Đề tài Tính thiết kế hệ thống lạnh cho kho bảo quản sản phẩm thủy sản lạnh đông dung tích 400 tấn

LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc đổi mới đất nước hiện nay thì vấn đề xuất khẩu hàng hóa để thu về ngoại tệ cho đất nước là một vấn đề cực kì quan trọng đòi hỏi các ngành phải nỗ lực hết mình để thực hiện được điều ấy. Trong đó ngành chế biến thủy sản cũng đóng góp một phần quan trọng . Việt Nam có vị trí địa lý thuận lợi cho việc đánh bắt và nuôi trồng thủy sản phát triển, do đó yêu cầu phải phát triển các nhà máy đáp ứng đầy đủ các yêu cầu cho công việc chế biến, bảo quản thủy sản một cách liên tục nhằm đem lại hiệu quả cao nhất. Trong tất cả các khâu của quá trình chế biến thủy sản thì vấn đề bảo quản sản phẩm cũng là một vấn đề quan trong nhằm đem lại hiệu quả cao nhất đó là góp phần tạo ra một sản phẩm tốt nhất. Nhằm góp phần tạo ra được một sản phẩm tốt, em đã chọn đề tài của mình là: Tính thiết kế hệ thống lạnh cho kho bảo quản sản phẩm thủy sản lạnh đông dung tích 400 tấn tại công ty chế biến xuất khẩu thủy sản F90, số 1 đường Phước Long, Nha Trang, Khánh hòa. Nội dung của đề tài bao gồm: Tổng quan. Khảo sát công trình, chọn phương án thiết kế, tính cấu trúc kho lạnh Tính nhiệt tải, chọn máy nén lạnh và các thiết bị cho hệ thống lạnh Trang bị tự động hóa, lắp đặt vận hành hệ thống lạnh, kho lạnh Sau một thời gian thực tập tại công ty với những số liệu thu nhận được em đã hoàn thành xong đề tài được giao. Tuy nhiên với kiến thức còn hạn chế nhất là còn thiếu kiến thức thực tế nên đề tài còn có nhiều thiếu sót rất mong nhận được những đóng góp ý kiến của quý thầy cô. Nha Trang, ngày....... tháng 05 năm 2011. Sinh viên thực hiện Chương 1. TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan về công ty chế biến thủy sản F90 1.1.1. Giới thiệu sự hình thành và hướng phát triển của công ty Hình 1.1. Công ty chế biến thủy sản F90 Công ty chế biến xuất khẩu thủy sản F90 nằm ở ngoại ô, cách thành phố Nha Trang 5 km về phía Nam, cách cảng Nha Trang khoảng 3 km về phía Tây Bắc, nằm trên đường Phước Long, một con đường giao thông quan trọng. Đây là điều kiện thuận lợi cho việc thu mua nguyên liệu cũng như việc phân phối sản phẩm đến người tiêu dùng. Thành lập năm 1990, trực thuộc Công ty liên doanh thủy sản Nha Trang quản lý với tổng diện tích 36000 m2. Năm 1994, Công ty liên doanh thủy sản Nha Trang giải thể, Ủy ban nhân dân tỉnh Khánh Hòa cho sáp nhập vào Công ty thiết bị vật tư thủy sản ( SPECO ). Ngày 16/02/1998, trực thuộc công ty chế biến xuất khẩu thủy sản F17 quản lý. Từ đó đến nay công ty đã và đang phát triển ổn định. Mặt hàng kinh doanh chính : thu mua, gia công, chế biến và xuất khẩu hàng thủy sản. Tên đầy đủ : CÔNG TY CHẾ BIẾN XUẤT KHẨU THỦY SẢN F90 Tên giao dịch quốc tế : NHA TRANG SEAPRODUCT COMPANY DL90 Địa chỉ : SỐ 1- ĐƯỜNG PHƯỚC LONG – BÌNH TÂN – NHA TRANG. Hàng năm công ty có những đóng góp nhất định vào nền kinh tế tỉnh nói riêng và ngành thủy sản Việt Nam nói chung ,giải quyết được việc làm cho khoảng 700 lao động địa phương và vùng lân cận. Công ty luôn quan tâm đến đời sống vật chất và tinh thần của công nhân viên. Với đội ngũ cán bộ, kỹ sư có trình độ, trách nhiệm cao trong công việc cùng đội ngũ công nhân lành nghề, tận tâm, công ty thường xuyên đầu tư trang thiết bij, máy móc hiện đại. Do đo năng suất được nâng cao trong sản xuất, góp phần vào công cuộc đổi mới, đi lên của đất nước. 1.1.2. Sơ đồ cơ cấu tổ chức quản lý của công ty F90 P.Tạp vụ B.GIÁM ĐỐC P.Kỹ thuật P.Kế toán P.kinh doanh PX.sản xuất T.xử lý P.hàngLấy P. Btrang T.KCS Cơ điện Hình 1.2. Sơ đồ tổ chức công ty F90 + Chức năng nhiệm vụ và mối quan hệ giữa các bộ phận - Giám đốc: có quyền hạn cao nhất trong công ty, có chức năng giám sát điều hành mọi hoạt động của công ty. - Phó giám đốc: có nhiệm vụ tham mưu cho giám đốc, điều hành mọi hoạt động sản xuất kinh doanh của công ty, tham gia ký kết các hợp đồng. - Phân xưởng chế biến: có vai trò quan trọng trong sự tồn tai và phát triển của công ty. Chịu trách nhiệm về mặt quản lý nhân sự, đảm bảo các chế độ, chính sách và quyền lợi nghĩa vụ của người lao động đối với công ty theo luật định của nhà nước. - Phân xưởng cơ điện: Đảm bảo cho các máy móc thiết bị vận hành thông suốt, an toàn trong cả quá trình chế biến. - Phòng kỹ thuật: Tham mưu cho giám đốc trong việc điều hành kỹ thuật sản xuất, quá trình vệ sinh an toàn thực phẩm từ nguyên liệu đến thành phẩm, chịu trách nhiệm về chất lượng sản phẩm làm ra, phụ trách chương trình quản lý chất lượng, thực hiện đúng kế hoạch mà giám đốc đề ra. - Phòng kinh doanh có chức năng và nhiệm vụ xử lý thông tin từ các nguồn tin thu thập được từ phía khách hàng, từ việc khảo sát thị trường. Phân tích tổng hợp thông tin đưa ra nhưng đề xuất, dự báo trong kinh doanh như giá cả mặt hàng trước mắt và lâu dài. Ngoài ra phải thường xuyên giao dịch với khách hàng, chào hàng trực tiếp hoặc gián tiếp. - Phòng kế toán: có vai trò trong sự tồn tại và phát triển của công ty. Tính các chi phí, giá thành sản phẩm, lợi nhuận tiền lương, thưởng và tính toán các khoản có liên quá đến sản xuất kinh doanh của công ty. 1.1.3. Mặt bằng công ty Công ty nằm cạnh đường Phước Long nối dài đường Võ Thị Sáu và đường Bình Tân nên rất thuận lợi cho việc thu mua nguyên liệu cũng như việc phân phối. Hiện nay đường Phước Long vừa được nâng cấp nên việc đi lại có nhiều thuận lợi hơn. Xung quanh công ty được xây bằng rào cao 3,2m ngăn cách với khu vực xung quanh, đồng thời đảm bảo an ninh trật tự. Nhược điểm: Khi muốn đi vào phòng máy phải băng ngang qua phân xưởng chế biến nên ảnh hưởng đến sản xuất.. Chiều cao phân xưởng khá thấp nên không thể xây dựng được các cấu trúc cao. Bố trí các cửa ra vào chưa hợp lý nên gây bất tiện trong đi lại và sản xuất. Hình 1.3. Sơ đồ mặt bằng tổng thể công ty F90 1.2. Tổng quan về kho lạnh 1.2.1. Khái niệm về kho lạnh bảo quản Kho lạnh bảo quản là kho được sử dụng để bảo quản các loại thực phẩm, nông sản, rau quả, các sản phẩm của công nghiệp hóa chất, công nghiệp thực phẩm, công nghiệp nhẹ v.v Hiện nay kho lạnh được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp chế biến thực phẩm và chiếm một tỷ lệ lớn nhất. Các dạng mặt hàng bảo quản bao gồm: - Kho bảo quản thực phẩm chế biến như: thịt, hải sản, đồ hộp… - Bảo quản nông sản thực phẩm,rau quả. - Bảo quản các sản phẩm y tế, dược liệu. - Kho bảo quản sữa. - Kho bảo quản và lên men bia. - Bảo quản các sản phẩm khác 1.2.2. Phân loại 1.2.2.1 Theo công dụng người ta có thể phân ra các loại kho lạnh như sau: - Kho lạnh sơ bộ: dùng làm lạnh sơ bộ hay bảo quản tạm thời thực phẩm tại các nhà máy chế biến trước khi chuyển sang một khâu chế biến khác . - Kho chế biến: được sử dụng trong các nhà máy chế biến và bảo quản thực phẩm (nhà máy đồ hộp, nhà máy sữa, nhà máy chế biến thủy sản, nhà máy xuất khẩu thịt…). Các kho lạnh loại này thường có dung tích lớn, cần phải trang bị hệ thống có công suất lạnh lớn. Phụ tải của kho lạnh luôn thay đổi do phải xuất nhập hàng thường xuyên. - Kho lạnh phân phối, kho trung chuyển: dùng điều hòa cung cấp thực phẩm cho các khu vực dân cư, thành phố và dự trữ lâu dài. Kho lạnh phân phối thường có dung tích lớn, dự trữ nhiều mặt hàng và có ý nghĩa rất lớn đến đời sống sinh hoạt của cả một cộng đồng. - Kho thương nghiệp: kho lạnh bảo quản các mặt hàng thực phẩm của hệ thống thương nghiệp. Kho dùng bảo quản tạm thời các mặt hàng đang được doanh nghiệp bán trên thị trường. - Kho vận tải (trên tàu thủy, tầu hỏa, xe ôtô): đặc điểm của kho là dung tích lớn, hàng bảo quản mang tính tạm thời để vận chuyển từ nơi này đến nơi khác. - Kho sinh hoạt: đây là loại kho rất nhỏ dùng trong các hộ gia đình, khách sạn, nhà hàng dùng bảo quản một lượng hàng nhỏ 1.2.2.2. Theo nhiệt độ người ta chia ra: - Kho bảo quản lạnh: nhiệt độ bảo quản thường nằm trong khoảng -2°C 5°C. Đối với một số rau quả nhiệt đới cần bảo quản ở nhiệt độ cao hơn (chuối > 10°C, chanh > 4°C). Nói chung các mặt hàng chủ yếu là rau quả và các mặt hàng nông sản. - Kho bảo quản đông: kho được sử dụng để bảo quản các mặt hàng đã qua cấp đông. Đó là hàng thực phẩm có nguồn gốc động vật. Nhiệt độ bảo quản tùy thuộc vào thời gian, loại thực phẩm bảo quản. Tuy nhiên nhiệt độ bảo quản tối thiểu cũng phải đạt -18°C để cho các vi sinh vật không thể phát triển làm hư hại thực phẩm trong quá trình bảo quản. - Kho đa năng: nhiệt độ bảo quản là -12°C. - Kho gia lạnh: nhiệt độ 0°C, dùng gia lạnh các sản phẩm trước khi chuyển sang khâu chế biến khác. - Kho bảo quản nước đá: nhiệt độ kho tối thiểu -4°C. 1.2.2.3. Theo dung tích chứa. Kích thước kho lạnh phụ thuộc chủ yếu vào dung tích chứa hàng của nó. Do đặc điểm về khả năng chất tải cho mỗi loại thực phẩm có khác nhau nên thường quy dung tích ra tấn thịt (MT- Meat Tons). Ví dụ kho 50MT, kho 100MT, kho 150MT…là những kho có khả năng chứa 50,100, 150…tấn thịt. 1.2.2.4. Theo đặc điểm cách nhiệt người ta chia ra: - Kho xây: là kho mà kết cấu là kiến trúc xây dựng và bên trong người ta tiến hành bọc các lớp cách nhiệt. Kho xây chiếm diện tích lớn, lắp đặt khó, giá thành tương đối cao, không đẹp, khó tháo dỡ và di chuyển. Mặt khác về mặt thẩm mỹ và vệ sinh kho xây không đảm bảo tốt. Vì vậy hiện nay ở nước ta người ta ít sử dụng kho xây để bảo quản thực phẩm. - Kho panel: được lắp ghép từ các tấm panel tiền chế polyurethan và được lắp ghép với nhau bằng các móc khóa cam locking. Kho panel có hình thức đẹp, gọn và giá thành tương đối rẻ, rất tiện lợi khi lắp đặt, tháo đỡ và bảo quản các mặt hàng thực phẩm, nông sản, thuốc men, dược liệu… Hiện nay nhiều doanh nghiệp ở nước ta đã sản xuất các tấm panel cách nhiệt đạt tiêu chuẩn cao. Vì thế hầu hết các xí nghiệp công nghiệp thực phẩm đều sử dụng kho panel để bảo quản hàng hóa. 1.2.3. Các phương pháp xây dựng kho lạnh Hiện nay, ngành thuỷ sản ở nước ta đang phát triển mạnh, để phục vụ cho quá trình chế biến và bảo quản thuỷ sản phục vụ cho công tác xuất khẩu. Vì vậy, những kho lạnh có công suất vừa và nhỏ được xây dựng tương đối nhiều ở Việt Nam hiện nay. Để xây dựng trạm lạnh cũng như kho lạnh thì trên thực tế ở nước ta hiện nay có thể sử dụng 2 phương pháp sau: Kho xây ( như xây dựng dân dụng, điểm khác là phải có cách nhiệt, cách ẩm ). Kho lắp ghép ( xây + lắp ghép ). Tuỳ theo điều kiện: - Địa chất công trình nơi xây dựng. - Vốn xây dựng. - Thời gian thi công. - Nguyên vật liệu xây dựng tại địa phương. 