khácnhau

Cá thu là thực phẩm vô cùng giàu protein và axit béo omega-3, chỉ chứacác thành phần chủ yếu như calo (189), chất béo (11.9g), Natri (89mg),đạm (19g) và không hề chứa bất cứ một lượng carbohydrate, chất xơ hayđường nào nên mang lại lợi ích sức khỏe khá lớn như: cải thiện sức khỏetim mạch, ngăn tình trạng suy giảm trí nhớ ở người già, ngăn ngừa thiếumáu và giảm nguy cơ mắc tiểu đường loại 2

Nếu nơi đánh bắt xa và việc vận chuyển kéo dài nhiều ngày liền thì kĩ thuậtlạnh đông trên tàu sẽ đảm bảo cho chất lượng của mẻ cá

Nếu từ nơi đánh bắt đến nơi tiêu thụ xa, hoặc khi xuất khẩu thì chỉ có cấpđông mới đảm bảo chất lượng của cá thu và thoả mãn yêu cầu của các đối táckhó tính

Với những điều kiện đó, để ngành công nghiệp cá thu phát triển, ta thấy cầnthiết phải xây dựng các kho lạnh để bảo quản đông sản phẩm trước khi đưađến nơi tiêu thụ để đảm bảo chất lượng sản phẩm sau chế biến trong thời gianchờ đợi để đưa ra thị trường

1.3Giới thiệu công nghệ cấp đông, bảo quản đông

a) Nhiệt độ trong kho

Bằng với nhiệt độ trung bình sản phẩm cuối quá trình cấp đông Nhiệt độ

đông là -40oC

b) Đặc điểm của kho

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN 2.1 Thông số không khí bên ngoài

Trungbình cảnăm

Cao nhấtmùa hè mùa đôngCao nhất Cao nhấtmùa hè mùa đôngCao Nhất

Sản phẩm Nhiệt độ bảo quản

Ta chọn:

hưởng đến chấ lượng cá thu )

Độ ẩm không khí: 90 %

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THỂ TÍCH VÀ MẶT BẰNG KHO LẠNH

3.1 Kho lạnh sử dụng

- Kho lạnh kết đông: dùng để kết đông các sản phẩm bảo quản như cá,

thịt,…kết đông một pha nhiệt độ vào là 37 o C, hai pha là 4 o C Sản phẩm

ra có nhiệt độ bề mặt từ -12 đến -18 o C, nhiệt độ tâm phải đạt -8 o C

- Buồng bảo quản đông (-18 oC): dùng để bảo quản các loại thịt, cá ,…đã được

3.3 Xác định số lượng và kích thước các buồng

3.3.1 Dung tích kho lạnh bảo quản đông

+ 3,2m là chiều cao xây dựng

+ 0,3m là khoảng cách để treo dàn bay hơi

+ 0,4m là khoảng cách từ dàn bay hơi đến sản phẩm

F: diện tích chất tải (m2 ¿

V: thể tích kho lạnh

3.3.3 Tải trọng của nền và trần

g F ≥ g v .h=0,45.2,5=1,125( t

m2 )Nhỏ hơn tải trọng lớn nhất cho phép

g F: định mức chất tải theo diện tích

3.3.4 Xác định diện tích lạnh cần xây dựng

F l = F β

F= 4000,79=506,33 m2Trong đó:

E: dung tích kho lạnh (tấn)

V: thể tích kho lạnh ¿)

g v: định mức chất tải thể tích ( t/m3 ¿; với g v=0,45

Diện tích chất tải :

F= V h=17,781,6 =11,11 m2Trong đó:

h chiều cao chất tải

h = 3,2 - (0,3 + 1,4) = 1,5 (m)

Với:

+ 3,2m là chiều cao xây dựng

+ 0,3m là khoảng cách để treo dàn bay hơi

+ 1,4m là khoảng cách từ dàn bay hơi đến sản phẩm

Chọn Z=1 buồng gia lạnh với kích thước 6 x 4 x3, 2 m

3.4 Quy hoạch mặt bằng kho lạnh

CHƯƠNG 4: TÍNH NHIỆT KHO LẠNH 4.1 Tổn thất nhiệt

Tính nhiệt kho lạnh là tính toán các dòng nhiệt tư môi trường bên ngoài đivào kho lạnh Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải đủ công suất

