Thiết kế kho lạnh

MỤC LỤC Trang Chương I: Mở đầu 3 I.1. Giới thiệu sơ lược về ứng dụng của kỹ thuật lạnh 3 I.2. Qui trình chế biến thuỷ sản I.3. Sơ đồ qui trình I.4. Chế độ làm việc của kho Chương II: Tính kho lạnh Chương III: Tính cách nhiệt cách ẩm III.1. Mục đích III.2. Vật liệu cách nhiệt cách ẩm III.3. Cách nhiệt cách ẩm cho vách kho lạnh III.4. Cách nhiệt cách ẩm cho vách giữa 2 kho lạnh III.5. Cách nhiệt cách ẩm cho nền III.6. Cách nhiệt cách ẩm cho trần Chương IV: Tính nhiệt kho lạnh IV.1. Tính cho kho thứ nhất IV.2. Tính cho kho thứ hai IV.3. Tính cho kho thứ ba IV.4. Xác định tải nhiệt cho thiết bị và máy nén Chương V: Tính chọn máy nén V.1. Tác nhân lạnh V.2. Tính toán Chương VI: Tính thiết bị ngưng tụ VI.1. Nguyên lý bình ngưng ống vỏ nắm ngang VI.2. Các thông số tính toán VI.3. Tính toán VI.4. Kiểm tra tính bền Chương VII: Tính thiết bị bay hơi VII.1. Nguyên lý VII.2. Các thông số tính toán VII.3. Tính toán VII.4. Kiểm tra tính bền Chương VIII: Tính các thiết bị phụ VIII.1. Bình chứa cao áp VIII.2. Bình chứa thấp áp VIII.3. Tháp giải nhiệt Chương IX: Tính kinh tế Chương X: Tự động hóa hệ thống lạnh X.1. Tự động điều khiển máy nén X.2. Tự động hóa thiết bị ngưng tụ X.3. Tự động hóa thiết bị bay hơi Chương XI: Kết luận Chương XII: Tài liệu tham khảo CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU I.1. Giới thiệu sơ lược về ứng dụng của kỹ thuật lạnh Con người đã biết làm lạnh và sử dụng lạnh rất lâu, nhưng ngành lạnh bắt đầu phát triển mạnh ở trên thế giới từ cuối thế kỉ 19. Kỹ thuật lạnh đã thâm nhập vào hơn 70 ngành kinh tế quan trọng và hỗ trợ tích cực cho các ngành đó, đặc biệt là các ngành công nghiệp thực phẩm, chế biến thịt cá, rau quả, rượu bia, nước giải khát, đánh bắt và xuất khẩu thủy hải sản, hoá chất, … I.2. Giới thiệu sơ lược về nguồn thủy sản: - Thủy sản là nguồn nguyên liệu quan trọng của thực phẩm, công nghiệp, nông nghiệp và dược phẩm. Động thực vật thủy sản bao gồm: tôm, cá, nhuyễn thể (mực, trai, sò, …), rong tảo,… đang cung cấp cho con người một nguồn đạm thực phẩm khổng lồ và phong phú. Theo thống kê thì thủy sản đang chiếm trên 20% nguồn đạm thực phẩm của nhân loại nói chung, trên 50% ở các nước phát triển. - Nước ta có bờ biển dài 3260km, một vùng thềm lục địa rộng lớn khoảng hơn 1triệu km2, thuộc vùng biển nhiệt đới nên nguồn nguyên liệu rất đa dạng và có cả bốn mùa. trữ lượng cá đáy, cá nổi của vùng biển Việt Nam rất phong phú (theo dự tính sơ bộ có khoảng 2000 loài, trong đó hơn 40 loài cá có giá trị kinh tế lớn). - Bên cạnh đó, nghề nuôi trồng thủy sản đang được phát triển khá mạnh (sản lượng của các nước Đông Nam Á chiếm trên 50% tổng sản lượng nuôi trồng của thế giới). Nước ta có nhiều sông, hồ, kênh, rạch, đầm, phá và diện tích mặt nước thoáng rất lớn cho nên đang tập trung đẩy mạnh nuôi trồng thủy sản để nhanh chóng phát triển thành ngành một cách chủ động, toàn diện giữa các khâu nuôi trồng, khai thác, chế biến. - Do khả năng nguồn lợi to lớn, ngành thủy sản có nhiệm vụ quan trọng là: chế biến nguồn lợi to lớn đó thành nhiều sản phẩm có giá trị cao cho sản xuất và đời sống con người. Đặc điểm nổi bật của nguyên liệu thủy sản là ươn thối rất nhanh, cho nên nhiệm vụ đặt lên hàng đầu của khâu chất lượng sản phẩm là phải kịp thời bảo quản, chế biến mà trước hết là bảo quản lạnh. I.3. Qui trình chế biến [8] Ở đây ta chọn nguồn nguyên liệu là cá thu. Hàm lượng các chất trong cá thu là: 20.90% protit, 1.02% lipit, 1.53% tro, 77.2% nước. I.3.1. Tiêu chuẩn nguyên liệu: - Cá tươi tốt, màu sáng tự nhiên. - Còn nguyên vẹn,không bị xây xát. - Mắt trong sáng và lồi. - Bụng không phình, không lõm. - Trọng lượn mỗi con trên 1 kg. - Cá chờ xử lý phải được rửa sạch và ướp đá bào theo tỉ lệ: 1đá : 1cá I.3.2. Qui cách chế biến: Nguyên liệu ( rửa ( xử lý ( rửa ( phân cỡ ( rửa ( xếp mâm ( đông lạnh ( mạ băng ( bao gói ( bảo quản. - Nguyên liệu: Cá nguyên liệu phải đạt các tiêu chuẩn trên. - Rửa: Rửa sạch dưới vòi nước chảy để loại hết tạp chất. Rửa lại trong nước lạnh 5oC có pha 50ppm clo. - Xử lý: Dùng dao mổ bụng cá từ hậu môn đến nắp mang (các đường mổ phải thẳng, không xơ xác). Bỏ nội tạng, cạo sạch gân máu dọc theo xương sống. Bỏ đầu. - Rửa: Rửa thật sạch bên trong bụng. Nước rửa cá phải sạch, lạnh 5oC có pha 20ppm clo và 3% muối ăn để làm sạch nhớt. Rửa xong, để ráo nước 15 phút. - Phân cỡ: Tính theo trọng lượng kg/con (gồm có cỡ 1-3 kg/con và trên 3 kg/con). - Rửa: Rửa lại nước lạnh 5oC có pha 10ppm clo. - Xếp mâm: Cá được xếp vào mâm có lót PE, mỗi mâm một cỡ. Có khi treo cá trong phòng đông. - Đông lạnh: Đông IQF, nhiệt độ -40oC, thời gian 4-6 giờ. Nhiệt độ trung bình tại tâm sản phẩm ít nhất là -12oC. - Mạ băng: Cá được mạ băng trong nước lạnh +1oC có pha 5ppm clo. Thời gian mạ băng 5-10 giây. - Bao gói: Cho mỗi con vào một bao PE. Hàn kín miệng bao. Cho vào thùng cactông 5 lớp có tráng sáp, mỗi cỡ cho vào một thùng. Cân mỗi thùng 10kg tịnh (khoảng từ 5 đến10 con. Nẹp 2 đai ngang, 2 đai dọc. Ngoài thùng ghi rõ loại cá, cỡ, qui cách chế biến. - Bảo quản: Nhiệt độ phòng bảo quản: -18 ± 2oC. Thời gian bảo quản không quá 3 tháng. I.4. Chế độ làm việc của kho - Kho lạnh là các kho có cấu tạo và kiến trúc đặc biệt dùng để bảo quản các sản phẩm và hàng hóa khác nhau ở điều kiện nhiệt độ lạnh và điều kiện không khí thích hợp . - Đối với sản phẩm thủy sản, ta có thể có một số buồng như sau: + Buồng tiếp nhận sản phẩm. + Buồng xử lý sản phẩm. + Buồng đông lạnh sản phẩm. + Buồng trung gian. + Buồng bảo quản sản phẩm. + Buồng phân phối sản phẩm. - Ở đây, do yêu cầu của đồ án em chọn thiết kế kho bảo quản lạnh đông sản phẩm ở -20oC, độ ẩm 90%. - Tác nhân lạnh được sử dụng là amôniac (NH3) vì có các đặc điểm sau: + Thể tích riêng trong vùng nhiệt độ bay hơi tương đối nhỏ nên giảm kích thước của máy nén, đặc biệt đối với máy nén pistông. + Có mùi khó chịu, dễ phát hiện khi rò rỉ ra môi trường. + Ít tan trong dầu bôi trơn, đỡ ảnh hưởng đến quá trình bôi trơn và đỡ ảnh hưởng đến chất lượng của tác nhân. + Amôniac không ăn mòn thép. - Thiết bị ngưng tụ là chùm ống nằm ngang, sử dụng nguồn nước tuần hoàn kèm theo tháp giải nhiệt cho nước. + Nhiệt độ trung bình của không khí ở Thành phố Hồ Chí Minh là 27oC + Độ ẩm trung bình của không khí là 80% + Nhiệt độ bầu ướt của không khí là 24.5oC + Nhiệt độ nước vào là: 24.5 + (3÷5) = 29.5oC ≈30oC + Nhiệt độ nước ra là: 30 + 5 = 35oC + Nhiệt độ ngưng tụ là: 35 + 5 = 40oC - Thiết bị bay hơi sử dụng là dàn quạt trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức, loại khô, chất tải nhiệt là không khí. + Nhiệt độ không khí trong kho lạnh là: -20oC + Nhiệt độ bay hơi của tác nhân lạnh trong dàn bay hơi là: -20 – 10 = -30oC Ta có: tk = 40oC => pk = 1.585 MPa t0 = -30oC => p0 = 0.1219 MPa => Tỉ số:
Ta chọn máy nén một cấp CHƯƠNG II: TÍNH KHO LẠNH [5] Ta chọn 4 kho lạnh mỗi kho có sức chứa 50 tấn thuỷ sản Chọn bao bì là thùng cactông có kích thước như sau : Dài x rộng x cao = 0.36m x 0.28m x 0.22m Mỗi thùng cactông chứa được 10kg sản phẩm. Số lượng thùng cactông có trong 1 kho là: 50000/10 = 5000 thùng Chọn cách chất hàng trong 1 kho như sau : Chia 1 kho làm 8 tụ => Số thùng của mỗi tụ là: 5000/8 = 625 thùng. Chất thành nhiều lớp trong mỗi tụ . Mỗi lớp gồm : 7 x 9 = 63 thùng => Số lớp trong một tụ là: 625/63 = 9.92 lớp ≈ 10 lớp => Chiều cao của hàng trong kho: 10 x 0.22 = 2.2 m (chưa kể đặt cách nền 0.3m) ??? Diện tích của mỗi tụ là: (7 x 0.36) x (9 x 0.28) = 6.35m2 Diện tích cần để chất hàng là: F = 6.35 x 8 = 50.8m2 Chọn hệ số sử dụng kho lạnh là: β = 0.75 Diện tích kho lạnh cần xây dựng là: Chọn diện tích xây dựng kho lạnh tiêu chuẩn là 72m2 => Kích thước kho lạnh là: 12m x 6m Chọn chiều cao kho lạnh: là 3.5m (2.5m chất hàng còn 1 m để đặt dàn lạnh áp trần và xếp hàng) * Cách sắp các thùng hàng trong mỗi tụ :
* Cách bố trí hàng trong một kho * Cách bố trí các kho : theo bề ngang
CHƯƠNG III: TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM: III.1. Một số thông số cần chọn để tính toán : Chọn nhiệt độ trung bình cả năm của Tp. Hồ Chí Minh là : tn = 27oC Chọn độ ẩm trung bình của Tp. Hồ Chí Minh là : φ = 80% Nhiệt độ bầu ướt của không khí bên ngoài là: tư = 24.5oC Nhiệt độ đọng sương của không khí bên ngoài phòng là: ts = 23.5oC Nhiệt độ không khí trong kho bảo quản lạnh đông là : tp = -20oC Độ ẩm của không khí trong kho là: φ = 90% III.2.Cách nhiệt và cách ẩm vách ngoài : Bảng số liệu tra và tính cho các lớp vật liệu làm vách ngoài : Vật liệu  Bề dày δ (m)  Hệ số truyền nhiệt λ (w/mK)  Hệ số thẩm thấu μ (g/m.h.mmHg)  Nhiệt trở δ/λ (m2K/w)  Trở lực thẩm thấu δ/μ (m2.h.mmHg/g)   1.Vữa  0.02  0.88  0.0012  0.0227  16.6667   2.Gạch  0.2  0.82  0.0014  0.2439  142.8571   3.Vữa  0.02  0.88  0.0012  0.0227  16.6667   4.Cách ẩm (nhựa đường)  0.002  0.80  0.000115  0.00125  17.3912   5.Cách ẩm (polyetylen)  0.001   0.00000024   4166.6667   6.Cách nhiệt (Stiropor)  0.2  0.035  0.008  5.7143  25   7.Vữa  0.02  0.88  0.0012  0.0227  16.6667   Cộng  0.463    6.02755  4393.2195   * Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức : với α1 = 23.3 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (tường có chắn gió). α2 = 10.5 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu cưỡng bức). δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên). λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên). K = 0.21 w/m2K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn. ==> Chọn δ6 = 0.2 m ==> K = 0.1622 w/m2K * Kiểm tra đọng sương : ==> K < ks Vậy: vách ngoài không đọng sương. * Kiểm tra đọng ẩm : Nhiệt lượng truyền qua 1m2 bề mặt tường : q = K x (tng – ttr) = 0.1622 x [(27 – (-20)] = 7.6234 w/m2 ==> Nhiệt độ tại những lớp khác nhau của tường : với tng = t1= 27oC. δi, λi : xác định ở bảng trên - Từ các giá trị ti+1 tính được, tra bảng áp suất hơi nước bão hòa (Bảng 38 trang 426 tập 10) ta được các giá trị áp suất bão hòa tương ứng. - Tổng trở lực thẩm thấu : ==> H = 4393.2195 (m2.h.mmHg/g) - Áp suất riêng phần của hơi nước tác dụng lên bề mặt ngoài của tường: png = φng x p = 0.8 x 26.74 = 21.392 mmHg với p = 26.74 mmHg ( tra ở Bảng 38 trang 426 tập 10, nhiệt độ t = 27oC) - Áp suất riêng phần của hơi nước trong phòng bảo quản là : ptr = φtr x p = 0.9 x 0.772 = 0.6948 mmHg với p = 0.772 mmHg (tra ở Bảng 38 trang 426 tập 10, nhiệt độ t = -20oC) - Lượng hơi nước thấm qua 1m2 bề mặt kết cấu bao che: - Áp suất thực tế tác dụng lên bề mặt của kết cấu :  Nhiệt độ (oC)  Áp suất bão hòa hơi nước
(mmHg)  Áp suất thực tế
(mmHg)   t0  27  26.74  21.392   t1  26.6728  26.239  21.392   t2  26.4996  25.974  21.313   t3  24.6404  23.264  20.640   t4  24.4672  23.025  20.562   t5  24.4576  23.011  20.521   t6  24.4576  23.011  0.891   t7  -19.1007  0.842  0.773   t8  -19.274  0.829  0.6948   t9  -20  0.772  0.6948   Vậy: không có đọng ẩm trong kết cấu. III.3.Tính cho vách giữa 2 kho lạnh : Các số liệu tra và tính toán cho các lớp vật liệu của vách giữa 2 kho : Vật liệu  Bề dày δ (m)  Hệ số truyền nhiệt λ (w/mK)  Hệ số thẩm thấu μ (g/m.h.mmHg)  Nhiệt trở δ/λ (m2K/w)  Trở lực thẩm thấu δ/μ (m2.h.mmHg/g)   Vữa  0.02  0.88  0.012  0.0227  1.6667   Lưới thép        Cách nhiệt (Stiropor)  0.05  0.035  0.008  1.4286  6.25   Cách ẩm (polyetylen)  0.001   0.00000024   4166.6667   Cách ẩm (nhựa đường)  0.002  0.80  0.000115  0.0025  17.3912   Vữa  0.02  0.88  0.012  0.0227  1.6667   Gạch  0.20  0.82  0.014  0.2439  14.2857   Vữa  0.02  0.88  0.012  0.0227  1.6667   Cách ẩm (nhựa đường)  0.002  0.80  0.000115  0.0025  17.3912   Cách ẩm (polyetylen)  0.001   0.00000024   4166.6667   Cách nhiệt (Stiropor)  0.05  0.035  0.008  1.4286  6.25   Lưới thép        Vữa  0.02  0.88  0.012  0.0227  1.6667   Cộng  0.386    3.1969  8401.5683   Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức : Với α1 = 10 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng 1 (đối lưu cưỡng bức). α2 = 10 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng 2 (đối lưu cưỡng bức). δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên). λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên). K = 0.58 w/m2K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn giữa hai phòng có cùng nhiệt độ. ==> chọn δ = 0.1 m (mỗi bên vách dày 0.05 m) ==> K = 0.0836 w/m2K Nhiệt lượng truyền qua 1m2 bề mặt tường: q = K(tng – ttr) = 0 w/m2 do tng = ttr = -20oC III.4. Tính cách nhiệt cho nền : Bảng các số liệu tính toán và tra được cho các lớp vật liệu làm nền : Vật liệu  Bề dày δ (m)  Hệ số truyền nhiệt λ (w/mK)  Hệ số thẩm thấu μ (g/m.h.mmHg)  Nhiệt trở δ/λ (m2K/w)  Trở lực thẩm thấu δ/μ (m2.h.mmHg/g)   Bêtông xỉ  0.10  0.5   0.2    Bêtông đất  0.02  1.6   0.0125    Lưới thép        Cách nhiệt (Stiropor)  0.20  0.035  0.008  5.7143  25   Cách ẩm (polyetylen)  0.001   0.00000024   4166.6667   Cách ẩm (nhựa đường)  0.002  0.80  0.000115  0.0025  17.3912   Bêtông tấm  0.10  1  0.004  0.1  25   Bêtông cốt thép  0.15  1.5  0.004  0.1  37.5   Cộng  0.573    6.1293  4271.5579   Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức: với α1 = 12 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí trên nền đất. α2 = 9 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu cưỡng bức). δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên). λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên). K = 0.21 w/m2K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn của nền có sưởi. ==> chọn δ3 = 0.2 m ==> K = 0.1586 w/m2K III.5. Tính cách nhiệt cho trần : Bảng các số liệu tính toán và tra được cho các lớp vật liệu làm trần : Vật liệu  Bề dày δ (m)  Hệ số truyền nhiệt λ (w/mK)  Hệ số thẩm thấu μ (g/m.h.mmHg)  Nhiệt trở δ/λ (m2K/w)  Trở lực thẩm thấu δ/μ (m2.h.mmHg/g)   Bêtông tấm  0.1  1  0.004  0.1  25   Cách ẩm (nhựa đường)  0.002  0.80  0.000115  0.0025  17.3912   Cách ẩm (polyetylen)  0.001   0.00000024   4166.6667   Cách nhiệt (Stiropor)  0.2  0.035  0.008  5.7143  25   Bêtông cốt thép  0.15  1.5  0.004  0.1  37.5   Vữa  0.02  0.88  0.012  0.0227  1.6667   Cộng  0.473    5.9395  4273.2246   Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức: với α1 = 23.3 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (tường có chắn gió). α2 = 9 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu cưỡng bức). δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên). λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên). K = 0.22 w/m2K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn. ==> chọn δ4 = 0.2 m ==> K = 0.1642 w/m2K IV. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT (Kỹ thuật lạnh ứng dụng NĐL trang 49 – 61) * Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh được xác định bằng biểu thức : Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 (w) Q1: dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che. Q2: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra. Q3: dòng nhiệt đi từ ngoài vào do thông gió phòng lạnh. Q4: dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành. Q5: dòng nhiệt tỏa ra khi sản phẩm thở. IV.1. Tính cho hai kho bìa : a. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che : Q1 = Q1v + Q1n +Q1t + Q1bx (w) Q1v, Q1n, Q1t: dòng nhiệt tổn thất qua vách, nền và trần do chênh lệch nhiệt độ. Q1bx: dòng nhiệt tổn thất qua tường và trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời. Công thức để tính tổn thất nhiệt qua vách, nền và trần có dạng như sau: Q = K x F x (tng – ttr) với: K: hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che (w/m2K) F: diện tích bề mặt của kết cấu bao che (m2) tng: nhiệt độ môi trường bên ngoài (oC) ttr: nhiệt độ trong phòng lạnh (oC) Q: tổn thất nhiệt qua kết cấu (w)  Vách ngoài  Vách giữa hai phòng lạnh  Vách trước hoặc sau  Nền  Trần   K  0.1622  0.0836  0.1622  0.1586  0.1642   F  42  36  21  72  72   tng  27  -20  27  27  27   ttr  -20  -20  -20  -20  -20   Q  320.1828  0  160.0914  536.7024  555.6528   Với tng của nền là 27oC do nền không có sưởi (ktlud NĐL trang 78) Chọn kho lạnh xây theo hướng Bắc – Nam, cửa kho nằm ở hướng Bắc. => Buổi sáng kho nhận bức xạ ở hướng Đông và buổi chiều kho nhận bức xạ ở hướng Tây. Vách kho được quét vôi trắng nên lấy hiệu nhiệt độ dư như sau: ∆t = 7K: vách hướng Đông. ∆t = 8K: vách hướng Tây. ∆t = 19K: trần làm bằng bêtông. ==> Dòng nhiệt do bức xạ mặt trời: Q1bx = ∑KF∆t = 0.1622 x 42 x 8 + 0.1642 x 72 x 19 = 279.1248 (w) ( Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che là: Q1 = Q1v + Q1n + Q1t +Q1bx = 320.1828 + 0 + 2 x 160.0914 + 536.7024 +555.6528 +279.1248 = 2011.8456 w b.Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra: Q2 = Q2a + Q2b (w) với Q2a: dòng nhiệt sản phẩm tỏa ra khi bảo quản lạnh đông. Q2b: dòng nhiệt tỏa ra từ bao bì của sản phẩm. b.1. Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra: với M: năng suất của buồng bảo quản lạnh đông (t/24h) h1, h2: entanpi của sản phẩm trước và sau khi bảo quản lạnh đông (kj/kg) 1000/(24 x 3600) : hệ số chuyển đổi từ (t/24h) ra (kg/s) Q2a: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra (kw) Chọn nhiệt độ hàng nhập thẳng vào kho bảo quản lạnh đông là -8oC => h1 = 43.5 kj/kg Nhiệt độ sau khi bảo quản là -20oC => h2 = 0 kj/kg Khối lượng hàng nhập vào kho bảo quản lạnh đông trong một ngày đêm: với M: khối lượng hàng nhập vào bảo quản lạnh đông (t/24h) E: dung tích phòng bảo quản lạnh đông (t) ψ: tỉ lệ nhập có nhiệt độ không cao hơn -8oC đưa trực tiếp vào kho bảo quản lạnh đông. ψ = 0.65 – 0.85 B: hệ số quay vòng hàng. B = 5 ÷ 6 lần/năm m: hệ số nhập hàng không đồng đều. m = 2.5 Dòng nhiệt sản phẩm tỏa ra khi bảo quản lạnh đông: b.2. Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra: với Mb: khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm (t/24h) Cb: nhiệt dung riêng của bao bì (kj/kg.K) t1: nhiệt độ bao bì trước bảo quản lạnh đông (oC) t2: nhiệt độ bao bì sau bảo quản lạnh đông (oC) Q2b: dòng nhiệt do bao bì tỏa ra (kw) 1000/(24 x 3600) : hệ số chuyển đổi từ (t/24h) ra (kg/s) Ta có: Khối lượng bao bì cactông: Mb = 30%M = 30% x 1.75 = 0.525 t/24h Nhiệt dung riêng bao bì: Cb = 1.46 kj/kg.K Nhiệt độ bao bì trước bảo quản: t1 = -8oC Nhiệt độ bao bì sau bảo quản: t2 = -20oC ( Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra : Q2 = Q2a + Q2b = 0.881 + 0.1065 = 0.9875 kw = 987.5 w c. Dòng nhiệt do thông gió kho lạnh: Do kho lạnh dùng để bảo quản lạnh đông có nhiệt độ -20oC nên không có thông gió. ( Q3 = 0 w d. Dòng nhiệt do vận hành kho: Q4 = Q41 + Q42 + Q43 +Q44 (w) với Q41: dòng nhiệt do chiếu sáng. Q42: dòng nhiệt do người tỏa ra. Q43: dòng nhiệt do các động cơ điện. Q44: dònh nhiệt tổn thất khi mở cửa. d.1. Dòng nhiệt do chiếu sáng được tính theo công thức: Q41 = A x F (w) với F: diện tích kho lạnh (m2) A: công suất chiếu sáng riêng (w/m2) Đối với kho bảo quản: A = 1.2 w/m2 => Q41 = 1.2 x 72 = 86.4 w d.2. Dòng nhiệt do người tỏa ra được xác định theo biểu thức: Q42 = 350 x n (w) Chọn n =3 (kho nhỏ hơn 200m2) => Q42 = 350 x 3 = 1050 w d.3. Dòng nhiệt do các động cơ điện tỏa ra: Q43 = 1000 x N x φ (w) với N: tổng công suất động cơ điện. φ: hệ số hoạt động đồng thời. Chọn N = 4 kw do kho bảo quản lạnh đông nhỏ. φ = 1: các động cơ hoạt động đồng thời. => Q43 = 1000 x 4 x 1 = 4000 w d.4. Dòng nhiệt khi mở cửa được tính theo công thức: Q44 = B x F (w) với F: diện tích kho lạnh (m2) B: dòng nhiệt riêng khi mở cửa (w/m2) Kho bảo quản lạnh đông chọn B = 12 w/m2 => Q44 = 12 x 72 = 864 w. ( Dòng nhiệt do vận hành kho: Q4 = 86.4 + 1050 + 4000 + 864 = 6000.4 w ≈ 6000 w e. Dòng nhiệt do sản phẩm hô hấp Q5: Do sản phẩm là thủy sản và được bảo quản lạnh đông nên không có hô hấp ( Q5 = 0 w Dòng nhiệt tổn thất cho toàn bộ một kho bìa : Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5. = 2011.8456 + 987.5 + 0 + 6000.4 + 0 = 8999.7456 w ≈ 9000 w IV.2. Tính cho 2 kho giữa: Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh : Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 (w) Tính tương tự như trên a. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che: Q1 = Q1v + Q1n + Q1t +Q1bx = 0 + 0 + 2 x 160.0914 + 536.7024 + 555.6528 + 0.1642 x 72 x19 = 1637.1636 w b. Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra : Q2 = Q2a + Q2b = 0.881 + 0.1065 = 0.9875 kw = 987.5 w c. Dòng nhiệt do thông gió kho lạnh: Q3 = 0 w d. Dòng nhiệt do vận hành kho: Q4 = Q41 + Q42 + Q43 +Q44 (w) = 86.4 + 1050 + 4000 + 864 = 6000.4 w ≈ 6000 w e. Dòng nhiệt do sản phẩm hô hấp: Q5 = 0 w ( Dòng nhiệt tổn thất cho kho giữa: Q = 1637.1636 + 987.5 +6000.4 = 8625.0636 w ≈ 8625 w ( Dòng nhiệt cung cấp cho 4 kho là : Q = 2x9000 + 2x8625 = 35250 w Bảng tóm tắt các giá trị tính được : Kho  Nhiệt  Q1(w)  Q2(w)  Q4(w)  ∑Q(w)    độ        kho  Thiết  Máy  Thiết  Máy  Thiết  Máy  Thiết  Máy       bị  nén  bị  nén  bị  nén  bị  nén   Kho 1  -20oC  2012  2012  987.5  987.5  6000  4500  9000  7500   Kho 2  -20oC  1637  1637  987.5  987.5  6000  4500  8625  7125   Kho 3  -20oC  1637  1637  987.5  987.5  6000  4500  8625  7125   Kho 4  -20oC  2012  2012  987.5  987.5  6000  4500  9000  7500   Tổng cộng                       35250  29250   * Năng suất lạnh của máy nén : với k: hệ số lạnh kể đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh b: hệ số thời gian làm việc ∑Q: tổng nhiệt tải của máy nén Do t0 = - 30oC nên chọn k = 1.06 Chọn b = 0.7 đối với các thiết bị lạnh nhỏ. V. TÍNH CHỌN MÁY NÉN: V.1. Chọn các thông số của chế độ làm việc như sau : - Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: t0 = tb-10 = -30oC - Độ quá nhiệt hơi hút là : ∆tqn = 5oC => Nhiệt độ hơi hút về máy nén: tqn = (-30 + 5) = -25oC - Nhiệt độ nước vào bình ngưng : tw1= tư + 5 = 30oC - Nhiệt độ nước ra bình ngưng : tw2 = tw1 + 5 = 35oC - Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất: tk = tw2 + 5 = 40oC - Độ quá lạnh của tác nhân lạnh lỏng: ∆ql = 5oC => Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu: tql = (40 – 5) = 35oC * Chọn tác nhân lạnh là NH3 có : Tác nhân lạnh là amôniăc, có công thức là NH3, kí hiệu R717, là một chất khí không màu, có mùi rất hắc.NH3 sôi ở áp suất khí quyển ở -33.35oC, có tính chất nhiệt động tốt, phù hợp với chu trình máy lạnh nén hơi dùng máy nén pistông. Tính chất hoá lý: + Năng suất lạnh riêng khối lượng q0 lớn nên lưu lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống nhỏ, rất phù hợp cho các máy lạnh có năng suất lớn và rất lớn. + Năng suất lạnh riêng thể tích qv lớn nên máy nén gọn nhẹ. + Các tính chất trao đổi nhiệt tốt, hệ số tỏa nhiệt khi sôi và ngưng tương đương với nước nên không cần tạo cánh trong các thiết bị trao đổi nhiệt với nước. + Tính lưu động cao, tổn thất áp suất trên đường ống, các cửa van nhỏ nên thiết bị gọn nhẹ. + Amôniăc không hòa tan dầu nên nhiệt độ bay hơi không bị tăng. + Amôniăc hòa tan không hạn chế trong nước + Amôniăc không ăn mòn các kim loại chế tạo máy. Tính chất sinh lý: Amôniăc độc hại với cơ thể con người, gây kích thích nêm mạc của mắt, dạ dày, … Tính kinh tế: Amôniăc là môi chất lạnh rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển và bảo quản dễ. t0 = -30oC  p0 = 0.120 MPa   tk = 40oC  pk = 1.55 MPa   * Tỷ số nén là 13 ta chọn máy nén một cấp V.2 Thuyết minh qui trình công nghệ : V.2.1. Thuyết minh qui trình công nghệ: Hơi môi chất sinh ra ở thiết bị bay hơi được máy nén hút về và nén lên áp suất cao đẩy vào bình ngưng tụ. Ở thiết bị ngưng tụ hơi môi chất thải nhiệt cho nước và ngưng tụ thành lỏng. Lỏng có áp suất cao đi qua van tiết lưu vào thiết bị bay hơi. Ở thiết bị bay hơi, lỏng môi chất sôi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp, thu nhiệt của môi trường lạnh. Hơi lại được hút về máy nén, như vậy vòng tuần hoàn được khép kín. V.2.2. Chu trình lạnh của máy nén: Chu trình Carnot ngược chiều được coi là chu trình lạnh đơn giản nhất. Đơn giản không phải về mặt thiết bị mà vì chỉ bao gồm hai quá trình đoạn nhiệt và hai quá trình đẳng nhiệt xen kẻ. Chu trình Carnot có công tiêu hao nhỏ nhất, năng suất lạnh lớn nhất, hệ số lạnh lớn nhất nhưng có nhiều nhược điểm khi vận hành. Do đó ta sử dụng chu trình quá lạnh và quá nhiệt để khắc phục các nhược điểm trên. Chu trình quá lạnh và quá nhiệt là chu trình quá lạnh khi nhiệt độ của môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu nhỏ hơn nhiệt độ ngưng tụ và gọi là chu trình quá nhiệt khi nhiệt độ hơi hút về máy nén lớn hơn nhiệt độ bay hơi (nằm trong vùng quá nhiệt). Nguyên nhân quá lạnh có thể do: + Thiết bị ngưng tụ là thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng nên lỏng môi chất được quá lạnh ngay ở thiết bị ngưng tụ. + Lỏng môi chất tỏa nhiệt ra môi trường trên đoạn đường ống từ thiết bị ngưng tụ đến thiết bị tiết lưu. Nguyên nhân quá nhiệt có thể do : + Sử dụng van tiết lưu nhiệt, hơi ra khỏi thiết bị bay hơi bao giờ cũng có một độ quá nhiệt nhất định. + Tải nhiệt lớn và thiếu lỏng cấp cho thiết bị bay hơi. + Tổn thất lạnh trên đường ống từ thiết bị bay hơi đến máy nén. * Chu trình lạnh trên đồ thị lgP – h :
 * Sự thay đổi trạng thái của môi chất trong chu trình như sau: 1’ – 1 : Quá nhiệt hơi hút. 1 – 2 : Nén đoạn nhiệt hơi hút từ áp suất thấp p0 lên áp suất cao pk, s1 = s2 2 – 2’ : Làm mát đẳng áp hơi môi chất từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái bão hoà. 2’ – 3’ : Ngưng tụ môi chất đẳng áp và đẳng nhiệt. 3’ – 3 : Quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp. 3 – 4 : Quá trình tiết lưu đẳng entanpi ở van tiết lưu h3 = h4 4 – 1’ : Quá trình bay hơi ở thiết bị bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt. * Thông số nhiệt động của tác nhân lạnh NH3 tại các điểm đặc trưng như bảng sau : Điểm  Nhiệt độ t (oC)  Nhiệt độ T (K)  Áp suất p (MPa)  Entanpy h (kj/kg)  Thể tích riêng v (m3/kg)   1’  -30  243  0.12  1640    1  -25  248  0.12  1650  0.93   2  160  438  1.55  2050    2’  40  313  1.55  1710    3’  40  313  1.55  609    3  35  308  1.55  570    4  -30  243  0.12  570    V.3 Tính máy nén: 1. Năng suất lạnh riêng q0: q0 = h1’ – h4 (kj/kg) với h1’: entanpi của hơi bão hòa ra khỏi thiết bị bay hơi (kj/kg) h4: entanpi của môi chất sau khi qua tiết lưu (kj/kg) => q0 = 1640 – 570 = 1070 kj/kg 2. Năng suất lạnh riêng thể tích qv : với q0: năng suất lạnh riêng (kj/kg) v1: thể tích hơi hút về máy nén (m3/kg) 3. Công nén riêng l: l = h2 – h1 (kj/kg) với h2: entanpi của hơi quá nhiệt khi ra khỏi máy nén (kj/kg) h1: entanpi của hơi vào máy nén (kj/kg) => l = 2050 – 1650 = 400 kj/kg 4. Năng suất nhiệt riêng qk : qk = h2 – h3 (kj/kg) với h2: entanpi của hơi khi vào bình ngưng (kj/kg) h3: entanpi của lỏng khi ra khỏi bình ngưng (kj/kg) => qk = 2050 – 570 = 1480 kj/kg 5. Hệ số lạnh của chu trình ε : với q0: năng suất lạnh riêng (kj/kg) l: công nén riêng (kj/kg) 6. Hiệu suất exergi ν : với ε: hệ số lạnh của chu trình Tk: nhiệt độ ngưng tụ (K) T0: nhiệt độ bay hơi (K) 7. Năng suất khối lượng thực tế của máy nén mtt : với Q0: năng suất lạnh của máy nén (kw) q0: năng suất lạnh riêng khối lượng (kj/kg) 8. Năng suất thể tích thực tế của máy nén Vtt: Vtt = mtt x v1 (m3/s) với mtt: năng suất khối lượng thực tế của máy nén (kg/s) v1: thể tích riêng hơi hút về máy nén (m3/kg) => Vtt = 0.0414 x 0.93 = 0.0385m3/s 9. Hệ số cấp của máy nén λ : λ = λi x λw’ trong đó : với pk: áp suất ngưng tụ của tác nhân lạnh (MPa) p0: áp suất bay hơi của tác nhân lạnh (MPa) ∆p0 = ∆pk = 0.01 MPa m = 1 c = 0.05 : tỉ số thể tích chết. và với T0: nhiệt độ bay hơi của tác nhân lạnh (K) Tk: nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân lạnh (K) ( λ = 0.433 x 0.776 = 0.336 10. Thể tích lý thuyết Vlt: với Vtt: năng suất thể tích thực tế của máy nén (m3/s) λ: hệ số cấp của máy nén. * Chọn 3 máy nén AY45 theo
do Nga sản xuất có thể tích hút lý thuyết là: Vlt = 0.0358m3/s 11. Số lượng máy nén : ( Chọn 3 máy nén ký hiệu
.(có thể mua thêm một máy nữa để dự trữ) 12. Công nén đoạn nhiệt Ns : Ns = mtt x l (kw) với mtt: lưu lượng tác nhân lạnh qua máy nén (kg/s) l: công nén riêng (kj/kg) => Ns = 0.0414 x 400 = 16.56 kw 13. Công nén chỉ thị Ni : với Ns: Công nén đoạn nhiệt (kw) ηi: hiệu suất chỉ thị ηi = λw + b x t0 trong đó : λw = T0/Tk = 0.776 b = 0.001 t0: nhiệt độ bay hơi (oC) => ηi = 0.776 + 0.001 x (-30) = 0.746 14. Công nén hiệu dụng Ne : Ne = Ni + Nms với Ni: công nén chỉ thị (kw) Nms: tổn thất ma sát (kw) mà Nms = Vtt x pms trong đó Vtt: thể tích hút thực tế của máy nén (m3/s) pms = 0.06 MPa : áp suất ma sát riêng của NH3 => Nms = 0.0368 x 0.06 x 1000 = 2.208 kw ( Ne = 22.2 + 2.208 = 24.41 kw 15. Công suất điện Nel : với Ne: công nén hiệu dụng (kw) ηtd = 0.95 : hiệu suất truyền động của khớp, đai,… ηel = 0.9 : hiệu suất động cơ 16. Công suất động cơ lắp đặt Nđc : Chọn hệ số an toàn là 1.8 ( Nđc = 1.7 x Nel = 1.7 x 28.55 = 48.5 kw 17. Nhiệt thải ngưng tụ Qk: Qk = Q0 + Ni (kw) với Q0: năng suất lạnh của máy nén (kw) Ni: công nén chỉ thị (kw) ( Qk = 44.3 + 22.2 = 66.5 kw VI. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ: (Theo tài liệu HDTKHTL, Nguyễn Đức lợi) : VI.1. Các thông số : Chọn bình ngưng ống vỏ nằm ngang và nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt. Nhiệt độ trung bình của không khí là: 27oC và độ ẩm là 80% => Nhiệt độ bầu ướt của không khí là: 24.5oC Chọn nhiệt độ nước vào là: tw1 = 30oC Chọn nhiệt độ nước ra là: tw2 = 35oC Nhiệt độ ngưng tụ: tk = 40oC Nhiệt thải ra ở bình ngưng: Qk = 66.5 kw Lưu lượng môi chất qua máy nén: G = 0.0414 kg/s VI.2. Thuyết minh quy trình công nghệ : Sử dụng bình ngưng vỏ ống nằm ngang. Bình ngưng gồm một vỏ hình trụ, bên trong có bố trí chùm ống, hai đầu có hai mặt sàng. Hơi amôniăc trong không gian giữa các ống ngưng tụ trên bề mặt chùm ống. Nước vào theo đường ống bố trí trên một nắp, đi phía trong chùm ống theo các lối đã bố trí sẵn rồi ra theo ống nối phía trên. VI.3. Tính toán thiết bị ngưng tụ : VI.3.1 Thông số tính toán : Nhiệt độ nước vào bình ngưng tw1 = 30oC Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng tw2 = 35oC Nhiệt độ ngưng tụ tk = 40oC Hiệu nhiệt độ làm mát nước: Δtw = tw2 – tw1 = 35- 30 = 5oC Δtmax = 40 – 30 = 10K Δtmin = 40 – 35 = 5K - Hiệu nhiệt độ trung bình logarit ttb:
- Lưu lượng nước qua bình ngưng:
- Chọn ống trao đổi nhiệt cho bình ngưng : theo tiêu chuẩn ống cho ngành hoá chất và thực phẩm, chọn ống không hàn : dng = 38 mm = 0.038 m dtr = 32 mm = 0.032 m s = 3 mm = 0.003 m - Diện tích tính cho 1m chiều dài ống: fng = 0.1193 m2/m ftr = 0.1005 m2/m - Chọn tốc độ nước trong bình ngưng ωw = 1.0 m/s - Số ống trong một lối của bình ngưng:
=> Chọn n1 = 4 ống. Nhiệt độ t (oC)  Khối lượng riêng (kg/m3)  Độ nhớt tương đối (m2/s)  Hệ số dẫn nhiệt (w/mK)  Pr   Twtb=32.5  994  0.71x10-6  62.35*10-2  5.14   ( Tốc độ nước trong bình ngưng w = 1.05 m/s . VI.3.2. Xác định hệ số tỏa nhiệt αi từ nước làm mát tới vách trong của ống: Xác định hệ số toả nhiệt
từ vách trong của ống tưới nước làm mát : Tính hệ số Re :
Đây là chuyển động rối nên Nu có dạng :
- Vậy hệ số toả nhiệt của nước phía trong ống là :
VI.3.3 Xác định hệ số toả nhiệt
từ môi chất lạnh ngưng tới thành ống tính theo bề mặt trong của ống : Dòng nhiệt truyền từ môi chất lạnh ngưng vào nước làm mát, khi đi từ môi trường ngưng tụ có nhiệt độ tk đến vách có nhiệt độ tvn phải bằng dòng nhiệt từ vách tvt đến nước làm mát Gọi hiệu nhiệt độ trung bình logarit là
và chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa nhiệt độ ngưng tụ và vách ngoài là
, ta có :
- Mật độ dòng nhiệt tính cho phía bên trong ống :
Trong đó
là tổng nhiệt trở của vách ống và cặn bẩn : Chọn
= 0.0003 m2K/W.
vậy
* Vì mật độ dòng nhiệt tính theo diện tích xung quanh bề mặt ống trụ thay đổi theo đường kính ống và giá trị nhiệt độ tại mỗi điểm nên để xác định mật độ dòng nhiệt tại bề mặt bên trong ống cần chọn sơ bộ kết cấu bình ngưng và giá trị qi để tính sơ bộ rồi kiểm tra lại : Chọn
Vậy :
W/m2 . * Các ống được bố trí trên sàng theo đỉnh của tam giác đều, chùm ống có dạng hình lục giác với số lượng ống đặt theo đường chéo lục giác lớn m xác định theo công thức :
Với : + S là bước ống ngang,
+
là tỉ số giữa chiều dài ống và đường kính trong của thân, chọn
= 6.
. Chọn m=7 Đây cũng là số ống theo chiều ngang của bình
. * Hệ số toả nhiệt từ phía môi chất ngưng tụ tính theo bề mặt ngoài của ống
đối với hơi NH3 trên ống trơn nằm ngang :
Các thông số vật lý của môi chất lạnh NH3 khi ngưng tụ ở nhiệt độ 40oC là :




: hệ số hiệu chỉnh do sự thay đổi vận tốc dòng hơi và màng lỏng từ trên xuống .
* Mật độ dòng nhiệt về phía môi chất :
- Như vậy ta được một hệ phương trình xác định mật độ dòng nhiệt tính theo bề mặt trong của ống là.

Và

giải hệ pt này bằng pp đồ thị hay tính lặp ta được kết quả là
.khi đó ta có :
IV.3.4 Bố trí ống trong thiết bị ngưng tụ : Số lượng ống trong bình ngưng :
Số chặn trong TBNT :
Chọn là z = 10. Tính lại tổng số ống là : n = 4x10 = 40 Diện tích bề mặt truyền nhiệt là :
Chiều dài một ống truyền nhiệt là :
. Đúng kích thước chuẩn là 3m Đường kính mặt sàng cần để nong ống là :
. Chọn là 0.35m Với
Đường kính của TBNT là : 0.5m (dư ra một ít để chứa NH3 lỏng ngưng tụ ở phía dưới) * Với các thông số như ở trên ta chọn bình ngưng ống vỏ nằm ngang NH3 hiệu
-20 có các thông số như : F=20m2 , D=500mm, L=2930mm…(HDTKHTL-NDL, Trang 217) VI.4. Kiểm tra bền cho TBNT đã chọn trong điều kiện làm việc cụ thể : (TK&TYCÁCCT&TBHC- HỒ LÊ VIÊN) a. Kiểm tra thân TBNT : * Pk = 15.85 atm , tk=40oC . Thân thiết bị làm việc chịu áp suất trong bề dày tối thiểu của thân được tính theo công thức :
Vì
Với : + P là áp suất tính toán trong thiết bị p = 15.85-1 = 14.85atm = 1.457N/mm2 + Dn = 500mm là đường kính ngoài của TBNT chọn + Chọn vật liệu làm thiết bị là thép CT3 ta có
tra theo nhiệt độ tính toán của TBNT là 160oC. +
hệ số bền mối hàn trong trường hợp hàn giáp mối một phía với Dt < 500mm + C hệ số bổ sung bề dày, chọn C=1.5mm
Chọn bề dày làm tròn :
Chọn bề dày tiêu chuẩn là 8mm (Sổ tay tập 2 Trang 364). Ta kiểm tra bền như sau :
, thoả vậy : Áp suất tính toán cho phép :
Vậy chọn bề dày của thân TBNT là 8mm. b. Tính bền cho vỉ ống : * Ta tính chiều dày tính toán tối thiểu của vỉ ống :
+ Dt = 484mm : đường kính trong thiết bị ngưng tụ . + Hệ số K chọn là 0.5 + P = 1.457N/mm2 : áp suất tính toán của TBNT +
: ứng suất cho phép khi uốn của vật liệu làm vỉ (chọn thép CT3) + Hệ số làm yếu vỉ ống :
????
. chọn bề dày tiêu chuẩn là
* Kiểm tra theo ứng suất uốn :
Với :

Vậy với bề dày 30mm thì vỉ thoả điều kiện bền c. Tính chọn bích theo : Ta có Ptt =1.457N/mm2 và đường kính trong của thiết bị Dt=484mm (chọn bích tiêu chuẩn có Dt=500mm và Ptt = 1.6N/mm2 ). Ta chọn bích liền bằng thép để nối thiết bị theo bảng XIII.27 có các kích thước như sau : Chọn kiểu 5: D  Db  D1  Do  Bulông   Kiểu 5       db  Z  h  H   650  600  500  515  M30  16  33  55   HÌNH VẼ Bích . VII. Tính thiết bị bay hơi : VI.1. Chọn các thông số của chế độ làm việc như sau : Nhiệt tải của thiết bị bay hơi: Q0 = 44.3kw Nhiệt độ bay hơi của tác nhân lạnh: t0 = -30oC Nhiệt độ trung bình của không khí: tm = -20oC Chọn nhiệt độ không khí vào dàn bay hơi: tv = -19oC,
Chọn nhiệt độ không khí ra khỏi dàn bay hơi: tr = -21oC,
Chọn vận tốc không khí qua thiết bị là: vkk = 5 m/s Chọn các ống truyền nhiệt là ống thép CT3 có các thông số như sau: Cách bố trí  Bố trí song song   Đường kính ngoài của ống dng, m  0,038   Đường kính trong của ống dtr, m  0,032   Đường kính cánh Dc, m  0,078   Bề dày cánh
,m  0,001   Bước cánh
,m  0,008   Bước ống đứng y,m  0,080   Bước ống ngang x,m  0,080   VI.2. Thuyết minh qui trình : Thiết bị bay hơi sử dụng là dàn lạnh quạt (dàn lạnh trao đổi nhiệt bằng không khí đối lưu cưỡng bức). Sử dụng thiết bị làm lạnh không khí kiểu khô vì kiểu này được dùng phổ biến nhất hiện nay. Đây là thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt, trong đó không khí (lưu động ngoài chùm ống) thải nhiệt cho môi chất sôi trong ống hoặc chất tải lạnh chảy trong ống. Khi không khí được làm lạnh do truyền nhiệt cho môi chất sôi trong ống ta gọi là thiết bị làm lạnh trực tiếp, còn khi không khí được làm lạnh nhờ chất tải lạnh chảy trong ống ta gọi là thiết bị làm lạnh gián tiếp. Cả hai loại này thường được chế tạo ở dạng chùm ống có cánh. Không khí được làm lạnh là không khí được tuần hoàn cưỡng bức nhờ quạt gió đẩy (hút) qua thiết bị. Ưu điểm: - Có thể bố trí ở trong hoặc ngoài buồng lạnh. - Ít tốn thể tích bảo quản sản phẩm. - Nhiệt độ đồng đều. - Hệ số trao đổi nhiệt lớn. - Ít tốn nguyên vật liệu. Nhược điểm: - Ồn. - Tốn thêm năng suất lạnh cho động cơ quạt gió. - Độ ẩm trong buồng thấp. - Khó duy trì độ ẩm cao theo yêu cầu bảo quản. - Độ khô hao sản phẩm tăng do nhiệt độ bay hơi thấp. VI.3. Tính toán TBBH : * Độ chứa hơi được tính như sau :
,kg/kgkkk
độ chứa hơi bão hoà của không khí trong phòng lạnh, tra bảng theo sách Tr Th Kỳ * Enthanpy của không khí được tính theo biểu thức sau :
I = Cb x t + d x (2500 + Ch x t) (kj/kg) Bảng các thông số vào và ra khỏi dàn lạnh : thông số đầu vào dàn lạnh  Thông số đầu ra dàn lạnh   nhiệt độ, oC  Độ ẩm
,%  độ chứa hơi kg/kgkkk  Enthanpy I, kj/kgkkk  nhiệt độ, oC  độ ẩm
,%  độ chứa hơi , kg/kgkkk  Enthanpy I, kj/kgkkk   -19  85  0,71.10-3  -17,364  -21  90  0,63.10-3  -19,575   * Thông số vật lý của kk ở nhiệt độ trung bình của nó :
+ khối lượng riêng :
+ Nhiệt dung riêng của không khí khô : Cb=1.00kJ/kg + Nhiệt dung riêng của không khí ẩm : Ch=1.93kJ/kg + Hệ số dẫn nhiệt :
+ Độ nhớt động :
+ Độ nhớt động lực :
+ Chuẩn số Pr : Pr=0.716 Tỉ số nhiệt ẩm :

* Để tính nhiệt độ của vách ống ta giảm lần nhiệt độ ti của kk, rồi tra bảng để có độ chứa hơi bão hoà tương ứmg.Hạ nhiệt độ cho đến khi độ ẩm là 100% thì đó chính là nhiệt độ của vách :

Ghi chú : Biểu thức này ta rút ra từ hai biểu thức trên : Ta tính được nhiệt độ vách là
= -24,6oC Các thông số chọn để tính dàn lạnh : Cách bố trí  Bố trí song song   Đường kính ngoài của ống dng, m  0,038   Đường kính trong của ống dtr, m  0,032   Đường kính cánh Dc, m  0,078   Bề dày cánh
,m  0,001   Bước cánh
,m  0,008   Bước ống đứng y,m  0,080   Bước ống ngang x,m  0,080   Diện tích cánh của 1m ống :
Diện tích khoảng giữa các cánh của 1m ống :
Diện tích bề mặt trong của 1m ống :
Diện tích bên ngoài của bề mặt có cánh :
Xác định hệ số toả nhiệt về phía không khí :
Đối với chùm ống bố trí song song ta có : C=0,18 và m= 0,7 Chọn số hàng ống theo chiều không khí Z>4 ta có :
Hệ số Cs xác định như sau :


Chiều dài qui ước :

Chọn vận tốc của kk qua dàn lạnh:



Hệ số toả nhiệt về phía không khí :
Hệ số tách ẩm trong trường hợp :

hệ số toả nhiệt qui ước về phía không khí:
Trong đó ta chọn : Bề dày lớp tuyết :
Hệ số dẫn nhiệt của tuyết :
Nhiệt trở tại chỗ tiếp xúc giữa cánh và ống :
Hệ số toả nhiệt về phía không khí được qui đổi theo bề mặt trong của ống :
,
Trong đó : Hệ số :

Với :
với
là hệ số dẫn nhiệt của thép :


(

Diện tích bề mặt trong ống của TBBH (t ính cho toàn thiết bị ) :
Lượng kk đi qua dàn lạnh :
Lưu lượng kk đi qua dàn lạnh :
Diện tích bề mặt thiết bị bốc hơi để kk đi qua :
Diện tích truyền nhiệt của một cụm ống (các cụm ống bố trí dọc theo chiều chuyển động của kk) ????
Số cụm ống đặt trong phòng lạnh :
* Chọn số cụm ống là Z=14 Chiều dài các ống trong một cụm :
Số ống trong một cụm Ban đầu chọn k = 3 :
Chọn
nên tính lại được k = 2,8 Trong đó :
với : B:chiều rộng cụm ống H: chiều cao cụm ống Chiều dài của một ống trong cụm :
* Chiều rộng cụm ống :B=(mh-1)*x= (18-1)*0.08=1.36m * Chiều cao cụm ống : H= (Z-1)*y= (14-1)*0.08=1.04m * Vì ta có tất cả là 4 kho lạnh nên ta phải phân chia ra mỗi kho một dàn lạnh riêng. Ở đây 4 kho có tổn thất lạnh gần bằng nhau nên ta có thể chọn 4 dàn lạnh như nhau cho 4 kho . mỗi dàn lạnh có diện tích bề mặt truyền nhiệt là 96,4/4 * Nếu tính cho một kho có năng suất lạnh là Qo/4 thì ta sẽ được : + Diện tích bề mặt truyền nhiệt là F=111/4=27.75m2 + Lưu lượng kk đi qua dàn lạnh : Vkk=14.358/3=4.786m3/s. + Số cụm ống sẽ không đổi Z=14 + Chiều dài các ống trong một cụm là 77.62/4=19.4m + Số ống trong một cụm 18/2=9 + Chiều dài 1 ống trong một cụm : l = 4.3/2 = 2.15m. + Chiều rộng cụm ống :B=(mh-1)*x= (9-1)*0.08=0.64m + Chiều cao cụm ống : H= (Z-1)*y= (14-1)*0.08=1.04m * Dựa vào các thông số chọn được TBBH chuẩn cho 1 kho là : (đã có các kích thước rồi ) VII.3.4.Tính quạt không khí: cho 1 kho [2] Chế độ chảy của không khí trong dàn bay hơi: với ν = 12.79 x 10-6 m2/s (tra phụ lục 14 ở -24oC [2]) Vì 10000 < Re < 60000, tổn thất áp suất ∆P1 được tính theo công thức sau: Ở đây n' =Z=14 : số dãy ống tản nhiệt tính theo chiều cao kho Vận tốc không khí tại của hút vào thiết bị làm lạnh không khí: Vậy tổn thất tại cửa hút: Vận tốc của không khí tại cửa vào và ra khỏi thiết bị: Vậy tổn thất tại cửa vào và cửa ra là: Tiết diện cửa ra của quạt: (chọn đường kính cửa ra D = 0.92 m) Tiết diện của không gian trên phòng: Hệ số tổn thất cục bộ: Vận tốc không khí ra khỏi cửa quạt: Tổn thất do dòng không khí ra khỏi cửa hộp vào không gian trên trần là: Vậy tổn thất tổng cộng là: Ta có thể lấy thêm 20% tổn thất : Chọn 1 quạt cho 1 kho. Lưu lượng thể tích qua mỗi quạt: Ta chọn quạt hướng trục MЦ No11 (Bảng 10-11 trang 331 [5]) Tốc độ  Năng suất  Cột áp  Hiệu suất   vòng/s  vòng/ph  m3/s  m3/h  Pa  mm H2O  %   16  960  4  14500  108  11  55   Công suất cần thiết của quạt : VI. TÍNH VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ : 1.Tháp giải nhiệt (Cooling Tower): * Phương trình cân bằng nhiệt có thể viết dưới dạng: Qk = Cw x ρw x Vw x (tw2 – tw1) = Vk x ρk x (hk2 + hk1) với Qk: nhiệt lượng thải ra ở thiết bị ngưng tụ (kw) Cw: nhiệt dung riêng của nước (kj/kg.K) ρw: khối lượng riêng của nước (kg/m3) Vw: lưu lượng nước (m3/s) Vậy lưu lượng nước tuần hoàn trong tháp giải nhiệt: Hiệu suất của tháp giải nhiệt : * Điều kiện vận hành của tháp : + tkk=27oC +
+ tư=24.5oC Điều kiện vận hành : tw1=tư+5.5=30oC Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng : tw2=tw1+5=35oC Nhiệt độ ngưng tụ là : tk=tw2+5=40oC Tra hình 8-29 được số hiệu chỉnh k=0.9 (NDL-KTLUD) Vậy
Tính chuyển sang ton :
Vậy chọn tháp giải nhiệt FRK20 có Vw = 4.4l/s 2. Bình chứa cao áp : Bình chứa cao áp được bố trí ngay sau thiết bị ngưng tụ dùng để chứa lỏng môi chất ở áp suất cao, giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ, duy trì sự cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu. Thường nó được đặt dưới bình ngưng và cân bằng áp suất với bình ngưng bằng các ống cân bằng hơi và lỏng . Thể tích bình chứa cao áp được tính theo công thức thực nghiệm: với G: lưu lượng NH3 (kg/h) v1 = 1.73 x 10-3 m3/kg : thể tích riêng của ga lỏng sau quá trình ngưng tụ 0.8 : hệ số làm đầy Chọn bình chứa cao áp hiệu RL 0.5 có các thông số sau: Thông số  Kí hiệu  Đơn vị  Giá trị   Thể tích  V  m3  0.5   Đường kính  D  mm  495   Chiều dài  L  mm  3220   Chiều cao phủ bì  H  mm  830   Đường kính ống ga vào  dv  mm  38   Đường kính ống ga ra  dr  mm  25   Khối lượng  M  kg  365   3.Bình tách lỏng Bình tách lỏng được bố trí trên đường hút máy nén để tách môi chất lỏng khỏi hơi hút về máy nén, đảm bảo hơi hút về máy nén ở trạng thái hơi bão hòa khô, tránh nguy cơ va đập thủy lực ở máy nén. Tiết diện của bình: Với G = 0.0414 kg/s : lưu lượng tác nhân v" = 0.96 m3/kg : thể tích riêng của ga sau quá trình bốc hơi v = 0.5 m/s : vận tốc của ga vào bình tách lỏng Chọn bình tách lỏng hiệu OT50 có các thông số như sau: Thông số  Đơn vị  Giá trị   Đường kính  mm  325   Chiều cao phủ bì  mm  1840   Đường kính ga hơi vào  mm  50   Đường kính ga lỏng vào  mm  25   Đường kính ống dịch hoàn lưu  mm  40   Đường kính ống đáy dầu  mm  133   4. Bình chứa tuần hoàn Bình chứa tuần hoàn lắp đặt phía áp suất thấp và sử dụng như một bình chứa để bơm tuần hoàn môi chất lỏng lên dàn lạnh.Chọn bình chứa tuần hoàn đứng (có thể dùng làm bình tách lỏng). Thể tích bình chứa tuần hoàn : V = Vdq x k2 x k3 x k4 x k5 x k6 x k7 với Vd = 0.15 m3 : thể tích dàn quạt k2 = 0.7 : sự điền đầy dàn quạt (hệ thống không có bơm) k3 = 0.3 :lượng lỏng tràn khỏi dàn k4 = 1.2 : sức chứa ống góp và đường ống k5 = 1.55 : sự điền đầy lỏng khi bình chứa làm việc để đảm bảo bơm hoạt động k6 = 1.45 : mức lỏng cho phép trong bình chứa thẳng đứng k7 = 1.2 : hệ số an toàn Chọn bình chứa hiệu 1.5PДB có các thông số như sau: [5] Thông số  Kí hiệu  Đơn vị  Giá trị   Đường kính  D  mm  800   Bề dày  s  mm  8   Chiều cao  H  mm  3880    B  mm  1116   Thể tích  V  m3  1.68   Khối lượng  M  kg  785   5. Bình tách dầu [1] : Bình tách dầu được lắp vào đường đẩy của máy nén NH3 để tách dầu ra khỏi hơi nén trước khi vào thiết bị ngưng tụ. Bình tách dầu được chọn theo đường kính bình hoặc đường kính ống nối máy nén. Tiết diện của bình : Trong đó G = 0.0414 kg/s : lưu lượng NH3 v” = 0.083 m3/kg : thể tích riêng của hơi nén phía đầu đẩy máy nén v: vận tốc của ga vào bình tách dầu (m/s) Theo qui ước vận tốc ga vào bình tách dầu là: v ≤ 0.5 m/s Đường kính của bình tách dầu: Chọn bình tách dầu hiệu M1952 có các thông số như sau : Thông số  Đơn vị  Giá trị   Đường kính  mm  230   Chiều cao  mm  900   Chiều cao phủ bì  mm  1100   Đường kính ga vào  mm  50   Đường kính ga ra  mm  50   Đường kính ống dầu  mm  15   Khối lượng  kg  60   VIII.6. Bình chứa dầu : - Bình chứa dầu dùng để thu gom dầu từ bình tách dầu và các bầu dầu của các thiết bị - Dựa vào các thông số của bình tách dầu đã chọn ta chọn bình chứa dầu có các thông số như sau : Bình chứa  kích thước, mm  thể tích, m3  khối lượng   dầu  DxS  B  H     kg   300CM  325x9  765  1270  0.07  92   VIII.7. Van : - Trong các máy lạnh lớn phải lắp van một chiều trên đường đẩy đề phòng đề phòng amoniac ở dàn ngưng quay về máy nén trong trường hợp máy nén bị hỏng. Ngoài ra người ta còn lắp van một chiều chung cho toàn hệ thống ngay trước thiết bị ngưng tụ.