Thiết kế hệ thống lạnh bảo quản thực phẩm

ấn đề đó sẽ được thực hiện trong Đồ án môn học Kỹ thuật lạnh . Với yêu cầu thiết kế một hệ thống lạnh bảo quản thực phẩm như rau quả , thịt lợn, cá ... Đối với mỗi một đối tượng thì sẽ có những yêu cầu và tính toán khác nhau không ngoài mục đích làm cho sản phẩm sau khi bảo quản lạnh đảm bảo được một nhiệt độ cần thiết mà vẫn đáp ứng được giá trị dinh dưỡng cho người sử dụng .Thông qua đồ án thiết kế hệ thống lạnh bảo quản thực phẩm dưới đây chúng ta sẽ thực hiện được điều mà chúng ta cần làm . Tuy nhiên do lần đầu tiên được trực tiếp làm đồ án chuyên nghành lạnh nên bản đồ án dưới đây không tránh khỏi những thiếu sót em xin nhận mọi ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo. Em mong các thầy cô giáo xem xét và giúp đỡ để em có thể đạt được kết quả tốt hơn.Qua đây, em xin được cám ơn các thầy Đinh Văn Hiền và các thầy thuộc bộ môn KTL và ĐHKK, Viện KH&CN Nhiệt - Lạnh đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này. Hà Nội Ngày 8 tháng 6 năm 2006 Sinh Viên Nguyễn Tuấn Ninh Chương 1 tính kích thước và bố trí mặt bằng kho lạnh I.Đặt vấn đề Kho lạnh là một dạng kho có cấu tạo và kiến trúc đặc biệt dùng để bảo quản các sản phẩm hàng hoá (thực phẩm) khác nhau ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thích hợp. Do nhiệm vụ bảo khac nhau nên có nhiều loại kho lạnh khác nhau. Ngày nay đã có rất nhiều các loại kho lạnh lớn nhỏ khác nhau, phục vụ cho các mục đích khác nhau đóng góp một phần không nhỏ vào việc bảo quản, dự trữ và phân phối lương thực, thực phẩm một cách hiệu quả trên phạm vi toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Ví dụ: kho lạnh dùng để phân phối, kho lạnh chế biến, kho lạnh trung chuyển, kho lạnh thương nghiệp, kho lạnh dùng trong vận tải (tầu thuỷ, ôtô). Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế kho lạnh bảo quản thịt lợn, có dung tích kho lạnh E= 7200 tấn; năng suất kết đông M1= 72 tấn/24h; và năng suất bể nước đá M2 = 15 tấn/24h. Do vậy đối với nhiệm vụ trên, thi kho lạnh được chia ra làm các buồng lạnh có các nhiệt độ khav nhau, làm các chức năng bảo quản khác nhau: + buồng bảo quản lạnh: với nhiệt độ 0C + Buồng bảo quản đông, với nhiệt độ buồng khoảng -18C + Buồng kết đông, nhiệt độ buồng khoảng -34C + Buồng bảo quản nước đá, với nhiệt độ khoảng -4 + Buồng đa năng, nhiệt độ khoảng -12C. Mục đích của buồng đa năng là có khả năg tăng nhiệt độ lên tới 0C để được sử dụng như buồng bảo quản lạnh, hoặc giảm nhiệt độ xuống -18C để được sủ dụng như buồng bảo quản đông. Thiết bị kho lạnh nói chung cần đạt được các tiêu chuẩn: + Phải đáp ứng được yêu cầu khắt khe của sản phẩm xuất khẩu. + Phải tiêu chuẩn hoá các dạng kho lạnh + Phải có khả năng cớ giới cao trong việc bốc xếp hàng hoá + Vốn hợp lý, tính kinh tế, có thể dùng các thiết bị trong nước. Với các yêu cầu này người thiết kế cần đưa ra các phương án thiết kế cụ thể phù hợp với điều kiện sẵn có. ii. Xác định diện tích xây dựng 1.Xác định diện tích kho lạnh a_Thể tích chất tải của buồng lạnh Thể tích của chất tải được tính theo công thưc: V = Trong đó: E : dung tích của các buồng lạnh, trong đó E = 7200 tấn gv : Mức độ chất tải. Đối với sản phẩm thịt lợn đổ đống ,theo mục 2.5 bảng 2-4[1], chọn gv = 0,35 tấn/m3 V : Thể tích của kho lạnh ( m3) Khi đó: Ta chọn dung tích của các buồng lạnh và đông như sau: Buồng bảo quản đông: Vbqđ = 70%V = 0,7.V ( Ebqđ = 0,7.E ) Buồng bảo quản lạnh: Vbql = 15%V = 0,15.V ( Ebql = 0,15.E ) Buồng vạn năng: Vvn = 15%V = 0,15.V ( Evn = 0,15.E ) V = 20517 (m3) b_Diện tích chất tải Diện tích của chất tải được tính theo công thức: F = Trong đó: V: thể tích