để thải nó tả lại môi trường nóng , đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn địnhgiữa buồng lạnh và môi trường không khí bên ngoài

Mục đích cuối cùng của việc tính toán nhiệt kho lạnh là để xã định năng suấtlạnh của máy lạnh cần lắp đặt

Dòng nhiệt tổn thất vào khô lạnh Q, được xác định bằng biểu thức:

, WTong đó:

: dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của buồng lạnh

: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra trong quá trình xử lí lạnh

: dòng nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió buồng lạnh

: dòng nhiệt tư các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh

: dòng nhiệt từ sản phẩm tỏa ra do hô hấp

4.1.1 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q1

Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che được định nghĩa là tổng các dòng nhiệt tổnthất qua tường bao, trần và nền do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bênngoài và bên trong kho lạnh cộng với các dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặttrời qua tường bao và trần

Q 1=Q 1 v +Q 1n +Q 1t +Q bx

Q=k F (t1−t2 )

nhiệt thực

Do kho được đặt trong phân xưởng :

Chọn nhiệt ngoài hành lang 20 ºC

Buồng bảo quản đông 05 (-18 o C)

+) M: năng suất buồng gia lạnh hoặc kết đông hoặc lượng hngf nhập vàobuồng bảo quản lạnh & đông, tấn/h.

+) h1,h2; entanpy của sản phẩm trước và sau khỉ xử lý lạnh, kJ/kg

Q21=M.(h1-h2).24.36001000

Vì sản phẩm là cá thu nên sản phẩm nhập vào buồng lạnh trong một ngày

Chọn nhiệt độ cá thu trước khi vào buồng: 0oC => h1 = 249 (kj/kg)

Nhiệt độ cá thu sau khi ra khỏi buồng: -18oC => h2 = 5 (kj/kg)

Q22 = 45.( 249 – 5 ) 24.36001000 =127,08 (kw) = 127080 (w)

Dòng nhiệt do chiếu sáng buồng Q41

Q41 được tính theo biểu thức:

Dòng nhiệt do người tỏa ra Q42

n – số người làm việc trong buồng

350 – lượng nhiệt do một người thải ra khi làm công việc nặng nhọc, 350W/ng

4.1.5 Dòng nhiệt tỏa ra khi sản phẩm hô hấp Q5

Do sản phẩm bảo quản là cá thu nên không cần hô hấp

Chương 5 Tính toán chu trình lạnh và chọn máy nén

5.1 Hệ thống lạnh cho phòng bảo quản đông

5.1.1Tính nhiệt độ sôi của môi chất lạnh to

-Nhiệt độ sôi:

to = tb - ∆to

∆to – hiệu nhiệt độ yêu cầu

Đối với dàn bay hơi trực tiếp, nhiệt độ bay hơi lấy thấp hơn nhiệt độ buồng ∆to = 8

nhiệt độ càng cao, diện tích trao đổi nhiệt lớn nhưng gây tổn thất )

Nhiệt độ phòng bảo quản đông: tb = -18 oC

to = -18 - 8 = - 26 oC

5.1.2 Tính nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh tk

Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bịngưng tụ Ta chọn thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước nên:

tk = tw2 + ∆tk

∆tk – hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, ∆tk = 3 ÷ 5oC có nghĩa là nhiệt

Chọn hiệu nhiệt độ ngưng tụ thực ra là một bài toán tối ưu về kinh tế để đạtgiá thành một đơn vị lạnh là rẻ nhất Nếu nhiệt độ ngưng tụ nhỏ, nhiệt độ

ngưng tụ thấp thì năng suất lạnh tăng, điện năng tiêu tốn nhỏ nhưng tiêu haonước nhiều và giá tiền chi cho tiêu tốn nước tăng lên Nếu giá điện rẻ nhưng

