Thiết kế hệ thống lạnh cho nhà máy thủy hải sản

Thiết kế hệ thống lanh, Cách Nhiệt Kho Lạnh, Hệ thống trữ đông tôm, Tính Toán Cách Nhiệt Cách Ẩm, Cấu tạo nền kho lạnh, Tính Toán Cân Bằng Nhiệt

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ THỂ TÍCH VÀ MẶT

BẰNG KHO LẠNH.



1/Quy hoạch mặt bằng kho lạnh:

1.1/Yêu cầuu đối với quy hoạch mặt bằng kho lạnh 1 tầng:

- Phải bố trí các buồng lạnh phù hợp dây chuyền công nghệ Sản phẩm

đi theo dây chuyền không gặp nhau Các cửa ra buồng chứa phải quay ra hành lang Cũng có thể không cần hành lang nhưng sản phẩm theo dây

chuyề không được đi ngược

- Quy hoạch phải đạt chi phí dầu tư là bé nhất Cần phải sử dụng rộng rãi các cấu kiện tiêu chuẩn, giảm đến mức thấp nhất các diện tích phụ

nhưng phải đảm bảo tiện nghi Giảm công suất thiết bị đến mức thấp nhất

- Quy hoạch mặt bằng cần phải đảm bảo sự vận hành tiện lợi và rẻ

đồ lớn hơn với việc cấp lỏng từ dưới lên

- Mặt bằng kho lạnh phải đảm bảo kĩ thuật an toàn phòng cháy chữa

Quan trọng tương tự là việc cấp điện đến công trình, giá điện và giá xây

lắp công trình Phải chú ý làm sao giảm tiêu tốn điện năng đến mức thấp

nhất

1.4 /Nơi bốc xếp.

Trước sân phải chú ý thiết kế cho việc bốc dỡ hàng với số lượng cao

nhất Đồng thơi đảm bảo đến các mặt hàng kho lạnh không ảnh hưởng đến thời gian bốc xếp Dọc theo chiều dài kho cần bố trí hiên tàu hỏa Nếu kho lạnh gần bến cảng phải bố trí thêm cầu cảng của kho để có thể bốc xếp trực tiếp sản phẩm từ tầu vào kho tránh phải dùng phương tiện vận chuyển trung gian

Chương 2: Cấu Trúc Xây Dựng Và Cách

2.2/Kích thước phòng trữ đông:

Kho Lạnh Trữ Đông:

Sản phẩm sau khi cấp đông trải qua quá trình mạ băng và đóng gói sản phẩm, nhiệt độ trung bình của sản phẩm sẽ bị thay đổi Do đó cần qua thiết bị cấp đông bổ sung làm cho nhiệt độ trung bình của sản phẩm đạt được -20oC Sau đó sản phẩm được đưa vào kho trữ đông

để bảo quản được lâu dài

Việc tính toán và thiết kế hệ thống trữ đông đóng vai trò quan trọng trong dây chuyền chế biến và đông lạnh thuỷ sản Quá trình bảo quản thực phẩm làm cho thực phẩm kéo dài hạn sử dụng và giúp cho quá trình điều phối sản phẩm một cách liên tục và bảo đảm trong từng thời kỳ khác nhau

1/Tải trọng sản phẩm:

Tiêu chuẩn xếp sản phẩm ở phòng bảo quản [Phụ Lục 3 - Công Nghệ Lạnh Thuỷ Sản - Nguyễn Đức Ba - Nguyễn Văn Tài] ta có tải trọng của sản phẩm:

3/Diện tích chất tải F ct : [m 2 ]

Kho trữ đông được lắp ghép từ những tấm panel tiêu chuẩn:

Kho trữ đông một tầng và việc lựa chọn chiều cao chất tải phụ thuộc vào bề dày cách nhiệt và không gian lắp đặt cánh hướng gió để tuần

hoàn không khí lạnh nên ta chọn chiều cao kho lạnh là h = 6m và chiều cao chất tải là h ct = 5m.