chất tải của buồng lạnh; h: chiều cao chất tải (chiều cao của sản phẩm). ở đây ta dùng kho lạnh một tầng, ta chọn chiều cao xây dựng là 5m; bước cột 6x6m; chọn dàn bay hơi kiểu trần có khoảng cách treo la 0,4m; khoảng cách phần lồi của trần là 0,2m; khoảng cách từ dàn bay hơi đến bề mặt chất tải 0,2m. Do đó chiều cao chất tải: h = 5-(0,4+0,4+0,2)=4m. Khi đó: Diện tích chất tải: F = (m2) c_kiểm tra phụ tải cho phép trên 1m2 diện tích sàn Ta có: gv.h = 0,35.4.1000 = 1400 (kg/m2) < 4000 (kg/m2) Vậy yêu cầu của bài toán được thoả mãn. d_ Số ô xây dựng của kho lạnh Ta có: nxd = Trong đó: F: Diện tích của chất tải (m2) bf: Hệ số sử dụng diện tích của kho lạnh. chọn bf = 0,83[1]; Diện tích buồng bảo quản đông cần xây dựng là: nxd = ô 2. Xác định diện tích buồng kết đông + Diện tích buồng kết đông với năng suất M1 = 72T/24h. Ta có: Fkđ = Trong đó: M1: công suất buồng kết đông Gf:tiêu chuẩn chất tải trên 1m chiều dài giá treo, gv = 0,35tấn/m2 [1] Vậy: Fkđ = = 205,7 m2 số ô xây dựng : ô Vởy chọn số ô xây dựng là 6 ô. 3. Bể đá và buồng chứa đá Năng suất bể đá M2=15tấn/24h Vì điều kiện đặc thù nên phải xây dựng một buồng chứa đá có dung tích có thể chứa đá trong 4 ngày liền chạy công suúat như trên. Do đó Mđá = 15.4 = 60 tấn. Thể tích chất tải : Tương tự chọn chiều cao chất tải hc = 4m. Do đó diện tích F=17m ị chọn số ô xây dựng = 1ô. 4.Bố trí mặt bằng kho lạnh Diện tích các buồng lạnh phụ trợ: Số ô xây dựng cho toàn kho lạnh: n= nbql+nkd+npt ịn= 172 + 6 + 0,3.178 = 231 ô. Tuy nhiên theo [1] tỉ lệ các buồng bảo quản đông : bảo quản lạnh : buồng đa năng = 2:6:2. Do đó số ô xây dựng buồng bảo quản lạnh : 30 ô ; buồng đa năng :30 ô ; còn lại buồng bảo quản đông: 112 ô Chương II TíNH CáCH nhiệt và cách ẩm Cấu trúc tường ngoài của kho lạnh với môi trường bên ngoài Cấu trúc tường ngoài của khoa lạnh được xác định với mặt có nhiệt độ thấp nhất. Do đó ta chọn tính toán cách nhiệt cách ẩm với bề mặt ngoài với buồng bảo quản đông. Nhiệt độ trong buồng: Môi trường bên ngoài tính theo tháng nóng nhất ở Hà Nội. Theo bảng 1.1[1] ta có: Cấu trúc của tường dược biểu diễn như hình vẽ Theo bảng 3-3[1], ta tra được hệ số truyền nhiệt của vách từ ngoài không khí vào buồng bảo quản đông (-20 0C) là: k = 0,21 (W/m2K) Theo bảng 3-7[1], có hệ số toả nhiệt trong và ngoài buồng: αf = 23,3 (W/m2K) αb = 8 (W/m2K) Chiều dày của các lớp vật liệu xây dựng,vật liệu cách nhiệt,cách ẩm tự chọn. Hệ số dẫn nhiệt,dẫn ẩm của các lớp vật liệu xây dựng,vật liệu cách nhiệt tra theo bảng 3-1 và 3-2. Ta được bảng sau: Lớp Chiều dày(m) Hệ số dẫn nhiệt l (W/mK) Hệ số dẫn ẩm m(g/mhMPa) Vữa xi măng 0,02 0,88 90 Gạch đỏ 0,38 0,82 105 Bitum 0,004  0,3  0,86  Xốp polystirol ? 0,047 7,5 a)Xác định chiều dày cách nhiệt Chiều dày cách nhiệt được xác định theo công thức (3-2)[1]: δCN = λCN [1/k - ( 1/α1 + ∑ δi/ λi + 1/ α2)] =0,047.[] = 0,2 (m) Chọn chiều dày cách nhiệt δCN = 0,2 (m) Hệ số truyền nhiệt thực tế theo (3-1)[1]: kt = (W/m2K) b)Kiểm tra đọng sương Điều kiện để bề mặt vách ngoài (hoặc bề mặt vách phía nóng ) không bị đọng sương (đổ mồ hôi) là nhiệt độ bề mặt vách tw1 phải cao hơn nhiệt độ đọng sương ts hoặc hệ số truyền nhiệt phải nhỏ hơn hệ số truyền nhiệt đọng sương ks .Theo công thức 3_7[1]: k 0,95ks ; k = ; ks = Trong đó : 0,95 - hệ số an toàn ; - Hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài phòng lạnh, W/m.K ; Theo bảng 1-1,nhiệt độ mùa hè tại Hà Nội t1 = tkk = 37,20C ; độ ẩm φ1 = 83% nên tra đồ thị h-x ta được: ts = 34,6 0C t2 = tb = -20 0C => α1 = 23,3 (W/m2K) Hệ số truyền nhiệt đọng sương: ks = 0,95.23,3. , (W/m2K) Ta thấy kt = 0,21 (W/m2K) Vách ngoài không bị đọng sương. c)Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt Mật độ dòng nhiệt qua cơ cấu cách nhiệt: q = kt .