Thiết kế kho lạnh môi chất r22 sản phẩm thịt heo 5,5 tấn mẻ

CHƯƠNG 3: TÍNH CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM CHO KHOLẠNH Do chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường và kho lạnh là rất lớn nên để hạn chế tổn thất nhiệt ra môi trường của kho lạnh chúng ta phải cách

• Ngành Công nghệ thực phẩm: chế biến và bảo quản thực phẩm

• Ngành Công nghiệp nặng: làm nguội khuôn đúc

• Ngành Y tế: chế biến và bảo quản thuốc

• Ngành Công nghiệp hóa chất: điều khiển các phản ứng hóa học

• Lĩnh vực điều hòa không khí

2. Mục đích

Đóng vai trò quan trọng nhất là ngành Công nghệ thực phẩm Bởi vì thực phẩm ở nhiệt

độ cao dưới tác dụng của men phân giải (enzin) của bản thân và các vi sinh vật sẽ gây ra quá trình biến đổi về chất, dẫn đến hư hỏng, ươn thối Khi nhiệt độ thức phẩm giảm xuống thấp các quá trình trên sẽ bị ức chế và kìm hãm, tốc độ các phản ứng hóa sinh sẽ giảm Nhiệt độ càng thấp Tốc độ phân giải càng giảm mạnh Vì vậy, sau khi chế biến thực phẩm, để bảo quản thực phẩm trong thời gian dài nhằm cung cấp, phân phối cho nềnkinh tế quốc dân thì phải cấp đông và trữ đông nhằm giữ thực phẩm ở một nhiệt độ thấp ()

- Nhiệt độ đầu vào:

- Nhiệt độ đầu ra:

- Thời gian cấp đông: 11 giờ

- Nhiệt độ phòng cấp đông:

- Sản phẩm bảo quản : Thịt heo

2.Trữ đông:

- Nhiệt độ phòng trữ đông : - 18°C

Tiếp nhận

3.Quy trình công nghệ

Quy trình công nghệ tổng quát

Thịt heo sau khi qua khâu chế biến được tiến hành sơ chế và giảm nhiệt độ xuống 18°C,sau đó cấp đông ở nhiệt độ -35°C ,tiến hành đóng gói và bảo quản trong phòng trữ đông có nhệt độ -18 °C

4.Địa điểm lắp đặt và thông số môi trường

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ BỐ TRÍ MẶT BẰNG

KHO LẠNH

Mục đích của chương này là xác định các kích thước của các phòng lạnh cấp đông và trữ đông của kho lạnh, xác định số lượng các phòng lạnh và cách bố trí hợp lý mặt bằng kho lạnh

Phụ thuộc vào phương tiện bốc xếp hàng,bao bì đựng hàng Đối với kho lạnh nhỏ, bốc xếp thủ công chọn hCT = 2m

Theo công thức (2-4) và công thức (2-5), trang 30, tài liệu [1]:

thiết bị.

Chọn (tra bảng 2-4, trang 30, tài liệu [1])Suy ra:

là chiều cao trong của phòng cấp đông, m;

chiều cao lối đi của gió và không gian đặt thiết bị, m

Thường chọn Suy ra:

Ta có diện tích trong phòng cấp đông là 29,141 m²

Do tấm panel có diện tích để làm tường nên chọn kích thước phòng cấp đông là:

Theo công thức (2-1), trang 29, tài liệu [1]:

(tra bảng 2-3, trang 28, tài liệu [1])Suy ra:

2 Chiều cao chất tải

Phụ thuộc vào phương tiện bốc xếp hàng,bao bì đựng hàng Đối với kho lạnh nhỏ, bốc xếp thủ công chọn hCT = 2m

3 Diện tích chất tải

Theo công thức (2-2), trang 29, tài liệu [1]:

Chọn hCT = 2 mSuy ra:

- Bố trí mặt bằng kho lạnh sao cho tổn thất nhiệt ra môi trường là nhỏ nhất

- Phải có hướng mở rộng mặt bằng để đáp ứng nhu cầu mở rộng sản xuất

2.3.2 Bố trí mặt bằng

CHƯƠNG 3: TÍNH CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM CHO KHO

LẠNH

Do chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường và kho lạnh là rất lớn nên để hạn chế tổn thất nhiệt ra môi trường của kho lạnh chúng ta phải cách nhiệt cho kho lạnh Lớp cách nhiệt càng dày thì tổn thất nhiệt càng ít Tuy nhiên, chiều dày lớp cách nhiệt phải đảm bảo tối ưu hóa giữa hai yêu cầu kinh tế và kỹ thuật Ngoài ra nó phải đảm bảo không đọng sương ở mặtngoài kết cấu Đó chính là mục đích của chương này

§3.1 TÍNH CÁCH NHIỆT PHÒNG CẤP ĐÔNG

Thông số cho trước:

1 Tol (thép) 0,002 67,58 http://www.cachnhiet.net/t rang/96.html

2 PolyurethaneTấm 0,047 Bảng 3-1, trang 61, tàiliệu [1]

3 Tol (Thép) 0,002 67,58 http://www.cachnhiet.net/t rang/96.html

Chiều dày lớp cách nhiệt tính theo hệ số truyền nhiệt tối ưu, lấy từ công thức

(3-1), trang 64, tài liệu [1]:

Suy ra chiều dày lớp cách nhiệt:

Trong đó:

- là độ dày lớp cách nhiệt, m;

- là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, W/mK;

- là hệ số truyền nhiệt tối ưu, W/m2K (tra bảng 3-3, trang 63, tài liệu [1]);

- là hệ số tỏa nhiệt của môi trường tới tường cách nhiệt, W/m2K (tra bảng 3-7, trang 65, tài liệu [1]);

65, tài liệu [1]);

- là bề dày yêu cầu của lớp vật liệu thứ i, m;

- là hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/mK

Tra tài liệu ta được ứng với nhiệt độ phòng cấp đông thì

Nếu bề mặt ngoài của tường bao có đọng sương ẩm thì sẽ dễ xâm nhập vào phá hủy lớp cách nhiệt Để tránh hiện tượng đọng sương thì nhiệt độ bề mặt ngoài tường bao phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương của môi trường Điều kiện kiểm tra đọng sương được xác định theo công thức (3-8), trang 66, tài liệu [1]

Để vách ngoài không đọng sương thì điều kiện là (theo công thức (3-7) , trang 66, tài liệu[1]):

Trong đó:

- là hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường bao, ;

- là hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường khi bề mặt ngoài là nhiệt độ đọng sương,

- là hệ số tỏa nhiệt bề mặt ngoài tường bao che,

- là nhiệt độ môi trường ngoài (Bảng 1-1, trang 8, tài liệu [1]);

- là nhiệt độ đọng sương của môi trường, tra theo đồ thị I-d với nhiệt độ môi trường và độ ẩm

Suy ra:

Kiểm tra:

Vậy không có hiện tượng đọng sương trên bề mặt ngoài tường bao của phòng cấp đông

3.1.2Trần kho lạnh

1 2 3

3 Tol (thép) 0,002 67,58 http://www.cachnhiet.net/trang/9 6.html

Do kho lạnh được đặt trong phân xưởng có mái che nên theo trang 62(tài liệu 1) thỳ hệ số truyền nhiệt tối ưu của trần kho lạnh được lấy lên 10% so với bảng 3-3,trang 63,tài liệu 1

Tra tài liệu [1] ta được ứng với nhiệt độ phòng cấp đông thì

;

Áp dụng công thức (1) ta có:

Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn, nên thường được

dày cách nhiệt là:

Ứng với ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế:

Áp dụng công thức 3, suy ra:

Mương bê tông

1 Tol (thép) 0,002 67,58 http://www.cachnhiet.net/trang/9 6.html

2 PolyurethaneTấm 0,047 Bảng 3-1, trang 61, tài liệu[1]

Đối với kho lạnh có nhiệt độ âm sâu dễ có nguy cơ nước dưới nền đóng băng, dãn

nở gây ra vỡ kết cấu kho lạnh , cho nên phải sưởi ấm nền kho lạnh có nhiệt độ âm sâu Đối với các nước nhiệt đới như Việt Nam thì chỉ cần sưởi ấm nền bằng không khí tự nhiên là đủ Ứng với nhiệt độ phòng cấp đông = -35 °C

( Bảng 3-6, trang 64, tài liệu [1] )

Áp dụng công thức (1) ta có:

Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn, nên thường được chọn lớn hơn hoặc bằng chiều dày tính toán Do đó, ta chọn chiều dày cách nhiệt là:

Ứng với ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế:

3 Tol (thép) 0,002 67,58 chnhiet.net/tra http://www.ca

ng/96.html

Tra bảng 3-6 trang 64,tài liệu 1 ,ta được ứng với nhiệt độ phòng trữ đông thì

Tra bảng 3-7,trang 65,tài liệu 1

Áp dụng công thức (1) suy ra:

Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn, nên thường được

chọn lớn hơn hoặc bằng chiều dày tính toán Do đó, ta chọn chiều dày cách nhiệt là: Ứng với ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế:

Áp dụng công thức (3) suy ra:

Kiểm tra theo điều kiện (3):

Vậy không có hiện tượng đọng sương trên bề mặt ngoài tường bao của phòng trữ đông

3.2.3. Trần

1 2 3

Áp dụng công thức (1) ta có:

Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn, nên thường được chọn lớn hơn hoặc bằng chiều dày tính toán Do đó, ta chọn chiều dày cách nhiệt là:

Ứng với ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế:

Áp dụng công thức (3), suy ra:

Mương bê tôn

- là tổng các tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che do đối lưu và bức xạ

Thường kho lạnh được đặt trong nhà xưởng nên

Các số liệu và cách bố trí buồng lạnh:

- Nhiệt độ sản phẩm trước khi cấp đông:

- Nhiệt độ sản phẩm sau khi cấp đông:

- Thời gian cấp đông:

- Nhiệt độ ngoài trời: (tại Nghệ An)

Trong đó:

- là tổng tổn thất lạnh do bức xạ mặt trời lên tường bao và trần, W Do kho lạnhthường được đặt trong nhà xưởng nên

- là tổng tổn thất lạnh qua kết cấu bao che do đối lưu

∗ là hệ số truyền nhiệt của vách thứ i, Đối với các vách bao ngoài, trần, nền, thì đã được tính trong chương 2 Riêng đối với tường ngăn giữa các phòng lạnh thì ta chọn k theo bảng (3-5), trang 64, tài liệu [1];

∗ là diện tích bề mặt kết cấu, ;

∗ là nhiệt độ bên ngoài phòng lạnh,

∗ là nhiệt độ bên trong phòng lạnh,

Đối với các tường ngăn giữa các buồng được làm lạnh với các buồng không được làm

lạnh thì hiệu nhiệt độ định hướng bằng:

+ 70% hiệu nhiệt độ giữa buông lạnh với bên ngoài nếu như hành lang, buồng đệm có cửa thông với bên ngoài

+ 60% nếu buồng đệm, hành lang không có cửa thông với bên ngoài

Kết quả tính toán được tổng hợp trong bảng sau:

Kết cấu Kích thước, Diện tích F, Hệ số truyềnnhiệt k, , , W

- E là công suất buồng cấp đông, tấn/mẻ;

- là entanpy của thịt lợn trước khi đưa vào phòng cấp đông ở nhiệt độ , kJ/kg;

Tra bảng (4-2), trang 81, tài liệu [1], bằng nội suy ta có:

- là entanpy của thịt lợn sau khi ra khỏi phòng cấp đông ở nhiệt độ , kJ/kg;

Tra bảng (4-2), trang 81, tài liệu [1], ta có:

- là hệ số chuyển đổi từ tấn/mẻ ra đơn vị kg/s;

Suy ra:

- là khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm, tấn Theo trang 84, tài liệu [1], khối lượng bao bì chiếm tới khối lượng hàng Ở đây ta chọn bao bì bằng kim loại nên chọn tấn;

- là nhiệt dung riêng của bao bì, kJ/kgK Lấy theo trang 84, tài liệu [1], ta có: kJ/kgK;

- F là diện tích của buồng, m2 Ở đây F = = 36 m2

Suy ra:

Theo công thức (4-18), trang 86, tài liệu [1]:

Với:

- 350 là nhiệt lượn do 1 người tỏa ra khi làm việc nặng nhọc, 350 W/người;

- n là số người trong phòng Buồng nhỏ hơn 200 m2 thì lấy người, buồng lớn hơn 200 m2, người

Ở đây, , chọn n = 2

Suy ra:

c. Tổn thất lạnh do các động cơ điện

Ta biết rằng năng lượng điện cung cấp cho động cơ được chia làm 2 phần:

+ Một phần biến thành năng lượng nhiệt tỏa ra môi trường xung quanh Do đó, nếu động cơ đặt trong phòng lạnh thì nhiệt tỏa ra sẽ gây ra một phần tổn thất lạnh

+ Phần lớn còn lại biến thành cơ năng có ích (làm quay quạt thông gió, quay động cơ quạt dàn bay hơi ) Nhưng cơ năng này tới môi trường sẽ cọ xát với không khí trong môi trường biến thành nhiệt năng gây ra tổn thất lạnh cho kho lạnh

Theo công thức (4-19a) và (4-19b), trang 87, tài liệu [1], ta có:

Với:

- là hiệu suất của động cơ;

đối với động cơ đặt trong phòng lạnh;

đối với động cơ đặt ngoài phòng lạnh;

- là công suất của động cơ điện, kW;

Đối với phòng cấp đông người ta định mức công suất điện cho phòng

có công suất E = 5,5 tấn/mẻ là: (trang 87,tài liệu [1])Suy ra:

Theo công thức (4-20), tran 87, tài liệu [1]:

Với:

- B là dòng nhiệt riêng khi mở cửa, W/m2;

Tra theo bảng 4-4, trang 87, tài liệu [1];

Tải nhiệt của máy nén tính theo công thức:

Nhiệt độ ngoài trời : (tại Nghệ An)

Theo công thức (4)

Kết quả tính toán được tổng hợp trong bảng sau:

Kết cấu Kích thước, Diện tích F, Hệ số truyềnnhiệt k, , , W

=8,938 kw

Có 2 phòng trữ đông nên theo công thức (13) ta có:

Tra tài liệu ứng với , bằng phương pháp nội suy ta có

Công suất lạnh của máy nén tính theo công thức (14):

CHƯƠNG 5: LẬP CHU TRÌNH VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN

Mục đích của chương này nhằm tính chọn chu trình của hệ thống lạnh để tính công suất yêu cầu của thiết bị trong hệ thống lạnh từ đó làm cơ sở để tính chọn các thiết bị này

- Không ăn mòn kim loại đen và kim loại màu;

- Khi rò rỉ không làm hỏng sản phẩm bảo quản;

- Nhiệt độ đông đặc thấp ;

- Vận chuyển, bảo quản dễ dàng;

- Năng suất lạnh riêng thể tích lớn;

Tuy đắt hơn NH3 nhưng dễ kiếm

Nhìn chung, R22 có độ hoàn thiện nhiệt động cao nên đươc sử dụng rộng rãi Vì vậy, chọn môi chất R22 là phù hợp

5.1.2. Chọn môi trường giải nhiệt

Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt vì so với không khí thì giải nhiệt bằng nước có những ưu điểm:

- Hệ số tỏa nhiệt cao hơn nên giải nhiệt tốt hơn, nhanh hơn

- Nhiệt độ nước làm mát sau khi giải nhiệt thấp hơn so với khi giải nhiệt bằng không khí

- Ít chịu ảnh hưởng của thời tiết

§5.2 PHÒNG CẤP ĐÔNG

5.2.1. Thông số cho trước

+ Năng suất lạnh yêu cầu của máy nén:

+ Nhiệt độ và trạng thái của đối tượng làm lạnh:

+ Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt:

• Nhiệt độ nước khi vào bình:

là nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí được tra theo đồ thị I-d với và

độ ẩm , ta có Suy ra:

• Nhiệt độ nước khi ra khỏi bình ngưng:

Ở đây chọn bình ngưng ống chùm nằm ngang nên:

1. Chọn nhiệt độ bay hơi

Nhiệt độ bay hơi được chọn theo công thức:

Suy ra:

Với nhiệt độ , tra bảng hơi bão hòa của R22 trang 320, tài liệu [1],

bằng phương pháp nội suy ta tính được Mpa

Nhiệt độ ngưng tụ được chọn theo công thức:

Ta có :

Suy ra: (chọn 4 vì môi trường làm mát là nước)

Với nhiệt độ , tra bảng hơi bão hòa của R22, trang 320, tài liệu

Tra bảng phụ lục 2, trang 320, tài liệu [1], của hơi bão hòa R22, bằng phương pháp nội suy

ta tính được nhiệt độ hơi nén trung gian là:

Chọn nhiệt độ ống xoắn trong ống trao đổi nhiệt của bình trung gian lớn hơn nhiệt độ lỏng trong bình trung gian khoảng Khi đó, nhiệt độ lỏng trong ống xoắn trao đổi nhiệt là:

Nhiệt độ quá lạnh là nhiệt độ môt chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu Nhiệt độ quá lạnh càng thấp, năng suất lạnh càng lớn, vì vậy người ta cố gắng hạ nhiệt độ quá lạnh xuốngcàng thấp càng tốt

Ở đây, độ quá lạnh sẽ bằng: ( là độ quá lạnh khi đi qua bình trung gian nhiêt độ quá lạnh lớn hơn nhiệt độ trung gian 3)

Nhiệt độ quá nhiệt là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén Nhiệt độ hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất Để đảm bảo máy nén không hút lỏng về gây hiện tượng thủy kích thì người ta bố trí thiết bị hồi nhiệt trước khi môi chất lỏng vào máy nén Độ quá nhiệt của từng loại máy nén và đối với từn loại môi chất có khác nhau

Với là độ quá nhiệt hơi hút, đối với môi chất lạnh R22 thì

Suy ra:

a. Sơ đồ nguyên lý chu trình lạnh

BH

BTG TL1

TL2 NT

3 4

5

5'

1 2

s

2

4 3

1'

5 6 7 6' 5'

Các quá trình của chu trình:

1’ – 1 : quá nhiệt hơi hút về máy nén;

1 – 2 : nén đoạn nhiệt cấp hạ áp từ P0 lên Ptg;

2 – 3 : làm mát hơi quá nhiệt hạ áp xuống đường hơi bão hòa có x = 1;

3 – 4 : nén đoạn nhiệt cao áp từ Ptg lên Pk;

4 – 5 : ngưng tụ đẳng áp, đẳng nhiệt;

5 – 5’ : tiết lưu từ Pk xuống Ptg;

5’ – 6 : quá lạnh đẳng áp trong bình trung gian;

6 – 6’ : tiết lưu từ áp suất Pk xuống P0;

6’ – 1’ : bay hơi nhận nhiệt của môi trường cần làm lạnh

c. Nguyên lý làm việc

Hơi (điểm1’) sau khi qua bộ hồi nhiệt trở thành hơi quá nhiệt (điểm 1) được hút về máy nén hạ áp, nén đoạn nhiệt lên áp suất trung gian Ptg (điểm 2) rồi được sục vào trong bình trung gian và được làm mát hoàn toàn thành hơi bão hòa khô Hỗn hợp hơi bão hòa khô

(điểm 3) được hút về máy nén cao áp, được nén đoạn nhiệt lên áp suất ngưng tụ Pk (điểm 4),sau đó đi vào thiết bị ngưng tụ, nhả nhiệt đẳng áp cho môi trường làm mát, ngưng tụ thành lỏng sôi (điểm 5) rồi đi vào bình trung gian, được phân li thành hai dòng:

+ Một dòng nhỏ đi qua van tiết lưu 1 (TL1), giảm áp xuống áp suất trung gian thành hơi

ẩm (điểm 5’) rồi đi vào bình trung gian phân li thành hơi bão hòa khô (điểm 3) và lỏng sôi

hơi nén trung áp và do quá lạnh lỏng đi trong ống trao đổi nhiệt được hút về máy nén cao áp.

+ Dòng lỏng sôi (điểm 5) còn lại đi qua ống trao đổi nhiệt của bình trung gian, được quá lạnh đẳng áp thành lỏng chưa sôi (điểm 6), lỏng chưa sôi (6) đi qua van tiết lưu 2 (TL2)

giảm áp xuống áp suất bay hơi P0 (điểm 6’) rồi đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt của đối tượng cần làm lạnh, hóa hơi đẳng áp, đẳng nhiệt thành hơi bão hòa khô (1’) và chu trình cứ thế tiếp tục

d. Lập bảng thông số các điểm nút

Thông số

t [] [bar] P [m3v /kg] [kJ/kg] i

s [kJ/kgK ]

∗ Xét 1 kg môi chất qua thiết bị bay hơi

+ Tính lượng hơi tạo thành do quá lạnh lỏng cao áp đi trong ống trao đổi nhiệt

+ Tính lượng hơi tạo thành do làm mát trung gian hoàn toàn 1 kg hơi trung áp

+ Tính lượng hơi tạo thành khi đi qua van tiết lưu

∗ Nhiệt lượng nhận được thực tế tại thiết bị bay hơi

∗ Lưu lượng thực tế qua máy nén hạ áp

∗ Lưu lượng thực tế qua máy nén cao áp

∗ Nhiệt thải ra của bình ngưng

∗ Nhiệt lượng thải ra cho môi trường làm mát ở thiết bị ngưng tụ