thiết kế kho cấp đông thịt heo công suất 1 tấn mẻ, nhiệt ðộ yêu cầu 40oc, môi chất sử dụng r22, đặt tại tây ninh

Mục đích , ý nghĩa đối với vật liệu cách nhiệt cách ẩm Đối với kho lạnh có nhiệt độ thấp thì sẽ có tổn thất lượng lạnh ra môi trường xungquanh.. Qua các tường còn có dòng ẩm xâm nhập vào

2

1

 : Hệ số truyền nhiệt của môi trường bên ngoài tới vách cách nhiệt,

K m

W

2

W

2Cb: Nhiệt dung riêng của bao bì, kg kJ.K

n

 : Mật độ nước, m3

kg

Cn: Nhiệt dung riêng của nướckg kJ.K

 : Khối lượng riêng môi chất, m3

kg

 : Tốc độ dòng chảy trong ống, m s

di: Đường kính trong của ống dẫn, m

VttCA: Thể tích hút của máy nén cao áp,

CÁC BẢNG THÔNG SỐ

Bảng 2.1 – Chiều dày cách nhiệt 2

Bảng 3.1 – Nhiệt dung riêng của bao bì

Bảng 4.1 – Thông số trạng thái của các điểm nút

Bảng 5.1 – Giá trị kinh nghiệm của hệ số truyền nhiệt

Bảng 5.2 – Đặc tính kỹ thuật của bơm

Bảng 5.3 – Đặc tính kỹ thuật cơ bản tháp giải nhiệt

Bảng 5.4 – Thông số ống đồng của môi chất freon phía đẩy cao áp

Bảng 5.5 - Thông số ống đồng của môi chất freon phía đẩy hạ áp

Bảng 5.6 - Thông số ống đồng của môi chất freon phía hút đẩy cao áp

Bảng 5.7 - Thông số ống đồng của môi chất freon phía hút hạ áp

Bảng 5.8 – Thông số kỹ thuật bình tách lỏng

Bảng 5.9 – Thông số kỹ thuật bình tách dầu

CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 – Kho cấp đông

Hình 1.2 – Hình chiếu cạnh kho cấp đông

Hình 1.3 – Hình chiếu bằng kho cấp đông

LỜI NÓI ĐẦU



Kỹ thuật lạnh là một ngành kĩ thuật hiện đại, hiện đang pháttriển rất mạnh và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vựcquan trọng: công nghiệp thực phẩm, hoá học dầu khí, y học, điềuhoà không khí, thương nghiệp…

Ở Việt Nam cùng với sự phát triển kinh tế, trong nhữngnăm gần đây, nhu cầu bảo quản thực phẩm dài ngày hoặc ngắnngày đòi hỏi những yêu cầu cao hơn trong kĩ thuật bảo quản Mộttrong những cách quan trọng đó là bảo quản thực phẩm ở nhiệt

độ thấp, đặc biệt là làm lạnh nhanh, lạnh sâu có thể tăng đượckhối lượng và thời gian bảo quản rất nhiều loại thực phẩm, gópphần cung cấp các mặt hàng tươi sống cho các khu vực dân cưcũng như là xuất khẩu Với mục đích đó, “tính toán thiết kế hệthống lạnh” là những bước đầu tiên tìm hiểu về những ứng dụngcủa kĩ thuật lạnh trong đời sống

Tp Hồ Chí Minh - 2013

Vách không được đọng sương

Nhiệt độ, độ ẩm phải đạt yêu cầu

 Cần phải đóng nhẹ nhàng ngay cả khi có băng giá đóng vào cửa

 Thường người ta bố trí điện trở sưởi cửa để phòng băng dính vào

2 KÍCH THƯỚC KHO CẤP ĐÔNG

Dung tích kho cấp đông:

v

g V

E : Dung tích kho cấp đông, (tấn )

V : Thể tích kho cấp đông, m3gV: Định mức chất tải thể tích t/m3

gv được chọn theo sản phẩm ở đây sản phẩm là thịt heo (Bảng 2-1, trang 20,KTLƯD) chọn gv = 0,45 (t/m3)

Do yêu cầu của đề bài là tính toán thiết kế kho cấp đông có công suất 1 tấn/mẻ ta thiết

kế kho cấp đông có năng suất là 250kg /h như vậy thời gian hoàn thành một mẻ là 4h

Kho ta có dung tích E = 500kg = 0,5 tấn.

