Đồ án Kỹ thuật lạnh trình bày và thiết kế một kho lạnh công nghiệp chứa thịt lợn có dung tích kho là 750t

Lời Nói Đầu Hiện nay trên thế giới khoa hoc & công nghệ về kỹ thuật lạnh đã và đang xâm nhập vào rất nhiều ngành kinh tế .Bởi vì phạm vi ứng dụng của nó ngày càng được mở rộng theo cả chiều rộng & chiều sâu Ơ nước ta hiện đã có hang nghàn cơ sơ sản xuất & kinh doanh có liên quan đến kỹ thuật lạnh . Quy mô sản xuất cũng rất đa dạng từ lớn đến nhỏ với tổng giá trị ước tính lên tới gần một tỷ USD . Trong số đó có rất nhiều cơ sở đang tự trang bị cho mình máy , thiết bị & hệ thống lạnh phục vụ nghiên cứu & sản xuất Một số nghành kinh tế :công nghiệp thực phẩm , chế biến thuỷ hảI sản, rượu bia ,nghành sản xuất rau quả ,nước giải khátíinh họ ,hoá chất cac nghành công nghệ thông tin ,điện tử ,quang học ,cơ khí chinh xác ,y tế ,văn hoá thể thao & du lịch Trong khuôn khổ đồ án kỹ thuật lạnh trình bày & thiết kế một kho lạnh công nghiệp chứa thịt lợn có dung tích kho là 750t Kết quả tính toán thiết kế chương I: thiết kế mặt bằng kho lạnh 1)Thiết kế diện tích kho lạnh Theo giả thiết,dung tích kho lạnh E = 750 tấn nên từ (2-2) ta có thể tích kho lạnh: E V = -------- gv trong đó gv là định mức chất tải thể tích, gv = 0,35 tấn/m3 Từ đó: 750 V = -------- = 2142,9 m3 0,35 Chọn chiều cao chất tải h = 5 (m).Diện tích chất tải của kho lạnh : V 2142,9 F = ----- = --------- = 428,6 m2 h 4 Tải trọng trên 1 m2 diện tích nền buồng : gv .h = 0,35.4 = 1,4 tấn/m2 < nhỏ hơn mức cho phép Diện tích lạnh cần xây dựng : F 428,6 Fl = ----- = -------- =504,2 m2 β 0,85 trong đó β là hệ số sử dụng diện tích, β = 0,85 Diện tích buồng bảo quản đông : 0,75.Fl = 0,75.504,2 = 378,1 m2 Diện tích buồng bảo quản vạn năng : 0.25.Fl = 0,25.504,2 = 126 m2 Chọn diện tích mỗi buồng là 72 m2 ị Số buồng bảo quản đông : Chọn 6 buồng bảo quản đông ị Số buồng bảo quản vạn năng : Chọn 2 buồng bảo quản vạn năng Diện tích các buồng phụ trợ: Fl = 0,2.Fl = 0,2.504,2 = 100,84 m2 Diện tích buồng kết đông : Tổng diện tích mặt bằng cần xây dựng : 10.72=720 m2 Dung tích buồng bảo quản đông : 0,75.E= 0,75.750= 562,5 tấn Dung tích buồng vạn năng : 0,25.E= 0,25.750=187,5 tấn Dung tích thực : Buồng bảo quản đông : Et = E. =562,5 .= 642,9 tấn Buồng bảo quản vạn năng : Et = E. = 187,5. = 214,3 tấn Dung tích thực tế của kho lạnh(dung tích lớn nhất): 642,9+214,3= 857,2tấn 2)Bố trí mặt bằng kho lạnh(xem trang bên) Sơ đồ mặt bằng được thể hiện ở bản vẽ .  CHƯƠNG II: TíNH CáCH NHIệT & CáCH ẩM KHO LạNH 1) Cấu trúc tường ngoài buồng bảo quản đông,tb = -20 0C(mặt cắt I-I) Cấu trúc xây tường ngoài kho lạnh được biểu diễn trên hình vẽ. Theo bảng 3-3, ta tra được hệ số truyền nhiệt của vách từ ngoài không khí vào buồng bảo quản đông (-20 0C) là: k = 0,21 (W/m2K) và hệ số toả nhiệt theo bảng 3-7: α1 = 23,3 (W/m2K) α2 = 8 (W/m2K) Chiều dày của các lớp vật liệu xây dựng,vật liệu cách nhiệt,cách ẩm tự chọn. Hệ số dẫn nhiệt,dẫn ẩm của các lớp vật liệu xây dựng,vật liệu cách nhiệt tra theo bảng 3-1 và 3-2. Ta được bảng sau: Lớp Chiều dày δ (m) Hệ số dẫn nhiệt λ (W/mK) Hệ số dẫn ẩm μ (g/mhMPa) Vữa xi măng 0,02 0,88 90 Gạch đỏ 0,2 0,82 105 Bitum Lớp 2 Lớp 5 0,004 0,005 0,3 - 0,86 - Xốp polystirol ? 0,047 7,5 a)Xác định chiều dày cách nhiệt Chiều dày cách nhiệt được xác định theo công thức (3-2): δCN = λCN [1/k - ( 1/α1 + ∑ δi/ λi + 1/ α2)] =0,047.[1/0,21-(1/23,3+3.0,02/0,88+0,2/0,82+ 0,005/0,18+1/8)] = 0,199 (m) Chọn chiều dày cách nhiệt δCN = 0,2 (m) C hia thành hai lớp mỗi lớp dày 0,1 m Hệ số truyền nhiệt thực tế theo (3-1): 1 kt = ------------------------- = 0,209 (W/m2K) 0,528 + 0,2/ 0,047 Lưu ý: • Đối với tường ngăn giữa buồng bảo quản đông và bảo quản vạn năng với hành lang ta cũng chọn kết cấu xây dựng giống như tường ngoài buồng bảo quản đông,vì vậy ta chỉ cần tính chiều dày cách nhiệt là đủ. Chiều dày cách nhiệt của tường ngăn giữa buồng bảo quản đông và hành lang: δCN = λCN [1/k - ( 1/α1 + ∑ δi/ λi + 1/ α2)] = 0,047.