1.2.3.1. Phương án truyền thống Phương án này kho lạnh được xây dựng bằng các vật liệu xây dựng và lớp cách nhiệt, cách ẩm gắn vào phía trong của kho. Quá trình xây dựng phức tạp, qua nhiều công đoạn. + Ưu điểm: - Kho xây thì ta tận dụng được nguyên vật liệu có sẵn ở địa phương. - Có thể sử dụng những công trình kiến trúc có sẵn để chuyển thành kho - Giá thành xây dựng rẻ. + Nhược điểm: - Khi cần di chuyển kho lạnh khó khăn, hầu như bị phá hỏng. - Cần nhiều thời gian và nhân lực thi công. - Chất lượng công trình có độ tin cậy không cao. 1.2.3.2. Phương án hiện đại: đó là phương án xây dựng kho bằng cách lắp các tấm panel tiêu chuẩn trên nền, khung và mái của kho. + Ưu điểm: - Các chi tiết cấu trúc cách nhiệt, cách ẩm là các tấm tiêu chuẩn chế tạo sẵn, nên dễ dàng vận chuyển đến nơi lắp dặt và lắp ráp nhanh chóng. - Khi cần di chuyển kho lạnh dễ dàng, không bị hư hỏng. - Kho chỉ cần khung và mái che, nên không cần đến các vật liệu xây dựng, do đó việc xây dựng rất đơn giản. + Nhược điểm: - Giá thành đắt hơn kho xây. Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của hai phương án trên thì phương án hiện đại mặc dù giá thành cao, nhưng chất lượng của kho đảm bảo cho nên giảm được chi phí vận hành và chất lượng sản phẩm được bảo quản tốt hơn, do đó phương án hiện đại được chọn ở đây là xây dựng kho bằng các tấm panel tiêu chuẩn 1.2.4. Một số vấn đề khi thiết kế, lắp đặt và sử dụng kho lạnh 1.2.4.1. Hiện tượng lọt ẩm Không khí trong kho lạnh có nhiệt độ thấp, khi tuần hoàn qua dàn lạnh một lượng nước đáng kể đã kết ngưng lại, vì vậy phân áp suất hơi nước không khí trong buồng nhỏ hơn so với bên ngoài. Kết quả hơi ẩm có xu hướng thẩm thấu vào phòng qua kết cấu bao che. - Đối với kho xây, hơi ẩm khi xâm nhập có thể làm ẩm ướt lớp cách nhiệt làm mất tính chất cách nhiệt của lớp vật liệu. Vì vậy kho lạnh xây cần phải được quét hắc ín và lót giấy dầu chống thấm. Giấy dầu chống thấm cần lót hai lớp, các lớp chồng mí lên nhau và phải dán băng keo kín, tạo màn cách ẩm liên tục trên toàn bộ diện tích nền kho. - Đối với kho panel bên ngoài và bên trong kho có các lớp tôn nên không có khả năng lọt ẩm. Tuy nhiên cần tránh các vật nhọn làm thủng vỏ panel dẫn đến làm ẩm ướt lớp cách nhiệt. Vì thế trong các kho lạnh người ta thường làm hệ thống palet bằng gỗ để đỡ cho panel tránh xe đẩy, vật nhọn đâm vào trong quá trình vận chuyển đi lại. Giữa các tấm panel có lắp ghép có khe hở nhỏ cần làm kín bằng silicon, sealant. Bên ngoài các kho trong nhiều nhà máy người ta chôn các dãy cột cao khoảng 0,8m phòng ngừa các xe chở hàng va đập vào kho lạnh gây hư hỏng . 1.2.4.2. Hiện tượng cơi nền do băng Kho lạnh bảo quản lâu ngày, lạnh truyền qua kết cấu cách nhiệt xuống nền đất. Khi nhiệt độ xuống thấp nước kết tinh thành đá lớn làm cơi nền kho lạnh, phá hủy kết cấu xây dựng . Để phòng hiện tượng cơi nền người ta sử dụng các biện pháp sau: a. Tạo khoảng trống phía dưới để thông gió nền: lắp đặt kho lạnh trên các con lươn hoặc trên hệ thống khung đỡ. Các con lươn thông gió được xây dựng bằng bê tông hoặc gạch thẻ, cao khoảng 100 200 mm đảm bảo thông gió tốt. Khoảng cách giữa các con lươn tối đa 400 mm. Bề mặt các con lươn dốc về hai phía 2% để tránh đọng nước. b. Dùng điện trở để sấy nền: đây là biện pháp đơn giản, dễ lắp đặt, nhưng chi phí vận hành khá cao, đặc biệt khi kích thước kho lớn. Vì vậy biện pháp này ít sử dụng. c. Dùng các ống thông gió nền: đối với kho có nền xây, để tránh đóng băng nền , biện pháp kinh tế nhất là sử dụng các ống thông gió nền. Các ống thông gió là ống PVC đường kính Ф100 mm, bố trí cách quãng 1000 1500 mm, đi ziczăc phía dưới nền, hai đầu thông lên khí trời. Trong quá trình làm việc, gió thông vào ống, trao đổi nhiệt với nền đất và sưởi ấm nền, ngăn ngừa đóng băng . 1.2.4.3. Hiện tượng lọt không khí Khi xuất nhập hàng hoặc mở cửa thao tác kiểm tra, không khí bên ngoài sẽ thâm nhập vào kho gây ra tổn thất nhiệt đáng kể và làm ảnh hưởng chế độ bảo quản. Quá trình thâm nhập này thực hiện như sau: gió nóng bên ngoài chuyển động vào kho lạnh từ phía trên cửa và gió lạnh trong phòng ùa ra ngoài từ phía dưới nền. Quá trình thâm nhập của không khí bên ngoài vào kho lạnh không những làm mất lạnh của phòng mà còn mang theo một lượng hơi ẩm vào phòng và sau đó tích tụ trên các dàn lạnh ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của hệ thống. Để ngăn ngừa hiện tượng đó người ta sử dụng nhiều biện pháp khác nhau: + Sử dụng quạt màn tạo màn khí ngăn chặn sự trao đổi không khí bên ngoài và bên trong . + Làm cửa đôi: cửa ra vào kho lạnh có hai lớp riêng biệt làm cho không khí bên trong không bao giờ thông với bên ngoài. Phuơng pháp này bất tiện vì chiếm thêm diện tích, xuất nhập hàng khó khăn, giảm mỹ quan công trình nên ít sử dụng. Nhiều hệ thống kho lạnh lớn người ta làm hẳn cả một kho đệm. Kho đệm có nhiệt độ vừa phải, có tác dụng như lớp đệm tránh không khí bên ngoài xâm nhập vào kho lạnh . + Sử dụng cửa sổ nhỏ để vào ra hàng. Các cửa này được lắp đặt trên tường ở độ cao thích hợp và có kích thước cỡ 600 x 600 mm . + Sử dụng màn nhựa: treo ở cửa ra vào một tấm màn nhựa được ghép từ nhiều mảnh nhỏ. Phương pháp này hiệu quả tương đối cao, đồng thời không ảnh hưởng đến việc đi lại. Nhựa chế tạo màn cửa phải đảm bảo khả năng chịu lạnh tốt và có độ bền cao. . Cửa được ghép từ các dải nhựa rộng 200 mm, các mí gấp lên nhau một khoảng ít nhất 50 mm, vừa đảm bảo thuận lợi đi lại nhưng khi không có người vào ra thì màn che vẫn rất kín . 1.2.4.4. Tuần hoàn gió trong kho lạnh Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tuần hoàn gió trong phòng khi thiết kế và sử dụng, cần phải chú ý các công việc sau: * Sắp xếp hàng hợp lý Việc sắp xếp hàng trong kho phải tuân thủ các điều kiện : Thuận lợi cho việc thông gió trong kho để tất cả các khối hàng đều được làm lạnh tốt. Đi lại kiểm tra, xem xét thuận lợi. Đảm bảo nguyên tắc hàng nhập trước xuất trước, nhập sau xuất sau. Hàng bố trí theo từng khối, tránh nằm rời rạc khả năng bốc hơi nước lớn làm giảm chất lượng thực phẩm. Khi sắp xếp hàng trong kho phải chú ý để chừa các khoảng hở hợp lý giữa các lô hàng và giữa lô hàng với tường, trần, nền kho để cho không khí lưu chuyển và giữ lạnh sản phẩm. Đối với tường việc xếp cách tường kho một khoảng còn có tác dụng không cho hàng nghiêng tựa lên tường, vì như vậy có thể làm bung các tấm panel cách nhiệt nếu quá nặng. Khoảng cách tối thiểu về các phía cụ thể nêu trong bảng 1.1. Bảng 1.1. Khoảng cách xếp hàng trong kho. Sàn Tường Trần 11,5 dm 2 8 dm 50 dm Trong kho cần phải chừa các khoảng hở cần thiết cho người và các phương tiện bốc dỡ đi lại. Bề rộng tùy thuộc vào phương pháp bốc dỡ và thiết bị thực tế. Nếu khe hở hẹp khi phương tiện đi lại va chạm vào các khối hàng có thể làm đổ, mất an toàn và làm hư hỏng sản phẩm. Phía dưới dàn lạnh không nên bố trí hàng để người vận hành dễ dàng xử lý khi cần thiết . * Sử dụng hệ thống kênh gió để phân phối Đối với các kho lạnh dung tích lớn , cần thiết phải sử dụng các kênh gió để phân phối gió đều trong kho. Nhờ hệ thống kênh gió thiết kế hợp lý gió sẽ được phân bố đều hơn đến nhiều vị trí trong kho. 1.2.4.5. Xả băng dàn lạnh Không khí khi chuyển dịch qua dàn lạnh, nhưng kết một phần hơi nước ở đó . quá trình tích tụ càng lâu lớp tuyết càng dày. Việc bám tuyết ở dàn lạnh dẫn đến nhiều sự cố cho hệ thống lạnh như: nhiệt độ kho lạnh không đạt yêu cầu, thời gian làm lạnh lâu, ngập dịch, cháy động cơ điện … Sở dĩ như vậy là vì: - Lớp tuyết bám bên ngoài dàn lạnh tạo thành lớp cách nhiệt, ngăn cản quá trình trao đổi nhiệt giữa môi chất và không khí trong buồn lạnh. Do đó nhiệt độ buồng lạnh không đạt yêu cầu, thời gian làm lạnh kéo dài. Mặt khác, môi chất lạnh trong dàn lạnh do không nhận được nhiệt để hóa hơi nên một lượng lớn hơi ẩm được hút về máy nén gây ra ngập lỏng máy nén. - Khi tuyết bám nhiều, đường tuần hoàn của gió trong dàn lạnh bị nghẽn lưu lượng gió giảm, hiệu quả trao đổi nhiệt cũng giảm theo, trở lực lớn, quạt làm việc quá tải và động cơ điện có thể bị cháy. - Trong một số trường hợp tuyết bám quá dày làm cho cánh quạt bị ma sát không thể quay được và sẽ bị cháy, hỏng quạt. Để xả tuyết cho dàn lạnh người ta thường sử dụng ba phương pháp sau đây: a. Dùng gas nóng: phương pháp này rất hiệu quả vì quá trình cấp nhiệt xả băng thực hiện từ bên trong. Tuy nhiên, phương pháp xả băng bằng gas nóng cũng gây nguy hiểm do chỉ thực hiện khi hệ thống đang hoạt động, khi xả băng quá trình sôi trong dàn lạnh xảy ra mãnh liệt có thể cuốn theo lỏng về máy nén. Vì thế chỉ nên sử dụng trong hệ thống nhỏ hoặc hệ thống có bình chứa hạ áp. b. Xả băng bằng nước: phương pháp dùng nước hiệu quả cao, dễ thực hiện, đặc biệt trong các hệ thống lớn. Mặt khác khi xả băng bằng nước người ta đã thực hiện hút kiệt gas và dùng máy nến trước khi xả băng nên không sợ ngập lỏng khi xả băng. Tuy nhiên, khi xả băng, nước có thể bắn tung tóe ra các sản phẩm trong buồng lạnh và khuếch tán vào không khí trong phòng, làm tăng độ ẩm của nó, lượng ẩm này tiếp tục bám lại trên dàn lạnh trong quá trình vận hành kế tiếp. Vì thế biện pháp dùng nước thường sử dụng cho hệ thống lớn, tuyết bám nhiều, ví dụ như trong các hệ thống cấp đông. c. Dùng điện trở: trong các kho lạnh nhỏ, các dàn lạnh thường sử dụng phương pháp xả băng bằng điện trở. Cũng như phương pháp xả băng bằng nước, phương pháp dùng điện trở không sợ ngập lỏng. Mặt khác, xả băng bằng điện trở không làm tăng độ ẩm trong kho. Tuy nhiên phương pháp dùng điện trở chi phí điện năng lớn và không dễ thực hiện. Các điện trở chỉ được lắp đặt sẵn do nhà sản xuất thực hiện. 1.3. Tổng quan về công nghệ bảo quản thủy sản đông lạnh 1.3.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến sản phẩm trong quá trình bảo quản đông 1.3.1.1. Ảnh hưởng các yếu tố bên ngoài - Môi trường: nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của sản phẩm bảo quản như nhiệt độ, độ ẩm, … làm ảnh hưởng đến các thiết bị và cấu trúc kho lạnh từ đó ảnh hưởng lên sản phẩm. - Cấu trúc kho: nếu cấu trúc kho cách nhiệt và cách ẩm không tốt và cấu trúc không hợp lý thì kho sẽ bị dao động nhiệt độ nhiều làm cho có hiện tượng tan chảy và tái kết tinh của các tinh thể nước đá sẽ làm cho sản phẩm bảo quản bị giảm trọng lượng và khối lượng. - Chế độ vận hành máy lạnh: nếu vận hành không hợp lý làm cho hệ thống máy lạnh hoạt động không ổn định để cho nhiệt độ dao động nhiều sẽ làm cho sản phẩm bị giảm khối lượng và chất lượng nhiều. - Chất lượng của hệ thống máy lạnh và chế độ bảo trì hệ thống lạnh cũng ảnh hưởng lớn đến sản phẩm bảo quản. - Thời gian bảo quản sản phẩm: thời gian bảo quản sản phẩm càng dài thì khối lượng và chất lượng sản phẩm sẽ bị giảm sút. 1.3.1.2. Ảnh hưởng của các yếu tố bên trong Để có sản phẩm có chất lượng tốt cần đảm bảo điều kiện bảo môi trường trong kho được ổn định theo đúng quy trình công nghệ đề ra như: - Nhiệt độ bảo quản: nhiệt độ bảo quản thực thẩm phải được lựa chọn trên cơ sở kinh tế và kỹ thuật. Nó phụ thuộc vào từng loại sản phẩm và thời gian bảo quản sản phẩm. Thời gian bảo quản càng lâu đòi hỏi nhiệt độ bảo quản càng thấp. Các mặt hàng trữ đông cần bảo quản ở nhiệt độ ít nhất bằng nhiệt độ của sản phẩm sau cấp đông tránh không để xảy ra quá trình tan chảy và tái kết tinh lại của các tinh thể nước đá làm giảm trọng lượng và chất lượng sản phẩm. - Độ ẩm của không khí trong kho lạnh: độ ẩm của không khí trong kho có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm khi sử dụng. Bởi vì độ ẩm của không khí trong kho có liên quan mật thiết đến hiện tượng thăng hoa của nước đá trong sản phẩm. Do vậy tùy từng loại sản phẩm cụ thể mà ta chọn độ ẩm của không khí cho thích hợp. - Tốc độ không khí trong kho lạnh: không khí chuyển động trong kho có tác dụng lấy đi lượng nhiệt tỏa ra của sản phẩm bảo quản, nhiệt truyền vào do mở cửa, do cầu nhiệt, do người lao động, do máy móc thiết bị hoạt động trong kho. Ngoài ra còn đảm bảo sự đồng đều nhiệt độ, độ ẩm và hạn chế nấm mốc hoạt động. 1.3.2. Những biến đổi của sản phẩm trong quá trình bảo quản đông 1.3.2.1. Những biến đổi về vật lý Sau khi làm đông, trong thời gian bảo quản trong kho có hiện tượng tan chảy và tái kết tinh lại thành các tinh thể nước đá. Trong quá trình bảo quản ở nhiệt độ khoảng -18 ÷ -25°C nếu có sự dao động nhiệt độ sẽ có hiện tượng tan chảy và tái kết tinh của nước đá. Khi nhiệt độ tăng thì tất cả các tinh thể nước đá có điểm băng thấp hơn nhiệt độ đó sẽ bị tan chảy. Khi nhiệt độ hạ thấp dưới điểm băng của phần nước này thì chúng sẽ tái kết tinh lại nhưng không hình thành tinh thể mới mà có xu hướng di chuyển về các tinh thể chưa bị hòa tan và kết tinh vào đó. Hậu quả là số lượng các tinh thể nước đá trong sản phẩm giảm nhưng kích thước của chúng thì lại tăng lên và đến một mức nào đó chúng gây chèn ép làm rách vỡ tế bào và gây hủy hoại cấu trúc mô tạo ra nhiều khe hở ăn thông từ bên trong ra bên ngoài sản phẩm. Khi tan giá và làm ấm để sử dụng sản phẩm đông lạnh thì nước và các chất tan trong nước sẽ thoát ra ngoài theo các khe hở này gây nên hiện tượng mất trọng lượng và chất lượng của sản phẩm. Tổn thất này là lớn nhất trong tất cả các dạng tổn thất về trọng lượng và chất lượng sản phẩm. Để tránh hiện tượng kết tinh lại của nước đá thì trong quá trình bảo quản nhiệt độ phải ổn định, mức dao động của nhiệt độ cho phép là ± 10C. 1.3.2.2. Những biến đổi về hóa học Trong quá trình bảo quản đông thì có những biến đổi về hóa học nhưng các phản ứng đều bị chậm lại do nhiệt độ thấp. Các phản ứng đặc trưng: Phản ứng phân giải của glucozen tạo ra axitlactic sẽ làm cho pH của thực phẩm giảm. Phản ứng melanoidin: axitamin + đường khử →melanin có màu nâu đen. Triglyxerit ( thủy phân) → glyxerin + 3 axit béo tự do bị oxi hóa tạo ra các sản phẩm của phản ứng oxi hóa lipit có màu nâu tối, xấu, có mùi vô cùng khó chịu, có tính độc . * Chú ý : + Trong thời gian làm đông phản ứng xảy ra vô cùng bé . + Nếu thời gian bảo quản đông càng dài và không có biện pháp khắc phục thì sản phẩm bị hư hỏng do nguyên nhân chủ yếu là phản ứng oxi hóa lipit. 1.3.2.3. Những biến đổi về hóa sinh - Khi nhiệt độ hạ thấp dưới nhiệt độ thích hợp tới gần điểm băng thì hoạt động của enzyme bị giảm. - Khi nhiệt độ hạ xuống ≤ -8°C: một số enzyme ngừng hoạt động, số còn lại hoạt động yếu ớt. - Khi nhiệt độ hạ thấp ≤ -18°C: hầu hết các enzyme ngừng hoạt động ngoại trừ enzyme xúc tác cho phản ứng thủy phân lipit và phản ứng oxi hóa lipit nhưng chúng hoạt động rất yếu. Tuy nhiên nếu như thời gian trữ đông kéo dài đến vài tháng hoặc hơn một năm thì phản ứng xảy ra đáng kể và có khả năng làm hư hỏng sản phẩm. 1.3.2.4. Những biến đổi về vi sinh - Khi nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ thích hợp của vi sinh vật (vsv) nhưng chưa dưới điểm băng thì vsv bị ức chế, hoạt động yếu hơn. - Khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ điểm băng thì nước đóng băng và nếu đóng chậm thì các tinh thể nước đá to có thể gây rách màng tế bào làm cho một số vsv bị chết, số còn lại rơi vào trạng thái không hoạt động hoặc hoạt động rất yếu. - Khi nhiệt độ hạ xuống ≤ -8°C thì hầu hết các loài vi khuẩn ngừng hoạt động nhưng nấm mốc nấm men còn hoat động được. - Khi nhiệt độ hạ thấp ≤ -12°C thì cả vi khuẩn, nấm mốc, nấm men ngừng hoạt động nhưng một số vi khuẩn chịu lạnh vẫn còn hoạt động được nên chưa an toàn. - Khi nhiệt độ hạ thấp ≤ -18°C gần như không còn vi sinh vật nào còn hoạt động được nên bảo quản sản phẩm ở nhiệt độ từ -18 ÷ -25°C là vừa an toàn và vừa kinh tế. Chương 2. KHẢO SÁT CÔNG TRÌNH, CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ. TÍNH CẤU TRÚC KHO LẠNH 2.1. Khảo sát mặt bằng xây dựng kho lạnh 2.1.1. Chọn địa điểm xây dựng kho lạnh Chọn địa điểm kho lạnh là công tác không thể thiếu và đóng vai trò quan trọng trong quá trình thiết kế và xây dựng kho. Khi chọn địa điểm thì ta phải biết được các thông số về khí tượng thuỷ văn, địa lí… Từ đó đề ra các phương án thiết kế và xây dựng kho cho thích hợp để làm cho công trình có giá thành thấp nhất và chất lượng công trình là tốt nhất, cũng tránh được các rủi ro do thiên tai gây ra như thiên tai, lũ lụt… tại địa phương xây dựng kho Kho được xây dựng tại công ty chế biến thủy sản F90, SỐ 1 – ĐƯỜNG PHƯỚC LONG – BÌNH TÂN – NHA TRANG. 2.1.2. Các thông số về địa lý và khí tượng tại nơi lắp kho lạnh Các thông số này đã được thống kê trong nhiều năm, khi tính toán để đảm bảo độ an toàn cao thì ta thường lấy các giá trị cao nhất (chế độ khắc nghiệt nhất) từ đó sẽ đảm bảo kho vận hành là an toàn trong mọi điều kiện có thể xảy ra mà ta đã ước tính. Các thông số môi trường bên ngoài kho lạnh được trình bày theo bảng 2.1 Bảng 2.1. Thông số về khí hậu tại Nha Trang. Nhiệt độ, 0C Độ ẩm tương đối, % TB cả năm Mùa hè Mùa đông Mùa hè Mùa đông 26,5 36,6 17,7 79 78 2.1.3. Các thông số thiết kế bên trong kho lạnh - Nhiệt độ bảo quản: nhiệt độ bảo quản thực thẩm phải được lựa chọn trên cơ sở kinh tế và kỹ thuật. Nó phụ thuộc vào từng loại sản phẩm và thời gian bảo quản sản phẩm. Thời gian bảo quản càng lâu đòi hỏi nhiệt độ bảo quản càng thấp. Tại công ty chế biến hải sản xuất khẩu F90 chủ yếu chế biến tôm và cá phi lê nên thời gian bảo quản thường ít hơn 10 tháng vì thế chọn nhiệt độ bảo quản sản phẩm là – 20 0C. - Độ ẩm của không khí trong kho lạnh: sản phẩm do công ty chế biến ra đều được bao gói bằng nhựa PE và giấy Cactong khi đưa vào kho lạnh để bảo quản cho nên chọn độ ẩm của không khí trong kho φ > 85%. - Tốc độ không khí trong kho lạnh: ở công ty chế biến hải sản F90, sản phẩm được bao gói cách ẩm nên thiết kế không khí trong kho đối lưu cưỡng bức bằng quạt gió với vận tốc v = 3 m/s. 2.1.4. Kiểu kho lạnh xây dựng Dựa vào những phân tích về ưu nhược điểm của kho xây và kho lắp ghép như phân tích ở phần 1.2.3 mà ta chọn phương án xây kho ở đây là phương án lắp ghép kho bằng các tấm panel tiêu chuẩn mặc dù giá thành hơi đắt nhưng kho sẽ có chất lượng tốt hơn từ đó giảm chi phí vận hành và điều quan trọng là sản phẩm sẽ có chất lượng cao hơn. Mục đích của việc xây kho là dùng để làm căn cứ để chọn máy nén và để tính toán nhiệt tải. 2.2. Tính kích thước kho lạnh 2.2.1. Tính toán mặt bằng và kích thước kho lạnh 2.2.1.1. Tính thể tích kho lạnh Thể tích kho lạnh được xác định theo công thức : [ 1, 29 ] Trong đó: E - dung tích kho lạnh, tấn; gv - định mức chất tải, tấn /m3; V - thể tích kho lạnh, m3. Với E = 400 tấn. gv = 0.45 tấn/ m3 ( Bảng 2-3, [ 1, 28 ] ) Ta có: m3 2.2.1.2. Diện tích chất tải của kho lạnh: Diện tích chất tải của kho lạnh được tính theo công thức. [ 1, 29 ] Trong đó: F - diện tích chất tải, m2; h - chiều cao chất tải, m. Chiều cao chất tải của kho phụ thuộc vào bao bì đựng hàng và phương tiện bốc xếp, đối với kho đang thiết kế chủ yếu bốc xếp bằng tay nên chọn chiều cao h = 2,8m,chiều cao kho là 4,5m. Vậy ta có diện tích chất tải là: m2. 2.2.1.3. Diện tích cần xây dựng Diện tích kho lạnh thực tế cần tính đến đường đi, khoảng hở giữa các lô hàng, diện tích lắp đặt dàn lạnh. Vì vậy diện tích cần xây dựng phải lớn hơn diện tích tính toán ở trên và được xác định theo công thức. , [1,30] Trong đó: - diện tích cần xây dựng, m2; - hệ số sử dụng diện tích các buồng chứa, tính cả đường đi và các diện tích giữa các lô hàng, giữa lô hàng và cột, tường, các diện tích lắp đặt thiết bị. phụ thuộc vào diện tích phòng. Hệ số sử dụng là = 0,85 ( Bảng 2-4, [ 1, 30 ] ) Vậy m2 Chọn tấm panel như sau: Chiều rộng panel là 1,2m. Chiều dài panel là 4,5m. Chọn chiều dài kho lạnh : L = 36 m. Chiều rộng kho lạnh : m Số tấm panel chiều rộng: tấm 9 tấm Chiều rộng thật : 9 x1,2 = 10,8 m Vậy diện tích xây dựng thực của kho lạnh là. = 36 x 10,8 = 388,8 m2 2.2.1.4. Tải trọng nền Tải trọng nền được xác định theo công thức. [ 1,30 ] Trong đó: gf - tải trọng nền, tấn/m2; gv - tiêu chuẩn chất tải, tấn/m3; h - chiều cao chất tải, h = 2,8 m. Vậy gf = 0,45 x 2,8 = 1,26 tấn/m2. Với tải trọng nền như vậy thì panel sàn đủ điều kiện chịu được lực nén, bởi vì độ chịu nén của panel tiêu chuẩn là 0,2 ÷ 0,29 Mpa [ 3,52 ] 2.2.2. Quy hoạch mặt bằng kho lạnh 2.2.2.1. Yêu cầu đối với quy hoạch mặt bằng kho lạnh Quy hoạch mặt bằng kho lạnh là bố trí những nơi sản xuất, xử lý lạnh, bảo quản...phù hợp với dây chuyền công nghệ sao cho hiệu quả sản xuất kinh doanh cao. Để đạt được mục đích đó trong quy hoạch ta cần phải tuân thủ các yêu cầu sau. Phải bố trí các buồng lạnh phù hợp với dây chuyền công nghệ. Sản phẩm đi theo dây truyền 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 được đi ngược. Quy hoạch cần phải đạt chi phí đầu tư thấp nhất. Cần sử dụng rộng rãi các cấu kiện tiêu chuẩn giảm đến mức 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. Quy hoạch phải đảm bảo lối đi và đường vận chuyển thuận lợi cho việc bốc xếp thủ công hoặc cơ giới đã thiết kế. Chiều rộng kho lạnh nhiều tầng không quá 40 m. Chiều rộng của kho lạnh một tầng phải phù hợp với khoảng vượt lớn nhất 12m, thường lấy 12; 24; 36; 48; 60 hoặc 72 m. Chiều dài kho lạnh có đường sắt nên chọn để chứa được 5 toa tàu lạnh bốc xếp được cùng một lúc. Chiều rộng sân bốc dỡ đường sắt 6 ¸ 7,5 m, sân bốc dỡ ô tô cũng vậy. Trong một vài trường hợp, kho lạnh có sân bốc dỡ nối liền rộng 3,5m nhưng thông thường các kho lạnh có hành lang nối ra cả 2 phía, chiều rộng 6m. Kho lạnh dung tích tới 600 tấn không bố trí đường sắt, chỉ có một sân bốc dỡ ô tô dọc theo chiều dài đảm bảo mọi phương thức bốc dỡ. Để giảm tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che, các buồng lạnh được nhóm lại từng khối 1 với một chế độ nhiệt độ. Mặt bằng kho lạnh phù hợp với hệ thống lạnh đã chọn. Điều này đặc biệt quan trọng đối với kho lạnh 1 tầng vì không phải luôn luôn đảm bảo đưa được môi chất lạnh từ các thiết bị lạnh về, do đó phải chuyển sang sơ đồ lớn hơn với việc cấp lỏng từ dưới lên. Mặt bằng kho lạnh phải đảm bảo kỹ thuật, an toàn phòng cháy, chữa cháy. Quy hoạch cũng cần phải tính đến khả năng mở rộng kho lạnh. Phải để lại một mặt múp tường để có thể mở rộng kho lạnh. 2.2.2.2. Chọn mặt bằng xây dựng Ngoài những yêu cầu chung đã nêu ở phần trên thì khi chọn mặt bằng xây dựng cần phải chú ý đến nền móng kho lạnh phải vững chắc do đó phải tiến hành khảo sát về nền móng và mực nước. Việc gia cố nền móng nhiều khi dẫn đến việc tăng đáng kể vốn đầu tư xây dựng. Nếu mực nước quá lớn, các nền móng và công trình phải có biện pháp chống thấm ẩm. Do nhiệt thải ở thiết bị ngưng tụ của một kho lạnh là rất lớn nên ngay từ khi thiết kế cần phải tính đến nguồn nước để giải nhiệt.Cũng như nguồn nước, việc cung cấp điện đến công trình, giá điện và xây lắp công trình điện cũng là một vấn đề cần được quan tâm vì nó sẽ ảnh hưởng đến vốn đầu tư ban đầu. 2.2.2.3. Sơ đồ mặt bằng kho lạnh Sơ đồ mặt bằng kho lạnh được thể hiện qua hình 2.1 : Hình 2.1.Sơ đồ mặt bằng kho lạnh Hình 2.2. Mặt cắt dọc theo chiều dài kho. 2.2.3. Cấu trúc xây dựng kho lạnh Kho lạnh luôn khác với các công trình xây dựng khác ở chỗ môi trường bên trong kho lạnh luôn luôn duy trì ở nhiệt độ tương đối thấp, độ ẩm tương đối cao so với môi trường bên ngoài. Do sự chênh lệch nhiệt độ lớn nên luôn có một dòng nhiệt và một dòng ẩm xâm nhập từ môi trường bên ngoài vào kho lạnh, dòng nhiệt tổn thất ảnh hưởng đến việc chọn năng suất lạnh và chi phí cho một đơn vị lạnh. Dòng ẩm có tác động xấu đến vật liệu cách nhiệt làm giảm tuổi thọ của vật liệu cách nhiệt và mất khả năng cách nhiệt. Từ những yếu tố phân tích trên, ta thấy vai trò của cấu trúc cách nhiệt đối với kho lạnh là rất lớn. Để cho kho lạnh có chất lượng tốt đảm bảo được yêu cầu chế độ bảo quản sản phẩm như nhiệt độ, độ ẩm, chi phí vận hành kho giảm và tuổi thọ của kho dài, thì cấu trúc xây dựng và cách nhiệt cách ẩm phải đáp ứng được yêu cầu sau: + Đảm bảo độ bền vững lâu dài theo tuổi thọ dự kiến của kho( 25 năm đối với kho lạnh nhỏ, 50 năm đối với kho lạnh trung bình, 100 năm đối với kho lạnh lớn và rất lớn). + Chịu được tải trọng của bản thân và của hàng hoá bảo quản xếp trên nền hoặc treo trên giá, treo ở tường hoặc trần. + Phải chống được ẩm xâm nhập từ bên ngoài vào và bề mặt tường bên ngoài không bị đọng sường. + Phải đảm bảo cách nhiệt tốt, giảm chi phi đầu tư cho máy lạnh và vận hành. + Phải chống được cháy nổ và an toàn. + Thuận tiện cho việc bốc dỡ và sắp xếp hàng hoá bằng cơ giới. + Phải kinh tế. 2.2.3.1. Kết cấu nền móng kho lạnh Do đặc thù của kho lạnh là để bảo quản hàng hoá do đó phải có cấu trúc vững chắc, móng phải chịu được tải trọng của toàn bộ kết cấu xây dựng, móng kho được xây dựng tuỳ thuộc vào kết cấu địa chất của nơi xây dựng. Do kho lạnh xây dựng theo phương án lắp ghép nên toàn bộ kho được đặt trên nền nhà xưởng, nền được đầm một lớp đất đá đảm bảo không bị lún khi có vật nặng đè lên, phía trên được đổ một lớp bêtông chịu lực. Nền kho lạnh được thiết kế cao khoảng 0,925m so với mặt sân. Như vậy rất thuận tiện cho việc bốc xếp hàng hoá lên xe và luôn giữ cho kho được khô ráo tránh úng ngập trong mùa mưa. Kết cấu nền kho phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Nhiệt độ kho lạnh. - Tải trọng bảo quản hàng. - Dung tích kho lạnh. Yêu cầu của nền phải có độ rắn chắc, tuổi thọ cao, vệ sinh dễ dàng, dễ thoát nước. Tải trọng của hàng bảo quản sẽ chi phối đến độ rắn chắc của nền, khả năng chịu lún của nền. Nếu tải trọng hàng bảo quản càng lớn thì cấu trúc nền kho lạnh phải thiết kế có độ chịu nén cao. Cấu trúc nền kho lạnh gồm có: - Lớp cách nhiệt, cách ẩm là các tấm panel tiêu chuẩn. - Các con lươn được đúc bằng bêtông hoặc xây bằng gạch để tạo sự thông thoáng hạn chế rỉ sét cho panel nền, tránh hiện tượng cơi nền. - Lớp bê tông chịu lực. - Lớp đất đá được đầm nén chặt. Hình 2.3. Nền móng kho lạnh. 2.2.3.2. Cấu trúc vách và trần kho lạnh Kho lạnh lắp ghép có cấu trúc vách, trần và nền là các tấm panel. Các thông số của panel cách nhiệt: + Chiều dài, h = 4500 mm. (Panel vách) h = 6000 mm. ( Panel trần và nền) + Chiều rộng, r = 1200 mm. + Tỷ trọng, 30 ÷ 40 kg/m3. + Độ chịu nén, 0,2 ÷ 0,29 Mpa. + Hệ số dẫn nhiệt. l = 0,018 ÷ 0,023W/mK. + Phương pháp lắp ghép, ghép bằng khoá camlocking hoặc ghép bằng mộng âm dương. 