Phương pháp trao đổi nhiệt cưỡng bức bằng các dàn quạt gió trong kho

Kích thước kho đã được tham khảo một số Catalog với số liệu sau:

 Cửa kho cấp đông:

Rộng: 800 mmCao: 1900 mmDày: 100 mm

49 , 12





Hình 1.2 – Hình chiếu cạnh kho cấp đông Hình 1.1 – Kho cấp đông

Hình 1.3 – Hình chiếu bằng kho cấp đông

Hình 1.4 – Kho cấp đông thực tế

CHƯƠNG II

TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH- CÁCH ẨM

1 Mục đích , ý nghĩa đối với vật liệu cách nhiệt cách ẩm

Đối với kho lạnh có nhiệt độ thấp thì sẽ có tổn thất lượng lạnh ra môi trường xungquanh Dòng nhiệt truyền qua trần, tường, nền kho lạnh Để giảm bớt tổn thất lạnh ra môitrường xung quanh , người ta tiến hành bọc cách nhiệt kho lạnh Các thiết bị phần hạ ápnằm ngoài trời cũng được bọc cách nhiệt

Qua các tường còn có dòng ẩm xâm nhập vào kho vì áp suất hơi nước của khí quyểnthường cao hơn phần áp suất hơi nước ở trong kho do nhiệt độ của môi trường xungquanh lớn hơn Hơi nước thẩm thấu vào lớp cách nhiệt, làm tăng khả năng dẫn nhiệt Nếunhiệt độ tường thất hơn nhiệt độ động sương thì hơi nước sẽ chuyển thành lỏng, nếunhiệt, nếu nhiệt độ tường tw < 0oC thì sẽ gây hiện tượng đóng băng, đặc biệt là lớp cáchnhiệt bị xâm ẩm sẽ phá hủy kho lạnh Do đó ta phải tiến hành cách ẩm cho kho lạnh, bảo

vệ cho lớp cách nhiệt không bị xâm ẩm

Mục đích tính toán cách nhiệt, cách ẩm là xác định chiều dày lớp cách nhiệt cn,chiều dày lớp cách ẩm ca

2 Các yêu cầu đối với vật liệu cách nhiệt cách ẩm

2.1 Các yêu cầu đối với vật liệu cách nhiệt :

 Dẫn nhiệt kém

 Khối lượng riêng bé

 Bền vững với nhiệt độ thấp

 Không có mùi vị

 Không bị nắm mối phá hoại

 Không cháy hoặc khó cháy

 Tương đối bền vững cơ học

 Khả năng chống ẩm, hút ẩm, thẩm thấu kém

 Dễ chế tạo, rẻ tiền

0.5 mm 50÷200 mm

0.5 mm Inox

3 Địa điểm lắp đặt kho cấp đông

Lắp đặt và vận hành tại tỉnh Tây Ninh, ta có các thông số về nhiệt độ và độ ẩm như sau:

 Nhiệt độ trung bình hàng năm 270 C

Cấu trúc xây dựng tường, trần, nền đều dùng tấm panel cách nhiệt cấu trúc như hình

vẽ Vì dùng tấm panel nên chiều dày lớp cách nhiệt như trần, tường, nền đều như nhau.Tường, trần, nền kho cấp đông đều dùng tấm panel cách nhiệt Do chọn theo catalognên ta chọn chiều dày cách nhiệt là:

Bảng 2.1 – Chiều dày cách nhiệt

1 1

2

2 1

13 , 0 5 , 10

1 02 , 0

15 , 0 3 , 23 1

1 1

5 Kiểm tra bề mặt động sương :

Để kiểm tra bề mặt vách không bị động sương thì nhiệt độ bên ngoài vách khôngđược nhỏ hơn nhiệt độ động sương của không khí có nghĩa: t w1 t s hay:

s

t t

t t

1 1 95 ,

33 37 3 , 23 95 ,

CHƯƠNG III

TÍNH TOÁN NHIỆT

Tính nhiệt cho kho là tính toán các dòng nhiệt từ môi trường bên ngoài đi vào kho

Đây chính là dòng tổn thất mà máy lạnh có đủ công suất để thải nó trở lại môi trường

đảm bảo sự chênh lệch ổn định giữa buồng lạnh và không khí bên ngoài

Mục đích cuối cùng của việc tính toán nhiệt kho lạnh là để xác định năng suất lạnhcủa máy lạnh cần lắp

Dòng nhiệt tổn thất qua kho Q được xác định bằng biểu thức:

Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 , WQ1: Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của buồng lạnh Q2: Dòng nhiệt tổn thất do sản phẩm trong quá trình xử lý lạnh Q3: Dòng nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió buồng lạnh Q4: Dòng nhiệt từ các nguồn khác khi vận hành kho lạnh

Q5: Dòng nhiệt từ sản phẩm tỏa ra khi sản phẩm hô hấp Đặc điểm của các dòng nhiệt là chúng thay đổi liên tục theo thời gian Q1 phụ thuộcchủ yếu vào nhiệt độ bên ngoài, Q1 thay đổi theo giờ trong ngày và theo mùa trong năm,Q2 phụ thuộc vào thời vụ Q3 phụ thuộc vào loại hàng bảo quản Q4 phụ thuộc vào quytrình công nghệ chế biến bảo quản Q5 phụ thuộc vào biến đổi sinh hóa của sản phẩm hôhấp

Năng suất lạnh của hệ thống lạnh được thiết kế theo phụ tải nhiệt lớn nhất Qmax mà taghi nhận được ở một thời điểm nào đó trong năm

1 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q 1

Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che được định nghĩa là tổng các dòng nhiệt tổn thấtqua tường, trần, nền do sự chênh lệnh nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trongkho cộng với dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời

Q1 = Q11+ Q12Q11: Dòng nhiệt qua tường trần bao và nên do chênh lệch nhiệt độ

Q12: Dòng nhiệt qua tường bao và trần do bức xạ mặt trời

Q11 = k1.F.(t1-t2)

+ k1 = 0,13 W/m2.K (Hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che xác định theochiều dày cách nhiệt thực)

+ t1 : Nhiệt độ của môi trường bên ngoài, oC+ t2: Nhiệt độ trong buồng lạnh, oC

+Diện tích bề mặt của kết cấu bao che

F = 2 2,75 1,975 + 2 2,3 1,975 + 2 2,75 2,3 =32,6 m2Nhiệt độ ngoài kho t1 = 37

Nhiệt độ trong kho t2 = - 400C

Q11 = k1 F (t1 – t2)

= 0,13 32,6 (37-(-40)) = 326 WQ12 :Vì kho đặc trong nhà nên ta coi dòng nhiệt do bức xạ mặt trời không đáng kể  Q12 = 0

 Q1 = Q11 + Q12 = 326 + 0 = 326 W

2 Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q 2

Q2 = Q21+ Q22Q21 : Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra khi xử lý lạnh

Q22 : Dòng nhiệt do bao bị tỏa ra

3600 8

1000 ).

21 M h h

h1,h2 : Entapy của sản phẩm trước khi được xử lý lạnh, kJ/kg

M : Công suất buồng gia lạnh, công suất buồng kết đông hoặc lượng hàng nhập

vào buồng bảo quản lạnh, hoặc bảo quản đông, tấn/ngày đêm

Entanpy tương ứng với nhiệt độ t1: h1 = 332,2kJ/kg và h2 = 0 kJ/kg (Tra bảng 4-2, trang110,HDTKHTL)

Thay vào công thức:







3600 24

1000 ).

0 2 , 332 (

6

21

1000 3600 24

1000 ).

30



b

Cb: Nhiệt dung riêng của bao bì

Bảng 3.1 – Nhiệt dung riêng của bao bì

1000 )).

40 ( 40 (

45 , 0 8 , 1



Tổng dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì toả ra là:

Q2 = Q21+ Q22 =22069 + 750 = 23819 W

3 Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh

Sản phẩm cấp đông trong kho lạnh là cụm nên ta không cần đảm bảo sự thông gió chobuồng lạnh

 Q3 = 0

4 Dòng nhiệt khi vận hành

Q4 = Q41+ Q42 + Q43+ Q44

4.1 Dòng nhiệt do chiếu sáng buồng Q41

Vì kho của ta dùng để cấp đông sản phẩm, kết thúc một mẻ sản phảm lấy ra đưavào phòng bảo quản lạnh, nên ta không dùng đèn chiếu sáng trong kho

 Q41 = 0

4.2 Dòng nhiệt do người tỏa ra Q 42

Vì không có người làm việc trong kho nên

4.4 Dòng nhiệt khi mở cửa Q 44

Trong khi làm việc thì không mở cửa kho nên ta coi dòng nhiệt khi mở cửa

Q44 = 0Dòng nhiệt vận hành Q4 là tổng các dòng nhiệt vận hành các thành phần:

Nhiệt tải cho máy nén.