[1/0,28-(1/23,3+3.0,02/0,88+0,2/0,82+ 0,005/0,18+1/8)] = 0,144 (m). Chọn chiều dày cách nhiệt δCN = 0,15 (m),chia thành ba lớp,mỗi lớp dày 0,05 m b)Kiểm tra đọng sương Theo bảng 1-1,nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất tại Hà Nội tf1 = 37,2 0C ; độ ẩm φ13 = 83% nên tra đồ thị h-x ta được: ts = 34,6 0C t2 = tb = -20 0C => α1 = 23,3 (W/m2K) Hệ số truyền nhiệt đọng sương: 37,2 – 34,6 ks = 0,95.23,3. ------------------- = 1,01 (W/m2K) 37,2 - (-20) Ta thấy kt = 0,209 (W/m2K) < ks = 1,02 (W/m2K) Vậy vách ngoàI không bị đọng sương. c)Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt Mật độ dòng nhiệt qua cơ cấu cách nhiệt: q = kt .∆t = 0,209.(37,2 - (-20)) = 11,95 (W/m2) Nhiệt độ bề mặt các lớp vách: t1 = tf1 – q/ α1 = 37,2 – 11,95/ 23,3 = 36,7 0C t2 = t1 – q. δ1/ λ1 = 36,7 – 11,95.0,02/ 0,88 = 36,4 0C t3 = t2 – q. δ2/ λ2 = 36,4– 11,95.0,2/ 0,82 =33,50C t4 = t3 – q. δ3/ λ3 = 33,5 – 11,95.0,02/ 0,88 = 33,2 0C t5 = t4 – q. δ4/ λ4 = 33,2 – 11,95.0,004/ 0,18 = 32,9 0C t6 = t5 – q. δ5/ λ5 = 32,9 – 11,95.0,02/ 0,047 = -17,95 0C t7 = t6 – q. δ6/ λ6 = -17,95 – 11,95.0,02/ 0,88 = - 18,22 0C tf2 = t7 – q / α2 = -18,22 – 11,95/ 8 = - 19,71 0C Tra bảng “ Tính chất vật lý của không khí ẩm ” ta được: Vách 1 2 3 4 5 6 7 Nhiệt độ t, 0C 36,7 36,4 33,5 33,2 32,9 -17,95 -18,22 Áp suât px”, Pa 5935 5851 4366 4302 4265 148 146 Dòng hơi riêng qua kết cấu bao che: ph1 - ph2 ω = ----------- H • ph1 và ph2 là phân áp suất không khí bên ngoài và trong phòng ph1 = px”(t = 37,2 0C). φ13 = 6095.0,83 = 5058,85.10-6 MPa ph2 = px”(t = - 20 0C). φ2 = 103.0,9 = 93 pa = 93.10-6 MPa • H là trở thấm hơi của kết cấu bao che H = ∑δi / μi = 3.0,02/90 + 0,38/105 + 0,004/0,86 + 0,2/7,5 + 0,005/0,86 = 0,0414 (m2hMPa/g) Từ đó: ph1 - ph2 (5058,85 – 93).10-6 ω = ----------- = ------------------------------- = 0,1199 (g/ m2h) H 0,0414 Phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt: px2 = ph1 – ω.δ1/μ1 = 5058,85 - 0,1199.0,02/90.106 = 5032,21 Pa px3 = px2 – ω.δ2’/μ2 = 5032,21 - 0,1188.0,004/0,86.106 = 4474,54 Pa px4 = px3 – ω.δ3/μ3 = 4474,54 - 0,1199.0,38/105.106 = 4040,62 Pa px5 = px4 – ω.δ4/μ4 = 4040,62 - 0,1199.0,02/90.106 = 4013,98 Pa px6 = px5 – ω.δ5/μ5 = 4013,98 - 0,1199.0,005/0,86.106 = 3316,98 Pa px7 = px6 – ω.δ6/μ6 = 3316,98 - 0,1199.0,2/7,5.106 = 119,65 Pa px8 = px7 – ω.δ7/μ7 = 119,65 - 0,1199.0,02/90.106 = 93 Pa Ta thấy kết cấu này đảm bảo vì pxi < pxi’’ Đồ thị p - δ: 2) Cấu trúc tường ngoài buồng kết đông, tb = -35 0C(mặt cắt II-II) Cấu trúc xây tường ngoài kho lạnh được biểu diễn trên hình vẽ. Theo bảng 3-3, ta tra được hệ số truyền nhiệt của vách từ ngoài không khí vào buồng bảo quản lạnh (2 0C) là: k = 0,27 (W/m2K) và hệ số toả nhiệt theo bảng 3-7: α1 = 23,3 (W/m2K) α2 = 10,5 (W/m2K) Làm tương tự như phần trên ta được bảng sau: Lớp Chiều dày δ (m) Hệ số dẫn nhiệt λ (W/mK) Hệ số dẫn ẩm μ (g/mhMPa) Vữa xi măng 0,02 0,88 90 Gạch đỏ 0,2 0,82 105 Bitum 0,005 0,3 0,86 Xốp polystirol ? 0,047 7,5 a)Xác định chiều dày cách nhiệt Chiều dày cách nhiệt được xác định theo công thức (3-2): δCN = λCN [1/k - ( 1/α1 + ∑ δi/ λi + 1/ α2)] =0,047.[1/0,27-(1/23,3+3.0,02/0,88+0,2/0,82+ 0,005/0,18+1/10,5)] = 0,15(m) Chọn chiều dày cách nhiệt δCN = 0,15 (m),chia thành ba lớp mỗi lớp dày 0,05 m Hệ số truyền nhiệt thực tế theo (3-1): 1 kt = ------------------------- = 0,27 (W/m2K) 0,512 + 0,15/ 0,047 b)Kiểm tra đọng sương Tương tự phần trên ta có:tf1 = 37,2 0C ;φ13 = 83% => tra đồ thị h-x ta được: ts = 34,6 0C t2 = tb = -35 0C => α1 = 23,3 (W/m2K) Hệ số truyền nhiệt đọng sương: 37,2 – 34,6 ks = 0,95.23,3. ------------------ = 0,797 (W/m2K) 37,2 – (-35) Ta thấy kt = 0,27(W/m2K) < ks = 0,797 (W/m2K) Vậy vách ngoài không bị đọng sương c)Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt Mật độ dòng nhiệt qua cơ cấu cách nhiệt: q = kt .∆t = 0,27.(37,2-35)) = 19,5m2) Nhiệt độ bề mặt các lớp vách: t1 = tf1 – q/ α1 = 37,2 - 19,5/23,3 = 36,4 0C t2 = t1 – q. δ1/ λ1 = 36,4 – 19,5.0,02/ 0,88 = 35,96 0C t3 = t2 – q. δ2/ λ2 = 35,96 – 19,5.0,2/ 0,82 = 31,2 0C t4 = t3 – q. δ3/ λ3 = 31,2 – 19,5.0,02/ 0,88 = 30,76 0C t5 = t4 – q. δ4/ λ4 = 30,76 – 19,5.0,005/ 0,18 = 30,22 0C t6 = t5 – q. δ5/ λ5 = 30,22 – 19,5.0,15/ 0,047 =- 32 0C t7 = t6 – q. δ6/ λ6 =- 32 – 19,5.0,02/ 0,88 = -32,44 0C tf2 = t7 – q / α2 =-32,44 – 19,5/ 9 =- 34,6 0C Tra bảng “ Tính chất vật lý của không khí ẩm ” ta được bảng sau: Vách 1 2 3 4 5 6 7 Nhiệt độ t, 0C 36,4 35,96 31,2 30,76 30,22 - 32 -32,4 Áp suât px”, Pa 5966 5899 4699 4641 4602 766 755 Dòng hơi riêng qua kết cấu bao che: ph1 - ph2 ω = ----------- H với: ph1 = px”(t = 36,6 0C). φ13 = 6095.0,83 = 5058,85.10-6 MPa ph2 = px”(t = 2 0C). φ2 = 705,97.0,9 = 635,37.10-6 Mpa δi H = ∑ ----- = 3.0,02/90 + 0,38/105 + 0,005/0,86 + 0,15/7,5 μi = 0,0301 (m2hMPa/g) Từ đó: ph1 - ph2 (5058,85 – 635,37).10-6 ω = ----------- = -------------------------------- = 0,1469 (g/ m2h) H 0,0301 Phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt: px2 = ph1 – ω.δ1/μ1 = 5058,85 - 0,1469.0,02/90.106 = 5026,21 Pa px3 = px2 – ω.δ2’/μ2 =5026,21 - 0,1469 .0,38/105.106 = 4494,58 Pa px4 = px3 – ω.δ3/μ3 = 4494,58 - 0,1469 .0,02/90.106 = 4168,58 Pa px5 = px4 – ω.δ4/μ4 = 4168,58 - 0,1469 . 0,005/0,86.106 = 3314,52 Pa px6 = px5 – ω.δ5/μ5 = 3314,52 - 0,1469. 0,15/7,5.106 = 376,52 Pa px7 = px6 – ω.δ6/μ6 = 376,52 - 0,1469.0,02/90.106 = 343,88 Pa Ta thấy kết cấu này đảm bảo vì pxi < pxi’’ Đồ thị p - δ: 3) Cấu trúc trần của kho lạnh Chiều dày,hệ số dẫn nhiệt của các lớp được chọn trong bảng sau: Lớp Chiều dày δ (m) Hệ số dẫn nhiệt λ (W/mK) Phủ mái (cách ẩm) Bitum và VLXD 0,012 0,3 Bê tông giằng có cốt 0,04 1,4 Cách nhiệt điền đầy Sỏi,đất sét xốp ? 0,2 Xốp polystirol Bảo quản đông Bảo quản lạnh 0,1 0,05 0,047 0,047 Bê tông cốt thép 0,2 1,5 a)Xác định chiều dày cách nhiệt cho buồng bảo quản đông(tb =-20 0C) Từ tb = - 20 0C => tra bảng 3-3 và 3-7 ta được: k = 0,2 (W/m2K) α1 = 23,3 (W/m2K) α2 = 7 (W/m2K) Chiều dày cách nhiệt: δ3 = 0,2. [1/ 0,2 - ( 1/23,3 + 0,012/0,3 + 0,04/1,4 + 0,1/0,047 + 0,2/1,5 + 1/7)] = 0,496 m Chọn chiều dày cách nhiệt δ3 = δCN = 0,5 m => chiều dày của lớp cách nhiệt điền đầy và lớp xốp polystirol là 0,6 (m) b)Xác định chiều dày cách nhiệt cho buồng kết đông (tb =-35 0C) Từ tb = -35 0C => tra bảng 3-3 và 3-7 ta được: k = 0,17 (W/m2K) α1 = 23,3 (W/m2K) α2 = 9 (W/m2K) Chiều dày cách nhiệt: δ3 = 0,2. [1/ 0,17- (1/23,3 + 0,012/0,3 + 0,04/1,4 + 0,05/0,047 + 0,2/1,5+ 1/9)] = 0,89 m. Chọn chiều dày cách nhiệt δ3 = δCN = 0,9 m . 4) Cấu trúc tường ngăn giữa các buồng bảo quản đông hoặc giữa các buồng bảo quản đông vớ ibuồng kết đông (mặt cắt III-III) Tra bảng 3-5 và 3-7 ta được: k = 0,47 (W/m2K) α1 = 9 (W/m2K),α2 = (W/m2K) Hệ số dẫn nhiệt của bê tông bọt: λ = 0,15 (W/mK) Chiều dày tường là: δ3 = 0,15. [1/ 0,47 - ( 1/ 9 + 1/10,5)] = 0,29 m Chọn dCN = 0,3 m Chiều dày giữa các buồng bảo quản đông: k= 0,58 ; a1=a2= 10,5 ị dCN= 0,15(-)= 0,23 ị Chọn dCN = 0,25 m với kt= 0,53 5) Cấu trúc nền kho lạnh Cấu trúc nền kho lạnh được biểu diễn trên hình 3-5. Chiều dày,hệ số dẫn nhiệt của các lớp được chọn trong bảng sau: Lớp Chiều dày δ (m) Hệ số dẫn nhiệt λ (W/mK) Nền nhẵn bằng bêtông 0,04 1,4 Đệm bê tông 0,04 1,4 Cách nhiệt (sỏi,đất sét) ? 0,2 Bê tông có dây điện trở 0,1 - Cách ẩm - - Bê tông có đá dăm - - Tra bảng 3-6 ta có: k = 0,21 (W/m2K) α1 = 10,5 (W/m2K) Chiều dày tường là: δ3 = 0,2. [1/ 0,21 - ( 0,04/ 1,4 + 0,1/ 1,4 + 1/ 10,5)] = 0,913 m Chọn chiều dày lớp cách nhiệt là 0,95 m CHƯƠNG III: TíNH phụ tảI LạNH Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh: Q = ∑Qi = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 (W) với: Q1 - Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che Q2 - Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì toả ra Q3 - Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh Q4 - Dòng nhiệt vận hành Sau đây ta đi tính các dòng nhiệt này. a)Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che Q1 Q1 = Q11 + Q12 Q11 - Tổn thất qua tường bao, trần và nền kho lạnh Q12 - Tổn thất qua tường bao và trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời Ta tính Q11.Dòng nhiệt Q11 được xác định theo công thức: Q11 = kt.F.(t1 - t2) (W) (1) k: Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che, W/m2K F: Diện tích bề mặt kết cấu bao che, m2 t1: Nhiệt độ môi trường bên ngoài, 0C t2: Nhiệt độ trong buồng lạnh, 0C Dòng nhiệt Q12 được xác định theo công thức: Q12 = kt.F.∆t12 (W) (2) ∆t12: Hiệu nhiệt độ dư, 0C được xác định theo bảng (4-1) Kho lạnh được xây dựng tại Hà Nội ,nhiệt độ môi trường bên ngoài dùng tính toán là t1= 37,2 0C b)Dòng nhiệt do thông gió buồng bảo quản lạnh Q3 Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh Q3=0 c)Dòng nhiệt vận hành Q4 • Dòng nhiệt do chiếu sáng buồng: Q41 = A.F với: A- Nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng 1 m2 diện tích buồng, A =1,2 W/m2 F - Diện tích buồng, F = 6.12 = 72 m2 => Q41 = 1,2.72 = 86,4 W • Dòng nhiệt do người toả ra: Q42 = 350.n với: n - Số người, n = 4 350 - Nhiệt lượng do 1 người toả ra khi làm việc nặng nhọc,350 W/người => Q42 = 350.4 = 1400 W • Dòng nhiệt do các động cơ điện toả ra: Q43 = 1000.N với: N - Công suất của động cơ điện, N = 2 kW => Q43 = 1000.2 = 2000 W • Dòng nhiệt khi mở cửa: Q44 = B.F với: B - Dòng nhiệt riêng khi mở cửa, B= 8 W/m2 => Q44 = 8.216 = 1728 W Dòng nhiệt vận hành Q4 Q4 = ∑Qi = 259,2 + 1400 + 2000 + 1728 =5387,2 W≈5,4kW Với buồng bảo quản đông, ta có kết quả tính toán a)Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Số mặt Diện tích ,m2 Dt,K K, W/m2K Qi,,W Tườngngăn-không khí 5 18.6 57,2 0,21 6419 Tườngngăn-hành lang 5 18.6 40 0,28 6048 Tườngngăn-buồngBQĐN 2 12.6 8 0,28 241 Tường ngăn-buồng KĐ 2 12.6 15 0,47 1080 Mái 5 12.18 56,6 0,2 12226 Nền 5 12.18 43,5 0,21 9866 Mái (bức xạ) 5 12.18 19 0,2 4104 Q1= ồ Qi= 39984 W ≈40kW b)Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì toả ra Q2 Nhiệt độ nhập vào buồng :-8oC, xuất khỏi buồng -20oC.Entapi tương ứng với t=-8oC là: h1=34,8kJ/kg và t=-20oC là: h2=0 Enh = 6%E= 0,06.1875=112,5 tấn Q2=kW c)Dòng nhiệt do vận hành Qbqd4 =5.Q4 =5.5,4 = 66936 W≈27kW f)Nhiệt tải của thiết bị QTB = ∑Q = 40+ 27 +45,3= 112,3 kW g)Nhiệt tải của máy nén QMN=85%Q1+ Q2+75%Q4 =99,55kW Với buồng kết đông a)Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Số mặt Diện tích Dt k Qi Tườngngăn-không khí 1 12.6 71,6 0,19 980 Tường ngăn-HL 1 12.6 50 0,27 972 Nền 1 12.12 71,6 0,21 2166 Mái 1 12.12 8,5 0,17 1432 Mái(bức xạ) 1 12.12 19 0,17 466 Q1=ồ Qi=6016W ≈ 6 kW b)Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì toả ra Q2 Nhiệt độ nhập vào buồng :-6oC, xuất khỏi buồng -35oC.Entapi tương ứng với t=-6oC là: h1=48 kJ/kg và t=-35oC là: h2=0 kJ/kg Theo giả thiết M1= 28 tấn Q2=kW c)Dòng nhiệt do thông gió buồng bảo quản lạnh Q3 Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh Q3=0 d)Dòng nhiệt vận hành Q4 • Dòng nhiệt do chiếu sáng buồng: Q41 = A.F với: A- Nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng 1 m2 diện tích buồng, A =1,2 W/m2 F - Diện tích buồng, F = 12.12 = 144 m2 => Q41 = 1,2.144 = 172,8 W • Dòng nhiệt do người toả ra: Q42 = 350.n với: n - Số người, n = 4 350 - Nhiệt lượng do 1 người toả ra khi làm việc nặng nhọc,350 W/người => Q42 = 350.4 = 1400 W • Dòng nhiệt do các động cơ điện toả ra: Q43 = 1000.N với: N - Công suất của động cơ điện, N = 10 kW => Q43 = 1000.10 = 10000 W • Dòng nhiệt khi mở cửa: Q44 = B.F với: B - Dòng nhiệt riêng khi mở cửa, B= 8 W/m2 => Q44 = 8.144 = 1152 W Dòng nhiệt vận hành Q4 Q4=ồQ=1152+10000+1400+172,8=12724,8W ≈ 12,7 kW f)Nhiệt tải của thiết bị QTB = ∑Q = 6+15,56 + 12,7 ≈ 34,26kW g)Nhiệt tải của máy nén QMN=85%Q1+ Q2+75%Q4=30,2kW chương 4: tính chọn máy nén I. Tính chọn máy nén cho buồng kết đông 1) Nhiệt độ sôi Ta có t0 = tb – (8 – 10) = - 30 – (8 – 13 ) Chọn t0 = - 400c p0 = 1,05 (bar) 2) Nhiệt độ ngưng tụ + tk = tw2 + . = (4 – 6 )0C chọn = 50C . tw2 là nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưngh tụ . Với tkk = 36,60C , = 83% suy ra tư = 340C và chế độ giải nhiệt bằng tháp giải nhiệt ta có : tw1 = tư + ( 3- 4 ) = 34 + ( 3 – 4 ) = 380C tw2 = tw1 + (2 – 6 ) = 38 + (2 – 6 ) = 420C Khi đó tk = 42 + 4 = 460C pk = 17,698 (bar) 3) Chọn cấp máy nén tỉ số nén : = pk/ p0 =17,698 / 1,05 = 16,8 > 9 ta dùng may nén hai cấp , bình trung gian ống xoắn Và tỉ số nén sẽ là : = = 4,1 Ptg = . p0 = 4,305 (bar) ttg = - 50C Khi đó nhiệt độ quá lạnh và quá nhiệt là : . tql = tw1 + (3 – 5 ) = 38 + ( 3 – 5 ) = 420C . tqn = t0 + = - 40 + 15 = - 250C ( với = 150C ) 4) Chu trình máy nén 2 cấp Thông số nhiệt động tại các điểm của chu trình T(0C) P(bar) h(kJ/kg) V(m3/kg) 1’ - 40 1,05 587 0,205 1 - 30 1,64 592 0,135 2 4 730 0,05 3,8 - 8 4 705 0,06 4 70 17,7 740 0,015 5 37 17,7 560 6 - 4 17,7 495 7 - 8 4 560 9 - 8 4 490 10 - 40 1,05 495 5) Chọn máy nén - Năng suất lạnh riêng : q0 = h1’ – h10 = 587-490 = 97 (kJ/kg) - Khối lượng hút cấp hạ áp (HA) : m1 = Q0 / q0 = 36,9 / 97 = 0,38 (kg/s) - Thể tích hút cấp HA : vttHA = m1 . v1 = 0,38.0,135 = 0,0513 (m3/s) - Hệ số cấp nén HA : = = = 0,612 - Thể tích hút lý thuyết pittông HA : vltHA = vttHA / = 0,0513 / 0,612 = 0,0,083 (m3/s) =300(m3/h) Xác định lượng hút vào nén cao áp (CA) Cân bằng nhiệt ở bình trung gian m1.i5 + (m2 – m1).i7 + m1.i2 = m2.i3 + m1.i6 m2 = m1 = 0,38. = 1,62 (kg/s) Thể tích hút CA : vttCA = m2.v3 = 1,62.0,06 = 0,0972 (m3/s) = 350 (m3/h) Thể tích hút lý thuyết CA : vltCA = vttCA / = 350 / 0,612 = 571 (m3/h) vh = vltHA + vltCA = 300 + 571 = 871(m3/h) Chọn máy nén pittông 2 cấp hãng MYCOM ký hiệu F42B2 Có ở chế độ tk = 300C , t0 = - 400C Số lượng máy nén : z = vh / v = 871 /477,8 = 1,82 Ta chọn z = 2 máy nén II. Tính chọn máy nén cho buồng bảo quản đông Với việc tính chung chế độ buồng bảo quản đông và đa năng . Nên ta có năng suất lạnh sẽ là : Q0 = Q0đ + Q0đn = 118,35 + 56,53 = 174,88 (kw) 1) Nhiệt độ sôi Ta có t0 = tb – (8 – 10) = - 20 – (8 – 13 ) Chọn t0 = - 300c p0 = 1,64 (bar) 2) Nhiệt độ ngưng tụ + tk = tw2 + . = (4 – 6 )0c chọn = 50c . tw2 là nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưngh tụ . Với tkk = 36,60c , = 83% suy ra tư = 340c và chế độ giải nhiệt bằng tháp giải nhiệt ta có : tw1 = tư + ( 3- 4 ) = 34 + ( 3 – 4 ) = 380c tw2 = tw1 + (2 – 6 ) = 38 + (2 – 6 ) = 420c Khi đó tk = 42 + 4 = 460c pk = = 17,7 (bar) 3) Chọn cấp máy nén tỉ số nén : = pk/ p0 = 17,7 / 1,64 = 10,79 > 9 ta dùng may nén hai cấp , bình trung gian có ống xoắn Và tỉ số nén sẽ là : = = 3,28 Ptg = .p0 = 5,39 (bar) ttg = 30c Khi đó nhiệt độ quá lạnh và quá nhiệt là : . tql = tw + (3 – 5 ) = 38 + ( 3 – 5 ) = 420c . tqn = t0 + = - 30 + 10 = - 200c ( với NH3 chọn = 100c ) 4) Chu trình máy nén 2 cấp Thông số nhiệt động tại các điểm của chu trình Thông số t(0C) p(bar) h(kJ/kg) v(m3/kg) 1’ - 30 1,64 597 1 - 20 1,64 592 0,25 2 31 5,39 625 0,05 3,8 3 5,39 606 0,04 4 65 17,7 636 5 46 17,7 452 6 42 17,7 445 7 3 5,39 452 9 3 5,39 405 10 - 30 1,64 445 5) Chọn máy nén - Năng suất lạnh riêng : q0 = i1’ – i10 = 597 – 445 = 152 (kJ/kg) - Khối lượng hút cấp hạ áp (HA) : m1 = Q0 / q0 = 174,88 / 152 = 1,15 (kg/s) - Thể tích hút cấp HA : vttHA = m1 . v1 = 1,15.0,25 = 0,29 (m3/s) - Hệ số cấp nén HA : = = = 0,74 - Thể tích hút lý thuyết pittông HA : vltHA = vttHA / = 0,29 / 0,74 = 0,215 (m3/s) = 774 (m3/h) Xác định lượng hút vào nén cao áp (CA) Cân bằng nhiệt ở bình trung gian m1.i5 + (m2 – m1).i7 + m1.i2 = m2.i3 + m1.i6 m2 = m1 = 1,15. = 1,17 (kg/s) Thể tích hút CA : vttCA = m2.v3 = 1,17.0,04 = 0,0468 (m3/s) = 168,5 (m3/h) Thể tích hút lý thuyết CA : vltCA = vttCA / = 168,5 / 0,74 = 297,7 (m3/h) vh = vltHA + vltCA = 774 + 227,5 = 1001,7 (m3/h) Chọn máy nén pittông 2 cấp hãng MYCOM ký hiệu F62B2 Có ở chế độ tk = 300c , t0 = - 300c Số lượng máy nén : z = vh / v = 1001,7 / 573,4 =1,75 Ta chọn z = 2 máy nén Chương 5 : Tính Chọn Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt I_Tính thiết kế thiết bị ngưng tụ: 1)Bình ngưng tụ : Qk là tổng nhiệt ngưng tụ ở các chế độ - buồng bảo quản đông và bảo quản đa năng : Qk1 = m1(i4 – i5 ) = 1,15(636-452) =321,3 kW - buồng kết đông: Qk2 = 0,0513(i4- i5) = 0,0513(740-540)=10,26 kW Qk = 10,26 + 321,3 = 331,56kW Ta chọn bình ngưng ống vỏ nên theo bảng 8-6 : k=700; Dtk=tk-tw1=46-37=90C Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của bình ngưng F= =18,82m2 Chọn bình ngưng KTG-20 2)Chọn tháp ngưng tụ : giảI nhiệt bằng nước Chọn kiểu thiết bị ngưng tụ : Qk=331,56 kW= =31,82 tôn Theo bảng 8-22 chọn tháp FRK 40 II.Chọn dàn bay hơi Nếu lấy tỷ lệ bảo quản đông/ bảo quản lạnh là 80%/ 20% thì: Đối với buồng bảo quản đông: t0 = -30 0C Diện tích trao đổi nhiệt yêu cầu của dàn quạt: F = 80%.Q0TB/ k.∆t = 0,8.112,3.1000/ 12,2.10 = 736,4 m2 Số lượng dàn: n = 736,4/ 150 = 4,75 dàn => chọn 5 dàn, bố trí cho 5 buồng. Ta chọn dàn quạt có cánh NH3 lớn ký hiệu BOП-150. (Theo bảng 8-14) Đối với buồng bảo quản : t0 = -20 0C Diện tích trao đổi nhiệt yêu cầu của dàn quạt: F = 20%.Q0TB/ k.∆t = 0,2.58,23.1000/ 12,8.8 = 113,7 m2 Ta chọn 2 dàn quạt có cánh NH3 lớn ký hiệu BOП-75, hai quạt có công suất 1,5 kW,vòng quay 25 vòng/s, lưu lượng không khí 2,07 m3/s. Đối với buồng bảo kết đông : t0= -450 C Diện tích trao đổi nhiệt yêu cầu của dàn quạt: F = Q0TB/ k.∆t = 34,26.1000/11,6.10 =295 m2 Theo bảng 8-15 chọn dàn BO-300 III)Tính bể đá và máy kết đông 1)Tính bể đá: Chọn bể đá khối sản xuất đá trong suốt, năng suất 12 tấn/ngày đêm. Nhiệt độ nước vào khuôn : tn = 30 0C Nhiệt độ nước muối trung bình : tm = - 8 0C Loại khuôn 50 kg,hình chữ nhật. Thời gian làm đá theo công thức Plank: τ = (4540/ |-8|) .0,19.(0,19+0,026) = 17,7 h Số lượng khuôn đá cần thiết: z = (12000.17,7)/(50. 24) = 177 khuôn Năng suất bể đá tính theo giờ: 12000/ 24 = 500 kg/h Chọn năng suất lạnh riêng để sản xuất 1 kg đá là 460 kJ/kg,công suất lạnh yêu cầu: Q0 = 460.500 = 230000 kJ/h = 63,8 kW. Chọn máy lạnh NH3 một cấp 6AV95 của nhà máy cơ khí Long Biên(Q0=87kW) 2)Chọn máy kết đông: Ta chọn máy kết đông nhanh kiểu băng tải (IQF),năng suất kết đông là M = 30 tấn/ngày đêm.Số liệu kỹ thuật cho trong catalogue. Chương 6: tính chọn thiết bị phụ và đường ống Những thiết bị phụ của hệ thống lạnh bao gồm:”bình tách dầu, bình chứa dầu, các loại bình chứa cao áp, hạ áp, tuần hoàn, các loại bình trung gian, thiết bị hồi nhiệt, bình tách lỏng, phin lọc, phin sấy, thiết bị xả khí, bơm, quạt...” Các thiết bị này kết hợp với các thiết bị chính như máy nén, thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi tạo nên chu trình của hệ thống lạnh và đảm bảo sự làm việc an toàn cho hệ thống. I.Tính chọn các thiết bị phụ 1.Bình tách dầu Bình tách dầu lắp vào đường đẩy của máy nén NH3 để tách dầu ra khỏi dòng hơi nén trước khi đi vào bình ngưng tụ. Xả dầu ra khỏi bình tách dầu trong hệ thống lạnh NH3 là rất nguy hiểm vì áp suất trong bình rất cao (0,8 á 1,8 MPa) và dẫn đến tổn thất môi chất do đó người ta phải bố trí bình chứa dầu. 2.Bình chứa dầu Bình chứa dầu nhằm mục đích gom dầu từ các bình tách dầu và bầu dầu của toàn bộ hệ thống, giảm nguy hiểm khi xả dầu và giảm tổn thất môi chất khi xả dầu khỏi hệ thống lạnh. Chon bình chứa dầu có các thông số sau: Bình chứa dầu kích thước (mm) thể tích (m3) khối lượng (kg) DxS B H 300CM 325x9 765 1270 0,07 92 3.Các loại bình chứa a.Bình chứa cao áp Bình chứa cao áp được bố trí ngay sau bình ngưng tụ dùng để chứa lỏng môi chất ở áp suất cao, giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ, duy trì sự cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu. Thường nó được đặt dưới bình ngưng và được cân bằng áp suất với bình ngưng bằng các đường ống cân bằng hơi và lỏng. b.Bình chứa tuần hoàn Bình chứa tuần hoàn được sử dụng trong hệ thống lạnh NH3 lớn, tuần hoàn môi chất lạnh trong các thiết bị bay hơi cưỡng bức. Bình chứa tuần hoàn được lắp đặt bên phía áp suất thấp và được sử dụng như một bình chứa để bơm tuần hoàn môi chất lỏng lên các giàn lạnh. Bình chứa tuần hoàn làm việc dưới áp suất thấp nên phải được bọc cách nhiệt. c.Bình chứa thu hồi Bình chứa thu hồi dùng để chứa môi chất lỏng từ các giàn bay hơi khi phá băng bằng hơi nóng. d.Bình chứa dự phòng Bình chứa dự phòng đươc sử dụng trong sơ đồ không có bơm và được lắp đặt dưới bình tách lỏng để chứa môi chất lỏng từ các giàn lạnh phun ra trong trường hợp phụ tải nhiệt tăng. 4.Bình tách lỏng Bình tách lỏng được sử dụng trong máy lạnh NH3. Nó có nhiệm vụ tách môi chất lỏng khỏi hơi hút về máy nén, đảm bảo hơi hút về máy nén ở trạng thái hơi bão hoà khô, tránh nguy cơ gây va đập thuỷ lực ở máy nén. 5.Bình trung gian Được sử dụng trong máy nén 2 hoặc nhiều cấp. Bình trung gian dùng để làm mát trung gian hơi môi chất sau cấp nén áp thấp và để quá lạnh lỏng môi chất trước khi vào van tiết lưu bằng cách bay hơi một phần môi chất lỏng dưới áp suất trung gian. Ngoài nhiệm vụ trên bình trung gian còn đóng vai trò bình tách lỏng bảo đảm hơi hút về máy nén cấp cao là hơi bão hoà khô. Ưu điểm của bình trung gian có ống xoắn là dầu của máy nén cấp thấp không đi vào tuyến lỏng để vào thiết bị bay hơi, tạo lớp bẩn trên bề mặt thiết bị bay hơi phía môi chất. 6.Thiết bị quá lạnh lỏng Thiết bị quá lạnh lỏng được sử dụng để làm quá lạnh lỏng NH3 xuống thấp hơn nhiệt độ ngưng tụ trước khi đưa vào van tiết lưu. Mục đích của việc quá lạnh lỏng NH3 trước van tiết lưu nhằm làm tăng năng suất lạnh nói chung của hệ thống lạnh. 7.Bình tách khí không ngưng Cùng tuần hoàn với môi chất lạnh trong hệ thống lạnh có không khí và các loại khí không ngưng. Trong thiết bị ngưng tụ, không khí tạo thành các lớp bao quanh bề mặt trao đổi nhiệt làm tăng trở nhiệt ngưng tụ làm xấu quá trình trao đổi nhiệt khi ngưng, làm tăng áp suất ngưng tụ, làm tăng năng lượng điện tiêu tốn cho máy nén và làm giảm năng suất lạnh của máy. Máy lạnh NH3 thường được xả định kỳ khí không ngưng. Phải xả không