Như vậy diện tích chất tải là:

T

ct

XD = βTrong đó: βT hệ số sử dụng diện tích Tra bảng 2.4-[HDTKHTL] ta được:β =T 0.75

Như vậy:

( )2

142 190 0.75

ct XD T

Chọn z= 3

Vậy diện tích cần xây dựng là :3 72 216 m× = ( )2

Do việc sản xuất panel theo một dạng tiêu chuẩn nên ta chọn diện tích kho lạnh là chiều dài x chiều rộng :(18 12 m× )

Chương 3: Tính Toán Cách Nhiệt Cách Ẩm



3.1/Cách nhiệt cách ẩm kho trữ đông:

1/Tính cách nhiệt tường kho lạnh:

−

=

⇒

+ + +

cn

cn cn n

i i i

k

k

2 1

1

1 1

1 1

1 1

1

α λ

δ α

λ δ

α λ

δ λ

δ α

K :hệ số truyền nhiệt; Hệ số truyền nhiệt k phụ thuộc vào nhiệt của kho

lạnh, nhiệt độ của kho lạnh là -20oC nên theo bảng 3-3 [ HDTKHTL]ta chọn k = 0,21

W

2

1 = 23 , 3 α

Chọn chiều dày cách nhiệt là 200mm

Hệ số truyền nhiệt thực tế của vách :

m K

W Kt

Kiểm tra động sương cho tường kho lạnh:

Khi nhiệt độ bên ngoài nhỏ hơn nhiệt độ đọng sương của không

khí thì bề mặt ngoài của vách sẽ bị đọng sương Để tránh hiện

tượng đọng sương bên ngoài vách thì nhiệt độ bên ngoài vách phải thoả mãn điều kiện sau: t s <t w1 Trong đó tw1 là nhiệt độ bề mặt ngoài của vách Hay ta có:

s

s k t t

t t

1 1 95 ,

độ điểm sương của không khí là:31oC

m K

−

− −

Như vậy ta có k t <k s nên vách ngoài kho lạnh không bị đọng

sương

**Kiểm tra đọng ẩm cho cơ cấu cách nhiệt :

Ta có mật độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiệt :

Số thứ tự Tên vật liệu Bề dày(δ ),m Hệ số dẫn nhiệt(

3 Lớp cách nhiệt điền đầy :VL

?

Vì mái bằng và t b = − 20 oC

Từ bảng 3-3 (HDTKHTL) ta có:K=0.2

♦ Cấu tạo nền kho lạnh:

1 1

α λ

δ λ

δHay:

[ ]3

(Vì nền có sưởi điện nên ta chỉ tính các lớp phái trên lớp có sưởi)

Vậy chiều dày lớp cách nhiệt có thể chọn 1000mm

Hệ số truyền nhiệt thực của nền :

2 3

0, 2 0,05 0,15 1 0,12 1 1

Chương 4: Tính Toán Cân Bằng Nhiệt



4.1/Tính nhiệt kho trữ đông:

Tính nhiệt kho lạnh:

Tính nhiệt kho lạnh là tính toán các dòng nhiệt từ môi trường bên ngoài

đi vào kho lạnh Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có

đủ công suất để thải nó lại môi trường nóng, đảm bảo cho sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa buồng lạnh và không khí bên ngoài

Mục đích của việc tính toán nhiệt này là để xác định năng suất lạnh của máy nén lạnh cần lắp đặt

Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh được xác định bằng biểu thức sau:

[ ]W Q

Q Q Q Q

Q= 1+ 2 + 3 + 4 + 5Trong đó:

Q1 là dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của buồng lạnh;

Q2 là dòng nhiệt do sản phẩm toả ra trong quá trình xử lý;

Q3 là dòng nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió buồng lạnh;

Q4 là dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh;

Q5 là dòng nhiệt toả ra khi sản phẩm hô hấp;

1.1/Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của buồng lạnh Q 1 :

Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua tường bao che, trần và nền,do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong cộng với các dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tường bao và trần

12 11

Q là dòng nhiệt qua nền kho lạnh

1.2/Dòng nhiệt qua vách tường bao kho lạnh:

(t t ) [ ]W F

k

11 = −

11 = −Trong đó:

2 0,156

t

W k

1.4/Dòng nhiệt qua nền kho lạnh:

Do nền kho lạnh được sưởi nên dòng nhiệt qua nền kho lạnh đựơc tính theo công thức sau:

F =   m là diện tích nền kho lạnh

0 40

2

1 2

Q là dòng nhiệt do bao bì toả ra

2.1/Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra:

x h h M Q

3600 24

1000

2 1

1000/(24x3600) là hệ số chuyển đổi từ tấn/ngày đêm ra kg/s

h1, h2 là entanpyl của nhiệt độ vào và ở nhiệt độ bảo quản, J/kg

Ta chọn nhiệt độ nhập vào buồng là :-8 oC Nhiệt độ sản phẩm xuất

ra khỏi buồng = với nhiệt độ trong buồng là -20 oC.Tra bảng 4-2 sách HDTKHTL ta có

2.2/Dòng nhiệt do bao bì toả ra:

Dòng nhiệt toả ra từ bao bì:

x t t C M

3600 24

1000

Cb là nhiệt dung riêng của bao bì

Chọn bao bì là bìa cactông nên 450

.

b

J C

3/Dòng nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió buồng lạnh Q 3 :

Vì sản phẩm bảo quản là tôm nên không cần thông gió vì vậy Q3 = 0

4/Dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh Q 4 :

[ ]W Q Q Q Q Q

4

4 4

3 4

2 4

1 4

Q2 350

4 =Diện tích phòng 360m2nên ta chọn 4 người làm trong phòng.[Trang 86- HDTKHTL]

[ ]W x

Q4

4 =Với B= 8;F = 360m2là dòng nhiệt riêng khi mở cửa;[Bảng 4-4 -HDTKHTL]

5/Dòng nhiệt toả ra khi sản phẩm hô hấp Q 5 :

6/Phụ tải nhiệt thiết bị:

Tải nhiệt cho thiết bị là tải nhiệt dùng để tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt thiết bị bay hơi Công suất giải nhiệt yêu cầu của thiết

bị bao giờ cũng phải lớn hơn công suất máy nén, phải có hệ số dự trữ nhằm tránh những biến động có thể xảy ra trong quá trình vận hành

Vì thế tải nhiệt cho thiết bị được lấy bằng tổng của tất cả các tổn thất nhiệt:

[ ]

0TB 62726,9

7/Phụ tải nhiệt cho máy nén:

Do các tổn thất nhiệt trong kho lạnh không đồng thời xảy ra nên công suất nhiệt yêu cầu thực tế sẽ nhỏ hơn tổng các tổn thất nhiệt Để tránh lựa chọn máy nén có công suất lạnh quá lớn, tải nhiệt của máy nén được tính theo "Tiêu chuẩn thiết kế kho lạnh" như sau:

Q k

Q = .∑ MN

0Trong đó:

b = 0,9 là hệ số thời gian làm việc của kho lạnh [Trang 92 – HDTKHTL]

k :là hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh:

5.1/Tính tốn chu trình lạnh và chọn máy nén

cho hệ thống trữ đơng

Mơi chất sử dụng là R22.

I Chọn phương pháp làm lạnh

Có nhiều phương pháp làm lạnh buồng và xử lý sản phẩm , đối với phòng làm đông, để hợp lý nhất ta chọn phương pháp làm lạnh trực tiếp , tức là làm lạnh buồng lạnh bằng dàn bay hơi đặt trực tiếp trong dàn lạnh Môi chất lạnh lỏng sôi thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh để hạ nhiệt độ của môi trường cần làm lạnh xuống nhiệt độ yêu cầu Để giảm ảnh hưởng đến sản phẩm khi làm lạnh ta chọn dàn bay hơi là loại dàn đối lưu không khí tự nhiên

* Các ưu nhược điểm của hệ thống làm lạnh trực tiếp

a Ưu điểm.

- Thiết bị đơn giản vì không cần vòng tuần hoàn phụ

- Tuổi thọ cao vì không phải tiếp xúc với chất tải lạnh gây ăn mòn, han

rỉ

- Tổn thất năng lượng nhỏ

- Tổn hao lạnh khi khởi động nhỏ ,nghĩa la ølàm lạnh trực tiếp thời gian từ khi mở máy đến lúc nhiệt độ đạt yêu cầu nhanh hơn

- Có thểû giám sát nhiệt độ buồng lạnh qua nhiệt độ sôi của môi chất

b nhược điểm.

Ngoài những ưu điển đã nói ở trên thì phương pháp làm lạnh trực tiếp cũng có những nhược điểm như sau:

- Là hệ thống lạnh trung tâm phân bố ra nhiều phòng sử dụng lạnh nên lượng môi chất nạp vào máy sẽ phải lớn , khả năng rò rỉ môi chất lớn mà khả năng tìm ra chỗ rò rỉ để xử lý lại khó khăn

- Do các dàn bay hơi bố trí ở các phòng lạnh xa nhau nên khó khăn cho việc cấp lỏng và tổn thất áp suất lớn

- Với nhiều dàn lạnh nên việc phân phối đều môi chât gặp khó khăn , khả năng máy rơi vào hành trình ẩm cao

- khả năng trữ lạnh của dàn lạnh kém hơn so với làm lạnh gián tiếp , khi máy dừng hoạt động thì dàn lạnh cũng hết lạnh nhanh chóng