Ta chọn ∆tk = 5 oC

kiểu bình ngưng:

tw2 = tw1 + (2÷6)oC

tw1 – nhiệt độ nước vào bình ngưng

tw2 = tw1 + (2÷6)oC chọn 5oC

tw1 = tư + (3 ÷ 4)oC chọn 3,2oCKho lạnh được lắp ghép tại Quảng Bình Có nhiệt độ bên ngoài theo kết quả

ẩm I – d ta có nhiệt độ nhiệt kế ướt tư = 35,2 oC

Ta có:

tw1 = 35,2 + 3,2oC = 38,4oC

tw2 = 38,4 + 5oC = 43,4 oCVậy nhiệt độ ngưng tụ của môi chất:

tk = 43,4 +5oC = 48,4oC

5.1.3 Tính nhiệt độ quá lạnh của môi chất lạnh tql

lưu.Nhiệt độ quá lạnh càng thấp năng suất lạnh càng lớn,vì vậy người ta cốgắng hạn nhiệt độ quá lạnh xuống càng thấp càng tốt Nước mới,đâu tiênđược đưa qua thiết bị quá lạnh sau đó mới đưa vào dàn ngưng, do thiết bị quálạnh làm cho máy lạnh thêm cồng kềnh, tiêu tốn vật tư tang, giá thành tăng

mà hiệu quả lạnh đem lại không cao, các máy lạnh hầu như không con trang

bị thiết bị quá lạnh nữa Việc quá lạnh được thực hiện ngay trong thiết bịngưng tụ bằng cách để mức lỏng ngập vài ống dưới cùng của dàn ống trongbình ngưng ống chum Nước cấp vào bình sẽ đi qua các ống này trước để quálạnh lỏng sau đó mới đi lên các ống trên để ngưng tụ môi chất.

Tql = tw1 + ∆tql = 38,4 + 3 = 41,4oC

Vì ∆tql = 3 ÷ 4oC chọn ∆tql = 3oC

5.1.4 Tính nhiệt độ hơi hút của môi chất lạnh th

Nhiệt độ hơi hút là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén Nhiệt độ hơi hútbao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất

Để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng, người ta bố trí bình tách lỏng vàphải đảm bảo hơi hút vào máy nén nhất thiết phải là hơi quá nhiệt Độ quánhiệt ở từng loại máy nén và đối với từng loại môi chất có khác nhau

th = to + ∆th oC

∆th – độ quá nhiệt hơi hút

độ quá nhiệt hơi hút đạt được trong thiết bị hồi nhiệt

chọn ∆th = 15oC

th = to + ∆th = - 33,34 + 15 oC = -28oC5.1.5 Tính tỉ số nén

Ta có: Pk =19,5 bar

Po = 1,6 bar

Tỉ số nén được tính bằng biểu thức sau:

π = P o P k = 19,51,6 = 12,2 > 12Đối với máy nén piston, chu trình 2 cấp sử dụng môi chất amoniac yêu cầu tỉ

số nén π >12 Nên ta chọn chu trình 2 cấp

5.1.6 Lựa chọn chu trình lạnh 2 cấp và tính toán

Ta lựa chọn chu trình 2 cấp , có quá lạnh lỏng và quá nhiệt

Hình 4.4: Chu trình 1 cấp có quá lạnh , quá nhiệt

Hình 4.4: Sơ đồ LgP – h của chu trình 1 cấp

Các quá trình xảy ra trong hệ thông:

1-1’: Quá nhiệt do van tiết lưu nhiệt

1-2: Nén đoạn nhiệt

2-3’: Lam mát và ngưng tự

3’-3: Quá lạnh trong bộ quá lạnh

3-4: Tiết lưu đẳng entanpy

4-1: Bay hơi nhận nhiệt đẳng áp

5.2Hệ thống lạnh cho phòng bảo lạnh

5.2.1 Tính nhiệt độ sôi của môi chất lạnh to

to = tb - ∆to

∆to – hiệu nhiệt độ yêu cầu

Đối với dàn bay hơi trực tiếp, nhiệt độ bay hơi lấy thấp hơn nhiệt độ buồng 8

Sản phẩm bảo quản là bắp cải nên ta chọn ∆to = 8oC

Nhiệt độ phòng kết đông: tb = 0 oC

to = 0 – 8 = -8 oC

5.2.2 Tính nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh tk

Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bịngưng tụ Ta chọn thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước nên:

tk = tw2 + ∆tk

∆tk – hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, ∆tk = 3 ÷ 5oC có nghĩa là nhiệt

Chọn hiệu nhiệt độ ngưng tụ thực ra là một bài toán tối ưu về kinh tế để đạtgiá thành một đơn vị lạnh là rẻ nhất Nếu nhiệt độ ngưng tụ nhỏ, nhiệt độngưng tụ thấp thì năng suất lạnh tăng, điện năng tiêu tốn nhỏ nhưng tiêu haonước nhiều và giá tiền chi cho tiêu tốn nước tăng lên Nếu giá điện rẻ nhưng

Ta chọn ∆tk = 5 oC

kiểu bình ngưng:

tw2 = tw1 + (2÷6)oC

tw1 – nhiệt độ nước vào bình ngưng

Ta chọn bình ngưng vỏ ống nằm ngang có ∆tw = 5K có nghĩa là:

tw2 = tw1 + 4oC

tw1 = tư + (3 ÷ 4)oCKho lạnh được lắp ghép tại Thái Bình Có nhiệt độ bên ngoài theo kết quả

ẩm I – d ta có nhiệt độ nhiệt kế ướt tư = 35 oC

Ta có:

tw1 = 35 + 3oC = 38oC

tw2 = 38 + 4oC = 42 oCVậy nhiệt độ ngưng tụ của môi chất:

tk = 42 +5oC = 47oC

5.2.3 Tính nhiệt độ quá lạnh của môi chất lạnh tql

lưu.Nhiệt độ quá lạnh càng thấp năng suất lạnh càng lớn,vì vậy người ta cốgắng hạn nhiệt độ quá lạnh xuống càng thấp càng tốt Nước mới,đâu tiênđược đưa qua thiết bị quá lạnh sau đó mới đưa vào dàn ngưng, do thiết bị quálạnh làm cho máy lạnh thêm cồng kềnh, tiêu tốn vật tư tang, giá thành tang

mà hiệu quả lạnh đem lại không cao, các máy lạnh hầu như không con trang

bị thiết bị quá lạnh nữa Việc quá lạnh được thực hiện ngay trong thiết bịngưng tụ bằng cách để mức lỏng ngập vài ống dưới cùng của dàn ống trongbình ngưng ống chum Nước cấp vào bình sẽ đi qua các ống này trước để quálạnh lỏng sau đó mới đi lên các ống trên để ngưng tụ môi chất

Tql = tw1 + (3 + 5) oC = 38 + 3 oC

= 41oC

5.2.4 Tính nhiệt độ hơi hút của môi chất lạnh th

Nhiệt độ hơi hút là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén Nhiệt độ hơi hútbao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất

Để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng, người ta bố trí bình tách lỏng vàphải đảm bảo hơi hút vào máy nén nhất thiết phải là hơi quá nhiệt Độ quánhiệt ở từng loại máy nén và đối với từng loại môi chất có khác nhau

th = to + ∆th oC

∆th – độ quá nhiệt hơi hút

Đối với máy nén freon do nhiệt độ cuối tầm nén thấp nên độ quá nhiệt hơi hút

có thể chọn rất cao Trong các máy freon, độ quá nhiệt hơi hút đạt được trongthiết bị hồi nhiệt

th = -26 + 15 oC = -11oC

5.2.6 Lựa chọn chu trình lạnh 1 cấp và tính toán

Ta lựa chọn chu trình lạnh amoniac một cấp sử dụng có quá lạnh , quá nhiệt