Đề tài Thiết kế kho bảo quản lạnh đông thủy sản 150 tấn

hân cỡ à rửa à xếp mâm à đông lạnh à mạ băng à bao gói à bảo quản. - Nguyên liệu: Cá nguyên liệu phải đạt các tiêu chuẩn trên. - Rửa: Rửa sạch dưới vòi nước chảy để loại hết tạp chất. Rửa lại trong nước lạnh 5oC có pha 50ppm clo. - Xử lý: Dùng dao mổ bụng cá từ hậu môn đến nắp mang (các đường mổ phải thẳng, không xơ xác). Bỏ nội tạng, cạo sạch gân máu dọc theo xương sống. Bỏ đầu. - Rửa: Rửa thật sạch bên trong bụng. Nước rửa cá phải sạch, lạnh 5oC có pha 20ppm clo và 3% muối ăn để làm sạch nhớt. Rửa xong, để ráo nước 15 phút. - Phân cỡ: Tính theo trọng lượng kg/con (gồm có cỡ 1-3 kg/con và trên 3 kg/con). - Rửa: Rửa lại nước lạnh 5oC có pha 10ppm clo. - Xếp mâm: Cá được xếp vào mâm có lót PE, mỗi mâm một cỡ. Có khi treo cá trong phòng đông. - Đông lạnh: Đông IQF, nhiệt độ -40oC, thời gian 4-6 giờ. Nhiệt độ trung bình tại tâm sản phẩm ít nhất là -12oC. - Mạ băng: Cá được mạ băng trong nước lạnh +1oC có pha 5ppm clo. Thời gian mạ băng 5-10 giây. - Bao gói: Cho mỗi con vào một bao PE. Hàn kín miệng bao. Cho vào thùng cactông 5 lớp có tráng sáp, mỗi cỡ cho vào một thùng. Cân mỗi thùng 10kg tịnh (khoảng từ 5 đến10 con). Nẹp 2 đai ngang, 2 đai dọc. Ngoài thùng ghi rõ loại cá, cỡ, qui cách chế biến. - Bảo quản: Nhiệt độ phòng bảo quản: -18 ± 2oC. Thời gian bảo quản không quá 3 tháng. I.4. Chế độ làm việc của kho - Kho lạnh là các kho có cấu tạo và kiến trúc đặc biệt dùng để bảo quản các sản phẩm và hàng hóa khác nhau ở điều kiện nhiệt độ lạnh và điều kiện không khí thích hợp.Đối với sản phẩm thủy sản, ta có thể có một số buồng như sau: + Buồng tiếp nhận sản phẩm. + Buồng xử lý sản phẩm. (có xưởng sản xuất nước đá kèm theo) + Buồng đông lạnh sản phẩm. + Buồng trung gian. + Buồng bảo quản sản phẩm. + Buồng phân phối sản phẩm. Ở đây, do yêu cầu của đồ án em chọn thiết kế kho bảo quản lạnh đông sản phẩm ở -20oC, độ ẩm 90%. - Tác nhân lạnh được sử dụng là amôniac (NH3) vì có các đặc điểm sau: + Thể tích riêng trong vùng nhiệt độ bay hơi tương đối nhỏ nên giảm kích thước của máy nén, đặc biệt đối với máy nén pistông. + Có mùi khó chịu, dễ phát hiện khi rò rỉ ra môi trường. + Ít tan trong dầu bôi trơn, đỡ ảnh hưởng đến quá trình bôi trơn và đỡ ảnh hưởng đến chất lượng của tác nhân. + Amôniac không ăn mòn thép. - Thiết bị ngưng tụ là chùm ống nằm ngang, sử dụng nguồn nước tuần hoàn kèm theo tháp giải nhiệt cho nước. + Nhiệt độ trung bình của không khí ở Thành phố Hồ Chí Minh là 27oC + Độ ẩm trung bình của không khí là 80% + Nhiệt độ bầu ướt của không khí là 24.5oC + Nhiệt độ nước vào là: 24.5 + (3÷5) = 29.5oC ≈30oC + Nhiệt độ nước ra là: 30 + 5 = 35oC + Nhiệt độ ngưng tụ là: 35 + 5 = 40oC - Thiết bị bay hơi sử dụng là dàn quạt trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức, loại khô, chất tải nhiệt là không khí. + Nhiệt độ không khí trong kho lạnh là: -20oC + Nhiệt độ bay hơi của tác nhân lạnh trong dàn bay hơi là: -20 – 10 = -30oC Ta có: tk = 40oC => pk = 1.585 MPa t0 = -30oC => p0 = 0.1219 MPa => Tỉ số: Ta chọn máy nén một cấp CHƯƠNG II: TÍNH KHO LẠNH Chiều cao của các kho lạnh từ 3.2m đến 3.5m. Nếu cao hơn, chiều cao chất tải tăng, chi phí xây dựng tăng mà thu nhập do cho thuê không tăng nên nâng chiều cao chất tải là không kinh tế. Chiều cao chất tải nhỏ có ưu điểm là bốc xếp dễ, độ bền cơ học của các thùng chứa yêu cầu không cao. Kho lạnh một tầng tuy chiếm nhiều diện tích xây dựng, tốn nhiều vật liệu cách nhiệt và do dòng nhiệt tổn thất qua vách lớn nên hệ thống lạnh cần lớn hơn, chi phí năng lượng lớn nhưng có ưu điểm là xây dựng dễ dàng và việc đi lại vận chuyển trong kho cũng dễ dàng, có thể bỏ qua việc xử lý nền móng bằng cọc, bố trí vận chuyển ngoài kho dễdàngg, giá thành bốc xếp nhỏ. Chọn khối lượng sản phẩm chứa trong một kho là 50 tấn.Cần dùng 3 kho để chứa 150 tấn sản phẩm. Chọn bao bì là thùng cactông có kích thước như sau: Dài x rộng x cao = 0.36m x 0.28m x 0.22m Mỗi thùng cactông chứa được 10kg sản phẩm. Số lượng thùng cactông có trong kho là: 50000/10 = 5000 thùng Chọn cách chất hàng trong kho như sau: Chia kho làm 8 tụ => Số thùng của mỗi tụ là: 5000/8 = 625 thùng Chất thành nhiều lớp. Mỗi lớp gồm: 7 x 9 = 63 thùng => Số lớp trong một tụ là: 625/63 = 9.92 lớp ≈ 10 lớp => Chiều cao của hàng trong kho: 10 x 0.22 = 2.2 m (chưa kể đặt cách nền 0.3m) Diện tích của mỗi tụ là: (7 x 0.36) x (9 x 0.28) = 6.35m2 Diện tích cần để chất hàng là: F = 6.35 x 8 = 50.8m2 Chọn hệ số sử dụng kho lạnh là: β = 0.75 Diện tích kho lạnh cần xây dựng là: Chọn diện tích xây dựng kho lạnh là 72m2 è Chọn kho xây dựng là một tầng có kích thước kho lạnh là: 12m x 6m x 3.5m Cửa kho là một tấm cách nhiệt, có bản lề tự động, chung quanh có đệm kín bằng cao su hình nhiều ngăn, có bố trí nam châm để hút chặt cửa để đảm bảo độ kín, giảm tổn thất nhiệt. Chọn cửa một cánh có chiều rộng 1.2m, cao 2.3m. Cửa có bố trí bánh xe chuyển động trên ray đặt sát tường nên đóng mở nhẹ nhàng, tiết kiệm diện tích. Cửa có bề dày cách nhiệt là 200mm bằng stiropor, tấm kim loại ở hai phía vừa làm khung chịu lực vừa có tác dụng chống ẩm. Cửa được viền bằng dây điện trở để tránh đóng băng gây khó khăn cho việc mở cửa. Bố trí mặt bằng sản phẩm trong một kho CHƯƠNG III: TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM Chọn nhiệt độ trung bình cả năm của Tp. Hồ Chí Minhlà: tn = 27oC Chọn độ ẩm trung bình của Tp. Hồ Chí Minh là: φ = 80% Nhiệt độ không khí trong kho bảo quản lạnh đông là: tp = -20oC Độ ẩm của không khí trong kho là: φ = 90% Nhiệt độ bầu ướt của không khí bên ngoài là: tư = 24.5oC Nhiệt độ đọng sương của không khí bên ngoài phòng là: ts = 23.5oC III.1. Mục đích Việc sử dụng cách nhiệt cách trong xây dựng kho lạnh để đáp ứng những yêu cầu cơ bản sau: - Đảm bảo được độ bền vững lâu dài theo tuổi thọ dự kiến của kho. - Chịu được tải trọng của bản thân và của hàng bảo quản. - Đảm bảo cách nhiệt tốt, giảm đầu tư cho máy nén và chi phí vận hành. - Đảm bảo qui tắc phòng chống cháy nổ, an toàn cho người và hàng bảo quản. - Thuận tiện cho việc bốc dỡ bằng cơ giới. - Đảm bảo tối ưu về kinh tế. III.2. Vật liệu cách nhiệt cách ẩm III.2.1. Vật liệu cách nhiệt Để duy trì nhiệt độ lạnh trong một không gian nào đó, ta phải tiến hành cách nhiệt cho toàn bộ không gian đó với môi trường bên ngoài để hạn chế dòng tổn thất từ ngoài vào đến mức thấp nhất. Chất lượng của vách cách nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào tính chất của vật liệu cách nhiệt. Khi chọn một vật liệu cách nhiệt, cần phải lợi dụng triệt để ưu điểm và hạn chế đến mức thấp nhất nhược điểm của nó. Các vật liệu cách nhiệt là những chất vô cơ, hữu cơ tự nhiên, hữu cơ nhân tạo. Đặc điểm quan trọng nhất là hệ số dẫn nhiệt nhỏ. Hiện nay sử dụng nhiều nhất là polystirol (stiropor) và polyurethan. III.2.2. Vật liệu cách ẩm Do sự chênh lệch về độ ẩm nhiệt độ trong và ngoài phòng lạnh nên có nguy cơ ẩm đi từ bên ngoài không khí khuếch tán vào phòng lạnh. Chính vì vậy, việc xây dựng và cách nhiệt cho kho lạnh phải có các biện pháp cách ẩm phù hợp. Vật liệu cách ẩm chủ yếu là bitume, PE. III.3. Cách nhiệt cách ẩm cho vách kho lạnh ([5]) Xây dựng vách kho lạnh (vách ngăn cách kho với bên ngoài) có kết cấu như sau: Vật liệu Bề dày δ (m) Hệ số truyền nhiệt λ (w/m.K) Hệ số thẩm thấu μ (g/m.h.mmHg) Nhiệt trở δ/λ (m2.K/w) Trở lực thẩm thấu δ/μ (m2.h.mmHg/g) Vữa 0.02 0.88 0.012 0.0227 1.6667 Gạch 0.20 0.82 0.014 0.2439 14.2857 Vữa 0.02 0.88 0.012 0.0227 1.6667 Cách ẩm (nhựa đường) 0.002 0.80 0.000115 0.0025 17.3912 Cách ẩm (polyetylen) 0.001 0.00000024 4166.6667 Cách nhiệt (Stiropor) 0.20 0.035 0.008 5.7143 25 Lưới thép Vữa 0.02 0.88 0.012 0.0227 1.6667 Cộng 0.463 6.02755 4228.3437 III.3.1. Xác định bề dày cách nhiệt: Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức: với α1 = 23.3 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (tường có chắn gió). α2 = 9 w/m2.K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu cưỡng bức). δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên). λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên). K = 0.21 w/m2.K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn. ==> chọn δ6 = 0.2 m Thế vào công thức tính bề dày cách nhiệt => Hệ số truyền nhiệt: K = 0.162 w/m2.K III.3.2. Kiểm tra đọng sương: Điều kiện để vách ngoài của kho lạnh không bị đọng sương: với t1: nhiệt độ bên ngoài kho bảo quản lạnh đông (oC) ts: nhiệt độ đọng sương của không khí bên ngoài (oC) t2: nhiệt độ bên trong kho lạnh (oC) α1: hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (w/m2.K) 0.95 : hệ số an toàn ==> K < ks Vậy: vách ngoài không đọng sương. III.3.3. Kiểm tra bề dày lớp cách ẩm: ([8] trang 232) Theo I.F. Đusin thì tổng trở lực cần thiết của các lớp vật liệu của tường phải đạt: Rn = 1.6 x ∆p (m2.h.mmHg/g) với ∆p = png – ptr : hiệu số giữa áp suất riêng phần của hơi nước phía ngoài và trong phòng lạnh (mmHg) Rn: trở lực thẩm thấu (m2.h.mmHg/g) Áp suất riêng phần của hơi nước tác dụng lên bề mặt ngoài của tường: png = φng x p = 0.8 x 26.74 = 21.392 mmHg với p = 26.74 mmHg ( tra ở Bảng 38 trang 426 tập 10, nhiệt độ t = 27oC) Áp suất riêng phần của hơi nước trong phòng bảo quản là: ptr = φtr x p = 0.9 x 0.772 = 0.6948 mmHg với p = 0.772 mmHg (tra ở Bảng 38 trang 426 tập 10, nhiệt độ t = 37.3oC) => Rn = 1.6 x (21.392 – 0.6948) = 33.11552 m2.h.mmHg/g Khi thiết kế phải đảm bảo: với δi, μi: bề dày và hệ số tẩm thấu của lớp vật liệu xây dựng nằm trước lớp cách ẩm (tính từ phía nhiệt độ cao) Vậy bề dày cách ẩm được chọn thỏa yêu cầu. III.3.4. Kiểm tra đọng ẩm trên bề mặt kết cấu: ([5]) Nhiệt lượng truyền qua 1m2 bề mặt tường: q = K x (tng – ttr) = 0.1622 x [(27 – (-20)] = 7.6234 w/m2 ==> Nhiệt độ tại những lớp khác nhau của tường: với tng = 27oC. δi, λi : xác định ở bảng trên Từ các giá trị ti, tra bảng Áp suất hơi nước bão hòa (Bảng 38 trang 426 [4]) ta được các giá trị áp suất bão hòa tương ứng. Tổng trở lực thẩm thấu: ==> H = 4228.3437 (m2.h.mmHg/g) Lượng hơi nước thấm qua 1m2 bề mặt kết cấu bao che: Áp suất thực tế tác dụng lên bề mặt của kết cấu: Nhiệt độ (oC) Áp suất bão hòa hơi nước (mmHg) Áp suất thực tế (mmHg) t0 27 26.74 21.392 t1 26.6728 26.239 21.392 t2 26.4996 25.974 21.384 t3 24.6404 23.264 21.314 t4 24.4672 23.025 21.306 t5 24.4576 23.011 21.220 t6 24.4576 23.011 0.825 t7 -19.1007 0.842 0.703 t8 -19.274 0.829 0.6948 t9 -20 0.772 0.6948 Vậy: không có đọng ẩm trong kết cấu. III.4. Cách nhiệt cách ẩm cho vách giữa hai kho lạnh Vách giữa hai kho lạnh được xây dựng như sau: Vật liệu Bề dày δ (m) Hệ số truyền nhiệt λ (w/mK) Hệ số thẩm thấu μ (g/m.h.mmHg) Nhiệt trở δ/λ (m2K/w) Trở lực thẩm thấu δ/μ (m2.h.mmHg/g) Vữa 0.02 0.88 0.012 0.0227 1.6667 Lưới thép Cách nhiệt (Stiropor) 0.05 0.035 0.008 1.4286 6.25 Cách ẩm (polyetylen) 0.001 0.00000024 4166.6667 Cách ẩm (nhựa đường) 0.002 0.80 0.000115 0.0025 17.3912 Vữa 0.02 0.88 0.012 0.0227 1.6667 Gạch 0.20 0.82 0.014 0.2439 14.2857 Vữa 0.02 0.88 0.012 0.0227 1.6667 Cách ẩm (nhựa đường) 0.002 0.80 0.000115 0.0025 17.3912 Cách ẩm (polyetylen) 0.001 0.00000024 4166.6667 Cách nhiệt (Stiropor) 0.05 0.035 0.008 1.4286 6.25 Lưới thép Vữa 0.02 0.88 0.012 0.0227 1.6667 Cộng 0.386 3.1969 8401.5683 Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức: với α1 = 9 w/m2K: hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng 1 (đối lưu cưỡng bức) α2 = 9 w/m2K: hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng 2 (đối lưu cưỡng bức) δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên) λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên) K = 0.58 w/m2.K: hệ số truyền nhiệt quy chuẩn giữa hai phòng có cùng nhiệt độ ==> chọn δ = 0.10 m (mỗi bên vách dày 0.05 m) => Hệ số truyền nhiệt K = 0.2925 w/m2.K Kiểm tra đọng sương và đọng ẩm tương tự vách. ==> Không có đọng sương và đọng ẩm trong kết cấu. III.5. Cách nhiệt cách ẩm cho nền Kết cấu nền kho lạnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ phòng lạnh, tải trọng của hàng bảo quản, dung tích kho lạnh,…Yêu cầu của nền là phải có độ vững chắc cần thiết, tuổi thọ cao, không thấm ẩm. Vật liệu Bề dày δ (m) Hệ số truyền nhiệt λ (w/mK) Hệ số thẩm thấu μ (g/m.h.mmHg) Nhiệt trở δ/λ (m2K/w) Trở lực thẩm thấu δ/μ (m2.h.mmHg/g) Bêtông xỉ 0.10 0.5 0.2 Bêtông đất 0.02 1.6 0.0125 Lưới thép Cách nhiệt (Stiropor) 0.20 0.035 0.008 5.7143 25 Cách ẩm (polyetylen) 0.001 0.00000024 4166.6667 Cách ẩm (nhựa đường) 0.002 0.80 0.000115 0.0025 17.3912 Bêtông tấm 0.10 1 0.004 0.1 25 Bêtông cốt thép 0.15 1.5 0.004 0.1 37.5 Cộng 0.573 6.1293 4271.5579 Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức: với α1 = 12 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí trên nền đất. α2 = 9 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu cưỡng bức). δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên). λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên). K = 0.21 w/m2K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn của nền có sưởi. ==> chọn δ3 = 0.2 m => Hệ số truyền nhiệt của nền K = 0.1586 w/m2K Kiểm tra tương tự trên ==> không có đọng sương và đọng ẩm. III.6. Cách nhiệt cách ẩm cho trần Mái kholạnh không được phép đọng nước và thấm nước. Mái có kết cấu như sau: Vật liệu Bề dày δ (m) Hệ số truyền nhiệt λ (w/mK) Hệ số thẩm thấu μ (g/m.h.mmHg) Nhiệt trở δ/λ (m2K/w) Trở lực thẩm thấu δ/μ (m2.h.mmHg/g) Bêtông tấm 0.1 1 0.004 0.1 25 Cách ẩm (nhựa đường) 0.002 0.80 0.000115 0.0025 17.3912 Cách ẩm (polyetylen) 0.001 0.00000024 4166.6667 Cách nhiệt (Stiropor) 0.2 0.035 0.008 5.7143 25 Bêtông cốt thép 0.15 1.5 0.004 0.1 37.5 Vữa 0.02 0.88 0.012 0.0227 1.6667 Cộng 0.473 5.9395 4273.2246 Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức: với α1 = 23.3 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (tường có chắn gió). α2 = 9 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu cưỡng bức). δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên). λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên). K = 0.22 w/m2K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn. ==> chọn δ3 = 0.2 m => Hệ số truyền nhiệt của trần K = 0.1642 w/m2K Kiểm tra tương tự trên ==> Không có đọng sương đọng ẩm trên bề mặt kết cấu. CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh được xác định bằng biểu thức: [9] Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 (w) với Q1: dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che. Q2: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra. Q3: dòng nhiệt đi từ ngoài vào do thông gió phòng lạnh. Q4: dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành. Q5: dòng nhiệt tỏa ra khi sản phẩm thở. IV.1. Tính cho kho thứ nhất IV.1.1. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che: Q1 = Q1v + Q1n +Q1t + Q1bx (w) với Q1v, Q1n, Q1t: dòng nhiệt tổn thất qua vách, nền và trần do chênh lệch nhiệt độ. Q1bx: dòng nhiệt tổn thất qua tường và trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời. Công thức để tính tổn thất nhiệt qua vách, nền và trần có dạng như sau: Q = K x F x (tng – ttr) với: K: hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che (w/m2K) F: diện tích bề mặt của kết cấu bao che (m2) tng: nhiệt độ môi trường bên ngoài (oC) ttr: nhiệt độ trong phòng lạnh (oC) Q: tổn thất nhiệt qua kết cấu (w) Vách ngoài Vách giữa hai phòng lạnh Vách trước hoặc sau Nền Trần K 0.1622 0.0836 0.1622 0.1586 0.1642 F 42 42 21 72 72 tng 27 -20 27 27 27 ttr -20 -20 -20 -20 -20 Q 320.1828 0 160.0914 536.7024 555.6528 Chọn kho lạnh xây theo hướng Bắc – Nam, cửa kho nằm ở hướng Bắc. => Buổi sáng kho nhận bức xạ ở hướng Đông và buổi chiều kho nhận bức xạ ở hướng Tây. Vách kho được quét vôi trắng nên lấy hiệu nhiệt độ dư như sau: ∆t = 7K: vách hướng Đông. ∆t = 8K: vách hướng Tây. ∆t = 19K: trần làm bằng bêtông. => Dòng nhiệt do bức xạ mặt trời: Q1bx = ∑KF∆t = 0.1622 x 42 x 8 + 0.1642 x 72 x 19 = 279.1248 (w) è Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che là: Q1 = Q1v + Q1n + Q1t +Q1bx = 320.1828 + 0 + 2 x 160.0914 + 536.7024 +555.6528 +279.1248 = 2011.8456 w IV.1.2. Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra: Q2 = Q2a + Q2b (w) với Q2a: dòng nhiệt sản phẩm tỏa ra khi bảo quản lạnh đông. Q2b: dòng nhiệt tỏa ra từ bao bì của sản phẩm. IV.1.2.1. Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra: với M: năng suất của buồng bảo quản lạnh đông (t/24h) h1, h2: entanpi của sản phẩm trước và sau khi bảo quản lạnh đông (kj/kg) 1000/(24 x 3600) : hệ số chuyển đổi từ (t/24h) ra (kg/s) Q2a: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra (kw) Chọn nhiệt độ hàng nhập thẳng vào kho bảo quản lạnh đông là -8oC => h1 = 43.5 kj/kg Nhiệt độ sau khi bảo quản là -20oC => h2 = 0 kj/kg Khối lượng hàng nhập vào kho bảo quản lạnh đông trong một ngày đêm: với M: khối lượng hàng nhập vào bảo quản lạnh đông (t/24h) E: dung tích phòng bảo quản lạnh đông (t) ψ: tỉ lệ nhập có nhiệt độ không cao hơn -8oC đưa trực tiếp vào kho bảo quản lạnh đông. ψ = 0.65 – 0.85 B: hệ số quay vòng hàng. B = 5 ÷ 6 lần/năm m: hệ số nhập hàng không đồng đều. m = 2.5 Dòng nhiệt sản phẩm tỏa ra khi bảo quản lạnh đông: IV.1.2.2. Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra: với Mb: khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm (t/24h) Cb: nhiệt dung riêng của bao bì (kj/kg.K) t1: nhiệt độ bao bì trước bảo quản lạnh đông (oC) t2: nhiệt độ bao bì sau bảo quản lạnh đông (oC) Q2b: dòng nhiệt do bao bì tỏa ra (kw) 1000/(24 x 3600) : hệ số chuyển đổi từ (t/24h) ra (kg/s) Ta có: Khối lượng bao bì cactông: Mb = 30%M = 30% x 1.75 = 0.525 t/24h Nhiệt dung riêng bao bì: Cb = 1.46 kj/kg.K Nhiệt độ bao bì trước bảo quản: t1 = -8oC Nhiệt độ bao bì sau bảo quản: t2 = -20oC è Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra: Q2 = Q2a + Q2b = 0.881 + 0.1065 = 0.9875 kw = 987.5 w IV.1.3. Dòng nhiệt do thông gió kho lạnh: Do kho lạnh dùng để bảo quản lạnh đông có nhiệt độ -20oC nên không có thông gió. è Q3 = 0 w IV.1.4. Dòng nhiệt do vận hành kho: Q4 = Q41 + Q42 + Q43 +Q44 (w) với Q41: dòng nhiệt do chiếu sáng. Q42: dòng nhiệt do người tỏa ra. Q43: dòng nhiệt do các động cơ điện. Q44: dònh nhiệt tổn thất khi mở cửa. IV.1.4.1. Dòng nhiệt do chiếu sáng được tính theo công thức: Q41 = A x F (w) với F: diện tích kho lạnh (m2) A: công suất chiếu sáng riêng (w/m2) Đối với kho bảo quản: A = 1.2 w/m2 => Q41 = 1.2 x 72 = 86.4 w IV.1.4.2. Dòng nhiệt do người tỏa ra được xác định theo biểu thức: Q42 = 350 x n (w) Chọn n =3 (kho nhỏ hơn 200m2) => Q42 = 350 x 3 = 1050 w IV.1.4.3. Dòng nhiệt do các động cơ điện tỏa ra: Q43 = 1000 x N x φ (w) với N: tổng công suất động cơ điện. φ: hệ số hoạt động đồng thời. Chọn N = 4 kw do kho bảo quản lạnh đông nhỏ. φ = 1: các động cơ hoạt động đồng thời. => Q43 = 1000 x 4 x 1 = 4000 w IV.1.4.4. Dòng nhiệt khi mở cửa được tính theo công thức: Q44 = B x F (w) với F: diện tích kho lạnh (m2) B: dòng nhiệt riêng khi mở cửa (w/m2) Kho bảo quản lạnh đông chọn B = 12 w/m2 => Q44 = 12 x 72 = 864 w. è Dòng nhiệt do vận hành kho: Q4 = 86.4 + 1050 + 4000 + 864 = 6000.4 w ≈ 6000 w IV.1.5. Dòng nhiệt do sản phẩm hô hấp Q5: Do sản phẩm là thủy sản và được bảo quản lạnh đông nên không có hô hấp è Q5 = 0 w Dòng nhiệt tổn thất cho toàn bộ kho thứ nhất: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5. = 2011.8456 + 987.5 + 0 + 6000.4 + 0 = 8999.7456 w ≈ 9000 w IV.2. Tính cho kho giữa Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 (w) Tính tương tự như trên IV.2.1. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che: Q1 = Q1v + Q1n + Q1t +Q1bx = 0 + 0 + 2 x 160.0914 + 536.7024 + 555.6528 + 0.1642 x 72 x19 = 1637.1636 w IV.2.2. Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra: Q2 = Q2a + Q2b = 0.881 + 0.1065 = 0.9875 kw = 987.5 w IV.2.3. Dòng nhiệt do thông gió kho lạnh: Q3 = 0 w IV.2.4. Dòng nhiệt do vận hành kho: Q4 = Q41 + Q42 + Q43 +Q44 (w) = 86.4 + 1050 + 4000 + 864 = 6000.4 w ≈ 6000 w IV.2.5. Dòng nhiệt do sản phẩm hô hấp: Q5 = 0 w è Dòng nhiệt tổn thất cho kho giữa: Q = 1637.1636 + 987.5 +6000.4 = 8625.0636 w ≈ 8625 w IV.3. Tính cho kho thứ ba Do kho thứ ba và kho thứ nhất có kết cấu tương tự nhau nên tổn thất nhiệt của kho thứ nhất và kho thứ ba xem như là bằng nhau: è Q = 9000 w è Dòng nhiệt cung cấp cho 3 kho là: Q = 2 x 9000 + 8625 = 26625 w IV.4. Xác định tải nhiệt cho thiết bị và máy nén Kho Nhiệt độ kho Q1 Q2 Q4 ∑Q Thiết bị Máy nén Thiết bị Máy nén Thiết bị Máy nén Thiết bị Máy nén Kho 1 -20oC 2012.5 2012.5 987.5 987.5 6000 4500 9000 7500 Kho 2 -20oC 1637.5 1637.5 987.5 987.5 6000 4500 8625 7125 Kho 3 -20oC 2012.5 2012.5 987.5 987.5 6000 4500 9000 7500 Cộng 26625 22125 Năng suất lạnh của máy nén: với k: hệ số lạnh kể đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh b: hệ số thời gian làm việc ∑Q: tổng nhiệt tải của máy nén Do t0 = - 30oC nên chọn k = 1.07 chọn b = 0.7 đối với các thiết bị lạnh nhỏ. CHƯƠNG V: TÍNH CHỌN MÁY NÉN Chọn các thông số của chế độ làm việc như sau: - Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: t0 = -30oC - Độ quá nhiệt hơi hút là: ∆qn = 5oC => Nhiệt độ hơi hút về máy nén: tqn = (-30 + 5) = -25oC - Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất: tk = 40oC - Độ quá lạnh của tác nhân lạnh lỏng: ∆ql = 5oC => Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu: tql = (40 – 5) = 35oC - Năng suất lạnh của máy nén: Q0 = 34 kw V.1. Tác nhân lạnh Tác nhân lạnh là amôniăc, có công thức là NH3, kí hiệu R717, là một chất khí không màu, có mùi rất hắc. NH3 sôi ở áp suất khí quyển ở -33.35oC, có tính chất nhiệt động tốt, phù hợp với chu trình máy lạnh nén hơi dùng máy nén pistông. Tính chất hoá lý: + Năng suất lạnh riêng khối lượng q0 lớn nên lưu lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống nhỏ, rất phù hợp cho các máy lạnh có năng suất lớn và rất lớn. + Năng suất lạnh riêng thể tích qv lớn nên máy nén gọn nhẹ. + Các tính chất trao đổi nhiệt tốt, hệ số tỏa nhiệt khi sôi và ngưng tương đương với nước nên không cần tạo cánh trong các thiết bị trao đổi nhiệt với nước. + Tính lưu động cao, tổn thất áp suất trên đường ống, các cửa van nhỏ nên thiết bị gọn nhẹ. + Amôniăc không hòa tan dầu nên nhiệt độ bay hơi không bị tăng. + Amôniăc hòa tan không hạn chế trong nước + Amôniăc không ăn mòn các kim loại chế tạo máy. Tính chất sinh lý: Amôniăc độc hại với cơ thể con người, gây kích thích nêm mạc của mắt, dạ dày, … Tính kinh tế: Amôniăc là môi chất lạnh rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển và bảo quản dễ. V.2. Qui trình công nghệ V.2.1. Thuyết minh qui trình công nghệ: Hơi môi chất sinh ra ở thiết bị bay hơi được máy nén hút về và nén lên áp suất cao đẩy vào bình ngưng tụ. Ở thiết bị ngưng tụ hơi môi chất thỉai nhiệt cho nước và ngưng tụ thành lỏng. Lỏng có áp suất cao đi qua van tiết lưu vào thiết bị bay hơi. Ở thiết bị bay hơi, lỏng môi chất sôi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp, thu nhiệt của môi trường lạnh. Hơi lại được hút về máy nén, như vậy vòng tuần hoàn được khép kín. V.2.2. Chu trình lạnh của máy nén: Chu trình Carnot ngược chiều được coi là chu trình lạnh đơn giản nhất. Đơn giản không phải về mặt thiết bị màvì chỉ bao gồm hai quá trình đoạn nhiệt và hai quá trình đẳng nhiệt xen kẻ. Chu trình Carnot có công tiêu hao nhỏ nhất, năng suất lạnh lớn nhất, hệ số lạnh lớn nhất nhưng có nhiều nhược điểm khi vận hành. Do đó ta sử dụng chu trình quá lạnh và quá nhiệt để khắc phục các nhược điểm trên. Chu trình quá lạnh và quá nhiệt là chu trình quá lạnh khi nhiệt độ của môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu nhỏ hơn nhiệt độ ngưng tụ và gọi là chu trình quá nhiệt khi nhiệt độ hơi hút về máy nén lớn hơn nhiệt độ bay hơi (nằm trong vùng quá nhiệt). Nguyên nhân quá lạnh có thể do: + Bố trí thêm thiết bị quá lạnh lỏng sau thiết bị ngưng tụ. + Thiết bị ngưng tụ là thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng ên lỏng môi chất được quá lạnh ngay ở thiết bị ngưng tụ. + Lỏng môi chất tỏa nhiệt ra môi trường trên đoạn đường ống từ thiết bị ngưng tụ đến thiết bị tiết lưu. Nguyên nhân quá nhiệt có thể do: + Sử dụng van tiết lưu nhiệt, hơi ra khỏi thiết bị bay hơi bao giờ cũng có một độ quá nhiệt nhất định. + Tải nhiệt lớn và thiếu lỏng cấp cho thiết bị bay hơi. + Tổn thất lạnh trên đường ống từ thiết bị bay hơi đến máy nén. 4 LgP h 2 1 2’ 1’ 3 3’ ∆ql ∆qn Thông số tại các điểm như bảng sau: (phụ lục 6 trang 342 [5]) Điểm Nhiệt độ t (oC) Nhiệt độ T (K) Áp suất p (MPa) Entanpy h (kj/kg) Thể tích riêng v (m3/kg) 1’ -30 243 0.1219 1640 0.96 1 -25 248 0.1219 1650 1 2 165 438 1.585 2040 2’ 40 313 1.585 1710 3’ 40 313 1.585 610 3 35 308 1.585 580 4 -30 243 0.1219 580 Sự thay đổi trạng thái của môi chất trong chu trình như sau: 1’ – 1 : Quá nhiệt hơi hút. 1 – 2 : Nén đoạn nhiệt hơi hút từ áp suất thấp p0 lên áp suất cao pk, s1 = s2 2 – 2’ : Làm mát đẳng áp hơi môi chất từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái bão hoà. 2’ – 3’ : Ngưng tụ môi chất đẳng áp và đẳng nhiệt. 3’ – 3 : Quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp. 3 – 4 : Quá trình tiết lưu đẳng entanpi ở van tiết lưu h3 = h4 4 – 1’ : Quá trình bay hơi ở thiết bị bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt. V.3. Tính máy nén V.3.1. Năng suất lạnh riêng q0: q0 = h1’ – h4 (kj/kg) với h1’: entanpi của hơi bão hòa ra khỏi thiết bị bay hơi (kj/kg) h4: entanpi của môi chất sau khi qua tiết lưu (kj/kg) => q0 = 1640 – 580 = 1060 kj/kg V.3.2. Năng suất lạnh riêng thể tích qv: với q0: năng suất lạnh riêng (kj/kg) v1: thể tích hơi hút về máy nén (m3/kg) V.3.3. Công nén riêng l: l = h2 – h1 (kj/kg) với h2: entanpi của hơi quá nhiệt khi ra khỏi máy nén (kj/kg) h1: entanpi của hơi vào máy nén (kj/kg) => l = 2040 – 1650 = 390 kj/kg V.3.4. Năng suất nhiệt riêng qk: qk = h2 – h3 (kj/kg) với h2: entanpi của hơi khi vào bình ngưng (kj/kg) h3: entanpi của lỏng khi ra khỏi bình ngưng (kj/kg) => qk = 2040 – 580 = 1460 kj/kg V.3.5. Hệ số lạnh của chu trình ε: với q0: năng suất lạnh riêng (kj/kg) l: công nén riêng (kj/kg) V.3.6. Hiệu suất exergi ν: với ε: hệ số lạnh của chu trình Tk: nhiệt độ ngưng tụ (K) T0: nhiệt độ bay hơi (K) V.3.7. Năng suất khối lượng thực tế của máy nén mtt: với Q0: năng suất lạnh của máy nén (kw) q0: năng suất lạnh riêng khối lượng (kj/kg) V.3.8. Năng suất thể tích thực tế của máy nén Vtt: Vtt = mtt x v1 (m3/s) với mtt: năng suất khối lượng thực tế của máy nén (kg/s) v1: thể tích riêng hơi hút về máy nén (m3/kg) => Vtt = 0.032 x 0.93 = 0.02976 m3/s V.3.9. Hệ số cấp của máy nén λ: λ = λi x λw’ trong đó với pk: áp suất ngưng tụ của tác nhân lạnh (MPa) p0: áp suất bay hơi của tác nhân lạnh (MPa) ∆p0 = ∆pk = 0.01 MPa m = 1 c = 0.05 : tỉ số thể tích chết. và với T0: nhiệt độ bay hơi của tác nhân lạnh (K) Tk: nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân lạnh (K) è λ = 0.3096 x 0.7764 = 0.24 V.3.10. Thể tích lý thuyết Vlt: với Vtt: năng suất thể tích thực tế của máy nén (m3/s) λ: hệ số cấp của máy nén. Chọn máy nén N6WB hiệu MYCOM do Nhật sản xuất có thể tích lý thuyết là: (bảng 4.3a trang 46 [10]) 572.6 m3/h ≈ 0.159 m3/s => Số lượng máy nén: è Chọn 1 máy nén ký hiệu N6WB. Các thông số của máy nén:[5] Đường kính xilanh 130 mm Hành trình xilanh 100 mm Số xilanh 6 Tốc độ quay 1200 vòng/phút Thể tích hút lý thuyết 572.6 m3/h V.3.11. Công nén đoạn nhiệt Ns: Ns = mtt x l (kw) với mtt: lưu lượng tác nhân lạnh qua máy nén (kg/s) l: công nén riêng (kj/kg) => Ns = 0.032 x 390 = 12.48 kw V.3.12. Công nén chỉ thị Ni: với Ns: Công nén đoạn nhiệt (kw) ηi: hiệu suất chỉ thị ηi = λw + b x t0 trong đó λw = T0/Tk = 0.7764 b = 0.001 t0: nhiệt độ bay hơi (oC) => ηi = 0.7764 + 0.001 x (-30) = 0.7464 V.3.13. Công nén hiệu dụng Ne: Ne = Ni + Nms với Ni: công nén chỉ thị (kw) Nms: tổn thất ma sát (kw) mà Nms = Vtt x pms trong đó Vtt: thể tích hút thực tế của máy nén (m3/s) pms = 0.06 MPa : áp suất ma sát riêng => Nms = 0.02976 x 0.06 x 106 = 1785.6 w = 1.7856 kw è Ne = 16.72 + 1.7856 = 18.5056 kw V.3.14. Công suất điện Nel: với Ne: công nén hiệu dụng (kw) ηtd = 0.95 : hiệu suất truyền động của khớp, đai,… ηel = 0.9 : hiệu suất động cơ V.3.15. Công suất động cơ lắp đặt Nđc: Chọn hệ số an toàn là 1.4 è Nđc = 1.4 x Nel = 1.4 x 21.644 = 30.3 kw ≈ 30 kw V.3.16.Nhiệt thải ngưng tụ Qk: Qk = Q0 + Ni (kw) với Q0: năng suất lạnh của máy nén (kw) Ni: công nén chỉ thị (kw) è Qk = 34 + 16.72 = 50.72 kw ≈ 51 kw CHƯƠNG VI: TÍNH THIẾT BỊ NGƯNG TỤ VI.1. Nguyên lý Sử dụng bình ngưng vỏ ống nằm ngang. Bình ngưng gồm một vỏ hình trụ, bên trong có bố trí chùm ống, hai đầu có hai mặt sàng. Hơi amôniăc trong không gian giữa các ống ngưng tụ trên bề mặt chùm ống. Nước vào theo đường ống bố trí trên một nắp, đi phía trong chùm ống theo các lối đã bố trí sẵn rồi ra theo ống nối phía trên. VI.2. Các thông số Chọn bình ngưng ống vỏ nằm ngang và nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt. Nhiệt độ trung bình của không khí là: 27oC và độ ẩm là 80% => Nhiệt độ bầu ướt của không khí là: 24.5oC Chọn nhiệt độ nước vào là: tw1 = 30oC Chọn nhiệt độ nước ra là: tw2 = 35oC Nhiệt độ ngưng tụ: tk = 40oC Nhiệt thải ra ở bình ngưng: Qk = 51 kw Lưu lượng môi chất qua máy nén: G = 0.032 kg/s VI.3. Tính toán ([9]) VI.3.1. Các thông số tính toán Hiệu nhiệt độ làm mát ∆tw: ∆tw = tw2 – tw1 = 35 – 30 = 5oC = 5K Hiệu nhiệt độ trung bình logarit ∆ttb: ∆tmax = tk – tw1 = 40 – 30 = 10K ∆tmin = tk – tw2 = 40 – 35 = 5K Lưu lượng nước qua bình ngưng mw: với Qk: nhiệt thải ngưng tụ (kw) Cp: nhiệt dung riêng của nước (kj/kgK) ∆ttb: hiệu nhiệt độ trung bình logarit (K) Ta có: Cp = 4.18 kj/kgK ở 32.5oC Chọn ống trao đổi nhiệt cho bình ngưng như sau: dng = 25 mm = 0.025 m dtr = 20 mm = 0.020 m s = 2.5 mm = 0.0025 m Diện tích tính cho 1m ống chiều dài: fng = 0.0785 m2/m ftr = 0.0628 m2/m Chọn tốc độ nước trong bình ngưng ωw = 1 m/s Số ống trong một lối của bình ngưng: Các thông số vật lý của nước làm mát bình ngưng được tra trong tập 10 (bảng 39 trang 427) ở nhiệt độ trung bình twtb = 32.5oC Khối lượng riêng ρw = 995 kg/m3 Hệ số dẫn nhiệt λw = 0.622 w/mK Độ nhớt động học νw = 0.7725 x 10-6 m2/s Hằng số Pr = 5.1425 Chọn n1 = 8 ống => tốc độ nước là ωw = 0.976 m/s VI.3.2. Xác định hệ số tỏa nhiệt α1 từ nước làm mát tới vách trong của ống: Trị số Reynolds: Đây là chế độ chảy rối nên Nusselt có dạng: trong đó nhiệt độ xác định là nhiệt độ trung bình của nước Do l/d 50 => εl = 1 và ống thẳng => εR = 1 Trong thiết bị ngưng tụ của máy lạnh thì hiệu nhiệt độ thường nhỏ (4 – 6K) nên tỉ số (Prf/Prw)0.25 ≈ 1. Vậy hệ số tỏa nhiệt phía nước: VI.3.3. Xác định hệ số toả nhiệt α2 từ môi chất lạnh ngưng tới vách ngoài ống: Gọi ∆ttb = tk – twtb và ∆tv = tk – tv, ta có: tv – twtb = ∆ttb – ∆tv Như vậy có thể viết: Trong đó là tổng nhiệt trở của vách ống và cặn bẩn Ta có δc = 0.6 x 10-3 m : bề dày lớp cáu cặn λc = 1.5 w/m.K : hệ số dẫn nhiệt của lớp cáu cặn δ = 2.5 x 10-3 m : chiều dày vách ống thép λ = 45.3 w/m.K : hệ số dẫn nhiệt của thép δs = 0.1 x 10-3 m : bề dày của lớp sơn chống rỉ λs = 0.58 w/m.K : hệ số dẫn nhiệt của lớp sơn chống rỉ δd = 0.06 x 10-3 m : bề dày lớp dầu λd = 0.12 w/m.K : hệ số dẫn nhiệt của lớp dầu Như vậy: Chọn ∆tv = 0.3 x ∆ttb = 2.164K Khi đó: qie = 738 x 0.7 x 7.2134 = 3726 w/m2 Các ống được bố trí trên mặt sàng theo đỉnh của tam giác đều, chùm ống có dạng hình lục giác với số ống đặt theo đường chéo lục giác lớn m xác định theo công thức: với Qk: lượng nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ (w) qie: mật độ dòng nhiệt (w/m2) s: bước ống ngang (m) dtr: đường kính trong của ống (m) l/D : tỉ số giữa chiều dài ống và đường kính trong của thân Chọn s = 1.4 x dng = 1.4 x 0.025 = 0.035 m và l/D = 5 Chọn m = 12 ống Hệ số tỏa nhiệt từ phía môi chất ngưng tụ tính theo bề mặt trong của ống α2: Các thông số vật lý của NH3 được tra ở 40oC (phụ lục 1a trang 290 [10]) Cp = 4.86 kj/kgK λ = 0.45 w/mK r = 1098.8 kj/kg (tra ở phụ lục 1b trang 292 [10]) μ = 122 x 10-6 N.s/m2 ρ = 579.1 kg/m3 Ψh : hệ số hiệu chỉnh do sự thay đổi vận tốc dòng hơi và màng lỏng từ trên xuống dưới. Ta có: Ψh = (m/Z)-0.167 vì các ống bố trí so le. Mật độ dòng nhiệt về phía môi chất: q2 = α2 x ∆tv = 9677 x ∆t0.75 (w/m2) Ta có mật độ dòng nhiệt là không đổi nên: q = q1 = q2 Giải phương trình trên bằng phương pháp lặp, ta thu được giá trị: ∆tv = 0.4087K nên không được chấp nhận. Tiếp tục lặp lại phép tính trên bằng cách chọn từng giá trị của ∆tv. Cuối cùng ta nhận giá trị là: ∆tv = 0.037 x ∆ttb = 0.0367 x 7.2134 =0.2647K Và số ống là 10 ống. Vậy hệ số truyền nhiệt α2 là: VI.3.4. Bố trí ống trong thiết bị Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết (tính theo bề mặt trong của ống): Chọn số ống theo hàng ngang là 10 trong lục giác đều, vậy tổng số ống: n = 0.75 x m2 + 1 = 0.75 x 102 + 1 = 76 ống Tổng chiều dài trao đổi nhiệt: Chọn tổng số ống trong thiết bị ngưng tụ là: 80 ống Chiều dài ống trong bình ngưng: Chọn chiều dài ống trong thiết bị ngưng tụ là: 2.0 m Số lối trong thiết bị ngưng tụ: Đường kính trong của thiết bị: D = 10x 0.035 = 0.35 m => Chọn đường kính trong thiết bị là: D = 0.4 m Tỷ số: è Chấp nhận. VI.4. Kiểm tra tính bền của thiết bị ([6], [7]) VI.4.1. Thân Chọn vật liệu làm thân là thép 20K. Nhiệt độ tính toán của thiết bị là: t = 200oC Áp suất tính toán là: p = 2 N/mm2 Hệ số bền mối hàn: φh = 0.8 Ứng suất cho phép: [σ] = 0.9 x 135 = 121.5 N/mm2 Ta có: Bề dày tối thiểu của thân trụ chịu áp suất trong: Chọn hệ số bổ sung do ăn mòn Ca = 1 mm Chọn hệ số bổ sung để qui tròn kích thước C0 = 0.885 mm Chọn hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo Cc = 2 mm => Bề dày thực của thân thiết bị: Kiểm tra độ bền: Áp suất tính toán cho phép: è Thân thiết bị ngưng tụ thoả điều kiện bền với áp suất trong. VI.4.2. Đáy - nắp Chọn đáy và nắp hình elip có bán kính trong ở đỉnh bằng đường kính trong của thiết bị, bề dày của đáy, nắp bằng bề dày của thiết bị. Chọn đáy và nắp đều có gờ để dễ ghép bích. Thông số của đáy và nắp như sau: Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Đường kính trong của thiết bị D mm 400 Bán kính trong của đáy, nắp Rt mm 400 Bề dày S mm 8 Chiều cao đáy ht mm 100 Chiều cao gờ h mm 25 Bề mặt trong F m2 0.2 Thể tích V m3 0.0115 Kiểm tra tính bền của đáy và nắp: Áp suất tính toán cho phép: è Vậy đáy và nắp thoả điều kiện bền với áp suất trong. VI.4.4. Vỉ ống Ta tính chiều dày tính toán tối thiểu của vỉ ống : với Dt = 400mm : đường kính trong thiết bị ngưng tụ . Hệ số K chọn là 0.3 P = 2 N/mm2 : áp suất tính toán của thiết bị ngưng tụ [] = 135 x 2.6 = 351N/mm2: ứng suất cho phép khi uốn của vật liệu làm vỉ (chọn thép 20K) . chọn bề dày tiêu chuẩn là * Kiểm tra theo ứng suất uốn : Với : - a : là khoảng cách ống theo chiều ngang. - b : là khoảng cách ống theo chiều dọc. - dn : là đường kính ngoài của ống. Vậy với bề dày 30mm thì vỉ thoả điều kiện bền . VI.4.5. Bích Chọn bích liền có cổ. Các thông số như sau: (bảng XIII.27 trang 417 [7]) Áp suất Đường kính trong Kích thước ống nối Bulông p Dt D Db Dl D0 db Z h H S1 N/mm2 mm mm mm mm mm mm cái mm mm mm 2 400 560 500 462 419 M30 16 33 65 9 CHƯƠNG VII: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ BAY HƠI VII.1. Nguyên lý Thiết bị bay hơi sử dụng là dàn lạnh quạt (dàn lạnh trao đổi nhiệt bằng không khí đối lưu cưỡng bức). Sử dụng thiết bị làm lạnh không khí kiểu khô vì kiểu này được dùng phổ biến nhất hiện nay. Đây là thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt, trong đó không khí (lưu động ngoài chùm ống) thải nhiệt cho môi chất sôi trong ống hoặc chất tải lạnh chảy trong ống. Khi không khí được làm lạnh do truyền nhiệt cho môi chất sôi trong ống ta gọi là thiết bị làm lạnh trực tiếp, còn khi không khí được làm lạnh nhờ chất tải lạnh chảy trong ống ta gọi là thiết bị làm lạnh gián tiếp. Cả hai loại này thường được chế tạo ở dạng chùm ống có cánh. Không khí được làm lạnh là không khí được tuần hoàn cưỡng bức nhờ quạt gió đẩy (hút) qua thiết bị. Ưu điểm: - Có thể bố trí ở trong hoặc ngoài buồng lạnh. - Ít tốn thể tích bảo quản sản phẩm. - Nhiệt độ đồng đều. - Hệ số trao đổi nhiệt lớn. - Ít tốn nguyên vật liệu. Nhược điểm: - Ồn. - Tốn thêm năng suất lạnh cho động cơ quạt gió. - Độ ẩm trong buồng thấp. - Khó duy trì độ ẩm cao theo yêu cầu bảo quản. - Độ khô hao sản phẩm tăng do nhiệt độ bay hơi thấp. VII.2. Các thông số Nhiệt tải của thiết bị bay hơi: Q0 = 26625 w Nhiệt độ bay hơi của tác nhân lạnh: t0 = -30oC Nhiệt độ trung bình của không khí: tm = -20oC Chọn nhiệt độ không khí vào dàn bay hơi: tv = -19oC Chọn nhiệt độ không khí ra khỏi dàn bay hơi: tr = -21oC Độ ẩm trung bình của không khí: φ = 90% Chọn vận tốc không khí qua thiết bị là: vkk = 5 m/s Chọn các ống truyền nhiệt là ống thép CT3 có các thông số như sau: Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Đường kính ngoài dng m 0.038 Đường kính trong dtr m 0.031 Bề dày ống s m 0.0035 Đường kính cánh tản nhiệt D m 0.078 Chiều cao cánh tản nhiệt h m 0.020 Bề dày cánh tản nhiệt δc m 0.001 Bước lá tản nhiệt b m 0.008 Bước ống đứng s1 m 0.080 Bước ống dọc s2 m 0.080 VII.3. Tính toán ([2]) VII.3.1. Xác định hàm ẩm, entanpi của không khí: Từ đồ thị h-d của không khí ẩm, ta xác định được các giá trị sau: Nhiệt độ (oC) Độ chứa hơiφ (%) Độ ẩm d” 10-3(kg/kg kkk) Hàm ẩm d 10-3(kg/kg kkk) Entanpi h (kj/kg) -19 90 0.720 0.648 -17.404 -21 90 0.5934 0.534 -19.687 với entanpi được tính theo công thức sau: h = Cb x t + d x (2500 + Ch x t) (kj/kg) trong đó Cb = 1 kj/kg.oC : nhiệt dung riêng của không khí khô Ch = 1.93 kj/kg.oC : nhiệt dung riêng của không khí ẩm Hàm ẩm được tính theo công thức: d = x d” (kg/kg kkk) Tỉ số nhiệt lạnh: Để tìm được nhiệt độ của vách ống, ta lần lượt giảm nhiệt độ và tra bảng theo nhiệt độ đó được giá trị độ chứa hơi bão hòa tương ứng, hạ nhiệt độ cho đến khi độ ẩm tính theo biểu thức sau đạt 100% thì ta được nhiệt độ vách ống: Biểu thức trên rút ra từ ba công thức trên (tính entanpi, hàm ẩm, tỉ số nhiệt lạnh) Cho φ = 100% ta tìm được tw = -24oC và d” = 0.36 x 10-3 kg/kg kkk Xét trên 1m chiều dài ống: Diện tích cánh: Diện tích khoảng giũa các cánh: Diện tích bề mặt trong của ống: Diện tích bề mặt ngoài của ống (tính luôn cánh): Hệ số làm cánh: Hiệu nhiệt độ trung bình: VII.3.2. Xác định lượng không khí tuần hoàn trong thiết bị: Lưu lượng khối lượng không khí: Lưu lượng thể tích không khí: với khối lượng riêng không khí: Diện tích tiết diện để không khí đi qua: VII.3.3. Tính bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị: [11] Hệ số cấp nhiệt của không khí đến lá tản nhiệt αkk = 35 w/m2.K (tra ở phụ lục 48 trang177 với vkk = 5 m/s [2]) Hệ số tách ẩm ξ: Xác định hệ số tỏa nhiệt về phía không khí: Đối với chùm ống bố trí song song, ta có: C = 0.18 và m = 0.7 Chọn số hàng ống theo chiều không khí Z > 4, ta có: Cz = 1 Còn hệ số Cs thì xác định như sau: Chiều dài qui ước: với λ = 2.276 x 10-2 w/m.K υ = 12.79 x 10-6 m2/s (tra phụ lục 14 trang 148 ở -20oC [2]) Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí: Hệ số tỏa nhiệt qui ước về phía không khí: Trong đó δt = 0.005 m : bề dày lớp tuyết λt = 0.2 w/m.K :hệ số dẫn nhiệt của tuyết Rc = 0.005 m2.K/w : nhiệt trở tại chỗ tiếp xúc giữa cánh và ống Hệ số tỏa nhiệt về phía không khí được qui đổi theobề mặt trong của ống: Trong đó: ψ = 0.85 Hệ số hiệu dụng của lá tản nhiệt E: với => m x h’ = 24 x 0.025 = 0.6 => E = 0.895 Mật độ dòng nhiệt về phía không khí qui đổi theo bề mặt trong của ống: Diện tích bề mặt trong ống: Diện tích truyền nhiệt của các cụm ống (các cụm ống bố trí dọc theo chiều chuyển động của không khí) Số cụm ống đặt song song trong dàn lạnh: => chọn 14 cụm Chiều dài ống trong một cụm ống: Số hàng trong một cụm ống: => chọn m = 21 => K = 1.43 với K= B/H và B: chiều rộng tương ứng của dàn lạnh H: chiều cao tương ứng của dàn lạnh Chiều dài của một ống trong cụm ống: Chiều cao của dàn lạnh: Bề rộng của dàn lạnh: VII.3.4.Tính quạt không khí: [2] Chế độ chảy của không khí trong dàn bay hơi: với ν = 12 x 10-6 m2/s (tra phụ lục 14 ở -24oC [2]) Vì 10000 < Re < 60000, tổn thất áp suất ∆P1 được tính theo công thức sau: Ở đây n' =14 : số dãy ống tản nhiệt tính theo chiều cao kho Vận tốc không khí tại của hút vào thiết bị làm lạnh không khí: Vậy tổn thất tại cửa hút: Vận tốc của không khí tại cửa vào và ra khỏi thiết bị: Vậy tổn thất tại cửa vào và cửa ra là: Tiết diện cửa ra của quạt: (chọn đường kính cửa ra D = 0.92 m) Tiết diện của không gian trên phòng: Hệ số tổn thất cục bộ: Vận tốc không khí ra khỏi cửa quạt: Tổn thất do dòng không khí ra khỏi cửa hộp vào không gian trên trần là: Vậy tổn thất tổng cộng là: Ta có thể lấy thêm 20% tổn thất: Chọn 9 quạt. Lưu lượng thể tích qua mỗi quạt: Ta chọn quạt hướng trục MЦ No5 (Bảng 10-11 trang 331 [5]) Tốc độ Năng suất Cột áp Hiệu suất vòng/s vòng/ph m3/s m3/h Pa mm H2O % 24 1440 1 3600 118 12 47 Công suất cần thiết của quạt: CHƯƠNG VIII: TÍNH CÁC THIẾT BỊ PHỤ VIII.1. Bình tách dầu [1] Bình tách dầu được lắp vào đường đẩy của máy nén NH3 để tách dầu ra khỏi hơi nén trước khi vào thiết bị ngưng tụ.Bình tách dầu được chọn theo đường kính bình hoặc đường kính ống nối máy nén. Tiết diện của bình: Trong đó G = 0.032 kg/s : lưu lượng NH3 v” = 0.135 m3/kg : thể tích riêng của hơi nén phía đầu đẩy máy nén v: vận tốc của ga vào bình tách dầu (m/s) Theo qui ước vận tốc ga vào bình tách dầu là: v ≤ 0.5 m/s Đường kính của bình tách dầu: Chọn bình tách dầu hiệu M1952 có các thông số như sau: Thông số Đơn vị Giá trị Đường kính mm 230 Chiều cao mm 900 Chiều cao phủ bì mm 1100 Đường kính ga vào mm 50 Đường kính ga ra mm 50 Đường kính ống dầu mm 15 Khối lượng kg 60 VIII.2. Bình chứa dầu Bình chứa dầu dùng để gom dầu từ bình tách dầu và các bộ phận có dầu khác trong hệ thống. Chọn bình tách dầu hiệu 300CM có kích thước như sau: Kích thước (mm) Thể tích (m3) Khối lượng (kg) D x S B H 325 x 9 765 1270 0.07 92 VIII.3. Bình chứa cao áp Bình chứa cao áp được bố trí ngay sau thiết bị 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. Thể tích bình chứa cao áp được tính theo công thức thực nghiệm: với G: lưu lượng NH3 (kg/h) v1 = 1.73 x 10-3 m3/kg : thể tích riêng của ga lỏng sau quá trình ngưng tụ 0.8 : hệ số làm đầy Chọn bình chứa cao áp hiệu RL 0.5 có các thông số sau: Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Thể tích V m3 0.5 Đường kính D mm 495 Chiều dài L mm 3220 Chiều cao phủ bì H mm 830 Đường kính ống ga vào dv mm 38 Đường kính ống ga ra dr mm 25 Khối lượng M kg 365 VIII.4. Bình tách lỏng Bình tách lỏng được bố trí trên đường hút máy nén để tách môi chất lỏng khỏi hơi hút về máy nén, đảm bảo hơi hút về máy nén ở trạng thái hơi bão hòa khô, tránh nguy cơ va đập thủy lực ở máy nén. Tiết diện của bình: Với G = 0.032 kg/s : lưu lượng tác nhân v" = 0.96 m3 /kg : thể tích riêng của ga sau quá trình bốc hơi v = 0.5 m/s : vận tốc của ga vào bình tách lỏng Chọn bình tách lỏng hiệu OT50 có các thông số như sau: Thông số Đơn vị Giá trị Đường kính mm 325 Chiều cao phủ bì mm 1840 Đường kính ga hơi vào mm 50 Đường kính ga lỏng vào mm 25 Đường kính ống dịch hoàn lưu mm 40 Đường kính ống đáy dầu mm 133 VIII.5. Tính chọn tháp giải nhiệt Phương trình cân bằng nhiệt có thể viết dưới dạng: Qk = Cw x ρw x Vw x (tw2 – tw1) = Vk x ρk x (hk2 + hk1) với Qk: nhiệt lượng thải ra ở thiết bị ngưng tụ (kw) Cw: nhiệt dung riêng của nước (kj/kg.K) ρw: khối lượng riêng của nước (kg/m3) Vw: lưu lượng nước (m3/s) Vậy lưu lượng nước tuần hoàn trong tháp giải nhiệt: Hiệu suất của tháp giải nhiệt: Năng suất làm mát cần thiết: với Qk: nhiệt lượng thải ra ở thiết bị ngưng tụ (kw) k: hệ số hiệu chỉnh Tra đồ thị 8.29 trang 288 [5] => k = 0.9 Tính đổi chuyển sang tấn lạnh: Dựa vào bảng 8-22 trang 286 [5] è Chọn tháp giải nhiệt kiểu FRK15 có các thông số như sau: Thông số kỹ thuật Kí hiệu Đơn vị Giá trị Lưu lượng nước định mức l/s 3.25 Chiều cao tháp H mm 1665 Đường kính tháp D mm 1170 Đường kính ống nối nước vào in mm 50 Đường kính ống nối nước ra out mm 50 Đường chảy tràn of mm 25 Đường xả dr mm 25 Đường kính ống van phao fv mm 15 Lưu lượng quạt gió m3/ph 140 Đường kính quạt gió ф mm 630 Môtơ quạt kw 0.37 Khối lượng tĩnh kg 52 Khối lượng khi vận hành (có nước) kg 165 Độ ồn của quạt dB 50.5 VIII.6. Bình tách khí không ngưng Thành phần chủ yếu của khí không ngưng là không khí. Máy lạnh amôniac thường xả định kỳ khí không ngưng. Tuy nhiên phương pháp này gây tổn thất amôniăc nhiều. Có hai loại: xả khí định kỳ, xả khí liên tục. VIII.7. Van Van một chiều được bố trí trên đường đẩy của máy nén và thiết bị ngưng tụ, không cho dòng môi chất từ thiết bị ngưng tụ chảy trở lại máy nén khi dừng máy nén. Van an toàn lắp ở những thiết bị cao áp và chứa nhiều môi chất lỏng, dùng để đề phòng trường hợp áp suất vượt quá mức qui định thì xả về thiết bị áp suất thấp hoặc trực tiếp vào không khí. Van tiết lưu nhiệt cân bằng trong bố trí trước dàn bay hơi để điều chỉnh lượng lỏng cung cấp cho dàn. Van khoá được lắp ở thiết bị (đầu vào và ra). VIII.8. Phin lọc Được bố trí trên đường hút và đẩy để bảo vệ cho bề mặt xilanh máy nén và clapê khỏi bị hư hỏng và bị xước khi hút phải cặn bẩn rắn. VIII.9. Đường ống Đường ống ga các loại được tính theo công thức sau: với G = 0.032 kg/s : lưu lượng tác nhân đi qua ống v” : thể tích riêng của chất tác nhân v: vận tốc cho phép trong ống Đường ống Vận tốc cho phép (m/s) Vận tốc chọn (m/s) Thể tích riêng (m3/kg) Đường kính ống (m) Chọn đường kính ống (mm) Ống hút 15 – 20 20 1 0.045 50 Ống đẩy 20 – 25 20 0.135 0.017 18 Ống dẫn dịch 0.5 – 1.25 1 1.48 x 10-3 0.008 8 VIII.10. Bơm Lượng nước làm mát cung cấp cho thiết bị ngưng tụ: Chọn bơm li tâm kí hiệu 1.5K-6b có các thông số như sau: Thông số Đơn vị Giá trị Đường kính bánh công tác mm 105 Năng suất m3/h 9.4 Cột áp bar 1.16 Hiệu suất % 49 Công suất trên trục kw 0.6 Công suất động cơ: Nđc = k x N = 1.5 x 0.6 = 0.9 kw Trong đó k = 1.5 : hệ số an toàn CHƯƠNG IX: TÍNH KINH TẾ Cách nhiệt: - Vách: Cách ẩm Vật liệu xây dựng Đơn vị tính Số lượng Đơn giá Thành tiền Cách nhiệt Vách 25.2 Nền M3 51 Trần 51 Cách ẩm Vách M2 252 Nền 255 Trần 255 Gạch Vách viên 16800 Sắt Tên thiết bị Đơn vị tính Số lượng Đơn giá Thành tiền Máy nén + động cơ kw 34 2500000 85000000 Thiết bị ngưng tụ Cái 1 10000000 10000000 Dàn bay hơi Bộ 3 10000000 30000000 Bình tách dầu Cái 1 5000000 5000000 Bình chứa cao áp Cái 1 5000000 5000000 Bình tách lỏng Cái 1 5000000 5000000 Bình chứa dầu Cái 1 1000000 1000000 Lọc Cái 1 100000 100000 Tháp giải nhiệt Cái 1 5000000 5000000 Van các loại Cái 45 100000 4500000 Rơle các loại Cái 6 100000 600000 Đường ống các loại m 100 Cái 3 Cái 3 Thiết bị báo động Cái 3 500000 1500000 Nhiệt kế Cái 4 100000 400000 Áp kế Cái 6 100000 600000 Cách ẩm Cách nhiệt Gạch Bêtông cát loại Cát Tiền công lắp đặt thiết bị 100000000 KẾT LUẬN * Hệ thống kho bảo quản lạnh đông đã thiết kế có đặc điểm là dùng chu trình một cấp nén với tác nhân lạnh là NH3 (có năng suất lạnh riêng thể tích lớn). Vì vậy thiết bị sử dụng đơn giản, vận hành dễ dàng, giá đầu tư thấp hơn so với chu trình lạnh nén hơi hai cấp. Tuy nhiên nhược điểm của chu trình là nhiệt độ cuối tầm nén cao, công nén khá cao, độ an toàn, tin cậy thấp hơn chu trình hai cấp nén. * Ở đây ta chọn xây kho trệt ít tốn công xây dựng, vận chuyển hàng dễ dàng và bảo quản tốt hơn nhưng có nhược điểm là chiếm nhiều diện tích xây dựng. * Thiết bị ngưng tụ ở đây ta dùng là dạng nằm ngang ống trơn có lợi là sử dụng được nước làm mát tuần hoàn kèm theo tháp giải nhiệt, nên tiết kiệm được lượng nước sử dụng nhưng thiết bị này đòi hỏi nước làm mát phải sạch để tránh đóng cặn bẩn trong đường ống. * Thiết bị bay hơi ta dùng là dàn lạnh quạt trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức không khí được dùng rộng rãi trong thực tế vì nó có một số ưu điểm như sau : ít tốn thể tích chiếm chỗ trong kho, nhiệt độ đồng đều, hệ số trao đổi nhiệt lớn, ít tốn nguyên vật liệu. Nhưng có nhược điểm là gây ra tiếng ồn và tốn thêm năng suất lạnh cho động cơ máy quạt, độ ẩm trong buồng lạnh thấp nên khó duy trì được độ ẩm cao theo yêu cầu bảo quản, độ khô hao sản phẩm tăng lên do nhiệt độ bay hơi thấp. Van điện từ và van tiết lưu nhiệt cân bằng ngoài được dùng để cung cấp lượng môi chất lạnh thích hợp cho dàn bay hơi nhằm duy trì nhiệt độ trong kho đạt yêu cầu. * Một số thiết bị phụ tính và chọn chưa được hợp lý lắm vì các thiết bị chọn thường lớn hơn số liệu ta tính ra được theo lý thuyết. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Tập thể tác giả bộ môn Máy & Thiết bị - Khoa Công nghệ Hóa học & Dầu khí - Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, “Tài liệu hướng dẫn Thiết kế Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị” [2]. Trần Hùng Dũng - Trần Văn Nghệ, “Quá trình & Thiết bị CNHH & TP - Tập 11”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh. [3]. Phạm Văn Bôn - Nguyễn Đình Thọ, “Quá trình & Thiết bị CNHH & TP - Tập 5: Quá trình và Thiết bị truyền nhiệt”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh. [4]. Tập thể Tác giả Bộ môn Máy & Thiết bị - Khoa Công nghệ Hóa học & Dầu Khí -Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, “Quá trình & Thiết bị CNHH & TP - Tập 10: Ví dụ và Bài tập”, Nhà xuất bản Đại học quốc gia Tp. Hồ Chí Minh. [5]. Nguyễn Đức Lợi, “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh”, Nhà xuất bản Giáo dục. [6]. Hồ Lê Viên, “Cơ sở tính toán Máy & Thiết bị Hóa chất - Thực phẩm: Tập 1 & 2”, Đại học Bách Khoa Hà Nội xuất bản 1997 [7]. Tập thể tác giả “Sổ tay Quá trình và Thiết bị công nghệ Hóa chất - Tập 1 & 2”, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 1999 [8]. Trần Đức Ba và tập thể tác giả, “Công nghệ lạnh nhiệt đới”, Nhà xuất bản Nông nghiệp. [9]. Nguyễn Đức Lợi, “Kỹ thuật lạnh ứng dụng”, Nhà xuất bản Giáo dục [10]. Nguyễn Đức Lợi - Phạm Văn Tùy, “Kỹ thuật lạnh cơ sở”, Nhà xuất bản Giáo dục [11].Trần Thanh Kỳ, “Máy lạnh”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh