(Tiểu luận) bài tập lớn thiết kế kho lạnh

- Đảm bảo thuận tiện cho việc bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế máy và thiết bị - Chọn mặt bằng xây dựng phải tiến hành khảo sát nền móng kho lạnh xem có vững chắc không, các nên móng phải c

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ

NỘI KHOA : ĐIỆN

- -BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ KHO LẠNH

Giáo viên hướng dẫn : TS Phạm Thế

Vũ Học phần : Thiết kế kho lạnh

h

YÊU CẦU TÍNH TOÁN

Các thông số tính toán của kho lạnh

1 Quy hoạch mặt bằng, phân loại và lựa chọn sản phẩm bảo quản

2 Tính chiều dày cách nhiệt và kiểm tra đọng sương

3 Tính nhiệt cho kho lạnh

4 Chọn môi chất lạnh và chu trình, thuyết minh chu trình

5 Lựa chọn các thiết bị nêu thông số kĩ thuật của thiết bị

6 Xây dựng sơ đồ hệ thống

PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ BÀI TẬP LỚN NHÓM 6

sản phẩm bảo quản

kiểm tra đọng sương

thuyết minh chu trình

thuyết minh chu trình

h

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 QUY HOẠCH MẶT BẰNG, PHÂN LOẠI VÀ LỰA CHỌN SẢN PHẨM

BẢO QUẢN 5

1.1 Quy hoạch mặt bằng 5

1.1.1 Phân loại kho lạnh 6

1.1.2 Các yêu cầu khi thiết kế mặt bằng kho lạnh: 6

1.2 Thông số kích thước kho lạnh 6

1.3 Lựa chọn sản phẩm bảo quản 7

1.4 Phương án xây dựng kho lạnh 7

1.4.1 Vị trí đặt kho: 7

1.4.2 Cấu trúc mái xưởng: 8

1.4.3 Phương án lắp kho 8

CHƯƠNG 2 TÍNH CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM CHO KHO LẠNH VÀ KIỂM TRA ĐỌNG SƯƠNG 10

2.1 Tính chiều dày cách nhiệt, cách ẩm: 10

2.2 Kiểm tra đọng sương trên bề mặt ngoài của vách 11

2.3 Nền kho 12

2.4 Kích thước thực của buồng lạnh 13

CHƯƠNG 3 TÍNH NHIỆT KHO LẠNH 15

3.1 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q1 15

3.2 Dòng nhiệt do sản phẩm tạo ra Q2 16

3.3 Dòng nhiệt do thông gió vào buồng lạnh Q3 18

3.4 Dòng nhiệt do máy móc vận hành Q4 18

3.5 Dòng nhiệt toả ra do hô hấp Q5 19

3.6 Dòng nhiệt tổn thất cho kho lạnh là: 20

3.7 Xác định năng suất lạnh cho thiết bị 20

CHƯƠNG 4 CHỌN MÔI CHẤT LẠNH VÀ CHU TRÌNH 21

4.1 Chọn mỗi chất lạnh 21

4.2 Chu trình quá lạnh quá nhiệt 21

h

4.3.2 Xác đinh nhiệt độ bay hơi 22

4.3.3 Nhiệt độ quá nhiệt 22

4.3.4 Nhiệt độ quá lạnh 22

4.4 Chu trình lạnh 22

4.4.1 Chọn chu trình lạnh 22

4.4.2 Biểu diễn chu trình trên đồ thị lg(p)-h và tính toán chu trình 23

CHƯƠNG 5 LỰA CHỌN THIẾT BỊ 25

5.1 Lựa chọn máy nén 25

5.2 Lựa chọn thiết bị ngưng tụ 27

5.3 Lựa chọn thiết bị bay hơi 29

5.4 Tính chọn van tiết lưu 30

5.5 Tính chọn các thiết bị phụ cho hệ thống 30

5.5.1 Lựa chọn bình chứa cao áp 30

5.5.2 Tính chọn bình tách dầu 31

5.5.3 Tính chọn bình tách lỏng 33

5.5.4 Tính chọn phin lọc 35

5.5.5 Tính chọn mắt gas 35

5.5.6 Lựa chọn van điện từ 36

5.5.7 Lựa chọn van chặn 37

5.5.8 Lựa chọn van một chiều 39

5.5.9 Lựa chọn role bảo vệ áp suất 39

CHƯƠNG 6 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG LẠNH 40

6.1 Xây dựng sơ đồ hệ thống lạnh 40