II Môi chất sử dụng trong hệ thống lạnh

Môi chất được chọn sử dụng trong hệ thống lạnh của kho bảo quản đông này là R22 , có công thức hóa học là CHClF2.Mơi chất R22 (HCF22)là một trong những gas lạnh truyền thống quan trọng nhất dược sử dụng rộng rẫi trong các máy lạnh cơng nghiệp và đặc biệt là điều hịa khơng khí, thuộc nhĩm HCFC, cĩ ODP và GWP nhỏ nên được xem là gas lạnh quá độ.Ở nước ta R22 được sử dụng đến năm 2040 ,các máy nạp R22 được sử dụng đến hết tuổi thọ máy.Trong tương lai R22 dự định được thay thế bởi R407C, R410A

• Các tính chất của R22

-Ở áp suất khí quyển (750mmHg) sơi ở nhiệt độ –40,80C,cĩ áp suất trung bình giống amoniac nhưng ưu điểm là cĩ tỷ số nén nhỏ hơn.Với hai cấp nén cĩ thể đạt nhiệt độ sơi từ -60 đến -750C.Cĩ thể sử dụng cho các loai máy nén piston, trục vít, roto và xoắn ốc Ở nhiệt độ thấp cĩ thể dùng cho

máy nén tuabin Trong thực tế R22 không những được sử dụng cho các hệ thống máy lạnh mới mà còn dùng để thay thế cho các hệ thống R12 và R502 Khi thay thế cho R12 năng suất lạnh tăng 60%,còn với R502 thì giảm 20%.

-R22 là môi chất lạnh an toàn, không cháy, không nổ, ổn định về nhiệt động và hóa học, phù hợp với hầu hết các vật liệu chế tạo máy như kim loại đen, kim loại màu, và các phi kim loại Tuy nhiên nó làm trương phồng các plastic, elastome, các loại cao su tổng hợp nên phải thận trọng khi sử dụng

-R22 hòa tan được các dầu khoáng.Nhưng ở nhiệt độ thấp có khoảng

nó không hòa tan hoàn toàn,nên phải trang bị thêm bình tách dầu hoặc dùng các loại dầu bán tổng hợp thích hợp

Tk

23

3'

Pk

Po

1 TBBH 4

2 6

36 4 40

w w w w

p p

π = = = < do đó ta chọn chu trình quá lạnh quá nhiệt 1 cấp.Sự quá lạnh quá nhiệt xảy ra ở thiết bị hồi nhiệt

Nhiệt độ quá lạnh :t ql =t w1 + −(3 5)oC= 36 4 40 + = oC

Nhiệt độ quá nhiệt:∆t qn = 20 oC

Tacó:∆h11 ' = ∆h33 '

5.2/ Thông số các điểm nút:

Điểm nút

Nhiệt

độ, oC

Ap suất, bar

Thể tích riêng,

145 966,67 0,15

q l

T

− +

+ Công suất ma sát :

Vớiη ηtd; el chon theo sách HDTKHTL/185

Công suất lắp đặt động cơ :

Cao 0,89m

Khối lượng 1000kg

Chương 6: Tính Toán Thiết Bị Ngưng Tụ Và

Thiết Bị Bay Hơi

Chọn bình ngưng ống vỏ nằm ngang làm mát bằng nước

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ:

[ ]2

; t m k

Q F

min max

ln

t t

t t

Do đó:

0 max min

max min

9 5

6,8 9 ln ln

20,38

k tb

Lưu lượng nước tiêu tốn làm mát bình ngưng :

ρ = :Khối lương riêng của nước

∆t n: Độ tăng nhiệt độ trong TBNT

Chọn bình ngưng ống vỏ Freon như sau:Tra bảng 8-3(HDTKHTL) :Kiểu Diện tích

bề mặt

ngồi,

m2

Đường kính ống

vỏ, mm

Chiều dài ống, m

Số ống Số lối Tải nhiệt

max, kW

Nguyên lý cấu tạo thiết bị ngưng tụ

1 đường nối van an toàn

2 Ống nối đường ống cân bằng với bình chứa

3 Hơi R22 vào

4 Aùp kế

5 Đường nối van xả khí không ngưng

6 Van xả khí ở khoang nước

7 Đường nước làm mát ra

8 Đường nước làm mát vào

9 Van xả nước

6.2/Thiết bị bay hơi:

+Dàn bay hơi cưỡng bức cho hệ thống trữ đông:

Q

∆

= 0

∆ là hiệu nhiệt độ trung bình logarit

Chọn chè độ kk vào và ra khỏi dan bay hơi là :t v = 37 ; oC t r = − 15 oC

ln 15

Vớic kk = 1( /kj kg kk ) :là nhiệt dung riêng của không khí

ρ =kk 1,15 → 1,5(kg m/ 3) :Khối lương riêng của kk

∆t kk: Độ chênh lệch nhiệt độ vào và ra TB

+Với F=144,5 m2 tra bảng 8-14 (HDTKHTL) ta chọn 8 dàn quạt lanh ký hiệu 2BO20.mỗi dàn quạt có các thông số như sau

♦ Chọn dàn quạt Freon như sau:

Fng m2 Chiều

dài, m

Chiều rộng, m

Chiều cao, m

Lưu lượng không khí,kg/h

Số quạt gió

Công suất quạt gió kW

Chương 7: Tính Chọn Đường Ống, Bơm,

Lưu lượng nước định mức 5,4(l/s)

Chiều cao tháp(tính cả mô tơ) 1932mm

Đường kính ống nối nước vào 80mm

Đường kính ống nối nước ra 80mm

Đường kính ống van phao 15mm

Khối lượng ướt 290kg

Độ ồn dbA 55

tràn; 12 van xả đáy; 13 Đường cấp nước với van phao; 14 Bơm nước.

PI – Aùp kế ; TI – Nhiệt kế

7.2.1/Bình chứa cao áp trữ đơng:

Theo quy định về an tồn thì bình chứa cao áp phải chứa được 30% thể

tích của tồn bộ hệ thống dàn bay hơi (tất cả dàn tĩnh và dàn quạt)trong hệ thống lạnh cĩ mơi chất cấp từ trên và 60% thể tích dàn trong hệ thống lạnh cấp lỏng từ dưới lên khi vận hành mức lỏng của bình cao áp chỉ được phép chốn 50% thể tích bình

+Sức chứa bình chứa cao áp được tính theo cơng thức:

- Đối với hệ thống cấp mơi chất từ trên :

.1, 2 0, 7 0,7 0, 224 0,157( / ) 0,5

d

Bình ngưng

-1,2 hệ số an tồn.

Nguyên lý cấu tạo bình chứa cao áp

1 Thân bình ; 2 Ống lỏng ra ; 3 Cân bằng hơi ; 4 Aùp kế ;

5 Nối van an toàn ; 6 Lỏng vào ; 7 Xả khí; 8 Ống thủy ;

9 chân bình.10 xả dầu , 11 xả cặn

7.2.2/Bình tách lỏng:

Bình tách lỏng bố trí trên đường hút máy nén để bảo vệ máy nén khơng

hút phải lỏng Trong các hệ thống lạnh hiện đại ,bình tách lỏng được trang

bị các thiết bị tự động ngắt mạch, ngừng máy nén khi mức lỏng trong bình lên đến mức nguy hiểm Trong hệ thống lạnh cĩ bơm tuần hồn va khơng bơm tuần hồn khi cấp lỏng cho các dàn lạnh bằng tín hiệu hơi quá nhiệt thì trong bình tác lỏng khơng cĩ lỏngvì tồn bộ lỏng rơi vào bình sẽ chảy về bình chứa

Người ta chọn bình tách lỏng thoe ống nối vào đường hút của máy nén.Mỗi một chế độ nhiệt độ cần ít nhất 1 bình tách lỏng

Áp suất tối đa cho phép của bình tách lỏng là 1,5MPa, nhiệt độ từ -50 đến 40°C

Nguyên lý cấu tạo bình tách lỏng

1 thân bình

2 Đường hơi khô về máy nén

3 Đường hơi và đường ẩm vào từ dàn bay hơi

4 Từ van tiết lưu vào

5 Xả dầu

6. Lỏng quay về dàn bay hơi.

Chọn bình tập trung dầu

Bình tập trung dầu dùng để gom dầu từ bình tách dầu , bầu dầu của bình ngưng , bình chứa , bình bay hơi , bình tách lỏng … để giảm tổn thất và giảm nguy hiểm khi xả dầu từ áp suất cao Bình thường có dạng hình trụ đặt đứng hoặc nằm ngang , có đường nối với đường hút về máy nén và đường xả đầu được trang bị áp kế

Dầu được xả về nhờ chênh lệch áp suất khi xả dầu từ trong bình

ra

ngoài , áp suất trong bình chỉ được phép cao hơn áp suất khí quyển chút

ít , áp suất cao nhất cho phép trong bình là 1,8MPa nhiệt độ từ -40÷1500C

Bình tách dầu chọn theo số lượng , kích thước các thiết bị và lượng dầu có trong hệ thống lạnh

Nguyên lý cấu tạo bình tập trung dầu

1-thân bình , 2 – ống lấy dầu , 3 – bộ lọc dầu , 4 – đường nối về ống hút ,

5 – đường nối về máy nén , 6 đường nối dầu vào , 7 – nối áp kế ,