Cơ sở lý thuyết và sơ đồ công nghệ

Phần I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ I/. Khái niệm - Tủ cấp đông tiếp xúc là một hệ thống lạnh thuộc nhóm phòng lạnh thường được dùng để đông lạnh nhanh thủy hải sản, thịt. Sản phẩm làm lạnh gần như được tiếp xúc với dàn lạnh nên thời gian đông lạnh được rút ngắn, chất lượng sản phẩm tốt. - Tủ cấp đông tiếp xúc được cấu tạo bởi dàn khung kim loại chịu lực. Giữa 2 lớp vỏ là lớp vật liệu cách nhiệt polyuretan. Vì vậy kết cấu bao che của tủ cấp đông tiếp xúc đơn giản, gọn nhẹ. - Dàn lạnh là các khay (plate) bằng hợp kim nhôm. Các khay này vừa là kệ để sản phẩm vừa là dàn lạnh. Tác nhân lạnh được dẫn vào từng khay. Các khay này có thể nâng lên hay hạ xuống bằng xy lanh thủy lực để đảm bảo sản phẩm làm lạnh luôn được tiếp xúc tốt nhất với dàn lạnh từ hai phía. Như vậy sự truyền nhiệt trong tủ cấp đông tiếp xúc không phải theo nguyên tắc đối lưu như các máy lạnh thông thường mà theo nguyên tắc dẫn nhiệt với bề mặt truyền nhiệt là các khay. Tác nhân lạnh làm lạnh các khay bằng dẫn nhiệt, khay truyền nhiệt cho sản phẩm. II/. Các thông số và thiết bị được chọn trong quy trình công nghệ. Giải thích sự lựa chọn. 1/. Tác nhân lạnh Sử dụng tác nhân lạnh là Amoniac (NH3 , R717) vì: * Ưu điểm của NH3 - Tính chất nhiệt động tốt. - Không ăn mòn kim loại đen và nhôm, trong thiết bị thì NH3 tiếp xúc trực tiếp với các khay bằng nhôm dùng NH3 là hợp lý. - NH3 có mùi đặc trưng dễ phát hiện khi rò rỉ. - Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ vận chuyển và bảo quản. - Năng suất lạnh riêng thể tích lớn nên máy nén và thiết bị gọn nhẹ. - Hệ số dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt lớn, thuận tiện cho thiết kế, chế tạo các thiết bị ngưng tụ và bay hơi. - Độ nhớt nhỏ lưu động tốt đỡ tổn thất áp suất. * Nhược điểm Những nhược điểm chính của môi chất lạnh NH3 không ảnh đến qúa trình làm việc của tủ cấp đông tiếp xúc. Ví dụ: với nhược điểm “làm giảm chất lượng thực phẩm, gây biến màu nhanh thực phẩm bảo quản” – thì tính chất này không gây ảnh hưởng gì ở tủ cấp đông tiếp xúc vì ở đây tác nhân lạnh NH3 không tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm làm lạnh mà gián tiếp thông qua các khay sử dụng tốt. Tóm lại sử dụng Amoniac là hoàn toàn phù hợp. 2/. Chu trình lạnh và máy nén pittông. Hệ thống làm việc theo chu trình lạnh 2 cấp nén sử dụng bình trung gian ống xoắn, 2 van tiết lưu. * Chọn máy nén 2 cấp vì: - Tỉ số nén cao, vượt khỏi giá trị cực đại - Cần có nhiệt độ dầu nhỏ hơn 60oC - Hệ số cấp >0,6 Khi gặp những điều kiện tiên quyết trên ta phải chọn máy nén 2 cấp. Hơn nữa: - Máy nén 2 cấp phù hợp với vận hành liên tục. - Hiệu suất cao, giá vận hành rẻ. Mặc dù vốn đầu tư ban đầu cao nhưng giá thành một đơn vị lạnh thấp hơn, đặc biệt là ở các chế độ làm việc mà máy nén một cấp hầu như không vận hành nổi. * Chọn