6.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 41

h

PHỤ LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Mặt bằng kho lạnh 5

Hình 2.Cấu trúc mái xưởng 8

Hình 3 Tấm Panel PU 3 lớp 8

Hình 4 Khóa cam và mộng âm dương 9

Hình 5 Kết nối Panel trần-tường 9

Hình 6 Kết nối panel tường và nền 9

Hình 7 Chu trình quá lạnh quá nhiệt 21

Hình 8 Đồ thị LgP-h của chu trình 23

Hình 9 Đồ thị T-s của chu trình 23

Hình 10.Đồ thi LgP-h của chu trình 23

Hình 11 Chọn máy nén 25

Hình 12 Thông số kích thước máy nén ESH725-40S 25

Hình 13 Thông số kỹ thuật của máy nén 26

Hình 14 Thông số chọn thiết bị ngưng tụ 27

Hình 15.Thông số kích thước dàn ngưng 27

Hình 16 Thông số kỹ thuật của dàn ngưng 28

Hình 17 Thông số kỹ thuật dàn bay hơi 29

Hình 18 Thông số kích thước của dàn bay hơi 29

Hình 19.Thông số van tiết lưu TE5-1 30

Hình 20 Chọn bình chứa cao áp 31

Hình 21 Chọn bình tách dầu Danfoss 32

Hình 22 Bình tách lỏng 33

Hình 23 Bình tách lỏng ICEAGE 34

Hình 24 Tính chọn phin lọc Danfoss 35

Hình 25 Tính chọn mắt gas Danfos 36

Hình 26 Chọn van điện từ Danfoss 36

Hình 27 Van chặn đầu đẩy Danfoss 37

Hình 28 Van chặn đầu hút Danfoss 38

Hình 29 Van chặn đường lỏng Danfoss 38

Hình 30 Van chặn một chiều 39

Hình 31 Role áp suất kép Danfoss 39

h

PHỤ LỤC BẢNG

Bảng 1 Thông số nhiệt độ của Thanh Hóa 6

Bảng 2 Kích thước phủ bì cua kho 6

Bảng 3.Yêu cầu bảo quản của sản phẩm 7

Bảng 4 Vị trí kho 7

Bảng 5 Diện tích các mặt kho lạnh 7

Bảng 6 Hệ số k của vách 10

Bảng 7 Thông số tính toán panel vách 11

Bảng 8.Hệ số k của nền 12

Bảng 9.Thông số tính toán nền 12

Bảng 10 Tính toán tổn thất qua kết cấu bao che 16

Bảng 11 Entanpy của không khí trong và ngoài buồng lạnh 18

Bảng 12 Thông số điểm nút của chu trình 24

h

LỜI MỞ ĐẦU

Đất nước Việt Nam ta có 4 mùa với rất nhiều các loại nông sản và thực phẩm Tuynhiên với thời tiết nóng ẩm chính là nguyên nhân làm cho các loại rau quả, thực phẩmrất dễ bị hư hỏng sau khi thu hoạch theo thời vụ Mặt khác có khả năng sẽ bị thiếu hụtsản lượng nếu rau củ quả thu hoạch trái mùa hay một nguyên nhân nào đókhông thểđáp ứng đủ nhu cầu thị trường Do đó vấn đề đặt ra là làm sao để có thể tích trữ bảoquản những sản phẩm này một cách lâu dài Phương pháp hiệu quả nhất hiện này đó là

sử dụng những kho lạnh để bảo quản Theo phương pháp này, thực phẩm sẽ được bảoquản lâu hơn mà vẫn không bị mất đi những giá trị dinh dưỡng vốn có của nó

Đề tài “thiết kế kho lạnh âm -5ºC - 0ºC đặt tại Thanh Hóa” Do thời gian và kiếnthức thực tế còn hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận đượcnhững ý kiến đóng ghóp để đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

h

Hình 1 Mặt bằng kho lạnh

h

1.1.1 Phân loại kho lạnh

Kho lạnh phân phối, kho trung chuyển: Dùng điều hoà cung cấp thực phẩm

(nông sản) cho các khu vực dân cư, thành phố và dự trữ lâu dài Kho lạnh phân phốithường có dung tích lớn trữ nhiều mặt hàng và có ý nghĩa rất lớn đến đời sống sinhhoạt của cả một cộng đồng

