Đề tài Kho lạnh thương nghiệp

CHƯƠNG 1 NHữNG Số LIệU BAN ĐầU NHữNG Số LIệU BAN ĐầU Các số liệu về không khí bên ngoài. Những thông số về khí tượng như nhiệt độ, độ ẩm tương đối của không khí, bức xạ mặt trời, gió và hướng gió, lượng mưa là những thông số quan trọng để tính toán thiết kế xây dựng kho lạnh và hệ thống lạnh. Theo bảng 1-1 [1] ta có : Bảng 1.1. Thông số khí hậu ở Thanh Hóa Nhiệt độ, oC Độ ẩm, % Trung bình cả năm mùa hè mùa đông mùa hè mùa đông 23,6 37,5 10,1 82 84 Vì kho lạnh thương nghiệp, thường đặt bên trong các ngôi nhà của xí nghiệp thương nghiệp, khu công nghiệp nhà ăn tập thể nên nhiệt độ trong nhà thường thấp hơn khoảng từ 5 7 oC, Do đó các số liệu về không khí bên ngoài là : tn = 32 oC, NHữNG Số LIệU Về CHế Độ BảO QUảN SảN PHẩM Mỗi loại thực phẩm cần có một chế độ bảo quản khác nhau. - Đối với sản phẩm là động vật thường được bảo quản đông nhiệt độ có thể từ -18oC đến 25oC - Đối với sản phẩm rau, hoa quả thì thường được bảo quản lạnh trong các buồng bảo quản lạnh có nhiệt độ khoảng 0 5oC Theo bảng 1-2,1-4 [1] ta có chế độ bảo quản sản phẩm như sau. Bảng 1.2. Chế độ bảo quản sản phẩm Sản phẩm Nhiệt độ, oC Độ ẩm, % Chế độ thông gió Thịt -20 80 85 Đóng Cá -20 80 90 Đóng Rau, hoa quả 2 85 95 Mở CHÊ Độ Xử Lý LạNH SảN PHẩM Nguồn hàng chủ yếu của kho lạnh thương nghiệp là từ kho lạnh phân phối. Các sản phẩm đã được xử lý lạnh. PHƯƠNG PHáP XếP Dỡ Vì đặc điểm kho lạnh nhỏ nên chọn phương pháp bốc xếp thủ công. CHƯƠNG 2 THIếT Kế THể TíCH Và MặT BằNG KHO LạNH XáC ĐịNH Số LƯợNG Và KíCH THƯớC BUồNG LạNH Dung tích kho lạnh Do đặc điểm kho lạnh thương nghiệp bảo quản các sản phẩm khác nhau ở các chế độ bảo quản khác nhau. Tôi bố trí kho lạnh có hai buồng : - Buồng bảo quản đông – 20oC dùng để bảo quản thịt, cá. Có tấm nhựa plastic ngăn cách bởi để tránh mùi các sản phẩm tỏa ra làm hỏng sản phẩm khác. - Buồng bảo quản lạnh 2oC dùng để bảo quản rau hoa quả. Dung tích của từng buồng như sau : Buồng bảo quản đông : tấn Buồng bảo quản lạnh : tấn Từ dung tích kho lạnh ta xác định được thể tích kho lạnh theo biểu thức : E – dung tích kho lạnh, t ; V – thể tích kho lạnh, m3 ; – định mức chất tải thể tích, t/m3 Theo bảng 2-3 [TL1] ta có bảng tiêu chuẩn chất tải của các loại sản phẩm : Bảng 2.1. Tiêu chuẩn chất tải của các loại sản phẩm Sản phẩm Tiêu chuẩn chất tải ,t/m3 Thịt 0,45 Cá 0,45 Rau hoa quả 0,32 Do đó thể tích của từng buồng bảo quản là - Buồng bảo quản đông : m3 - Buồng bảo quản lạnh : m3 Dung tích kho lạnh Diện tích chất tải được xác định qua biểu thức : , F – diện tích chất tải hoặc diện tích hàng xếp trực tiếp, m2 ; h – chiều cao chất tải, m. Tôi chọn kết cấu kho lạnh gồm các tấm panel tiêu chuẩn có chiều cao là H=3m. Khi đó chiều cao h được tính bằng chiều cao buồng lạnh trừ khoảng cách từ dàn lạnh đến sản phẩm là 0,2 m và khoảng cách móc treo từ dàn lạnh đến trần là 0,5 m. h = 3 – (0,2+0,5)=2,3 m Diện tích các buồng bảo quản như sau : - buồng bảo quản đông : m2 - buồng bảo quản rau lạnh : m2 Tải trọng của nền và của trần Nền và trần được ghép từ các tấm panel có cường độ chịu nén từ 0,2#0,29 Mpa do đó đủ điều kiện chịu lực. Xác định diện tích buồng lạnh phải xây dựng - Buồng bảo quản đông : m2, với kích thước Chiều cao H = 3 m - Buồng bảo quản lạnh : m2 , với kích thước Chiều cao H = 3 m QUI HOạCH MặT BằNG KHO LạNH Các số liệu về không khí bên ngoài. Quy hoạch mặt bằng kho lạnh là bố trí những nơi sản xuất, xử lý lạnh, bảo quản và những nơi phụ trợ phù hợp với dây chuyền công nghệ. Để đạt được mục đích đó cần tuân thủ các yêu cầu sau Phải bố trí các buồng lạnh phù hợp với dây chuyền công nghệ. Sản phẩm đi theo dây chuyền không gặp nhau, không đan chéo nhau. Các cửa ra vào của buồng chứa phải quay ra hành lang, cũng có thể không cần hành lang nhưng sản phẩm theo dây chuyền không đi ngược. Quy hoạch cần phải đạt chi phí đầu tư là thấp nhất. Cần sử dụng rộng rãi các cấu kiện tiêu chuẩn, giảm đến mức tối thấp nhất các diện tích phụ nhưng phải đảm bảo tiện nghi. Giảm công suất thiết bị đến mức thấp nhất. Quy hoạch mặt bằng cần phải đảm bảo sự vận hành tiện lợi và rẻ tiền Mặt bằng kho lạnh phải phù hợp với hệ thống lạnh đã chọn. Mặt bằng kho lạnh phải đảm bảo kỹ thuật, an toàn buồng cháy chữa cháy. Khi quy hoạc cũng cần phải tính toán đến khả năng mở rộng kho lạnh, phải để lại mặt mút tường để có thể mở rộng kho lạnh. 2.1.2 Yêu cầu đối với buồng máy và thiết bị Bố trí máy và thiết bị hợp lý trong buồng máy là rất quan trọng nhằm mục đích : vận hành máy thuận tiện ; rút ngắn chiều dài các đường ống ; sử dụng buồng máy hiệu quả nhất, buồng máy gọn nhất ; đảm bảo an toàn buồng cháy chữa cháy, vệ sinh công nghiệp đảm bảo thuận tiện cho việc sửa chữa thiết bị Buồng máy và thiết bị bố trí sát tường kho lạnh để đường nối ống và thiết bị ngắn nhất, chiếm từ 5-10% tổng diện tích kho lạnh. Do đó diên tích buồng máy là Fbm=0,1.(15+21)=3,6m2 chọn diện tích buồng máy là 4 m2. Căn cứ vào những yêu cầu trên ta qui hoạch mặt bằng kho lạnh như sau : 3 m Buồng bảo quản rau, hoa quả Buồng bảo quản thịt Buồng bảo quản cá Buồng máy 7m 3m 2mCHƯƠNG 3 CấU TRúC XÂY DựNG Và CáCH NHIệT KHO LạNH CấU TRúC XÂY DựNG CáCH NHIệT CƠ BảN Cấu trúc xây dựng và cách nhiệt cho kho lạnh đòi hỏi phải hết sức nghiêm ngặt.và phải đáp ứng một số yêu cầu sau: - Đảm bảo độ bền vững lâu dài theo tuổi thọ dự kiến của kho. - Chịu được tải trọng chất hàng và của cấu trúc xây dựng. - Đảm bảo cách nhiệt tốt. - Đảm bảo cách ẩm và bề mặt tường ngoài không được đọng sương. - An toàn buồng chống cháy nổ. - Thuận tiện cho việc bốc dỡ và sắp xếp hàng bằng cơ giới. - Phải kinh tế. KHO LạNH LắP GHéP Ưu nhược điểm của kho lạnh lắp ghép với kho lạnh truyền thống tất cả các chi tiết của kho lạnh lắp ghép là các tấm panel có sẵn nên có thể vận chuyển dễ dàng đến nơi lắp ráp nhanh chóng. Có thể tháo lắp và di chuyển đến nơi mới khi cần thiết Có thể đặt ngay trong phân xưởng có mái che Tổ hợp lạnh kho cần buồng máy mà có thể lắp đặt ở vị trí thuận lợi nhất Cách nhiệt polyurethane có hệ số dẫn nhiệt thấp Tấm bọc ngoài của panel đa dạng từ chất dẻo đến tấm nhôm hoặc thép không rỉ… Nhược điểm cơ bản là giá thành cao hơn so với kho lạnh truyền thống. Từ các ưu nhược điểm trên tôi chọn kết cấu xây dựng kho lạnh là kho lạnh lắp ghép từ các tấm panel Cấu tao kho lạnh lắp ghép Kho lạnh tiêu chuẩn được lắp ghép từ các tấm tiêu chuẩn sau : Các tấm sàn Các tấm trần Các tấm góc Các tấm sườn Các tấm cửa Phương pháp lắp ghép : mộng âm dương và cam lock XáC ĐịNH CHIềU DàY CáCH NHIệT Chiều dày lớp cách nhiệt được xác định theo hai yêu cầu cơ bản sau : Vách ngoài kết cấu bao che không đọng sương nghĩa là chiều dày đủ lớn để nhiệt độ vách ngoài lớn hơn nhiệt độ đọng sương ts Chọn chiều dày cách nhiệt sao cho giá thành đơn vị lạnh thấp nhất Tính chiều dày cách nhiệt Chiều dày cách nhiệt được tính theo công thức : , Trong đó : độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt, m ; hệ số dẫn nhiệt cảu vật liệu cách nhiệt, W/mK ; hệ số tuyền nhiệt qua kết cấu bao che ; W/m2.K hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tới vách, W/m2K ; hệ số tỏa nhiệt của vách buồng lạnh vào buồng lạnh,W/m2K ; bề dày lớp vật liệu thứ i, m ; hệ số dẫn nhiệt của vật liệu thứ i, W/mK. - Hệ số truyền nhiệt vách ngoài, phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh. Theo bảng 3 – 3[1] ta có hệ số truyền nhiệt k của các buồng như sau : - Đối với buồng bảo quản đông W/m2.K - Đối với buồng bảo quản lạnh W/m2.K Theo bảng 3-7[1] ta tra được W/m2K – buồng lưu thông không khí cưỡng bức vừa phải. Do kho lạnh thương nghiệp được đặt bên trong nhà không khí chuyển động với vận tốc m/s nên hệ số không thể tra theo bảng 3-7 mà phải tính toán. + xác định hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài đối với các tấm vách Kích thước xác định m Nhiệt độ xác định oC Tốc độ gió m/s Thông số vật lý của không khí ở nhiệt độ 32 oC là : W/mK ; m2/s Theo 8.6 [2] ta có Vậy ta có : W/m2K + xác định hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài đối với các tấm trần và nền. Buồng bảo quản đông Kích thước xác định m W/m2K Buồng bảo quản lạnh : Kích thước xác định m W/m2K Bảng 3.1.1 Các thông số các lớp vật liệu tấm panel tiêu chuẩn Vật liệu Chiều dày Hệ số dẫn nhiệt Polyurethane (0,023 #0,03) Tôn phủ lớp PVC 0,0006 45,36 + tính chiều dày cách nhiệt vách ngoài + chiều dày cách nhiệt của vách ngoài buồng bảo quản đông : mm Chọn tấm panel tiêu chuẩn dày 125 mm Hệ số truyền nhiệt thực : W/m2.K + chiều dày cách nhiệt của vách ngoài buồng bảo quản lạnh : mm Chọn tấm panel có chiều dày tiêu chuẩn là 75 mm Hệ số truyền nhiệt thực : W/m2.K +tính chiều dày cách nhiệt của các tấm trần và nền : buồng bảo quản đông : mm Chọn tấm panel tiêu chuẩn dày 125 mm Hệ số truyền nhiệt thực : W/m2.K - buồng bảo quản lạnh : mm Chọn tấm panel có chiều dày tiêu chuẩn là 75mm Hệ số truyền nhiệt thực : W/m2.K +tính chiều dày cách nhiệt vách ngăn kho lạnh : - hệ số truyền nhiệt của tường ngăn giữa các buồng lạnh Theo bảng 3-5 [TL1] ta có Chọn chiều dày tấm panel tiêu chuẩn dày 75 mm Tính kiểm tra đọng sương trên bề mặt ngoài vách cách nhiệt Điều kiện để vách ngoài không đọng sương sẽ là - hệ số truyền nhiệt thực , - hệ số truyền nhiệt đọng sương, được tính theo công thức : . Trong đó : - hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài, W/m2K - nhiệt độ không khí bên ngoài kho , oC - nhiệt độ không khí bên trong kho , oC - nhiệt độ đọng sương , oC ở chương 1 ta đã xác định được các thông số không khí bên ngoài là =32 oC, .Tra đồ thị I-d của không khí ta được = 28 oC - Buồng bảo quản đông W/m2.K Buồng bảo quản lạnh : W/m2.K So sánh các giá trị ta thấy đều lớn hơn nên với chiều dày cách nhiệt đã chọn không sảy ra hiện tượng đọng sương ở vách ngoài kho lạnh. CHƯƠNG 4 TíNH NHIệT KHO LạNH ĐạI CƯƠNG Nhiệt tổn thất vào kho lạnh được xác định theo biểu thức. Trong đó: Q1 : Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che Q2 : Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra Q3 : Dòng nhiệt do thông gió Q4 : Dòng nhiệt do vận hành Q5 : Dòng nhiệt do sản phẩm thở DòNG NHIệT TổN THấT QUA KếT CấU BAO CHE Q1 Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che Q1 được tính theo biểu thức : Trong đó : Q11 : Dòng nhiệt tổn thất qua tường bao, trần, nền do chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong kho lạnh Q12 : Dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời. Kho lạnh được đặt bên trong nhà có mái che, tường bao nên bỏ qua tổn thất nhiệt do bức xạ mặt trời Q12 =0. , W Trong đó : - hệ số truyền nhiệt thực , - nhiệt độ không khí bên ngoài kho , oC - nhiệt độ không khí bên trong kho , oC ; - diện tích bề mặt của kết cấu bao che, m2 . Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che buồng bảo quản đông a)Dòng nhiệt tổn thất qua tường bao Trong đó : - : hệ số truyền nhiệt qua tường - : diện tích bề mặt tường bao L: tổng chiều dài tường bao H : chiều cao tường : từ mặt nền đến mặt trên của trần, H=3 m Xác định chiều dài - kích thước chiều dài tường ngoài : + đối với buồng ở góc kho : lấy chiều dài từ mép tường ngoài đến trục tâm tường ngăn + đối với buồng ở cạnh kho : lấy chiều dài từ giữa các trục tâm + đối với tường ngoài hoàn toàn : lấy từ mép tường ngoài này tới mép tường ngoài khác. m m m2 W b)Dòng nhiệt tổn thất qua trần và nền Do kho lạnh đặt trong nhà nên tổn thất nhiệt qua trần và nền bằng nhau nên ta có : Tổng dòng nhiệt tổn thất qua nền và trần là : Trong đó : hệ số truyền nhiệt qua tấm trần, nền diện tích của trần, nền. m2 W/m2.K W dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che vào buồng bảo quản đông : W Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che buồng bảo quản lạnh a)Dòng nhiệt tổn thất qua tường bao m m2 W b)Dòng nhiệt tổn thất qua trần và nền m2 W/m2.K W c)Dòng nhiệt tổn thất qua tường ngăn với buồng bảo đông m2 theo bảng 3-5[Tl1] W dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che vào buồng bảo quản lạnh: W DòNG NHIệT DO SảN PHẩM TỏA RA Q2 Nguồn hàng chủ yếu của kho lạnh thương nghiệp là từ kho lạnh phân phối. Các sản phẩm đã được xử lý lạnh nên dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra là không đáng kể Q2= 0. DòNG NHIệT DO THÔNG GIó BUồNG LạNH Q3 Dòng nhiệt tổn thất do thông gió buồng lạnh chỉ tính toán cho các buồng bảo quản rau hoa quả. Dòng nhiệt Q3 được xác định theo biểu thức : , - lưu lượng không khí của quạt thông gió, m3/s ; và - entanpi của không khí ở ngoài và ở trong buồng, kJ/kg ; Ta có với,,, tra đồ thị h-x hình 1-1[1] của không khí ẩm ta được kJ/kg, kJ/kg. Lưu lượng quạt thông gió có thể xác định theo biểu thức : - thể tích buồng bảo quản cần thông gió, m3 ; m3 - bội số tuần hoàn hay số lần thay đổi không khí trong một ngày đêm, lần/24h. Các buồng bảo quản hoa quả trang bị quạt thông gió hai chiều đảm bảo bội số tuần hoàn bốn lần thể tích buồng trong 24h. - khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí trong buồng bảo quản. Theo phụ lục 7[3] ta tra được kg/m3 Lưu lượng gió cần thiết là : Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh : kW = 321,29 W CáC DòNG NHIệT VậN HàNH Q4 Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng buồng Q41 W - diện tích buồng, m2 ; - nhiệt lượng tỏa ra khi chiếu sáng 1m2 diện tích buồng hay diện tích nền. Đối với buồng bảo quản A = 1,2 W/m2 Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng ở các buồng như sau : buồng bảo quản đông : W buồng bảo quản lạnh : W Dòng nhiệt do người tỏa ra Q42 Xác định theo biểu thức ,W -số người làm việc trong phòng. 350 – nhiệt lượng do một người thải ra khi làm việc nặng nhọc. Vì kho lạnh nhỏ hơn 200 m2 nên chọn mỗi buồng có 1 người làm việc Vậy ta có dòng nhiệt do người tỏa ra ở các buồng là Buồng bảo quản đông : W Buồng bảo quản lạnh : W Dòng nhiệt do động cơ điện Q43 Động cơ diện trong buồng bảo quản chỉ có động cơ của quạt dàn lạnh có công suất khoảng , - công suất của động cơ điện, chọn N=1 1000 – hệ số chuyển đổi từ kW ra W. Vậy dòng nhiệt do động cơ tỏa ra ở các phòng là : - Phòng bảo quản đông : W - Phòng bảo quản lạnh : W Dòng nhiệt do mở cửa Q44 , W - dòng nhiệt riêng khi mở cửa, W/m2; - diện tích buồng, m2. Dòng nhiệt tỏa ra khi mở cửa phụ thuộc vào diện tích buồng theo bảng 4-4[1] ta chọn như sau : Đối với buồng bảo quản đông, chọn W/m2. Đối với buồng bảo quản lạnh, chọn W/m2. + Dòng nhiệt tỏa ra khi mở cửa buồng bảo quản đông : W. . + Dòng nhiệt tỏa ra khi mở cửa buồng bảo quản lạnh : W. Vậy tổng các dòng nhiệt vận hành là : - Buồng bảo quản đông : W - Buồng bảo quản lạnh : W DòNG NHIệT DO HOA QUả HÔ HấP Q5 Dòng nhiệt Q5 xác định theo biểu thức : , W - dung tích kho lạnh ; và - dòng nhiệt tỏa ra khi sản phẩm có nhiệt độ nhập vào kho lạnh và ở nhiệt độ bảo quản trong kho lạnh. Rau hoa quả được đưa đến kho bằng xe bảo quản lạnh có nhiệt độ 2oC. Theo bảng 4.5[1] ta có W/t, W/t .ở đây lấy nhiệt số liệu của bắp cải để tính toán cho kho vì nhiệt độ hô hấp của bắp cải lớn, đảm bảo an toàn khi bảo quản các sản phẩm khác W Bảng tổng hợp các kết quả tính toán Bảng 4.7 Bảng tổng hợp kết quả tính toán Dòng nhiệt tổn thất Buồng bảo quản đông (w) Buồng bảo quản lạnh (w) Q1 552,24 Q2 0 0 Q3 0 321,29 Q4 1698 1984,2 Q5 0 540 Xác định tải nhiệt cho thiết bị và máy nén Để đảm bảo được nhiệt độ trong buồng ở những điều kiện bất lợi nhất người ta phải tính toán tải nhiệt cho thiết bị và máy nén là tổng các tải nhiệt thành phần có giá trị cao nhất. Đối với kho lạnh thương nghiệp tính nhiệt tải cho thiết bị và máy nén bằng 100% tổng các thành phần nhiệt tính được. Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 Từ các kết quả tính toán ở trên ta có bảng sau : Buồng bảo quản đông Buồng bảo quản lạnh Nhiệt độ buồng (oC) -20 0 Q1(W) Thiết bị 552,4 859,23 Máy nén 552,4 859,23 Q2(W) Thiết bị 0 0 Máy nén 0 0 Q3W) Thiết bị 0 321,29 Máy nén 0 321,29 Q4(W) Thiết bị 1698 1984,2 Máy nén 1689 1984,2 Q5(W) Thiết bị 0 540 Máy nén 0 540 (W) Thiết bị 2250,4 3704,72 Máy nén 2250,4 3704,72 Năng suất lạnh của máy nén được xác định theo biểu thức: k: hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị, chọn k = 1,06 b: hệ số thời gian làm việc ngày đêm của kho, chọn b = 0,9 Năng suất lạnh máy nén phòng bảo quản đông : W Năng suất lạnh máy nén phòng bảo quản lạnh : W CHƯƠNG 5 Tính toán chọn máy và thiết bị Chọn phương pháp làm lạnh Làm lạnh trực tiếp Làm lạnh trực tiếp là môi chất sôi trực tiếp trong dàn lạnh .Môi chất lạnh lỏng sôi thu nhiệt của môi trường buồng lạnh. Dàn bay hơi có thể là các loại dàn đối lưu không khí tự nhiên hoặc cưỡng bức bằng quạt gió. Hình 5.1. Hệ thống làm lạnh trực tiếp 1.Máy nén, 2. Bình ngưng tụ, 3. Van tiết lưu, 4. Dàn bay hơi * Hệ thống làm lạnh trực tiếp có những ưu điểm sau: - Thiết bị đơn giản vì không cần thêm một vòng tuần hoàn phụ. - Tuổi thọ cao, tính kinh tế cao hơn vì không phải tiếp xúc với nước muối là một chất gây han gỉ, ăn mòn rất mạnh. - ít tổn thất năng lượng về mặt nhiệt động. Vì hiệu nhiệt độ giữa buồng lạnh và dàn bay hơi trực tiếp bao giờ cũng nhỏ hơn hiệu nhiệt độ giữa buồng với nhiệt độ bay hơi gián tiếp qua nước muối. - Tổn hao lạnh khi khởi động máy nhỏ, tức là thời gian từ khi mở máy đến khi buồng đạt nhiệt độ yêu cầu là ngắn hơn. * Nhưng hệ thống lạnh trực tiếp cũng có một số nhược điểm trong từng trường hợp cụ thể sau : - Khi là hệ thống lạnh trung tâm, có nhiều hộ sử dụng lạnh thì lượng môi chất nạp vào máy sẽ rất lớn, khả năng rò rỉ môi chất lớn nhưng lại khó có khả năng dò tìm những chỗ rò rỉ để xử lý, khó hồi dầu đối với máy freôn khi dàn lạnh đặt quá xa và đặt thấp hơn vị trí máy nén. Với quá nhiều dàn lạnh việc bố trí phân phối đều môi chất cho các dàn lạnh cũng gặp khó khăn và khả năng nén rơi vào tình trạng ẩm. Làm lạnh gián tiếp Làm lạnh buồng gián tiếp là làm lạnh buồng bằng các dàn nước muối lạnh. Hình 5.1.2. Hệ thống làm lạnh gián tiếp 1. Máy nén, 2. Bình ngưng tụ, 3. Bình bay hơi, 4. Van tiết lưu, 5. Bơm nước muối, 6. Dàn lạnh nước muối, 7. Bình dãn nở Thiết bị bay hơi đặt ngoài buồng lạnh. Môi chất lạnh lỏng sôi để làm lạnh nước muối. * Làm lạnh gián tiếp qua môi chất lạnh có những ưu điểm sau: - Có độ an toàn cao, chất tải lạnh là nước muối nên không gây cháy nổ, không độc hại đối với cơ thể, không làm ảnh hưởng đến chất lượng hàng hoá bảo quản. - Khi có vòng tuần hoàn nước muối thì máy lạnh có cấu tạo đơn giản hơn, đường ống dẫn môi chất ngắn. Công việc lắp đặt, hiệu chỉnh, thử bền, thử kín, nạp gas, vận hành, bảo dưỡng đều dễ dàng và đơn giản hơn. - Hệ thống dung dịch muối có khả năng trữ lạnh lớn nên sau khi máy lạnh ngừng làm việc, nhiệt độ buồng lạnh có khả năng duy trì được lâu hơn. * Nhược điểm của hệ thống lạnh gián tiếp là: - Năng suất lạnh của máy bị giảm ( tổn thất lạnh lớn ). - Hệ thống thiết bị cồng kềnh vì phải thêm một vòng tuần hoàn nước muối gồm bơm, bình giản nở các đường ống và bình bay hơi làm lạnh nước muối gây ăn mòn thiết bị vì có nước muối. Từ những ưu nhược điểm của hai phương pháp làm lạnh trên nên chọn phương pháp làm lạnh trực tiếp có dàn quạt để làm lạnh cho kho lạnh thương nghiệp. Chọn môi chất lạnh Với các kho lạnh cỡ nhỏ môi chất lạnh sử dụng chủ yếu là freôn R22 (CHClF2), đây là môi chất đang được sử dụng phổ biến, với một số tính chất: là chất khí không màu, có mùi thơm nhẹ, nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển – 40,8 0C. Một số tính chất của R22. Tính chất vật lý - Nhiệt độ cuối tầm nén trung bình nhưng cần làm mát. - Là môi chất có áp suất tương đối cao, áp suất ngưng tụ tới 16,1bar ở nhiệt độ 42 oC - áp suất bay hơi thường lớn hơn áp suất khí quyển. - Năng suất lạnh riêng thể tích lớn. - Độ nhớt, tính lưu động kém NH3 nên các đường ống, cửa van đều lớn hơn. - Hoà tan hạn chế dầu. - Không hoà tan nước. - Không dẫn điện. Tính chất hoá học. - Bền ở phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc. - Khi có chất xúc tác là thép, phân hủy ở 550 oC có thành phần phosgen rất độc. - Không tác dụng với kim loại và phi kim chế tạo máy, nhưng hoà tan và làm trương phồng một số chất hữu cơ như cao su và chất dẻo. Tính an toàn cháy nổ. - Không cháy và không nổ. Tính chất sinh lý. - Không độc hại với con người, khi nồng độ quá cao có thể bị ngạt thở do thiếu dưỡng khí. - Không làm biến chất thực phẩm bảo quản. Tính kinh tế. - R22 đắt nhưng dễ kiếm, vận chuyển và bảo quản dễ dàng. - Là nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính và làm nóng địa cầu tính toán chu trình lạnh cho buồng bảo quản đông Tính toán chu trình lạnh, chọn máy nén Các thông số cơ bản - Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh to phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh. tb-nhiệt độ buồng lạnh ; -hiệu nhiệt độ yêu cầu. Dàn bay hơi trực tiếp lấy từ 8 13oC Chọn to = -20 - 10 = -30oC - Nhiệt độ ngưng tụ tk phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ. ở đây dùng thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước thì : tk = tw2 + Dtk Dtk – hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu chọn Dtk = 3K tw2 – nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng. Đối với bình ngưng ống vỏ thì chọn : tw2 = tw1 + 5 tw2 – nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng tw1 nhiệt độ nước vào bình ngưng. Nhiệt độ nước vào bình ngưng phụ thuộc vào điều kiện môi trường tw1 = tư + 3oC với tn = 37,5oC, j = 82% tra đồ thị I-d ta được tư = 33oCC tw1 = 33 + 3=36oC tw2 = 36 + 5 = 41oC tk = 41 + 4 = 45oC Từ to = -30oC tra phụ lục 3b[2] bảng hơi bão hòa của R22 được po = 1,63 bar ; Từ tk = 45oC tra được pk = 17,3 bar ; Tỷ số nén : 10,61 > 9 nên sử dụng chu trình 2 cấp Theo tài liệu kỹ thuật lạnh cơ sở ta chọn chu trình máy lạnh hai cấp có quá lạnh lỏng và hồi nhiệt. Chu trình có dạng như hình vẽ sau : Chu trình hoạt động như sau : Đây là chu trình hai cấp nén, làm mát trung gian không hoàn toàn bằng thiết bị quá lạnh lỏng và có hồi nhiệt, tiết lưu thẳng từ áp suất pk xuống po . Đặc điểm của chu trình là lỏng đi ra từ thiết bị ngưng tụ sẽ được đưa vào thiết bị hồi nhiệt. Nhiệt độ giảm suống từ t6 đến t7. Hiệu entanpy Dh67 = Dh1’1. Sau đó lỏng được đưa qua thiết bị quá lạnh. ở đây lỏng được làm mát nhờ bay hơi lỏng ở ap suất trung gian trong bình trung gian từ nhiệt độ t7 xuống t8. Nhiệt dộ t8 cao hơn t9 từ 3 ữ 5K. Từ áp suất pk, lỏng 8 được tiét lưu qua TL1 xuống thẳng xuống áp suất po và đẩy vào thiết bị bay hơi. Một phần lỏng ở trạng thái 8 được tiết lưu qua van TL2 vào bình quá lạnh làm quá lạnh lỏng từ 7 xuống 8. Dòng hơi ra từ bình quá lạnh để làm quá lạnh 10 đuợc hòa trộn với hơi ra ở cấp hại áp 2 để vào máy nén cao áp. Các quá trình cơ bản : 1’-1 quá nhiệt trong thiết bị hồi nhiệt 1-2 nén đoạn nhiệt trong máy nén hạ áp ; 2-4 và 10-4 hơi hạ áp 2 hòa trộn với hơi bão hòa 10 ra từ bình quá lạnh để vào máy nén cao áp ; 4-5 nén đoạn nhiệt trong máy nén cao áp 5-6 làm mát hơi quá nhiệt và ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ ; 6-7 quá lạnh trong thiết bị hồi nhiệt ; 7-8 quá lạnh trong bình quá lạnh ; 8-9 tiết lưu từ pk xuống áp suất trung gian vào bình quá lạnh ; 9-10 bay hơi từ bình quá lạnh để làm quá lạnh lỏng trong ống xoắn ; 8-11 tiết lưu từ pk xuống po để vào thiết bị bay hơi ; 11-1’ bay hơi trong thiết bị bay hơi . Xác định thông số tại các điểm nút chu trình áp suất trung gian ptg= = 5,31 bar, suy ra ttg = 2oC Nhiệt độ điểm 1 : Chọn trong bình hồi nhiệt là 10K nên ta có : t1 = to + 10 = -20oC + Điểm 1’ có nhiệt độ -30oC, h1’ = 693 kJ/kg (tra phụ lục 3b[3]) ; + Điểm 1 có nhiệt độ -20oC, tra đồ thị lgP-h [2] ta được h1 = 700 kJ/kg ; + Điểm 10 có nhiệt độ -2oC, h10 = 705 kJ/kg (tra phụ lục 3b[3]) ; + Điểm 6 có nhiệt độ ngưng tụ 45oC và h6 = 556 kJ.kg (tra phụ lục 3b[3]) ; + Điểm 2 là giao điểm của ptg và đường s1 = const đọc trên đồ thị được t2 = 35oC, h2 = 732 kJ/kg Từ Dh11’ = 700 – 693 = 7kJ/kg, ta suy ra : h7 = h6 - Dh11’ = 556 – 7 = 549 kJ/kg Với h7 = 549 kJ/kg ta được t7 =40oC Từ ttg = 2oC suy ra nhiệt độ t8 = ttg + (3 ữ 5)K, chọn t8 = 2 + 4 = 6oC Tra dồ thị ta được t8 = 507kJ/kg = h9 = h11 ; t9 = 2oC, t11 = -30oC. + Điểm 3 là trạng thái sau khi được làm mát bằng nước nên có nhiệt độ bằng nhiệt độ ngưng tụ. Do hiệu quả không cao lại cồng kềnh nên ở đây không sử dụng, do đó không có điểm 3. + Điểm có thể xác định nhờ cân bằng entanpy ở bình quá lạnh và điểm hòa trộn khi hút vào máy nén cao áp. + Bình quá lạnh : m4h7 + (m4 – m1)h9 = m4h8 + (m4 – m1)h10 và vì h8 = h9 + Điểm hòa trộn (m4 - m1)h10 + m1h2 = m4h4 h4= h10 + kJ/kg Vậy điểm 4 có h4 = 726 kJ/kg, t4 = 27oC Thông số các điểm nút chu trình cho ở bảng sau : 1’ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 t, oC -30 -20 35 27 88 45 40 6 2 -2 -30 h, kJ/kg 693 700 732 726 759 556 549 507 507 705 507 V, m3/kg - 0,16 - 0,052 - - - - - - - Xác định chu trình lạnh Năng suất lạnh riêng : qo = h1’ – h11 = 693 -507 = 186 kJ/kg Năng suất lạnh riêng thể tích qv = kJ/m3 Công nén riêng l1 = h2 – h1 = 732 -700 =32 kJkg, l2 = h5 – h4 =759 -726 = 33 kJ/kg l = l1 + = 32 +1,269.33 = 73,87 kJ/kg Năng suât nhiệt riêng qk = h5 – h6 = 759 -556 = 203 kJ/kg Hệ số lạnh Tính chọn máy nén hạ áp Lưu lượng qua mấy nén hạ áp : m1 = kg/s Thể tích hút thực tế : Vtt = m1.v1 = 0,01425.0,16 =0,00228 m3/s Hiệu suất thể tích tra đồ thị ta được l =0,81 Thể tích quét lý thuyết : Vltt = m3/s = 10,13 m3/h Công nén đoạn nhiệt hạ áp : Ns =m1.l1 = 0,01425.32 =0,456 kW Hiệu suất chỉ thị hi = Công suất chỉ thị : Ni = kW Công suất ma sát : Nms = Vtt.pms = 0,00228.30 = 0,0684 kW pms - áp suất ma sát riêng. (19 ữ 34 kPa) chọn pms = 30 Công nén hữu ích : Ne = 0,5364 + 0,684 = 0,6048 Công suất tiếp điện Nel = kW Trong đó : Đối với truyền động đai ta có htd = 0,95 Hiệu suất động cơ điện hel = (0,8 0,95) chọn hel =0,9 Tính chọn máy nén cao áp Lưu lượng qua máy nén cao áp : m4 = 1,269.m1 = 1,269.0,01425 = 0,01808kg/s Thể tích hút thực tế : Vtt = m4 .v4 = 0,01808.0,052 = 0,0009403 kg/s Hiệu suất thể tích l =0,81 Thể tích quét lý thuyết : Vltt = m3/s = 4,179 m3/h Công nén đoạn nhiệt Ns = m4 .l2 = 0,01808.33 = 0,5966 kW Hiệu suất chỉ thị hi = 0,85 Công suất ma sát Nms = 0,0684 kW Công nén hữu ích : Ne = 0,5966 + 0,0684 = 0,665 kW Công suất tiếp điện Nel = kW Tổng thể tích quét Vlt = 10,13 + 3,83 = 13,96 m3/h Tổng công nén hữu ích Ne = 0,6048 + 0,665 = 1,269 kW Từ các thông số trên ta tra phần mềm chọn máy nén của hãng BITZER ta chọn máy nén piston hai cấp kiểu nửa kín. Thông số của máy như sau : Compressor model 22EC-4.2-40S Cooling capacity 6.27 kW Power input 3.67 kW Current (400V) 7.31 A 29.0 A Voltage range 380-420V 380-420V Condensing capacity 9.76 kW COP/EER 1.71 1.44 Mass flow 125.3 kg/h 474 kg/h tính toán chu trình lạnh cho buồng bảo quản lạnh 5.4.1Tính toán chu trình lạnh, chọn máy nén Các thông số cơ bản Theo như tính toán ở phần trên ta có to = 2 + (- 10) = - 8oC, tk = 45oC Từ to = -8oC tra phụ lục 3b[2] bảng hơi bão hòa của R22 được po = 3,79 bar ; Từ tk = 45oC tra được pk = 17,3 bar ; Nhiệt độ quá lạnh tql =tw1 + (3 ữ 5)K chọn tql = 36 + 4 = 40oC Nhiệt độ hơi hút th = to + (5 ữ 15)K chọn th = -8 +10 = 2oC Tỷ số nén : 4,56 < 9 nên sử dụng chu trình 1 cấp freôn có hồi nhiệt Chu trình được thể hiện như hình vẽ sau : Các quá trình của chu trình: 1 – 2: quá trình nén đoạn nhiệt hơi hút từ áp suất thấp p0 lên áp suất cao Pk (S1 = S2). 2 – 2’: quá làm mát đẳng áp hơi môi chất từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái bão hoà. 2’ – 3: quá trình ngưng tụ đẳng áp và đẳng nhiệt. 3’ – 3: quá trình quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp xảy ra trong thiết bị hồi nhiệt. 3 – 4: quá trình tiết lưu đẳng entanpi. 4 – 1’: quá trình bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt. 1’ – 1: quá trình quá nhiệt hơi hút xảy ra trong thiết bị hồi nhiệt. Xác định thông số tại các điểm nút chu trình t1’ = t o = -8C tra phụ lục 3b [3] được h1’ = 702 kJ/kg t1 = th = 2oC tra đồ thị lgP-h ta được h1 = 710 kJ/kg Dh11’ = 710 – 702 = 8kJ/kg = Dh3’3 h3’ = 556 kJ/kg (tra phụ lục 3b), suy ra h3 = h3’ - Dh11’ = 556 – 8 = 548 kJ/kg từ đó ta tra được t3 = 39oC, t2 = 78oC, h2 =752 kJ/kg Ta có bảng thông số các điểm nút của chu trình Điểm nút 1’ 1 2 3’ 3 4 t, oc -8 2 78 45 39 -8 h, kJ/kg 702 710 752 556 548 548 v, m3/kg - 0,06 - - - - Xác định chu trình lạnh Năng suất lạnh riêng : q0 = h1’ –h4 = 702 -548 = 154 kJ/kg Năng suất lạnh riêng thể tích : qv = = 2556,67 kJ/m3 Công nén riêng l = h2 –h1 = 752 – 710 = 42 kJ/kg Năng suất nhiệt riêng Qk = h2 –h3’ = 752 – 556 = 196 kJ/kg Hệ số lạnh của chu trình Lưu lượng qua máy nén m = = 0,02833 kg/s Năng suất thể tích thực qua máy nén Vtt = m.v1 = 0,02833.0,06 = 0,001699 m3/s = 6,12 m3/h Hệ số cấp của máy nén l = li.lw , Trong đó : li = Lấy Dp0 = Dpk = 0,005 ữ 0,01Mpa ta chọn DPk = DPo = 0,007 MPa. m = 0,95 ữ 1,1 chọn m =1 C: tỷ số không gian chết, C = 0,03 á 0,05, chọn C = 0,03, thay số vào ta có: li = 0,87 lw = = 0,83 l = li . lw = 0,87 . 0,83 = 0,72 Thể tích quét lý thuyết Vlt = m3/h Hiệu suất chỉ thị hi = lw + bto b= 0,001 ; hi = 0,83 + 0,001 ( -8 ) = 0,82 Công nén lý thuyết Ns = m.l =0,02833.42 = 1,1898 kW Công nén chỉ thị Ni = = 1,451 kW Công ma sát Nms = Pms . Vtt =30.0,001699 = 0,05097 kW Pms: áp suất ma sát riêng, máy Freôn ngược dòng thì Pms = 19 á 34 kpa. Chọn Pms = 30 kpa. Công nén hiệu dụng Ne = Ni + Nms = 1,451 + 0,05097 = 1,502 kW Công suất tiếp điện Nel = kW Công suất động cơ lắp đặt Ndc = (1,1 á 2,1)Nel. Nếu ta chọn hệ số an toàn nhỏ thì điện năng tiêu thụ ít hơn nhưng dể cháy máy. Nếu chọn cao thì máy làm việc an toàn nhưng điện năng tiêu thụ cao. Chọn hệ số an toàn là 1,5. Nđc = 1,5 .1,756 = 2,635 kW Từ các thông số trên ta chọn máy nén copeland của Mỹ MODEL 2DL*-0500 (DC, LA) Công suât động cơ Nđc = 3,7 kW Thể tích quét Vlt = 16,8 m3/h tính chọn thiết bị ngưng tụ