Thiết kế hệ thống cấp đông, trữ đông sản phẩm thịt Heo

2K] - ks :hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường khi bề mặt ngoài là nhiệt độ đọng sương, [W/m2K] - α1= 6 W/m2K hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của từơng bao che - tf : nhiệt độ trong buồng lạnh, 0C - tn= 37,30C : nhiệt độ môi trường ngoài - ts = 320C nhiệt độ đọng sương của môi trường, tra theo đồ thị I-d với nhiệt độ môi trường t1=37,30C và độ ẩm φ=73% a. Phòng trữ đông Phòng trữ đông có tf = -180C Suy ra: ks = 0,95.6. = 0,54 W/m2K Mà có ktđ = 0,217 < ks = 0,54 W/m2K Vậy không có hiện tượng đọng sương trên bề mặt ngoài của tường bao phòng trữ đông b. Phòng cấp đông Phòng cấp đông có tf= -350C Suy ra: ks = 0,95.6.= 0,42 W/m2K Mà có kcđ = 0,15 < ks = 0,42 W/m2K Vậy không có hiện tượng đọng sương trên bề mặt ngoài của tường bao phòng cấp đông. 2.4 BỐ TRÍ CÁCH NHIỆT KHO LẠNH Đối với tường ngăn giữa 2 phòng lạnh có nhiệt độ âm như nhau vẫn phải cách nhiệt với chiều dày như tường bao ngoài vì đề phòng trường hợp chỉ có một phòng làm việc. Để thuận tiện cho việc thi công thì chiều dày lớp cách nhiệt tường bao ngoài được dùng chung cho các tường còn lại . A T Đ (-18°C) T Đ (-18°C) C Đ (-35°C) 300 100 200 100 CHƯƠNG 3 : TÍNH NHIỆT HỆ THỐNG LẠNH - Chương này nhằm tính tổng tổn thất nhiệt của kho lạnh . Để từ đó tính ra công suất yêu cầu của máy lạnh. - Tổn thất lạnh từ kho lạnh ra môi trường được xác định theo biểu thức 4-1, trang 75 , tài liệu [1] : Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 , [W] Trong đó: Q1: Tổn thất lạnh qua kết cấu bao che, [W] Q2: Tổn thất lạnh để làm lạnh sản phẩm và bao bì, [W] Q3: Tổn thất lạnh do thông gió. Tổn thất này chỉ có đối với các phòng lạnh có phát sinh nguồn hôi thối hoặc các chất độc hại. Ở đây sản phẩm bảo quản là thịt heo đã qua chế biến nên không cần phải thông gió buồng lạnh => Q3=0 Q4: Tổn thất lạnh do vận hành , [W] Q5: Tổn thất lạnh do sản phẩm thở (Rau, hoa quả…), ở đây sản phẩm là thịt heo => Q5 = 0 => Tổn thất lạnh của kho lạnh thiết kế dược tính theo công thức: Q = Q1 + Q2 + Q4 , [W] - Các số liệu và cách bố trí buồng : C Đ (-35°C) T Đ (-18°C) T Đ (-18°C) A D C E F G H K B 4500 4500 6000 6500 6500 6000 4000 2250 4000 6000 6000 3.1 TÍNH NHIỆT PHÒNG CẤP ĐÔNG Số liệu cho trước :E = 2,5 t/ mẻ, t1 = 18 0C, t2 = −150C , tf = −350C 1. Tính tổn thất lạnh qua kết cấu bao che : Q1 Ta có : Q1 = Q + Q Trong đó: Q : Tổn thất lạnh qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ Q = ∑ki .Fi.∆ti , [W] Q: Tổn thất lạnh qua kết cấu bao che do bức xạ mặt trời. Vì kho lạnh có thiết kế thêm 1 mái che nắng mưa ở phía trên trần kho lạnh do đó bức xạ từ mặt trời vào kho lạnh là không có => Q= 0 Vậy: Q1 = Q = ∑ki .Fi.∆ti , [W] Với: - ki: hệ số truyền nhiệt của vách thứ i. Đối với các vách bao bên ngoài, trần, nền thì ki đã được tính trong chương 2. Riêng đối với tường ngăn giữa các phòng lạnh thì ta chọn k tối ưu theo bảng (3-5) trang 64 tài liệu [1]. Đối với tường ngăn giữa buồng cấp đông và trữ đông có: kBC=0,47, [W/m2K] .Đối với tường ngăn CD với hành lang tra bảng 3-4,trang 63 , tài liệu [1] bằng phương pháp nội suy ta được kCD=0.265[W/m2K]. - Fi: Diện tích bề mặt kết cấu, [m2] - ∆ti: Độ chênh nhiệt độ bên ngoài với môi trường bên trong theo mục 1.4 , trang 17, tài liệu [1] : + Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng cấp đông với môi trường ngoài : ∆tAB = ∆tAD = tn− tf = 37,3− (−35) = 72,3 0C + Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng cấp đông với phòng đệm: ∆tDC = 0,7( tn− tf) = 0,7[37,3− (−35)] = 50,61 0C + Độ chênh nhiệt độ giữa phòng cấp đông với phòng trữ đông qua tường ngăn là : ∆tBC = 0,6(tn – tf) = 0,6[37,3− (−35)] = 43,38 0C - Chiều cao tính toán phòng lạnh là: tính từ mặt nền đến mặt trên của trần cấp đông : htt = 3,6 m - Kích thước chiều dài tường ngoài : theo mục a), trang 77, tài liệu [1] + Đối với buồng góc kho : lấy chiều dài từ mép tường ngoài đến trục tâm tường ngăn => chiều dài tường AB = AD = 4,5m - Kích thước chiều dài tường ngăn : tính từ bề mặt trong của tường ngoài đến tâm của tường ngăn => chiều dài tường BC = CD = 4m - Kích thước chiều dài nền và trần tính từ bề mặt trong của tường ngoài đến tâm của tường ngăn => chiều dài nền và trần = 4m. Kết quả tính toán được đưa vào bảng tổng hợp sau: Kết cấu Kích thước, [m x m] Diện tích F, [m2] ki [W/m2K] ∆ti [0C] Qi [W] Tường AB 4,5 x 3,6 16,2 0,145 72,3 169,83 Tường AD 4,5 x 3,6 16,2 0,145 72,3 169,83 Tường BC 4,0 x 3,6 14,4 0,47 43,38 293,59 Tường CD 4,0 x 3,6 14,4 0,265 50,61 193,12 Nền 4,0 x 4,0 16 0,15 72,3 173,52 Trần 4,0 x 4,0 16 0,15 72,3 173,52 Tổng Q1 = ∑ Qi 1173,41 2. Tính tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì: Q2 Ta có : Q2 = Q+ Q, [W] Trong đó: - Q: Tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm - Q: Tổn thất lạnh do làm lạnh bao bì a.Tính Q: Ta có công thức tính Q: theo trang 80, tài liệu [1] Q= , [kW] Với : - E: Khối lượng sản phẩm đưa vào cấp đông 1 mẻ, [t] - i1: Entanpi của thịt Heo khi đưa vào ở nhiệt độ 180C, tra bảng (4-2) trang 81 tài liệu [1] , bằng nội suy ta có : i1 = 266,2 kJ/kg - i2: Entanpi của thịt Heo khi đưa ra ở nhiệt độ −150C, tra bảng (4-2) trang 81 tài liệu [1] ta có : i2 = 12,2 kJ/kg - τ =11h thời gian cấp đông cho 1 mẻ thịt => Q= = 16,035 kW b. Tính Q: Ta có công thức tính tổn thất lạnh do bao bì: Q= , [kW] Với: - Gb: Khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm,[t]. Do khối lượng bao bì chiếm tới (10 ÷ 30)% khối lượng hàng (trang 84 tài liệu [1]) và bao bì bằng kim loại nên lấy bằng 30% khối lượng sản phẩm Gb=30%G. - Cbb: Nhiệt dung riêng của bao bì, đối với bao bì bằng kim loại thì : Cbb = 0,45kJ/kg.K (trang 84 tài liệu [1]) - t1: Nhiệt độ đầu vào của bao bì lấy bằng nhiệt đầu vào của sản phẩm - t2: Nhiệt độ đầu ra của bao bì lấy bằng nhiệt độ của phòng cấp đông - τ = 11h thời gian cấp đông cho 1 mẻ sản phẩm => Q= = 0,281 kW Vậy tổng tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì là: Q2= 16,035 + 0,281 = 16,316 kW 3.Tính tổn thất lạnh do vận hành: Q4 Tổn thất lạnh do vận hành Q4 bao gồm các tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng , do người làm việc trong phòng,do các động cơ điện và do mở cửa: Q4= Q+ Q+ Q+ Q , [W] Với: - Q: Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng buồng lạnh - Q: Tổn thất lạnh do người làm việc trong phòng - Q: Tổn thất lạnh do các động cơ điện - Q : Tổn thất lạnh do mở cửa a. Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng: Q Qđược tính theo công thức (4-17) trang 86 tài liệu [1] ta có: Q= A . F, [W] Với: - F: diện tích phòng lạnh , [m2] F = 4x4=16 m2 - A: Nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng 1m2 diện tích buồng. Đối với phòng bảo quản lạnh có A= 1,2 W/m2 => Q= 1,2 .16 = 19,2 W b. Dòng nhiệt do người toả ra Q: Qdược tính theo công thức (4-18) trang 86 tài liệu [1] ta có: Q= 350.n , [W] Với: - 350: nhiệt lượng do 1 người toả ra khi làm việc nặng nhọc - n là số người làm việc trong phòng . Vì phòng có diện tích chọn n = 2 Q= 350.2 = 700 W c. Tổn thất lạnh do các động cơ điện Q: Ta biết rằng năng lượng điện cung cấp cho động cơ được chia làm 2 phần: + 1phần biến thành nhiệt năng toả ra môi trường xung quanh. Do đó nếu động cơ đặt trong phòng lạnh thì nhiệt toả ra này sẽ gây ra 1 phần tổn thất lạnh. + Phần lớn còn lại biến thành cơ năng có ích (như làm quay quạt thông gió, quay động cơ quạt dàn bay hơi…). Nhưng cơ năng này tới môi trường sẽ cọ xát với không khí trong môi trường biến thành nhiệt năng gây ra tổn thất lạnh cho kho lạnh. Tổn thất lạnh do các động cơ điện được tính theo công thức (4-19), trang 87, tài liệu [1]: Q= N , [kW] Với: - Hiệu suất của động cơ + = 1: Nếu động cơ đặt trong phòng + = : Nếu động cơ đặt ở ngoài phòng lạnh Đối với phòng cấp đông người ta định mức công suất của động cơ điện cho phòng có công suất E=2 tấn/mẻ là : N = 4x2,2 kW Ta có thể tính công suất động cơ điện của phòng cấp đông với công suất là 2,5tán/mẻ là: N= = 11kW => Tổn thất lạnh do động cơ điện Q= N= 11kW d. Tính dòng nhiệt khi mở cửa:Q Dòng nhiệt khi mở cửa được tính theo công thức (4-20) trang 87 tài liệu [1] Q= B.F , [W] Với: B- dòng nhiệt riêng khi mở cửa, [W/m2]. Tra bảng (4-4) trang 87 đối với phòng cấp đông có diện tích F= 16 m2 < 50 m2 ta có: B = 32 m2 F= 4x4m2: diện tích buồng => Q= 16.32 = 512 W Vậy tổng tổn thất lạnh do vận hành là: Q4 = 19,2 + 700 + 11000 + 512 = 12231,2W 4. Tính nhiệt kho lạnh Đối với hệ thống lạnh cấp đông thì tổng tổn thất nhiệt cấp cho phòng này là: Q0 = Q1 + Q2 + Q4 = 1173,4 +16316 + 12231,2 = 29720,6 W = 29,7206 kW 5. Công suất lạnh yêu cầu của máy nén Công suất nhiệt yêu cầu của máy nén phải đảm bảo bù lại tổn thất nhiệt cấp cho phòng Q. Nhưng vì khi môi chất đi từ máy nén đến dàn lạnh thì sẽ có các tổn thất trên đường ống và tổn thất tại các thiết bị trong hệ thống. Bên cạnh đó thì máy nén không thể vận hành liên tục 24h trong 1 ngày được vì nếu như thế sẽ gây ra ứng suất mỏi làm hỏng máy nén. Vì vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén được xác định như sau: Q= Trong đó: k : hệ số kể đến tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị trong hệ thống lạnh. Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ phòng là −350C nên dùng nội suy ta tính được nhiệt độ dàn bay hơi k = 1,085 (trang 92, tài liệu [1]) b : hệ số kể đến thời gian làm việc của máy nén. Dự tính máy nén làm việc khoảng 22h/1ngày đêm => chọn b = 0,9 (trang 92, tài liệu [1]) Vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén là: Q = = 35829,83 W 3.2 TÍNH NHIỆT CHO PHÒNG TRỮ ĐÔNG Số liệu cho trước : E = 35 tấn , tf = -180C Vì 2 phòng trữ đông có công suất như nhau nên ta chỉ tính cho phòng GHKF là phòng làm việc khắc nghiệt nhất 1. Tính tổn thất lạnh qua kết cấu bao che : Q1 Ta có : Q1 = Q + Q= Q = ∑ki .Fi.∆ti , [W] Với : - ki: hệ số truyền nhiệt của vách thứ i. Đối với các vách bao bên ngoài, trần, nền thì ki đã được tính trong chương 2. Riêng đối với tường ngăn giữa các phòng lạnh thì ta chọn k tối ưu theo bảng (3-5) trang 64 tài liệu [1]. Đối với tường ngăn giữa 2 buồng trữ đông có: kGF = 0,58 W/m2K - Fi: Diện tích bề mặt kết cấu, [m2] - ∆ti: Độ chênh nhiệt độ bên ngoài với môi trường bên trong + Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng trữ đông với môi trường ngoài : ∆tGH = ( tn−tf) = 37,3 −(− 18) = 55,30C + Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa phòng trữ đông với phòng đệm: ∆tFK = 0,7( tn−tf) = 0,7[37,3 −(− 18)] = 38,710C + Độ chênh nhiệt độ của tường ngăn giữa 2 phòng trữ đông : ∆tGF = 0,6( tn−tf) = 0,6[37,3 −(− 18)] = 33,180C - Chiều cao tính toán phòng lạnh là: htt = 3,6 m - Kích thước chiều dài tường ngoài : theo mục a), trang 77, tài liệu [1] + Đối với buồng góc kho : lấy chiều dài từ mép tường ngoài đến trục tâm tường ngăn => chiều dài tường GH = HK = FK = 6,5m - Kích thước chiều dài tường ngăn : tính từ bề mặt trong của tường ngoài đến tâm của tường ngăn => chiều dài tường GF = 6m, EC = 2,25m, - Kích thước chiều dài nền và trần tính từ bề mặt trong của tường ngoài đến tâm của tường ngăn => chiều dài nền và trần = 6m. Kết quả tính toán được đưa vào bảng tổng hợp sau: Phòng trữ đông II: GHKF Kết cấu Kích thước, [m x m] Diện tích F, [m2] ki [W/m2K] ∆ti [0C] Qi [W] Tường GH 6,5 x 3,6 23,4 0,2 55,3 258,8 Tường GF 6 x 3,6 21,6 0,58 33,18 415,68 Tường HK 6,5 x 3,6 23,4 0,2 55,3 258,8 Tường FK 6,5 x 3,6 23,4 0,2 38,71 181,16 Nền 6 x 6 36 0,218 55,3 434 Trần 6 x 6 36 0,218 55,3 434 Tổng 1982,44 2. Tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì Q2: Đối với phòng trữ đông thì Q2 = 0 đó là do nhiệt độ thịt đưa vào phòng trữ đông là – 150C nhiệt độ thịt khi ra khỏi phòng là -120C, như vậy còn 30C ta dùng để làm lạnh cho bao bì 3.Tính tổn thất lạnh do vận hành: Q4 Tổn thất lạnh do vận hành Q4 bao gồm các tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng , do người làm việc trong phòng,do các động cơ điện và do mở cửa: Q4= Q+ Q+ Q+ Q , [W] Với: - Q: Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng buồng lạnh - Q: Tổn thất lạnh do người làm việc trong phòng - Q : Tổn thất lạnh do các động cơ điện - Q : Tổn thất lạnh do mở cửa a. Tổn thất lạnh do đèn chiếu sáng: Q Qdược tính theo công thức (4-17) trang 86 tài liệu [1] ta có: Q= A . F, [W] Với: - F: diện tích phòng lạnh , [m2] F = 6 x 6 = 36 m2 - A: Nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng 1m2 diện tích buồng. Đối với phòng bảo quản lạnh có A= 1,2 W/m2 => Q= 1,2 .36 = 43,2 W b. Dòng nhiệt do người toả ra Q: Qdược tính theo công thức (4-18) trang 86 tài liệu [1] ta có: Q= 350.n , [W] Với: - 350: nhiệt lượng do 1 người toả ra khi làm việc nặng nhọc - n là số người làm việc trong phòng ,vì phòng có diện tích chọn n = 2 => Q= 350.2 = 700 W c.Tổn thất lạnh do các động cơ điện Q: Tổn thất lạnh do các động cơ điện được tính theo công thức (4-19), trang 87, tài liệu [1]: Q= N , [kW] Với: - Hiệu suất của động cơ + = 1 : Nếu động cơ đặt trong phòng + = : Nếu động cơ đặt ở ngoài phòng lạnh Đối với phòng trữ đông người ta định mức công suất của động cơ điện cho phòng có công suất E=20 tấn/mẻ là : N = 4 x 0,75 kW Ta có thể tính công suất động cơ điện của phòng trữ đôngvới công suất là 35 tán/mẻ là: N= = 1,71 kW => Tổn thất lạnh do động cơ điện Q= η.N= 1.1,71= 1,71 kW ( η=1 chọn đông cơ đặt trong phòng ) d.Tính dòng nhiệt khi mở cửa:Q Dòng nhiệt khi mở cửa được tính theo công thức (4-20) trang 87 tài liệu [1] Q= B.F , [W] Với: B: dòng nhiệt riêng khi mở cửa, [W/m2]. Tra bảng (4-4) trang 87 đối với phòng trữ đông có diện tích F= 36 m2 < 50 m2 ta có: B = 22 m2 F= 6x6m2: diện tích buồng => Q= 36.22 = 792 W Vậy tổng tổn thất lạnh do vận hành là: Q4 = 43,2+ 700 + 1710 + 792 = 3245,2W 4. Tính nhiệt kho lạnh. = ++ 0,7.= + 0,7.( vì = 0) Ta lấy 0,7.là do có sự không dồng thời về vận hành. Mà ở đây chỉ có 2 phòng trữ đông nên chọn 0,7.. => = + 0,7. = 2. Q+ 0,7.2.Q4 = 2.1982,44 + 0,7.2.3245,2 = 8508,16W 5. Công suất lạnh yêu cầu của máy nén Công suất lạnh yêu cầu của hệ thống lạnh là: Q= Trong đó: k- hệ số kể đến tổn thất lạnh trên đường ống và các thiết bị trong hệ thông lạnh. Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ phòng là -180C nên bằng phương pháp nội suy ta tính được k = 1,034 (trang 92 tài liệu [1]) b- hệ số kể đến thời gian làm việc của máy nén. Dự tính máy nén làm việc khoảng 22h/1ngày đêm => chọn b = 0,9 (trang 92 tài liệu [1]) Vậy công suất lạnh yêu cầu của máy nén là: Q = = 9774,93 W CHƯƠNG 4 : LẬP CHU TRÌNH VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN Mục đích chương này nhằm tính chọn chu trình của hệ thống lạnh để tính công suất yêu cầu của thiết bị trong hệ thống lạnh từ đó làm cơ sở để tính chọn các thiết bị này . 4.1 TỔNG QUÁT 1.Chọn môi chất lạnh Môi chất sử dụng trong hệ thống lạnh là R22 vì nó có những ưu nhược điểm sau: −Ưu điểm : + Không độc hại + Không dễ cháy, dễ nổ + Không ăn mòn kim loại đen và kim loại màu + Khi rò rỉ , không làm hỏng thực phẩm cần bảo quản + Hòa tan hạn chế dầu , ở khoảng nhiệt độ -200C ÷ -400C không hòa tan dầu + Năng suất lạnh riêng thể tích lớn + Áp suất ngưng tụ ở điều kiện bình thường < NH3 + Nhiệt độ hóa rắn thấp hơn so với NH3 + Dễ vận chuyển và bảo quản −Nhược điểm : + Đắt tiền hơn NH3 . + Không hòa tan nước + Có tính rửa cặn bẩn nên dễ gây tắc nghẽn hệ thống + Gây ô nhiễm môi trường (phá hủy tầng ôzôn và gây hiệu ứng nhà kính) Nói chung R22 có độ hoàn thiện nhiệt động cao nên được sử dụng rộng rãi .Vì vậy chọn môi chất R22 là phù hợp . 2. Chọn môi trường giải nhiệt Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp trao đổi nhiệt vì so với không khí thì nước làm mát có những ưu điểm sau : + Hệ số tỏa nhiệt cao hơn nên làm mát tốt hơn + Ít chịu ảnh hưởng của thời tiết 4.2. HỆ THỐNG LẠNH TRỮ ĐÔNG I. Thông số ban đầu - Năng suất lạnh yêu cầu Q = 9774,93W = 9,77493 kW - Nhiệt độ và trạng thái của đối tượng làm lạnh : tf = - 180C - Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt : + Nhiệt độ nước khi vào bình theo trang 159, tài liệu [1] : t = tư + (3÷4)0C Với: tư : là nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí được tra theo đồ thị i-d với tn= 37,30C và độ ẩm φ = 73% ,ta có: tư = 330C => t = 33 + (3÷4)0C = 360C + Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng: t = t + (2÷6)0C Ở đây chọn bình ngưng ống chùm nằm ngang nên t = t + 40C = 36 + 4 = 400C II. Tính toán chu trình 1. Chọn nhiệt độ bay hơi : t0 = tf – (4 ÷10)0C = -18 – (4 ÷10) = - (22÷28)0C Chọn to = -250C tra bảng hơi bão hoà của R22 trang 320 tài liệu [1], bằng nội suy ta tính được áp suất bay hơi là : p0 = 2,02 bar 2. Chọn nhiệt độ ngưng tụ : tk = (t+t)/2 + (4 ÷6)0C = (36+40)/2 + 4= 420C Chọn ∆tk = 40C vì môi trường làm mát là nước. Tra bảng hơi bão hoà của R22 trang 320 tài liệu [1] ta có áp suất ngưng tụ là: pk = 16,06bar 3. Nhiệt độ hơi quá nhiệt tqn = t0 + Dtqn = -25 + 25 = 00C - Chọn độ quá nhiệt ∆tqn = 250C do nhiệt độ cuối tầm nén thấp nên độ quá nhiệt hơi hút rất cao theo trang 161 , tài liệu [1] 4. Nhiệt độ quá lạnh tql = tw1 +Dtql = 36 + 4 = 40 0C - Chọn độ quá lạnh ∆tql = 40C 5. Tính cấp nén của chu trình Ta có tỉ số nén của chu trình: Л = = = 7,9 < 12 Vậy chọn chu trình máy nén 1 cấp 6. Chọn chu trình lạnh Chọn chu trình lạnh cho phòng trữ là chu trình máy lạnh 1 cấp dùng thiết bị hồi nhiệt. Mặc dù là chu trình này bị lệch ra khỏi chu trình Cacno làm cho hệ số lạnh giảm xuống. Nhưng ngược lại nó tránh được hiện tượng ẩm về máy nén gây ra hiện tượng thuỷ kích làm hỏng máy nén. Đối với freon có thể dùng bình tách lỏng hoặc thiết bị hồi nhiệt nhưng dùng thiết bị hồi nhiệt nhiều hơn.Do nhiệt độ cuối tầm nén của chu trình hồi nhiệt lớn hơn bình tách lỏng 7. Xây dựng đồ thị và lập bảng thông số các điểm nút a. Sơ đồ nguyên lý của chu trình lạnh 1 cấp dùng thiết bị hồi nhiệt: Chú thích: MN: Máy nén NT: Bình ngưng tụ TL: Van tiết lưu BH: Dàn bay hơi HN: Thiết bị hồi nhiệt b. Đồ thị T-s và lnP- i: Các quá trình : 1’ - 2 :quá trình nén đoạn nhiệt trong máy nén 2 - 3 :quá trình ngưng tụ đẳng áp ở bình ngưng 3- 3’ :quá trình quá lạnh trong bình hồi nhiệt 3’- 4 :quá trình tiết lưu trong van tiết lưu nhiệt 4- 1’ :quá trình bay hơi đẳng áp ở dàn bay hơi 1’- 1 :quá nhiệt hơi hút về máy nén c. Nguyên lý làm việc: Hơi sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi đi vào thiết bị hồi nhiệt nhận nhiệt đẳng áp của lỏng cao áp trở thành hơi quá nhiệt (1’) rồi được hút về máy nén nén đoạn nhiệt lên áp suất cao (2), sau đó qua thiết bị ngưng tụ nhả nhiệt đẳng áp cho môi trường làm mát ngưng tụ thành lỏng cao áp (3) rồi đi qua thiết bị hồi nhiệt nhả nhiệt đẳng áp cho hơi hạ áp trở thành lỏng chưa sôi (3’) qua van tiết lưu giảm áp xuống áp suất bay hơi (4) rồi đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt đẳng áp đẳng nhiệt của đối tượng cần làm lạnh, hoá hơi và chu trình cứ thế tiếp tục. d . Lập bảng thông số các điểm nút Điểm Nhiệt độ t0C Ap suất P(bar) Entanpi i(kJ/kg) Entropi s(kJ/kgK) Thể tích v(m3/kg) Chú thích 1 -25 2,02 695 1,7939 0,1113 Hơi bão hoà khô 1’ 0 2,02 699 1,8295 0,1259 Hơi quá nhiệt 2 80 16,06 755 1,8295 0,0189 Hơi quá nhiệt 3 42 16,06 550 1,1744 0,0010 Lỏng sôi 3’ 40 16,06 546 1,1616 0,0005 Lỏng chưa sôi 4 -25 2,02 546 1,1890 0,0389 Hơi bão hòa ẩm Xác định lưu lượng tuần hoàn qua hệ thống G = = = = 0,06 kg/s 8. Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Qk = G.qk = G.(i2 – i3) = 0,06.(755−550) = 12,3 kW 9. Nhiệt lượng qua thiết bị hồi nhiệt QHN = G.qHN = G.( i3–i3’)= G.( i1’– i1)= 0,06.(550–546) = 0,24 kW 10. Xác định công của máy nén L = G.l = G.(i2 – i1’) = 0,06.( 755– 699) = 3,36kW 11. Tính chọn công suất lạnh - Công suất lạnh phòng trữ đông: Q = Q= 8508,16kW - Công suất lạnh của máy nén lạnh trong phòng trữ đông Q= 9,77493 kW 12. Hệ số làm lạnh ε = = = 2,66 III. Chọn máy nén 1.Chọn máy nén a. Thể tích hút thực tế Vtt = G. v1 = 0,06. 0,1113 = 0,0066m3/s b. Hệ số cấp λ Có tỉ số nén : Л = = = 7,9. Tra đồ thị hình 7- 4 trang 168 tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại ta có: λ = 0, 56 c. Thể tích hút lý thuyết Vlt = = = 0,0117 m3/s - Xác định chu trình lanh tiêu chuẩn : Theo bảng (7-1) trang 172 - Tài liệu [1] chọn chế độ lạnh trữ đông 1 cấp R22 thì có các thông số sau: t0 = -150C => p0 = 2,97 bar tk = 300C => pk = 11,9 bar tqn = 150C tql = 250C Bảng thông số của chu trình lạnh tiêu chuẩn: Tsố Điểm Trạng Thái t [0C] p [bar] v [m3/kg] i [kJ/kg] 1 Bão hoà khô -15 2,97 0,087 698,5 4 Hơi bão hòa ẩm 30 11,9 537 - Năng suất lạnh riêng khối lượng tiêu chuẩn q0tc = i- i= 698,5 – 537= 161,5 kJ/kg - Năng suất lạnh riêng thể tích qV = = = 1339kJ/kg - Năng suất lạnh riêng thể tích tiêu chuẩn qVtc = = = 1857kJ/kg - Hệ số cấp ở điều kiện tiêu chuẩn Có tỉ số nén : Л = = = 4. Tra đồ thị hình 7- 4 trang 168 - Tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại ta có: λ = 0,81 - Năng suất lạnh tiêu chẩn Q0tc Q0tc = Q0 . = 9,77493. = 19,6kW Tra bảng 7-2 trang 175 tài liệu [1] chọn : + Máy nén piston MYCOM 1 cấp có ký hiệu F2WA2( hãng Mayekawa Nhật), + Q = 32,6 kW > Q0tc lắp đặt + Thể tích hút lý thuyết: Vlt = 71 m3 /h = 0,0197 m3/s d. Số lượng máy nén ZMN = = = 0,6 = > Chọn Z= 1 => Vậy dùng 1 máy nén 2. Chọn động cơ kéo máy Công suất động cơ điện kéo máy nén được tính theo công thức (7-25) trang 171 tài liệu [1] Ndc = (1,1÷2,1).Nel Đối với các máy lạnh nhỏ chế độ làm việc dao động lớn, điện lưới lên xuống phập phù nên chọn hệ số an toàn = 2,1 Suy ra: Ndc = 2,1.Nel = 2,1. Trong đó: L- công nén của máy nén η- Tổn thất năng lượng trong máy nén η = ηi.ηe.ηtđ.ηel Với: ηi – hệ số hiệu suất chỉ thị do quá trình nén đoạn nhiệt thực tế không phải là quá trình nén đoạn nhiệt thuận nghịch, ηi được tính theo công thức (7-21) trang 217 tài liệu [1] : ηi = + 0,0025.t0 = + 0.0025.(-25) = 0,72 ηe – Hệ số hiệu suất cơ học do tổn thất ma sát tại các bề mặt chuyển động (do nhà chế tạo quy định), chọn ηe = 0,92 ηtđ – Hệ số hiệu suất truyền động giữa máy nén và động cơ, vì máy nén hở truyền động đai nên chọn ηtđ = 0,98 ηel – Hệ số hiệu suất của động cơ điện, chọn ηel =0,9 theo trang 217 tài liệu [1] Suy ra : η = 0,72.0,92.0,98.0,9 = 0,58 Vậy công suất động cơ kéo máy nén: Ndc = 2,1.= 12,16 kW 4.3 HỆ THỐNG LẠNH CẤP ĐÔNG I. Thông số ban đầu - Năng suất lạnh yêu cầu của máy nén Q = 35,829 kW - Nhiệt độ và trạng thái của đối tượng làm lạnh : tf = - 350C - Chọn môi trường giải nhiệt là nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt : + Nhiệt độ nước khi vào bình là: t = tư + (3÷4)0C Với: tư- là nhiệt độ nhiệt kế ướt của không khí được tra theo đồ thị i-d với tn= 37,3 0C và độ ẩm φ = 73%, ta có: tư = 330C => t = 33+ (3÷4)0C = 360C + Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng: t = t + (2÷6)0C Ở đây chọn bình ngưng ống chùm nằm ngang nên t = ts + 40C = 36 + 4 = 400C II. Tính toán chu trình 1. Chọn nhiệt độ bay hơi : t0 = tf – (4 ÷10)0C = -35 – (4 ÷10) = - (39÷45)0C Chọn to = -45 0C tra bảng hơi bão hoà của R22 trang 320 tài liệu [1] ta có áp suất bay hơi là : p0 = 0,82662 bar 2. Chọn nhiệt độ ngưng tụ : tk = (t+t)/2 + (4 ÷10)0C = (36+40)/2 +4= 420C Chọn ∆tk = 40C vì môi trường làm mát là nước. Tra bảng hơi bão hoà của R22 trang 320 tài liệu [1] ta có áp suất ngưng tụ là: pk = 16,06 bar 3. Nhiệt độ quá lạnh tql : Là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu ,tql càng thấp thì năng suất lạnh càng lớn vì thế người ta cố gắng hạn chế nhiệt độ quá lạnh càng thấp càng tốt tql = tw1 + 40C = 36 + 4 0C = 400C , Dtql = 40C. 4. Nhiệt độ quá nhiệt: tqn = t0 + Dtqn Với : Dtqn :độ quá nhiệt hơi hút , đối với môi chất lạnh R22 thì : Dtqn=250C tqn = -45 + 25 = -200C Là nhiệt độ của hơi nước trước khi đi vào máy nén .Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất .Để đảm bảo máy nén không hút lỏng để gây hiện tượng thủy kích thì người ta bố trí thiết bị hồi nhiệt trước khi môi chất lỏng vào máy nén .Độ quá nhiệt của từng loại máy nén đối với từng loại máy nén tùy thuộc vào từng loại môi chất khác nhau 5. Tính cấp nén của chu trình Ta có tỉ số nén của chu trình: Л = = = 19,3> 12 Vậy chọn chu trình máy nén 2 cấp, với áp suất trung gian được chọn tối ưu sao cho tỉ số nén bằng nhau giữa các cấp. Vậy áp suất trung gian của chu trình: Ptg = = = 3,6435 bar, =>Tra bảng phụ lục trang 320 , tài liệu [1] của hơi bão hòa R22 bằng phương pháp nội suy ta tính được nhiệt độ hơi nén trung gian là : ttg= -9,190C. Chọn nhiệt độ quá lạnh lỏng trong ống xoắn trao đổi nhịêt của bình trung gian lớn hơn nhiệt độ lỏng trong bình trung gian khoảng 30C. Khi đó nhiệt độ lỏng trong ống xoắn trao đổi nhiệt t6 = ttg + (3÷5) 0C = -9,19 +3 = - 6,19 0C 6. Chọn chu trình lạnh Chọn chu trình cho phòng cấp đông là chu trình lạnh 2 cấp dùng bình trung gian có ống xoắn trao đổi nhiệt. Bởi vì do trở lực của hệ thống dàn bay hơi trong phòng cấp đông khá lớn (> 0,3kg/cm2). Nếu dùng bình trung gian làm mát hoàn toàn thì có thể hệ số làm lanh cao hơn nhưng áp suất trung gian không đủ mạnh để cấp đủ lỏng cho dàn bay hơi 7. Xây dựng đồ thị và lập bảng thông số các điểm nút 1. Sơ đồ nguyên lý của chu trình lạnh Chú thích : NCA: Máy nén cao áp BTG: Bình trung gian NHA: Máy nén hạ áp HN: Hồi nhiệt NT: Bình ngưng tụ TL: Van tiết lưu BH: Dàn bay hơi 2. Đồ thị 1’ 1 4 5 1’ 1 4 5 T s i lnp 6' 5' 7 2 3 6 6 7 6' 5' 2 3 Các quá trình của chu trình : 1’-1 : quá nhiệt hơi hút về máy nén 1-2 : nén đoạn nhiệt cấp hạ áp từ P0 lên Ptg 2-3 : làm mát hơi quá nhiệt hạ áp xuống đường hơi bão hòa x = 1 3-4 : nén đoạn nhiêt cấp cao áp từ Ptg lên Pk 4-5 : ngưng tụ đẳng áp, đẳng nhiệt 5-5’ : tiết lưu từ Pk xuống Ptg 5-6 : quá lạnh lỏng đẳng áp trong bình trung gian 6-6’ : tiết lưu từ áp suất Pk xuống P0 6’-1’ : bay hơi nhận nhiệt của môi trường cần làm lạnh 3. Nguyên lí làm việc : Hơi (1’) sau khi qua bộ hồi nhiệt trở thành hơi quá nhiệt (1) được hút về máy nén hạ áp nén đoạn nhiệt lên áp suất trung gian (2) rồi được sục vào bình trung gian và được làm mát hoàn toàn thành hơi bão hòa khô. Hỗn hợp hơi bão hòa khô (3) được hút về máy nén cao áp và được nén đoạn nhiệt lên áp suất ngưng tụ Pk điểm (4) sau đó đi vào thiết bị ngưng tụ , nhả nhiệt cho môi trường làm mát ngưng tụ thành lỏng cao áp (5). Tại đây lỏng cao áp được chia làm 2 dòng : + Dòng nhỏ đi qua van tiết lưu 1 (TL1) , giảm áp xuống áp suất trung gian thành hơi ẩm (5’) đi vào bình trung gian và được tách thành hơi bão hòa khô (3) và lỏng (7) . Lượng hơi (3) này cùng với lượng hơi tạo thành do làm mát hoàn toàn hơi nén trung gian và do quá lạnh lỏng đi trong ống trao đổi nhiệt , được hút về máy nén cao áp + Phần lớn lỏng còn lại đi vào trong ống trao đổi nhiệt được quá lạnh đến (6) , lỏng 6 đi qua van tiết lưu 2(TL2) giảm áp xuống áp suất bay hơi (6’) rồi đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt của đối tượng cần làm lạnh hóa hơi đẳng áp đẳng nhiệt thành hơi bão hòa khô (1’) và chu trình cứ thế tiếp tục . 4. Lập bảng thông số các điểm nút Tsố Điểm Trạng Thái t [0C] P [bar] v [m3/kg] i [kJ/kg] s [kJ/kg.K] 1’ Hơi bão hoà khô -45 0,82662 0,2571 686,36 1 Hơi quá nhiệt -20 0,82662 0,3152 702,66 1,9 2 Hơi quá nhiệt 45 3,6435 746,54 1,9 3 Hơi bão hoà khô -9,19 3,6435 0,0636 702,51 1,7665 4 Hơi quá nhiệt 65 16,06 740,82 1,7665 5 Lỏng sôi 40 16,06 549,34 5’ Hơi bão hoà ẩm -9,19 3,6435 549,34 7 Lỏng sôi -9,19 3,6435 489,36 6 Lỏng chưa sôi -6,19 16,06 495,83 6’ Hơi bão hoà ẩm -45 0,82662 495,83 5. Tính toán chu trình a. Xét 1kg môi chất qua thiết bị bay hơi - Tính lượng hơi tạo thành do quá lạnh lỏng cao áp đi trong ống trao đổi nhiệt γ = = = 0,25kg - Tính lượng hơi tạo thành do làm mát hoàn toàn 1kg hơi trung áp β = = = 0,20kg - Lượng hơi tạo thành khi đi qua van tiết lưu α = (γ +β ).() = (0,25 + 0,20) . = 0,17kg b. Nhiệt lượng nhận được thực tế tại thiết bị bay hơi q0 = i1’ – i6’ = 686,36- 495,83 = 190,3 kJ/kg c. Lưu lượng thực tế qua máy nén hạ áp GHA = = = 0,18 kg/s d. Lưu lượng thực tế qua máy nén cao áp GCA = ( 1+ α + γ +β ). GHA = (1+ 0,17+ 0,25 + 0,20). 0,18 = 0,29 kg/s e. Nhiệt thải ra của bình ngưng : Qk = GCA (i4 - i5) = 0,29.(740,82- 549,34) = 55,52 [kW] f. Nhiệt lượng thải ra cho môi trường làm mát ở thiết bị ngưng tụ: qk = ( 1+ α + γ +β ). ( i4- i5) = (1+ 0,17 + 0,25 + 0,20).( 740,82 – 549,34) = 310,19 kJ/kg g. Nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình quá lạnh ống trao đổi nhiệt qql = i5 – i6 = 549,34 – 495,83 = 53,51 kJ/kg h. Công nén máy hạ áp LNHA = GHA.( i2 – i1 ) = 0,18.( 746,54 – 702,66) = 7,89 kW i. Công nén máy cao áp LNCA = GCA.( i4 – i3 ) = 0,29.( 740,82–702,51) = 11,1 kW i. Công nén cho cả chu trình L = LNHA +LNCA = 7,89 + 11,1 = 18,99 kW k. Hệ số làm lạnh ε = = = 1,88 III. Tính chọn máy nén và động cơ kéo nó 1. Tính chọn máy nén a. Thể tích hút thực tế qua máy nén hạ áp và cao áp V = GHA .v1 = 0,18. 0,3152 = 0,056 m3/s V = GCA .v3 = 0,29.0,0636 = 0,018 m3/s b. Hệ số cấp λ Có tỉ số nén : Л = = = 4,4 . Tra đồ thị hình 7- 4 trang 168 tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại ta có: λ1 = λ2 = 0,75 c. Thể tích hút lý thuyết V = = = 0,074 m3/s V = = = 0,024 m3/s Chọn 1 máy nén 2 cấp như vậy ta không thể biết được thể tích hút lý thuyết của loại máy nén này là bao nhiêu, mà chỉ biết thể tích hút lý thuyết trong từng cấp của máy nén. Do đó ta chọn chu trình lạnh quy chuẩn và xác định máy nén cho chu trình lạnh quy chuẩn đó làm máy nén chạy trong hệ thống lạnh thực tế. - Xác định chu trình lạnh tiêu chuẩn : Theo bảng (7-1) trang 172 tài liệu [1] chọn chế độ lạnh đông 2 cấp R22 thì có các thông số sau: t0 = -350C => p0 = 1,325 bar tk = 300C => pk = 11,9 bar tqn = - 200C tql = 250C Suy ra áp suất trung gian của chu trình: Ptg = = = 3,97 bar => ttg = - 6,730C => t6= -6,73 + 3 = - 3,730C Bảng thông số của chu trình lạnh tiêu chuẩn : Tsố Điểm Trạng Thái t [0C] p [bar] v [m3/kg] i [kJ/kg] 1’ Bão hoà khô -35 1,325 0,1665 690,99 5 Lỏng sôi 30 11,9 536,57 6 Lỏng chưa sôi -3,73 11,9 490,45 6’ Hơi bão hoà ẩm -35 1,325 490,45 - Năng suất lạnh riêng khối lượng tiêu chuẩn q0tc = i- i= 690,99 – 490,45 = 200,54 kJ/kg - Năng suất lạnh riêng thể tích tiêu chuẩn qVtc = = = 1204 kJ/kg - Hệ số cấp ở điều kiện tiêu chuẩn Có tỉ số nén : Л = = = 3. Tra đồ thị hình 7- 4 trang 168 tài liệu [1] với máy nén kiểu hiện đại ta có: λ = 0,84 - Năng suất lạnh riêng thể tích qV = = = 740 kJ/kg - Năng suất lạnh tiêu chẩn Q0tc Q0tc = . = 35,829. = 65,29kW Chọn máy nén pitton MYCOM R22 F42B2 bảng 7-4 trang 177, tài liệu [1] có năng suất lạnh tiêu chuẩn :Q = 68,4 kW > Q0tc lắp đặt - Số máy nén lắp đặt: Z = = = 0,95 => Chọn Z = 1 máy 2.Chọn động cơ cho máy nén Công suất động cơ điện kéo máy nén tính theo công thức (7-25) trang 171tài liệu [1] Ndc = (1,1÷2,1).Nel Đối với các máy lạnh nhỏ chế độ làm việc dao động lớn, điện lưới lên xuống phập phù nên chọn hệ số an toàn = 2,1 Suy ra: Ndc = 2,1.Nel = 2,1. Trong đó: L- công nén của máy nén η- Tổn thất năng lượng trong máy nén η = ηi.ηe.ηtđ.ηel Với: ηi – hệ số hiệu suất chỉ thị do quá trình nén đoạn nhiệt thực tế không phải là quá trình nén đoạn nhiệt thuận nghịch, ηi được tính theo công thức (7-21) trang 170 tài liệu[1] : ηi = + 0,025.t0 = + 0.0025.(-45) = 0,61 ηe – Hệ số hiệu suất cơ học do tổn thất ma sát tại các bề mặt chuyển động (do nhà chế tạo quy định), chọn ηe = 0,92 ηtđ – Hệ số hiệu suất truyền động giữa máy nén và động cơ, vì máy nén hở truyền động đai nên chọn ηtđ = 0,98 ηel – Hệ số hiệu suất của động cơ điện, chọn ηel =0,9 theo trang 171 tài liệu[1] Suy ra : η = 0,61.0,92.0,98.0,9 = 0,49 Vậy công suất động cơ kéo máy nén: Ndc = 2,1.= 81,38 kW CHƯƠNG 5: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ THIẾT BỊ PHỤ 5.1 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 1. Chọn thiết bị ngưng tụ Chọn thiết bị ống chùm nằm ngang có nước làm mát tuần hoàn. Bởi vì loại thiết bị này có phụ tải nhiệt lớn(qF = 4500÷5500 W/m2) nên nó ít tiêu hao kim loại, thiết bị gọn nhẹ, chắc chắn, làm mát bằng nước nên ít chịu ảnh hưởng của thời tiết và dễ vệ sinh về phía nước làm mát . 2. Mục đích của thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ dùng để ngưng hơi nén từ máy nén thành lỏng cao áp trước khi qua van tiết lưu vào dàn bay hơi 3. Cấu tạo 7 9 8 5 4 3 2 1 12 11 8 10 6 6 Chú thích : 1. Áp kế,dưới áp kế có ống xi phông để giảm rung cho kim áp kế 2. Van an toàn, dưới van an toàn có van chặn để cô lập khi sữa chữa hoặc khi van an toàn mất tác dụng 3. Đường vào hơi cao áp 4. Đường cân bằng với bình chứa lỏng cao áp để lỏng trong bình ngưng chảy. về bình chứa dễ dàng 5.Đường dự trữ hoặc đường xả khí không ngưng 6,8. Đường xả khí và xả bẩn về phía nước làm mát 7. Nắp bình , vì không có áp lực nên làm đáy phẳng và trong nắp có các tấm phân chia để tạo lối đi cho dòng nước 9. Đường ra của lỏng cao áp 10. Ống thép trao đổi nhiệt là các ống đồng có cánh về phía Frêon vì Frêon trao đổi nhiệt kém hơn nước 11, 12 .Đường vào và ra của nước làm mát , vào dưới ra trên để đảm bảo bao phủ toàn bộ bề mặt trao đổi nhiệt . 4. Nguyên lý làm việc Đây là thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước chuyển động cưỡng bức bên trong ống. Hơi cao áp đi vào bình từ phía trên theo đường (3), chiếm đầy không gian thể tích bình. Tại đây nó nhả nhiệt cho nước làm mát chuyển động cưỡng bức bên trong ống, ngưng tụ thành lỏng cao áp, chảy xuống dưới và qua đường (9) đi ra ngoài. 5. Tính chọn thiết bị ngưng tụ - Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ : Qk = Q+ Q= 12,3 + 55,52 = 67,82 kW - Lấy phụ tải nhiệt: qF= 5000 W/m2 - Diện tích bề mặt truyền nhiệt F: theo công thức (8-1) trang 214 , tài liệu [1] Fk = = = 13,56 m2 Theo bảng 8-3 ,trang 204 ,tài liệu [1] chọn bình ngưng với các thông số: Kí hiệu Diện tích bề mặt ngoài, m2 Đường kính ống vỏ, mm Chiều dài ống , m Số ống Tải nhiệt max, kW Số lối KTP-18 18 377 1,8 86 62,8 4;2 5.2 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ BAY HƠI 1. Chọn thiết bị bay hơi Do Frêon hòa tan dầu nên nếu dùng dàn thông thường thì khi môi chất bay hơi sẽ còn lại một lớp dầu(vì ở nhiệt độ -20÷-400C, Frêon lại không hòa tan dầu) ở trên bề mặt thoáng của lỏng môi chất ở trong ống trao đổi nhiệt làm ngăn cản quá trình bay hơi của môi chất dẫn đến ngăn cản quá trình trao đổi nhiệt. Do đó dàn bay hơi Frêon phải chấp nhận đi từ trên xuống để tránh hiện tượng trên và để dầu về lại cacte của máy nén. Chọn thiết bị bay hơi kiểu dàn làm lạnh không khí đối lưu cưỡng bức. Vì nó được sử dụng để làm lạnh trực tiếp không khí mà không cần phải làm lạnh gián tiếp qua các chất tải lạnh. Hơn nữa loại này dễ vệ sinh và tránh được hiện tượng nứt ống do chất lỏng đóng băng 2. Mục đích của thiết bị bay hơi Dùng để hóa hơi hơi bão hòa ẩm sau khi tiết lưu và đồng thời làm lạnh môi trường cần làm lạnh. 3. Cấu tạo Chú thích : 1. Đường lỏng tiết lưu vào dàn 2. Búp chia : đặt thẳng đứng,dàn có bao nhiêu vĩ ống thì búp chia có bấy nhiêu lỗ. 3. Các ống chia :phải có chiều dài bằng nhau để phân phối lỏng cho đều. 4. Các vĩ ống trao đổi nhiệt : là ống đồng có cánh vì làm lạnh chất khí 5. Ống góp dưới 6. Bẫy dầu để tạo chỗ đọng dầu chạy trở về máy nén 7. Đường ra của hơi hạ áp 8. Dàn phun nước để xả tuyết 4. Nguyên lý làm việc. Đây là thiết bị bay hơi kiểu không ngập làm lạnh chất khí chuyển động cưỡng bức bên ngoài ống. Lỏng Freon được tiết lưu vào dàn từ phía trên nhờ búp chia và các ống chia nên lỏng Freon được chia đều cho các vĩ ống nhận nhiệt của chất khí chuyển động đối lưu cưỡng bức bên ngoài ống hóa hơi. Chiều dài vĩ ống phải được tính toán sao cho freon đi đến đoạn cuối của ống phải được hoàn toàn thành hơi và đi vào ống góp dưới 5 ra ngoài. Phụ tải nhiệt : qF = 170÷340 W/m2 5. Tính chọn thiết bị bay hơi a.Hệ thống dàn bay hơi cho phòng cấp đông - Năng suất lạnh của phòng cấp đông: Q0 = 35,83 kW - Chọn phụ tải nhiệt của thiết bị bay hơi qF = 250 W/m2 => Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt : xác định theo công thức (8-9), trang 233, tài liệu [1] : F = = 143,32 m2 Tra bảng 8-14 trang 251 tài liệu [1] chọn 8 dàn quạt kiểu 2B020 có : - Diện tích bề mặt ngoài : Fd = 20 m2 - Tải nhiệt khi ∆t = 10K : 2320W - Số lượng quạt: 2 - Công suất quạt: 100 W - Kích thước phủ bì: Dài x Rộng x Cao = 630mm x 765mm x 465mm b.Hệ thống dàn bay hơi cho phòng trữ đông - Năng suất lạnh của thiết bị bay hơi : Qo= 9774,93 W - Chọn phụ tải nhiệt của thiết bị bay hơi : qF = 250 W/m2 => Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt :xác định theo công thức (8-9), trang 233, tài liệu [1] : FІ = = = 39,09 m2 Tra bảng 8-14, trang 251 ,tài liệu [1] chọn 2 dàn quạt kiểu 2B020 có : - Diện tích bề mặt ngoài : Fd = 20 m2 - Tải nhiệt khi ∆t = 10K : 2320W - Số lượng quạt: 2 - Công suất quạt: 100 W - Kích thước phủ bì: Dài x Rộng x Cao = 630mm x 765mm x 465mm 5.3 . TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 1. Bình chứa cao áp a. Mục đích - Bình chứa cao áp mục đích để cấp lỏng ổn định cho van tiết lưu. Chỉ có trong hệ thống lạnh trung bình và lớn - Ngoài ra nó còn có nhiệm vụ chứa lỏng từ các thiết bị khác về khi sửa chữa hệ thống Vị trí : nằm sau thiết bị ngưng tụ và trước van tiết lưu. b. Cấu tạo Chú thích : 1. Áp kế , dưới áp kế có ống xiphông để giảm rung cho kim áp kế 2. Van an toàn, dưới van an toàn có van chặn để cô lập khi sữa chữa hoặc khi van an toàn mất tác dụng 3. Đường vào của lỏng cao áp 4. Đường cân bằng với thiết bị ngưng tụ để lỏng từ bình ngưng chảy xuống bình chứa dễ dàng 5. Đường dự trữ hoặc làm đường xả khí không ngưng 6. Ống thuỷ sáng để quan sát mức lỏng trong bình 7. Đường ra của lỏng cao áp tới van tiết lưu c. Tính toán bình chứa cao áp Ta chọn hệ thống lạnh môi chất Frêon chảy từ trên xuống nên thể tích chứa được tính theo công thức 8 -13, trang 260, tài liệu [1] ta có : VCA = = 0,72Vd Với : 1,2 – Hệ số an toàn VCA – Thể tích bình chứa cao áp Vd – Thể tích hệ thống dàn bay hơi 2. Bình tách dầu a. Mục đích -Để tránh dầu bám bẩn bề mặt trao đổi nhiệt của các thiết bị trao đổi nhiệt ( thiết bị ngưng tụ ,bay hơi….) , làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt. b. Cấu tạo Chọn bình tách dầu kiểu ướt vì dùng chung cho các máy nén lạnh Chú thích : 1.Đường vào của hơi cao áp 2. Van an toàn 3. Đường ra hơi cao áp 4.Các nón chắn , thực tế dùng 3 nón khoan lỗ ∅10mm, bước 20mm 5. Miệng phun ngang 6. Tấm chắn dầu khoan lỗ ∅40 mm Ở đây 5 và 6 có mục đích là để dòng hơi không sục thẳng vào lớp dầu phía dưới làm văng dầu và cuốn dầu theo làm giảm hiệu suất tách dầu . 7. Đường xả dầu. c.Nguyên lý làm việc: Dầu được tách nhờ 3 nguyên nhân: - Giảm vận tốc của dòng khi đi từ ống nhỏ ra ống to làm lực quán tính giảm và dưới tác dụng của trọng lực các hạt dầu nặng rơi xuống - Do lực ly tâm khi ngoặt dòng các hạt dầu nặng bị văng ra va đập vào thành bình rơi xuống dưới -Do sự mất vận tốc đột ngột khi va đập vào các tấm chắn. Các hạt dầu nặng được giữ lại và rơi xuống đáy bình d. Tính chọn bình tách dầu. Chỉ tính chọn bình tách dầu kiểu ướt - Đường kính ống : theo tài liệu [2] trang 222 ta có: d Trong đó : +w :tốc độ môi chất ở ống nối vào bình tách dầu Chọn w = 18 [m/s] (theo tài liệu [2] trang 222) +Vh :thể tích riêng thực tế của môi chất ra khỏi máy nén Vh = Vcd + Vtd = (0,056+ 0,018)+0,0066= 0,0806[m/3s] Þ d m = 71,6[mm] => Chọn loại bình 100-MO. + 100: chỉ đường kính ống nối vào đầu đẩy máy nén + MO: chỉ loại bình 3. Thiết bị tách khí không ngưng: a. Mục đích: Nhằm loại khí không ngưng ra khỏi thiết bị ngưng tụ để tăng diện tích trao đổi nhiệt. b. Cấu tạo Chú thích : 1 - Đường ra của hơi hạ áp nhưng trước khi về máy nén phải qua bình hồi nhiệt để tránh hiện tượng thuỷ kích. 2- Đường vào của hỗn hợp khí không ngưng và hơi cao áp được lấy từ bình chứa cao áp và thiết bị ngưng tụ 3 -Đường lỏng cao áp tiết lưu vào ống trong. 4- Đường tiết lưu của lỏng cao áp ngưng tụ. 5 -Đường xả khí không ngưng. c. Nguyên lý làm việc: Hỗn hợp hơi cao áp và khí không ngưng từ thiết bị ngưng tụ qua bình chứa cao áp được đi vào không gian giữa hai ống nhả nhiệt cho môi chất lạnh là lỏng cao áp tiết lưu vào trong ống trong (3) .Hơi cao áp được ngưng lại thành lỏng chảy xuống dưới và qua van tiết lưu (4) vào lại trong ống trong. Khí không ngưng tụ lại phía trên qua đường (5) xả ra ngoài. 4.Bình hồi nhiệt: a. Mục đích: - Dùng đểp quá nhiệt dòng hơi hút về máy nén nhằm tránh hiện tượng thủy kích. - Qúa lạnh lỏng cao áp trước khi vào tiết lưu nhằm giảm tổn thất lạnh do tiết lưu. Thiết bị được đặt sau thiết bị bay hơi,trước máy nén. b. Cấu tạo: 1và 3: Đường ra và vào của hơi hạ áp 2 : Lõi sắt bịt hai đầu nhằm để hướng đường đi của dòng hơi tiếp xúc với ống xoắn(6) và vừa làm tăng tốc độ của dòng hơi nhằm tăng cường quá trình trao đổi nhiệt. 4 và5: Đường ra và vào của lỏng cao áp. 6 : Ống xoắn. c. Nguyên lý làm việc: Hơi hạ áp đi vào phía trên của bình trao đổi nhiệt với lỏng cao áp đi trong ống xoắn trở thành hơi quá nhiệt được hút về máy nén.Hơi ra phải được lấy từ phía dưới để hút dầu về máy nén.Lỏng cao áp đi trong ống xoắn ngược với chiều dòng hơi để tăng cường qúa trình trao đổi nhiệt.Bình này được bọc cách nhiệt. 5. Bình gom dầu a. Mục đích -Để tránh nguy hiểm khi xả dầu từ các thiết bị có áp suất quá cao ra ngoài. -Để dễ thao tác thu hồi dầu từ các thiết bị có áp suất chân không b. Cấu tạo 1. Đường vào của dầu; 2. Đường cân bằng; 3. Áp kế 4. Đường xả dầu c. Nguyên lý làm việc - Để xả dầu từ 1 thiết bị nào đó về bình gom thì chúng ta thao tác sao cho áp suất trong bình gom dầu thấp hơn áp suất của thiết bị cần xả bằng cách mở van 2 - Để xả dầu từ bình gom ra ngoài có 2 trường hợp: + Áp suất trong bình gom quá cao: Mở van 2 để áp suất trong bình chỉ cao hơn khí quyển 1chút + Áp suất trong bình chân không: Thì ta mở van xả dầu ở bình tách dầu để nâng cao áp suất trong bình lên cao hơn áp suất khí quyển 1 chút - Bình này chỉ làm nhiệm vụ trung gian để xả dầu ra ngoài cho thuận tiện và an toàn nên không cần ống thuỷ để xem mức dầu d. Tính toán bình chứa dầu Chọn bình chứa dầu có ký hiệu 150CM ( là loại bình tiêu chuẩn bé nhất trong phạm vi tài liệu [1] ở bảng 8-20 trang 267 ) với các thông số sau : DxS = 159 x 4,5 mm B = 600 mm , H = 770 mm ,Thể tích 0,008 m3 ,Khối lượng 18,5 kg 6. Bình trung gian a. Mục đích - Làm mát trung gian hoàn toàn hơi trung áp giữa các cấp nén trong hệ thống lạnh làm giảm công nén và nhiệt độ cuối tầm nén cho máy nén cao áp - Tách lỏng, tách dầu ra khỏi hơi trung áp hút về máy nén cao áp - Làm quá lạnh lỏng cao áp trước khi tiết lưu để giảm tổn thất lạnh do tiết lưu. b. Cấu tạo 1. Đường vào của hơi nén trung áp 2. Đường lỏng cao áp tiết lưu vào bình 3. Đường ra của hơi trung áp 4. Các nón chắn 5. Ống thuỷ tối và van phao 6. Phin lọc 7. Ống xoắn TĐN 8. Đường xả dầu 9. Đường tháo lỏng ra khỏi bình 10. Đường ra lỏng cao áp 11. Van an toàn 12. Áp kế 13. Lỗ cân bằng c. Tính chọn bình trung gian Ta có thể tính chọn bình trung gian theo các bước được trích ở mục 8.2.1.4 trang 296÷298 tài liệu [3]: -Diện tích truyền nhiệt của thiết bị trung gian Ftg = Với : Qtg – Công suất nhiệt trao đổi ở bình trung gian Qtg = Qql + Qlm Qql : Công suất nhiệt quá lạnh của môi chất trước tiết lưu Qql = GHA.( i5 - i6 ) = 0,18.(549,34 – 495,83) =9,63 kW Qlm : Công suất nhiệt làm mát trung gian Qlm = GCA.( i2 - i3 ) = 0,29.(746,54 –702,51) = 12,76 kW Suy ra: Qtg = 9,63 + 12,76 = 22,39 kW qF – Mật độ dòng nhiệt của thiết bị ngưng tụ qF = 5000 W/ m2 Suy ra Ftg = == 4,48 m2 - Đường kính trong bình trung gian : Di = Trong đó: + V: Lưu lượng thể tích trong bình, bằng lưu lượng hút của cấp nén cao áp V = GCA. v3 = 0,29.0,0636= 0,018 m3/s + ω : Tốc độ gas trong bình, chọn ω = 0,6 m/s Suy ra: Di = = = 0,19 m Chọn bình trung gian đã được chế tạo sẵn, (Tra bảng 8-19 trang 266-Tài liệu [1] ) Chọn loại 40C3 có ký hiệu 40C3 với các thông số kỹ thuật + Đường kính ngoài : Da = 426mm + Đường kính trong : Di = 406 mm + Đường kính ống xoắn: d = 70 mm + Chiều cao: H = 2390mm + Diện tích bề mặt ống xoắn: F = 1,75 m2 + Thể tích bình: V = 0,22 m3 + Khối lượng: m = 330 kg 7. Tính chọn tháp giải nhiệt a. Mục đích: Để giải nhiệt cho nước làm mát thiết bị ngưng tụ và máy nén b. Cấu tạo Chú thích : 1.Quạt hút 2.Tấm chắn để nước khỏi văng ra ngoài 3. Dàn phun nước gồm 2 ống khoan lỗ nghiêng một góc 450 đối nhau được gắn vàomột ổ xoay để khi phun nước được quay tròn tưới đều trên toàn bộ thiết bị 4. Bộ phận làm tươi nước nhằm làm tăng bề mặt tiếp xúc với không khí để tăng hiệu qủa làm mát 5.Van phao cấp nước bổ sung (để bù kượng hơi nước bị gió cuốn ra ngoài) 6.Đường vào của nước được làm mát 7.Máng nước 8. Đường vào của nước được làm mát c. Nguyên lý làm việc: Nước nóng từ thiết bị ngưng tụ đi vào tháp và được tưới đều trên toàn bộ diện tích tháp nhờ ống tưới nước 3. Sau đó nước làm tơi nhờ bộ phận làm tơi nứơc 4 nhả nhiệt cho gió chuyển động cưỡng bức từ dưới lên, nguội về trở lại nhiệt độ ban đầu chảy xuống máng và được bơm 8 trở lại thiết bị ngưng tụ Lượng nước hao hụt do cuốn theo gió và 1 phần nước bốc hơi được bổ sung qua đường van phao 5 d.Tính chọn tháp giải nhiệt: Ta có phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ Qk = 55,52 kW. Ta quy năng suất lạnh ra ton . Theo tiêu chuẩn CTI 1 ton nhiệt tương đương 3900 kcal/h Qk =55,52 kW Þ V = = = 0,0034 [m3 /s] = 3,4[l/s] Tra bảng 8- 22 trang 272 tài liệu [1] chọn tháp giải nhiệt FRK20 với các thông số : + Lưu lượng nước định mức 4,4 l/s + Chiều cao tháp 1845 mm + Đường kính tháp 1170 mm + Đường kính ống nối dẫn vào 50 mm + Đường kính ống nối dẫn ra 50 mm + Đường chảy tràn 25 mm + Đường kính ống van phao 15 mm + Lưu lượng quạt gió 170 m3/ph + Đường kính quạt gió 760 mm + Mô tơ quạt 0,37 kW + Khối lượng tĩnh 58kg 8. Các thiết bị khác Chọn các thiết bị khác bao gồm: Van 1 chiều, van chặn, van tiết lưu, van diện từ ta có thể chọn theo đường kính của hệ thống đường ống nối chúng Tài liệu tham khảo : [1]- Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh - Nguyễn Đức lợi [2]- Bài tập kỹ thuật Lạnh - Nguyễn Đức lợi, Phạm Văn Tuỳ [3]- Hệ thống máy và thiết bị lạnh - Võ Chí Chính [4] - Kỹ thuật lạnh ứng dụng - Nguyễn Đức lợi, Phạm Văn Tuỳ, Đinh Văn Thuận MỤC LỤC Trang Chương MỞ ĐẦU 1 І. Ý nghĩa của lạnh 2 ІІ. Mục đích cấp trữ đông 2 III .Nhiệm vụ của đồ án 1. Cấp đông: 2. Trữ đông: 3. Địa điểm lắp đặt 4. Qui trình công nghệ Chương 1: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ BỐ TRÍ MẶT BẰNG KHO LẠNH 3 1.1 Tính kích thước phòng cấp đông 3 1. Tính thể tích chất tải: Vct 2. Tính diện tích chất tải : Fct 3. Chiều cao trong của phòng cấp đông 4. Chiều cao trong của phòng cấp đông 5. Xác định số phòng cấp đông: Z 1.2 Tính kích thước phòng trữ đông 5 1. Tính thể tích chất tải: Vct 2. Tính diện tích chất tải : Fct 3. Chiều cao trong của phòng trữ đông 4. Chiều cao trong của phòng trữ đông 5. Xác định số phòng trữ đông: Z 1.3 Bố trí mặt bằng kho lạnh 5 Chương 2: TÍNH CÁCH NHIỆT CHO KHO LẠNH 2.1 Tính cách nhiệt cho tường bao kho lạnh 6 1. Kết cấu và các số liệu của nó 2.Tính toán 3. Kiểm tra nhiệt độ đọng sương 2.2 Tính cách nhiệt trần kho lạnh 9 1. Kết cấu và các thông số của nó 2.Tính toán 3. Kiểm tra nhiệt độ đọng sương 2.3 Tính cách nhiệt nền kho lạnh 12 1. Kết cấu và các thông số của nó 2.Tính toán 3. Kiểm tra nhiệt độ đọng sương 2.4 Bố trí cách nhiệt cho kho lạnh 15 Chương 3: TÍNH NHIỆT HỆ THỐNG LẠNH 3.1 Tính nhiệt cho phòng cấp đông 17 1. Tính tổn thất lạnh qua kết cấu bao che : Q1 2. Tính tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì: Q2 3.Tính tổn thất lạnh do vận hành: Q4 4. Tính nhiệt kho lạnh 5. Công suất lạnh yêu cầu của máy nén 3.2 Tính nhiệt cho phòng trữ đông 21 1. Tính tổn thất lạnh qua kết cấu bao che : Q1 2. Tổn thất lạnh do làm lạnh sản phẩm và bao bì Q2: 3.Tính tổn thất lạnh do vận hành: Q4 4. Tính nhiệt kho lạnh. 5. Công suất lạnh yêu cầu của máy nén Chương 4: LẬP CHU TRÌNH VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN 4.1 Tổng quát 25 4.2 Hệ thống lạnh cho phòng trữ đông 25 І. Thông số ban đầu ІІ. Tính toán chu trình 1. Chọn nhiệt độ bay hơi : 2. Chọn nhiệt độ ngưng tụ : 3. Tính cấp nén của chu trình 4. Chọn chu trình lạnh 5. Chọn độ quá lạnh, độ quá nhiệt 6. Xây dựng đồ thị và lập bảng thông số các điểm nút 7. Xác định lưu lượng tuần hoàn qua hệ thống 8. Phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ 9. Xác định công của máy nén 10. Tính chọn công suất lạnh 11. Hệ số làm lạnh Ш. Chọn máy nén 1.Chọn máy nén 2. Chọn động cơ kéo máy 4.3 Hệ thống lạnh cho phòng cấp đông 30 І. Thông số ban đầu ІІ. Tính toán chu trình 1. Chọn nhiệt độ bay hơi : 2. Chọn nhiệt độ ngưng tụ : 3. Tính cấp nén của chu trình 4. Chọn chu trình lạnh 5. Chọn độ quá lạnh, độ quá nhiệt 6. Xây dựng đồ thị và lập bảng thông số các điểm nút 7. Tính toán chu trình Ш. Tính chọn máy nén và động cơ kéo nó 1. Tính chọn máy nén 2.Chọn động cơ cho máy nén Chương 5: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ THIẾT BỊ PHỤ 5.1 Tính chọn thiết bị ngưng tụ 36 1. Chọn thiết bị ngưng tụ 2. Mục đích của thiết bị ngưng tụ 3. Cấu tạo 5. Tính chọn thiết bị ngưng tụ 4. Nguyên lý làm việc 5.1 Tính chọn thiết bị bay hơi 37 1. Chọn thiết bị bay hơi 2. Mục đích của thiết bị bay hơi 3. Cấu tạo 4. Nguyên lý làm việc. 5. Tính chọn thiết bị bay hơi 5.3 Tính chọn thiết bị phụ 39 1. Bình chứa cao áp 2. Bình tách dầu 3. Thiết bị tách khí không ngưng 4. Bình hồi nhiệt 5. Bình gom dầu 6. Bình trung gian 7.Tính chọn tháp giải nhiệt Tài liệu tham khảo 48 Contents