Đồ án thiết kế kho lạnh

Thiết kế kho lạnh đối với các sản phẩm là thịt (thịt bò, thiitj lợn, cá.....). Dựa trên mô tả của cuốn Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh của thầy Nguyễn Đức Lợi, đồ án nêu các bước cơ bản nhất về cách thiết kế một hệ thống kho lạnh ở trong thực tế, như là: mô tả địa điểm đặt công trình, đặc điểm khí hậu, chọn thông số thiết kế, tính tải nhiệt cho hệ thống, tính chu trình hoạt đông của môi chất lạnh, chọn máy nén, chọn dàn ngưng, dàn bay hơi, các thiết bị phụ, tính hệ thống đường ống...........

Contentsj

Họ, tên : Nguyễn Quang Thanh.

Dung tích kho bảo quản sản phẩm lạnh đông :1350 tấn

Dung tích kho bảo quản sản phẩm làm lạnh :140 tấn

Năng suất buồng làm lạnh đông :14 tấn/1 mẻ

Sản phẩm bảo quản : Thịt bò

Nhiệt độ kho bảo quản lạnh đông : -20 độ C

Nhiệt độ kho bảo quản làm lạnh : 1 độ C

Nhiệt độ buồng làm lạnh đông : -32 độ C

Môi chất sử dụng trong hệ thống lạnh : NH3 có dùng bơm môi chất

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành kĩ thuật lạnh ngay từ khi ra đời đã có mặt tại hầu hết các công đoạn trong rất nhiều ngành công nghiệp quan trọng và thiết yếu như công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, công nghiệp hoá chất, công nghiệp sinh học, y học, thể thao, trong đời sống , vv

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới và Việt Nam thì

kĩ thuật lạnh càng được ứng dụng rộng rãi với nhiều mục đích khác nhau, phạm vi ngày càng mở rộng và trở thành một ngành kỹ thuật vô cùng quan trọng, không thểthiếu được trong đời sống của con người

Chính vì thế mà các sinh viên ngành “Máy & Thiết bị nhiệt lạnh” của Viện KH&CN Nhiệt Lạnh, trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã được nhà trườngtrang bị cho những kiến thức cơ bản nhất về kỹ thuật lạnh Và để thực sự hiểu đượcquy mô cũng như các công đoạn thiết kế, ứng dụng kĩ thuật lạnh trong đời sống và công nghiệp, chúng em luôn có những đồ án môn học để “học đi đôi với hành” Bên cạnh đó chúng em có những trải nghiệm quý báu trong việc hình thành lối tư duy,cách kết hợp các khối lượng kiến thức để hiểu được công việc của một người

kĩ sư máy thiết bị lạnh sau khi tốt nghiệp ra trường

Đề tài của em trong đồ án môn học này là “Thiết kế kho lạnh phân phối dung tích 1350 tấn, sử dụng NH3 có bơm môi chất với sản phẩm là thịt bò, đặt tại địa phương Ninh Bình”

Do kiến thức còn rất hạn chế nên bản đồ án này sẽ không thể tránh khỏinhững sai sót Em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và tất cả các bạn để bản đồ án thêm hoàn thiện

Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS.Hồ Hữu Phùng cùng toànthể các thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ Thuật Lạnh và Điều Hoà Không Khí đã giúp

đỡ em hoàn thành bản đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn! Họ và tên sinh viên

Nguyễn Quang Thanh

CHƯƠNG I :TÍNH TOÁN DUNG TÍCH KHO LẠNH VÀ BỐ

TRÍ MẶT BẰNG.

1.1 : Buồng bảo quản sản phẩm làm lạnh:

Dung tích: E = 140 tấn

 Thể tích chất tải của buồng lạnh:

Thể tích chất tải được tính theo công thức:

V: Thể tích chất tải của buồng lạnh,( m3)

h: Chiều cao chất tải (m)

Ta dùng kho lạnh một tầng Để tiết kiệm không gian và ứng dụng cơ giới hóa vào việc bốc xếp, ta chọn: h = 4,8 (m)

Như vậy : 72,92 ( m2 )

 Kiểm tra phụ tải cho phép trên 1m 2 diện tích nền buồng lạnh:

Như vậy yêu cầu của bài toán được thoả mãn.

 Diện tích xây dựng của buồng lạnh cần thiết:

Diện tích xây dựng của buồng lạnh tính theo công thức :

F

xd

F F

β

=

Trong đó,

F : diện tích của chất tải (m2)

βF: hệ số sử dụng diện tích của kho lạnh

Do 20< = 72,92 <100 Chọn hệ số sử dụng diện tích theo buồng là: =0,75 97,23 ( )

Trong đó:

h : Là chiều cao chất tải,( m) Chọn h = 4,8 m

 Kiểm tra phụ tải cho phép trên 1m 2 diện tích nền buồng lạnh.

0,4.4,8=1,92 t/ < 4 t/=(định mức chất tải theo diện tích)

Như vậy yêu cầu của bài toán được thoả mãn

 Diện tích xây dựng của buồng bảo quản lạnh đông cần thiết:

= 827,21 (m2)

Trong đó: là hệ số sử dụng diện tích kho lạnh, chọn 0,85

 Số lượng buồng bảo quản lạnh đông :

Số ô xây dựng là : n = = 5,74

Trong đó: f là diện tích một buồng bảo quản lạnh đông, chọn buồng có chiều rông

x chiều dài là 12m x 12m nên ta có : f = 144 ( )

Vậy ta chọn ntt = 6 ô để xây dựng buồng bảo quản lạnh đông

Dung tích thực tế của buồng bảo quản lạnh đông :

• M: năng suất buồng kết đông, M = 14 (tấn/24h)

• T: Thời gian hoàn thành một mẻ sản phẩm bao gồm thời gian xử lý lạnh,

• gl = 0.25 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 1m2

CHƯƠNG II: TÍNH CÁCH NHIỆT – CÁCH ẨM KHO LẠNH

2.1 Đặc điểm cấu trúc kho lạnh và các thông số cơ bản của panel :

2.1.1 : Đặc điểm cấu trúc kho lạnh:

Chất lượng cách nhiệt có tính chất quyết định đối với chất lượng kho lạnh Lớp

cách nhiệt cách ẩm cần đáp ứng các yêu cầu sau:

Kết cấu kho lạnh được lắp ráp bởi các tấm panel tiêu chuẩn do nhà sản xuất quyđịnh Cách nhiệt là polyurethane, bên ngoài được bọc bởi các tấm nhôm hoặc thép không rỉ

2.1.2 Các thông số cơ bản của panel.

Bảng2.1 Thông số độ dày panel tiêu chuẩn và hệ số truyền nhiệt.

 Vật liệu bề mặt là Tôn inox (Stainless steel sheet) dày 0,5 mm, dạng tấm phẳng

 Vật liệu cách nhiệt là polyurethane phun Khối lượng riêng 38 – 40 Kg/m3,

tỷ lệ điền đầy bọt là 95%, chất tạo bọt là R141B không gây phá hủy ozon

Hệ số dẫn nhiệt λ = 0,016 W/m.K

2.2 : Lựa chọn độ dày panel :

2.2.1 : Chọn độ dày panel cho buồng bảo quản đông:

Nhiệt độ phòng là: -20oC

Dựa vào bảng 2.1, ta chọn độ dày panel ứng với nhiệt độ của phòng là:

CN = 125 (mm)

2.3: Kiểm tra các thông số và kiển tra đọng sương :

Hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức:

Trong đó: δCN – độ dày yêu cầu của lớp panel cách nhiệt, m

λCN – Hệ số dẫn nhiệt của panel cách nhiệt, W/m K

k – Hệ số truyền nhiệt

α1 – Hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tới lớp cách nhiệt,W/m2K

α2 – Hệ số tỏa nhiệt từ vách buồng lạnh vào buồng lạnh, W/m2K

δi – Chiều dày lớp vật liệu thứ i, m ( ở đây là lớp tôn inox 304)

λi – Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/mK

α2 = 9 W/m2K với bảo quản lạnh và α2 = 10,5 W/m2K với bảo quản đông

và kết đông

Mặt khác: = = 0,02326 W/mK

Hệ số dẫn nhiệt của lớp inox : = 16 W/mK

Chiều dày của lớp tôn inox : = 0,5 mm = 0,0005 m

Ta có bảng sau:

Bảng 2.2: Hệ số truyền nhiệt của panel theo từng buồng

TT Buồng kết đông Buồng bảo quản đông Buồng bảo quản lạnh

(*)Tính kiểm tra đọng sương:

Do địa phương làm kho là ở Ninh Bình nên ta có :

t

n ( o C)

Đ ộ ẩm

φ n

(%)

Nhiệt độ điểm sương

8 1

19

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

-Vì panel đặt sau vách bê tông nên ta lấy nhiệt độ ngoài vách panel là

tn = 0,7 tnt

Từ tnt 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:

Trong đó: tt (oC) là nhiệt độ phía bên trong vách panel

ng

tn (oC) ngoài panel

ts (oC) đọng sương

t (oC) trong buồng

α 1

(W/m2.K )

k.max (W/m2.K)

Bảo quản

2 3,3

6,1 33

Bảo quản

2 3,3

3,3 27

3,3

2,6 38

Bảng 2.3: Kết quả tính toán hệ số truyền nhiệt cực đại cho mùa hè.

Kết luận: Từ kết quả trên ta thấy hệ số truyền nhiệt của panel tường,trần và nền

của các buồng bé hơn hệ số truyền nhiệt cực đại nên không xảy ra hiện tượng đọngsương

2.4 : Cấu tạo nền kho lạnh

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

Để tránh hiện tượng đóng băng làm phồng nền và phá vỡ cấu trúc xây dựngkho lạnh, ta sử dụng biện pháp là bố trí sàn kho cao hơn nền đất tự nhiên nhờ hệthống cột chịu lực, có các con lươn thông gió Các con lươn thông gió được đổbằng bê tông hay xây bằng gạch thẻ cao khoảng 100 mm - 200 mm Bề mặt con

CHƯƠNG III: TÍNH NHIỆT KHO LẠNH

3.1 Đại cương về tính nhiệt kho lạnh :

Dòng nhiệt trao đổi vào buồng lạnh được xác định theo biểu thức:

∑Q = ∑Q1 + ∑Q2 +∑Q3 + ∑Q4 (W)

Trong đó,

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

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

+ Q22 do bao bì tỏa ra.

∑Q3: Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh

Các buồng bảo quản lạnh dù thở hay không thở thường vẫn được thông gió 3 – 5 lần/ ngày, trong khi buồng bảo quản đông thì không thông gió

∑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, 350 W/ 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

1000

Q = −

(kW)Trong đó:

- h1: là entanpi của sản phẩm trước khi đưa vào buồng bảo quản đông

- h2: là entanpi của sản phẩm sau khi đưa vào buồng bảo quản đông

- M: năng suất nhập vào buồng bảo quản đông trong một ngày đêm

3.4 Dòng nhiệt do thông gió:

ƩQ3 = Mk (h1 – h2)

Do đây là kho lạnh bảo quản thịt nên không cần thông gió : Q3= 0

3.5 Dòng nhiệt do vận hành:

Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44

3.6 Tính Phụ tải cho thiết bị và máy nén:

- Phụ tải của thiết bị:

QTB= ∑Q

- Phụ tải của máy nén:

QMN = QMN = 100%.Q1 + 100%.Q2 + 75%.Q4

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH VÀ TÍNH TOÁN

CHỌN MÁY NÉN

4.1: Chọn các thông số của chế độ làm việc

Do kho lạnh của ta được lắp đặt tại khu vực Ninh Bình nên như đã nêu ở chương 1,

ta có thông số về độ ẩm tương đối và nhiệt độ của khu vực Ninh Bình về mùa hè là: t=37 độ C , φ = 81 % và tư = 34 oC

Chọn bình ngưng của hệ thống là loại ống vỏ nằm ngang, được làm mát bằng nước, với độ chênh nhiệt độ nước vào và ra là ∆tw = 5oC Các thông số nước làm mát như sau:

Nhiệt độ nước vào bình ngưng:

Nhiệt độ hơi hút t h là nhiệt độ của hơi trước khi đi vào máy nén Nhiệt độ này baogiờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất Để đảm bảo máy nén ko hút phải lỏng, người ta bố trí bình tách lỏng và đảm bảo rằng hơi hút về máy nén nhất định phải

là hơi quá nhiệt Với môi chất Amoniăc (NH3), nhiệt độ hơi hút th thông thường caohơn nhiệt độ sôi từ 5 đến 15oC, nghĩa là ∆th = 5 15oC sẽ đảm bảo an toàn cho máy nén.( Theo tài liệu [1] )

th = t0 + ∆th (4.1)

Ở đây ta chọn ∆th = 7oC ứng với môi chất sử dụng là Amoniăc (NH3)

Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0 phụ thuộc vào nhiệt độ buồn lạnh theo công thức:

t0 = tb – ∆t0 (4.2)

Trong đó: tb – Nhiệt độ buồng lạnh;

∆t0 – Hiệu nhiệt độ yêu cầu, thông thường với dàn bay hơi trực tiếp thì ta chọn ∆t0

trong khoảng từ 8 đến 13oC (Theo tài liệu [1] )

Ở đây, ta chọn ∆t0 = 10 oC ứng với kho lạnh mà ta đang thiết kế

Máy nén cho buồng lạnh phải tạo ra năng suất lạnh cần thiết theo tính toán ở

chương 3, cụ thể:

Q0 = (4.3)

Trong đó: b – Hệ số thời gian làm việc, ở đây chọn b = 0,9;

QMN – Tổng nhiệt tải của máy nén đối với một nhiệt độ bay hơi ứng với mỗi loại buồng lạnh ( lấy theo số liệu tính toán ở bảng 3.4 )

k – Hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh Theo tài liệu [1], ta có bảng giá trị của hệ số k phụ thuộc vào nhiệt độ như sau:

4.2 : Tính toán, lựa chọn và kiểm tra máy nén cho các phòng của kho lạnh: 4.2.1 Buồng kết đông:

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

Theo số liệu từ đề bài, nhiệt độ của buồng kết đông là tb = -32oC

Nhiệt độ sôi của môi chất là:

Từ nhiệt độ sôi của môi chất là t0 = -42oC và nhiệt độ ngưng tụ tk = 47oC, sử dụng

đồ thị logP – h trong phần mềm Coolpack ứng với môi chất lạnh Amoniăc (NH3),

ta có hai thông số áp suất bay hơi và áp suất ngưng tụ của môi chất NH3 lần lượt là:

P0 = 0,647 bar

Pk = 18,845 bar

b) Lựa chọn chu trình và tính toán các thông số

Tỷ số nén được tính theo công thức:

4 đưa vào bình ngưng Ở bình ngưng thì môi chất được làm mát và ngưng tụ nhờ nước Môi chất được quá lạnh ngay trong thiết bị ngưng tụ từ trạng thái 5’ đến 5 -Sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ vào bình chứa cao áp thì môi chất lỏng chia làm hai nhánh:

+ một nhánh nhỏ đi qua van tiết lưu thứ nhất vào bình trung gian để làm máthơi về máy nén tầm cao xuống trạng thái hơi bão hoà khô 3

+ còn nhánh chính được dẫn qua ống xoắn của bình trung gian, được quá lạnh từ trạng thái 5 đến 6 Sau đó vào van tiết lưu thứ hai, tiết lưu xuống nhiệt độ ,

áp suất để cấp cho dàn bay hơi

-Như vậy môi chất lạnh được tuần hoàn trong hệ thống Nếu thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn là lý tưởng thì nhiệt độ ra khỏi ống xoắn (t6) phải bằng nhiệt độ trung gian(ttg) Nhưng thực tế có tổn hao không thuận nghịch nên nhiệt độ quá lạnh bao giờ cũng lấy lớn hơn nhiệt độ trung gian từ (3 ÷ 5) độ C Ta chọn 5 độ C

- Các quá trình của chu trình:

+ 1’ – 1: quá nhiệt hơi hút về máy nén hạ áp

+ 1 – 2: nén đoạn nhiệt cấp hạ áp từ lên

+ 2 – 3: làm mát hơi nén hạ áp

+ 3 – 4: nén đoạn nhiệt cấp cao áp từ lên

+ 4 – 5: làm mát ngưng tụ, quá lạnh trong thiết bị ngưng tụ

+ 5 – 7: tiết lưu từ về để làm mát hơi nén hạ áp và quá lạnh môi chất trong ống xoắn

+ 5 – 6: quá lạnh lỏng đẳng áp trong bình trung gian

+ 6 – 10: tiết lưu từ về cấp cho dàn bay hơi

+ 10 – 1’: bay hơi thu nhiệt của môi trường lạnh

* Tính toán chu trình

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

Bảng 4.2: Thông số các điểm nút của chu trình

Hệ số lạnh của chu trình: ε = = = 1,77.

Nhiệt thải bình ngưng:

Qk1 = m3.l3 = 0,083.(1706,15-396,51) = 89,06 (kW)

c) Chọn máy nén và kiểm tra:

-Năng suất lạnh cần thiết: Qo = 73,88 kW

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

Số lượng máy nén cần dùng: Z = = = 0,74.

Vậy ta cần sử dụng 2 máy nén

Năng suất lạnh thực = 199 kW và công suất tiếp điện thực = 156,6 kW đều thỏa mãn yêu cầu của buồng

4.2.2 Buồng bảo quản lạnh :

a) Chọn chế độ hoạt động của máy nén:

Máy nén cho buồng kết đông phải tạo ra năng suất lạnh cần thiết theo tính toán nhiệt tại chương 3 là:

Qo = = = 15388,13 (W) = 15,4 (kW)

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

Trong đó : tb : Nhiệt độ trong không gían buồng lạnh, tb = 1 oC

∆to : Hiệu nhiệt độ yêu cầu, chọn ∆to = 10 oC

Áp suất ngưng tụ Pk và áp suất bay hơi P0

Từ nhiệt độ sôi to = - 9 oC và nhiệt độ ngưng tụ tk = 47oC, sử dụng đồ thị lgP - h của

Do π < 9 , nên ta sử dụng máy nén 1 cấp

Chọn chu trình máy lạnh nén hơi một cấp dùng môi chất lạnh là NH3 :

Hình 4.5: Sơ đồ và chu trình máy lạnh một cấp sử dụng môi chất NH 3

-Thông số các điểm nút của chu trình được tính toán cho trong bảng sau:

* Tính toán các thông số theo chu trình:

-Năng suất lạnh riêng khối lượng:

qo = h1’ – h4 = 1291,45 kJ/kg

-Năng suất lạnh riêng thể tích :

qv = = = 3142,21 kJ/kg

-Công suất tiếp điện của nén tại điều kiện làm việc: Nel = 4,88 kW.

Sử dụng phần mềm Mycom để lựa chọn máy nén phù hợp với yêu cầu, ta có:

Số máy nén cần dùng là: ZMN = = = 0,54.

Vậy ta chọn 2 máy nén

Năng suất lạnh thực =57,4 kW và công suất tiếp điện thực=42,4 kW đều thỏa mãn yêu cầu của phòng

4.2.3 Buồng bảo quản đông :

a) Chọn chế độ hoạt động của máy nén :

Để chọn máy nén cho buồng làm lạnh đông, theo trên ta đã tính được năng suất cầnthiết là:

Qo = = = 145436,73(W) = 145,44 (kW)

to = tb - ∆to

Trong đó : tb : Nhiệt độ trong không gian buồng lạnh, tb = -20 oC

∆to : Hiệu nhiệt độ yêu cầu, chọn ∆to = 10 oC

Áp suất ngưng tụ Pk và áp suất bay hơi P0

Từ nhiệt độ sôi to = - 30 oC và nhiệt độ ngưng tụ tk = 47 oC, sử dụng đồ thị lgp - i của NH3 ta có:

Tra đồ thị lgp – h của NH3 ta được ttg = 2,71 oC

* Sơ đồ và chu trình máy lạnh

Chọn chu trình máy lạnh hai cấp làm mát trung gian hoàn toàn có ống xoắn và hai tiết lưu cho các yêu cầu trên