Tài liệu thiết kế hệ thống lạnh cho xí nghiệp, chương 13 doc

QII : Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ của không khí trong tủ.. Q2: Nhiệt lượng cần lấy đi từ sản phẩm để làm kết tinh nước trong sản phẩm Q3: Nhiệt lượng cần lấy ra để làm giảm nhiệt đ

Q   Q  Q 

Chương 13: Tính kiểm tra năng suất lạnh của

máy nén

Mục đích của tính kiểm tra là xem máy nén có đủ năng suất lạnh khi làm việc ở điều kiện thực tế không

Đối với hệ thống cấp đông băng chuyền lưới thẳng, sau khi tính toán năng suất

lạnh của máy nén nếu thoả mãn điều kiện sau là được

QI  QII

 QIII





Trong đó:

Qmn : Năng suất lạnh của máy nén

theo thiết kế

QI: Chi phí lạnh cho quá trình

làm đông

QII : Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ của không

khí trong tủ

QIII : Nhiệt lượng lấy ra từ băng

chuyền QIV : Nhiệt độ xâm

nhập từ môi trường QV : Nhiệt

lấy ra từ động cơ

β :Là hệ số dự phòng khi nhiệt độ môi trường tăng quá cao hay nhiệt tải dàn lạnh có thể khai thác lớn hơn so với thiết kế, khấu hao do dòng nhiệt xâm nhập qua khoảng không nạp và tháo liệu, ta chọn β=1,2

3.2.1 Chi phí lạnh cho quá trình làm đông.

QI =Q1 +Q2 + Q3+ Q4 + Q5 Q1: Nhiệt lượng cần lấy đi từ sản phẩm để làm giảm nhiệt độ trước khi có sự đóng băng của nước trong nó

Q2: Nhiệt lượng cần lấy đi từ sản phẩm để làm kết tinh nước trong sản phẩm

Q3: Nhiệt lượng cần lấy ra để làm giảm nhiệt độ của nước đã đóng băng đến nhiệt độ cuối cùng của quá trình

Q4: Nhiệt lượng cần lấy đi để làm giảm nhiệt độ của nước không đóng băng trong

sản phẩm đến nhiệt độ cuối quá trình làm đông

Q5: Nhiệt lượng cần lấy đi để làm giảm nhiệt độ phần chất khô trong sản phẩm

tới nhiệt độ cuối quá trình làm đông

Ta có : - Nhiệt độ ban đầu của sản phẩm trước khi vào cấp đông là t1 =150C

- Nhiệt độ bề mặt sản phẩm cuối quá trình làm đông là tb = – 300C

- Nhiệt độ trung tâm sản phẩm cuối quá trình làm đông tt = – 180C

- Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cuối quá trình làm đông :

ttb  tb tt 

2

  18  30  240 C

2

Hệ thống băng chuyền của công ty dùng để sản xuất các mặt hàng tôm PTO, PD, đông rời IQF và các loại sản phẩm khác Ở đây ta lựa

chọn mặt hàng tôm để tính toán Cỡ tôm lớn nhất cần cấp đông là cỡ 8-12 Mỗi giờ băng chuyền vận chuyển được khối lượng sản phẩm G =

500 kg tôm

a Nhiệt lượng cần lấy đi từ sản phẩm để làm giảm nhiệt độ sản phẩm trước

khi có sự đóng băng của nước trong nó.

Q1 =C1 Gbc.(t1 – tdb ) Trong đó:

C1: Nhiệt dung riêng của sản phẩm trước khi có sự đóng băng nước

C  C '

 C

'' (1)

C’: Nhiệt dung riêng của nước: C’ =

4,186 KJ/kg.K C’’: Nhiệt dung riêng của

chất khô

C’’ =1,045 1,463 KJ/kg.K

Chọn C’’ =1,4 KJ/kg.K

 = 80%: Hàm lượng nước trong sản phẩm

C1 = 4,186.0,8 +1,4.(1-0,8) = 3,63 KJ/kg.0C

Gbc: Khối lượng sản phẩm cấp đông trong một giờ

G =500 kg/h t1 =15 oC : Nhiệt độ trung bình của sản

phẩm trước khi cấp đông

tdb = -1,5oC : Nhiệt độ đóng băng trung bình của nước trong sản phẩm

Q1 = 3,63 500.[15 –(-1,5)] =29947,5 (KJ/h.)

b Nhiệt lượng cần lấy đi để làm nước trong sản phẩm kết tinh.

Q2 =L.Gbc.W.



Trong đó:

L =333 KJ/kg: Nhiệt đông đặc của nước

Gbc: Khối lượng sản phẩm cấp đông trong một giờ G =500 kg/h

=80%: Hàm lượng nước trung bình trong sản phẩm

W = 90%:Tỷ lệ nước đóng băng so với lượng nước ban đầu trong sản phẩm

Q2 =333.500 0,9.0,8 =119880 (KJ/h)

c Nhiệt lượng cần lấy ra để làm giảm nhiệt độ của nước đã đóng băng đến

nhiệt độ cuối quá trình làm

đông.

Q3 =C3 Gbc..W (tdb –ttb)

Trong đó:

C3 = 2,09 kj/kg.K : Nhiệt dung riêng của nước đá.

Gbc: Khối lượng sản phẩm cấp đông trong một giờ: G =500 kg/h

W = 90%: Tỷ lệ nước đóng băng trong sản phẩm so với lượng nước ban đầu trong nó

tdb = -1,5oC : Nhiệt độ đóng băng của nước trong sản phẩm

ttb = - 240C: Nhiệt độ trung bình của sản phẩm cuối quá

trình làm đông Q3 =2,09.500.0,8.0,9 [-1,5 –(-24)]

=16929 (KJ/h)

d Nhiệt lượng cần lấy đi để làm giảm nhiệt độ của nước không đóng băng trong thực phẩm đến nhiệt độ cuối quá trình làm đông.

Q4 =C4 Gbc .(1 – W) (tdb –ttb )

Trong đó :

C4 =2,9 KJ/kg.K: nhiệt dung riêng của nước

trong sản phẩm Q4 =2,9 500.0,8.(1 –0,9).[-1,5 –

( -24)] = 2610 (KJ/h)

e Nhiệt lượng cần lấy đi để làm giảm nhiệt độ phần chất khô xuống cuối

quá trình làm

đông.

Q5 = C’’ Gbc.(1 - ).(tdb –ttb )

Trong đó:

C’’ =1,4 Kj/kg.K: Nhiệt dung riêng của

chất khô Q5 =1,4 500.(1 – 0,8) [-1,5 –

(-24)] = 3150 (KJ/h)

Vậy QI = 29947,5 + 119880 +16929 +2610 +3150 =172516,5 (KJ/h)

3 2.2 Nhiệt lượng lấy ra để làm lạnh không khí trong tủ.

Trong tủ đông có rất nhiều thiết bị như dàn lạnh, quạt, băng chuyền… các thiết bị đó chiếm một diện tích trong tủ, còn lại là không khí Không khí chiếm khoảng 60% không gian trong tủ

Trong

đó:

QII = Ckk

Gkk t kk

= Ckk Vkk kk tkk

Ckk =1,013 kj/kg.K: Nhiệt dung riêng của không khí

t kk : Độ chênh nhiệt độ giữa nhiệt độ ban đầu và nhiệt độ cuối

quá trình làm

đông của không khí trong tủ.

o

tkk = td – tc = 20 - (-38) = 58 C

Vkk: Thể tích của không khí trong tủ: Vkk = 0,6Vtt Xác định Vkk:

Ta có kích thước bên ngoài của tủ:

- Chiều dài: 12m

- Chiều rộng: 3m

- Chiều cao: 3,3m

- Chiều dày lớp cách nhiệt polyurethan: 0,15m

Vậy kích thước lòng trong của tủ là:

- Chiều dài: 11,7m

- Chiều rộng: 2,7m

- Chiều cao: 3m

Vtủ =11,7.2,7.3 = 94,77 m3 Vkk= 0,6 94,77= 56,86 m3 QII =1,013.56,86.1,52.58 = 5078 (KJ/h)

3.2.3 Nhiệt lượng lấy ra để hạ nhiệt độ của băng chuyền.

QIII =Cbc Gbc

tbc

Trong đó:

Gbc: Lưu lượng khối lượng của băng chuyền

Ta có băng chuyền chạy từ đầu vào đến đầu ra mất 11 phút chiều dài băng chuyền là chiều dài của tủ đông (12m) cộng thêm phần nạp liệu(2,5m) và khúc tháo liệu(0,5m) bằng 15m

Vậy trong một giờ băng chuyền chạy

được 81,8m Khối lượng của 1m băng

chuyền là 5kg

Vậy lưu lượng khối lượng của băng chuyền trong một giờ là:

Gbc= 5.81,8= 409 kg/h

tbc  tbc1  tbc 2 : Độ chênh nhiệt độ giữa nhiệt độ ban đầu và

nhiệt độ cuối quá

trình làm đông của băng chuyền

Nhiệt độ ban đầu của băng chuyền lúc chưa chạy tủ là bằng nhiệt

độ của phòng chế biến tbc1 = 20oC

Nhiệt độ băng chuyền cuối quá tr ình làm đông bằng nhiệt độ của tủ cộng th êm vài độ

tbc 2  t

kk  8o C

 38  8  30o C

tbc  20  (30)  50o C

Cbc =0,394 KJ/Kg.K: nhiệt dung riêng của Inox

QIII =0,394.409.50 = 8057,3 (KJ/h)

3.2.4 Nhiệt xâm nhập từ môi trường bên ngoài qua kết cấu bao che của tủ.

QIV = Qv + Qn + Qc + Qđ

Trong đó :

Qv : Dòng nhiệt xâm nhập

qua vách Qc : Dòng nhiệt

xâm nhập qua cửa

Qn : Dòng nhiệt xâm nhập qua nóc tủ

Qđ : Dòng nhiệt xâm nhập qua đáy tủ

Qv = Kv Fv t

Trong đó

:

Qc = Kc

Fc t Qn =

Kn Fn t

Qđ = Kđ Fđ t

Kv, Kc, Kn, Kđ: Là hệ số truyền nhiệt qua vách, cửa, nóc, đáy tủ

Fv, Fc, Fn, Fđ : Là diện tích của vách, cửa, nóc và đáy tủ

t : Là độ chênh lệch nhiệt độ của không khí trong và ngoài tủ Tủ

đông được đặt

trong phòng chế biến có nhiệt độ tn = 200C Nhiệt độ trong tủ là

nhiệt độ không khí cuối quá trình làm đông tt = -380C

Vậ

y t = 20 – (- 38) = 580C.

- Tính Fc, Fv, Fn, Fđ:

Ta có kích thước bên ngoài

của tủ:

- Chiều dài :

12m

- Chiều rộng:

- Chiều cao:

3,3m Kích thước cửa tủ là:

- Chiều cao:

1,7m

- Chiều rộng: 0,85m

Vậy diện tích cửa tủ là:

Fc = 1,7 0,85

=1,45 m2

Diện tích vách của tủ là:

Fv = (12 3,3).2 + (3.3,3).2 – 1,45 = 97,55 m2

Diện tích của đáy và nóc

tủ là: Fn = Fđ=

12.3=36 m2

- Tính Kc, Kv,

Kn, Kđ:

Tủ đông băng chuyền được bọc cách nhiệt bằng polyurethan Hai bên vách bọc hai lớp thiếc để bảo vệ, giữa các lớp thiếc là lớp nhiệt và cách

ẩm bằng Bôrulin Bên trong còn có các khung thép và cơ cấu chịu lực

- Độ dày lớp Polyurethan của vách bằng của nóc và đáy tủ:δv=

0,175m

- Độ dày lớp Polyurethan của cửa:δc= 0,15m

- Độ dày lớp cách ẩm Bôrulin:δca= 0,005m

- Độ dày lớp thiếc:δth= 0,001m

- Hệ số dẫn nhiệt của Polyurethan:λpoly=0,041 W/m.0C

- Hệ số dẫn nhiệt của cách ẩm:λca= 0,29 W/m.0C

- Hệ số dẫn nhiệt của thiếc:λth= 63,695 W/m.0C

- Hệ số toả nhiệt của không khí ở phía ngoài vách: vì tủ đặt trong phòng chế biến nên ta chọn α1= 20 W/m2.0C

- Hệ số toả nhiệt của không khí phía trong vách: Do vách bên trong không khí đối lưu

cưỡng bức mạnh nên ta lấy α2 =10,5

W/m2.0C

1

1  i  1

1 i 1 i 2

Từ các số liệu trên ta có :

k n  k d  k

v

1  2 

th

1

t

h

1





ca

c

a

v 1

n d

v

Ta có : k c





1  2

20

0,001



63,69 5 1

0,005

0,29

0,17 5 0,04 1

 110, 5 0,226

1 

 2 th

1 th c

a

c

a

c 1

kc

1  2

0,001

20

63,69 5

 0,005



0,2 9

0,1 5 0,04 1

 110,5

2.

Qv = 0,226 97,56 58

=1279 (W) Qc = 0,26 1,45

.58 = 21,9( W)

Qn = Qđ = 0,226 36 58 = 472( W)

Vậy nhiệt lượng do môi trường xâm nhập là :

QIV = 1279 + 21,9 +2 472 = 2444,9 (W) = 2,44 (Kw)

3.2.5 Nhiệt lấy ra do các động cơ quạt toả ra.

Trong

đó:

Qđc =N n, W

N: Công suất động cơ

quạt

n: Số quạt của tủ cấp

đông

Trong tủ bố trí 8 quạt mỗi quạt công

suất 1,5 kW Qđc = 8.1,5 = 12 kW Năng suất lạnh của tủ đông băng

chuyền

Q

0t

172516,5  5078 

8057,3



 2,44  1  1,2  79,2Kw











Bảng 3.1: Kết quả tính toán nhiệt:

STT Dòng

nhiệt

chính

Dòng nhiệt thành phần

Công

(W/m2

K)

F(m2) Nhiệt tải

(kW)

Q3 Q3 =C3 Gbc  .W (tdb

Q5 Q5 = C Gbc (1 -).(tdb –t2 )’’  0,875

Năng suất của tủ đông

79,2(Kw

 Kiểm tra năng suất lạnh của máy nén.

Ta có máy nén chạy cho tủ đông băng chuyền thẳng IQF là máy nén

MYCOM F124WB Tra b ảng máy nén piston hai cấp môi chất lạnh R22 ở điều kiện

tk = 400C

t0= - 450C Ta có Qmn = 127 Kw

Vậy ta thấy Qmn > Q0 là Qdư= Qmn – Q0 = 127 – 79,2 = 47,8 Kw.Lượng

năng suất lạnh dư này có thể đủ cho máy chạy trong điều kiện khắc

nghiệt nhất và có thể tăng thêm một số lượng sản phẩm nhất định để tránh hao phí công suất lạnh của máy nén