Buồng bảo quản -5 o C – 0ºC: Sử dụng bảo quản nông sản, chủ yếu là bảo quản

Bắp cải, Súp lơ Buồng bảo quản được làm lạnh trực tiếp: Đối lưu cưỡng bức

1.1.2 Các yêu cầu khi thiết kế mặt bằng kho lạnh:

- Phải bố trí mặt bằng kho lạnh phù hợp với dây chuyền công nghệ, sản phẩm đi theo dây truyền không gặp nhau, không chồng chéo lên nhau, đan xen lẫn nhau

- Đảm bảo sự vận hành tiện lợi, dẻ tiền

- Phải đảm bảo kỹ thuật an toàn, chống cháy nổ

- Mặt bằng khi quy hoạch phải tính đến khả năng mở rộng phân xưởng hoặc xí nghiệp

- Đảm bảo thuận tiện cho việc bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế máy và thiết bị

- Chọn mặt bằng xây dựng phải tiến hành khảo sát nền móng kho lạnh xem có vững chắc không, các nên móng phải có biện pháp chống thấm ẩm

1.2 Thông số kích thước kho lạnh

Các thông số địa lý, khí tượng tại Lạng Sơn:

Nhiệt độ Lạng Sơn theo bảng 1.1: Nhiệt độ và độ ẩm dùng để tính toán hệ thống lạnh của các địa phương (TCVN 5687: 2010) [1]

Bảng 1 Thông số nhiệt độ của Thanh Hóa

Thông số kích thước phủ bì của kho:

Bảng 2 Kích thước phủ bì cua kho

h

1.3 Lựa chọn sản phẩm bảo quản

Theo Bảng 1.2 – Chế độ bảo quản rau, hoa, quả tươi [2], với nhiệt độ tb= - 5oC

- Sản phẩm bảo quản: Bắp cải, súp lơ

Thành phần dinh dưỡng chính: Vitamin C, Vitamin A, Vitamin K, Vitamin B9 (Folate), Kali, …

Bảng 3.Yêu cầu bảo quản của sản phẩm

1.4 Phương án xây dựng kho lạnh

1.4.2 Cấu trúc mái xưởng:

Hình 2.Cấu trúc mái xưởng

Mái xưởng phải đảm bảo che mưa nắng tốt cho cấu trúc kho lạnh và hệ thống lạnh.Mái không được đọng nước, không được thấm nước, độ dốc của mái ít nhất phải là 2%

Vì vậy trong phương án thiết kế này chọn mái bằng tôn mầu xanh lá cây, nâng đỡ bằng

bộ phận khung sắt

1.4.3 Phương án lắp kho:

- Kho lạnh xây dựng theo phương pháp lắp ghép các tấm panel PU tiêu chuẩn

- Chọn tấm panel PU có cấu tạo 3 lớp:

+ Hai lớp bên ngoài là tôn phủ sơn bảo vệ

+ Lớp polyurethan cách nhiệt ở giữa

- Thông số kích thước của 1 tấm panel:

- Phương pháp lắp ghép Panel tường: Ghép bằng khóa Camlock và mộng âm dương

Hình 4 Khóa cam và mộng âm dương

- Phương pháp lắp Panel vách với trần:

Hình 5 Kết nối Panel trần-tường

- Phương pháp lắp ghép Panel vách và nền:

Hình 6 Kết nối panel tường và nền

h

CHƯƠNG 2 TÍNH CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM CHO KHO LẠNH VÀ

KIỂM TRA ĐỌNG SƯƠNG

Việc tính toán cách nhiệt, cách ẩm cho kho bảo quản đông nhằm mục đích:

- Hạn chế dòng nhiệt truyền từ bên ngoài qua kết cấu vao che vào kho lạnh

- Tránh ngưng ẩm trên bề mặt ngoài của vách vào trong kho lạnh

2.1 Tính chiều dày cách nhiệt, cách ẩm:

- Ở đây ta chọn vật liệu cách nhiệt kho là các tấm panel tiêu chuẩn có tác dụng cách nhiệt, cách ẩm

- Trần kho lạnh có mái che thì hệ số k lấy tăng 10% so với mái bằng

- Tra thông số ta được bảng sau: [2]

+ CN - Độ dày yêu cầu lớp cách nhiệt, m.

+ CN - Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, W/mK

+ k - Hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che, W/m2K

+ 1- Hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tới vách, W/m2K

+ 2- Hệ số tỏa nhiệt của vách buồng lạnh vào buồng lạnh, W/m2K

+ i - Bề dày vật liệu lớp thứ i, m

+ i - Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/mK.

h

Bảng 7 Thông số tính toán panel vách

- Nhiệt độ không khí trong kho tb = -5 oC, không khí trong kho đối lưu cưỡng bức vừa phải

- Ta chọn chiều dày tiêu chuẩn panelTC = 100 mm

- Khi đó chiều dày cách nhiệt thực của panel là :

 2.0,0005  2.0,0005  0,098  1

= 0,245 W/m2.K

2.2 Kiểm tra đọng sương trên bề mặt ngoài của vách

- Điều kiện để vách ngoài không bị đọng sương là

- Trong đó:

k - Hệ số truyền nhiệt thực, k t = 0,245 W/m2K

ks - Hệ số truyền nhiệt đọng sương,

h

k  k s

h

+ 1 - Hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài bề mặt tường kho, W/m2K.

+ t1- Nhiệt độ không khí bên ngoài kho, oC

+ t2- Nhiệt độ kthông khí bên trong kho, oC

+ ts- Nhiệt độ điểm đọng sương, oC

- Các thông số khí tượng ở Thanh Hóa đã nêu t1 =37,5oC, 1  82% Tra đồ thị i-d của không khí ẩm ta có ts= 33,9oC

- Có ks > kt Vì vậy vách ngoài kho lạnh không bị đọng sương

CN  0, 41  23,3 1, 4 1,5 9 

h

Chọn độ dày panel tiêu chuẩn CN = 60 mm

Hệ số truyền nhiệt thực tế:

kt 1

 0,04 

10,06

 0,06  1

= 0,381 W/m2K

2.4 Kích thước thực của buồng lạnh

- Sau khi tính được chiều dày của panel ta sẽ tính các thông số kích thước thực của kho lạnh:

F = Chiều dài thực*Chiều rộng thực = 7,8.5,8 = 45,24 m2

- Chiều cao chất tải:

Với: hth: chiều cao thực là 3,9 m

h = 3,3 m+ Với tải trọng nền này thì panel sàn đủ điều kiện chịu được lực nén bởi vì độ chịunén của panel tiều chuẩn là 0,2÷0,29 Mpa.

- Diện tích lối đi, các buồng chức năng, diện tích các lô hàng: Fphụ

Fphụ =F - F F = 45,24 – 45,24.0,72 = 12,67 m2+ Với F : Hệ số sử dụng diện tích của các buồng chức năng, tính cả đường đi, diệntích của các lô hàng F phụ thuộc vào diện tích buông Theo bảng 2.4 giáo trìnhvới F = 45,24 m2 ta tra được F = 0.72

- Diện tích lạnh thực:

Flạnh thực = F - Fphụ = 45,24 – 12,67 = 32,57 m2

h

CHƯƠNG 3 TÍNH NHIỆT KHO LẠNH

Việc tính toán nhiệt tải kho lạnh là tính toán các dòng nhiệt từ môi trường xâm nhậpvào kho lạnh Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất đểthải nó trở lại môi trường nóng, đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa buồnglạnh 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 Nhiệt tải Q của kho lạnh sẽđược tính theo công thức sau:

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 (W)Trong đó: Q1 - Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của kho lạnh

Q2- Dòng nhiệt sản phẩm và bao bì tỏa ra trong quá trình xử lý lạnh

Q3 - Dòng nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió buồng lạnh

Q4 - Dòng nhiệt các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh

Q5 - Dòng nhiệt từ sản phẩm tỏa ra khi sản phẩm hô hấp

Tổng các lượng nhiệt tổn thất tại một thời điểm nhất định được gọi là phụ tải nhiệtcủa hệ thống lạnh Năng suất lạnh của hệ thống lạnh được thiết kế theo phụ tải nhiệtlớn nhất Qmax mà ta ghi nhận được ở một thời điểm nào đó trong năm

3.1 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q1.

- Dòng nhiệt qua kết cấu bao che là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua tường bao, trần

và nền do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong kho lạnhcộng với dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tường bao và trần

Q1  Q11  Q12 (W)Trong đó: Q11 là dòng nhiệt qua tường bao, trần, nền

Q12 là dòng nhiệt bức xạ mặt trời Vì kho lạnh được đặt trong nhà xưởng nên Q12 = 0 (W)

- Dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ được xác định theo biểu thức:

Q11  kt .F.(tmt  tb ) (W)Trong đó: kt - Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che xác định theo chiều dày

cách nhiệt thực, W/m2.K

F - Diện tích bề mặt kết cấu bao che, m2

h

tmt - Nhiệt độ môi trường bên ngoài kho, tmt = 37,5 oC

tb - Nhiệt độ trong buồng lạnh, t  50

C

- Kích thước phủ bì của kho lạnh:

Chiều dài kho: 8 m

Chiều rộng kho: 6 m

Chiều cao: 4 m

- Hệ số dẫn nhiệt của tường bao:

Bảng 10 Tính toán tổn thất qua kết cấu bao che

Vậy dòng nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che là: Q1 = 2443,24 (W)

Trong đó: h1, h2 - entanpi của sản phẩm trước và sau khi xử lý lạnh, kJ/kg

M - là công suất của buồng lạnh, buồng kết đông hoặc lượng hàng nhập vào buồng bảo quản lạnh hoặc buồng bảo quản đông, t/ngày đêm

h

M  E.B.m 100 (tấn/24h)Trong đó: M - là khối lượng hàng hoá nhập vào, tấn/24h

Entanpi của nông sản:

h1  410 kJ/kg, h2  82,9 kJ/kg Tra cứu theo bảng 4.3 Entanpicủa sản phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ, kJ/kg

Vậy nhiệt do sản phần toả ra là:

Q21  3,095.(410  82,9).

- Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra:

1000 24.3600  11,72 (W)

Q  M C (t  t ) 1000 (W)Trong đó:

- tmt, tb – Nhiệt độ bao bì trước và sau quá trình làm lạnh bao bì Ta lấy nhiệt độ

tmt bằng nhiệt độ của khu đóng gói thành phẩm tmt = 35,7 oC

Q22  0,3095.1460  37,5  (5) 

1000 24.3600  222,274 (W)Vậy Q2 = Q21 + Q22 = 11,72 + 222,274 = 233,994 (W)

h

3.3 Dòng nhiệt do thông gió vào buồng lạnh Q3.

Dòng nhiệt tổn thất do thông gió buồng lạnh chỉ tính cho các buông lạnh đặc biệtbảo quản rau quả và các sản phẩm có hô hấp Dòng nhiệt chủ yếu do không khí nóng ởbên ngoài buồng lạnh đưa vào thay thế cho không khí lạnh trong buồng để đảm bảo sự

hô hấp của các sản phẩm bảo quản

- Dòng nhiệt Q3 được xác định qua biểu thức:

Q3  Mk .(h1  h2 ) (W)

Trong đó: Mk - lưu lượng không khí của quạt thông gió, m3/s

h1, h2 - là entanpi của không khí ngoài và trong buồng lạnh

Điểm 1 (37,5;80%) h1 = 123,56 kJ/kgĐiểm 2 (-5;90%) h2 = 0,53 kJ/kg

Bảng 11 Entanpy của không khí trong và ngoài buồng lạnh

- Lưu lượng quạt thông gió Mk có thể xác định theo biểu thức

V a. k

k 24.3600 (kg/s)

V - là thể tích bảo quản thông gió, 𝑚3 V = 171,912 m3

a - là bội số tuần hoàn thay đổi không khí trong trong một ngày đêm,lần/24h a = 4

pk - là khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ và độ ẩm tương đối củakhông khí trong buồng bảo quản, k =1,293 kg/m3

M k 171,912.4.1,293 24.3600  0,0103 (m3/s)Vậy dòng nhiệt Q3 = 0,0103 (123,56 – 0,53) = ~2,27 (W)

3.4 Dòng nhiệt do máy móc vận hành Q4.

Dòng nhiệt tổn thất do máy móc bao gồm các dòng nhiệt do đèn chiếu sáng, dongười làm việc, do động cơ điện và do mở cửa Các dòng nhiệt do vận hành được tínhriêng Tổng của chúng sẽ được tính vào phụ tải nhiệt của máy nén thiết bị

h

21

Trong đó: F - là diện tích của buồng, 𝑚2

A - là nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng 1 m2 diện tích buồng hay nền, đối với buồng bảo quản A = 1,2 W/m2

n - là người làm việc trong buồng Ta chọn n = 2 người

350 - là nhiệt lượng do một người toả ra khi làm công việc nặng, W

F - là diện tích buồng, m2

Tra bảng 4.5 ta tra được B= 15 W/m2

Q44 = 29 48 = 1392 (W)Vậy dòng nhiệt toả ra do máy móc là:

Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44 = 57,6 + 700 + 2000 + 1392 = 4149,6 (W)

3.5 Dòng nhiệt toả ra do hô hấp Q5.

Dòng nhiệt toả ra do hô hấp chỉ xuất hiện ở các kho lạnh bảo quản rau quả, hoa đang

ở trong quá trình sống được xác định theo biểu thức: