Thiết kế hệ thống lạnh bảo quản cá fillet

LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay kỹ thuật lạnh đã thâm nhập vào hàng chục lĩnh vực trong đời sống và sản xuất. Nhiều ngành sản xuất rất kỹ thuật lạnh, trong đĩ cĩ ngành chế biến thực phẩm để bảo quản các thưc phẩm không bị hỏng.Đặc biệt với nước ta là một nước nhiệt đới, cĩ nhiều sản phẩm thực phẩm quý, nhưng nếu khơng được bảo quản lạnh thì dễ dàng mất phẩm chất và bị hỏng, nhất là các sản phẩm xuất khẩu cĩ thế mạnh hiện nay như là thuỷ sản Với Đồ án mơn học QT&TB này nhiệm cụ của em là thiết kế một kho lạnh để bảo quản đông thuỷ sản. Đây là một vấn đề hết sức thực tế đối với hiện nay, địi hỏi em phải vận dụng những kiến thức thực tế để giải quyết vấn đề thực tế này. Tuy nhiên trong quá trình thực hiện chắn chắn khơng thể tránh khỏi những sai sĩt, kính mong các thầy cơ và các bạn đóng góp và chỉ dẫn thêm. Trong quá trình giải quyết vấn đề này em đã nhận được sự giúp đỡ của các bạn và các thầy trong Bộ mơn Máy& Thiết bị - Khoa CNHH. Em chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy trong bộ mơn, đặc biệt là thầy Trần Hùng Dũng, là người trực tiếp hướng dẫn em thực hiện Đồ án. MỤC LỤC Trang Lời nĩi đầu 2 Chương I: TỔNG QUAN 4 Chương II: TÍNH TỐN CHO KHO LẠNH 2.1 Tính tốn diện tích kho 8 2.2 Tính tốn cách nhiệt cho vách 9 2.3 Tính tốn cách ẩm cho vách 10 2.4 Tính tốn cho trần và nền kho 14 2.5 Tính tốn nhiệt cho kho lạnh 16 Chương III : TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ 3.1 Tính tốn máy nén 20 3.2 Tính tốn thiết bị ngưng tụ 25 3.3 Tính tốn thiết bị bay hơi 29 3.4 Tính tốn thiết bị hồi nhiệt 36 3.5Tính tốn một số thiết bị phụ khác 39 Chương IV : ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ 41 Tài liệu tham khảo 44

doc47 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 07/01/2013 | Lượt xem: 2215 | Lượt tải: 5download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Thiết kế hệ thống lạnh bảo quản cá fillet, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
NHẬN XÉT CỦA THẦY HƯỚNG DẪN LÔØI MÔÛ ÑAÀU Hiện nay kỹ thuật lạnh đã thâm nhập vào hàng chục lĩnh vực trong đời sống và sản xuất. Nhiều ngành sản xuất rất kỹ thuật lạnh, trong đó có ngành chế biến thực phẩm để bảo quản các thưc phẩm không bị hỏng.Đặc biệt với nước ta là một nước nhiệt đới, có nhiều sản phẩm thực phẩm quý, nhưng nếu không được bảo quản lạnh thì dễ dàng mất phẩm chất và bị hỏng, nhất là các sản phẩm xuất khẩu có thế mạnh hiện nay như là thuỷ sản… Với Đồ án môn học QT&TB này nhiệm cụ của em là thiết kế một kho lạnh để bảo quản đông thuỷ sản. Đây là một vấn đề hết sức thực tế đối với hiện nay, đòi hỏi em phải vận dụng những kiến thức thực tế để giải quyết vấn đề thực tế này. Tuy nhiên trong quá trình thực hiện chắn chắn không thể tránh khỏi những sai sót, kính mong các thầy cô và các bạn đóng góp và chỉ dẫn thêm. Trong quá trình giải quyết vấn đề này em đã nhận được sự giúp đỡ của các bạn và các thầy trong Bộ môn Máy& Thiết bị - Khoa CNHH. Em chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy trong bộ môn, đặc biệt là thầy Trần Hùng Dũng, là người trực tiếp hướng dẫn em thực hiện Đồ án. Sinh viên thực hiện Phan Cẩm Tuấn Huy MỤC LỤC Trang Lời nói đầu 2 Chương I: TỔNG QUAN 4 Chương II: TÍNH TOÁN CHO KHO LẠNH 2.1 Tính toán diện tích kho 8 2.2 Tính toán cách nhiệt cho vách 9 2.3 Tính toán cách ẩm cho vách 10 2.4 Tính toán cho trần và nền kho 14 2.5 Tính toán nhiệt cho kho lạnh 16 Chương III : TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ 3.1 Tính toán máy nén 20 3.2 Tính toán thiết bị ngưng tụ 25 3.3 Tính toán thiết bị bay hơi 29 3.4 Tính toán thiết bị hồi nhiệt 36 3.5Tính toán một số thiết bị phụ khác 39 Chương IV : ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ 41 Tài liệu tham khảo 44 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN 1.1.Một số khái niệm . 1.1.1 Lạnh và nóng : Về khái niệm vật lý lạnh và nóng là giống nhau, chúng chỉ khác nhau ở vận tốc chuyển động của các phân tử. Khi bị mất nhiệt các phân tử chuyển động chậm lại và vật thể bị lạnh đi, còn nếu cấp nhiệt thì vật đó nóng lên và các phân tử chuyển động nhanh lên. Ở điều kiện bình thường một vật thể luôn có xu hướng làm lạnh cho đến nhiệt độ mội trường xung quanh. Nếu ta muốn làm lạnh đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ môi trường thì chỉ có thề thực hiện bằng các phương pháp làm lạnh nhân tạo hoặc sử dụng các nguồn lạnh khác ( như nước đá ...) 1.1.2 Các phương pháp làm lạnh nhân tạo *Làm lạnh khi các chất chuyển pha Trạng thái một chất (rắn lỏng khí) phụ thuộc vào các điều kiện bên ngoài : nhiệt độ t và áp suất P. Khi các điều kiện này thay đổi thì mối liên kết giữa các phân tử vật chất có thể thay đổi và có thể dẫn đến sự thay đổi về trạng thái của vật chất sang một trạng thái khác gọi là sự chuyển pha. Sự biến đổi pha luôn có kèm sự toả nhiệt hoặc thu nhiệt để làm thay đổi mối liên kết các phân tử. Ngưởi ta sử dụng các quá trình chuyển pha có kèm theo sự thu nhiệt để làm lạnh nhân tạo, đó là các quá trình : +Quá trình nóng chảy : như sự nóng chảy của nước đá … +Quá trình thăng hoa : như sử dụng đá khô +Quá trình sôi : quá trình sôi được áp dụng rất nhiểu trong thực tế để làm lạnh, như quá trình sôi của các môi chất lạnh (Freon, NH3 …) *Làm lạnh bằng giản nở khí Trong quá trình giản nở đoạn nhiệt của chất khí, nhiệt độ sẽ giảm xuống do ngoại công lúc đó sinh ra chính là do nội năng của chất khí. Phương pháp làm lạnh này được áp dụng trong kỹ thuật siêu lạnh ở các máy lạnh không khí. *Làm lạnh bằng tiết lưu Tiết lưu là quá trình giảm áp suất của một chất lỏng hoăc khí khi có chuyển động qua một tiết diện nhỏ. Trong quá trình này không có sinh công và enthalpi không đổi. Nội năng của chất khí (lỏng) dùng đề thắng ma sát bên trong của khi chuyển động. Phương pháp này được áp dụng trong kỹ thuật siêu lạnh. Nhiệt độ giảm trong tiết lưu ít hơn nhiều so với quá trình giản nở đoạn nhiệt. *Làm lạnh bằng hiệu ứng xoáy Hiệu ứng xoáy là một phương pháp làm lạnh mới xuất hiện. Phương pháp này có ưu điểm là cấu tạo của thiết bị đơn giản, làm việc tin cậy và khởi động nhanh. Tuy vậy nó có nhược điểm là đòi hỏi nhiều điện năng. Việc áp dụng phươn pháp này khá hạn chế. *Làm lạnh bằng hiệu ứng nhiệt điện Phương pháp này dựa trên nguyên lý khi có môt dòng điện chuyển động qua mạch điện gồm hai dây dẫn thì một đầu sẽ nóng lên còn một đầu sẽ lạnh đi. Đây là một hướng mới trong kỹ thuật lạnh. Ưu điểm của phương pháp này là không có tiếng ồn, không có môi chất làm việc ở áp suất cao và có độ tin cậy cao. Nhưng nó có nhược điểm là tiêu hao nhiều điện năng và giá thành cao. *** Ở đây ta chỉ quan tâm đến quá trình làm lạnh bằng phương pháp cho chất lỏng sôi ở nhiệt độ thấp. 1.2. Môi chất lạnh và chất tải lạnh 1.2.1.Môi chất lạnh: Định nghĩa : môi chất lạnh là chất môi giới sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để bơm một dòng nhiệt từ môi trường có nhiệt độ thấp đến môi trường khác có nhiệt độ cao hơn. Môi chất lạnh có một số yêu cầu nhất định về : + Tính chất hoá học. + Tính chất vật lý + Tính chất sinh lý + Tính kinh tế Các môi chất hay sử dụng trong là Freon và một số chất khác như NH3, hỗn hợp của các Hydrocarbon. Hiện nay người ta đã phát hiện ra một số Freon có tính chất phá hoại môi trường như : phá huỷ tầng Ozon hay làm tăng hiệu ứng nhà kính… Vì vậy hiện nay nước ta và nhiều nước trên thế giới đã cấm sử dụng một số môi chất Freon : R11, R12, R113… và khích sử dụng một số môi chất không hoặc ít gây hại đến môi sinh : R22, R134a, R717 (NH3)… Môi chất R22 là một môi chất lạnh quá độ trong quá trình thay đổi dần các môi chất cấm sử dụng. Nó có tính chất là ít ảnh hưởng đến môi trường và có nhiều tính chất nhiệt động cũng như hoá học và vật lý khá tốt. Nó khá an toàn trong phòng chống cháy nổ và không độc nên được áp dụng nhiều trong đởi sống đặc biệt là trong các hệ thống lạnh nhỏ và trung bình. 1.2.2.Chất tải lạnh Chất tải lạnh là chất trung gian lấy nhiệt từ vật thể cần làm lạnh đến môi chất lạnh. Chất tải lạnh cũng đòi hỏi một số tính chất như : + Nhiệt độ đông đặc thấp. + Nhiệt dung và khả năng dẫn nhiệt cao. + Độ nhớt và khối lượng riêng nhỏ. + Không ăn mòn kim loại và các vật liệu khác trong thiết bị. + Không độc hại và không nguy hiểm. + Giá thành rẻ. Nước là một chất tải lạnh tốt nhưng vì nhiệt độ đông đặc khá cao nên chỉ áp dụng cho các thiết bị lạnh có nhiệt độ dương. Người ta thường sử dụng nước muối CaCl2 , NaCl để làm chất tải lạnh cho các thiết bị lạnh có thiệt độ âm. Ngoài chất tải lạnh là chất lỏng người ta còn sử dụng không khí làm chất tải lạnh. Đây là chất tải lạnh rẻ tiền và dể kiếm tuy vậy hệ số cấp nhiệt và nhiệt dung của nó khá nhỏ. 1.3.Phân loại kho lạnh và buồng lạnh 1.3.1. Kho lạnh Kho lạnh được phân thành nhiều loại khác nhai nhằm phục vụ cho những mục đích sử dụng khác nhau : + Kho lạnh chế biến: là bộ phận của các cơ sở các cơ sở chế biến thực phẩm. Các sản phẩm sau chế biến được chuyển đến các kho lạnh phâm phối, kho lạnh trung chuyển hoặc kho lạnh thương nghiệp. Đây là mắc xích đầu tiên của dây chuyền lạnh. + Kho lạnh phân phối : dùng để bảo quản các sản phẩm thực phẩm trong mùa thu hoạch và bảo quản để phân phối cho cả năm. Chúng có dung tích rất lớn và được sử dụng cho việc bảo quản nhiều sản phẩm khác nhau + Kho lạnh trung chuyển : thường đặt ở các hải cảng, những điểm nút giao thông để bảo quản ngắn hạn những sản phẩm tại nơi trung chuyển. + Kho lạnh thương nghiệp: dùng để bảo quản ngắn hạn các sản phẩm sắp đưa ra thị trường tiêu thụ. Nguồn hàng chủ yếu là từ các kho lạnh phân phối. + Kho lạnh vận tải : là các ô tô lạnh, tàu hoả, tàu thuỷ hoặc máy bay dùng để bảo quản các sản phẩm lạnh trong quá trình vận chuyển. + Kho lạnh sinh hoạt : thực chất là các loại tủ lạnh, tủ đông sử dụng cho các gia đình. Chúng là mắc xích cuối cùng của dây chuyền lạnh, dùng bảo quản các sản phẩm gia đình, tập thể… 1.3.2. Phân loại buồng lạnh Thông thường người ta phân biệt các loại buồng lạnh dựa vào nhiệt độ bảo quản sản phẩm. Ta có thể phân biệt các loại buồng lạnh như sau : + Buồng bảo quản lạnh 0oC: bảo quản các sản phẩm có nhiệt độ từ -1.5 đến 0oC với độ ẩm tương đối là 90 đến 95%. Buồng lạnh được trang bị các dàn lạnh không khí gắn tường, treo trần đối lưu tự nhiên hoặc dùng quạt. + Buồng bảo quản đông -18 đến -20oC : dùng để bảo quản các sản phẩm đã được kết đông ở máy kết đông hoặc buồng kết đông. Nhiệt độ buồng thường là -18oC. Nhưng cũng có thể thấp hơn tuỳ vào yêu cầu của sản phẩm. Buồng bảo quản đông sử dụng dàn quạt treo tường hoặc treo trần. + Buồng bảo quản đa năng -12oC: buồng được thiết kế ở -12oC nhưng khi cần bảo quản lạnh có thể tăng nhiệt độ lên 0oC hoặc khi cần bảo quản đông có thể đưa nhiệt độ xuống dưới -18oC tuỳ theo yêu cầu. + Buồng gia lạnh ở 0oC : dùng để làm lạnh sản phẩm từ nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ bảo quản lạnh hoặc để gia lạnh sơ bộ cho những sản phẩm lạnh đông trong kết đông hai pha. Buồng gia lạnh thường sử dụng dàn quạt để tăng tốc độ gia lạnh của sản phẩm. + Buồng kết đông-35 oC : dùng để kết đông sản phẩm. Sản phẩm sau kết đông hoàn toàn cứng hoá do nước và dịch trong sản phẩm đã đóng băng. Nhiệt độ bề mặt sản phẩm từ -18 đến -20oC, nhiệt độ tâm sản phẩm đạt khoảng -8oC. Người ta có thể sử dụng phương pháp kết đông một pha hoặc hai pha để kết đông sản phẩm. Ngoài ra còn có nhiều phương pháp kết đông đặc biệt dùng để kết đông cực nhanh sản phẩm. + Buồng chất tải và chất tháo tải ở 0oC : có nhiệt độ trong buồng khoảng 0 oC nhằm phục vụ cho buồng kết đông và buồng gia lạnh. Buồng tháo tải dùng để tháo sản phẩm đã kết đông nhằm chuyển qua các buồng bảo quản đông. Nhiệt độ buồng có thể hạ xuống -5 oC khi cần thiết. + Buồng bảo quản đá -4 oC: có nhiệt độ không khí -4 oC đi kèm theo bể đá khối. Dung tích buồng tuỳ theo yêu cầu trữ đá. Thường buồng trang bị dàn lạnh treo trần đối lưu tự nhiên. + Buồng chế biến lạnh 15 oC : trong buồng có các công nhân làm việc bên trong. Nhiệt độ buồng tuỳ theo công nghệ chế biến là từ 10 đến 18 oC 1.4 Sơ lược về sản phẩm cần bảo quản (sản phẩm thuỷ sản) Hiện nay nước ta đang có tiềm năng lớn về xuất khẩu các sản phẩm thuỷ sản cho nhiều nước trên thế giới. Mặc dù hiện nay một số thị trường đã hạn chế sản phẩm hải sản xuất khẩu từ nước ta, nhưng hiện nay sản lượng hải sản không vì thế mà giảm đi, mà còn có xu hướng tăng lên. Vì trong quá trình chế biến sản phẩm thuỷ hải sản đòi hỏi có giai đoạn cấp đông và bảo quản đông sau đó, cho nên yêu cầu về kho lạnh bảo quản thuỷ hải sản là yêu cầu bắt buộc. Yêu cầu bảo quản của sản phẩm : Vì sản phẩm thuỷ sản được phục vụ cho xuất khẩu cho nên yêu cầu phải bảo quản trong thời gian dài từ 6-12 tháng. Cho nên sản phẩm sau khi qua khâu sơ chế cần phải được cấp đông và được bảo quản trong buồng bảo quản đông. Nhiệt độ buồng bảo quản phải đạt khoảng -20oC vì thuỷ sản rất nhạy cảm với nhiệt độ. Độ ẩm trong phòng không yêu cầu quá khắc khe, vì sản phẩm đã được cho vào các túi PE, sau quá trình sơ chế. Tuy nhiên vì nhiệt độ cần bảo quản khá thấp (-20 oC) cho nên ta giả sử độ ẩm trong phòng bảo quản đạt khoảng 90% Ở đây để đơn giản ta chọn sản phẩm là Fillet cá loại cá béo, vì đây đang là sản phẩm xuất khẩu khá mạnh của nước ta và cũng để thuận lợi cho quá trình tính toán. Loại sản phẩm này có tỉ trọng khoảng 0.8, được xếp trong các thùng carton giấy và có thể xếp trên các giá trong các kho bảo quản. 1.5 Tổng kết Như vậy sau quá trình giới thiệu sơ lược như trên ta rút ra được những điều sau đây : + Ta chọn phương pháp làm lạnh là sử dụng chu trình nhiệt động ngược để làm lạnh. Môi chất được sử dụng là R22. Ta sử dụng máy nén trong hệ thống là máy nén piston. + Nhiệt độ trong phòng bảo quản là -20oC, độ ẩm 90% . Ở trong phần này ta chỉ trình bày những vấn đề sơ khởi ban đầu. Những vấn đề khác liên quan sẽ được trình bày trong những phần tương ứng CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN CHO KHO LẠNH 2.1.Tính toán diện tích kho Các thông số cho ban đầu + Dung tích của kho lạnh :M=50 tấn + Sản phẩm bảo quản : hải sản . Vì thực sự kho bảo quản lạnh có thể dùng để bảo quản nhiều loại sản phẩm khác nhau, nên để đơn giản quyết định chọn sản phẩm bảo quản là fillet cá. Các giả sử: + Fillet cá được đựng trong các túi nylon và đuợc cho vào các thùng carton có kích thước : 28x18x20 (cm). + Khối lượng đựng trong mỗi thùng :m = 8 kg/thùng + Các thùng được xếp trên các giá khoảng cách giữa các giá là 22 cm + Khối lượng mỗi thùng : +Chiều cao kho : 4 (m).Trong đó chiều cao để chất sản phẩm H = 2..5 (m) Như vậy kho cần chứa :  Diện tích để chứa sản phẩm là :  (m2) Ta chọn ht = 22 cm = 0.22 m Vậy Ssp = 27.7 (m2) Vì ta phải chọn diện tích của phòng lạnh Sp là bội số của 36(m2) và vì còn chừa diện tích cho viêc di chuyển trong kho và phân chia khu vực chứa sản phẩm nên chọn Ssp = 72 (m2) . Ta chọn kích thước kho là 6 (m) x 12 (m) Vậy ta có bảng tổng kết tính toán diện tích kho như sau : Ý nghĩa  Kí hiệu  Giá trị   Khối lượng cần bảo quản  M(tấn)  50   Khối lượng chứa trong một thùng  m(kg/thùng)  8   Số thùng  n(thùng)  6250   Diện tích một thùng  St(m2)  0.0504   Khoảng cách giữa hai giá  h(m)  0.22   Chiều cao chất sản phẩm  H(m)  2.5   Diện tích chứa hàng  SkhMin(m2)  27.2   Diện tích kho  Skh(m2)  72   Bảng 2.1 :tính toán các kích thước cơ bản của kho lạnh 2.2.Tính toán cách nhiệt và cách ẩm cho cơ cấu bao che Có rất nhiều phương án xây dựng cơ cấu bao che cho kho lạnh.Trong đồ án này ta chọn phương án cơ cấu bao che được xây dựng. Đây là phương án cổ diển nhưng hiện vẫn còn phù hợp với điều kiện Việt Nam ([1]). 2.2.1.Tính toán cách nhiệt cho vách Trong phần này ta chưa tính đến lớp cách ẩm, vì ta chưa biết bề dầy của lớp cách ẩm, mặc khác lớp cách ẩm cũng không có khả năng cách nhiệt quá lớn nên ta tạm thời tính định hướng rồi sau đó sẽ kiểm tra lại trong phầm tính cách ẩm. Cấu tạo của tường kho được mô tả trên hình 2.1 STT  Tên vật liệu  (m)  (W/mK)   1  Lớp vữa xi măng  0.02  0.88   2  Lớp gạch đỏ  0.2  0.82   3  Lớp vữa xi măng  0.02  0.88   4  Lớp cách nhiệt  -  0.045   5  Lớp vữa xi măng  0.02  0.88   hệ số cách nhiệt của vật liệu bề dầy của lớp vật liệu Bảng 2.2 : số liệu của vật liệu xây tường kho lạnh Ta có công thức tính bề dầy lớp cách nhiệt :  (m) Với k : hệ số truyền nhiệt theo tiêu chuẩn , k = 0.21 (W/m2.K) 1 hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài , 1 = 23(W/m2.K) 2 hệ số toả nhiệt của môi trường bên trong , 1 = 9 (W/m2.K) cn hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt (tức 4)  Thay các số liệu bề dầy và hệ số cách nhiệt từ bảng trên, ta tính được bề dầy lớp cách nhiệt nhỏ nhất và ta dựa vào đó ta chọn bề dầy lớp cách nhiệt như bảng dưới đây: Ý nghĩa  Kí hiệu  Giá trị   Bề dầy lớp cách nhiệt tính được  cn tính (m)  0.19   Bề dầy lớp cách nhiệt chọn  cn chọn (m)  0.2   Bảng 2.3 : bề dầy lớp cách nhiệt Vậy ta có hệ số truyền nhiệt thực tế:  2.2.3.Kiểm tra đọng sương cho vách ngoài ([1]) Từ thông số nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất và độ ẩm của Tp Hồ Chí Minh ta tra đựơc nhiệt độ bầu ướt như sau ([5]): Ý nghĩa  Nhiệt độ môi trường  Độ ẩm  Nhiệt độ đọng sương   Kí hiệu  tt(oC)    ts(oC)   Giá trị  33  74  28   Bảng 2.4 : thông số khí hậu ở Tp Hồ Chí Minh Từ đó ta có  Với tn = 33oC : nhiệt độ môi trường bên ngoài tt = -20oC : nhiệt độ môi trường bên trong phòng bảo quản. Vậy ks= 2.09 (W/m2.K) ks < kt , như vậy tường không bị đọng sương. 2.3.Tính toán cách ẩm cho tường kho lạnh Ta chọn vật liệu cách ẩm là bitum. Giả sử ta chọn lớp cách ẩm ban đầu là ca = 4= 1 mm = 0.001 m Như vậy ta có bảng dưới đây : STT  Loại vật liêu  (m)  (W/m.K)  (g/mh Mpa)   1  Lớp vữa xi măng  0.02  0.88  90   2  Lớp gạch đỏ  0.38  0.82  105   3  Lớp vữa xi măng  0.02  0.88  90   4  Lớp cách ẩm (bitum)  0.001  0.18  0.86   5  Lớp cách nhiệt (P.U)  0.2  0.045  7.5   6  Lớp vữa xi măng  0.02  0.88  90   Ở đây :  là hệ số thấm hơi nước của vật liệu ([1]) Bảng 2.5 : các thông số để tính cách ẩm cho kho lạnh.  Hình 2.1 cấu trúc của vách kho 1,3,6: lớp vữa xi măng ; 2 : lớp gạch đỏ; 4: lớp cách ẩm; 6: lớp cách nhiệt Ta tính lại hệ số truyền nhiệt cho vách khi đẵ có lớp cách ẩm  Như vậy k và kt rất gần nhau, vì vậy giả sử như phần trên là hợp lý. Từ đó ta tính toán có mật độ dòng nhiệt qua vách kho là : q = k.t = k(tn - tt) = 0.202( 33 – (-20)) =10.66 (W/m2) Từ đó ta có   j = i+1;i= 2-6  ii : bề đầy và hệ số cách nhiệt của lớp thứ i tij : nhiệt độ giữa lớp thứ i và j tv1, tv6 : nhiệt độ tại bề mặt lớp thứ nhất và thứ 6 Kết quả tính toán nhiệt độ được trình bày trong bảng 2.6 Tính toán áp suất hơi nước bên trong vách: Dòng hơi thẩm thấu qua vách được tính theo công thức : ([1])  pv1 = pv1*(t1). pv6 = pv6*(t6).  với pv1*(t1) , pv6*(t6) : áp suất hơi bão hoà tại sát ngoài lớp thứ 1 và thứ 6 ( tra theo nhiệt độ bên ngoài và bên trong kho) tương ứng là độ ẩm không khí tại lớp thứ 1 và thứ 6 H : trở kháng thấm hơi của cấu trúc bao che. Ta có pv1bh = pbh(34oC) = 5029 Pa ;  pv6bh = pbh(-20oC) = 103 Pa ;  Vậy pv1 = 3721.5 Pa pv6 = 92.7 Pa Còn  Như vậy = 0.133 g/m2h Và ta có :   j = i+1; i = 2-5  Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 2.6 STT  Nhiệt độ (oC)  Áp suất hơi nước bão hoà  Áp suất bên trong vách    Ký hiệu  Giá trị (oC)  Ký hiệu  Giá trị (Pa)  Ký hiệu  Giá trị (Pa)   1  tv1  32.54  pv1bh  4902.3  pv1  3721.5   2  t12  32.29  p12bh  4836.2  p12  3695.9   3  t23  29.67  p23bh  4160  p23  3476.9   4  t34  29.42  p34bh  4104  p34  3451.4   5  t45  29.30  p45bh  4089  p45  3184.0   6  t56  -18.56  p56bh  118  p56  118.2   7  tv6  -18.81  pv6bh  115.5  pv6  92.7   Bảng 2.6 : tính toán nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà và áp suất hơi trong vách của kho lạnh Áp suất hơi bão hoà được tra từ nhiệt độ tương ứng ([10]). Như vậy p56bh < p56 nên ta phải tăng bề dầy lớp cách ẩm lên .Chọn bề dầy lớp cách ẩm mới là ca = 4= 4 mm = 0.004 m Ta tính toán tưong tự như bên trên và được các kết quả như sau :  q = k.t = k(tn - tt) = 0.2( 34 – (-20)) = 10.8(W/m2)  = 0.105 g/m2h Cuối cùng ta được bảng tính như sau : STT  Nhiệt độ (oC)  Áp suất hơi nước bão hoà  Áp suất bên trong vách    Ký hiệu  Giá trị (oC)  Ký hiệu  Giá trị (Pa)  Ký hiệu  Giá trị (Pa)   1  tv1  32.54  pv1bh  4902.3  pv1  3721.5   2  t12  32.30  p12bh  4836.2  p12  3697.7   3  t23  29.68  p23bh  4165  p23  3493.7   4  t34  29.43  p34bh  4106  p34  3469.9   5  t45  29.19  p45bh  4049  p45  2971.9   6  t56  -18.56  p56bh  118  p56  116.5   7  tv6  -18.80  pv6bh  115.5  pv6  92.7   Bảng 2.7 : tính toán lại nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà và áp suất hơi trong vách của kho lạnh sau khi tăng bề dầy lớp cách ẩm Như vậy từ bảng 2.7 ta thấy rằng áp suất bên trong vách nhỏ hơn áp suất hơi bão hoà tương ứng. Vì vậy bề dầy lớp cách ẩm chọn là ca = 4 mm thoả điều kiện không đọng ẩm trong kết cấu bao che kho lạnh. 2.4.Tính toán cách nhiệt cho nền và trần kho lạnh 2.3.1).Tính toán cách nhiệt cho trần ([1]) Với những kho lạnh nhỏ (dưới 250 tấn) ta có thể bố trí trần kho lạnh có cấu trúc như hình 2.2 dưới đây.  Hình 2.2 Cấu trúc của trần kho lạnh 1:lớp bê tông cốt thép chịu lực;2:Lớp cách ẩm(bitum) 3:lớp cách nhiệt (stiropo);4:lớp trát xi măng có lưới thép STT  Tên lớp  (m)  (W/mK)   1  Lớp bê tông chịu lực  0.2  1.4   2  Lớp cách ẩm ( bitum)  0.004  0.2   3  Lớp cách nhiệt (P.U)  -  0.045   4  Lớp vữa trát xi măng  0.02  1.5   Bảng 2.8: các thông số để tính cách nhiệt cho trần Ta cần xác định bề dầy lớp cách nhiệt, theo công thức như trong tính cách nhiệt cho tường kho ở trên :  Trong công thức trên  k = 0.23 W/m2K 1 = 23.3 W/m2K;2 = 9 W/m2K các giá trị  lấy trong bảng 2.7 Ta tính được cnt như sau: Ý nghĩa  Kí hiệu  Giá trị   Bề dầy lớp cách nhiệt tính được  cnt tính (m)  0.19   Bề dầy lớp cách nhiệt chọn  cnt chọn (m)  0.2   Khi đó ta tính hệ số truyền nhiệt của trần  2.4.2. Tính toán cách nhiệt cho nền kho lạnh ([1] và [3] Có rất nhiều cách để xây dựng nền cho kho lạnh. Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm ở Tp Hồ Chí Minh, khi xây nền cho kho lạnh có nhiệt độ âm thì phải bảo vệ tránh ẩm ướt bằng nhiều cách, như có thể dùng điện trở đốt nóng…Ở đây ta sử dụng cách bảo vệ nhờ việc cho không khí lưu thông bên dưới nền kho lạnh, như cấu trrúc có dạng dưới đây :  Hình 2.3 :cấu trúc của nền kho lạnh 1 : lớp đệm bê tông làm kín nền kho; 2:lớp bê tông có điện trở đốt nóng 3: lớp cách ẩm (nhựa đường) ;4: lớp cách nhiệt (bông khoáng); 5: lớp bê tông dằn;6 : nền kho lạnh STT  Tên lớp  (m)  (W/mK)   1  Lớp bê tông cốt thép chuẩn  0.2  1.4   2  Lớp cách ẩm ( nhựa đường)  0.005  0.75   3  Lớp bê tông có điện trở đốt nóng  0.1  1.4   4  Tấm cách nhiệt ( bông khoáng)  -  0.05   5  Lớp bê tông đệm  0.1  1.4   6  Nền nhẵn  0.05  1.4   Bảng 2.9: các thông số để tính cách nhiệt cho sàn Bề dầy lớp cách nhiệt cnn cũng được tính tương tự như những phần trên:  Với k = 0.25 W/m2K  Ta được kết quả tính như sau : Ý nghĩa  Kí hiệu  Giá trị   Bề dầy lớp cách nhiệt tính được  cnn tính (m)  0.183   Bề dầy lớp cách nhiệt chọn  cnn chọn (m)  0.2   Vây hệ số truyền nhiệt cho nền được tính:  2.5. Tính toán nhiệt cho kho lạnh Tính nhiệt cho kho lạnh là tính toán năng lựơng do môi trường bên ngoài và bên trong thải vào kho lạnh. Đây chính là năng lượng mà máy lạnh cần phải đem ra khỏi kho lạnh, nhằm đảm bảo cho kho lạnh đạt nhiệt độ ổn định thấp hơn môi trường bên ngoài kho lạnh. Mục đích cuối cùng là xác định công suất lạnh cần thiết cho máy nén lạnh. Với một kho lạnh thông thường công suất lạnh tổn thất Q được tính bằng biểu thức sau : Qo = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 (kW) trong đó :Q1: dòng nhiệt đi vào kho qua kết cấu bao che. Q2: dòng nhiệt do sản phầm toả ra trong quá trình bảo quản. Q3: dòng nhiệt đi vào kho do thông gió với bên ngoài. Q4: dòng nhiệt toả ra khi vận hành kho . Q5: dòng nhiệt toả ra khi sản phẩm hô hấp. Q3 và Q5 chỉ xuất hiện khi bảo quản các sản phẩm có hô hấp. Còn sản phầm bảo quản của chúng ta là fillet cá là sản phẩm không có hô hấp vì vậy : Q3 = Q5 = 0 kW 2.4.1.Dòng nhiệt qua kết cấu bao che. Ta có Q1 = Q11 + Q12 với Q11 : dòng nhiệt đi vào kho lạnh qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ của môi tường bên trong kho và bên ngoài Q12 : dòng nhiệt đi vào kho lạnh qua tường bao, trần và nền do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời. Tính Q11:  ki , Fi : hệ số truyền nhiệt và diện tích bề mặt tương ứng ( trần, vách..). Riêng với nền có khác đôi chút, vì ta phải tích hệ số truyền nhiệt thao quy ước kq như sau: + Vùng rộng 2 m dọc theo chu vi tường bao : kq = 0.47 W/m.K.Với vùng này diện tích là F11 = 32 m2. + Vùng rộng 2 m tiếp theo về phía tâm buồng : kq = 0.23 W/m.K. Với vùng này diện tích là F11 = 24 m2. + Vùng rộng 2 m tiếp theo : kq = 0.16 W/m.K. Với vùng này diện tích là F11 = 16 m2. + Vùng còn lại : kq = 0.07 W/m.K. Vùng này không có trong kho lạnh của ta. Nhiệt tính dược nhân với hệ số đặc trưng cho hệ số tăng trở nhiệt khi có lớp cách nhiệt m :   thứ tự của lớp vật liệu trong khi tính cách nhiệt cho nền ở phần trên Cuối cùng ta có bảng tính Q11 như sau : STT  Bao che  m  ki (W/m2k)  Fi (m2)  t11i (K)  Q11i (W)   1  Tường ngoài  -  0.2023  108  54  1179.8   2  Trần  -  0.205  72  54  797.0   3  Nền  0.183  0.47  32  54  148.6      0.23  24  54  54.6      0.16  16  54  25.3   Q11=Q11i(W)  2205.3   Bảng 2.10 : tính Q11 Tính Q12 Q12 được tính như sau :  t12 : hiệu nhiệt độ dư ảnh hưởng của bức xạ mặt trời. Ta chọn t12 theo [1] và chỉ lấy giá trị nào lớn tính cho cả kho.Vậy ta có t12 = 13oC ( theo huớng Tây) Fi : chỉ tính cho diện tích chịu bức xạ mặt trời. ki : hệ số truyền nhiệt của diện tích tương ứng. Ta có bảng tính toán cho Q12 như sau : STT  Bao che  ki (W/m2k)  Fi (m2)  t12i K)  Q12i (W)   1  Tường ngoài  0.2023  108  13  284   2  Nền  0.205  72  19  280.4   3  Trần  -  -  -  -   Q12=Q11i(W)  564.4   Bảng 2.9 : tính Q12 Vậy ta có Q1 = Q11 + Q12 = 2205.3 + 564.4 = 2784.3 (W) 2.4.2 Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra Q2 Ta có :  Msp: lượng hàng nhập vào kho trong một đơn vị thời gian . h1, h2 : enthalpi của sản phẩm trước và sau khi cho vào kho lạnh ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Mbb : khối lượng bao bì nhập vào kho hàng trong một đơn vị thời gian. t1, t2 :nhiệt độ của bao bì trước và sau khi cho vào kho lạnh. C : nhiệt dung riêng của bao bì. Giả sử sản phẩm trong kho được xuất đi mỗi tuần một lần. Mỗi lần xuất hàng ra khỏi kho là khoảng 45 tấn (còn 5 tấn dự trữ). Giả sử đơn vị sản xuấtsản xuất đều thì và sản phẩm sản xuất ra đều cho vào kho bảo quản, khi đó lượng hàng nhập vào kho mỗi ngày : (tấn /ngày) Giả sử sản phẩm trước khi cho vào kho bảo quản được cấp đông để nhiệt dộ trung bình trong sản phẩm đạt khoảng -10 oC, nên h1 = 33 kj/kg. Còn sau khi xuất ra khỏi kho nhiệt độ sản phẩm đạt nhiệt độ của kho lạnh là -20oC , h2 = 0 kj/kg. Ngoài ra còn có thùng carton để đựng sản phẩm. Giả sử trước khi vào kho nhiệt độ thùng là 30 oC , còn sau ra khỏi kho nhiệt độ thùng là -20oC, và ta có nhiệt dung của carton là C = 1.47 kj/kg.K.Khối lựong thùng là 50 kg /tấn sản phẩm. Vậy khối lượng thùng cho vào kho sẽ là : Mbb=50*6.42=321 kg/ngày. Vậy ta sẽ có:  2.4.3 Dòng nhiệt do vận hành Q4. Dòng nhiệt do vận hành gồm nhiệt do chiếu sáng Q41, do người làm việc trong phòng Q42, dòng nhiệt do các động cơ điện Q43 và do mở cửa Q44 * Dòng nhiệt do chiếu sáng Ta có : Q41 = A.F với A = 1.2W/m2 với phòng bảo quản F = 72 m2 diện tích kho lạnh Vậy Q41 = 1.2x72 = 86.4 W * Dòng nhiệt do người làm việc trong phòng Q42 = 350n n số người trong phòng, giả sử n =2 nên Q42 = 700 W * Dòng nhiệt do động cơ điện Q43 = 1000*N , N: công suất động cơ điện,với buồng bảo quản chọn N = 4 kW Q43 = 4000 W * Dòng nhiệt do mở cửa Q44 = B.F ; B(W/m2) nhiệt riêng khi mở cửa. Với kho bảo quản có diện tích 72m2 ta có B = 1 (W/m2) Q44 = 12x72 = 864 W Vậy :  Sau quá trình tính toán các dòng nhiệt thành phần, chúng ta tổng hợp chúng lại trong bảng dưới đây : STT  Nguyên nhân  Ký hiệu  Giá trị (W)   1  Kết cấu bao che  Q1  2784.8   2  Sản phẩm toả ra  Q2  3435   3  Thông gió buồng lạnh  Q3  0   4  Vận hành  Q4  5650.4   5  Sản phẩm hô hấp  Q5  0   Nhiệt tổn hao tổng cộng  Q=Qi(W)  11780.1   Bảng 2.11: tổng hợp tính toán nhiệt cho kho lạnh ***Vậy nhiệt tổn thất của kho lạnh coi gần đúng là Qo = 12 kW CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ 3.1 Tính toán máy nén 3.1.1.Lựa chọn các thông số cơ bản của chu trình lạnh a) Sơ đồ nguyên lý của chu trình lạnh  Hình 3.1 : sơ đồ nguyên lý của hệ thống lạnh  Hình 3.2 : giản đồ lg(p)-h của chu trình lạnh * Thuyết minh sơ đồ nguyên lý: Môi chất lạnh R22 sau khi sôi và bay hơi trong thiết bị bay hơi (trạng thái1”) sẽ đi qua thiết bị hồi nhiệt. Tại thiết bị hồi nhiệt hơi R22 sẽ trao đổi nhiệt và chuyển thành hơi quá nhiệt đạt trạng thái 1. Sau đó hơi R22 được hút về máy nén. Máy nén nén đoạn nhiệt hơi R22 từ trạng thái hơi quá nhiệt1 lên trạng thái hơi quá nhiệt 2. Hơi R22 sau khi đạt trạng thái 2 được đưa qua thiết bị ngưng tụ. Trong thiết bị ngưng tụ hơi R22 được ngưng tụ thành lỏng R22, rồi đi qua thiết bị hồi nhiệt để đạt trạng thái 3. Từ trạng thái 3 hơi R22 được đưa qua van tiết lưu, tiết lưu xuống trạng thái 4 giảm áp suất lỏng R22 xuống áp suất trong thiết bị bay hơi và đưa dần vào thiết bị bay hơi để tiến hành bay hơi môi chất R22, kết thúc một chu trình tuần hoàn kín của môi chất lạnh. (Chi tiết về các thông số tại các điểm của chu trình ta có thể xem trong Bảng 3.1) b) Các thông số của chu trình lạnh. * Nhiệt độ ngưng tụ: Nhiệt đô ngưng tụ của môi chất :tk= tw2 + tk tw2 : nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng tk : hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu.Ta chọn tk= 4oC Mặc khác tk= tw2 + tw Và tw2= tư + t , tư là nhiệt độ bầu ướt tra từ thông số nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất và độ ẩm trung bình. Hai thông số này ta đã biết ở trên vì vậy ta tra được tư = 29 oC.Vì nhiệt độ trung bình và độ ẩm của thành phố khá cao nên tư cũng khá cao, nên nếu chọn các tw,t cao thì nhiệt độ ngưng tụ cũng cao vì vậy ta phải chọn tw,t vừa đủ lớn để nhiệt độ ngưng tụ không quá cao. Vì vậy ta chọn như sau : t = 3 oC tw = 4 oC Nên ta có tw1 = 32 oC tw2 = 36 oC Vậy nhiệt độ ngưng tụ sẽ là : tk = 40oC * Nhiệt đô bay hơi (nhiệt độ sôi của môi chất lạnh trong thiết bị bay hơi) Với kho lạnh cần duy trì độ ẩm cao (trên 85%) thì nhiệt bay hơi to = tt - to tt :nhiệt độ trong phòng lạnh, tt = -20 oC to = 5 oC Vì vậy nhiệt đô bay hơi to = -25 oC 3.1.2.Tính toán chu trình lạnh. a) Các điểm nút của chu trình Ta có : t1” = to = -25oC ,từ đó ta có h1” = 692 kj/kg. t3’ = tk = 40oC ,từ đó ta có h1” = 548 kj/kg mặc khác vì ta sử dụng chu trình hồi nhiệt nên tmin = t3’ – t1 = 5oC h33’ =h1”1 với h33’ = h3’ - h3 h1”1 = h1 - h1” Vậy t1 = 35 oC , nên h1 = 738 kj/kg và h1”1 = 46 do đó h3 = h3’ - h33’ = h3’ - h1”1 = 548 – 46 = 502 kj/kg Vây từ đó ta xác định được các điểm còn lại của chu trình như bảng 3.1 bên dưới STT  Tên điểm  Nhiệt độ  Áp suất  Enthalpi  Thể tích riêng  Trạng thái     t(oC)  p(Mpa)  h(kJ/kg)  v(m3/kg)    1  1"  -25  0.246  692  -  Hơi bão hoà khô   2  1  36  0.246  738  0.175  Hơi quá nhiệt   3  2  132  1.53  800  -  Hơi quá nhiệt   4  2"  40  1.53  708  -  Hơi bão hoà khô   5  3'  40  1.53  548  -  Lỏng bão hoà   6  3  4  0.246  502  -  Lỏng chưa sôi   7  4  -25  0.246  502  -  Hơi bão hoà ẩm   Bảng 3.1 : các điểm nút cuả chu trình lạnh b) Tính toán chu trình lạnh Năng suất lạnh riêng khối lượng : qo = h1’ – h4 = 692 – 502 = 190 kj/kg Công nén riêng : l = h2 – h1 = 800 – 738 = 62 kj/kg Nhiệt ngưng tụ : qk = qo + l = 252 kj/kg Hệ số lạnh của chu trình :  Năng suất lạnh riêng thể tích :  3.1.3.Tính toán và chọn máy nén. Lưu lượng khối lượng của môi chất qua máy nén:  Thể tích hút thực tế : Vtt = m.v1 = 227.5x0.175 = 39.81(m3/h) * Tính hệ số cấp  Ta có i . w’ Và  po = p1 = 0.246 MPa ; pk = p2 = 1.53 MPa còn po = pk = .0075 MPa : tổn thất áp suất tại đầu hút và đầu đẩy của máy nén c = 0.04 (ta chọn) n = 1 ( theo [3]) Vậy :    Vậy thể tích hút lý thuyết :  Như vậy ta có thể chọn máy nén MYCOM có ký hiệu F2WA2 có thể tích quét 71 m3 * Tính công nén Công nén đoạn nhiệt: Ns = m.l = 0.0632x62 = 3.92 kJ/s = 3.92 kW Công nén chỉ thị :  i = w’ + b.to b = 0.001 i = 0.792 + 0.001*(-25) = 0.767   Công nén hiệu dụng : là công nén có tính đến các tổn thất của các chi tiết máy nén , Ne = Ni + Nms Ta có Nms = Vtt.pms ; ta chọn pms = 0.04 Mpa nên Nms = 0.0632x0.175x0.04x103 = 5.4 (kW) Vậy Ne = 5.1 + 4.4 = 9.5 (kW) Vì loại máy nén ta chọn là loại máy nén nửa kín cho nên công suất cho động cơ điện Nđc = Ne = 9.5 kW 3.2.Tính toán thiết bị ngưng tụ 3.2.1.Các thông số ban đầu Lượng nhiệt cần trao đổi ( lượng nhiệt môi chất toả ra khi ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ) :  Ta chọn bố trí các ống truyền nhiệt trên mặt sàn theo các tam giác đều và theo các cạnh hình lục giác. Ta chọn ống trao đổi nhiệt là ống đồng có cánh, có kích thước như sau : + Đuờng kính trong của ống : dtr = 14mm = 14x10-2 m + Đuờng kính ngoài của ống ( chân cánh ) : dng = 16.5 mm = 1.65x10-2 m + Đuờng kính ngoài của cánh : dc = 20 mm = 20x10-2 m + Bước cánh : sc = 2 mm = 2x10-3 m + Góc ở đỉnh cánh  = 35 o + Bề dầy cánh ở gốc : mm = 4x10-4 m + Bề dầy cánh ở đỉnh : d = 0.3 mm =3x10-4 m + Với ống đồng ta có hiệu suất cách E =1 ([3]) + Bước ống s = 1.3 dng = 0.0273 mm = 2.73x10-2 m  Hình 3.3 : dạng cánh của ống trao đổi nhiệt sử dụng cho TBNT Như vậy từ các số liệu trên với 1 m ống truyền nhiệt ta có được : + Diện tích phần cánh đứng:  + Diện tích bề mặt phần ống không có cánh :  + Diện tích bề mặt bên ngoài của ống truyền nhiệt:  + Diện tích bề mặt trong của ống truyền nhiệt: ftr = .dtr = 0.0415 m2/m + Chiều cao dẫn xuất của cánh :  + Hệ số làm cánh :  = fng/ftr = 2.63 Với thiết bị ngưng tụ : + Nhiệt độ trung bình của nước trong TBNT : ttbw = ( tw1+ tw2)/2 =34 oC tmin = tk – tw2 = 40 – 36 = 4 oC + tmax = tk – tw1 = 40 – 32 = 8 oC + Vì vậy :  3.2.2.Tính toán truyền nhiệt phía trong ống ( tính toán cho phía nước). STT  Ý nghĩa  Kí hiệu  Giá trị   1  Độ nhớt động học  wx106(m2/s)  0.75   2  Khối lượng riêng  w (kg/m3)  994   3  Chuẩn số Prantl  Prw  4.98   4  Hệ số dẫn nhiệt  w x102 (W/m.K)  62.5   5  Nhiệt dung riêng  cpw (kJ/kg.K)  4.18   Bảng 3.2 Các thông số vật lý của nước ở nhiệt độ t = 34 oC Lưu lượng nước qua bình ngưng :  Chọn vận tốc nước đi trong ống là w = 1 m/s . Số ống trong một lối của bình ngưng :  Vậy ta chọn ni = 7; lúc đó ta có w = 0.89 m/s . Ta có : , chế đô chảy trong ống là chế độ chảy rối , nên:  Chọn  : tổng trở nhiệt Vậy qw = A(ttb-tv) với tv = tk – tv; tv nhiệt đô vách của ống trao đổi nhiệt  ta chọn giả sử : tv = 0.3ttb Nên : q’w = 0.7Attb = 7760.3 (W/m2) Ta chọn bố trí các ống truyền nhiệt trên mặt sàn theo các tam giác đều và theo các cạnh hình lục giác, nên số ống bố trí theo đường chéo lớn nhất của lục giác đều m, thể tính định hướng theo công thức sau :  k = l/D : tỉ số chiều dài và đường kính của TBNT; ta chọn giả sử k = 8. Từ công thức trên ta tính được m = 6.24 ; vì m phải là số lẻ ([3]) nên ta chọn m = 7. Số ống theo chiều đứng nz = m =7 . 3.2.3.Tính toán truyền nhiệt phía ngoài ống (phía môi chất ngưng tụ). STT  Ý nghĩa  Ký hiệu  Giá trị   1  Nhiệt ngưng tụ  r (kJ/kg)  167   2  Độ nhớt động học  106(m2/s)  2.18   3  hệ số dẫn nhiệt  (W/m.K)  72.57   4  Khối lượng riêng  (kg/m3)  1131.4   Bảng 3.3 : các thông số vật lý của môi chất lạnh R22 ở nhiệt độ ngưng tụ tk = 40 oC Ta có công thức tính hệ số cấp nhiệt với môi chất ngưng tụ như sau :  với g = 9.81 m/s2: gia tốc trọng trường. c : hệ số khi kể tới các điều kiện ngưng tụ khác nhau trên mặt cánh đứng và phần bề mặt ống nằm ngang không có cánh; ta có :  Sau khi thay các hệ số vào công thức tính R ở trên, ta thu đuợc biểu thức sau :  Như vậy ta có hệ phương trình sau cho TBNT :  Ta có thể lập bảng sau: tv (oC)  0.00  1.50  2.00  1.90   qw (W/m2.K)  11086.12  8219.02  7263.32  7454.46   qR (W/m2.K)  0.00  6306.69  7825.38  7530.06   Bảng 3.4 : các kết quả khi giải (I) bằng phương pháp thử Như vậy ta có thể thấy rằng nghiệm tv gần đúng của hệ (I) là tv = 1.9 oC Khi đó ta có thể coi nhiệt lượng trao đổi giữa hai môi trường trong TBNT là :  Diện tích bề mặt truyền nhiệt tính cho bề mặt trong là :   Vậy diện tích bề mặt ngoài là :  Vậy chiều dài của một ống là :  Như vậy ta có thể chọn TBNT loại KTP-6 có các thông số như sau : + Bề mặt truyền nhiệt ngoài : 6.8 m2. + Đường kính vỏ ống Dng = 219 mm. Đường kính trong Dtr = 200 mm. Như vậy bề dầy thân thiết bị là S = 9.5 mm + Chiều dài ống 1.5 m. + Số ống 29 ống + Số lối : 4 lối Các số liệu của TBNT này hoàn toàn phù hợp với số liệu mà ta tính được như trên 3.2.4. Kiểm tra và tính bền cho một số chi tiết trong thiết bị ngưng tụ ([3], [11]) * Vỏ TBNT Vỏ của TBNT thường làm bằng thép carbon hoặc thép hợp kim thấp. Ở đây ta giả sử vỏ của TBNT làm bằng thép CT3. Nhiệt độ tính toán cho vỏ của TBNT là ttt = tk = 135 oC. Ở nhiệt độ này ta tra được  = 135 N/mm2. Áp suất tính toán cho vỏ TBNT là ptt = 20 at = 2N/mm2 với môi chất R22 ([3]). Hệ số hiệu chỉnh ệ số bền mối hàn h = 0.7 Như vậy [mm2. Và áp suất tính toán cho phép với thiết bị :  Do đó vỏ thiết bị thoả điền kiện bền. * Bích nối Do thiết bị phù hợp với thiết bị chuẩn nên ta chọn bề dầy bích theo tiêu chuẩn như sau [7] : + Đường kính bích : D = 330 mm + Bề dầy bích : 32 mm. + Tổng số bu lông : 8 . Loại bu lông : M22 * Vỉ ống : Ta cần tính bề dầy vỉ ống tối thiểu cho TBNT. Ứng suất uốn của vật liệu : u = 2.6mm2 Bề dầy tối thiểu của vỉ ống ở phía ngoài :  Ta chọn K = 0.3 , ta tính được : h1’ = 4.5 mm. Bề dầy tối thiểu của vỉ ống ở phía trong :  với  : hệ số làm yếu vỉ Dn = Dtr = 200 mm.o = 0.3 Trong trường hợp này ta chọn K = 0.5 và từ đó tính ra được h’ = 13.8 mm Như vậy ta có thể chọn bề dầy tối thiểu cho vỉ ống của TBNT là : + Phía bên trong h’ = 15 mm + Phía bên ngoài h1’ = 8 mm 3.3. Tính toán thiết bị bay hơi. 3.3.1 Các thông số ban đầu để tính cho TNBH. Năng suất lạnh ( nhiệt cần môi chất lạnh cần lấy ra khỏi kho ) : Qo = 12.5 kW. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh : ts = -25 oC Do ta đã chọn nhiệt độ và độ trung bình của phòng là tkk = -20oC và  = 90%, nên có thể chọn nhiệt độ không khí vào và ra khỏi TBBH là : + Không khí đi vào : tkk1 = -19oC và 1 = 90 % + Không khí đi ra : tkk1 = -21oC và 1 = 95 % Ta chọn các giá trị trện với giả thiết nhiệt đô trong phòng không thay đổi quá lớn trong quá trình bảo quản. Như vậy hiệu nhiệt độ trung bình :  Ta chọn loại ống truyền nhiệt có kích thước như sau cho TBNT ([3]) : + Đường kính ngoài ống : dng = 16 mm = 1.6x10-2 m + Bề dầy ống  = 1 mm = 1x10-3 m + Đường kính trong của ống : dtr = 14 mm = 1.4x10-2 m + Kích thước của cánh : Bước cánh : sc = 4 mm = 4x10-3 m Bề dầy : c = 0.4 mm = 4x10-4 m + Ta chọn bố trí ống theo hình chữ nhất, với bước ống như sau : S1 = 40 mm = 4x10-2 m S2 = 40 mm = 4x10-2 m  Hình 3.4 : cánh phẳng cho TBBH Vậy với một ống truyền nhiệt dài 1 m chiều dài ống ta có các thông số sau : + Diện tích bề mặt cánh :  + Diện tích bề mặt khoảng giữa các cánh:   + Diện tích bề mặt ngoài của ống : fng = fc + fo = 0.745 m2/m. + Diện tích bề mặt trong của ống :  + Hệ số làm cánh fng/ftr= 16.9 3.3.2. Phương pháp tính toán truyền nhiệt về phía không khí. ([3], [4], [5]) STT  Trạng thái không khí  tkk(oC)  (%)  xbh.10-3 (kg/kgkk)  x.10-3 (kg/kgkk)  h(kJ/kgkkk)   1  Trước khi vào dàn ngưng tụ  -19  90  0.7057  0.63513  -17.54   2  Ra khỏi dàn ngưng tụ  -21  95  0.5818  0.55271  -19.77   3  Tại vách ống truyền nhiệt  -22  100  0.478  0.478  -21.96   x : độ chứa ẩm; xbh : độ chứa ẩm bão hoà: h: entalpi của không khí Bảng 3.4 : các thông số của không khí trước khi vào và ra khỏi TBBH Trạng thái không khí 3( tại bề mặt vách ống truyền nhiệt) xác định thông qua bảng thông số của không khí ẩm, nhờ biểu thức :  do ba cả điểm 1,2,3 đều nằm trên một đường thẳng khi biểu diễn chúng trên giản đồ h-x của không khí ẩm .Với các giá trị trong bảng thì của với hệ thức trên ta gặp sai số nhưng không quá lớn ( nhỏ hơn 4%) STT  Ý nghĩa  Kí hiệu  Giá trị   1  Độ nhớt động học  kk.106(m2/s)  11.79   2  Khối lượng riêng  kk (kg/m3)  1.395   3  Chuẩn số Prantl  Prkk  0.716   4  Hệ số đận nhiệt  kk .102 (W/mK)  2.28   5  Nhiệt dung riêng  cpkk  1   Bảng 3.5 : các thông số vật lý của không khí ở nhiệt độ trung bình trong phòng bảo quản tkk = -20 oC Ta có : : (I) L tổng theo hướng chuyển động của không khí; L = S2.z ; z : số cụm ống theo hướng chuyển động của không khí; Ta sử dụng (I) với các điều kiện sau:   Với các điều kiện của thiết bị :  nên các điều kiện (2), (4), (5), (6) thoả mản. Ta có :     C = A.B  Ta áp dụng công thức trên để tính Nu, sau đó tính được hệ số cấp nhiệt kk theo  Vì với dàn lạnh không khí ta đang tính toán còn chịu ảnh hưởng bởi sự tách ẩm nên ta xác định hệ số toả nhiệt quy ước theo công thức:  : hệ số tách ẩm t = 6 mm = 6x10-3 m : bề dầy lớp tuyết ta chọn t = 0.2 W/m.K : hệ số dẫn nhiệt của lớp tuyết Rc = 0.005 m2.K/W:trở tiếp xúc giữa cánh và ống Nếu ta quy đổi q về bề mặt trong, thì ta sử dụng công thức sau :  ;  : hệ số hiệu chỉnh: = 0.85 E : hiệu suất cánh : ()  c = 200 W/m.K: hệ số dẫn nhiệt của cánh (nhôm) h’ chiều cao quy ước của cánh ; với cánh hình vuông (S1 = S2) :  Mật độ dòng nhiệt về phía không khí được quy về phía bề mặt trong : qtr = q.tr( tkk – t3) Diện tích bề mặt truyền nhiệt ( bề mặt trong) :  Diện tích cho không khí đi qua dàn lạnh :  Diện tích truyền nhiệt của một cụm ống là :   : chiều cao cánh  Khi đó ta tính lại giá trị z :  Như vậy ta sẽ tính được lại được giá trị của z; ta chọn lại gía trị phù hơp của z và tính lại chiều ống L và mật độ dòng nhiệt qtr . 3.3.3. Phương pháp tính toán truyền nhiệt về phía môi chất : ([3], [4], [5]) Với môi chất sôi trong ống nằm ngang, hệ số toả nhiệt có thể tính theo công thức sau :  Và : mật độ dòng nhiệt :  (II) với RR vận tốc và khối lượng riêng của R22 lỏng trong ống ở nhiệt độ ngưng tụ to = -20 oC. R = 1305.5 kg/m3  AR là hằng số phụ thuộc nhiệt độ sôi của môi chất. Với to = -25oC, AR=1.005 3.3.3. Tính toán TBBH Như vậy từ những điều trình bày ở trên, ta cần xác định đuợc giá trị của z, nên ta phải tiến hành giải lặp cho cả giả sử một số giá trị của z để sau đó tính lặp lại giá trị z phù hợp . Để thực hiện được điều này thì ta phải giả sử vận tốc kk không khí để tính truyền nhiệt về không khí. Giá trị kk phù hợp là từ 2 đến 5 m/s. * Ta chọn kk = 3m/s: từ đó ta tính được các thông số sau : + Re = 1593 ( thoả điều kiện (1) của công thức (I)) + m = -0.153 + B = 0.978 + fkk = 1.342 m2 + F’tr = 2.044 m2 Từ đó ta giả sử một số giá trị của z và tính toán như các công thức trình bày trong phần 3.3.2 để tính toán kết quả tính toán cho phía không khí được trình bày trong Bảng 3.6 Ký hiệu  Giá trị   z  1  2  3  4  5  6  7   L(m)  0.040  0.080  0.120  0.160  0.200  0.240  0.280   l/d  6.4  12.8  19.2  25.6  31.9  38.3  44.7   n  0.492  0.534  0.577  0.619  0.661  0.703  0.745     0.350  0.291  0.211  0.159  0.116  0.088  0.065   C = A.B  0.342  0.285  0.207  0.155  0.114  0.086  0.063   Nu  9.71  9.93  9.24  9.06  8.75  8.75  8.61   kk(W/m2.K)  35.37  36.15  33.65  33.01  31.88  31.85  31.37   q(W/m2.K)  33.03  33.64  31.68  31.17  30.27  30.24  29.85   mc  0.673  0.676  0.665  0.662  0.656  0.656  0.654   mc.h'  0.014  0.014  0.014  0.014  0.013  0.013  0.013   E  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000   qtr(W/m2.K)  480.4  489.2  460.9  453.4  440.2  439.9  434.2   q(W/m2)  960.9  978.5  921.7  906.9  880.5  879.7  868.4   Ftr(m2)  13.0  12.8  13.6  13.8  14.2  14.2  14.4   z  6.3  6.2  6.6  6.7  6.9  6.9  7.0   Bảng 3.6 : Tính toán truyền nhiệt phía không khí của TBBH khi kk = 3 m/s, với các giá trị khác nhau của z i Trong Bảng 3.6 ta thấy điều kiện (2) của công thức (I;,nghĩa là tất cả điều kiện khi sử dụng công thức(I) đểu thoả mản, nên ta có thể áp dụng công thức này để tính Nukk và từ dó tính được các đại lượng khác. Như vây ta có thể chọn z = 7 khi đó qtr = 866.7 W/m2 Ta coi quá trình truyền nhiệt là ổn định vì vậy qtr = q’R = 866.7 W/m2 . Thay q’R = 866.7 W/m2 vào (II) ta có :  Như vậy là sai số so với nhiệt độ sôi ta của ta chọn ban đầu to = -25 oC là  Nhưng nếu to = -25 oC thì qR = 1042 W/m2, thì sai số mật độ dòng nhiệt :  Như vậy giá trị ta chọn chưa phù hợp và phải chọn lại. * Ta chọn lại kk = 4m/s: từ đó ta tính được các thông số sau : + Re = 2124 ( thoả điều kiện (1) của công thức (I)) + m = -0.11 + B = 0.85 + fkk = 1.006 m2 + F’tr = 1.537 m2 Kết quả tính toán trình bày trong Bảng 3.7 Ký hiệu  Giá trị   z  1  2  3  4  5  6  7   L(m)  0.040  0.080  0.120  0.160  0.200  0.240  0.280   l/d  6.4  12.8  19.2  25.6  31.9  38.3  44.7   n  0.492  0.534  0.577  0.619  0.661  0.703  0.745     0.350  0.291  0.211  0.159  0.116  0.088  0.065   C = A.B  0.297  0.248  0.180  0.135  0.099  0.074  0.055   Nu  10.53  11.22  10.75  10.81  10.67  10.87  10.91   kk(W/m2.K)  38.34  40.85  39.17  39.36  38.84  39.58  39.72   q(W/m2.K)  35.31  37.20  35.94  36.09  35.70  36.25  36.36   m  0.685  0.694  0.688  0.689  0.687  0.690  0.690   m.h'  0.014  0.014  0.014  0.014  0.014  0.014  0.014   E  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000  1.000   qtr(W/m2.K)  513.7  541.0  522.8  524.9  519.3  527.3  528.8   q(W/m2)  1027.4  1082.1  1045.5  1049.9  1038.5  1054.7  1057.7   Ftr(m2)  12.2  11.6  12.0  11.9  12.0  11.9  11.8   z  7.9  7.5  7.8  7.7  7.8  7.7  7.7   Bảng 3.7 : Tính toán lại truyền nhiệt phía không khí của TBBH khi kk = 4 m/s, với các giá trị khác nhau của z Vậy ta chọn z = 8, ta tính toán lại và cho qtr = 957.7 W/m2 Tương tự như trên ta giả sử : qtr = q’R = 957.7 W/m2 . Thay q’R = 957.7 W/m2 vào (II) ta có :  Nếu to = -25 oC thì qR = 975 W/m2, khi đó :   Tức là sai số chấp nhận đuợc, nghĩa là ta chọn được : kk = 4m/s và z = 8 và Ftr = 13 m2, như vậy ta chọn dư bề mặt truyền nhiệt một ít để làm dự trữ Khi đó diện tích bề mặt truyến nhiệt bên ngoài là :  * Kiểm tra lại hệ số truyền nhiệt ta có :  Như vậy giá trị hệ số truyền nhiệt tính lại tương đối phù hợp với số liệu theo kinh nghiệm. 3.3.4.Tính toán một số thông số của TBBH Tổng chiều dài trong một cụm ống :  Ta chọn tỉ số chiều dài và chiều ngang k=3, khi đó số hàng ống trong 1 cụm ống sẽ là:  Chiều dài của một ống trong cụm ống :  Ta chon l = 2m . Khi đó ta phải tăng số hàng ống lên, ta chọn m =18 ; Bề ngang của thiết bị là :  Chiều dầy của thiết bị là :

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docThiết Kế Hệ Thống Lạnh Bảo Quản Cá FILLET.doc