khí qua van xả khi vào bình nước. Bọt không khí sẽ nổi lên mặt nước. NH3 lẫn với không khí sẽ được nước hấp thụ. 8.Phin lọc và phin sấy Trong quá trình chế tạo, lắp ráp, sửa chữa và vận hành thiết bị lạnh dù rất cẩn thận vẫn có cặn bẩn như đất, cát, gỉ sắt, vẩy hàn, xỉ, muội…lọt vào hệ thống lạnh. Nó có thể tồn tại trong hệ thống do chưa vệ sinh, làm sạch đầy đủ hoặc qua đường nạp dầu, nạp môi chất, ngoài ra cặn bẩn cũng có thể tạo thành trong hệ thống phân huỷ dầu bôi trơn, môi chất hoặc do các chi tiết máy nén bị mài mòn, do han gỉ phía trong hệ thống. Để đảm bảo hệ thống lạnh làm việc an toàn có độ tin cậy cao, không bị trục trặc, cần phải có phin lọc căn bẩn trong hệ thống. 9.Bơm Trong hệ thống lạnh để tuần hoàn dung dịch nước muối hoặc nước thì ta phải dùng bơm ly tâm. Trong những hệ thống lạnh lớn bơm ly tâm cũng được dùng để tuần hoàn cưỡng bức môi chất lỏng NH3 trong hệ thống bay hơi. 10.Quạt Trong kỹ thuật lạnh dùng chủ yếu là quạt hướng trục và quạt ly tâm để tuần hoàn không khí trong buồng lạnh, cho các giàn làm lạnh không khí, cho máy điều hoà nhiệt độ, cho các dàn ngưng làm mát bằng không khí hoặc các loại thiết bị ngưng tu bay hơi hoặc tháp làm mát nước 11.Van khoá, van chặn 12.Van tiết lưu điều chỉnh bằng tay, van tiết lưu điều chỉnh tự động 13.Van một chiều và van an toàn a.Van một chiều Van một chiều (còn gọi là clapê một chiều) chỉ cho dòng chẩy đi theo một hướng. Van một chiều được lắp đặt trên đường đẩy giữa máy nén và thiết bị ngưng tụ, có nhiệm vụ ngăn không cho dòng môi chất từ thiết bị ngưng tụ chẩy trở lại máy nén trong trường hợp ngừng máy nén, sửa chữa máy nén hoặc khi máy nén bị sự cố b.Van an toàn Van an toàn chỉ khác van một chiều ở chỗ hiệu áp suất ở đầu vào và đầu ra phải đạt những trị số nhất định thì van mới mở. Van an toàn được bố trí ở những thiết bị có áp suất cao và chứa nhiều môi chất lỏng như thiết bị ngưng tụ, bình chứa…nó dùng để đề phòng trường hợp khi áp suất vượt quá định mức quy định. 14.áp kế áp kế dùng để đo áp suất của môi chất trong đường ống và thiết bị, áp kế được lắp trên đường hút và đường đẩy của máy nén, trên các bình ngưng, bình chứa… 15.Tính chọn tháp giải nhiệt Phương trình cân bằng nhiệt có thể viết dưới dạng Qk = C.r.V.(tw2 – tw1) Trong đó: Qk : nhiệt lượng thải ra ở bình ngưng tụ = 90,84 (kw) V : lưu lượng nước, (m3/s) tw1, tw2 : nhiệt độ nước vào và ra khỏi bình ngưng tụ, (0C) C : nhiệt dung riêng của nước r : khối lượng riêng của nước Vậy V = II.Tính chọn đường ống Yêu cầu đối với việc tính toán và lựa chọn đường ống là đủ độ bền cần thiết, tiết diện ống đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. ********************************* MỤC LỤC Chương 1: Xác định kích thước và bố trí mặt bầng kho lạnh Chương 2: Tính cách nhiệt và cách ẩm Chương 3: Tính nhiệt kho lạnh và bể đá Chương 4: Tính chọn máy nén và tính kiểm tra máy nén Chương 5: Tính chọn thiết bị trao đổi nhiệt Chương 6: Tính chọn thiết bị phụ trợ ,bơm, quạt và đường ống Tài liệu tham khảo 1) Nguyễn Đức Lợi. Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1999. 2) Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ, Đinh Văn Thuận. Kỹ thuật lạnh ứng dụng, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội, 2002. 3) Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ. Kỹ thuật lạnh cơ sở, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội, 1990. 4) Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ. Bài tập kỹ thuật lạnh, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội, 1998. 5) Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tuỳ. Máy và thiết bị lạnh, Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội, 2002.