chu trình 2 cấp sử dụng bình trung gian ống xoắn, 2 van tiết lưu vì: - Sử dụng bình trung gian để hạ nhiệt độ hơi môi chất trước khi vào máy nén cao áp để đạt đến điểm bảo hòa khô thực hiện làm mát trung gian hoàn toàn. - Sử dụng 2 van tiết lưu làm năng suất lạnh riêng tăng, công nén giảm. - Nếu sử dụng bình trung gian loại thường (tức là lỏng ra khỏi thiết bị ngưng tụ và hơi ra khỏi máy nén thấp áp cùng vào bình trung gian) thì có nhược điểm về vận hành là: dầu từ máy nén hạ áp đi vào bình trung gian, theo môi chất lỏng, qua van tiết lưu 2 vào thiết bị bốc hơi. Ở nhiệt độ thấp dầu bị quánh lại tạo lớp trở nhiệt, làm giảm khả năng trao đổi nhiệt của bình bốc hơi (trong hệ thống tủ cấp đông tiếp xúc chúng chính là các khay). Để khắc phục nhược điểm trên ta sử dụng bình trung gian ống xoắn, trong đó dòng lỏng từ thiết bị ngưng tụ được chia ra làm 2 nhánh: nhánh chính đi qua ống xoắn được qúa lạnh để qua van tiết lưu (2) vào bình bay hơi. Nhánh phụ qua van tiết lưu (1) vào bình trung gian bay hơi làm mát hơi nén hạ áp. Sơ đồ nguyên lý và quy trình lạnh thể hiện trên hình 1 và hình 2 dưới đây: Hình 1: sơ đồ nguyên lý của hệ thống lạnh Hình 2: đồ thị lgP - h của hệ thống lạnh 3/. Các thiết bị. a). Thiết bị ngưng tụ - Sử dụng thiết bị ngưng tụ kiểu vỏ ống nằm ngang làm mát bằng nước vì thiết bị loại này gọn, dễ vệ sinh và dĩ nhiên là nước giải nhiệt tốt hơn không khí. - Dòng môi chất đi ngoài ống, nước đi trong ống cũng là để dễ vệ sinh. - Để tiết kiệm nước ta sử dụng tháp giải nhiệt. Ngoài ra khi sử dụng tháp giải nhiệt thì nhiệt độ ngưng tụ và do đó cả công suất lạnh rất ổn định, ít phụ thuộc nhiệt độ môi trường và mùa khí hậu trong năm. - Một lý do khác để ta chọn thiết bị ngưng tụ vỏ ống nằm ngang là hệ số truyền nhiệt cao, tiêu hao kim loại ít, dễ chế tạo, lắp đặt, vận hành, sửa chữa và vệ sinh ống. b). Van tiết lưu Một thiết bị nhỏ bé nhưng vô cùng quan trọng trong bất kỳ hệ thống lạnh nào. Van tiết lưu dùng để tiết lưu tác nhân lạnh lỏng từ áp suất ngưng tụ Pk đến áp suất sôi Po đồng thời điều chỉnh việc cung cấp lỏng cho hệ thống lạnh. Để tự động hóa hệ thống lạnh ta sử dụng van tiết lưu nhiệt được điều khiển bằng cảm biến nhiệt dựa trên tín hiệu qúa nhiệt của hơi. c). Các thiết bị phụ. (1). Bình tách dầu – dùng 2 bình Phải tách dầu vì môi chất không hòa tan dầu. Bình tách dầu luôn được đặt đứng và vuông góc với đường đẩy vì như vậy mới dễ thực hiện việc tách. (2). Bình chứa dầu. Gom dầu từ: bình tách dầu, bình chứa cao áp, bình trung gian… để giảm tổn thất và giảm nguy hiểm khi xả dầu từ áp suất cao về máy nén. (3). Bình chứa cao áp Đặt dưới bình ngưng để chứa lỏng đã ngưng tụ nhằm giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ (tức là ta hoàn toàn có thể kết hợp thiết bị ngưng tụ và bình chứa cao áp), đồng thời duy trì sự cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu. (4). Bình tách lỏng Để tách các giọt lỏng khỏi luồng hơi hút về máy nén, tránh cho máy nén hút phải lỏng gây va đập thủy lực làm hỏng máy. (5). Bình trung gian Vì sử dụng chu trình 2 cấp nén dùng bình trung gian để hạ nhiệt độ cuối của qúa trình nén hơi môi chất. (6). Bình tách khí không ngưng. - Trong hệ thống lạnh NH3 luôn có một lượng khí không ngưng tuần hoàn cùng môi chất lạnh làm giảm hiệu qủa trao đổi nhiệt, tăng áp suất ngưng tụ và nhiệt độ cuối tầm nén. Bình tách khí không ngưng có nhiệm vụ tách lượng khí không ngưng này ra khỏi hệ thống. - Bình tách khí không ngưng được gắn cùng với bình chứa cao áp. Phần II: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ I/. Các thông số chọn và tính toán sơ bộ. Hệ thống thiết bị làm việc tại Thành phố Hồ Chí Minh, có các thông số khí tượng : + Độ ẩm không khí: 74% (mùa hè) + Nhiệt độ không khí trung bình: 37,3oC (mùa hè) + Nhiệt độ nhiệt kế ướt: tư = 33 oC + Nhiệt độ đọng sương: ts =32 oC 1/. Nhiệt độ ngưng tụ tk - Nhiệt độ nước vào bình ngưng: = tư + (35) oC = 33 oC + 4 oC = 37 oC - Nhiệt độ nước ra: = + tw = 37 oC + 5 oC (do vỏ ống nằm ngang nên ta lấy tw = 5 oC) = 42 oC - Chọn nhiệt độ tối thiểu tmin = 5K ta có tk =+tmin = 42+5 = 47 oC - Nhiệt độ bốc hơi to = f(môi trường làm lạnh) Nhiệt độ bốc hơi to phụ thuộc nhiệt độ môi trường làm lạnh (thấp hơn nhiệt độ môi trường làm lạnh từ 513 oC). Trong trường hợp hệ thống lạnh là tủ cấp đông tiếp xúc thì không khí không đóng vai trò làm lạnh sản phẩm nhưng ta vẫn coi chúng là môi trường làm lạnh hay môi trường bị ảnh hưởng lạnh trực tiếp với nhiệt độ là -35 oC. Nhiệt độ bốc hơi: to=(-35) - 5 = -40 oC - Nhiệt độ qúa lạnh: tql= f(môi trường giải nhiệt (nước)) Nhiệt độ qúa lạnh càng thấp năng suất lạnh càng lớn, chọn tql = tk - tql =5 oC - Nhiệt độ qúa nhiệt: chọn = 5 oC Nhiệt độ môi chất vào máy nén thấp áp: t1= to+ = -40 oC + 5 oC = -35 oC - Áp suất bốc hơi: po= 0,7171 bar = 0,07171 MPa - Áp suất ngưng tụ: pk=18,794 bar = 1,8794 MPa - Áp suất trung gian: = 3,671 bar = 0,3671 MPa - Các thông số của chu trình tra và tính dựa trên bảng 7.40 và bảng 7.51 TLTK[11]. Các ký hiệu của những thông số đó được thể hiện trên hình 3 dưới đây và bảng 1: Hình 3: đồ thị lgp – h tương ứng với các thông số cho trong bảng 1 Bảng 1: các thông số của các điểm trên trình Thông số Điểm t(oC) p(bar) (dm3/kg) h(kj/kg) s(kj/kg.K) 1’ -40 0,7171 1551 1407,3 6,2404 1 -35 0,7171 1588,1 1418,4 6,2875 2 69,96 3,671 479,25 1632,9 6,2875 38 -4,12 3,671 335,2 1456,3 5,67 4 116,04 18,794 94,08 1698,32 5,67 5’ 47 18,794 1,7607 420,24 1,7354 5 42 18,794 - 385 - 6 1 18,794 - 209 - 7 -4,12 3,671 - 385 - 9 -4,12 3,671 1,5523 181,17 0,9310 10 -40 0,7171 - 209 - II/. Tính cách nhiệt Tủ cấp đông tiếp xúc được cấu tạo gồm dàn khung kim loại chịu lực bao bọc hai phía bằng thép không rỉ. Giữa 2 lớp thép người ta phun vật liệu cách nhiệt polyuretan. + Lớp (1), (3): thép không rỉ, có bề dày = 39 kcal/mhđộ + Lớp (2) polyuretan: kcal/mhđộ - Hệ số truyền nhiệt k của lớp vỏ tủ: trong đó: 1: hệ số tỏa nhiệt từ ngoài tường cách nhiệt 2: hệ số tỏa nhiệt từ tường buồng 1 = 29 kcal/m2hđộ 2 = 8 kcal/m2hđộ Độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt: theo bảng 3-3, p63[1]: k = 0,19 W/m2độ = 0,163 kcal/m2hđộ chọn lên: = 0,144 kcal/m2hđộ = 0,167 W/m2độ * Kiểm tra đọng sương: Trong đó: tp = -35 oC (nhiệt độ trong buồng lạnh) t1 = 37,3 oC (nhiệt độ không khí ngoài trời) ts = 32 oC (nhiệt độ đọng sương của không khí) ks = 2,02 , tức là đảm bảo không đọng sương. - Kích thước tổng cộng bề dày tủ: III/. Chọn tủ - Tủ MCF – 10 của hãng Mycom: + Tác nhân: NH3 + Năng suất: 1 tấn/mẻ + Kích thước khay: 2000x1250mm + Chiều dày khay: 22mm + Số khay: 10 khay để sản phẩm + 1 khay ép ở trên + Kích thước tủ: Cao: 3515 mm Dài: 3300 mm Rộng: 1830 mm Trọng lượng: 3000 kg - Làm lạnh sản phẩm là “tôm vỏ không đầu” đã được làm lạnh sơ bộ trước khi đưa vào tủ cấp đông tiếp xúc để cấp đông, chúng có đặc điểm: + Khối lượng riêng đổ đống (khối lượng riêng xốp): + Nhiệt độ trước khi vào tủ: tđ =10 oC + Nhiệt độ sản phẩm: tc =-18 oC + Enthanpy đầu: iđ =67,6 kcal/kg + Enthanpy cuối: ic =1,2 kcal/kg - Khuôn đựng tôm có kích thước: p91, TLTK[8] Kích thước khuôn tôm được thể hiện trên hình 4: Hình 4: hình dáng và kích thước khuôn tôm - Các khuôn này được đặt lên một mâm tôm có kích thước 590 x 480 x30mm, mỗi mâm đặt được 4 khuôn. Mâm được làm bằng tôn tráng kẽm. Như vậy gồm 10 khay tức là đặt được 80 mâm hay tổng cộng là 320 khuôn. IV/. Thời gian làm lạnh đông một mẻ sản phẩm. TLTK[7] Trong đó: + Do thoát nhiệt theo 2 mặt là lớn nhất, 2 mặt này là 2 mặt song song ép lên sản phẩm: Q = 0,125 P = 0,5 + q: nhiệt lượng tỏa ra từ một đơn vị sản phẩm do nước kết tinh, thay bằng biến thiên enthanpy của sản phẩm, q = iđ - ic = 67,6 -1,2 = 66,4 kcal/kg + : khối lượng riêng của tôm, + : chiều cao khuôn tôm, = 60mm = 0,06m + t1 = 37,3 oC ; tp = -35 oC + = 1,155kcal/mhđộ + : hệ số cấp nhiệt của tác nhân lạnh, = 5,29 kcal/m2hđộ + : tổng trở lực của các lớp vật liệu bao bên ngoài tôm, =3,104.10-4 m2hđộ/kcal TLTK[7] = 4,8 giờ 5 giờ/mẻ V/. Cân bằng nhiệt cho tủ cấp đông tiếp xúc. 1/. Tổn thất do truyền nhiệt. Q1 = Q11 + Q12 Q11: tổn thất lạnh do tỏa ra môi trường xung quanh, Q11=kFt k = 0,144 kcal/m2hđộ t = t1-tp = 37,3 –(-35)= 72,3 F: tổng diện tích các mặt của tủ, F = 46,32m2 Q11= 0,144. 72,3. 46,32 = 482,25 kcal/h Q12: là tổn thất nhiệt qua khe hở, chọn Q12=10% Q11 Q1 = 1,1 Q11=530,5 kcal/h 2/. Nhiệt làm lạnh đông sản phẩm. Q2 = G(iđ – ic )/ = 1000. 66,4/4,8 = 13833 kcal/h 3/. Các tổn thất khác Q3 Q3 = Q31 + Q32 Vì không thông gió buồng lạnh nên các tổn thất lạnh khác gồm: Q31: tổn thất do làm lạnh khuôn sản phẩm. Q31 = Gk.Ck.( tđ - tc) Khuôn làm bằng nhôm có nhiệt dung riêng: Ck = 0,22kcal/kgđộ có khối lượng: Gk= 0,3.Gsp = 0,3.1000 =300 kg Q31= 300.0,22.(25-(-35)) =3960 kcal Tính trung bình trên 1 giờ: Q32 : các tổn thất khác (do mở cửa, xả đá, …). Q32 = 20%Q1 = 20%. 530,5 = 106,1 kcal/h Q3 = Q31 + Q32 = 931,1 kcal/h 4/. Tổng phụ tải nhiệt. Q = Q1+ Q2 + Q3 = 530 + 13833 + 931 = 15294 kcal/h * Năng suất lạnh máy nén: p92, TLTK[1] Trong đó: k=1,1 ; do to= -40 oC b= 0,7 ; do tủ cấp đông thuộc nhóm thiết bị lạnh nhỏ. VI/. Tính chọn máy nén. A/. Cấp hạ áp. 1/. Năng suất lạnh riêng. =1407,3 – 209 =1198,3 kj/kg 2/. Lưu lượng hơi thực tế qua máy nén thấp áp = 0,02335 kg/s 3/. Thể tích thực tế hút vào cấp nén hạ áp = 0,02335. 1,588 = 0,0371 m3/s 4/. Hệ số cấp của máy nén hạ áp Trong đó: po = 0,07171 MPa ptg = 0,3671 MPa Chọn: po = 0,005 MPa ptg = 0,005 MPa p168, TLTK[1] m = 1 c = 0,04 To= (-40) + 273 = 233 K Ttg= (-4,12) + 273 = 268,88 K 5/. Thể tích hút lý thuyết của píttông. 6/. Công nén đoạn nhiệt Ns = m1.l1 = m1.(h2 – h1) = 0,02335.(1632,9 – 1418,4) = 5,009 kW 7/. Hiệu suất chỉ thị (7-21), TLTK[1] = 0,87 + 0,001. (-40) = 0,83 8/. Công suất chỉ thị 9/. Công suất ma sát 10/. Công suất trên trục máy Ne = Ni + Nms = 6,034 + 2,189 = 8,223 kW 11/. Công suất tiếp điện hạ áp B/. Cấp cao áp. 1/. Lưu lượng hơi thực tế qua máy nén cao áp. 2/. Thể tích thực tế hút vào cấp nén cao áp = 0,031. 0,3352 = 0,0104 m3/s 3/. Hệ số cấp của máy nén hạ áp Trong đó: Pk = 1,8794 MPa ptg = 0,3671 MPa Chọn: pk = 0,005 MPa ptg = 0,005 MPa p168, TLTK[1] m = 1 c = 0,04 Tk = 47 + 273 = 320 K Ttg = -4,12 + 273 = 268,88 K 4/. Thể tích hút lý thuyết của píttông. 5/. Công nén đoạn nhiệt Ns = m3.l3 = m3.(h4 – h3) = 0,031.(1698,32 – 1456,3) = 7,503 kW 6/. Hiệu suất chỉ thị (7-21), TLTK[1] = 0,84 + 0,001. (-4,12) = 0,836 7/. Công suất chỉ thị 8/. Công suất ma sát 9/. Công suất trên trục máy Ne = Ni + Nms = 8,97 + 0,614 = 9,584 kW 10/. Công suất tiếp điện cao áp * Như vậy tổng công suất động cơ máy nén 2 cấp là: = 9,62 + 11,21 = 20,83 kW C/. Chọn máy nén Các thông số của hệ tiêu chuẩn: to = - 40 oC Po = 0,072 MPa tqn = -30 oC h1 = 1730 kj/kg tk = -35 oC Pk = 1,35 MPa tql = 30 oC Ptg = 0,312 MPa ttg = - 8 oC h10 = 480 kj/kg =1,7 m3/kg - Năng suất lạnh riêng khối lượng tiêu chuẩn: - Năng suất lạnh riêng thể tích tiêu chuẩn: trong đó: = 0,73 - Năng suất lạnh tiêu chuẩn tính từ Qo là: = 42,7.103 kcal/h với Chọn máy nén 2 cấp: N42B có các thông số: [1] + Số xylanh: 4 + 2 + Tốc độ: 900, 1000 vòng/ ph + Năng suất lạnh: 42,8. 103 kcal/h + Công suất trên trục: Ne = 31,1 kW VII/. Tính thiết bị ngưng tụ - Nhiệt độ nước vào bình ngưng: Nhiệt độ nước ra bình ngưng: Nhiệt độ trung bình của nước trong bình ngưng: - Nhiệt độ tác nhân lạnh ngưng tụ: Hiệu nhiệt độ nước làm mát: - Nhiệt thải ra ở bình ngưng: - Nhiệt độ trung bình logarit: trong đó: - Lượng nước qua bình ngưng: trong đó Cp: nhiệt dung riêng của nước, Cp =4,18 kJ/kgđộ - Chọn ống trao đổi nhiệt cho bình ngưng có các thông số đường kính ngoài, đường kính trong, chiều dày như sau: Diện tích cho 1m chiều dài ống: - Chọn tốc độ nước trong bình ngưng: - Số ống trong một lối của bình ngưng: Các thông số của nước ở nhiệt độ chọn n1 = 5 ống trên một lối, khi đó vận tốc nước là: - Hệ số tỏa nhiệt từ vách trong đến nước làm mát: + Reynold: =37936,3 > 104 chảy rối + Chuẩn số Nusselt trong trường hợp này là: - Tính bố trí ống. Mật độ dòng nhiệt tính theo bề mặt phía trong là: trong đó : tổng nhiệt trở vách ống và cặn bẩn, =0,00026 m2.K/W 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 toạ độ tính toán nên để xác định mật độ dòng nhiệt tại bề mặt trong của ống cần chọn sơ bộ kết cấu bình ngưng và giá trị để tính sơ bộ rồi kiểm tra lại. - Chọn = 11600W/m2 Các ống được bố trí trên vĩ ống theo đỉnh tam giác đều, chùm ống dạng hình lục giác với số ống đặt trên đường chéo lục giác lớn là: : tỉ số chiều dài ống và đường kính trong của thân, chọn =8 S: bước ống ngang, S =1,3.dn = 1,3.0,025 = 0,0325 m chọn m =7 ống, đây cũng là số hàng ống theo chiều ngang n2=m - Hệ số tỏa nhiệt từ phía môi chất ngưng tụ tính theo bề mặt trong của ống đối với hơi NH3 ngưng tụ trên ống trơn nằm ngang: Các thông số của NH3 ở nhiệt độ - Mật độ dòng nhiệt phía ngoài - Mật độ dòng nhiệt phía trong - Ở chế độ ổn định, cân bằng dòng nhiệt: ta được phương trình: x==1,07672K Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: Tổng bề dài ống trao đổi nhiệt: - Số lượng ống trong bình: n = 0,75.m2 + 0,25 = 0,75.72 + 0,25 = 37 ống - Chiều dài ống trong bình ngưng: chọn l = 1,3 m F = 3,02 m2 dư để dự trữ. - Số đường nước: lấy số đường nước là 8 đường. - Đường kính mặt sàng dùng để núc các ống vào: D = m.S = 7.0,0325 = 0,2275 228 mm tức là đạt tiêu chuẩn, - Độ hở giữa mặt sàng và thân thiết bị ngưng tụ: 5 mm, chiều dày thân 6 mm. - Đường kính ngoài của thân: - Đường kính ngoài của rốn bình: * Tính bền thiết bị ngưng tụ: a). Thân bình - Chiều dày thân được tính theo công thức: , m trong đó p: áp suất trong thiết bị ngưng tụ, Vật liệu chế tạo thiết bị là thép CT3, - Các thông số tính bền: : hệ số bền mối hàn, = 0,7 C: hệ số bổ sung bề dày, C = 0,002 : hệ số hiệu chỉnh bền, = 0,9 : ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu làm thiết bị, =140MPa như vậy bề dày thiết bị ngưng tụ 6mm là đủ bền. b). Rốn bình chọn = 5mm c). Mặt sàng , m trong đó d3 là đường kính của vòng tròn lớn nhất có thể vẽ được trên khoảng mặt sàng không có ống. d). Chiều dày ống nước , m trong đó: l = 1,243 m p = 2 MPa dn = 0,025 m E = 1,92.105 MPa C = 0,001m 2,43 mm, Như vậy bề dày ống là 5mm là đảm bảo bền. Tóm lại các số liệu của thiết bị ngưng tụ là: + Đường kính: 252 mm + Chiều dày thân: 6 mm + Chiều dài ống nuớc: 1,3 m VIII/. Tính bình trung gian - Nhiệt độ trung gian: - Phụ tải nhiệt của chùm ống xoắn: Do lượng lỏng qua van tiết lưu (1) không đáng kể so với lượng qua ống xoắn. G = m3 - Nhiệt độ NH3 lỏng vào bình trung gian: Nhiệt độ NH3 lỏng ra khỏi bình trung gian: Nhiệt độ trung bình NH3 lỏng trong bình trung gian: Các thông số vật lý của NH3 ở nhiệt độ trung bình này: Chọn ống xoắn: Hệ thống gồm hai chùm ống xoắn lồng vào nhau với đường kính trung bình của vòng xoắn là - Vận tốc NH3 lỏng trong ống xoắn: chảy qúa độ: - Hệ số tỏa nhiệt về phía NH3 lỏng khi chưa hiệu chỉnh: - Bán kính cong trung bình của chùm ống xoắn: Hệ số hiệu chỉnh ống xoắn: - Hệ số tỏa nhiệt về phía NH3 lỏng sau khi hiệu chỉnh: - Nhiệt độ trung bình logarit của bình trung gian: trong đó: - Mật độ dòng nhiệt phía trong ống. trong đó chọn: - Mật độ dòng nhiệt phía ngoài quy về mặt trong ống. Cân bằng dòng nhiệt: - Diện tích truyền nhiệt phía trong: Tổng chiều dài ống xoắn: Số vòng xoắn trên mỗi chùm ống xoắn: vòng lấy 7 vòng Diện tích mặt ngoài chùm ống xoắn: * Chọn bình trung gian theo đường ống hút vào máy nén cao áp: + Lưu lượng khối hơi lượng về máy nén cao áp (hơi ra khỏi bình trung gian) là: + Thể tích riêng: Lưu lượng thể tích: Chọn bình trung gian 60: p266, TLTK[1] đặc trưng bình: Khi đó tốc độ hơi theo phương ngang: thỏa yêu cầu. IX/. Bình chứa cao áp Tính và chọn dựa trên thể tích bình. Hệ thống dùng ở đây là hệ thống sơ đồ của NH3 không dùng bơm tác nhân nhưng có bình tách lỏng. p303, TLTK[3] trong đó: G: lưu lượng khối lượng tác nhân lạnh qua bình chứa cao áp, kg/s G = m3 = 0,031 kg/s : thể tích riêng của lỏng ở nhiệt độ , m3/kg theo số liệu các bảng tra được của bình cao áp tiêu chuẩn thì chỉ có bình nhỏ nhất là loại 0,4PB với các thông số: X/. Bình chứa hạ áp Lấy kích thước cỡ bình chứa cao áp. XI/. Bình tách dầu và chứa dầu Do không có tài liệu tính toán cụ thể về 2 loại thiết bị này, ta chỉ có thể chọn mà thôi: + Bình tách dầu: 65-MO + Chứa dầu: 150CM, có DS = 1594,5 XII/. Bình tách lỏng - Lưu lượng môi chất qua máy nén thấp áp: - Thể tích thực tế hút vào máy nén thấp áp là: - Tính đường kính ống hút: Lấy vận tốc dòng hơi: ở ống. Vận tốc hơi trong bình: 0,5 m/s - Chọn loại bình tách lỏng có: đây cũng là loại bình tách lỏng tiêu chuẩn nhỏ nhất. XIII/. Tháp giải nhiệt - Chọn tháp giải nhiệt theo catalogue, dựa theo công suất làm mát cần thiết: trong đó k1 là hệ số hiệu chỉnh công suất, tra trên đồ thị hình 8.5, p157 TLTK[12] - Lưu lượng nước làm mát: l/phút - Các thông số của nước làm mát dùng để tra đồ thị và tính toán: - Nhiệt độ nhiệt bầu ướt của không khí: tư = 33 oC tra đồ thị với và tư trên được: k1 = 0,62 - Chọn tháp giải nhiệt LBCS-15, có các thông số như sau: + Năng suất làm mát: QKN = 58.500 kcal/h + Lưu lượng nước làm mát: 195 l/phút + Lưu lượng gió: 135 m3/phút + Động cơ quạt: 1/4 HP - Khi đó năng suất làm mát được tính lại như sau: trong đó hệ số hiệu chỉnh k2, tra trên đồ thị hình 8.6, p160 TLTK[12] theo mật độ phun mưa r. - Mật độ phun mưa khi đó sẽ là: - Khi đó năng suất làm mát được tính lại như sau: tức là lớn hơn năng suất yêu cầu Qk = 40,713 kW, nghĩa là nhiệt độ ngưng tụ có thể thấp hơn nhiệt độ tk đã cho. XIV/. Đường ống. - Các ống gồm: + Đường hút vào máy nén. + Đường đẩy khỏi máy nén. + Đường lỏng: từ bình ngưng tụ đến bình chứa cao áp, và từ bình chứa cao áp đến van tiết lưu. - Dùng ống thép OCT – 301 – 50 theo bảng 10-2, TLTK[1]. - Công thức chung tính đường kính trong ống dẫn là: trong đó: + V: lưu lượng thể tích lưu chất đi trong ống, m3/s. + : vận tốc lưu chất đi trong ống, m/s. - Các thông số tính toán và chọn cho hệ thống ống được cho trong bảng: Bảng 2: Các thông số cho hệ thống ống dẫn tác nhân. Loại ống Vận tốc (m/s) Lưu lượng V (m3/s) Đường kính tính, mm Đường kính chọn, mm Hút thấp áp 15 0,0371 56,2 69 Đẩy thấp áp 15 0,0104 29,7 33,5 Đẩy cao áp 15 2,92.10-3 15,8 18 Đường lỏng 1 4,96.10-5 7,95 8 XV/. Bơm nước cho thiết bị ngưng tụ. - Dùng bơm ly tâm. - Lưu lượng nước tuần hoàn qua thiết bị ngưng tụ, cũng chính là lưu lượng nước do bơm cung cấp: V = 1,95 m3/s = 7,02 m3/h. - Chọn bơm 1,5K – 6b theo bảng 10-6 TLTK[1]. Bơm này có năng suất 9,4 m3/h. Dư để dự trữ năng suất, làm lạnh tốt hơn hay để bù tổn thất áp suất do chạy vòng vèo trong hệ thống ống của thiết bị ngưng tụ. Phần III: CÁC TÍNH TOÁN PHỤ 1/. Tính điện. - Điện năng sử dụng cho quạt, máy bơm, chiếu sáng: 30 kWh/ngày/2mẻ - Điện năng sử dụng cho tủ cấp đông tiếp xúc: 45 kWh12h/ngày/2mẻ = 540 kWh. Tổng cộng: 570 kWh/ngày 2/. Tính nước. - Nước rửa tôm, rửa khuôn, xả đá: 5 m3/mẻ - Nước sinh hoạt cho công nhân, nhân viên: 1 m3/mẻ - Nước giải nhiệt cho thiết bị: 2 m3/mẻ Tổng cộng: (5+1+2) 2 = 16 m3/ngày 3/. Tính kinh tế. - Tiền xây dựng nhà xưởng: X = 50.000.000 đồng, với khấu hao nhà xưởng - Tiền mua tủ: T1 = 40.000 USD = 624.000.000 đồng - Công lắp đặt: T2 = 0,02T1 - Chi phí khác (thiết kế, vận chuyển, bốc dỡ… ): T3 = 0,1T1 - Tổng tiền đầu tư thiết bị: T = T1+T2+T3 = 1,12.T1 = 698.880.000 đồng - Tổng tiền thiết bị và nhà xưởng: V = X+T = 748.880.000 đồng. Tài liệu tham khảo – ª — [1]. Nguyễn Đức Lợi – Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh. [2]. Phạm Văn Bôn – Qúa trình và thiết bị truyền nhiệt. [3]. Trần Thanh Kỳ – Máy lạnh. [4]. Nguyễn Đức Lợi – Máy và thiết bị lạnh. [5]. Nguyễn Đức Lợi – Tự động hóa hệ thống lạnh. [6]. Bộ môn Máy thiết bị – Hướng dẫn đồ án lạnh. [7]. Trần Đức Ba - Công nghệ lạnh thực phẩm nhiệt đới. [8]. Trần Đức Ba – Kỹ thuật chế biến lạnh thủy sản. [9]. Trần Văn Nghệ, Nguyễn Văn Lục – Giáo trình qúa trình và thiết bị Tập 11. [10]. Nguyễn Đức Lợi - Kỹ thuật lạnh cơ sở. [11]. Nguyễn Đức Lợi – Môi chất lạnh. [12]. Nguyễn Đức Lợi – Bài tập kỹ thuật lạnh. [13]. Sổ tay qúa trình và thiết bị CNHH, tập 2. œ ¯ 