kho lạnh bảo quản hoa quả sức chứa 300 tấn

2 Quy trình công nghệ Thuyết minh: hơi môi chất lạnh sinh ra ở thiết bị bay hơi, đi vào thiết bị hồi nhiệt được quá nhiệt do thu nhiệt của môi chất lạnh lỏng nóng, qua bình tách lỏng rồi

Mục Lục

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1) Tổng quan

Việt nam là một nước nóng ẩm mưa nhiều, hình thành một năm 4 mùa rõ rệt

Do vật rất thích hợp cho các loài thực vật phát triển mạnh mẽ điều này tạo nênmột nguồn lợi rau quả cho nước ta vô cùng phong phú và đa dạng Hiện nay người ta đưa ra rất nhiều loại giống hoa quả với giá trị cao không những trong nước mà còn được xuất khẩu ra nước ngoài Đặc điểm của những loại hoa quả trên có tính chất mùa vụ Mặc khác các loại hoa quả có những hạn chế về mặt cấu trúc sinh học, nên nông sản thực phẩm phải được làm lạnh và bảo quản ở nhiệt độ trên 0oC để giữ đặc tính của sản phẩm về mùi cũng như màu sắc và còn có tác dụng làm tăng phẩm chất của một số sản phẩm

Trong đề tài này là thiết kế kho lạnh bảo quản rau quả loại kho xây, loại quả được bảo quản là cam quýt sau thu hoạch, cam thu hoach sẽ được đóng gói và bảo quản trong kho lạnh ở nhiệt độ 0-50C và độ ẩm không khí 85% sẽ được bảo quản từ 1 đến 2 tháng mà vẫn không thay đổi chất lượng của sản phẩm

2) Quy trình công nghệ

Thuyết minh: hơi môi chất lạnh sinh ra ở thiết bị bay hơi, đi vào thiết bị hồi nhiệt được quá nhiệt do thu nhiệt của môi chất lạnh lỏng nóng, qua bình tách lỏng rồi được hút vào máy nén, nén lên áp suất ngưng tụ Pk, qua bình tách dầu

và đảy vào thiết bị ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ, hơi môi chất lạnh có áp suất cao nhiệt độ cao sẽ thải nhiệt cho nước làm mát được cung cấp từ tháp giải nhiệt để hạ nhiệt độ và ngưng tụ lại thành lỏng Sau đó môi chất lạnh từ thiết bị ngưng tụ sẽ qua phin sấy lọc và quá lạnh sau khi qua thiết bị hồi nhiệt rồi đi vào van tiết lưu xuống áp suất bốc hơi P0 để đẩy vào thiết bị bôc hơi Trong thiết bị bốc hơi, lỏng môi chất bay hơi nhờ thu nhiệt của môi trường cầnlàm lạnh Hơi môi chất sinh ra được máy nén hút về sau khi qua thiết bị hồi nhiệt và bình tách lỏng Như vậy vòng tuần hoàn môi chất được khép kín

3) Hệ thống thiết bị

− Máy nén: dùng để hút hơi ra khỏi bình bốc hơi nhằm duy trì áp suất sôi không đồi trong bình bốc hơi và nén hơi đến áp suất ngưng tụ trong bình ngưng Chọn máy nén pittong một cấp

− Thiết bị ngưng tụ: là thiết bị trao đổi nhiệt để biến hơi môi chất lạnh có áp suất và nhiệt độ cao sau quá trình nén thành trạng thái lỏng Môi trường nhận nhiệt trong thiết bị ngưng tụ gọi là môi trường làm mát hay môi trường giải nhiệt Chọn thiết bị kiểu ổng vỏ nằm ngang

− Thiết bị bay hơi: là thiết bị trao đổi nhiệt thu nhiệt từ môi trường làm lạnh tuầnhoàn giữa thiết bị bay hơi và đối tượng làm lạnh để nhân nhiệt và làm lạnh đối

tượng làm lạnh Chọn thiết bị bay hơi kiểu dàn bay hơi đối lưu cưỡng bức ( dàn lạnh )

− Tháp giải nhiệt: dùng để làm mát nước bình ngưng tụ ra hay nói cách khác là thu nhận tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ để hơi môi chất lạnh ngưng tụ thành lỏng

− Thiết bị hồi nhiệt: dùng để quá lạnh lỏng môi chất sau ngưng tụ trước khi vào van tiết lưu bằng hơi lạnh từ dàn bay hơi trước khi về máy nén nhằm tăng hiệusuất của chu trình

− Van tiết lưu: dùng để tiết luu chất lỏng tác nhân lạnh từ áp suất ngưng tụ Pk

đến áp suất sôi P0 và 1 phần điều chỉnh việc cung cấp lỏng cho hệ thống lạnh

− Các thiết bị phụ: các loại bình chứa, các van, các thiết bị đo…

4) Môi chất lạnh

− Định nghĩa: môi chất lạnh là môi chất sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để hấp thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh có nhiệt độ thấp và tải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao hơn

− Yêu cầu đối với môi chất lạnh:

• Phải bền vững trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc

• Trơ, không tạo phản ứng hóa học, không ăn mòn thiết bị

• Phải an toàn, không dễ cháy và dễ nổ

• Áp suất ngưng tụ không được quá cao, áp suất bốc hơi không được quá nhỏ

• Hệ số dẫn nhiệt càng lớn càng tốt

• Không được độc hại với cơ thể người và cơ thể sống

• Không được ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm bảo quản

• Cần có mùi đặc biệt để dễ phát hiện ro rĩ

• Cần rẻ tiền, dễ kiếm, sản xuất, vận chuyển, bảo quản dễ dàng

• Không được phâ hủy môi sinh và môi trường

CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

1) Xác định số lượng và kích thước kho lạnh

V: thể tích kho lạnh (m3)

gv – Mức độ chất tải, tấn/m3 Kho được thiết kế với mặt hàng trái cây

chứa trong thùng gỗ, ta có gv = 0,45 tấn/m3

βF: Hệ số sữ dụng diện tích, tính đến diện tích đường đi lại, khoảng hỡ giữacác lô hàng, diện tích lắp đặt dàn lạnh

chọn βF = 0,78

vậy

( )2 t

166,67

F = =213,6 m0,78

2) Xác định số buồng lạnh cần xây dựng

Ta có:

t

F Z=

f

Trong đó:

f: diện tích quy chuẩn f = 36.2 = 72 (m2)

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN KHO LẠNH

1) kết cấu tường bao

vách kho lạnh có kết cấu như sau:

1 2 3 4 5

| | | | | |tf1

α1 = 23,3 W/(m2 K) : hệ số cấp nhiệt bề ngoài mặt tường

α2 = 9 W/(m2.K) : hệ số cấp nhiệt của bề mặt trong buồng lạnh (đối lưucưỡng bức)

δi : bề dày của vật liệu làm tường

λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường

k = 0,325 W/m2.K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn

Hệ số truyền nhiệt k

W/(m2.K)

k = 0,26 W/(m2.K)

b) Kiểm tra đọng sương

Điều kiện để vách ngoài của kho lạnh không bị đọng sương:

t1: nhiệt độ bên ngoài kho bảo quản lạnh đông (oC)

ts: nhiệt độ đọng sương của không khí bên ngoài (oC)

t2: nhiệt độ bên trong kho lạnh (oC)

α1: hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài W/(m2.K)0,95 : hệ số an toàn

2 s

Vậy: vách ngoài không đọng sương

c) Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt

Mật độ dòng nhiệt:

q=k.Δt

=0,26.(37,3-2)= 9,2 W/m2.Xác định nhiệt độ bề mặt các lớp vách

1 f1 1

q=α (t -t )

0 1

0 4

0 5

0 6

0 f2

9,2.0,25

t =36,8- =33,9 C

0,82 9,1.0,004

0,18 9,1.0,1

t =33,7- =3,3 C

0,03 9,1.0,01

t =3,3- =3,1 C

0,9 9,1

Xác định áp suất thực của hơi nước:

- Dòng hơi thẩm thấu qua kết cấu bao che:

Ph2: Phần áp suất của không khí bên trong

VËy ph©n ¸p suÊt thùc cña h¬i níc trªn c¸c bÒ mÆt c¸c líp vËt lý

Ta cã: Pi = Ph1 -

i i

δωμ

VËy Px2 = Ph1 - ω

( )

6 1

.10 =3247,4-0,21 10 =447,4 Pa

Px6 = Px5 -ω

( )

5 5

a) Kết cấu cách nhiệt của nền

Kết cấu nền kho lạnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ phòng lạnh, tảitrọng của hàng bảo quản, dung tích kho lạnh,…Yêu cầu của nền là phải có độvững chắc cần thiết, tuổi thọ cao, không thấm ẩm

Bảng 2: Kết cấu cách nhiệt của nền

Trong đó:

α1 = 23,3 W/(m2 .K) : hệ số cấp nhiệt của nền vào trong kho

α2 = 9 W/(m2 .K) : hệ số cấp nhiệt phía trong kho (đối lưu cưỡng bức)

δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng 2)

λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng 2)

k = 0,35 W/(m2 .K) : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn

=> Hệ số truyền nhiệt của nền k = 0,35 W/(m2 .K)

c) Kiểm tra hiện tượng đọng sương và đọng ẩm

s 1

t t

t t

Mật độ dòng nhiệt:

0 2

0 3

0 4

0 5

0 6

0 7

0 f2

t =25- =24,9 C

0,99,1.0,005

t =24,9- =24,6 C

0,189,1.0,35

t =24,6- =3,4 C

0,159,1.0,03

t =3,4- =3,2 C

1,49,1.0,02

t =3,2- =3 C

0,99,1

Xác định áp suất thực của hơi nớc

- Dòng hơi thẩm thấu qua kết cấu bao che

ω =

h1 h2

P -P

H

Víi: Ph1: ph©n ¸p suÊt cña kh«ng khÝ bªn ngoµi

Ph2: ph©n ¸p suÊt cña kh«ng khÝ bªn trong

VËy ph©n ¸p suÊt thùc cña h¬i níc trªn c¸c bÒ mÆt c¸c líp vËt lý

Ta cã: Pi = Ph1 -

i i

δωμ

VËy Px2 = Ph1 - ω

( )

6 1

6 2

.10 =871-0,1 10 =727,5(Pa)

Px6 = Px5 -ω

( )

5 5

a) Kết cấu cách nhiệt của trần

Mái kho lạnh không được phép đọng nước và thấm nước.Mái có kết cấu nhưsau:

Bảng 3: Kết cấu cách nhiệt của trần kho lạnh

Vật liệu Bề dày δ(m) Hệ số dẫn nhiệt λ W/(m.K)

1 2 3 4 5 6

α1 = 23,3 W/(m2 K) : hệ số cấp nhiệt của bên ngoài trần

α2 = 9 W/(m2 .K) : hệ số cấp nhiệt của bề mặt buồng lạnh (đối lưucưỡng bức)

δi : bề dày của vật liệu làm trần nhà

λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm trần

=> chọn δ3 = 0,1 m => Hệ số truyền nhiệt của trần k = 0,27 W/(m2.K)

c) Kiểm tra đọng sương

t1: nhiệt độ bên ngoài kho bảo quản lạnh đông (oC)

ts: nhiệt độ đọng sương của không khí bên ngoài (oC)

t2: nhiệt độ bên trong kho lạnh (oC)

α1: hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài W/(m2.K)0,95 : hệ số an toàn

2 s

Vậy: vách ngoài không đọng sương

d) Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt

1 1

qδ 9,5.0,01

t - =36,9- =36,8 C

0 3

0 4

0 5

0 6

0 7

0 f2

9,5.0,15

t =36,8- =35,8 C

1,49,5.0.003

t =35,8- =35,6 C

0,189,5.0,1

t 35,6 3,9 C

0,039,5.0,1

t =3,9- =3,2 C

1,49,5.0,01

t =3,2- =3,1 C

0,99,5

t =3,1- =2,04 C

9

Xác định áp suất thực của hơi nớc

- Dòng hơi thẩm thấu qua kết cấu bao che

ω =

h1 h2

P -P H

Với: Ph1: phân áp suất của không khí bên ngoài

Ph2: phân áp suất của không khí bên trong

Ph1 = P''x (t = 37,30C) ϕ (= 74%) = 6384 0,74 = 4724,2 (Pa)

Ph2 = P''x (t=2, 0C) ϕ (= 740C) = 706.0,74 = 522,4 (Pa)

H: Trở kháng thẩm thấu hơi của kết cấu bao che:

n i i=1 1

VËy ph©n ¸p suÊt thùc cña h¬i níc trªn c¸c bÒ mÆt c¸c líp vËt lý

Ta cã: Pi = Ph1 -

i i

δωμ

VËy Px2 = Ph1 - ω

( )

6 1

Dũng nhiệt tổn thất vào kho lạnh Q, được xỏc định bằng biểu thức:

Q Q Q Q Q Q = + + + +

,WTrong đó:

Q1: Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che vào buồng lạnh

Q2: Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra trong quỏ trỡnh xử lý kho lạnh

Q3: Dòng nhiệt từ bên ngoài do thông gió vào buồng lạnh

Q4: Dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau do vận hành kho lạnh

Q5: Dòng nhiệt từ sản phẩm toả ra khi sản phẩm hô hấp

Dũng nhiệt qua kết cấu bao che

Đối với chiều cao từ mặt nền đến mặt trần kho lạnh có

n 1

t 1

: Dòng nhiệt truyền qua nền kho

Trong trờng hợp tổng quát ta có:

Q = K.F.∆t

Với F: diện tích bề mặt kết cấu bao che

∆t: Hiệu nhiệt độ giữa bên trong trong và bên ngoài

K: Hệ số truyền nhiệt thực

a) Xác định

v 1

: Nhiệt truyền qua vách hớng Đông

Nhiệt truyền qua váchh hớng Tây

T V 1

Do vậy

1

V B

Q

= 0Vậy

V T N B D

1 1 1 1 1

Q =Q +Q +Q +Q

= 336.3=1008 (ω)Nhiệt truyền qua vỏch kho 3 bằng với kho 1, cũn kho 2 vỏch tiếp giỏp phớanam và phớa đụng nờn

Phũng 2:

V 1

Q =336.2=672(ω)

Phũng 3:

V 1

Q = 1008(ω)

Vậy

v 1

Q

∑

Dòng nhiệt truyền qua trần đợc xác định qua biểu thức sau:

t k

Q

∑

Ta có:

bxt 12 T

bxV 12

Q

∑

(bức xạ qua vách)Dòng nhiệt qua bức xạ đợc xác định qua biểu thức

bxV 12 D

bxC 12 T

bxV

.B 12

bxV N

Q

F k

12

Q

F k

Q

=114,2(ω)Phòng 3

Q

+

N bxV 12

Q

=95,2+15,2=110,4(ω)Vậy

Vậy tổng lợng nhiệt do bức xạ qua vách và trần là:

bxt 12

bxv 12

bx

= 449,2 + 359,1 = 1526,5 (ω)Vậy tổng lợng nhiệt truyền qua kết cấu bao che là:

Msp là lợng hàng nhập vào buồng bảo quản lạnh trong một ngày đêm

Vì hoa quả có thời vụ do vậy khối lợng hàng nhập vào kho trong 1 ngày đếm

đợc tính theo biểu thức sau:

ứng với t = 20C có h2 = 274 kJ/kg

Vậy Q21= 27,5 (308 - 274) 24 3600

1000

= 10,8 (kW )

b) Xác định dòng nhiệt do bao bì toả ra

- Dòng nhiệt do bao bì toả ra tính theo biểu thức:

Mbb: Khối lợng bao bì đa vào cùng sản phẩm

Q2 = Q21 + Q22 = 10,8 + 0,372 = 11,2 (kW)

3) Xỏc định dũng nhiệt do thụng giú buồng lạnh

Q3 Dòng nhiệt do thông gió đợc tính qua biểu thức:

Q3 = Mk.(h1 - h2) (ω)

Trong đó:

Mk: Lu lợng không khí của quạt thông gió, lu lợng đợc xác định qua biểu thức

3600 24

a V

V = 8,373.8,373.4,374 = 306,6 (m3)

a: Bội số tuần hoàn hay số lần thay đổi không khí trong một ngày đêm

(lần/24h), Chọn a = 4

ρ: là khối lợng riêng của không khí ở nhiệt độ và độ ẩm tơng đối không khítrong phòng bảo quản t0 = 20C

= 74% có h2 = 10 kJ/kg Vậy Q3 = Mk.∆h = 0,018 (115-10) = 1,91 (kω)

Vì 3 phòng cùng có nhiệt độ nh nhau, diện tích bằng nhau do vậy mà tổn thấtnhiệt do thông gió thổi vào phòng cũng nh nhau:

Q41: Dòng nhiệt do chiếu sáng toả ra

Q42: Dòng nhiệt do ngời toả ra

Q43: Dòng nhiệt do động cơ điện toả ra

Q44: Dòng nhiệt do mở của kho lạnh

Với n: số ngời làm việc trong buồng, n = 5

350: nhiệt lợng do ngời toả ra khi làm việc nặng, 350/W/1 ngời

Vậy Q42 = 250.5 = 1250 (ω)

5 E 0 , 1 q 0 , 91

(ω) Víi: E: dung tÝch kho l¹nh E = 300 T

qn : dßng nhiÖt do s¶n phÈm to¶ ra khi nhËp vµo kho

6) Xác định tải nhiệt do thiết bị và máy nén

a) Xác định thông số chu trình lạnh:

Tải nhiệt cho thiết bị là tổng các tải nhiệt thành phần có giá trị cao nhất :

QMN = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 W ⇒ QMN =8200,5 +11200 + 5720 + 7101,2 + 4635=36856,7 (W)

Năng suất lạnh của máy nén được xác định theo biểu thức:

Q0= b

Q

k×∑

∑Q - Tổng nhiệt tải của máy nén

b - Là hệ số thời gian làm việc, chọn b= 0,9

k - Là hệ số tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh, lấy k=1,12

⇒ (W)

• Điều kiện làm việc:

-Điều kiện khí hậu địa phương (TP.Hồ Chí Minh): t= 37,3 độ ẩm 74 %

-Điều kiện bảo quản trong kho: t=20C và độ ẩm 85%

• Chọn chế độ làm việc cho máy lạnh:

-Cho nhiệt độ bốc hơi t0: t0 = tb - ∆t0 chon ∆t0 = 8

t0 = 2 – 8 = -6 oC

-Chọn nhiêt độ nước ra vào tháp giải nhiệt ngưng tụ:

Tw1 = tư + ( 3÷4) oC nhiệt độ bầu ướt tư = 34,2 oC (tra giản đồ không khí ẩm)

tql = 45,2 – 4 = 41,2 oCkiểm tra tql = 41,2 = tw1 + (3÷5) 0C = 37,2 + 4 = 41,2 oC phù hợp

b) Điểm nút chu trình lạnh 1 cấp freon:

-Năng suất lạnh riêng thể tích : qv== =2593,75 kJ/m3

-Công nén riêng : l= h2-h1=648-609=39 kJ/kg

-Nhiệt tải riêng : qk=h2-h3 ‘=648-451,2=196,8 kJ/kg

-Hệ số lạnh : ε ==

-Tỉ số nén : Π= = =3,86

-Lưu lượng nén qua máy nén : mtt = kg/s

-Năng suất thể tích thực của máy nén : Vtt=mtt.v=0,276.0,064=0,0176 m3/s-Hệ số cấp của máy nén : λ = 0,72

-Thể tích lý thuyết : Vlt=Vtt/λ=0,024 m3/s

-Ta có : G=

→Nhiệt tải Qk ==54,37 kW

→Lưu lượng môi chất : G= kg/s

Chọn máy nén pittong của Nga theo OCT 26.03-934-77 có kí hiệu

Π40

-Công nén đoạn nhiệt : Ns=mtt.l =0,276.39=10,77 kW

CHƯƠNG 3: TÍNH THIẾT BỊ-ĐƯỜNG ỐNG

1) thiết bị ngưng tụ:

a) Giới thiệu về thiết bị ngưng tụ

*Thiết bị ngưng tụ dùng để hóa lỏng hơi môi chất sau khi nén trong chu trình lạnh Thiết bị ngưng tụ thường là thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt Hơi môi chất lạnh có áp suất nhiệt độ cao truyền nhiệt cho nước hay không khí làm mát, hơi môi chất giảm nhiệt độ đến nhiệt độ ngưng tụ thì bắt đầu ngưng tụ thành lỏng

*Lựa chọn thiết bị ngưng tụ cho hệ chọn thiết bi ngưng tụ vỏ ống nằm ngang giải nhiệt bằng nước

-Cấu tạo thiết bị: bình ngưng gồm một hình trụ nằm ngang chứa bên trong nhiều ống trao đổi nhiệt đường kính nhỏ

-Tính ưu việt của thiết bị vỏ ống nằm ngang so với thiết bị khác

• Là thiêt bị ngưng tụ gọn, chắc chắn, chiếm ít diện tích

• Có tiêu hao kim loại chế tạo nhỏ nhất

• Nhiệt độ làm mát qua bình ngưng có thể tăng (4÷10) oC

• Hệ số truyền nhiệt K lớn 800÷1000 W/(m2.K) Δt nước làm mát (4÷10) oC với mật độ dòng nhiệt 3000÷6000 W/m2

• Thiết bị dễ chế tạo và lắp đặt sữa chữa và làm sạch ống truyền nhiệt bằng cơ học hay hóa học

-Tuy nhiên loại này cũng có một số nhược điểm: cần phải có tháp giải nhiệt để tiết kiệm nướctức phải đầu tư thêm chi phí

Kết luận: chọn thiết ngưng tụ vỏ ống nằm ngang là phù hợp cho hệ thống lạnh đang thiết kế

k-hệ số truyền nhiệt, W/(m2.k)

Δtlg-hiệu nhiệt độ trung bình logarit,k

F-diện tích bề mặt trao đổi nhiệt,m2

• Phụ tải nhiệt cực đại Qk = 43,3 kW

• Đường kính thân thiết bị D = 377 mm

• Số ống truyền nhiệt n = 86 ống

• Chiều dài ống l = 1 m

• Số đường nước z = 4;2

2) Thiết bị bay hơi:

a) Giới thiệu thiết bị:

*Thiết bị bay hơi là thiết bị trao đổi nhiệt trong đó môi chất lạnh lỏng thu nhiệt từ môi trường lạnh, sôi và hóa hơi Như vậy cùng với thiết bị ngưng tụ, máy nén và thiết bị tiết lưu, thiết bị bay hơi là một trong những thiết bị quan trọng nhất không thể thiếu được trong các hệ thống lạnh

*Phân loại thiết bị bay hơi:

-Theo điều kiện để ngập môi chất lạnh của thết bị bay hơi, phân thbinhfbinhf bay hơi kiểu ngập

và thiết bi bay hơi kiểu không ngập

-Theo điều kiện tuần hoàn của chất tải lạnh, phân thành thiết bị bay hơi có chất tải lạnh tuần hoànnhư ở bình bay hơi ống vỏ hoặc ống vỏ xoắn và thiết bị có chất tải lạnh với vòng tuần hoàn hở như các thiết bị bay hơi kiểu penen hay dàn bay hơi ống đứng làm lạnh bể nước muối