∆t = 0,21.(37,2- (-20)) = 12 (W/m2) Nhiệt độ bề mặt các lớp vách: t1 = tkk - q/ α1 = 37,2 - 12/ 23,3 = 36,7 0C t2 = t1 - q. δ1/ λ1 = 36,7 -12.0,02/ 0,88 = 36,4 0C t3 = t2 - q. δ2/ λ2 = 36,4 -12.0,2/ 0,82 = 33,5 0C t4 = t3 - q. δ3/ λ3 = 33,5 -12.0,02/ 0,88 = 33,2 0C t5 = t4 - q. δ4/ λ4 = 33,2 - 12.0,004/ 0,3 = 33 0C t6 = t5 - q. δ5/ λ5 = 33 - 12.0,2/ 0,047 = -18 0C t7 = t6 - q. δ6/ λ6 = -18 - 12.0,02/ 0,88 = - 18,3 0C tb = t7 - q / α2 = -18,3 - 12/ 8 = - 20 0C Vách 1 2 3 4 5 6 7 Nhiệt độ t, C 36,7 36,4 33,5 33,2 33 -18 -18,3 áp suất px”, Pa 6174 6074 5174 5087 5029 124,7 116,7 Tra bảng 7_10 [2] ta được: Dòng hơi ẩm qua kết cấu bao che: ω = Trong đó : • ph1 và ph2 là phân áp suất không khí bên ngoài và trong phòng ph1 = px”(t = 97,2 0C). φ1 = 6344.0,83 = .5265,5.10-6 MPa ph2 = px”(t = - 200C). φ2 = 103.0,9 = 93.10-6 Mpa • H là trở thấm hơi của kết cấu bao che H == 3.= 0,0356 (m2hMPa/g) Từ đó: ω = =(g/ m2h) Phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt: px2 = ph1 - ω.δ1/μ1 = 5265,5 - 0,1453.0,02/53.106 = 5233,2 Pa px3 = px2 - ω.δ2’/μ2 = 5233,2 - 0,1453.0,38/105.106 = 4767,4 Pa px4 = px3 - ω.δ3/μ3 = 4767,48 - 0,1453.0,38/90.106 = 4675,1 Pa px5 = px4 - ω.δ4/μ4 = 4675,1 - 0,1453.0,004/0,86.106 = 3999,3 Pa px6 = px5 - ω.δ5/μ5 = 3999,3 - 0,1453.0,2/7,5.106 = 124,6 Pa px7 = px6 - ω.δ6/μ6 = 124,6 - 0,1453.0,02/90.106 = 92,3 Pa Ta thấy kết cấu này đảm bảo vì pxi < pxi’’. Vậy kết cấu cách ẩm đạt yêu cầu ! Đồ thị p - δ: II) Cấu trúc tường buồng kết đông và hành lang ,tb =-34 0C Xác định chiều dày cách nhiệt giữa hai môi trường có nhiệt độ và độ ẩm như sau : Trong buồng : hành lang : Cấu trúc xây tường ngoài kho lạnh được biểu diễn trên hình vẽ. Theo bảng 3-4[1], ta tra được hệ số truyền nhiệt của vách từ ngoài không khí vào buồng kết đông ( -34 0C) là: k = 0,27 (W/m2K) và hệ số toả nhiệt theo bảng 3-7[1]: α1 = 23,3 (W/m2K) α2 = 8 (W/m2K) Làm tương tự như phần trên ta được bảng sau: Lớp Chiều dày d (m) Hệ số dẫn nhiệt λ(W/mK) Hệ số dẫn ẩm μ (g/mhMPa) Vữa xi măng 0,02 0,88 90 Bê tông bọt 0,2 0,29 184 Bitum 0,004 0,3 0,86 Xốp polystirol ? 0,047 7,5 a)Xác định chiều dày cách nhiệt Chiều dày cách nhiệt được xác định theo công thức (3-2)[1]: δCN = λCN [1/k - ( 1/α1 + ∑ δi/ λi + 1/ α2)] = 0,047.[1/0,27-(1/23,3+3.0,02/0,88+0,004/0,3+ 0,2/0,29+1/8)] = 0,13 (m) Chọn chiều dày cách nhiệt δCN = 0,15 (m) Hệ số truyền nhiệt thực tế theo (3-1)[1]: kt = = 0,24 (W/m2K) b)Kiểm tra đọng sương Tương tự, ta có:tf = 18 0C ;φf = 80% => tra đồ thị h-x ta được: ts = 14 0C t2 = tb = 34 0C và α1 = 23,3 (W/m2K) Với hệ số an toàn 0,95 =>Hệ số truyền nhiệt đọng sương: ks = 0,95.23,3.(W/m2K) Ta thấy kt = 0,24 (W/m2K) Vách ngoài không bị đọng sương. c)Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt Mật độ dòng nhiệt qua cơ cấu cách nhiệt: q = kt .∆t = 0,24.(18 + 34) =12,48 (W/m2) Nhiệt độ bề mặt các lớp vách: t1 = tf1 - q/ α1 = 18 –12,48/ 23,3 = 17,5 0C t2 = t1 - q. δ1/ λ1 = 17,5 –12.48.0,02/ 0,88 = 17,20C t3 = t2 - q. δ2/ λ2 = 17,2 –12,48.0,2/ 0,29 = 8,6 0C t4 = t3 - q. δ3/ λ3 = 8,6 –12,48.0,02/ 0,88 = 8,3 0C t5 = t4 - q. δ4/ λ4 = 8,3 –12,48.0,004/ 0,3 = 8,1 0C t6 = t5 - q. δ5/ λ5 =8,1 – 12,48.0,15/ 0,047 = -31,7 0C t7 = t6 - q. δ6/ λ6 = -31,7 –12,48.0,02/ 0,88 = -32 0C tf2 = t7 - q / α2 = -32 –12,48/8 = -34 0C Tra bảng 7_10[2] ta được bảng sau: Vách 1 2 3 4 5 6 7 Nhiệt độ t, 0C 17,5 17,2 8,6 8,3 8,1 -31,7 -32 áp suất px”, Pa 1999,5 1961,6 1117,2 1094,7 1080 36,2 30,2 Dòng hơi riêng qua kết cấu bao che: ω = với: ph1 = px”(t = 180C). φ13 =2062,6.0,8 = 1650.10-6 MPa ph2 = px”(t = -34 0C). φ2 =24,7.0,9 = 22,23.10-6 Mp H = = 3.0,02/90 + 0,2/184 + 0,004/0,86 + 0,15/7,5 = 0,026 (m2hMPa/g) Từ đó: ω = = (g/ m2h) Phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt: px2 = ph1 - ω.