Đề tài Thiết kế hệ thống kho lạnh bảo quản mỡ trong hộp các tông dung tích 3600 tấn

và cách ẩm giữa phòng bảo quản lạnh và không khí bên ngoài Theo bảng 3-1 và 3-2 trang 81 và 83 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta được: Bảng số liệu tính toán Thông số , m , W/m.K , g/m.h.MPa Lớp vữa xi măng 0,02 0,88 90 Lớp cách ẩm Bitum 0,004 0,18 90 Lớp gạch đỏ 0,38 0,82 105 Lớp cách ẩm Bitum 0,005 0,18 0,86 Lớp cách nhiệt polystirol 0,047 7,5 Lớp vữa trát có lưới thép 0,02 0,88 90 Theo bảng 3-3 trang 84 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” tra được hệ số truyền nhiệt qua vách từ ngoài không khí vào phòng bảo quản lạnh (0°C) là: k = 0,3 ( W/m2.K ). Theo bảng 3-7 trang 86 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta tra được hệ số toả nhiệt từ không khí đến bề mặt ngoài của tường ( W/m2K ). Hệ số toả nhiệt từ bề mặt trong của tường tới đến không khí trong buồng lạnh (bề mặt trong buồng lưu thông không khí cưỡng bức vừa phải để bảo quản lạnh) là: + Chiều dày lớp cách nhiệt là: Chọn = 0,125 (m) + Hệ số truyền nhiệt thực tế : = - Kiểm tra đọng sương: Nhiệt độ tính toán tại Bình Định có t = 420C độ ẩm là 82% tra trên đồ thị i-d ta được: ts = 38,250C Theo biểu thức 3-7 trang 87 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta có: (W/m2.K) (W/m2.K) > ktt = 0,295 (W/m2.K) Như vậy vách ngoài không bị đọng sương. - Kiểm tra đọng ẩm trong kết cấu cách nhiệt * Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiệt (W/m2) * Xác định nhiệt độ bề mặt các lớp vách Hình 2-2. Sơ đồ tính nhiệt độ bề mặt các lớp vách Từ . Suy ra: 0C Ta có: Suy ra 0C Tương tự 0C 0C 0C 0C 0C 0C Suy ra 0C Từ nhiệt độ tính toán được, một mặt tra được áp suất bão hoà , mặt khác tính được phân áp suất thực . So sánh các giá trị và ở các bề mặt vách nếu luôn nhỏ hơn thì vách cách nhiệt không bị đọng ẩm. Nếu phát hiện thấy bất kỳ một giá trị nào lớn hơn thì phải tăng chiều dày cách ẩm hoặc sử dụng vật liệu cách ẩm hiệu quả hơn. Cũng có thể dụng đồ thị và để trực quan hơn. Hai đường và không được cắt nhau và luôn nằm phía dưới . Tra trên đồ thị không khí ẩm I - d ta được bảng áp suất hơi bão hoà: Áp suất hơi Vách 1 2 3 4 5 6 7 8 Nhiệt độ t0C 41,47 41,2 40,92 35,18 34,9 34,56 1,61 1,33 Áp suất , Pa 7982,1 7869,1 7753,4 5684,1 5596,74 5492,3 686,5 672,85 *Tính phân áp suất thực của hơi nước: Dòng hơi thẩm thấu qua kết cấu bao che: Trong đó: và - phân áp suất của không khí bên ngoài và trong phòng Ta tra số liệu bằng phần mềm PsychroCalc ta sẽ được p1 = 6730,51 (Pa), p2 = 489 (Pa). H - Trở kháng thấm hơi của kết cấu bao che: H = [ m2.h.MPa/g ] = [ m2.h.MPa/g ] Suy ra: [ g/m2h ] * Phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt: [ Pa ] [ Pa ] [ Pa ] [ Pa ] [ Pa ] [ Pa ] [Pa] So sánh áp suất vừa tính được và áp suất bão hoà ta thấy vách không đọng không động ẩm. Tính chiều dày lớp cách nhiệt tường giữa phòng bảo quản lạnh và hành lang Bảng 2-3. Số liệu tính toán Thông số , m , W/m.K , g/m.h.MPa Lớp vữa xi măng 0,02 0,88 90 Lớp gạch đỏ 0,38 0,82 105 Lớp cách ẩm Bitum 0,004 0,18 0,86 Lớp cách nhiệt polystirol 0,047 7,5 Lớp vữa trát có lưới thép 0,02 0,88 90 Hành lang không có cửa thông ra ngoài nên nhiệt độ hành lang sẽ bằng 60% hiệu nhiệt độ giữa môi trường và phòng lạnh, vậy ta chọn nhiệt độ và độ ẩm của hành lang là: và , 15,350C Theo bảng 3-3 trang 84 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta chọn k = 0,3 [ W/m2.K ] + Chiều dày lớp cách nhiệt là: Chọn = 0,13 (m) - Kiểm tra đọng sương: Nhiệt độ hành lang , theo bảng 3 – 7 trang 86 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” là 23,3 [W/m2.K ] Theo biểu thức 3-7 trang 87 ta có: [W/m2.K ] (W/m2.K) > (W/m2.K) Như vậy vách ngoài không bị đọng sương. Chiều dày lớp cách nhiệt trần Kết cấu trần nhà: 1. lớp phủ chống thấm; 2. lớp bê tông giằng; 3. lớp cách nhiệt điền đầy; 4.lớp cách nhiệt (xốp); 5. lớp bê thông mái; 6. lớp vữa trát Bảng số liệu tính toán trần Thông số , m , W/m.K Lớp cách ẩm Bitum 0,012 0,18 Lớp bê tông cốt thép 0,04 1,4 Lớp cách nhiệt điền đầy 0,2 Lớp cách nhiệt Polystyrol 0,1 0,047 Lớp bê tông cốt thép chịu lực 0,22 1,5 Lớp vữa chát 0,02 0,88 Ta có nhiệt độ trong phòng bảo quản lạnh là 00C, hệ số truyền nhiệt k = 0,29 (W/m2K) Chiều dày lớp cách nhiệt là: [ m ] Thay số vào ta được: = 0,18 (m) Chọn = 0,2 (m) Hệ số truyền nhiệt thực tế là: = 0,282 (W/m2.K). ktt = 0,282 (W/m2.K) < ks = 1,98 (W/m2.K). Do vậy mái sẽ không bị đọng sương. Chiều dày lớp cách nhiệt nền + Cấu trúc nền kho lạnh 1. Nền nhẵn bằng các tấm bê tông lát; 2. Lớp bê tông; 3. Lớp cách nhiệt sỏi và đất sét xốp 4. Lớp cách ẩm Bitum; 5. Lớp bê tông có sưởi điện; 6. Lớp bê tông gạch vỡ; Khi tính toán nền có sưởi bằng điện, bằng nước nóng hoặc không khí nóng ta chỉ cần tính các lớp phía trên lớp có sưởi. Tra bảng 3-6 trang 84 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta được k = 0,41 [ W/m2.K ] Tra bảng 3-7 trang 86 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta được = 9 [W/m2.K ] + Tính chiều dày cách nhiệt Bảng số liệu tính toán nền Thông số , m , W/m2.K Nền nhẵn bằng các tấm bê tông lát 0,04 1,4 Lớp bê tông 0,1 1,4 Lớp cách nhiệt sỏi và đất sét xốp 0,2 Lớp bê tông có sưởi điện 0,1 1,4 Chiều dày yêu cầu của lớp cách nhiệt: = = 0,446 [ m ] Chọn = 0,5 (m) Hệ số truyền nhiệt thực của nền kho là: Tính toán bố trí mặt bằng và chọn chiều dày cách nhiệt với kho lạnh lắp ghép Cấu trúc xây dựng Cấu trúc của kho lạnh có cấu tạo đặc biệt để đáp ứng được các yêu cầu như: có tuổi thọ cao, chịu được tải trọng bản thân và sản phẩm bảo quản trong kho, phải chống được nhiệt xâm nhập, không xảy ra hiện tượng đọng sương, phải có cấu trúc cách nhiệt tốt, phải đảm bảo an toàn cho người và phương tiện làm việc trong kho và cuối cùng phải kinh tế. Chọn chiều dày cách nhiệt và số tấm sườn, số tấm nền và số tấm mái Với nhiệt độ bảo quản mỡ ở 0 (oC) theo bảng 3-9 trang 100 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta chọn panel có chiều dày δ = 75 (mm) có hệ số truyền nhiệt là: k = 0,3 (W/m2.K) chiều rộng mỗi tấm 0,6 (m) chiều dài mỗi tấm 5 (m) Bề dày của Panel gồm có thứ tự các lớp như sau: - Lớp tôn mạ màu dày 0,5 (mm) - Lớp cách nhiệt Polyurethan có bề dày 74 (mm) - Lớp tôn mạ màu dày 0,5 (mm) Số lượng tấm làm sườn : (tấm) Trong đó: là chu vi mặt bằng kho lạnh là số tấm panel sườn Tính và chọn chiều các tấm nền và mái Để đơn giản ta coi điều kiện làm việc của các tấm nền và mái như các tấm sườn vì vậy ta có δ = 75 (mm); k = 0,3 (W/m2.K) chiều rộng các tấm 1,2(m) và chiều dài các tấm là 12 (m) Do diện tích nền và diện tích mái như nhau nên số lượng tấm là như nhau Diện tích một tấm panel: (m2) (m2) Số tấm cần có (tấm) Với : là diện tích của một tấm panel : là diện tích của nền : số tấm nền hoặc trần - Kiểm tra đọng sương + Đối với vách ta có hệ số đọng sương đã tính ở phần trên đối với kho lạnh truyền thống là ks = 1,98 (W/m2.K) Hệ số truyền nhiệt của vách là: k = 0,3 (W/m2.K) < ks = 1,98 (W/m2.K) Như vậy vách không bị đọng sương. + Đối với mái cũng tương tự như vách sẽ không bị đọng sương vì hệ số đọng sương cũng tính tương tự như đối với vách. + Đối với nền Do kho lạnh xây dựng theo phương án lắp ghép nên toàn bộ kho được đặt trên nền nhà xưởng. Tải trọng của hàng bảo quản sẽ chi phối đến độ rắn chắc của nền, khả năng chịu lún của nền. Nếu tải trọng của hàng bảo quản càng lớn thì cấu trúc nền kho lạnh phải thiết kế có độ chịu nén cao. Ngoài ra các tấm panel nền được đặt khung chịu lực đảm bảo tránh đọng nước mưa, không bị úng ngập. Vì các tấm nền nằm phía dưới tránh được ánh sáng chiếu trực tiếp nên nhiệt độ phía dưới thấp hơn nhiệt độ xung quanh từ 3 ÷ 5 (0C), độ ẩm cũng giảm hơn. Ta lấy nhiệt độ dưới nền là 39 (0C) và độ ẩm là 80 %, từ đồ thị i-d tra được nhiệt độ đọng sương ở các tấm nền ts = 34,88 (0C). Vậy ta có (W/m2K) Do ks = 2,34 > kt = 0,3. Vậy các tấm nền không đọng sương. Chương III: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT KHO LẠNH TRUYỀN THỐNG Các loại nhiệt thừa Trong đó: + : dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của buồng lạnh. + : dòng nhiệt do sản phẩm toả ra trong quá trình xử lý lạnh. + : dòng nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió buồng lạnh. + : dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh. + : dòng nhiệt từ sản phẩm toả ra khi sản phẩm hô hấp. Do đây là buồng bảo quản lạnh không có thông gió vậy Q3 = 0. Do ta thiết kế cho kho lạnh là mỡ nên không có dòng nhiệt từ sản phẩm toả ra, nên Q5 = 0. Tổn thất nhiệt phòng bảo quản lạnh Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q1 Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che được định nghĩa là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua tường bao, trần và nền do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong kho lạnh cộng với các dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tường bao và trần. Trong đó: - dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ; - dòng nhiệt qua tường bao và trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời; - được xác định bằng biểu thức: Trong đó: - hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che xác định theo chiều dầy cách nhiệt thực F - diện tích bề mặt của kết cấu bao che, (m2); t1 - nhiệt độ môi trường bên ngoài, (0C); t2 - nhiệt độ trong buồng lạnh, (0C). Dòng nhiệt tổn thất do chênh lệch nhiệt độ giữa phòng lạnh và tường bao Tổng chiều dày tường bao là 0,574 (m) và chiều cao tường là 5 (m) Vậy tổng diện tích tường bao kho lạnh là: Ta có: t1 = 42 (0C) và t2 = 0 (0C) và kt = 0,295 (W/m2.K) Dòng nhiệt tổn thất giữa tường ngăn phòng lạnh với hành lang Hành lang là nơi ta coi như phòng đệm, trong quá trình vận chuyển sản phẩm vào phòng bảo quản. Nhiệt từ các phòng sẽ phần nào thất thoát ra ngoài làm nhiệt độ hành lang giảm xuống, chính vì vậy từ nhiệt độ bảo quản sản phẩm và nhiệt độ môi trường ta chọn nhiệt độ hành lang là 21(0C). và kt = 0,29 (W/m2.K) Vậy dòng nhiệt tổn thất giữa tường ngăn và hành lang là: Dòng nhiệt tổn thất giữa phòng lạnh và phòng máy Ở đây do máy móc làm việc nên sẽ toả ra một lượng nhiệt nhưng do phòng máy được thiết kế cạnh buồng lạnh nên ít nhiều bị ảnh hưởng. Vì vậy ta chọn nhiệt độ của phòng máy là 25 oC. Vậy dòng nhiệt tổn thất giữa phòng lạnh và phòng máy là: Dòng nhiệt tổn thất qua nền Ta chọn nhiệt độ nền là 4 (0C) Diện tích nền là: Hệ số truyền nhiệt của nền là: kt = 0,374 (W/m2.K) Dòng nhiệt tổn thất qua nền là: Dòng nhiệt tổn thất qua mái Lấy diện tích của mái bằng diện tích của nền F = 1512,5 (m2) Hệ số truyền nhiệt của mái đã tính là: kt = 0,282 (W/m2.K) Dòng nhiệt tổn thất qua mái là: Vậy ta có: Tính Q12 Q12 = kt.F.Dt12 Q12: là dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tường bao và trần. Với Dt12: hiệu nhiệt độ dư, đặc trưng ảnh hưởng của bức xạ vào mùa hè. F: Diện tích nhận bức xạ trực tiếp từ mặt trời. Với mỗi phòng lạnh ta chỉ tính dòng nhiệt tổn thất do bức xạ qua trần và một bức tường có bức xạ lớn nhất. Để bức xạ ở mức thấp nhất ta phải bố trí kho lạnh theo hướng bức xạ mặt trời hợp lý nhất, bức tường lớn nhất tiếp giáp vói không khí bên ngoài bố trí theo hướng bắc và hướng nam, còn lại các bức tường nhỏ bố trí theo hướng tây và hướng đông. Giả thiết trần mầu xám, tường mầu thẫm, nên lấy Dt12 = 19 (oC) Còn đối với tường theo bảng (4-1) trang 108 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta được: Tường ngoài hướng Tây: Dt12 = 12 (oC) Tường ngoài hướng Nam: Dt12 = 3,2 (oC) Tường ngoài hướng Bắc: Dt12 = 0 (oC) Ta có bảng tổng hợp sau Thứ tự Vách kt F, (m2) Dt12 (oC) Q12, W 1 Trần 0,282 1512,5 19 8103,975 2 Tường ngoài phía Tây 0,295 125 12 442,5 3 Tường ngoài phía Nam 0,295 302,5 3,2 285,56 4 Tường ngoài phía Bắc 0 Tổng 8832,035 Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che: Q1 = 33694,19 + 8832,035 = 42526,225 (W) Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra Q2 Là dòng nhiệt do sản phẩm toả ra khi giảm nhiệt độ trong phòng bảo quản đông, dòng nhiệt Q2 bao gồm nhiệt do sản phẩm toả ra và nhiệt do bao bì toả ra, vì vậy cần tính cả hai dòng nhiệt này. Q2 = Q21 + Q22 Trong đó: Q21 : dòng nhiệt do sản phẩm toả ra (kW). Q22 : dòng nhiệt do bao bì toả ra (kW). Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra được tính theo biểu thức (4-7) trang 109 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” (kW). Trong đó : M: lượng hàng nhập vào phòng bảo quản lạnh, t/24h h1 , h2: entanpy của sản phẩm trứơc và sau khi vào phòng bảo quản lạnh 1000/24.3600: hệ số chuyển đổi từ t/ngày đêm ra đơn vị (kg/s). Với phòng bảo quản lạnh theo công thức (4-9) trang 111 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” M =(2,7 ÷3,5)%.Eđ, với Eđ là dung tích thực tế của kho lạnh Vậy lấy M = 3,2%.Eđ M = 3,2%.3685 ≈ 118 (t/24h) Do trước khi sản phẩm được đưa vào phòng bảo quản lạnh, sản phẩm từ xe lạnh đông có nhiệt độ là 4 (oC) được đưa vào phòng bảo quản lạnh với nhiệt độ phòng là 0 (oC). Vậy ta chọn nhiệt độ sản phẩm trước khi vào phòng bảo quản lạnh lấy t = 4 (oC) sau khi vào phòng bảo quản lạnh t = 0 (oC). Theo bảng (4-2) trang 110 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi”, ta có entanpy của sản phẩm trước và sau khi được đưa vào phòng bảo quản lạnh là: (kJ/kg) (kJ/kg) (kW) Dòng nhiệt toả ra từ bao bì, theo công thức (4-13) trang 113 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” (kW) Mb: khối lượng bao bì đựng sản phẩm. Cb: nhiệt dung riêng bao bì, ở đây bao bì là hộp cáctông Cb = 1,46 (kJ/kg.K) t1 , t2: nhiệt độ bao bì trước và sau khi đưa vào phòng, lấy t1 = 4 (0C); t2 = 0 (0C) khối lượng bao bì coi như chiếm 15% khối lượng sản phẩm làm lạnh Mb = 15%.118 = 17,7 (tấn/24h) (kW) Vậy Q2 = 15,71 + 1,196 = 16,906 (kW) Các dòng nhiệt vận hành, Q4 Q4 = Q41 + Q2 + Q43 + Q44 Trong đó: Q41: dòng nhiệt do chiếu sáng phòng lạnh Q42: dòng nhiệt do người toả ra Q43: dòng nhiệt do các động cơ điện Q44: dòng nhiệt do mở cửa Dòng nhiệt do chiếu sáng phòng Theo công thức (4-17) trang 115 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” Q41 = A.F (W) F: diện tích phòng, 20 là số phòng, 72 là diện tích mỗi phòng. F = 20.72 = 1440 (m2) A: năng lượng toả ra khi chiếu sáng 1m2 diện tích phòng, đối với phòng bảo quản lạnh A= 1,2 (W/m2). Q41 = 1440.1,2 = 1728 (W) Dòng nhiệt do người toả ra Theo công thức (4-18) trang 115 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” Q42 = 350.n (W) n: số người làm việc trong phòng , 1 phòng 72 (m2) lấy n = 3 người, vậy 20 phòng có 60 người. 350: nhiệt lượng toả ra khi một người làm viêc nặng (W/người) Þ Q42 = 350.60 = 21000 (W) Dòng nhiệt do các động cơ điện Phòng lạnh làm lạnh bằng giàn lạnh đối lưu không khí cưỡng bức vừa phải có động cơ quạt gió, động cơ các máy móc gia công chế biến....có thể xác định theo biểu thức: Q43 = 1000.N (W) Trong đó: N: là công suất của động cơ điện 1000: là hệ số chuyển đổi từ kW ra W Do là phòng bảo quản lạnh nên ta chọn N = 2 (kW) Q43 = 1000.2 = 2000 (W) Dòng nhiệt do mở cửa phòng Theo công thức (4-20) trang 116 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” Q44 = B.F (W) B: dòng nhiệt riêng khi mở cửa, theo bảng (4-4) trang 117 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta lấy B = 15 (W/m2) F: diện tích buồng lạnh Q44 = 20.72.15 = 21600 (W) Þ Q4 = 1728 + 21000 + 2000 + 21600 = 46328 (W) Tổng dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh truyền thống là: Q = Q1 + Q2 + Q4 = 42526,225 + 16906 + 46328 = 105760 (W) CHƯƠNG IV: TÍNH NHIỆT KHO LẠNH LẮP GHÉP Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh cũng tương tự như ở kho lạnh truyền thống theo công thức ,(W) Q1: dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của buồng lạnh; Q2: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra trong quá trình xử lý lạnh; Q3: dòng nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió buồng lạnh; Q4: dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh; Q5: dòng nhiệt từ sản phẩm tỏa ra khi sản phẩm hô hấp (thở) chỉ có ở các kho lạnh bảo rau và hoa quả. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q1 Q1 = Q11 + Q12 Q11: dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ Q12: dòng nhiệt qua tường bao và trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời. Q11 được xác định theo công thức: Q11 = kt.F.(t1 – t2) Trong đó: kt: hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che xác định theo chiều dày cách nhiệt thực; F: diện tích bề mặt của kết cấu bao che, m2; t1: nhiệt độ môi trường bên ngoài, 0C; t2: nhiệt độ bên trong buồng lạnh. Hệ số dẫn nhiệt thực qua các vách là: Vách Tường bao Trần Nền k, W/m2.K 0,3 0,3 0,3 Q11 qua tường bao: kt = 0,3 (W/m2.K) t1 = 42 (0C) t2 = 0 (0C) F = 6.10.5 + 6.10.5 + (12 + 12).5.2 = 840 (m2) Q11tb = 0,3.840.(42 - 0) = 10584 (W) Q11 qua trần: kt = 0,3 (W/m2.K) t1 = 42 (0C) t2 = 0 (0C) F = 2.12.60 = 1440 (m2) Q11tran = 0,3.1440.(42 - 0) = 18144 (W) Q11 qua nền: kt = 0,3 (W/m2.K) t1 = 39 (0C) t2 = 0 (0C) F = 2.12.60 = 1440 (m2) Q11nen = 0,3.1440.(39 - 0) = 16848 (W) Q11 = Q11tb + Q11trần + Q11nền = 10584 + 18144 + 16848 = 45576 (W) Tính Q12: Bề mặt tường ngoài và mái kho lạnh chịu ảnh hưởng trực tiếp của bức xạ mặt trời thì dòng nhiệt do bức xạ mặt trời được tính như sau: Q12 = kt.F. kt: hệ số truyền nhiệt thực của vách kt = 0,3 (W/m2.K) Độ chênh nhiệt độ phía nam = 3,2 (0C) Độ chênh nhiệt độ phía tây = 12 (0C) Đối với trần chọn lớp phủ mầu sáng nên định hướng lấy = 12 (0C) Vậy lượng nhiệt: Q12 = 0,3.3,2.5.60 + 0,3.12.24.5 + 0,3.1440.12 = 5904 (W) Q1 = Q11 + Q12 = 45576 + 5904 = 51480 (W) Các dòng nhiệt khác Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q2 và dòng nhiệt tổn thất do vận hành tính giống như phần trên ở kho lạnh truyền thống. Ta đã tính được Q2 = 16906 (W) và Q4 = 46328 (W) Tổng dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh lắp ghép là: Q = Q1 + Q2 + Q4 = 51480 + 16906 + 46328 = 114714 (W). Qua quá trình tính toán ở trên so sánh tổn thất nhiệt đối với kho lạnh truyền thống và kho lạnh lắp ghép thì ta thấy tổn thất nhiệt đối với kho lạnh truyền thống là ít hơn. Vậy ta chọn phương án xây dựng theo kho lạnh truyền thống. CHƯƠNG V: XÁC ĐỊNH TẢI NHIỆT CHO THIẾT BỊ VÀ MÁY NÉN, CHỌN PHƯƠNG ÁN LÀM LẠNH VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN Xác định tải nhiệt cho thiết bị và máy nén Xác định nhiệt tải cho thiết bị là để tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết cho thiết bị bay hơi. Để đảm bảo nhiệt độ trong phòng bảo quản đạt yêu cầu ở những điều kiện bất lợi nhất, ta tính nhiệt tải cho thiết bị là tổn thất các nhiệt tải thành phần có giá trị cao nhất. Qtb = Q1 + Q2 + Q4 = 42526,225 + 16906 + 46328 = 105760 (W) Nhiệt tải của máy nén: Qmn = 100%.Q1 + 100%.Q2 + 75%.Q4 = 42526,225 + 16906+ 75%.46328 = 94178,225 (W) ≈ 94,178 (kW) Trong một ngày đêm máy nén không làm việc cả 24/24h mà thường làm việc khoảng 22/24h, vì vậy năng suất lạnh của máy nén được tính như sau: Q0 = b: là hệ số thời gian làm việc, b = 22/24 k: là hệ số tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh, ta chọn phương pháp làm lạnh gián tiếp lấy k = 1,12 Þ (kW) Chọn phương pháp làm lạnh Ngày nay cùng với sự phát triển của các hệ thống lạnh có rất nhiều phương pháp làm lạnh buồng và xử lý sản phẩm. Đối với buồng làm lạnh để hợp lý nhất ta chọn hệ thống làm lạnh buồng gián tiếp, tức là làm lạnh buồng bằng các dàn nước muối lạnh. Thiết bị bay hơi đặt ngoài buồng lạnh. Môi chất lạnh lỏng sôi để làm lạnh nước muối. Nước muối lạnh được bơm đến các dàn lạnh. Sau khi trao đổi nhiệt với không khí trong buồng lạnh, nước muối nóng lên sẽ được đưa trở lại thiết bị bay hơi để làm lạnh xuống đến trạng thái ban đầu. Các dàn nước muối bố trí trong buồng cũng có loại đối lưu không khí tự nhiên và đối lưu không khí cưỡng bức. Sơ đồ đơn giản làm lạnh gián tiếp buồng : Sơ đồ gồm 2 vòng tuần hoàn riêng biệt. - Vòng tuần hoàn môi chất lạnh (máy lạnh) để làm lạnh nước muối, nước muối gọi là chất tải lạnh. - Vòng tuần hoàn nước muối để tải nhiệt từ buồng lạnh đến bình bay hơi hoặc có thể nói vòng tuần hoàn nước muối để cấp lạnh từ bình bay hơi đến buồng lạnh. - Nếu nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh ≥ 5 0C, chất tải lạnh là nước. Nhiệt độ bay hơi đến -180C, chất tải lạnh là dung dịch muối NaCl. Trong kho lạnh các loại chất tải lạnh là nước muối nhưng trong hệ thống điều hoà không khí chất tải lạnh là nước. - Dung dịch muối được làm lạnh trong bình bay hơi sau đó được đưa vào dàn làm lạnh. Ở trong buồng, nước muối nóng lên do thu nhiệt của buồng lạnh. Sau khi nóng lên muối lại trở về bình bay hơi để được hạ nhiệt độ xuống nhiệt độ yêu cầu. Bình giãn nở 7 được dùng để cân bằng dung dịch khi bị dãn nở vì nhiệt đảm bảo hoạt động bình thường của bơm. Bơm dùng để lưu thông cưỡng bức nước muối bình bay hơi qua dàn, đảm bảo vòng tuần hoàn kín của nước muối. - Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0 thấp hơn nhiệt độ nước muối từ 4 ÷ 6 0C và thấp hơn nhiệt độ không khí trong buồng đối với dàn đối lưu không khí tự nhiên là 8 ÷ 100C. Làm lạnh gián tiếp qua chất tải lạnh có những ưu điểm chính sau đây: + Có độ an toàn cao, chất tải lạnh là nước muối không cháy không nổ, không độc hại đối với cơ thể sống, không làm ảnh hưởng tới chất lượng bảo quản sản phẩm, nên vòng tuần hoàn nước muối được coi là vòng tuần hoàn an toàn ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp của môi chất lạnh độc hại (NH3) với sản phẩm bảo quản. + Khi có vòng tuần hoàn nước muối, thì máy lạnh có cấu tạo đơn giản hơn, đường ống dẫn môi chất ngăn. Hệ thống lạnh được lắp ráp thành tổ hợp hoàn chỉnh ngay tại nà máy chế tạo do đó đảm bảo độ tin cậy cao hơn. Các công việc lắp đặt, hiệu chỉnh, thử bền, thử kín, nạp ga, vận hành, hiệu chỉnh, bảo dưỡng đều dễ dàng và đơn giản hơn. + Việc cấp lạnh cho từng hộ tiêu thụ do nước muối đảm nhiệm, áp suất nước muối không cao nên an toàn và độ độ kín của dàn không trở thành vấn đề quan trọng. Việc sửa chữa thay thế các dàn đơn giản, dễ dàng. + Hệ thống dung dịch nước muối có khả năng trữ lạnh lớn nên sau khi máy lạnh ngừng làm việc, nhiệt độ buồng lạnh có khả năng duy trì được lâu hơn. Nhược điểm của hệ thống lạnh gián tiếp: + Năng suất lạnh của máy giảm (tổn thất lạnh lơn) do độ chênh nhiệt độ giữa nhiệt độ buồng lạnh và nhiệt độ sôi của môi chất lớn (lớn hơn so với làm lạnh trực tiếp từ 4 ÷ 6 0C). + Hệ thống thiết bị cồng kềnh vì phải thêm một vòng tuần hoàn nước muối gồm bơm, bình dãn nở, các đường ống và bình bay hơi làm lạnh nước muối. + Nước muối tuy không cháy nổ và độc hại nhưng tính ăn mòn thiết bị rất mạnh, nếu tiếp xúc với không khí thì sẽ gây ăn mòn mạnh hơn đối với các thiết bị của vòng tuần hoàn nước muối và các thiết bị khác trong khu vực. + Tốn năng lượng bổ xung cho bơm hoặc cách khuấy nước muối. Do các ưu và nhược điểm trên, hệ thống lạnh gián tiếp chỉ được ứng dụng cho một số trường hợp như hệ thống điều hoà trung tâm, hệ thống cần vòng tuần hoàn an toàn (làm lạnh thực phẩm và nước uống ) với môi chất độc hại (NH3..) Sơ đồ hệ thống làm lạnh buồng gián tiếp. Máy nén ; 2. Bình ngưng; 3. Bình bay hơi; 4. Van tiết lưu; 5. Bơm nước muối; 6. Dàn lạnh nước muối; 7. Bình dãn nở. Môi chất sử dụng trong hệ thống lạnh - Ngày nay, do nhiều môi chất lạnh có khả năng phá huỷ tầng ôzôn cao nên bị cấm hoặc hạn chế sử dụng tương đối nhiều. Để phù hợp với thời thế cũng như việc chọn môi chất thuận lợi và có sẵn trên thị trường, đồng thời đảm bảo đáp ứng được nhiều mặt, vậy : - Môi chất được chọn sử dụng trong hệ thống lạnh của kho bảo quản lạnh này là amoniac, có công thức hóa học là NH3, ký hiệu R717. Amoniac là chất khí không màu, có mùi hắc, có tính chất nhiệt động tốt, phù hợp với hệ thống lạnh máy nén piston. - Các tính chất của amoniac. - Sôi ở áp suất khí quyển ở nhiệt độ –33,350C. - Áp suất ngưng tụ khá cao, nhiệt dộ cuối tầm nén rất cao, năng suất lạnh riêng thể tích lớn nên máy và thiết bị gọn nhẹ, hệ số dẫn nhiệt lớn, độ nhớt nhỏ nên tổn thất áp suất nhỏ, hoà tan nước không hạn chế nên hệ thống không bị tắc ẩm, nhưng không hoà tan dầu, gây khó khăn cho việc bôi trơn hệ thống . - Bền vững ở nhiệt độ và áp suất công tác, chỉ bị phân huỷ ở 2600C, nhưng khi có ẩm và thép làm chất xúc tác thì phân huỷ ngay ở khoảng nhiệt độ 110 – 1200C, ăn mòn đồng và hợp kim đồng, chỉ trừ đồng thau photpho. - Gây nổ khi có mặt thuỷ ngân. - Độc hại với người và có hại đối với thực phẩm bảo quản (làm giảm chất lượng cảm quan và chất lượng sử dụng). - Là môi chất lạnh rẻ tiền, dễ kiếm, dễ vận chuyển bảo quản. Tính chọn máy nén Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh Với hệ thống lạnh gián tiếp nhiệt độ sôi của môi chất lạnh lấy thấp hơn nhiệt độ nước muối từ 5 đến 6 (0C) và nhiệt độ nước muối thấp hơn nhiệt độ phòng từ 8 đến 10 (0C) Vậy chọn chênh lệch nhiệt độ của phòng với nước muối là 9 (0C) Chênh lệch nhiệt độ của nước muối với nhiệt độ sôi của môi chất là 6 (0C) Vậy nhiệt độ sôi của môi chất là : (0C) Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh Ta chọn phương pháp giải nhiệt nước Trong đó: tw2: là nhiệt độ nước làm mát ra khỏi bình ngưng Δtk: hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu Hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu thường lấy từ 4 đến 6 (0C) Chọn Δtk = 5 (0C) Nhiệt độ chênh lệch của nước ở đầu ra và đầu vào bình ngưng Trong đó: tw1: là nhiệt độ nước vào bình ngưng Δtw: là chênh lệch nhiệt độ nước làm mát ra khỏi bình ngưng và nước vào bình ngưng Với kết cấu bình ngưng vỏ nằm ngang chọn Δtw = 5 (0C) Xác định tw1: Do ta sử dụng nước làm mát tuần hoàn với nhiệt độ và độ ẩm mùa hè tại Bình Định theo mùa hè có: φ = 82 (%); t = 42 (0C) ta tra ra nhiệt độ nhiệt kế ướt tư = 38,8 (0C) Vậy tw1 = 41,8 (0C) (chọn tw1 = tư + 3) Vậy nhiệt độ ngưng tụ của môi chất: tk = tw2 + 5 = tw1 + 10 = 41,8 + 10 = 51,8 (0C) Từ nhiệt độ sôi và nhiệt độ ngưng tụ ta có áp suất bay hơi và áp suất ngưng tụ: (0C) suy ra (bar) (0C) suy ra (bar) Vậy tỉ số nén là : Ta chọn chu trình máy nén một cấp Tính chu trình một cấp Sơ đồ chu trình và đồ thị lgp-i 1’-1 quá trình quá nhiệt hơi hút 1-2 quá trình nén đoạn nhiệt 2-3 quá trình ngưng tụ 3-4 quá trình tiết lưu 4-1 quá trình bay hơi của môi chất lạnh Nước NT BH Nước muối TL MN pk , tk po , to 1’ 1 2 3 4 lg p i 2’ Từ các giá trị po, to và pk, tk và nhiệt độ quá nhiệt dựa vào đồ thị lgp-i ta có bảng giá trị sau chọn nhiệt độ quá nhiệt Δtqn = 50C Điểm nút t ( 0C ) p, (bar) i, (kJ/kg) v, (m3/kg) 1’ -15 2,37 1443 1 -10 2,37 1455 0,52 2 155 21,3 1795 0,1 2’ 51,8 21,3 1492 0,06 3 51,8 21,3 445 4 -15 2,37 445 Từ bảng thông số ta có : - năng suất lạnh riêng : qo = i1’ – i4 = 1443 – 445 = 998 (kJ/kg) - năng suất lạnh riêng thể tích: (kJ/m3) - công nén riêng l = i2 – i1 = 1795 – 1455 = 340 (kJ/kg) - năng suất nhiệt qk = i2 – i3 = 1795 – 445 = 1350 (kJ/kg) - hệ số lạnh của chu trình: - hiệu suất exergi của chu trình Trong đó: εc: là hệ số lạnh của chu trình cacno Tk: là nhiệt độ ngưng tụ To: là nhiệt độ bay hơi Tính nhiệt chu trình một cấp - Năng suất lạnh riêng khối lượng : qo = 998 (kJ/kg) - Năng suất khối lượng thực tế : (kg/s) - Năng suất thể tích thực tế của máy nén : (m3/s) - Số cấp của máy nén: Hệ số cấp của máy nén được xác định bằng công thức: Trong đó: Chọn Δpk = Δp0 = 0,005 (MPa) m = 0,95 (môi chất amoniac) c = 0,05 vậy: Suy ra : - Thể tích hút lý thuyết : (m3/s) - Dựa vào bảng 7-2 trang 222 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta chọn máy nén Mycom có ký hiệu là “N6WB” có Vlt = 572,6 (m3/h) hay Vlt = 0,16 (m3/s) - Số lượng máy ta chọn là 1 và có thêm 1 máy dự phòng - Công nén đoạn nhiệt: Ns = mtt.l = 0,115.340 = 39,1 (kW) - Hiệu suất chỉ thị: b = 0,001 t0 = -15 (oC) (nhiệt độ bay hơi) - Công nén chỉ thị: (kW) - Công suất ma sát: Nms = Vtt.pms Với Vtt : thể tích hút thực tế pms : áp suất ma sát riêng ( chọn pms = 0,059 ) Vậy : Nms = Vtt.pms = 0,06.0,059.106 = 3540 (N.m/s) = 3,54 (kW) - Công suất hữu ích: Ne = Ni + Nms = 50,13 + 3,54 = 53,67 (kW) - Công suất tiếp điện: Nel = Ne/(ηtđ.ηel) Với ηtđ = 0,95 : hiệu suất truyền đai ηel = 0,85 : hiệu suất động cơ Vậy: Nel = Ne/(ηtđ.ηel) = 53,67/(0,95.0,85) = 66,46 (kW) Công suất tiếp điện của động cơ là 66,46 (kW) CHƯƠNG VII: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ, DÀN, QUẠT, ĐƯỜNG ỐNG Tính toán thiết bị ngưng tụ Lưu lượng thực tế của NH3 là lưu lượng hơi qua máy nén Vậy G = m = 0,115 (kg/s) = 414 (kg/h) Nguyên lý cấu tạo thiết bị ngưng tụ . Đường nối van an toàn. Ống nối đường ống cân bằng với bình chứa. Hơi amoniac vào. Áp kế. Đường nối van xả khí không ngưng. Van xả khí ở khoang nước. Đường nước làm mát ra. Đường nước làm mát vào. Van xả nước. Đường gas lỏng ra. Thiết bị ngưng tụ là loại thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt, trong đó hơi môi chất lạnh có áp suất và nhiệt độ cao sau máy nén được làm mát bằng không khí, nước hay các chất lỏng nhiệt độ thấp khác để ngưng tụ thành thể lỏng. Có rất nhiều loại thiết bị ngưng tụ có kết cấu và nguyên lý hoạt động khác nhau ở kho lạnh này ta sử dụng thiết bị ngưng tụ ống vỏ thẳng nằm ngang giải nhiệt bằng nước qua tháp giải nhiệt. Tính toán thiết bị ngưng tụ theo các bước sau : + Chọn kiểu loại thiết bị trao đổi nhiệt + Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt theo phương trình truyền nhiệt: Trong đó: Qk: phụ tải nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt, (kW) F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, (m2) : Hiệu nhiệt độ trung bình logarit, (K) : hệ số truyền nhiệt, đối với bình ngưng ống vỏ nằm ngang amoniắc (W/m2K) chọn = 1000 [W/m2K] Độ chênh nhiệt độ trung bình. Trong đó: : hiệu nhiệt độ lớn nhất (ở phía nước vào) : Hiệu nhiệt độ nhỏ nhất (ở phía nước ra) Vậy ta có : (oC) Vậy ta có (m2) Chọn kiểu bình ngưng ống vỏ nằm ngang amoniắc. Theo bảng catalog của hãng Shanghai – Trung Quốc ở dưới ta chọn bình ngưng có Model No là FWS-30, bình ngưng này có diện tích bề mặt trao đổi nhiệt là 30 (m2). Model No. Capacity(KW) Water F low (m3/h) Shape size Installing Size Water in/out diam Out line diam D Total length(T) LT1 WB HH F A S S1 P S W FWS-3 8.16 1.80 159 740 650 340 265 290 510 80 160 19 10 1 1/4" FWS-5 14.28 3.1 219 930 840 370 324 320 600 80 160 19 12 1 1/2" FWS-10 23.8 5.2 219 1256 1160 370 324 320 850 80 240 25 16 1 1/2" FWS-20 51.4 11 273 1290 1200 440 378 390 850 80 260 38 22 2" FWS-30 76 16.5 273 1290 1200 440 378 390 850 80 260 38 28 2 1/2" FWS-40 100 22 273 1650 1560 440 378 390 1000 80 260 42 35 2 1/2" FWS-50 128 27.5 273 2090 2000 440 378 390 1200 80 260 42 35 2 1/2" FWS-60 155 33 273 2090 2000 440 378 390 1200 80 260 42 35 2 1/2" FWS-70 178 38 325 2300 2000 500 520 450 1200 150 260 42 35 3" FWS-80 204 44 325 2300 2000 500 520 450 1200 150 260 54 35 3" FWS-90 238 47 325 2300 2000 500 520 450 1200 150 260 54 35 4 Lưu lượng nước qua bình ngưng là: (kg/s) = 0,00743 (m3/s) = 26,748 (m3/h) Theo bảng catalog về bơm của công ty “Zhejiang Pacific Pump Manufacturing – Trung Quốc” dưới đây ta chọn bơm có mã số 65ZW30-18 với năng suất là 30 (m3/h). Type Inlet diameter(mm) Capacity(m 3 /h) Head(m) Motor horsepower(kw) Speed(r/min) Self-suction height(m)   Wt      25ZW8-15 25 8 15 2.2 2900 5.5 100      32ZW5-20 32 5 20 2.2 2900 5.5 100      32ZW10-20 32 10 20 2.2 2900 5.5 100      32ZW9-30 32 9 30 3 2900 5.5 120      40ZW10-20 40 10 20 2.2 2900 5.5 100      40ZW20-12 40 20 12 2.2 2900 5.5 100      40ZW15-30 40 15 30 3 2900 5.5 120      50ZW10-20 50 10 20 2.2 2900 5.5 100      50ZW20-12 50 20 12 2.2 2900 5.5 100      50ZW15-30 50 15 30 3 2900 5.5 120      50ZW20-35 50 20 35 5.5 2900 5.5 150      65ZW30-18 65 30 18 4 1450 5.5 200      65ZW25-30 65 25 30 5.5 2900 5.5 200      65ZW25-40 65 25 40 7.5 2900 5.5 200      65ZW40-25 65 40 25 7.5 1450 5.5 200      65ZW65-25 65 65 25 11 2900 5.5 240      80ZW40-16 80 40 16 4 1450 5 240      80ZW40-25 80 40 25 7.5 1450 5.5 200      80ZW25-40 80 25 40 7.5 2900 5.5 200      80ZW65-25 80 65 25 11 2900 5.5 240      80ZW80-35 80 80 35 15 2900 5.5 285      80ZW80-35 80 80 35 15 1450 5 450      80ZW50-60 80 50 60 22 2900 5 340      100ZW100-15 100 100 15 7.5 1450 5.5 300      100ZW80-20 100 80 20 7.5 1450 5 300      100ZW100-20 100 100 20 11 1450 5.5 340      100ZW100-30 100 100 30 22 1450 5.5 510      125ZW120-20 125 120 20 15 1450 5.5 500      150ZW180-14 150 180 14 15 1450 5.5 500      150ZW180-20 150 180 20 22 1450 5 570      150ZW180-30 150 180 30 37 1450 5 680      150ZW180-38 150 180 38 55 1450 6 800      200ZW280-14 200 280 14 22 1450 5 700      200ZW280-28 200 280 18 55 1450 5.2 940      250ZW420-20 250 420 20 55 1450 4.5 1150      300ZW800-14 300 800 14 55 1450 4.5 1400 Để tránh tình trạng khi sảy ra sự cố thì hệ thống phải ngừng làm việc trong một thời gian dài, cũng như thuận lợi cho việc sửa chữa ta chọn 2 bơm với 1 bơm hoạt dộng và một bơm dự phòng. Tính toán thiết bị bay hơi Thiết bị bay hơi có nhiệm vụ nhận nhiệt của chất tải nhiệt hoặc môi trường cần làm lạnh để hóa hơi môi chất trong hệ thống. Bình bay hơi hệ thống NH3: Đặc điểm cơ bản của bình bay hơi loại này là môi chất lạnh bay hơi bên ngoài các ống trao đổi nhiệt, tức là khoảng không gian giữa các ống, chất lỏng cần làm lạnh chuyển động bên trong các ống trao đổi nhiệt. Để xác định sơ bộ diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của bình bay hơi ống vỏ nằm ngang amoniac -nước muối. Thông số ban đầu : Năng suất lạnh của máy : Q0 = 115,068 (kW) Môi chất : NH3. Nhiệt độ sôi của môi chất : t0 = -15 0C. Độ chênh nhiệt độ giữa nhiệt độ nước muối và môi chất là Xác định diện tích trao đổi nhiệt của dàn bay hơi : k: hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ sôi, hiệu số của nhiệt độ và đặc tính của dàn lạnh. Theo bảng 8-7 trang 282 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta chọn k = 500 (W/m2.K) Với với diện tích tính toán như trên theo bảng 8-3 trang 176 sách “Kỹ thuật lạnh cơ sở – Nguyễn Đức Lợi & Phạm Văn Tùy” có thể chọn bình bay hơi ống vỏ nằm ngang của hãng GUNTNER với mã số AV50.30 diện tích trao đổi nhiệt 44,3 (m2). Lưu lượng nước muối tuần hoàn: Trong đó: - - lưu lượng nước muối, m3/h; - - năng suất lạnh hoặc tải lạnh của thiết bị bay hơi, (kW) - - nhiệt dung riêng nước muối, (kJ/kg.K) - - khối lượng riêng nước muối, (kg/m3) - - hiệu nhiệt độ nước muối vào và ra khỏi thiết bị bay hơi, (K) [K] Chọn nước muối là NaCl có nồng độ khối lượng ξ = 16,2 % Nhiệt độ đông đặc: -12,2 (0C) Nhiệt dung riêng : Cn = 3,5 (kJ/kg.K) Khối lượng riêng : ρn = 1130 ( kg/m3 ) Thay số vào ta được: (m3/s) = 34,92 (m3/h) Theo bảng catalog về bơm của công ty “Zhejiang Pacific Pump Manufacturing – Trung Quốc” ở trang 29 ta chọn bơm 65ZW40-25 với năng suất là 40 (m3/h). Ta chọn một bơm hoạt động và một bơm dự phòng. Chọn dàn lạnh quạt là dàn lạnh trao đổi nhiệt bằng đối lưu cưỡng bức không khí để lắp trong buồng bảo quản lạnh. Chọn dàn lạnh cho buồng bảo quản lạnh Ta có 20 buồng bảo quản lạnh nên năng suất lạnh mỗi buồng là: (kW) Ta chọn dàn lạnh là dàn lạnh quạt ống trơn treo trần, theo bảng 8-12 trang 291 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta có hệ số truyền nhiệt: k = 9,8 (W/m2.K) Hiệu nhiệt độ trung bình giữa không khí trong buồng lạnh và nước muối trong dàn lạnh là: (0C) Vậy diện tích bề mặt trao đổi nhiệt mỗi dàn là: (m2) Với diện tích như trên ta chọn dàn lạnh không khí theo bảng (8-16) trang 186 sách “Kỹ thuật lạnh cơ sở – Nguyễn Đức Lợi & Phạm Văn Tùy” ta chọn dàn lạnh IBL-A742 của hãng Alfa Laval (Đức) có diện tích bề mặt trao đổi nhiệt là 45 (m2). Tính chọn tháp giải nhiệt Nhiệm vụ của tháp giải nhiệt là thải toàn bộ lượng nhiệt do môi chất lạnh ngưng tụ tỏa ra. Lượng nhiệt này được thải ra môi trường nhờ chất tải nhiệt trung gian là nước. Nước vào bình ngưng có nhiệt dộ tw1 nhận nhiệt bình ngưng, ra khỏi bình ngưng có nhiệt độ tw2 được đưa sang tháp giải nhiệt và phun thành các giọt nhỏ. Nước nóng chảy theo khối đệm xuống, trao đổi nhiệt và chất với không khí đi ngược dòng từ dưới lên trên nhờ quạt gió cưỡng bức. Quá trình trao đổi nhiệt và chất chủ yếu là quá trình bay hơi một phần nước vào không khí. Bình ngưng Nguyên tắc cấu tạo của tháp giải nhiệt: 1. Động cơ quạt gió; 2. Vỏ tháp; 3. Chắn bụi nước; 4. Dàn phun nước; 5. Khối đệm; 6. Cửa không khí vào; 7. Bể nước; 8. Đường nước lạnh cấp để làm mát bình ngưng; 9. Đường nước nóng từ bình ngưng ra đưa vào dàn phun để làm mát xuống nhờ không khí khi đi ngược chiều từ dưới lên; 10. Phin lọc nước; 11. Phễu chảy tràn; 12. Van xả đáy; 13. Đường cấp nước với van phao; 14. Bơm nước. PI. áp kế; TI. Nhiệt kế. Ta có: Theo tiêu chuẩn CTI 1 (tôn) nhiệt tương đương 3900 (kcal/h) vậy: Qk = 1350.0,115 = 155,25 (kW) 134136 (kcal/h) = 34,4 (tôn) Ngày nay, có rất nhiều hãng cung cấp thiết bị tháp giải nhiệt với nhiều ưu điểm khác nhau nhưng vấn đề chọn tháp như nào cho hợp lý vẫn là một vấn đề băn khoăn cho các nhà thiết kế. Chính vì vậy cần phải chọn thiết bị một cách tối ưu phù hợp với kinh tế cũng như về kỹ thuật. Theo bảng 8-22 trang 318 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi”, ta chọn tháp giải nhiệt của hãng RINKI (Hong Kong) có ký hiệu là FRK40. Tính chọn bình chứa cao áp Bình chứa cao áp đặt ngay sau thiết bị ngưng tụ để chứa môi chất lạnh lỏng ở áp suất cao, và duy trì cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu. Bình chứa cao áp bố trí dưới bình ngưng và được cân bằng áp suất với bình ngưng bằng các ống cân bằng hơi và lỏng. Quy định về an toàn thì bình chứa cao áp phải chứa được 30% thể tích của toàn bộ hệ thống dàn bay hơi, khi vận hành mức của bình cao áp chỉ được phép choán 50% thể tích bình . Hình 12 : Nguyên lý cấu tạo bình chứa cao áp 1. Thân bình; 2. Ống lỏng ra; 3. Cân bằng hơi; 4. Áp kế 5. Nối van an toàn ; 6. Lỏng vào ; 7. Xả khí; 8. Ống thủy; 9. Chân bình; 10. Xả dầu , 11. Xả cặn Sức chứa của bình chứa cao áp được tính như sau : Trong đó Vd: thể tích hệ thống bay hơi 1,2: hệ số an toàn. Đối với các thiết bị lạnh lớn các dàn lạnh không khí cũng được chế tạo hàng loạt theo tiêu chuẩn. Tất cả các dàn quạt đều có chung kích thước phủ bì là . Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt thay dổi do thay đổi bước cánh tản nhiệt. Vậy ta có : = 1,96.0,97.0,32 = 0,61 (m3) Thay số, ta có : (m3) Theo bảng (8-17) trang 310 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta chọn bình cao áp nằm ngang loại 1,5PB Loại bình Kích thước, mm Dung tích, m3 Khối lượng, kg DS L H 1,5PB 8008 3790 810 1,5 700 Tính chọn bình chứa thu hồi Nhiệm vụ của bình chứa thu hồi là chứa môi chất lỏng từ dàn bay hơi khi tiến hành xả tuyết bằng hơi nóng. Bình có đường nối với các dàn bay hơi ở vị trí xả lỏng khi cấp hơi nóng xả tuyết và có đường nối với hơi nén để ép lỏng trở lại bình chứa cao áp hoặc trạm tiết lưu. Thể tích cần thiết của bình chứa thu hồi: (m3) Trong đó : Vdmax: thể tích lớn nhất của dàn tĩnh. VT: thể tích bình chứa thu hồi. 1,2 và 0,8 lần lượt là hệ số an toàn và mức chứa cho phép của bình thu hồi. : thể tích lớn nhất của dàn lạnh quạt, = 0,61 (m3) 1,2 và 0,8 là hệ số an toàn và mức chứa cho phép của bình chứa thu hồi. Suy ra: [m3] Theo bảng 8-17 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta chọn bình chứa thu hồi nằm ngang tuần hoàn ký hiệu 1,5PД có các thông số sau: Loại bình Kích thước, mm Dung tích, m3 Khối lượng,, kg DS L H 1,5PД 8008 3600 810 1,5 700 Tính chọn đường ống dẫn gas và dẫn nước Việc chọn đường kính đường ống là một bài toán tối ưu, lựa chọn đường ống căn cứ vào nhiều yếu tố, nếu chọn tiết diện ống lớn ưu điểm là tổn thất áp suất nhỏ, nhưng nhược điểm là giá thành tăng, đầu tư lớn. Thông thường khi thiết kế ta chọn đường kính ống theo kinh nghiệm, từ các thông số ban đầu như: tốc độ cho phép, lưu lượng, khối lượng riêng, tốc độ dòng chảy của môi chất ta có thể tính toán được đường kính của ống. Đường ống dẫn gas và nước là các loại ống thép, việc tính toán kiểm tra sức bền là không cần thiết vì ống thường chịu được áp lực 3MPa . Tính chọn đường ống dẫn gas Trong hệ thống lạnh cần tính chọn đường ống hút, đường ống đẩy và đường ống dẫn lỏng. Đường kính của tất cả các đường ống đều được xác định bằng công thức sau: Trong đó: di: đường kính trong của ống dẫn. r: khối lượng riêng của môi chất . w: tốc độ dòng chảy trong ống . m: lưu lượng thực tế của môi chất qua máy . Vi: thể tích riêng của môi chất . - Tính chọn đường ống hút: Lưu lượng thực tế của môi chất qua đường ống hút: m = 0,115 (kg/s); v = 0,52 (m3/kg) Theo bảng (10-1) trang 345 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta chọn Theo bảng 10-2 trang 346 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta chọn ống có da/di = 76/69 (mm). - Tính chọn đường ống đẩy Đường ống đẩy cấp hạ áp có các thông số m = 0,115 (kg/s), v2 = 0,1 (m3/kg) Theo bảng 10-1 trang 345 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta chọn w = 20 (m/s) Theo bảng 10-2 trang 346 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta chọn ống có kích thước da/di = 38/33,5 (mm). - Tính chọn đường ống dẫn môi chất lỏng. Đường ống dẫn lỏng có các thông số m = 0,115 (kg/s), v2’ = 0,06 (m3/kg) Theo bảng 10-1 trang 345 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta chọn w = 1,5 (m/s) Theo bảng 10-2 trang 346 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta chọn ống có kích thước da/di = 89/82 (mm). Tính chọn đường ống dẫn nước - Tính chọn đường ống dẫn nước cho tháp giải nhiệt: Đường ống dẫn nước ta có thể sử dụng ống nhựa hoặc ống thép, sử dụng loại ống nào còn tuỳ thuộc vào đầu tư và tính chất hoạt động của kho lạnh. Đói với kho lạnh bảo quản do tính chất hoạt động là liên tục và lâu dài của đường ống, vì vậy ta nên chọn đường ống thép. Đường ống dẫn nước cho tháp giải nhiệt được tính bằng công thức sau : Theo tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ mk = 7,43 (kg/s), rn ≈ 1000 (kg/m3) Theo bảng 10-1 tra được wn = 1,7 (m/s) Theo bảng (10-4) trang 347 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi”, ta chọn đường ống có kích thước như sau: do/di = 88,5/80,5 (mm). - Tính chọn đường ống của chất tải lạnh Đường kính ống dẫn nước muối được tính bằng công thức sau: Trong đó : Lưu lượng thể tích của nước muối: mnm = Vnm.1000 = 0,0097.1000 = 9,7 (kg/s) Khối lượng riêng của nước muối: ρnm = 1130 (kg/m3). Theo bảng 10-1 trang 345 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi” ta chọn tốc độ nước muối là: w = 1 (m/s). (m) Theo bảng (10-4) trang 347 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi”, ta chọn đường ống có kích thước như sau: do/di = 114/105 (mm). - Kiểm tra cột áp của bơm đã chọn: Bơm đã chọn phải có cột áp lớn hơn các trở lực của hệ thống đường ống. Trở lực của hệ thống đường ống được tính như sau : h = hms + hcb + Trở lực ma sát: được tính như sau : Trong đó : λ: là hệ số trở kháng của ống (đại lượng không thứ nguyên) l: là chiều dài phần ống thẳng (m) ρ: mật độ chất lỏng (kg/m3) ω: tốc độ chuyển động của chất lỏng (m/s) d: đường kính của ống Hệ số trở kháng thủy lực được xác định như sau : (với chế độ chảy rối) với Với d là đường kính danh nghĩa của ống đã tính d = 105 (mm) ρnm = 1130 (kg/m3), ω = 1 (m/s) (đã chọn khi tính đường ống) μ: độ nhớt động học của nước muối ở nồng độ khối lượng ξ = 16,2% nhiệt độ đông đặc là -12,2 (0C). μ = 4,14.10-3 (Ns/m2) vậy: Vậy : Chiều dài ống thẳng: dựa vào sơ đồ không gian ta thấy dàn nước muối xa nhất sẽ có chiều dài là: l = 66 + 15 + 5 = 86 (m). Với 66 (m) là chiều dài của một dãy phòng lạnh cộng với chiều dài của buồng máy 15 (m) khoảng cách từ đường ống ngoài vào tới dàn lạnh 5 (m)chiều cao của kho lạnh Vậy : (Pa) = 11,106 (kPa) + Trở lực cục bộ: Trở lực cục bộ được xác định bằng công thức: Trong đó ξ: là hệ số trở kháng cục bộ Từ sơ đồ không gian ta thấy có các trở lực cục bộ sau : Trở lực tại dàn nước muối ta lấy như tại bình bay hơi chọn ξ = 8 Trở lực tại cút đi vào dàn xa nhất ξ = 0,6 Đường phân ba nhánh với góc 90o ξ = 0,6 Tổn thất do ngoặt ống tại mép tường góc 90o ξ = 0,6 Vậy (Pa) = 5,537 (kPa) Vậy tổng tổn thất là : h = 5,537 + 11,106 = 16,643(kPa) Vậy với bơm đã chọn có cột cáp là H = 2,2 bar đáp ứng được yêu cầu cấp nước cho các dàn lạnh - Bố trí và cố định đường ống. Đường ống của thiết bị lạnh có thể bố trí phía trên hoặc phía dưới, đối với kho lạnh này ta chọn cách bố trí phía trên, đường ống được cố định vào tường. Bố trí cách này có các ưu điểm sau: việc cách nhiệt và kiểm tra, sửa chữa định kỳ thuận tiện, dễ dàng . Chọn bình tách lỏng Nhiệm vụ của bình tách lỏng là tách các giọt lỏng khỏi luồng hơi hút về máy nén, tránh cho máy nén hút phải lỏng, gây nên sự cố ngập dịch và va đập thuỷ lực làm hư máy, nó làm việc theo nguyên tắc giảm tốc độ và thay đổi hướng chuyển động của hơi môi chất. Do tốc độ giảm đồng thời với đổi hướng dòng chuyển động của hơi môi chất nên các giọt lỏng và bụi lỏng bị tách ra và lắng xuống đáy bình . Trong hệ thống máy nén hai cấp bình tách lỏng được bố trí trên đường hút. Áp suất tối đa cho phép của bình tách lỏng là 1,5 (MPa), và nhiệt độ từ –50 ¸400C . Đường kính bình tách lỏng được tính như sau : Theo tính toán đường ống hút có m = 0,115 (kg/s), v1= 0,52 (m3/kg) Thường lấy vận tốc gas qua bình w = 0,5 (m/s) Vậy theo bảng (8-18) trang 311 sách “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi”, ta chọn loại bình tách lỏng có các thông số sau: Bình tách lỏng D´S d B H Khối lượng , kg. 70-Жr 426 x 10 70 890 1750 210 Hình 13 :Nguyên lý cấu tạo bình tách lỏng . Thân bình. Đường hơi khô về máy nén. Đường hơi và đường ẩm vào từ dàn bay hơi. Từ van tiết lưu vào . Xả dầu. Lỏng quay về dàn bay hơi. Chọn bình tách dầu và bình tập trung dầu Chọn bình tách dầu. Trong máy nén có dầu bôi trơn để bôi trơn các chi tiết truyền động và làm mát máy nén. Khi máy nén làm viêc luôn có một lượng dầu nhất định bị cuốn theo hơi nén vào đường đẩy sau đó đến dàn ngưng, và bám trên bề mặt trao đổi nhiệt của dàn ngưng, dàn bay hơi làm cản trở quá trình trao đổi nhiệt, làm hiệu suất của máy giảm. Vì vậy người ta phải bố trí bình tách dầu cho hệ thống lạnh, đặc biệt đối với hệ thống amoniac không hoà tan dầu thì bình tách dầu trở nên cần thiết hơn. Bình tách dầu có nhiệm vụ tách dầu cuốn theo hơi nén, không cho dầu đi vào dàn ngưng và dẫn lượng dầu đã tách về lại máy nén hoặc về bình tập trung dầu, nó làm việc theo nguyên tắc thay đổi hướng và tốc độ chuyển động của hơi môi chất . Trong hệ thống này bình tách dầu được lắp tại đường đẩy của máy nén, hiện nay người ta sử dụng phổ biến loại bình tách dầu dòng xoáy cylon. Tương tự như bình tách lỏng, đường kính bình tách dầu cấp cao áp tính như sau: Với m, v2 là lưu lượng khối lượng và thể tích riêng của gas qua bình tách dầu, cũng là lưu lượng khối lượng và thể tích riêng của gas trên đầu đẩy của máy nén m = 0,115 (kg/s), v2 = 0,1 (m3/kg) vận tốc gas qua bình thường lấy w = 0,5 (m/s) Vậy ta chọn loại bình tách dầu có đường kính D ³ 0,171 (m). Hình 14 : Nguyên lý cấu tạo bình tách dầu 1: cửa hơi vào; 2: cửa hơi ra; 3: tấm dẫn hướng; 4: lối dầu ra; 5: tấm chắn; Chọn bình tập trung dầu. Bình tập trung dầu dùng để gom dầu từ bình tách dầu, bầu dầu của bình ngưng, bình chứa, bình bay hơi, bình tách lỏng … để giảm tổn thất và giảm nguy hiểm khi xả dầu từ áp suất cao. Bình thường có dạng hình trụ đặt đứng hoặc nằm ngang, có đường nối với đường hút về máy nén và đường xả đầu được trang bị áp kế. Dầu được xả về nhờ chênh lệch áp suất, khi xả dầu từ trong bình ra ngoài, áp suất trong bình chỉ được phép cao hơn áp suất khí quyển chút ít, áp suất cao nhất cho phép trong bình là 1,8 (MPa) nhiệt độ từ -40¸1500C . Bình tách dầu chọn theo số lượng, kích thước các thiết bị và lượng dầu có trong hệ thống lạnh. Hình 15: Nguyên lý cấu tạo bình tập trung dầu. 1: thân bình, 2: ống lấy dầu, 3: bộ lọc dầu, 4: đường nối về ống hút , 5: đường nối về máy nén, 6: đường nối dầu vào, 7: nối áp kế, 8: ống thuỷ, 9: xả cặn, 10: chân bình. Chọn động cơ cho máy nén . Theo phần tính toán ở trên ta có: Tổng công suất tiếp điện cấp hạ áp và cao áp: Nel = 66,46 (kW) Vậy cần phải chọn dộng cơ cho máy nén có công suất tiếp điện Nel > 66,46 (kW) để truyền động cho máy nén. Chọn các thiết bị phụ khác Các loại van + Van một chiều: là loại van chỉ cho môi chất đi theo một hướng nhất định, theo quy định về an toàn thì tất cả các hệ thống lạnh cỡ trung và lớn đều phải lắp van một chiều.Van một chiều lắp trên đường đẩy của máy nén cấp cao áp, để ngăn không cho môi chất lỏng từ dàn ngưng về máy nén. + Van khoá, van chặn: dùng để khoá hoặc mở dòng chảy của môi chất lạnh khi bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống lạnh. + Van tiết lưu màng cân bằng ngoài: để cung cấp dịch cho thiết bị bay hơi ổn định tránh hiện tượng ngập dịch trong máy nén hoặc hiện tượng thiếu môi chất lạnh, trong hệ thống lạnh này ta sử dụng thiết bị tự động cung cấp dịch bằng van tiết lưu màng cân bằng ngoài. + Van an toàn: trong hệ thống lạnh lắp van an toàn để đề phòng các nguy hiểm xảy ra, thường lắp tại máy nén, bình chứa cao áp… Các thiết bị khác Ngoài các thiết bị trên, trong hệ thống lạnh còn có các thiết bị sau: + Phin sấy, phin lọc: dùng để lọc bỏ các tạp chất, cặn bẩn, nước, axit ra khỏi vòng tuần hoàn môi chất lạnh, tránh hiện tượng tắc đường ống, han gỉ .… + Mắt gas được lắp trên đường lỏng, ống mềm để tránh nứt gãy đường ống do rung động, ống tiêu âm, áp kế.