THIẾT KẾ KHO LẠNH CÔNG NGHIỆP DUNG TÍCH 750T

THIẾT kế KHO LẠNH CÔNG NGHIỆP

Lời Nói Đầu

Hiện nay trên thế giới khoa hoc & công nghệ về kỹ thuật lạnh đã và đang xâm nhập vào rất nhiều ngành kinh tế Bởi vì phạm vi ứng dụng của nó ngày càng đợc mở rộng theo cả chiều rộng & chiều sâu

Ơ nớc ta hiện đã có hang nghàn cơ sơ sản xuất & kinh doanh có liên quan

đến kỹ thuật lạnh Quy mô sản xuất cũng rất đa dạng từ lớn đến nhỏ với tổng giá trị ớc tính lên tới gần một tỷ USD Trong số đó có rất nhiều cơ sở đang tự trang bị cho mình máy , thiết bị & hệ thống lạnh phục vụ nghiên cứu & sản xuất

Một số nghành kinh tế :công nghiệp thực phẩm , chế biến thuỷ hảI sản,

r-ợu bia ,nghành sản xuất rau quả ,nớc giải khátíinh họ ,hoá chất cac nghành công nghệ thông tin ,điện tử ,quang học ,cơ khí chinh xác ,y tế ,văn hoá thể thao & du lịch

Trong khuôn khổ đồ án kỹ thuật lạnh trình bày & thiết kế một kho lạnh công nghiệp chứa thịt lợn có dung tích kho là 750t

Kết quả tính toán thiết kế

chơng I: thiết kế mặt bằng kho lạnh

1)Thiết kế diện tích kho lạnh

Theo giả thiết,dung tích kho lạnh E = 750 tấn nên từ (2-2) ta có thể tích

trong đó β là hệ số sử dụng diện tích, β = 0,85

Diện tích buồng bảo quản đông : 0,75.Fl = 0,75.504,2 = 378,1 m2

Diện tích buồng bảo quản vạn năng : 0.25.Fl = 0,25.504,2 = 126 m2

Chọn diện tích mỗi buồng là 72 m2

⇒ Số buồng bảo quản đông : 5 , 25

72

1 , 378

= Chọn 6 buồng bảo quản đông

⇒ Số buồng bảo quản vạn năng : 1 , 75

72

Chọn 2 buồng bảo quản vạn năng

Diện tích các buồng phụ trợ:

Fl = 0,2.Fl = 0,2.504,2 = 100,84 m2

Diện tích buồng kết đông : 1 , 2 36

24 25 , 0

24 5 , 7

= Tổng diện tích mặt bằng cần xây dựng : 10.72=720 m2

Dung tích buồng bảo quản đông : 0,75.E= 0,75.750= 562,5 tấn

Dung tích buồng vạn năng : 0,25.E= 0,25.750=187,5 tấn

Et = E

Z

Zt

= 187,5.1,752 = 214,3 tấn Dung tích thực tế của kho lạnh(dung tích lớn nhất): 642,9+214,3= 857,2tấn2)Bố trí mặt bằng kho lạnh(xem trang bên)

Sơ đồ mặt bằng đợc thể hiện ở bản vẽ

CHƯƠNG II: TíNH CáCH NHIệT & CáCH ẩM KHO LạNH

1) Cấu trúc t ờng ngoài buồng bảo quản đông,tb = -20 0 C(mặt cắt I-I)

Cấu trúc xây tờng ngoài kho lạnh đợc biểu diễn trên hình vẽ

Theo bảng 3-3, ta tra đợc hệ số truyền nhiệt của vách từ ngoài không khí vào buồng bảo quản đông (-20 0C) là:

a)Xác định chiều dày cách nhiệt

Chiều dày cách nhiệt đợc xác định theo công thức (3-2):

δCN = λCN [1/k - ( 1/α1 + ∑ δi/ λi + 1/ α2)]

=0,047.[1/0,21-(1/23,3+3.0,02/0,88+0,2/0,82+ 0,005/0,18+1/8)]

= 0,199 (m)

Chọn chiều dày cách nhiệt δCN = 0,2 (m)

C hia thành hai lớp mỗi lớp dày 0,1 m

Hệ số truyền nhiệt thực tế theo (3-1):

Chiều dày cách nhiệt của tờng ngăn giữa buồng bảo quản đông và hành lang:

c)Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt

Mật độ dòng nhiệt qua cơ cấu cách nhiệt:

Tra bảng “ Tính chất vật lý của không khí ẩm ” ta đợc:

px6 = px5 – ω.δ5/μ5 = 4013,98 - 0,1199.0,005/0,86.106 = 3316,98 Pa px7 = px6 – ω.δ6/μ6 = 3316,98 - 0,1199.0,2/7,5.106 = 119,65 Pa

px8 = px7 – ω.δ7/μ7 = 119,65 - 0,1199.0,02/90.106 = 93 Pa

Ta thấy kết cấu này đảm bảo vì pxi < pxi’’

Đồ thị p - δ:

2) Cấu trúc t ờng ngoài buồng kết đông, tb = -35 0 C(mặt cắt II-II)

Cấu trúc xây tờng ngoài kho lạnh đợc biểu diễn trên hình vẽ

Theo bảng 3-3, ta tra đợc hệ số truyền nhiệt của vách từ ngoài không khí vào buồng bảo quản lạnh (2 0C) là:

k = 0,27 (W/m2K)

và hệ số toả nhiệt theo bảng 3-7:

α1 = 23,3 (W/m2K)

α2 = 10,5 (W/m2K)

Làm tơng tự nh phần trên ta đợc bảng sau:

Lớp Chiều dày δ

(m) Hệ số dẫn nhiệt λ (W/mK) Hệ số dẫn ẩm μ (g/mhMPa)Vữa xi măng 0,02 0,88 90

Gạch đỏ 0,2 0,82 105

Bitum 0,005 0,3 0,86

Xốp polystirol ? 0,047 7,5

a)Xác định chiều dày cách nhiệt

Chiều dày cách nhiệt đợc xác định theo công thức (3-2):

δCN = λCN [1/k - ( 1/α1 + ∑ δi/ λi + 1/ α2)]

=0,047.[1/0,27-(1/23,3+3.0,02/0,88+0,2/0,82+ 0,005/0,18+1/10,5)]

c)Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt

Mật độ dòng nhiệt qua cơ cấu cách nhiệt:

Tra bảng “ Tính chất vật lý của không khí ẩm ” ta đợc bảng sau:

Ta thấy kết cấu này đảm bảo vì pxi < pxi’’

Đồ thị p - δ:

3) Cấu trúc trần của kho lạnh

Chiều dày,hệ số dẫn nhiệt của các lớp đợc chọn trong bảng sau:

(m) Hệ số dẫn nhiệt λ(W/mK)Phủ mái (cách ẩm)

Xốp polystirolBảo quản đôngBảo quản lạnh 0,050,1 0,0470,047

= 0,496 m

Chọn chiều dày cách nhiệt δ3 = δCN = 0,5 m => chiều dày của lớp cách nhiệt

điền đầy và lớp xốp polystirol là 0,6 (m)

b)Xác định chiều dày cách nhiệt cho buồng kết đông (tb =-35 0 C)

= 0,89 m

Chọn chiều dày cách nhiệt δ3 = δCN = 0,9 m

4) Cấu trúc t ờng ngăn giữa các buồng bảo quản đông hoặc giữa các buồng bảo quản đông vớ ibuồng kết đông (mặt cắt III-III)

Cấu trúc nền kho lạnh đợc biểu diễn trên hình 3-5.

Chiều dày,hệ số dẫn nhiệt của các lớp đợc chọn trong bảng sau:

(m)

Hệ số dẫn nhiệt

λ(W/mK)

CHƯƠNG III: TíNH phụ tảI LạNH

Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh:

Q = ∑Qi = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 (W)

với: Q1 - Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che

Q2 - Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì toả ra

Q3 - Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh

Q4 - Dòng nhiệt vận hành

Sau đây ta đi tính các dòng nhiệt này

a)Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che Q1

Q1 = Q11 + Q12

Q11 - Tổn thất qua tờng bao, trần và nền kho lạnh

Q12 - Tổn thất qua tờng bao và trần do ảnh hởng của bức xạ mặt trời

Ta tính Q11.Dòng nhiệt Q11 đợc xác định theo công thức:

Q11 = kt.F.(t1 - t2) (W) (1)

k: Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che, W/m2K

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

t1: Nhiệt độ môi trờng bên ngoài, 0C

t2: Nhiệt độ trong buồng lạnh, 0C

Dòng nhiệt Q12 đợc xác định theo công thức:

Q12 = kt.F.∆t12 (W) (2)

∆t12: Hiệu nhiệt độ d, 0C đợc xác định theo bảng (4-1)

Kho lạnh đợc xây dựng tại Hà Nội ,nhiệt độ môi trờng bên ngoài dùng tính toán là t1= 37,2 0C

b)Dòng nhiệt do thông gió buồng bảo quản lạnh Q3

Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh Q3=0

Với buồng bảo quản đông, ta có kết quả tính toán

a)Dòng nhiệt qua kết cấu bao che

b)Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì toả ra Q2

Nhiệt độ nhập vào buồng :-8oC, xuất khỏi buồng -20oC.Entapi tơng ứng với t=-8oC là: h1=34,8kJ/kg và t=-20oC là: h2=0

Enh = 6%E= 0,06.1875=112,5 tấn

3600.24

1000.8,34.5,112

Q1=∑ Qi=6016W ≈ 6 kW

b)Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì toả ra Q2

Nhiệt độ nhập vào buồng :-6oC, xuất khỏi buồng -35oC.Entapi tơng ứng với t=-6oC là: h1=48 kJ/kg và t=-35oC là: h2=0 kJ/kg

Theo giả thiết M1= 28 tấn

⇒ Q2= 15,56

3600.24

1000)

048.(

28

=

−

kW c)Dòng nhiệt do thông gió buồng bảo quản lạnh Q3

Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh Q3=0

Thông số nhiệt động tại các điểm của chu trình

T(0C) P(bar) h(kJ/kg) V(m3/kg)1’ - 40 1,05 587 0,205

T

T p

p p p

p p c p

p

0

0 0 / 1

0 0

0 0

55656

1032004

,056

556

- Xác định lợng hút vào nén cao áp (CA)

Cân bằng nhiệt ở bình trung gian

m1.i5 + (m2 – m1).i7 + m1.i2 = m2.i3 + m1.i6

⇒

m2 = m1 3 7

6 2

i i

i i

−

−

= 0,38 705 560

495 730

) ( 8 , 42

) / ( 1000

3 h m V

kw N

ph v

II Tính chọn máy nén cho buồng bảo quản đông

Với việc tính chung chế độ buồng bảo quản đông và đa năng Nên ta có năng suất lạnh sẽ là : Q0 = Q0đ + Q0đn = 118,35 + 56,53 = 174,88 (kw)

Thông số nhiệt động tại các điểm của chu trình

Thông số t(0C) p(bar) h(kJ/kg) v(m3/kg)1’ - 30 1,64 597

- Năng suất lạnh riêng : q0 = i1’ – i10 = 597 – 445 = 152 (kJ/kg)

- Khối lợng hút cấp hạ áp (HA) : m1 = Q0 / q0 = 174,88 / 152 = 1,15 (kg/s)

T

T p

p p p

p p c p

p

0

0 0 / 1

0 0

0 0

5120120

1047004

,0120

5120

= 774 (m3/h)

- Xác định lợng hút vào nén cao áp (CA)

Cân bằng nhiệt ở bình trung gian

m1.i5 + (m2 – m1).i7 + m1.i2 = m2.i3 + m1.i6

⇒

m2 = m1 3 7

6 2

i i

i i

−

−

= 1,15 606 452

445 625

) ( 1 , 53

) / ( 900

3 h m V

kw N

ph v

Chơng 5 : Tính Chọn Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt

I_Tính thiết kế thiết bị ngng tụ:

F= 118,58.1000 9.700=18,82m2

Chọn bình ngng KTΓ-20

2)Chọn tháp ngng tụ : giảI nhiệt bằng nớc

Chọn kiểu thiết bị ngng tụ :

Qk=331,56 kW= 101978,9 3204=31,82 tôn

Theo bảng 8-22 chọn tháp FRK 40

II.Chọn dàn bay hơi

Nếu lấy tỷ lệ bảo quản đông/ bảo quản lạnh là 80%/ 20% thì:

1 Đối với buồng bảo quản đông: t0 = -30 0C

Diện tích trao đổi nhiệt yêu cầu của dàn quạt:

8-2 Đối với buồng bảo quản : t0 = -20 0C

Diện tích trao đổi nhiệt yêu cầu của dàn quạt:

F = 20%.Q0TB/ k.∆t = 0,2.58,23.1000/ 12,8.8 = 113,7 m2

Ta chọn 2 dàn quạt có cánh NH3 lớn ký hiệu BOП-75, hai quạt có công suất 1,5 kW,vòng quay 25 vòng/s, lu lợng không khí 2,07 m3/s

3 Đối với buồng bảo kết đông : t0= -450 C

Diện tích trao đổi nhiệt yêu cầu của dàn quạt:

F = Q0TB/ k.∆t = 34,26.1000/11,6.10 =295 m2

Theo bảng 8-15 chọn dàn BO-300

III)Tính bể đá và máy kết đông

1)Tính bể đá:

Chọn bể đá khối sản xuất đá trong suốt, năng suất 12 tấn/ngày đêm

Nhiệt độ nớc vào khuôn : tn = 30 0C

Nhiệt độ nớc muối trung bình : tm = - 8 0C

Loại khuôn 50 kg,hình chữ nhật

Thời gian làm đá theo công thức Plank:

τ = (4540/ |-8|) 0,19.(0,19+0,026) = 17,7 h

Số lợng khuôn đá cần thiết:

z = (12000.17,7)/(50 24) = 177 khuôn

Năng suất bể đá tính theo giờ: 12000/ 24 = 500 kg/h

Chọn năng suất lạnh riêng để sản xuất 1 kg đá là 460 kJ/kg,công suất lạnh yêu cầu:

Q0 = 460.500 = 230000 kJ/h = 63,8 kW

Chọn máy lạnh NH3 một cấp 6AV95 của nhà máy cơ khí Long Biên(Q0=87kW)

2)Chọn máy kết đông:

Ta chọn máy kết đông nhanh kiểu băng tải (IQF),năng suất kết đông

là M = 30 tấn/ngày đêm.Số liệu kỹ thuật cho trong catalogue

Chơng 6: tính chọn thiết bị phụ và đờng ống

Những thiết bị phụ của hệ thống lạnh bao gồm: bình tách dầu, bình”chứa dầu, các loại bình chứa cao áp, hạ áp, tuần hoàn, các loại bình trung gian, thiết bị hồi nhiệt, bình tách lỏng, phin lọc, phin sấy, thiết bị xả khí, bơm, quạt ” Các thiết bị này kết hợp với các thiết bị chính nh máy nén, thiết bị ngng tụ, thiết bị bay hơi tạo nên chu trình của hệ thống lạnh và đảm bảo sự làm việc an toàn cho hệ thống

I.Tính chọn các thiết bị phụ

Chon bình chứa dầu có các thông số sau:

a.Bình chứa cao áp

Bình chứa cao áp đợc bố trí ngay sau bình ngng tụ dùng để chứa lỏng môi chất ở áp suất cao, giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngng

tụ, duy trì sự cấp lỏng liên tục cho van tiết lu Thờng nó đợc đặt dới bình

ng-ng và đợc cân bằng-ng áp suất với bình ng-ngng-ng bằng-ng các đờng-ng ống-ng cân bằng-ng hơi

và lỏng

b.Bình chứa tuần hoàn

Bình chứa tuần hoàn đợc sử dụng trong hệ thống lạnh NH3 lớn, tuần hoàn môi chất lạnh trong các thiết bị bay hơi cỡng bức Bình chứa tuần hoàn đợc lắp đặt bên phía áp suất thấp và đợc sử dụng nh một bình chứa

để bơm tuần hoàn môi chất lỏng lên các giàn lạnh

Bình chứa tuần hoàn làm việc dới áp suất thấp nên phải đợc bọc cách nhiệt

c.Bình chứa thu hồi

Bình chứa thu hồi dùng để chứa môi chất lỏng từ các giàn bay hơi khi phá băng bằng hơi nóng.

d.Bình chứa dự phòng

Bình chứa dự phòng đơc sử dụng trong sơ đồ không có bơm và đợc lắp đặt dới bình tách lỏng để chứa môi chất lỏng từ các giàn lạnh phun ra trong trờng hợp phụ tải nhiệt tăng

4.Bình tách lỏng

Bình tách lỏng đợc sử dụng trong máy lạnh NH3 Nó có nhiệm vụ tách môi chất lỏng khỏi hơi hút về máy nén, đảm bảo hơi hút về máy nén ở trạng thái hơi bão hoà khô, tránh nguy cơ gây va đập thuỷ lực ở máy nén

5.Bình trung gian

Đợc sử dụng trong máy nén 2 hoặc nhiều cấp Bình trung gian dùng

để làm mát trung gian hơi môi chất sau cấp nén áp thấp và để quá lạnh lỏng môi chất trớc khi vào van tiết lu bằng cách bay hơi một phần môi chất lỏng dới áp suất trung gian Ngoài nhiệm vụ trên bình trung gian còn đóng vai trò bình tách lỏng bảo đảm hơi hút về máy nén cấp cao là hơi bão hoà khô

Ưu điểm của bình trung gian có ống xoắn là dầu của máy nén cấp thấp không đi vào tuyến lỏng để vào thiết bị bay hơi, tạo lớp bẩn trên bề mặt thiết

bị bay hơi phía môi chất

Máy lạnh NH3 thờng đợc xả định kỳ khí không ngng Phải xả không khí qua van xả khi vào bình nớc Bọt không khí sẽ nổi lên mặt nớc NH3 lẫn với không khí sẽ đợc nớc hấp thụ

8.Phin lọc và phin sấy

Trong quá trình chế tạo, lắp ráp, sửa chữa và vận hành thiết bị lạnh

dù rất cẩn thận vẫn có cặn bẩn nh đất, cát, gỉ sắt, vẩy hàn, xỉ, muội lọt vào…

hệ thống lạnh Nó có thể tồn tại trong hệ thống do cha vệ sinh, làm sạch

đầy đủ hoặc qua đờng nạp dầu, nạp môi chất, ngoài ra cặn bẩn cũng có thể tạo thành trong hệ thống phân huỷ dầu bôi trơn, môi chất hoặc do các chi tiết máy nén bị mài mòn, do han gỉ phía trong hệ thống

Để đảm bảo hệ thống lạnh làm việc an toàn có độ tin cậy cao, không bị trục trặc, cần phải có phin lọc căn bẩn trong hệ thống

9.Bơm

Trong hệ thống lạnh để tuần hoàn dung dịch nớc muối hoặc nớc thì ta phải dùng bơm ly tâm Trong những hệ thống lạnh lớn bơm ly tâm cũng đợc dùng để tuần hoàn cỡng bức môi chất lỏng NH3 trong hệ thống bay hơi

10.Quạt

Trong kỹ thuật lạnh dùng chủ yếu là quạt hớng trục và quạt ly tâm để tuần hoàn không khí trong buồng lạnh, cho các giàn làm lạnh không khí, cho máy điều hoà nhiệt độ, cho các dàn ngng làm mát bằng không khí hoặc các loại thiết bị ngng tu bay hơi hoặc tháp làm mát nớc

11.Van khoá, van chặn

12.Van tiết lu điều chỉnh bằng tay, van tiết lu điều chỉnh tự động

13.Van một chiều và van an toàn

a.Van một chiều

Van một chiều (còn gọi là clapê một chiều) chỉ cho dòng chẩy đi theo một hớng

Van một chiều đợc lắp đặt trên đờng đẩy giữa máy nén và thiết bị

ng-ng tụ, có nhiệm vụ ng-ngăn không-ng cho dòng-ng môi chất từ thiết bị ng-ngng-ng tụ chẩy trở lại máy nén trong trờng hợp ngừng máy nén, sửa chữa máy nén hoặc khi máy nén bị sự cố

b.Van an toàn

Van an toàn chỉ khác van một chiều ở chỗ hiệu áp suất ở đầu vào và

đầu ra phải đạt những trị số nhất định thì van mới mở Van an toàn đợc bố trí ở những thiết bị có áp suất cao và chứa nhiều môi chất lỏng nh thiết bị ngng tụ, bình chứa…nó dùng để đề phòng trờng hợp khi áp suất vợt quá

định mức quy định

14.áp kế

áp kế dùng để đo áp suất của môi chất trong đờng ống và thiết bị, áp

kế đợc lắp trên đờng hút và đờng đẩy của máy nén, trên các bình ngng, bình chứa…

15.Tính chọn tháp giải nhiệt

Phơng trình cân bằng nhiệt có thể viết dới dạng

Qk = C.ρ.V.(tw2 – tw1)Trong đó:

- Qk : nhiệt lợng thải ra ở bình ngng tụ = 90,84 (kw)

- V : lu lợng nớc, (m3/s)

- tw1, tw2 : nhiệt độ nớc vào và ra khỏi bình ngng tụ, (0C)

- C : nhiệt dung riêng của nớc

- ρ : khối lợng riêng của nớc

Vậy

V = ( w 2 w 1)

k

t t

C

.

Q

− ρ

MỤC LỤC

Chơng 1: Xác định kích thớc và bố trí mặt bầng kho lạnh

Chơng 2: Tính cách nhiệt và cách ẩm

Chơng 3: Tính nhiệt kho lạnh và bể đá

Chơng 4: Tính chọn máy nén và tính kiểm tra máy nén

Chơng 5: Tính chọn thiết bị trao đổi nhiệt

Chơng 6: Tính chọn thiết bị phụ trợ ,bơm, quạt và đờng ống

Tài liệu tham khảo

1) Nguyễn Đức Lợi Hớng dẫn thiết kế hệ thống lạnh, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1999

2) Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ, Đinh Văn Thuận Kỹ thuật lạnh ứng dụng, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội, 2002

3) Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ Kỹ thuật lạnh cơ sở, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội, 1990

4) Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ Bài tập kỹ thuật lạnh, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội, 1998

5) Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ Máy và thiết bị lạnh, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội, 2002