δ1/μ1 =1650 - 0,06.0,02/90.106 = 1637 Pa px3 = px2 - ω.δ2’/μ2 = 1637 - 0,06 .0,2/184.106 = 1009 Pa px4 = px3 - ω.δ3/μ3 = 1572 - 0,06 .0,02/90.106 = 1006 Pa px5 = px4 - ω.δ4/μ4 = 1006 - 0,06 . 0,004/0,86.106 <0 => hầu như không còn ẩm nữa ! Ta thấy kết cấu này đảm bảo vì pxi < pxi’’ III)Cấu trúc trần của kho lạnh Chiều dày,hệ số dẫn nhiệt của các lớp được chọn trong bảng sau: Lớp Chiều dàyd (m) Hệ số dẫn nhiệt λ(W/mK) Phủ mái và cách ẩm 0,012 0,3 Bê tông giằng 0,04 1,4 Cách nhiệt điền đầy ? 0,2 Tấm cách nhiệt xốp stirôpho 0,1 0,047 Lớp bê tông giằng cốt thép chịu lực 0,22 1,5 a)Xác định chiều dày cách nhiệt cho buồng bảo quản đông(tb =-20 0C) Từ tb = - 200C => tra bảng 3-3 và 3-7 ta được: k = 0,2 (W/m2K) α1 = 23,3 (W/m2K) α2 = 7 (W/m2K) Chiều dày cách nhiệt: δ3 = 0,08.[] = 0,198 m Chọn chiều dày cách nhiệt δ3 = δCN = 0,2 m => chiều dày của lớp cách nhiệt điền đầy và lớp xốp polystirol là 0,2 (m) b)Xác định chiều dày cách nhiệt cho buồng bảo quản lạnh(tb =0 0C) Từ tb = 0 0C => tra bảng 3-3 và 3-7 ta được: k = 0,31 (W/m2K) α1 = 23,3 (W/m2K) α2 = 9 (W/m2K) Chiều dày cách nhiệt: δ3 = 0,08.[] = 0,14 m. Chọn chiều dày cách nhiệt δ3 = δCN = 0,15m => chiều dày lớp cách nhiệt tổng cộng của mái buồng bảo quản lạnh là 0,15 + 0,05 = 0,2m.Ta thấy chiều dày cách nhiệt của mái buồng bảo quản lạnh bằng buồng bảo đông = 0,2 m. Như vậy chiều dày cách nhiệt tổng cộng của mái buồng bảo quản lạnh là 0,2 (m). IV) Cấu trúc nền kho lạnh 1 2 3 4 5 6 1 : Nền nhẵn 2 : Lớp đệm bêtông 3 : Lớp cách nhiệt 4 : Lớp bêtông có lớp điện trở đốt nóng 5 : Lớp cách ẩm 6 : Lớp đệm bêtông đá dăm để làm kín nền kho Cấu trúc nền kho lạnh được biểu diễn trên hình 3-5[1]. Chiều dày , hệ số dẫn nhiệt của các lớp được chọn trong bảng sau: Lớp Chiều dày δ (m) Hệ số dẫn nhiệt λ(W/mK) Nền nhẵn bằng bêtông 0,04 1,4 Đệm bê tông 0,04 1,4 Cách nhiệt (hạt perlit xốp) ? 0,08 Bê tông có dây điện trở 0,1 - Cách ẩm - - Bê tông có đá dăm - - Tra bảng 3-6 ta có: k = 0,21 (W/m2K) α1 = 10,5 (W/m2K) Chiều dày lớp cách nhiệt là: δ3 = 0,08. [1/ 0,21 - ( 0,04/ 1,4 + 0,1/ 1,4 + 1/ 10,5)] = 0,365 m Chọn chiều dày lớp cách nhiệt là 0,4 m Chương III TíNH nhiệt KHO LạNH và TíNH NHIệT Bể Đá Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh: Q = ∑Qi = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 (W) với: Q1 - Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che Q2 - Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì toả ra Q3 - Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh Q4 - Dòng nhiệt vận hành Q5 - Dòng nhiệt do thực phẩm “ thở ” Sau đây ta đi tính các dòng nhiệt này. 3.1. Diện tích của các vách Dòng Q1 = Q + Q Q1T - Tổn thất qua tường bao, trần và nền kho lạnh Q1B - Tổn thất qua tường bao và trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời Hai dũng nhiệt trờn được tớnh như sau: *Q1T=Q1v+Q1n+Q1t; trong đó : Q1v: dòng nhiệt tổn thất qua vách (qua tường),xác định theo công thức: Q1v = kt.Fv.(t1 - t2) (W) (1) kt : Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che, W/m2K Fv : Diện tích bề mặt kết cấu bao che , m2 t1 : Nhiệt độ môi trường bên ngoài, 0C t2 : Nhiệt độ trong buồng lạnh, 0C Q1t: dòng nhiệt tổn thất qua trần của buồng lạnh,xác định theo công thức Q1t= k.Ft.(t1-t2) Qn: dòng nhiệt tổn thất qua nền của buồng lạnh, được xác định theo công thức: +) Đối với các nền có sưởi, các phòng có nhiệt độ nhỏ hơn 10 0C. Q1n=kn.Fn.(tn-t2),W Trong đó tn=4 0C +) Đối vơi nền không có sưởi: Qm=Σkq.Fn.(t1-t2).m Kq: hệ số dẫn nhiệt tương đương cho từng vùng, với diện tích tương ứng là Fn. * Q1B : xác định theo công thức: Q1B = kt.Fbx.∆t12 (W) (2) Kt : hệ số truyền nhiệt thực của vách ngoài; Fbx : diện tích nhận bức xạ trực tiếp của mặt trời; ∆t12: Hiệu nhiệt độ dư, 0C được xác định theo bảng (4-1) Kho lạnh được xây dựng tại Hà Nội , nhiệt độ môi trường bên ngoài chọn để tính toán là là nhiệt độ trung bình trong năm : t1= 33 0C Kết quả tính toán được tổng hợp trong bảng sau: phòng Q1v(W) Q1n Q1t Q1B Q1 Bảo quản đông 13859,2 20321,3 16088 64022,4 114290,9 Bảo quản lạnh 2927,4 2268 3628,8 5112 13936,2 đa năng 4919 3175,2 893 4248 13235,2 Kết đông 2995,2 1723,7 820,8 1685 7224,7 Bể đá+bảo quản đá 604,8 37,8 178 137 957,6 3.2.Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì toả ra Q2 Q12 = Mnh(h1 – h2)., kW Trong đó: + h1 : entanpi của sản phẩm trước khi làm lạnh, tra theo bảng 4_2[1] Tra theo sản phẩm thịt lợn, ở 25 0C với các buồng kết đông,bảo quản lạnh, buồng đa năng; và nước ở 25 0C với bể đá. + h2 : entanpi của sản phẩm sau khi làm lạnh, tra theo bảng 4_2 [1] Tra theo sản phẩm thịt lợn, ở -10 0C với các buồng kết đông,bảo quản lạnh 00C buồng đa năng -50C ; và nước ở -4 0C với bể đá. + Mnh :công suất buồng gia lạnh công suất buồng kế đông hoặc lượng hàng nhập vào buồng bảo quản lạnh hoặc buồng bảo quản đông. Lượng sản phẩm nhập vào các buồng tương ứng : - Buồng bảo quản đông : Mbqd= ,t/24h_ theo công thức 4_9 [1] ; Ebqd là dung tích buồng bảo quản đông. Có Ebqd=0,6.7200= 4320(tấn).=> Mbqd=0,3.4320=1296 t/24h - Buồng bảo quản lạnh : Mbql= ,t/24h _ theo công thức 4_8[1]; Có dung tích buồng bảo quản lạnh Ebql=0,2.7200=1440 (tấn)=> Mbql=0,025.1440=36 t/24h. Tương tự có công suất buồng đa năng, Mbdn=36 t/24h. Ngoài ra còn có dòng nhiệt tỏa ra từ bao bì, theo công thức 4_13[1]: Q2b=Mb.Cb.(t1-t2).0,0116 Trong đó lấy khối lượng bao bì bằng 0,1 khối lượng sản phẩm trong các buồng bảo quản lạnh, bảo quản đông, kết dông và buồng đa năng. Chọn Cb=1,46kJ/kg.K *Lượng sản phẩm nhập vào các buồng khi tính phụ tải nhiệt cho thiết bị trong một ngày đêm vào buồng bảo quản lạnh và buồng bảo quản đông bằng 8% dung tích buồng nếu dung tích buồng nhỏ hơn 200tấn và bằng 6% nếu dung tích buồng lớn hơn 200tấn . Kết quả thể hiện trong bảng dưới đây : Phòng Bảo quản đông Bảo quản lạnh Kết đông đa năng Bể đá Q12 433,5 7,4 216 105,4 21,2 Q2b 21,9 1,5 4,3 1,8 0,23 Q2 455,4 8,9 220,3 107,2 21,43 Chú ý: đơn vị của các dòg nhiệt trên là kW 3.3.Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh Q3 Dòng nhiệt Q3 được tính theo công thức sau: Q3 = Mk.(h1 - h2) với Mk - Lưu lượng không khí của quạt thông gió, m3/s h1,h1 - Entanpi của không khí ngoài và ở trong buồng, kJ/kg Dòng nhiệt Q3 chỉ tính cho các buồng lạnh đặc biệt bảo quản rau quả và các sản phẩm “ thở ” . Dòng nhiệt chủ yếu do không khí nóng ở bên ngoài đưa vào buồng lạnh thay thế cho không khí lạnh trong buồng để đảm bảo sự “thở ” của các sản phẩm bảo quản. Nhưng do đây là kho lạnh bảo quản thịt lợn nên trong trường hợp này không cần thông gió . Vì vậy dòng nhiệt do thông gió Q3 = 0. 3.4.Dòng nhiệt vận hành Q4 Q4 = ∑Qi , W Trong đó các dòng nhiệt thành phần: • Dòng nhiệt do chiếu sáng buồng: Q41 = A.F với: A- Nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng 1 m2 diện tích buồng , chọn A =1,2 W/m2 vì đây là kho lạnh bảo quản. F - Diện tích buồng, m2 • Dòng nhiệt do người toả ra: Q42 = 350.n với: n - Số người, chọn số người làm việc trong mỗi buồng bảo quản và buồng đa năng là 4 người, và 2 người trong buồng kết đông, và buồng đá. 350 - Nhiệt lượng do 1 người toả ra khi làm việc nặng nhọc,350 W/người • Dòng nhiệt do các động cơ điện toả ra: Q43 = 1000.N với: N - Công suất của động cơ điện, kW. Chọn N = 4 kW đối với các buồng bảo quản, và N=15kW đối với buồng kết đông, N = 1 kW với các kho trữ đá và bể đá. • Dòng nhiệt khi mở cửa: Q44 = B.F với: B - Dòng nhiệt riêng khi mở cửa, W/m2; lấy theo bảng 4_4 [1] Dòng nhiệt vận hành Q4 là tổng các dòng nhiệt vận hành thành phần , và kết quả theo bảng sau: Buồng Bảo quản đông Bảo quản lạnh Đa năng Kết đông Buồng trữ đá Q41 4838,4 1296 1296 259,2 43,2 Q42 1400 1400 1400 700 700 Q43 4000 4000 4000 15000 1000 Q44 32256 12960 12960 2592 2808 Q4 42494,4 19656 19656 18551,2 4551,2 3.5.Dòng nhiệt do rau quả hô hấp Q5 Dòng nhiệt Q5 chỉ xuất hiện ở các kho lạnh bảo quản rau hoa quả “ thở ” đang trong quá trình sống . Nhưng vì đây là kho lạnh bảo quản thịt lợn nên trong trường hợp này dòng nhiệt Q5 = 0; 3.6.Bảng tổng hợp các kết quả tính toán. Đối với máy nén ta lấy 75%Q4, còn với thiết bị thì lấy 100%Q4; tương tự lấy 80%Q1, còn với thiết bị thì lấy 100%Q1 Từ các kết quả tính toán ở trên, ta tổng hợp thành bảng như sau: Q1(W) Q2(W) Q4(W) Máy nén(W) Thiết bị(W) Bảo quản đông 114290,9 455400 42494,4 507031 612185 Bảo quản lạnh 13936,2 8900 19656 24756 42492,2 Đa năng 13235,2 220300 19656 245630 253191,2 Kết đông 7224,7 107200 18551,2 126893 132975,9 Bể đá & kho trữ đá 957,6 21430 4551,2 25609 26938,7  Chương IV tính chọn máy nén chọn chế độ làm việc đối với máy lạnh: * Nhiệt độ bay hơi: to=tb-Dt, 0C ; Ở các buồng bảo , buồng đa năng, kết đông, kho trữ đá chọn phương pháp làm lạnh trực tiếp với Dt = 100C; ở bể đá phương pháp lạnh nước muối nên Dt = 50C. *nhiệt độ quá nhiệt: Dtqn= 70C tqn= to+ Dtqn *nhiệt độ ngưng tụ: tk = tw2 + Dtk tw2 = tw1 + Dtw tw1 = tư + Dt trong đó: Dtk = 3ữ50C, chọn Dtk= 40C; Dtw= 2ữ60C, chọn D tw= 40C; Dt = 2ữ40C , chọn Dt=30C; Kho lạnh xây dựng tại Hà Nội, chọn nhiệt độ trung bình nóng nhất trong năm: theo [2] có tư= 340C và Ikk=32kCal/kg. Vậy ta có nhiệt độ ngưng tụ cho cả hệ thống:tk=450C. *Nhiệt độ quá lạnh: tql=tw1+50C = 420C. Với môi chất lạnh NH3 theo [2] ta có bảng sau: Tb(0C) T0(0C) Po(bar) Pk(bar) p Bảo quản đông -20 -30 1,19 17,82 15 đa năng -12 -22 1,74 10,2 Bảo quản lạnh 0 -10 2,91 6,1 Bể đá -12 -17 2,17 8,2 Kho trữ đá -4 -14 2,46 7,2 Buồng kết đông -34 -44 0,58 30,7 Từ bảng trên ta chọn với các buồng lạnh nào có tỉ số nén p > 9 thì buồng đó phải chọn nén hai cấp, bao gồm : buồng bảo quản đông, buồng đa năng và buồng kết đông; còn lại chọn sơ đồ có một cấp nén. I) chọn máy nén cho buồng kết đông: Chọn chu trình nén hai cấp bình trung gian có ống xoắn, với áp suất trung gian: =3,2bar. Chu trình máy nén trên đồ thị lgp – i như sau: Kiểm tra máy nén Chế độ làm việc ( tk = 450C ). Tra đồ thị ta xác định được thông số tại các điểm như sau: Điểm t, 0C P,MPa i, kJ/kg v, dm3/kg 1 -44 0,058 1618 - 1’ -37 0,058 1710 2,1 2 70 0,32 1930 - 3º8 -8 0,32 1750 0,39 4 140 1,78 2070 - 5 45 1,78 720 - 6 -8 0,32 720 - 7 -8 0,32 460 - 9 42 1,88 475 - 10 -44 0,058 475 - Năng suất lạnh riêng: q0 = i1’ - i10 = 1710 – 475 = 1235 kJ/Kg Năng suất lạnh riêng thể tích: qv = = kJ/m3 Lưu lượng môi chất qua dàn bay hơi ở chế độ làm việc: m1 = kg/s Lưu lượng môi chất thực tế qua máy nén cao áp ở chế độ làm việc: m1.i2 + m6.i6 = m3.i3 m1.i2 + (m3 – m1).i6 = m3.i3 m3 = = kg/s Năng suất thể tích của máy nén hạ áp : VNHA= m1.v1’ = 0,1.2,1 = 0,21 m3/s Năng suất thể tích của máy nén cao áp: VNCA= m3.v3 = 0,12.0,39= 0,0468 m3/s Hệ số nạp ở cấp hạ áp được xác định theo đồ thị theo tỷ số nén: Chế độ làm việc : hạ áp: ị lHA = 0,75 cao áp: ị lCA = 0,76 Thể tích pittông quét VhNHA = m3/s VhNCA= m3/s - Theo bảng 7_3[1] chọn máy nén loại N42B có số vòng quay là 900vòng/phút, của hãng MYCOM. Năng suất lạnh của máy nén ở tk = 400C và t0 = -450C là: Năng suất tiêu chuẩn tin chuyển từ Q0: Q0TC = Q0. =126,8.(596,3.0,78)/ (588.0,75) = 134kW Với chế độ tiêu chuẩn: ị lT C = 0,78 Số lượng máy nén cần thiết: Ta chọn 4 máy nén để đảm bảo dự phòng. Công suất nén đoạn nhiệt NNHA= m1.(i2 - i1’) = 0,1.(1930 – 1710) = 22kW NNCA=m3.(i4 - i3) = 0,12.(2070 – 1750) = 38,4kW Hiệu suất chỉ thị của máy : hiNHA = hiNCA = 0,82 Công suất chỉ thị: NiNHA = kW NiNCA = kW Công suất ma sát: NmsNHA = Pims.VhNHA = 0,1344.216 = 29kW NmsNCA = Pims.VhNAC = 0,03. = 6,48kW. Công suất hiệu quả: NeNHA = NiNHA + NmsNHA = 26,8 + 29 = 55,8kW NeNCA = NiNCA + NmsNCA = 46,8 + 6,48 = 53,28 kW Công suất hiệu quả tổng: Ne = NeNCA + NeNHA = 55,8 + 53,28 = 109,08 kW Công suất tiếp điện của máy nén: Trong đó: htđ là hiệu suất truyền động, lấy htđ = 0,95. hel là hiệu suất của động cơ, lấy hel = 0,96. Nhiệt toả ra ở bình ngưng: QkKĐ = m3.(i4 - i5) = 0,12.(2070 - 720) = 162 kW. II) chọn máy nén cho buồng bảo quản đông. Chọn chu trình nén hai cấp bình trung gian có ống xoắn, với áp suất trung gian: =4,6bar. Chu trình máy nén trên đồ thị lgp – i như sau: Kiểm tra máy nén Chế độ làm việc ( tk = 450C ). Tra đồ thị ta xác định được thông số tại các điểm như sau: Điểm t, 0C P,MPa i, kJ/kg v, dm3/kg 1 -30 0,119 1422,5 - 1’ -23 0,119 1450 1,0 2 60 0,46 1600 - 3º8 2 0,46 1462,8 0,27 4 110 1,78 1700 - 5 45 1,78 410,5 - 6 2 0,46 410,5 - 7 2 0,46 460 - 9 42 1,78 475 - 10 -30 0,119 475 - Năng suất lạnh riêng: q0 = i1’ – i10 = 1450- 475 = 975 kJ/Kg Năng suất lạnh riêng thể tích: qv = = kJ/m3 Lưu lượng môi chất qua dàn bay hơi ở chế độ làm việc: m1 = kg/s Lưu lượng môi chất thực tế qua máy nén cao áp ở chế độ làm việc: m1.i2 + m6.i6 = m3.i3 m1.i2 + (m3 – m1).i6 = m3.i3 m3 = = kg/s Năng suất thể tích của máy nén hạ áp : VNHA= m1.v1’ = 0,52.1,0 = 0,52 m3/s Năng suất thể tích của máy nén cao áp: VNCA= m3.v3 = 1,1.0,27= 0,297 m3/s Hệ số nạp ở cấp hạ áp được xác định theo đồ thị theo tỷ số nén: Thể tích pittông quét VhNHA = m3/s VhNCA= m3/s - Theo bảng 7_3[1] chọn máy nén loại N42B có số vòng quay là 900vòng/phút, của hãng MYCOM. Năng suất lạnh của máy nén ở tk = 400C và t0 = -300C là: Năng suất tiêu chuẩn chuyển từ Q0=507kW tương tự quy về năng suất làm việc tiêu chuẩn: Q0tc= 520 kW Số lượng máy nén cần thiết: Ta chọn 7 máy nén để đảm bảo dự phòng. Công suất nén đoạn nhiệt NNHA= m1.(i2 - i1’) = 0,52.(1600 - 1450) = 78kW NNCA=m3.(i4 - i3) = 1,1.(1700 – 1462,8) = 361kW Hiệu suất chỉ thị của máy : hiNHA = hiNCA = 0,82 Công suất chỉ thị: NiNHA = kW NiNCA = kW Công suất ma sát: NmsNHA = Pims.VhNHA = 0,1344.1008 = 135kW NmsNCA = Pims.VhNAC = 0,03.1404 = 42,12kW. Công suất hiệu quả: NeNHA = NiNHA + NmsNHA = 95,1 + 135 =230,1kW NeNCA = NiNCA + NmsNCA = 440 + 42,12= 482,12 kW Công suất hiệu quả tổng: Ne = NeNCA + NeNHA = 230,1+482,12 =712,22 kW Công suất tiếp điện của máy nén: Trong đó: htđ là hiệu suất truyền động, lấy htđ = 0,95. Công suất toả ra ở thiết bị ngưng tụ là: QkBQĐ=m3.(i4-i5)=1,1.(1700-410,5)=1418kW. III, Chọn máy nén cho buồng đa năng: Chọn chu trình nén hai cấp bình trung gian có ống xoắn, với áp suất trung gian: =5,57bar. Chu trình máy nén trên đồ thị lgp – i như sau: Kiểm tra máy nén Chế độ làm việc ( tk = 450C ). Tra đồ thị ta xác định được thông số tại các điểm như sau: Điểm T, 0C P,MPa i, kJ/kg v, dm3/kg 1 -22 0,174 1433,9 - 1’ -15 0,174 1460 0,7 2 80 0,557 1640 - 3º8 7 0,557 1467,8 0,23 4 110 1,78 1700 - 5 45 1,78 410,5 - 6 7 0,557 410,5 - 7 7 0,557 460 - 9 42 1,78 475 - 10 -22 0,174 475 - Năng suất lạnh riêng: q0 = i1’ - i10 = 1460- 475 = 985 kJ/Kg Năng suất lạnh riêng thể tích: qv = = kJ/m3 Lưu lượng môi chất qua dàn bay hơi ở chế độ làm việc: m1 = kg/s Lưu lượng môi chất thực tế qua máy nén cao áp ở chế độ làm việc: m1.i2 + m6.i6 = m3.i3 m1.i2 + (m3 – m1).i6 = m3.i3 m3 = = kg/s Năng suất thể tích của máy nén hạ áp : VNHA= m1.v1’ = 0,25.0,7 = 0,175 m3/s Năng suất thể tích của máy nén cao áp: VNCA= m3.v3 = 0,29.0,23=0,0667 m3/s Thể tích pittông quét VhNHA = m3/s VhNCA= m3/s - Theo bảng 7_3[1] chọn máy nén loại N124B có số vòng quay là 900vòng/phút, của hãng MYCOM. Năng suất lạnh của máy nén ở tk = 400C và t0 = -300C là: Khi năng suất của máy nén làm việc ở nhiệt độ bốc hơi t0=-220C và tk=45cClà Q0MN = 215 kW. Năng suất tiêu chuẩn chuyển từ Q0=245,6kW tương tự quy về năng suất làm việc tiêu chuẩn: Q0tc= 255 kW Số lượng máy nén cần thiết: Ta chọn 2 máy nén để đảm bảo dự phòng. Công suất nén đoạn nhiệt NNHA= m1.(i2 - i1’) = 0,25.(1640 - 1460) = 45kW NNCA=m3.(i4 – i`3) = 0,29.(1700 - 1467,8) = 67,3kW Hiệu suất chỉ thị của máy : hiNHA = hiNCA = 0,82 Công suất chỉ thị: NiNHA = kW NiNCA = kW Công suất ma sát: NmsNHA = Pims.VhNHA = 0,1344.828 = 111,3kW NmsNCA = Pims.VhNAC = 0,03.1404 = 9,5kW. Công suất hiệu quả: NeNHA = NiNHA + NmsNHA = 55+111,3=166,3kW NeNCA = NiNCA + NmsNCA = 82+9,5=91,5kW Công suất hiệu quả tổng: Ne = NeNCA + NeNHA = 166,3+91,5=257,8kW Công suất tiếp điện của máy nén: Trong đó: htđ là hiệu suất truyền động, lấy htđ = 0,95. Công suất toả ra ở thiết bị ngưng tụ là: QkĐN=m3.(i4-i5)=0,29.(1700-410,5)=374kW. IV, chọn máy nén cho buồng bảo quản lạnh: Chọn sơ đồ nén một cấp: Chọn các thông số tại các điểm nút như sau: Điểm t, 0C p, bar i, kJ/kg v, m3/kg 1’ -10 2,91 1449,4 - 1 -3 2,91 1490 0,4 2 110 17,82 1720 - 3 45 17,82 410,5 - 3’ 42 17,82 475 - 4 -10 2,91 475 - Lưu lượng môi chất qua dàn bay hơi: G0 = kg/s Năng suất thể tích của máy nén: V= G0.v1’ =0,03.0,4 = 0,012 m3/s Hệ số nạp: ị l = 0,65 Thể tích hút thực tế: Vh = m3/s = 64,8m3/h ; Từ thể tích hút trên theo bảng 7_2[1], chọn máy nén N2WA của hãng MYCOM, có VhMN=71m3/h, và ở nhiệt độ làm việc t0=-10oC,tk=35 oC có năng suất lạnh của máy nén là:49,5kW. - Số máy nén N2WA cần là : Chọn n = 1 Thông số tại các điểm nút của chu trình lạnh tiêu chuẩn : Điểm t, 0C p, bar i, kJ/kg v, m3/kg 1’ -10 2,9 1449,4 - 1 -3 2,9 1560 0,45 2 88 13,5 1710 - 3 35 13,5 362,33 - 3’ 32 13,5 350 - 4 -20 2,9 350 - q0tc == 1449,4- 350 = 1099,4 kJ/kg kJ/kg Như vậy khi làm việc ở điều kiện to = -200C và tk = 400C : => công suất máy nén đủ dự phòng. Năng suất toả ra ở bình ngưng: QkBQL = G0.(i2 - i3) = 0,685.(768 - 550) = 149,3 kW. V, tính chọn máy nén bể đá: Chọn sơ đồ nén một cấp: Chọn các thông số tại các điểm nút như sau: Điểm t, 0C p, bar i, kJ/kg v, m3/kg 1’ -17 2,17 1440,6 - 1 -10 2,17 1450 0,6 2 120 17,82 1740 - 3 45 17,82 410,5 - 3’ 42 17,82 475 - 4 -17 2,17 475 - Lưu lượng môi chất qua dàn bay hơi: G0 = kg/s Năng suất thể tích của máy nén: V= G0.v1’ =0,026.0,4 = 0,0104 m3/s Hệ số nạp: ị l = 0,7 Thể tích hút thực tế: Vh = m3/s = 54m3/h ; Từ thể tích hút trên theo bảng 7_2[1], chọn máy nén N2WA của hãng MYCOM, có VhMN=71m3/h, và ở nhiệt độ làm việc t0=-10oC,tk=35 oC có năng suất lạnh của máy nén là:49,5kW. - Số máy nén N2WA cần là : Chọn n = 1 Năng suất toả ra ở bình ngưng: QkBĐ = G0.(i2 - i3) = 0,026.(1740 – 410,5) = 35kW. Chương V Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt 5.1. Tính chọn thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ bằng gió và nước, hay thiết bị ngưng tụ là tháp giải nhiệt. Qk = QkKĐ + QkBQĐ + QkĐN + QkBQL + QkBĐ =162 + 1418 + 374 + 149 + 35 Q._.