Q   mn0

K: hệ số làm lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống, k = 1,1b: hệ số thời gian làm việc b = 0,7

7 , 0

424 , 24 1 , 1

CHƯƠNG IV

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH

VÀ CHỌN MÁY NÉN

A Chọn các thông số của chế độ làm việc :

Chế độ làm việc của một hệ thống lạnh được đặc trưng 4 nhiệt độ sau :

- Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0

- Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh tk

- Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu tql

- Nhiệt độ hơi hút về máy nén (nhiệt độ hơi quá nhiệt) tqn

1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t 0 :

Phụ thuộc vào nhiệt độ của buồng lạnh

t0 = tf + ∆t0Trong đó :

tf - nhiệt độ buồng lạnh, tf = - 400C

∆t0 hiệu nhiệt độ yêu cầu

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

130C

Để không phải đưa thêm nhiệt độ sôi bổ sung, đối với một số buồng lạnh riêng biệt (khi cần duy trì độ ẩm thấp) người ta lấy hiệu nhiệt độ đến 150C Nhưng cũng có trường hợp (khi cần duy trì độ ẩm cao trong buồng) hiệu nhiệt độ chỉ là 5 ÷ 60C

286 , 17

Áp suất trung gian:p tg  p kp0  17 , 286 0 , 8266  3 , 78 bar

→ nhiệt độ trung gian ttg = -8 0C

1 Sơ đồ nguyên lý:

Hình 4.1 - Sơ đồ nguyên lý

thành lỏng nhờ thải nhiệt cho nước làm mát sau đó đưa qua van tiết lưu 1 và vào bình

trung gian Ở đây phần hơi lạnh hình thành sau van tiết lưu 1 làm mát hoàn toàn phần hơi

do máy nén hạ áp sục vào bình trung gian Sau dó hơi đã được làm mát được máy nén

cao áp hút về và nén lên Còn phần lỏng đi vào van tiết lưu 2 giảm áp suất giảm nhiệt độ

và tiếp tục đi vào thiết bị bay hơi Trong thiết bị bay hơi lỏng môi chất bay hơi thu nhiệt của môi trường Hơi hình thành được máy nén hạ áp hút về Khép kính vòng tuần hoàn

3 Đồ thị T- S:

Hình 4.2 – Đồ thị T- S

, 0

07 , 195 1

6

78

9

h

3 Công nén riêng

Cân bằng entanpi tại bình trung gian

m3.h6 + m1.h2 = m1.h8 + m3.h7

6 7

8 2 1

3

h h

h h m

l1 = h2 – h1 = 725 – 685,3 = 39,7 kJ/kg

l2= h4 – h3 = 740 - 702,5 = 37,5 kJ/kg

2 6 7

8 2 1 1

2 3 1

h h

h h l m

l m l m l

23 , 490 725 7

286 , 17

78 , 3

57 , 4 78 , 3

286 , 17

0 2

tg tg k

) 273 45 ( ) 273 45 ( 9607 , 1

2 Lưu lượng qua máy nén:

Lưu lượng qua máy nén hạ áp:

0 , 197

07 , 195

4 , 38 0

23 , 490 725 197 , 0 ' 6 7

8 2 1

h h m

T

T p

p p p

p p c p

p

0 0 0 1

0 0

1 , 0 8266 , 0 8266 , 0

1 , 0 78 , 3 04 , 0 8266 , 0

1 , 0 8266 , 0

k

k k

tg

tg tg CA

T

T p

p p p

p p c p

p p

1 , 0 78 , 3 28

, 17

1 , 0 28 , 17 04 , 0 78 , 3

1 , 0 78 , 3

5 Thể tích hút lý thiết hạ áp và cao áp

HA

tt lt

3 3

1

75 , 0

0506 , 0

3 3

2

97 , 0

019 , 0

6 Công nén lý thuyết hạ áp và cao áp :

N N

16 , 47

7 , 0

86 , 11 2

i

s i

N N

9 Công suất ma sát

99 , 2 59 0506 , 0

1 1

1  i  ms   

e N N

68 , 17 21 , 1 47 , 16

2 2

85 , 13 1

e el

N N

e el

N N



10 Chọn máy nén :

Chọn thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước bình ngưng ống vỏ nằm ngang vì nó có các

ưu điểm sau:

 Phụ tải nhiệt lớn, thiết bị nhỏ gọn, chắn chắn, ít tiêu hao kim loại chế tạo

 Dễ vệ sinh bề mặt trao đổi nhiệt

 Làm mát bằng nước nên :

+ Hiệu quả trao đổi nhiệt cao do đó hiệu suất chu trình tăng

+ Ít chịu ảnh hưởng của thời tiết ( nhiệt độ không khí mùa hè tăng cao nhưngnhiệt độ của nước tăng rất ít) nên hiệu quả trao đổi nhiệt cao

 Bên cạnh đó bình ngưng ống vỏ nằm ngang còn có các nhược điểm sau:

 Tốn thêm hệ thống giải nhiệt bằng nước nên hệ thống cồng kềnh

 Công nghệ chế tạo phức tạp hơn các thiết bị khác

5.1.3 cấu tạo và nguyên lý làm việc

a) cấu tạo:

7

6 5

4 3 2 1

10 11

12 13

14

Hình 5.1 – Bình ngưng kiểu nằm

1- Áp kế : dưới áp kế có các xi phông để giữ cho kim áp kế không bị rung , tránhhỏng áp kế.

2- Van an toàn

Dưới áp kế và van an toàn có van chặn để cô lập khi sửa chửa

3- Đường vào của hơi cao áp

4- Đường cân bằng với bình chứa cao áp để lỏng từ bình ngưng chảy xuống bìnhchứa cao áp

5- Đường xả khí không ngưng

11- Đường ra của lỏng cao áp

12- Ống trao đổi nhiệt

13, 14 – Đường vào và ra của nước làm mát

b) Nguyên lý làm việc:

Đây là thiết bị trao đổi nhiệt bằng nước chuyển động cưỡng bức trong ống trao đổinhiệt Hơi cao áp đi vào thiết bị theo đường 3 từ phía trên bao phủ toàn bộ bề mặt traođổi nhiệt cho nước làm mát chuyển động cưỡng bức trong ống trao đổi nhiệt ngưng tụthành lỏng cao áp theo đường 11 ra khỏi thiết bị

5.1.4 Tính toán thiết bị ngưng tụ:

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F =

tb

k

t k

Q

 Qk: Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ, kW

k: Hệ số truyền nhiệt W/m2.K

∆ttb: Hiệu nhiệt độ trung bình

F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, m2

Phụ tải nhiệt ở thiết bị ngưng tụ: Qk = m.qk = 0,194.183,77 = 35,65 kW

Bảng 5.1 – Giá trị kinh nghiệm của hệ số truyền nhiệt

Kiểu thiết bị ngưng tựu Hệ số truyền nhiệt k (W/m2K)

Bình ngưng ống vỏ Nằm ngang NH3 Thẳng đứng NH3

Nằm ngang Freon

700 ÷ 1000800700

min max

ln

t t

t t

tmax : hiệu nhiệt độ trung bình ( phía nước vào )

tmin: hiệu nhiệt độ trung bình (phía nước ra)

Mặt khác

tmax = tk – tw1

tmin =tk – tw2

Trong đó:

tw1: nhiệt độ nước vào thiết bị ngưng tụ

tw2: nhiệt độ nước ra khỏi thiết bị ngưng tụ

Mà: tw1 = tư + 20C

Hệ thống đặc tại Tây Ninh có nhiệt độ môi trường t = 37,30C,  = 74% Tra đồ thị I-dcủa không khí ẩm, ta có tư = 330C

 tw1 = tư + 20C = 33 + 2 = 350C tw2 = tw1 + 5 = 35 + 5 = 400C

tmin = tk - tw2

t t

t t

t t t t t

t

t t

t

w k

w k

w k w k

)4045(

)3545(ln

)4045()3545()

(

)(

ln

)(

)(

ln

2 1

2 1

min max

1000 18 , 4

65 , 35

.

3 3

h m s

m t

C

Q

n n n

Bảng 5.2 – Đặc tính kĩ thuật của bơm

đặc tính kỹ thuật của bơm

kí hiệu bơm

đường kínhbánh côngtác mm

năng suất

m3/h

Cột áp H,bar

hiệu suất η,

%

công suấttrên trục N,kW

Tính toán thiết bị bay hơi nhằm xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt

5.2.2 Lựa chọn thiết bị bay hơi

Chọn thiết bị bay hơi kiểu dàn vì có ưu điểm sau:

1- Đường lỏng tiết lưu vào dàn.

2- Đường ra của hơi hạ áp

3- Ống góp trên và ống góp dưới

4- Đường xả dầu

5- Các ống trao đổi nhiệt

6- Ống trao đổi nhiệt có kích thước to hơn để cân bằng áp suất

7- Quạt

b) Nguyên lý hoạt động:

Lỏng môi chất được tiết lưu vào ống góp dưới của dàn rồi ngập 2/3 chiều cao củaống , nhận nhiệt của đối tượng cần làm lạnh qua hình thức đối lưu tự nhiên hay cưỡngbức bên ngoài ống, môi chất hoá hơi và theo ống góp trên ra khỏi thiết bị

Phụ tải nhiệt : Q0 = qo.m= 38,4 kW

Nhiệt độ trong kho : t1= - 400C

Nhiệt độ sôi của môi chất: t0= - 450C

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:

t k

Q F



 0