Tài liệu đồ án hệ thống lạnh cho nhà máy thủy sản, chương 8 pdf

Mô tơ dẫn động trục quay của máy đá vảy được trang bị bộ điều tốc để có thể điều khiển thay đổi tốc độ của mô tơ truyền động trục quay dao gạt đá để có thể làm ra đá vảy có kích thước dà

CHƯƠNG 8 THIẾT KẾ MÁY ĐÁ VẢY

20 TẤN/NGÀY

4.1/ GIỚI THIỆU MÁY ĐÁ VẢY 20 TẤN/NGÀY

Máy đá vảy loại cối đá đặt đứng với trống cố điịnh và dao quay Phần cối tạo đá có vách đôi được chế tạo bằng thép mạ Crom Dao gạt đá được chế tạo bằng thép không rỉ, có dạng xoắn ốc kiểu trục vít tạo sự chắc chắn, khi dao quay tạo lực ép nhưng không hề ma sát hay tiếp xúc lên bề mặt ống tạo đá và lực tác động lên dao sẽ giảm đi nhiều so với các loại thông thường, làm tăng độ bền thiết bị Mô tơ dẫn động trục trung tâm được gắn trên cối, khi trục trung tâm quay sẽ làm quay dao gạt đá theo kiểu chuyển động vệ tinh Máy đá vảy được thiết kế với cấu trúc để làm ra đá vảy khô đảm bảo hiệu quả làm lạnh cao nhất của đá vảy

Bơm nước được gắn trên thiết bị và đưa nước vào khay phun nước bên trên Nước được phun vào bề mặt ống tạo đá, tạo ra lớp đá trên bề mặt ống và nước còn dư sẽ rơi xuống khay hứng bên dưới bằng thép không rỉ, rồi được bơm tuần hoàn trở lại khay phun nước Hệ thống thu hồi nước được hoạt động rất hữu hiệu

Mô tơ dẫn động trục quay của máy đá vảy được trang bị bộ điều tốc

để có thể điều khiển thay đổi tốc độ của mô tơ truyền động trục quay dao gạt

đá để có thể làm ra đá vảy có kích thước dày mỏng theo ý muốn, giảm tải khi khởi động và tránh hỏng dao hoặc bộ truyền động khi lớp đá quá dày

Kèm theo thiết bị cối tạo đá vảy là bình giử mức ngập dịch, có trang

bị van phao điện từ khống chế mức dịch, van điều chỉnh cấp dịch tự động

4.2/ GIỚI THIỆU KHO CHỨA ĐÁ VẢY 20 TẤN/NGÀY

Kho chứa đá đặt ngay dưới cối đá, có kích thước là :

3600W x 3600D x 3000H (mm)Tường, trần , nền kho đá vảy được lắp ráp bằng các tấm panel cách nhiệt tiền chế, vật liệu cách nhiệt là Polyurethane PU, dày 100 mm Tỷ trọng của tất cả các tấm panel đạt tiêu chuẩn 40  42 kg/m3, hệ số dẫn nhiệt = 0,0180,02 W/m K, độ đồng đều và độ bám cao Bề mặt trong kho được bọc Inox dày 0,6 mm và mặt ngoài của panel kho được bọc tole color – bond dày 0,5 mm

Các tấm panel có gờ âm – dương và được liên kết nhau bằng các móc khoá cam – block ở cả 4 mặt của panel

Ở góc tường được lắp tấm panel góc liền khối 900 với kích thước 600

x 600 mm, để loại bỏ khe hở lắp ghép ở các góc, chống hình thành các ổ vi

sinh, đồng thời tăng thêm độ cứng vững của kho trong suốt thời gian sử dụng.

Kho được trang bị 1 cửa có kích thước 980 mm W x 1980 mm H, cửa kho cách nhiệt bằng Polyurethane dày 100 mm, khung cửa làm bằng nhựa hỗn hợp chịu lạnh sâu, định hình nhập ngoại để tránh cầu nhiệt và nhẹ nhàng khi mở, có độ thẩm mỹ cao Hai mặt trong, ngoài của cửa kho được bọc bằng Inox dày 0,6 mm Cửa có trang bị chốt mở từ bên trong để chống sự cố nhốt người vô ý

4.3/ CHỌN CỐI ĐÁ VẢY

Dựa vào năng suất của máy đá vảy là 20 tấn/ngày ta chọn máy đá cảy của hãng MYCOM có các đặc tính kỹ thuật sau :

- Loại máy : K – 200

- Năng suất : 20 tấn/ngày

- Công suất lạnh : 90000 KCal/h

- Diện tích cối đá : 5,55 m2

- Công suất ngưng tụ : 60 kW

- Công suất mô tơ dao cắt đá : 2,5 kW

Hình 4-1 : Cối đá vảy

4.4/ XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CỐI ĐÁ VẢY

Kích thước cối đá vảy được xác định theo diện tích yêu cầu của cối đá vảy Diện tích trao đổi nhiệt yêu cầu của cối đá được xác định theo công thức sau :

F =  Dt ht , m2Trong đó :

F : Diện tích của cối đá, m2

F = 5,55 m2

Dt : Đường kính trong cối đá, m

ht : Chiều cao bên trong cối đá, m Cối đá vảy có đường kính bao ngoài là 1600 mm, chiều dày lớp cách nhiệt là

100 m,

2 lớp Inox mỗi lớp dày 5 mm, ở giữa là lớp môi chất dày 50mm

Do đó đường kính trong của cối đá sẽ là :

55 , 5 

t D

Hình 4-2 : Câch nhiệt cối đâ vảy

 Kết cấu tường bể nước tuần hoăn tương tự như của thănh cối đâ, tuy nhiín thay vì lớp 5 lă môi chất lạnh thì ở đđy lă nước lạnh tuần hoăn

1 Lớp vỏ inox dày 0,5-0,6mm

6- Vâch 2 lớp 7- Trục vít tạo đâ 8- Mô tơ quay

Hình 4-3 : Cấu tạo bên trong cối đá

4.6/ TÍNH NHIỆT HỆ THỐNG CỐI ĐÁ VẢY

Trong hệ thống lạnh cối đá vảy có các tổn thất nhiệt sau đây:

- Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt Q1

+ Tổn thất nhiệt qua vách cối đá vảy

+ Tổn thất nhiệt vách bể nước tuần hoàn

- Tổn thất nhiệt do làm lạnh nước dá Q2

- Tổn thất nhiệt do mô tơ dao cắt đá tạo ra Q3.

Riêng tổn thất nhiệt ở kho chứa đá khôngtính vì kho chứa chỉ làm nhiệm vụ bảo quản và hệ thống lạnh không làm lạnh cho kho bảo quản

4.6.1/ Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt

Nhiệt truyền qua kết cấu bao che hệ thống lạnh máy đá vảy bao gồm :

+ Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che cối đá Q11+ Tổn thất nhiệt vách bể nước tuần hoàn Q12

Q1 = Q11 + Q12

4.6.1.1/ Nhiệt truyền qua kết cấu bao che cối đá

Tổn thất nhiệt qua thành cối đá gồm tổn thất qua vách đứng và

ở nắp cối đá Quá trình truyền nhiệt ở đây rất khác nhau, cụ thể như sau :

- Ở vách đứng, nhiệt truyền từ môi trường không khí bên ngoài vào môi chất lạnh

- Ở nắp, nhiệt truyền từ môi trường bên ngoài vào không khí bên trong cối đá

 Đối với vách đứng

QD

11 = kt t ht , WTrong đó :

ht : Chiều cao bên trong cối đá, m

ht = 1,38 m

t = tn - tb

tn : Nhiệt độ khôngkhí bên ngoài, 0C

tn = 38 0C

tb : Nhiệt độ của môi chất lạnh, chính là nhiệt độ bay hơi,

0C

tb = - 23 0C

kt : Hệ số truyền nhiệt qua vách đứng cối đá, W/m K

- Vách đứng cối đá hình trụ mà hệ số truyền nhiệt K qua vách trụ nhiều lớp có công thức tổng quát là :

1 ln

2

1

3 2 1

2 1 1

1

1 ln

2

1 ln

2

1

1

1

d d

d d

d1 : Đường kính trong của cối đá không kể lớp môi chất lạnh , m

6 , 1 14 , 3 21

1 4

, 1

6 , 1 ln 02 , 0 14 , 3 2

1 39

, 1

4 , 1 ln 22 14 , 3 2

1 39

x x

x x

= 0,923 W/m K Như vậy :

QD

11 = kt ( tn– tb ) ht , W = 0,923 ( 38 – ( - 23) 1,38

= 77,698 W

 Đối với nắp

QN

11 = kn Fn t , WTrong đó :

Fn : Diện tích nắp cối đá , m2

FN =

4

39 , 1 14 , 3 4

2 2

1 1

1 1

1 , 0 3 , 23 1

1





= 0,193 W/m2 KNhư vậy :

4.6.1.2/ Nhiệt truyền kết cấu bao bể nước tuần hoàn Q 12

- Ở bể nước tuần hoàn quá trình truyền nhiệt thực hiện từ môi trường không khí bên ngoài vào nước lạnh tuần hoàn :

Q12 = kB FB t , WTrong đó :

FB : Diện tích bể nước tuần hoàn, m2

Bể nước tuần hoàn có kích thước là :

Chiều dài bể nước : 1600 + 100 = 1700 mm = 1,7 m

kB =



2 1

1 1

1 1

1 , 0 3 , 23 1

1





= 0,196 W/m2 KThay tất cả vào ta có :

Q12 = 0,196 2,89 ( 38 – 5 )

= 18,692 WVậy tổn thất do truyền nhiệt Q1 sẽ là :

E : Năng suất của cối đá, kg/ngày

E = 20 tấn/ngày = 20000 kg/ngày

24 x 3600 : Qui đổi ngày đêm ra giây, đó là thời gian làm việc

qo : Nhiệt lượng cần làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến

khi đông đá hoàn toàn , kJ/kg

Nhiệt làm lạnh 1kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn

toàn qo được xác định theo công thức:

qo = 4,186 25 + 333,6 + 2,09  8

= 454,97 kJ/kgThay tất cả vào ta có :

Q2 = 20000

3600 24

97 , 454

x = 105,317129 kW = 105317,129 W

4.6.3/ Tổn thất nhiệt do mô tơ dao cắt đá tạo ra Q 3

Mô tơ dao cắt đá được đặt bên ngoài cối đá, vì vậy nhiệt lượng

tạo ra bằng công suất trên trục của mô tơ

Q3 =  N , kWTrong đó :

 : Hiệu suất của động cơ điện

 = 0,8  0,95

N : Công suất mô tơ dao cắt đá, kW

N = 2,5 kWThay vào ta có :

Q3 = 0,85 x 2,5 = 2,125 kW

4.6.4/ Xác định tải nhiệt cho máy nén và năng suất lạnh của máy nén

 Tải nhiệt cho máy nén

QO =

b

Q

K. MN , WTrong đó :

K : Hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết

bị của hệ thống lạnh

Chọn K = 1,07 b: hệ số thời gian làm việc

378 , 106997 07

4.7.1/ Chọn các thông số của chế độ làm việc

Chế độ làm việc của máy đá vảy được đặc trưng bằng bốn nhiệt độ sau :

- Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh to

- Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk

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

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

4.7.1.1/ Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh

- Theo yêu cầu của nhiệm vụ thiết kế thì nhiệt độ sôi của môi chất lạnh dùng để tính toán thiết kế là :

to = - 230C

4.7.1.2/ Nhiệt độ ngưng tụ t k

- Phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ

tk = tw + tk, oCTrong đó :

tw : Nhiệt độ nước tuần hoàn, oC

Do thiết bị ngưng tụ được chọn để thiết kế trong hệ thống lạnh

là thiết bị ngưng tụ kiểu dàn ngưng bay hơi

tk = 39 + (3 5 oC ) chọn 42oC

4.7.1.3/ Nhiệt độ quá lạnh t ql

Là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu

tql = tw1 + (3 5 oC )Trong đó :

tw1 : nhiệt độ nước vào dàn ngưng, oC

tw1 = 30oCThay vào ta có :

tql = 30 + ( 3 5 oC)Chọn tql = 33 oC

th = to + ( 5 15)oC = -23oC + ( 5 15)oCChọn th = -18oC

4.7.2/ Thành lập sơ đồ và tính toán chu trình lạnh

Do sử dụng môi chất là NH3 nên nhiệt độ cuối tầm nén khá cao vì vậy người ta sử dụng máy nén 2 cấp cho cối đá vảy trong hệ thống NH3

Ta nhận thấy :

Po ( to = - 23oC ) = 0,1661 MPa

Pk ( tk = 42 oC) = 1,6429 MPa

Do đó ta có :

Tỷ số nén 9 , 891

1661 , 0

6429 ,

p



Ta thấy tỷ số nén  = 9,891 > 9

Vì vậy ta chọn chu trình lạnh máy nén 2 cấp làm mát trung gian

hoàn toàn bình trung gian có ống xoắn

2

4T

Hình 4-5 : Chu trình biểu diễn trên đồ thị T-S

Hình 4-6 : Chu trình biểu diễn trên đồ thị lgP-h

1/ Chu trình hoạt động như sau

to,Po

tK,PK

h3

lg P

Hơi sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi được máy nén hạ áp nén đoạn nhiệt đến áp suất trung gian (điểm 2) rồi được sục vào bình trung gian và được làm mát hoàn toàn thành hơi bão hoà khô, hỗn hợp hơi bão hoà khô tạo thành ở bình trung gian được máy nén cao

áp hút về và nén đoạn nhiệt đến áp suất ngưng tụ PK (điểm 4) Sau

đó đi vào thiết bị ngưng tụ và nhả nhiệt trong môi trường làm mát ngưng tụ thành lỏng cao áp (điểm 5) Tại đây nó chia ra làm 2 dòng, một dòng nhỏ thì đi qua van tiết lưu 1 giảm áp suất đến

áp suất trung gian Ptg

(điểm 7) rồi đi vào bình trung gian Tại đây lượng hơi tạo thành do van tiết lưu 1 cùng với lượng hơi tạo thành do làm mát hoàn toàn hơi nén trung áp và lượng hơi tạo thành do làm quá lạnh lỏng cao

áp trong ống xoắn được hút về máy nén cao áp Một dòng lỏng cao áp còn lại đi vào trong ống xoắn của bình trung gian và được quá lạnh đẳng áp đến điểm 6 sau đó đi qua van tiết lưu 2 giảm áp suất đến áp suất bay hơi (điểm 9) Sau đó đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt của sản phẩm cần làm lạnh hoá hơi đẳng áp đẳng nhiệt thành hơi (1’) và chu trình cứ thế tiếp tục

2/ Các quá trình của chu trình

- 1’-1: Quá nhiệt hơi hút

- 1-2 : Nén đoạn nhiệt áp hạ áp từ Po lên Ptg

- 2-3 : Làm mát hơi quá nhiệt hạ áp xuống đường bảo hoà x = 1

- 3-4 : Nén đoạn nhiệt cấp cao áp từ Ptg lên Px

- 4-5’-5 : Làm mát ngưng tụ và quá lạnh lỏng trong dàn ngưng

tụ

- 5-7 : Tiết lưu từ áp suất PK vào bình trung gian

- 5-6 : Quá lạnh lỏng đẳng áp trong bình trung gian

- 6-9 : Tiết lưu từ áp suất PK xuống Po

- 9-1’ : Bay hơi thu nhiệt của môi trường lạnh

3/ Xác định chu trình hai cấp bình trung gian ống xoắn

a/ Thông số trạng thái của các điểm nút của chu trình

Bảng 4-1 : Các thông số trạng thái tại các điểm nút cơ bản của

0,16610,1661

1432,51445,28

0,70680,7586

Hơi bão hoàHơi quá nhiệt

1532,31451,81660,6391,14352,78177,19352,78163,55177,19

0,44610,3870,1280,001730,001690,001550,3870,001540,7068

Hơi quá nhiệtHơi bão hoàHơi quá nhiệtLỏng bão hoàLỏng bão hoàLỏng quá lạnhHơi bão hoàLỏng trung ápHơi bão hoà ẩm

Chọn nhiệt độ quá lạnh lỏng trong ống xoắn bình trung gian

t6= -5oC cao hơn nhiệt độ trong bình trung gian 3oC, do đó nhiệt độ trong bình trung gian sẽ là t8 = - 8oC

b/ Năng suất lạnh riêng q o

qo = h1’ – h9 = 1432,5 – 177,19 = 1255,31 kJ/kg

c/ Năng suất lạnh riêng thể tích

qv =

7586 , 0

31 , 1255 1

6 7 5 2

h h

h h h h

6 7 5 2

h h

h h h h

l2 = h4– h3

h5 = h7 Thay vào ta có :

l = ( h2– h1 ) +   

7 3

3 4 6 2

h h

h h h h

8 , 1451 6

, 1660 19 , 177 3 , 1532







= 87,02 + 257,453 = 344,473 kJ/kg

e/ Năng suất nhiệt riêng

6 7 5 2 1

3

h h

h h h h m

7 3

6 2 1

3

h h

h h m

31 , 1255

Q kg/s Trong đó :

Qo : Năng suất lạnh của máy nén , kW

Qo =127,208 kW Vậy m1 =

31 , 1255

208 , 127



O

O q

O O m O

tg tg O

O O HA

T

T P

P P P

P P c P

P P

Ptg = 0,3151 MPa Theo sách HDTKHTL – Trang 168 :

265

250 1661 , 0

01 , 0 1661 , 0 1661

, 0

01 , 0 3151 , 0 05 , 0 1661 , 0

01 , 0 1661 ,

4/ Qui đổi năng suất lạnh sang chế độ tiêu chuẩn để chọn máy

nén

- Chế độ tiêu chuẩn của hệ thống lạnh amoniac đối với chu trình

2 cấp được qui định theo bảng 7.1/ Sách HDTKHTL – Trang

- Theo các thông số nhiệt độ của chu trình tiêu chuẩn ta có thể

vẽ được chu trình tiêu chuẩn trên đồ thị lgP- h như sau :

Hình 4-7 : Chu trình tiêu chuẩn biểu diễn trên đồ thị lgP-h

Ta xác định 1 số thông số cần thiết để tính các đại lượng yêu cầu

- Tại điểm 1’TC : to = -400C ( Trạng thái hơi bão hoà )

11 ,

1230 = 757,177 kJ/m3

7/ Hệ số cấp ở điều kiện tiêu chuẩn TC

tg

O O

O O m O

tg tg O

O O TC

T

T P

P P P

P P c P

P P

c = 0,05

m = 1,1Thay vào ta có :

265

233 0717 , 0

01 , 0 0717 , 0 0717

, 0

01 , 0 3111 , 0 05 , 0 0717 , 0

01 , 0 0717

TC VTC q

qv = 1654,772 kJ/m3

HA = 0,838

Qo = 127,208 kWThay vào ta có :

QoTC = 127,208

838 , 0 772 , 1654

622 , 0 177 , 757

x

x = 43,2 kWVới QoTC = 43,2 kW ta tra bảng 7.12/ Sách HDTKHTL-Trang 200 chọn tổ máy nén 2 cấp AY80 có các thông số kỹ thuật của cấp hạ áp là

Q , chiếc Trong đó :

QoTCMN : Năng suất lạnh tiêu chuẩn của máy nén cụ thể

QoTCMN = 93 kW Vậy ta có : ZMN =

93

2 ,

43 = 0,464Chọn 1 máy nén hạ áp

10/ Công nén đoạn nhiệt

to : Nhiệt độ sôi, oC

to = - 23oC

Thay vào ta có :

92 , 0 ) 23 ( 001 , 0 265

789 ,



i S N

Pms : áp suất ma sát riêng , MPa

Đối với máy nén amoniac thẳng dòng Pms = 0,049 0,069 MPa

5567 ,

9 = 11,834 kW

6 2

h h

h h



 , kg/s

= 0,101

78 , 352 8 , 1451

19 , 177 3 , 1532

tg tg m tg

K K tg

tg tg CA

T

T P

P P P

P P c P

P P

315

265 3151 , 0

01 , 0 3151 , 0 3151

, 0

01 , 0 6429 , 1 05 , 0 3151 , 0

01 , 0 3151 ,

tg tg

tg tg m tg

K K tg

tg tg

TC

T

T P

P P P

P P c P

P P

1

01 , 0 3111 , 0 3111

, 0

01 , 0 3503 , 1 05 , 0 3111

,

0

01 , 0 3111

TC VTC

q

q





= 127,208

634 , 0 772 , 1654

686 , 0 177 , 757

x

x = 62,98 kWVới QoTC = 62,98 kW ta tra bảng 7.12/ Sách HDTKHTL-Trang 200 chọn máy nén 2 cấp AY80 có các thông số kỹ thuật của cấp cao áp là :

Q , chiếc Trong đó :

QoTCMN : Năng suất lạnh tiêu chuẩn của máy nén cụ thể

QoTCMN = 93 kW Vậy ta có : ZMN =

93

98 ,

62 = 0,677Chọn 1 máy nén cao áp

7/ Công nén đoạn nhiệt cao áp

NS = m3 l2 , kW

891 ,



i S N

Pms : áp suất ma sát riêng , MPa

Đối với máy nén amoniac thẳng dòng Pms = 0,049 0,069 MPa

NelCA =

el td e

NelCA =

85 , 0 95 , 0

083 ,

31 = 38,492 kW

13/ Nhiệt thải ra ở bình ngưng

Qk = m3 l3 , kW = m3 ( h4 - h5 ) = 0,124 ( 1660,6 – 352,78 ) = 162,169 kW