2.2.3.3. Cấu trúc mái che kho lạnh Mái che kho lạnh đang thiết kế có nhiệm vụ bảo vệ cho kho trước những biến đổi của thời tiết nắng mưa, bảo vệ sự làm việc của công nhân, che chắn cho hệ thống máy lạnh, nên mái kho phải đạt được những yêu cầu sau. Mái kho phải đảm bảo che mưa che nắng tốt cho cấu trúc kho và hệ thống lạnh. Mái kho không được đọng nước, không được thấm nước, độ dốc của mái che kho ít nhất phải là 2%. Vì vậy trong phương án thiết kế này chọn mái kho bằng tôn màu xanh lá cây, nâng đỡ bằng bộ phận khung sắt. Cấu trúc mái được thể hiện rõ hơn ở hình 2.4. sau đây. Hình 2.4. Cấu trúc mái kho lạnh. 2.2.3.4. Cấu trúc cửa và màn chắn khí Kho lạnh đang thiết kế chỉ có một buồng lớn nên có 2 cửa ra vào và 10 cửa nhỏ lấy hàng. Kích thước cửa lớn: L800 x H1800 x 125 mm. Kích thước cửa nhỏ(cửa bàn lề) 600 x 600 x 125 mm. Bên trong mỗi cửa có bố trí màn chắn khí làm bằng nhựa dẻo PVC Stripcutain, chiều rộng mỗi dải là 200 mm chồng mí lên nhau 50 mm. Cấu trúc cửa là một tấm cách nhiệt, có bản lề tự động, xung quanh có đệm kín bằng cao su, có bố trí nam châm mạnh để hút chặt cửa đảm bảo độ kín và giảm thất thoát nhiệt, cửa có thể mở được từ bên trong để tránh sự cố. 2.2.4. Tính toán cách nhiệt, cách ẩm kho lạnh Cách nhiệt buồng lạnh có nhiệm vụ hạn chế dòng nhiệt tổn thất từ ngoài môi trường có nhiệt độ cao vào buồng lạnh có nhiệt độ thấp qua kết cấu bao che. Chất lượng của vách cách nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào tính chất của vật liệu cách nhiệt. Để đảm bảo tốt hiệu quả cách nhiệt thì cấu trúc cách nhiệt phải có tính chất cách nhiệt và một số tính chất khác. Trong tính toán chiều dày cách nhiệt phải chính xác và kinh tế. 2.2.4.1. Tính toán chiều dày cách nhiệt Chiều dày lớp cách nhiệt được tính từ biểu thức hệ số truyền nhiệt k cho vách phẳng nhiều lớp. [ 1, 64 ] => Trong đó : a1 - là hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài ( phía nóng) tới vách cách nhiệt, W/m2K; a2 - là hệ số toả nhiệt của vách buồng lạnh và buồng lạnh, W/m2K; di - là chiều dày của lớp vật liệu thứ I, m; li - là hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/mK; dcn- là chiều dày của lớp vật liệu cách nhiệt, m; lcn - là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, W/mK; Với polyurethan ta chọn lcn = 0,023 W/mK [3,52] k - là hệ số truyền nhiệt của vách, W/m2K. Để hiểu rõ hơn về các thông số của panel ta cùng xem bảng 2.2 sau : Bảng 2.2. Thông số các lớp vật liệu của panel. Vật liệu Chiều dày m Hệ số dẫn nhiệt W/mK Polyurethan Tôn lá Sơn bảo vệ dcn 0,0015 0,0005 0,023 45,36 0,291 Cấu tạo của panel sẽ được lắp cho kho lạnh có cấu tạo như hình 2.5. Hình 2.5. Cấu tạo của panel lắp kho lạnh. Kho bảo quản đông được thiết kế với chế độ trong kho là – 20 0C. Không khí được đối lưu cưỡng bức vừa phải. Do dưới nền kho được để thoáng bằng các con lươn nên hệ số toả nhiệt a1 và hệ số truyền nhiệt k được lấy bằng giá trị so với trần và vách kho lạnh. Vậy ta có: - Hệ số truyền nhiệt K = 0,21 W/m2K. ( Bảng 3-3,[1,63] ) - Hệ số toả nhiệt a1 = 23,3 W/m2K. ( Bảng 3-7,[1,65] ) - Hệ số toả nhiệt a2 = 9 W/m2K. ( Bảng 3-7,[1,65] ) Ta có bề dày cách nhiệt của vách, nền, và trần là: mm. Bề dày của panel là : mm Để đảm bảo cách nhiệt tốt chọn chiều dày tấm Panel là dpanel = 125 mm. Ta có hệ số truyền nhiệt thực. W/m2K. 2.2.4.2. Tính kiểm tra đọng sương Để vách không đọng sương thì hệ số truyền nhiệt thực phải thoả mãn điều kiện sau: Kt < Ks. Để an toàn thì Kt < 0,95 x Ks. Ks: Là hệ số truyền nhiệt đọng sương nó được xác định theo biểu thức sau. Ks = Trong đó : t1 - là nhiệt độ không khí ngoài môi trường . t1 = 36,6 0C; t2 - là nhiệt độ không khí trong kho lạnh t2 = - 20 0C; ts - là nhiệt độ điểm sương của không khí ngoài môi trường,0C. Từ đồ thị (h – x) và t1 = 36,6 0C; j = 0,79 => ts = 33 0C. Vậy ta có: W/m2K. Xét Kt < 0,95 x Ks ó 0,1845 < 1,406 (thoả mãn) Kết luận : Với cấu trúc cách nhiệt của kho bằng vật liệu cách nhiệt Polyurethan có chiều dày là 125 mm thì đảm bảo sự cách nhiệt. Nền kho và trần kho có chiều dày lớp cách nhiệt bằng chiều dày lớp cách nhiệt của vách kho. Bởi vì trần kho có mái che và nền có các con lươn thông gió. Nên hệ số truyền nhiệt của nền và trần kho được lấy bằng hệ số truyền nhiệt của vách kho. 2.2.4.3. Cấu trúc cách ẩm của kho Cấu trúc cách ẩm đóng vai trò quan trọng đối với kho lạnh. Nó có nhiệm vụ ngăn chặn dòng ẩm xâm nhập từ bên ngoài môi trường vào trong kho lạnh qua cấu trúc bao che. Đối với kho lạnh lắp ghép cấu trúc cách ẩm là lớp tôn bọc lớp cách nhiệt, tôn là vật liệu có hệ số dẫn ẩm nhỏ gần như bằng không do đó việc cách ẩm đối với kho lạnh lắp ghép là rất an toàn. Chương 3: TÍNH TOÁN NHIỆT TẢI, CHỌN MÁY NÉN LẠNH VÀ CÁC THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG LẠNH 3.1. Tính nhiệt tải 3.1.1. Mục đích. Tính nhiệt tải kho lạnh là tính toán các dòng nhiệt khác nhau đi từ ngoài môi trường vào trong kho lạnh và các nguồn nhiệt khác nhau trong kho lạnh sinh ra. Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để thải nó ra môi trường, để đảm sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa buồng lạnh và không khí bên ngoài. Mục đích tính nhiệt kho lạnh là để xác định năng suất lạnh của máy nén. 3.1.2.Tính nhiệt tải Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh Q, được xác định bằng biểu thức: Q = ,W Trong đó: Q1 - dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của buồng lạnh, W; Q2 - dòng nhiệt do sản phẩm toả ra trong quá trình xử lý lạnh, W; Q3 - dòng nhiệt từ bên ngoài do thông gió buồng lạnh, W; Q4 - dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh, W; Q5 - dòng nhiệt từ sản phẩm toả ra khi sản phẩm hô hấp, W. ( Đối với kho bảo quản thuỷ sản lạnh đông thì Q3 = Q5 = 0) - Đặc điểm của các dòng nhiệt này là thay đổi liên tục theo thời gian. Q1 phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ bên ngoài thay đổi theo giờ, ngày, mùa. Q2 phụ thuộc vào thời vụ. Q4 phụ thuộc vào quy trình công nghệ chế biến và bảo quản. 3.1.2.1. Dòng nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che Q1 Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che, là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua vách, trần và nền kho. Do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên trong, cộng với các dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua vách kho. Dòng nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che xác định theo công thức : Q1 = Q11+ Q12, W [ 1, 77 ] Trong đó: Q11 - dòng nhiệt qua tường bao, trần, nền do chênh lệch nhiệt độ, W; Q12 - dòng nhiệt qua tường bao, trần, do ảnh hưởng của bức xạ Mặt trời, W. Các kích thước tính toán được: Chiều dài kho lạnh: L = 36 m Chiều rộng kho lạnh: R = 10,8 - 2 x 0,125 = 10,55 m Chiều cao kho lạnh: H = 4,5 + 0,125 = 4,625 m. kho lạnh được xây dựng độc lập, hành lang lấy hàng nằm ở hướng Đông, phòng máy nằm ở hướng Tây. a. Tính dòng nhiệt truyền qua tường, trần và nền kho lạnh do chênh lệch nhiệt độ Q11 Ta có: Q11 = , W Kho lạnh được bao bọc bởi trần bằng tôn màu trắng, phía dưới có cac tấm panel cách nhiệt, bốn phía tiếp xúc với môi trường bên ngoài. Ta có: Q11T,Tr,N = Kt x F(t1 – t2), W [1,78] Trong đó: Kt - là hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che xác định theo chiều dày cách nhiệt thực, K = 0,1845 W/m2k; F - là diện tích bề mặt của kết cấu bao che, m2; t1 - là nhiệt độ bên ngoài môi trường, t1 =36,6 0C t2 - là nhiệt độ trong kho lạnh, t2 = - 20 0C. Do trần kho chịu bức xạ mặt trời chiếu vào mái kho lạnh làm bằng tôn nên phần không khí phía dưới mái tôn bị bức xạ mặt trời nung nóng hơn nhiệt độ bên ngoài trời khoảng 5 0C . b. Tính dòng nhiệt qua trần và tường kho lạnh do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời Q12 Ta có Q12 = Q12Tr +Q12T ,W + Q12Tr : tổn thất nhiệt qua trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời Q12Tr = Kt x FTr x DtdưTr ,W [1,78] Trong đó: Kt - là hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che xác định theo chiều dày cách nhiệt thực, K = 0,1845 W/m2k; FTr -là diện tích trần, m2 DtdưTr- hiệu nhiệt độ dư có tính đến ảnh hưởng của bức xạ mặt trời, 0C Mái che bằng tôn trắng lấy DtdưTr =16 0C. Vậy Q12Tr = 0,1845 x 36 x 10,55 x 16 = 1121,2 W + Q12T: tổn thất nhiệt qua tường do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời. Q12T = Kt x FT x DtdưT ,W Trong đó DtdưT là hiệu nhiệt độ dư phụ thuộc hướng,vĩ độ,tính chất bề mặt tường.Ở đây ta tính cho tường ở hướng tây là tường có hiệu nhiệt độ dư lớn nhất và cũng có diện tích lớn nhất. DtdưT = 8 0C Vậy Q12T = 0,1845 x 36 x 4,625 x 8 = 245,754 W. Do đó Q12 = Q12Tr +Q12T = 1121,2 + 245,754 = 1366,954 W Bảng 3.1. Bảng tính toán nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che Hướng K ,W/m2K F ,m2 ,0C Q1 , W Tường phía Đông 0,1845 166,5 56,6 1738,7 Tường phía Tây 0,1845 166,5 56,6 1738,7 Tường phía Nam 0,1845 48,79 56,6 509,5 Tường phía bắc 0,1845 48,79 56,6 509,5 Trần kho 0,1845 379,8 61,6 4316,5 Nền kho 0,1845 379,8 56,6 3966,1 Nhiệt do bức xạ mặt trời Q12 1366,954 14145,954 3.1.2.2. Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì toả ra Q2 Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra gồm có. - Dòng nhiệt do chính sản phẩm toả ra. Q21, W; - Dòng nhiệt do bao bì mang vào. Q22, W; Ta có Q2 = Q21 + Q22, W; a. Tính dòng nhiệt do sản phẩm toả ra Ta có Q21 = M x ( i1 – i2 ) x , W [ 1, 80 ] Trong đó: i1, i2: là Entapi của sản phẩm ở nhiệt độ vào kho và nhiệt độ bảo quản trong kho, J/kg; M - là khối lượng hàng hoá nhập vào kho bảo quản trong 1 ngày đêm. Đối với kho bảo quản M = ( 10 – 15%) x E Chọn M= 15%E nên M =60 tấn/ngày đêm. Chú ý: hàng hoá bảo quản trong kho bảo quản đã được cấp đông đến nhiệt độ bảo quản tuy nhiên trong quá trình xử lý như: đóng gói, vận chuyển… nhiệt độ sản phẩm tăng lên ít nhiều nên đối với sản phẩm bảo quản đông lấy nhiệt độ vào kho là -18 0C. Theo ( Bảng 4-2,[1,81] ) đối với cá, ta có: i1 = 5000 J/kg i2 = 0 (vì t2 = -200C nhiệt độ bảo quản trong kho). Do đó: Q21 = 60 x (5000 – 0 ) x = 3472,2 W. b. Tính dòng nhiệt do bao bì toả ra. Dòng nhiệt do bao bì toả ra tính theo công thức: Q22 = Mb x Cb x ( t1 – t2 ) x , W [ 1, 84 ] Trong đó : Mb - là khối lượng bao bì đưa vào kho cùng sản phẩm, tấn/ngày đêm. Mb = 10% M = 6 tấn/ngày đêm; Cb - là nhiệt dung riêng của bao bì. Cb = 1460 J/kgK. Nhiệt độ t1 lấy bằng ,chọn t1 = 8 0C. Vậy suy ra Q22 = 6 x 1460 x (8-(-20)) x = 2838,9 W Vậy dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì toả ra là: W 3.1.2.3. Dòng nhiệt do vận hành Các dòng nhiệt do vận hành gồm : Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng Q41. Dòng nhiệt do người làm việc trong kho Q42. Dòng nhiệt do động cơ điện Q43. Dòng nhiệt do mở cửa Q44. Dòng nhiệt do xả tuyết Q45. a. Tính dòng nhiệt do đèn chiếu sáng toả ra Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng toả ra xác định theo công thức: Q41 = A x F, W [ 1, 86 ] Trong đó: F - là diện tích buồng, F = 388,8 m2; A - là nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng trên 1m2 diện tích, W/m2. Chọn A = 1,2 W/m2 [ 1, 86 ] Vậy Q41 = 1,2 x 388,8 = 466,56 W b. Dòng nhiệt do người toả ra Tính theo biểu thức: Q42 = 350 x n, W [ 1, 86 ] Trong đó : Nhiệt lượng do một người toả ra khi làm việc nặng nhọc là 350, W/người n: là số người làm việc trong kho lạnh. Chọn n = 4 người. Vậy Q42 = 350 x 4 = 1400 W. c. Dòng điện do các động cơ điện toả ra Động cơ làm việc trong kho lạnh chỉ có động cơ quạt dàn lạnh. Dòng nhiệt này được xác định theo công thức Q43 = 1000 x N, W [ 1, 87 ] N: Là công suất động cơ điện quạt dàn lạnh, W. Tổng công suất của động cơ điện quạt dàn lạnh lắp đặt trong kho lạnh phải lấy theo thực tế thiết kế. Tuy nhiên đến đây ta chưa chọn được dàn lạnh nên chưa biết cụ thể tổng công suất động cơ điện của quạt dàn lạnh, vì vậy có thể lấy theo định hướng như sau:kho lanh có chiều dài khá dài nên cần nhiều dàn lạnh.Do đó ta lấy lấy N = 16 KW. Vậy dòng nhiệt do động cơ điện toả ra là: W d. Dòng nhiệt do mở cửa Dòng nhiệt này được xác định theo công thức Q44 = B x F, W Trong đó B - là dòng nhiệt khi mở cửa. Chọn B = 6 W/m2 ( Bảng 4-4, [ 1, 87 ] ) (theo phương pháp nội suy với H=4,5 m ) Vậy Q44 = 6 x 1018,8 = 6112,8 W e. Dòng nhiệt do xả tuyết Trong kho có mười dàn lạnh,việc xả tuyết được thực hiện lần lượt trên mỗi dàn lạnh. Dòng nhiệt này được xác định theo công thức Q45 = , W [ 3, 80 ] Trong đó : n - số lần xả tuyết,chọn n = 4 rkk - là khối lượng riêng của không khí, rkk = 1,2 Kg/m3; V - là dung tích kho lạnh, m3; Cpkk - là nhiệt dung riêng của không khí, Cpkk=1011 J/KgK; Dt - là độ chênh lệch nhiệt độ trước và sau khi xả tuyết của kho lạnh. Dt = 4÷7 0C. [ 3, 79 ] Chọn Dt = 7 0C Suy ra Q45 = = W Vậy dòng nhiệt tổn thất do vận hành là: Q4 = Q41+ Q42 + Q43 + Q44 + Q45 =466,56+1400+10000+6112,8+690,63 = 18669,99 W + Q3 = 0 là do kho bảo quản sản phẩm thuỷ sản lạnh không cần thông gió buồng lạnh. Nên sẽ không có dòng nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió buồng lạnh. + Q5 = 0 do sản phẩm bảo quản không còn hô hấp. 3.1.3. Kết quả tính toán 3.1.3.1. Kết cấu kho lạnh Các kết quả tính toán và kết quả chọn được trình bày ở bảng 3.2. Bảng 3.2. Giá trị của kết cấu kho lạnh. Kết quả tính toán Kết quả chọn Thể tích kho lạnh :888,9 m3 Diện tích chất tải : 317,46 m2 Diện tích cần xây dựng kho : 373,5m2 Tải trọng nền : 1,26 tấn/m2 Diện tích kho chọn là 388,8 m2 Chiều dài 36m Chiều rộng 10,8m Chiều cao 4,5m 3.1.3.2. Kết cấu cách nhiệt Các kết quả tính toán và kết quả chọn của kết cấu cách nhiệt được trình bày ở bảng 3.3. Bảng 3.3. Giá trị tính toán và chọn của kết cấu cách nhiệt. Kết quả tính toán Kết quả chọn Chiều dày cách nhiệt 105,9 mm Hệ số truyền nhiệt chọn k = 0,21W/m2K Chiều dày cách nhiệt chọn 125mm Hệ số truyền nhiệt thực k = 0,1845W/m2K + Lý do chọn: Để đảm bảo kho được cách nhiệt, cách ẩm tốt. Do panel được chế tạo theo chiều dày tiêu chuẩn là 50, 75, 100, 125,….mm 3.1.3.3. Giá trị tính toán nhiệt tải Kết quả tính toán của các thành phần nhiệt được trình bày ở bảng 3.4. Bảng 3.4. Giá trị tính toán nhiệt tải Các thành phần nhiệt Giá trị tính toán,W Tổng, W * Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che Q1 + Dòng nhiệt qua tường bao, trần, nền do chênh lệch nhiệt độ Q11 : Vách kho phía Bắc Vách kho phía Nam Vách kho phía Đông Vách kho phía Tây Trần kho Nền kho + Dòng nhiệt qua tường bao, trần, do ảnh hưởng của bức xạ Mặt trời, Q12 509,5 509,5 1738,7 1738,7 4316,5 3966,1 1366,954 14145,954 * Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì toả ra Q2 + Dòng nhiệt do chính sản phẩm toả ra Q21 + Dòng nhiệt do bao bì mang vào Q22 3472,2 2838,9 6311,1 * Dòng nhiệt từ bên ngoài do thông gió buồng lạnh Q3 0 0 * Dòng nhiệt do vận hành Q4 - Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng Q41. - Dòng nhiệt do người làm việc trong kho Q42. - Dòng nhiệt do động cơ điện Q43. - Dòng nhiệt do mở cửa Q44. - Dòng nhiệt do xả tuyết Q45. 466,56 1400 10000 6112,8 690,63 18669,99 * Dòng nhiệt từ sản phẩm toả ra khi sản phẩm hô hấp Q5 0 0 Tổng các thành phần nhiệt Q Q = 39127,044 3.1.4. Xác định phụ tải cho thiết bị và cho máy nén 3.1.4.1. Xác định tải nhiệt cho thiết bị Tải nhiệt cho thiết bị là tải nhiệt dùng để tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết của thiết bị bay hơi. Để đảm bảo được nhiệt độ trong kho trong những điều kiện bất lợi nhất, người ta phải tính toán tải nhiệt cho thiết bị là tổng các nhiệt tải thành phần có giá trị cao nhất. Công suất yêu cầu của thiết bị bao giờ cũng phải lớn hơn công suất máy nén, phải có hệ số dự trữ nhằm tránh những biến động có thể xảy ra trong quá trình vận hành. Vì thế tải nhiệt cho thiết bị được lấy bằng tổng của tất cả các tổn thất nhiệt. QoTB = Q1 + Q2 +Q3 + Q4 + Q5 = 39127,044 ≈ 39,127 KW Tải nhiệt thiết bị bay hơi cũng là cơ sở để xác định tải nhiệt các thiết bị khác. 3.1.4.2. Xác định tải nhiệt cho máy nén Tải nhiệt của máy nén cũng được tính toán từ tất cả các tải nhiệt thành phần nhưng tùy theo từng loại kho lạnh mà ta có thể lấy một phần của tải nhiệt đó. Do các tổn thất nhiệt trong kho lạnh không đồng thời xảy ra nên công suất nhiệt yêu cầu thực tế sẽ nhỏ hơn tổng các tổn thất nhiệt, để tránh lựa chon máy nén có công suất lạnh quá lớn, tải nhiệt của máy nén cũng được tính toán từ tất cả các tải nhiệt thành phần, nhưng đối với kho bảo quản sản phẩm thuỷ sản đông lạnh thì lấy 85%Q1, 100% Q2, 75%Q4. Từ đó ta có phụ tải nhiệt máy nén. QMN = 85% Q1+100% Q2+75% Q4 = 0,85 x 14145,954 + 6311,1 + 0,75 x 18659,2 = 32329,56 W 32,33 KW Năng suất lạnh của máy nén được xác định theo biểu thức: Qo = , W Trong đó: k - là hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh. Chọn k = 1,07 [ 1,92 ] b - là hệ số thời gian làm việc. Chọn b = 0,9 [ 1,92 ] Vậy Qo = 38,44 kW Phụ tải nhiệt của máy nén được thể hiện ở bảng 3.5. Bảng 3.5. Phụ tải nhiệt của máy nén. Tải nhiệt cho thiết bị Phụ tải nhiệt máy nén Năng suất lạnh Q = 39,116 kW QMN = 32,33 kW Qo = 38,44 kW 3.2. Chọn các chế độ làm việc và chọn máy nén lạnh 3.2.1. Chọn các chế độ làm việc. 3.2.1.1.Chọn phương pháp làm lạnh Các phương pháp làm lạnh được thể hiện ở hình 3.1 Trực tiếp Nhờ môi chất lạnh Làm lạnh kho Gián tiếp Nhờ chất tải lạnh Đối lưu không khí tự nhiên Đối lưu không khí cưỡng bức Hình 3.1. Các phương pháp làm lạnh Làm lạnh trực tiếp Là phương pháp làm lạnh kho lạnh bằng dàn bay hơi đặt trong kho lạnh, môi chất lạnh lỏng sôi thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh. Làm lạnh trực tiếp có thể là dàn lạnh đối lưu tự nhiên hoặc đối lưu cưỡng bức. + Ưu điểm: - Thiết bị đơn giản không cần thêm một vòng tuần hoàn phụ. - Tuổi thọ cao, kinh tế vì không phải tiếp xúc với nước muối là một chất ăn mòn kim loại rất mạnh. - Đứng về mặt nhiệt động thì ít tổn thất năng lượng vì hiệu nhiệt độ giữa kho lạnh và dàn bay hơi trực tiếp bao giờ cũng nhỏ hơn hiệu nhiệt độ giữa kho lạnh với nhiệt độ bay hơi gián tiếp qua nước muối. - Tổn hao lạnh khi khởi động nhỏ nghĩa là khi làm lạnh trực tiếp thời gian từ khi mở máy đến lúc kho lạnh đạt nhiệt độ yêu cầu sẽ nhanh hơn. - Nhiệt độ kho lạnh có thể giám sát qua nhiệt độ sôi của môi chất, nhiệt độ sôi có thể xác định dễ dàng qua áp kế của đầu hút máy nén. - Dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ bằng cách đóng ngắt máy nén (đối với máy lạnh nhỏ và trung bình). + Nhược điểm: - Đối với hệ thống máy lạnh lớn thì lượng môi chất nạp vào máy lớn, khả năng rò rỉ của môi chất lớn, khó có khả năng dò tìm ra được chỗ rò rỉ để xử lý. Tổn thất áp suất cho việc cấp lỏng cho những dàn bay khi ở xa, khó hồi dầu nếu dùng môi chất Frêon, máy nén dễ hút phải ẩm, việc bảo vệ máy nén khó khăn. -Trữ lạnh của dàn lạnh trực tiếp kém khi máy lạnh ngừng hoạt động thì dàn lạnh cũng hết lạnh nhanh chóng. b. Làm lạnh gián tiếp Là phương pháp làm lạnh kho bằng các dàn chất tải lạnh như nước muối, Glycon...thiết bị bay hơi được đặt ở ngoài kho lạnh, chất tải lạnh chạy tuần hoàn qua dàn bay hơi thải nhiệt ở đó, đến kho lạnh thu nhiệt trong kho lạnh cứ như vậy kho lạnh được làm lạnh liên tục. Dàn lạnh gián tiếp cũng có thể là dàn lạnh đối lưu tự nhiên hoặc đối lưu cưỡng bức. + Ưu điểm: - Hệ thống lạnh có độ an toàn cao, chất tải lạnh không cháy, không nổ, không độc hại đối với cơ thể sống, không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm bảo quản. Nó là vòng tuần hoàn an toàn và ngăn chặn sự tiếp xúc của môi chất lạnh độc hại đối với sản phẩm. - Máy lạnh có cấu tạo đơn giản, đường ống dẫn môi chất ngắn hệ thống lạnh được chế tạo ở dạng tổ hợp hoàn chỉnh nên chất lượng cao, độ tin cậy lớn, dễ dàng kiểm tra lắp đặt và hiệu chỉnh. - Dung dịch chất tải lạnh có khả năng trữ lạnh lớn sau khi máy ngừng hoạt động, nhiệt độ kho lạnh có khả năng duy trì được lâu hơn. + Nhược điểm: - Năng suất lạnh của máy bị giảm do chênh lệch nhiệt độ lớn. - Hệ thống thiết bị cồng kềnh vì phải thêm vòng tuần hoàn cho chất tải lạnh. - Tốn năng lượng bổ sung cho bơm hoặc cánh khuấy chất tải lạnh. - Một số chất tải lạnh ăn mòn kim loại chế tạo máy móc, thiết bị. ö Qua sự phân tích ưu nhược điểm của 2 phương pháp làm lạnh trên. Ta chọn phương pháp làm lạnh cho kho đang thiết kế là phương pháp làm lạnh trực tiếp.. Nó phù hợp với điều kiện của nhà máy, của kho lạnh như hệ thống không cồng kềnh, dễ điều chỉnh nhiệt độ…. 3.2.1.2. Chọn môi chất lạnh Môi chất lạnh có nhiệm vụ là mang nhiệt từ nơi có nhiệt độ thấp đưa ra môi trường có nhiệt độ cao. Môi chất lạnh có nhiều loại khác nhau, mỗi loại có một tính chất và đặc điểm riêng. Căn cứ vào điều kiện cụ thể chọn môi chất lạnh cho kho đang thiết kế là R22, sở dĩ chọn môi chất lạnh này bởi vì nó đáp ứng được một số yêu cầu cụ thể trong hệ thống. R22 có tính chất nhiệt động tốt, không độc hại đối với người cũng như cơ thể sống. Những tính chất của R22: - Công thức hoá học: CHCLF2. - Tên gọi: Mono Clodiflo metan. - Là chất khí không màu có mùi thơm rất nhẹ, ở áp suất khí quyển nhiệt độ sôi là – 40,8 0C. + Tính chất vật lý: - Ở điều kiện làm mát bằng nước vào mùa hè ở Việt Nam nhiệt độ ngưng tụ là 42 0C, áp suất ngưng tụ là 16,1 bar, là môi chất có áp suất ngưng tụ tương đối cao. - Nhiệt độ cuối tầm nén trung bình, nhưng cần làm mát tốt ở đầu máy. - Năng suất lạnh riêng thể tích lớn gần bằng NH3 nên máy tương đối gọn. - Áp suất bay hơi lớn hơn áp suất khí quyển. - Độ nhớt, tính lưu động kém hơn NH3 nên các đường ống, cửa van đều phải lớn hơn. - Hoà tan hạn chế dầu nên gây khó khăn cho việc bôi trơn. - Không hoà tan nước nhưng nó hoà tan lớn hơn 5 lần so với R12 nên máy ít có nguy cơ bị tắc ẩm. - Không dẫn điện nên có thể sử dụng máy nén kín và nửa kín nhưng lỏng R22 lại dẫn điện nên tránh để lỏng lọt về máy nén. + Tính chất hoá học: - Bền ở phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc. - Khi có chất xúc tác là thép, bị phân huỷ ở nhiệt độ khoảng 550 0C thành phần là phosgene rất độc. - Không tác dụng với kim loại, phi kim loại chế tạo máy. - Làm trương phồng cao su và một số chất dẻo đệm kín. - R22 là chất phá huỷ tầng Ozôn. + Tính cháy nổ: không cháy, không gây nổ. + Tính chất sinh lý: - Không độc hại đối với cơ thể sống. - Không làm biến chất thực phẩm bảo quản. + Tính kinh tế: R22 đắt nhưng dễ kiếm, vận chuyển và bảo quản dễ dàng. Tuy nhiên R22 làm tăng hiệu ứng nhà kính. 3.2.1.3. Chọn các thông số của chế độ làm việc Chế độ làm việc của một hệ thống lạnh được đặc trưng bằng 4 nhiệt độ sau. + Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0. + Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh tk. + Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu tql. + Nhiệt độ hơi hút về máy nén ( nhiệt độ quá nhiệt ) tqn. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh phụ thuộc vào nhiệt độ của kho lạnh. Có thể lấy như sau: t0 = tb - Dt0, 0C [ 1, 157 ] Trong đó: tb - là nhiệt độ kho lạnh. tb = - 20 0C; Dt0 - là hiệu nhiệt độ yêu cầu. Kho lạnh lựa chọn phương pháp làm lạnh trực tiếp, độ ẩm của không khí trong kho cao, hiệu nhiệt độ yêu cầu là 8 ¸ 130C nên chọn Dt0 = 8 0C [ 1, 158 ] Vậy t0 = -20 - 8 = - 28 0C. b. Nhiệt độ ngưng tụ: Nhiệt độ ngưng tụ của hơi môi chất lạnh phụ thuộc vào môi trường làm mát và nhiệt độ của chất tải nhiệt chạy qua thiết bị ngưng tụ. Thiết bị ngưng tụ của hệ thống lạnh có tác nhân làm mát là nước lấy từ nguồn nước ngầm qua hệ thống xử lý được tuần hoàn khép kín qua tháp giải nhiệt. Nhiệt độ ngưng tụ được xác định theo biểu thức: tk = tw2 + Dtk, 0C [ 1, 158 ] Trong đó: tw2 - là nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng, 0C; Dtk - là hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, 0C. Chọn nhiệt độ ngưng tụ thực ra là một bài toán tối ưu về kinh tế và kỹ thuật, để đạt giá thành một đơn vị lạnh là nhỏ nhất, nếu hiệu nhiệt độ ngưng tụ nhỏ, nhiệt độ ngưng tụ thấp, năng suất lạnh tăng nhưng phải tăng chi phí cho điện năng chạy bơm nước giải nhiệt.... Dtk = ( 3 ¸ 5 ) 0C có nghĩa là nhiệt độ ngưng tụ cao hơn nhiệt độ nước ra từ 3 ¸ 5 0C. [ 1, 158 ] Chọn Dtk =4 0C. - Nhiệt độ nước đầu vào, đầu ra chênh lệch nhau( 2 ¸ 6) 0C phụ thuộc vào kiểu thiết bị ngưng tụ. tw2 = tw1 + (2¸ 6) 0C. [ 1, 158 ] Với tw1 là nhiệt độ nước vào bình ngưng. Thiết bị ngưng tụ trong cụm máy là thiết bị ngưng tụ ống chùm vỏ bọc nằm ngang nên chọn Dtw = 5 0C. [ 1, 158 ] - Nhiệt độ nước vào bình ngưng phụ thuộc vào điều kiện môi trường. tw1 = tư +( 3¸ 4) 0C. [ 1, 159 ] Với tư : là nhiệt độ bầu ướt. Nước làm mát đựơc lấy từ giếng khoan, qua hệ thống bơm có nhiệt độ khoảng 260C. Vậy ta có tw1 = 26oC. tw2 =26+ 5 = 31oC. tk = 31 +4= 35 oC. c. Nhiệt độ quá nhiệt (tqn) - Nhiệt độ quá nhiệt là nhiệt độ của hơi môi chất trước khi vào máy nén. Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất. - Mục đích của việc quá nhiệt hơi hút là để bảo vệ máy nén tránh không hút phải lỏng. Tuỳ từng loại môi chất và máy nén mà có nhiệt độ quá nhiệt khác nhau. - Đối với máy lạnh frêon, do nhiệt độ cuối tầm nén thấp nên độ quá nhiệt hơi hút có thể chọn cao. Trong máy nén frêon, độ quá nhiệt hơi hút đạt được trong thiết bị hồi nhiệt. Với môi chất frêon độ quá nhiệt khoảng (10 ¸15) 0C. [ 1, 161] Chọn Dtqn = 10 0C. Nên tqn = to + Dtqn = -28 + 10 = -18oC. d. Nhiệt độ quá lạnh (tql) - Là nhiệt độ của môi chất lỏng trước khi vào van tiết lưu. Nhiệt độ quá lạnh càng thấp thì năng suất lạnh càng cao. - Do sự quá lạnh lỏng được thực hiện trong thiết bị hồi nhiệt, nên nhiệt thải ra của môi chất lỏng cũng là nhiệt lượng mà hơi môi chất sau khi bay hơi nhận vào.Ta có phương trình sau: i1 - i1’ = i3’ – i3 Trong đó là entalpi tại các điểm nút trên đồ thị lgp – I. Hình 3.2. Các thông số trên đồ thị logP-i Tra đồ thị lgp-i của môi chất R22 ta được: to = -28oC Þ i1’ = 695 kJ/kg tqn = -18 oC Þ i1=704 kJ/kg Với nhiệt độ ngưng tụ là 35oC , tra đồ thị lgp – i của môi chất R22 ta được : i3’ = 542 kJ/kg. Từ phương trình : i1 - i1’ = i3’ – i3 i3 = i3’ – i1 + i1’ = 542 – 704 + 695 = 533 KJ/Kg Với i3 = 533 kJ/kg tra đồ thị lgp – I của R22 ta được tql = 30 0C Các thông số của hệ thống được trình bày ở bảng 3.6. Bảng 3.6. Các thông số của chu trình. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh, t0 Nhiệt độ ngưng tụ tk Nhiệt độ quá nhiệt (tqn) Nhiệt độ quá lạnh (tql) -28 0C 35 0C -18 0C 30 0C 3.2.2.Tính chu trình máy lạnh 3.2.2.1.Chu trình máy lạnh Chế độ làm lạnh của hệ thống lạnh: to = -28 0C Þ po = 0,18 MPa. tk = 35 0C Þ pk = 1,3 MPa. Tỉ số nén P = < 12 Với tỷ số nén này ta chọn hệ thống lạnh cho kho bảo quản đông ở công ty chế biến hải sản F90 là hệ thống lạnh một cấp sử dụng máy nén pittong. *Ưu điểm: - Đơn giản, dễ sử dụng. - Ít thiết bị và giá thành rẻ. *Nhược điểm: - Khi tỉ số nén cao thì hệ số cấp càng giảm. - Nếu làm việc ở nhiệt độ bay hơi thấp nên nhiệt độ cuối quá trình nén cao dẫn đến công ép nén tiêu tốn lớn. Hình 3.3. Sơ đồ và các thông số chu trình. Thuyết minh chu trình: Hơi môi chất sau khi sinh ra ở thiết bị bay hơi, có nhiệt độ t0 và áp suất P0. Lượng hơi này được đưa tới thiết bị hồi nhiệt. Tại đây hơi môi chất được quá nhiệt từ trạng thái hơi bão hoà khô đến trạng thái hơi quá nhiệt 1. Sau đó được máy nén hút về rồi nén lên trạng thái 2. Rồi hơi môi chất được đưa vào thiết bị ngưng tụ ống trùm vỏ bọc nằm ngang. Hơi thải nhiệt cho nước làm mát chạy qua ngưng tụ thành lỏng và được quá lạnh chút ít không đáng kể. Lỏng được dẫn vào thiết bị hồi nhiệt quá lạnh, trong đó lỏng thải nhiệt cho hơi môi chất lạnh sau thiết bị bay hơi. Môi chất sau khi ra khỏi thiết bị hồi nhiệt quá lạnh ở trạng thái 3.Rồi môi chất được tiết lưu làm cho nhiệt độ và áp suất giảm đến trạng thái 4. Lỏng và hơi đi vào thiết bị bay hơi. Tại đây môi chất lỏng bay hơi thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh… sau đó hơi môi chất lại được máy nén hút về. Như vậy vòng tuần hoàn môi chất được lặp lại như cũ. Sự thay đổi trạng thái của môi chất trong chu trình: 1’– 1: Quá nhiệt hơi hút. 1 – 2: Quá trình nén đoạn nhiệt. Từ áp suất p0 lên áp suất pk. 2 – 2’: Làm mát đẳng áp hơi môi chất từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái bão hoà khô. 2’–3’: Quá trình ngưng tụ. 3’ – 3:Quá lạnh môi chất đẳng áp. 3 – 4: Quá trình tiết lưu đẳng Entapi. 4 – 1’: Quá trình bay hơi đẳng áp. Bảng 3.7. Bảng tổng hợp các thông số trên các điểm nút của chu trình. Thông số Điểm nút Nhiệt độ oC Áp suất MPa Entapi kJ/kg Thể tích riêng m3/kg 1’ 1 2 2’ 3’ 3 4 -28 -18 93 35 35 30 -28 0,18 0,18 1,3 1,3 1,3 1,3 0,18 695 704 768 718 542 533 533 0,146 0,14 0,025 3.2.2.2. Sơ đồ hệ thống (Bản vẽ auto cad ) 3.2.2.3. Tính toán chu trình lạnh a. Năng suất lạnh riêng khối lượng q0, kJ/kg Là năng suất lạnh của 1 kg môi chất lạnh lỏng ở áp suất cao và nhiệt độ cao tạo ra, sau khi qua van tiết lưu và bay hơi hết trong thiết bị bay hơi, thành hơi bão hoà khô ở nhiệt độ bay hơi và áp suất bay hơi. Ta có: q0 = i'1 – i4 kJ/kg. [ 1, 167 ] Trong đó : i'1- là Entapi của hơi (bão hoà ) sau khi ra khỏi dàn lạnh. i4 - là Entapi của môi chất sau khi qua van tiết lưu. Nên q0 = 695- 533 = 162 kJ/kg. b. Lưu lượng môi chất qua máy nén: Ta có: kg/s. [ 1, 167 ] c. Năng suất thể tích thực tế của máy nén; [ 1, 167 ] Ta có : Vtt = G x v1 = 0,237 x 0,14 =0,033m3/s d. Hệ số cấp của máy nén Ta có p = Môi chất Freon R22,máy nén hiện đại. Tra đồ thị hình 7.4 [1, 168] => l = 0,65 e. Thể tích hút lý thuyết: Ta có : m3/s. [ 1, 169 ] f. Công nén đoạn nhiệt: Ta có: Ns = G x l = G x (i2 – i1) , kW. [ 1, 169 ] Vậy Ns = 0,237 x ( 768-704 ) = 15,2 kW g. Công nén chỉ thị: Là công nén thực do quá trình nén lệch khỏi quá trình nén đoạn nhiệt lý thuyết. Ta có: , kW [ 1, 170 ] hi : Là hiệu suất chỉ thị hi = lw + b x t0. Trong đó: b - là hệ số thực nghiệm b = 0,001; lw - là hệ số tổn thất không thấy được lw = . Vậy . Suy ra: kW. h. Công suất ma sát Công suất ma sát sinh ra do sự ma sát trong các chi tiết chuyển động của máy nén, công suất này phụ thuộc vào kích thước và chế độ hoạt động của máy nén. Ta có: Nms =Vtt x Pms , kW [ 1, 171 ] Pms với máy nén freôn ngược dòng thì Pms = (0,019 ¸ 0,034) Mpa Ta chọn Pms = 0,025 Mpa [ 1, 171 ] Vậy Nms = 0,033 x 0,025 x 106 = 825 W = 0,825 kW i. Công suất hữu ích Là công nén có tính đến tổn thất ma sát của các chi tiết máy nén như pittông-xi lanh, tay biên-trục khuỷu-ăc pittông,…Đây chính là công đo được trên trục khuỷu của máy nén. Ta có: Ne = Ni + Nms, kW [ 1, 171 ] = 20 +0,825 = 20,825 kW j. Công suất điện Công suất điện Nel là công suất đo được trên bảng đấu điện có kể đến tổn thất truyền động, khớp, đai ...và hiệu suất chính của động cơ điện. Ta có: , kW [ 1, 171 ] Trong đó: htd - là hiệu suất truyền động đai ,ở đây ta dùng máy nén bán kín nên htd = 1 hel - là hiệu suất động cơ hel = 0,8 ¸ 0,95. Chọn hel = 0,95. Vậy kW. k. Công suất động cơ lắp đặt Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh, động cơ lắp đặt phải có công suất lớn hơn công suất động cơ điện. Ta có: Nđ/c = (1,1 ¸ 2,1 ) x Nel , kW; [ 1, 171 ] Chọn hệ số an toàn là 1,5 Nên Nđ/c = 1,5 x 21,92 =32,88 kW. l. Phụ tải nhiệt dàn ngưng Ta có: KW. 3.2.3.Tính chọn thiết bị 3.2.3.1. Chọn máy nén. Qua việc tính nhiệt tải kho lạnh ở phần trước ta đã xác định được nhiệt tải QoMN = 38,44 kW cho máy nén, đây chính là năng suất lạnh mà máy nén phải đạt được để đảm bảo duy trì được nhiệt độ lạnh trong kho lạnh và công suất động cơ lắp đặt Nđ/c = 32,88 kW. Do kho lạnh có chiều dài ( L = 36m ), nên để đảm bảo lưu lựơng gió tuần hoàn trong kho em chọn 2 máy nén 1 cấp. Từ tỷ số nén của chu trình p = 7,2 Nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh là to = -280C. Nhiệt độ ngưng tụ là tk = 35 0C. Năng suất lạnh QoMN = 38,44 kW. Công suất động cơ Nđ/c = 32,88 kW. Em chọn máy nén pittông bán kín của hãng Bitzer có các thông số sau : -Loại máy : 4G-20.2 -Năng suất lạnh ở chế độ tiêu chuẩn : 19.60 kW. -Công suất động cơ : 10.54 kW. -Cường độ dòng điện làm việc tối đa : 19,6 A. -Nguồn điện cung cấp : 380-420V. -Tần số : 50Hz. - Số máy nén : 2 máy Hình 3.4. Máy nén pittong hãng Bitzer 3.2.3.2. Tính chọn thiết bị ngưng tụ Theo các dữ kiện tính toán được ở phần trên ta có: Phụ tải nhiệt thiết bị ngưng tụ Qk = 58,44 kW. Hệ thống có hai thiết bị ngưng nên phụ tải nhiêt trên một thiết bị là Qk=29,22KW - Nhiệt độ nước vào làm mát tw1 = 26oC . - Nhiệt độ nước ra khỏi thiết bị ngưng tụ tw2 = 31oC. Từ công thức Qk = k x F x Dttb, W [ 1, 214 ] Có thể tính được diện tích trao đổi nhiệt cần thiết. , m2 Trong đó: k - Là hệ số truyền nhiệt Với thiết bị ngưng tụ ống chùm vỏ bọc nằm ngang ta có k = 700 ÷ 1000 w/m2k Chọn k = 700 W/m2k [ 1, 217 ] Dttb - Là hiệu nhiệt độ trung bình logarit Với chọn ; Dt max = tk – tw1 = 35 - 26 = 9oC; Dt min = tk - tw2 = 35 - 31 = 4 oC. Nên Vậy diện tích trao đổi nhiệt cần thiết là: m2 Với giá trị vừa tính được em chọn thiết bị ngưng tụ ống chùm vỏ bọc nằm ngang của hãng Bitzer có các thông số như sau: - Kiểu bình ngưng : K373H - Nhiệt độ nước vào: 25 0C - Nhiệt độ nước ra : 29,4 0 C - Lưu lượng trung bình: 9,76m3/h - Lưu lượng tối thiểu : 2,14m3/h - Lưu lượng tối đa : 10,71m3/h - Tốc độ dòng chảy: 2,28m/s * Lý do chọn thiết bị ống chùm vỏ bọc nằm ngang là: - Vì giải nhiệt bằng nước nên hiệu quả giải nhiệt cao, mật độ dòng nhiệt lớn q = 3000 ÷ 6000 W/ m2, K= 700 ÷ 1000 W/m2K, độ chênh lệch nhiệt độ trung bình Dt =5 ÷ 6 0k, dễ thay đổi tốc độ nước trong bình để nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt. - Hiệu quả trao đổi nhiệt khá ổn định, ít phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. - Cấu tạo chắc chắn, gọn trong việc lắp đặt, tiêu hao kim loại nhỏ, đẹp… - Dễ chế tạo, lắp đặt ,vệ sinh, vận hành. - Có thể sử dụng một phần bình để làm bình chứa. - Ít hư hỏng và tuổi thọ cao. Bên cạnh những ưu điểm còn có nhiều khuyết điểm nhưng với hệ thống nhỏ như kho bảo quản đông này thì ít anh hưởng gì nhiều nên dàn ngưng ống chùm vẫn là tốt nhất. Để hiểu thêm về dàn ngưng ống chùm vỏ bọc nằm ngang trong hệ thống thì xem hình 3.5. Hình 3.5. Dàn ngưng ống chùm vỏ bọc nằm ngang của hãng Bitzer 3.2.3.3. Tính chọn dàn bay hơi Thiết bị bay hơi là thiết bị quan trọng trong hệ thống lạnh, môi chất lạnh lỏng bay hơi trong thiết bị, thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh để giữ nhiệt trong kho lạnh ổn định theo yêu cầu. Kho lạnh được làm lạnh theo phương pháp làm lạnh trực tiếp và không khí được đối lưu cưỡng bức bằng quạt gió. Ở phần trước ta đã tính được nhiệt tải cho thiết bị bay hơi, đó chính là lượng nhiệt mà dàn bay hơi phải đủ khả năng mang đi để đảm bảo yêu cầu nhiệt độ trong kho. Ta có: QoTB = 38,44 kW. Kho lạnh có 2 dàn lạnh vậy năng suất của mỗi dàn phải đạt ít nhất là 19,22 kW. Theo phần mềm tính chọn dàn lạnh của hãng Bitzer, em chọn dàn lạnh có các thông số sau : + Model : S-GHN 040.2F/210-ANW50.E + Năng suất lạnh : 19,9 KW + Số quạt : 5 cái + Đường kính quạt : 350mm + Lưu lượng thổi : 6420 m3/h + Khoảng thổi xa : 18m + Công suất quạt : 0,23 KW + Dòng điện làm việc : 2,9 A + Nguồn cung cấp : 240V/1phase/50Hz + Xả tuyết bằng gas nóng + Ống nối : Vào : 12,7 mm Ra : 28,5 mm + Kích thước dàn lạnh : Length : 1770 mm Width : 815 mm Height : 555 mm Dàn lạnh GUNTNER được trình bày ở hình 3.6 ` Hình 3.6. Dàn bay hơi GUNTNER 3.2.3.4. Tính chọn các thiết bị phụ a. Tính chọn van tiết lưu Van tiết lưu là một thiết bị chính trong hệ thống lạnh nó làm nhiệm vụ giảm áp suất của môi chất lỏng từ áp suất cao và nhiệt độ cao xuống áp suất bay hơi của môi chất. Nó cũng làm nhiệm vụ điều chỉnh lượng môi chất cấp vào thiết bị bay hơi. Trong đồ án này em sử dụng van tiết lưu điện tử EEV ( Electronic Expansion Valve ). Chức năng của van tiết lưu điện tử EEV cũng giống như của van tiết lưu nhiệt, nhưng khác với van tiết lưu nhiệt là nó không dùng bầu cảm biến nhiệt để lấy tín hiệu nhiệt độ quá nhiệt chuyển thành tín hiệu áp suất làm co giãn mang van để đóng mở van tiết lưu mà sử dụng một tín hiệu điện hay điện tử từ một bộ vi xử lý có hệ thống điều khiển điện tử để điều chỉnh vị trí kim van tiết lưu. Hệ thống lạnh dùng van tiết lưu điện tử không có van điện từ đứng trước van tiết lưu.Van tiết lưu không phải kiểu tác động bằng màng giãn nở mà là van điều chỉnh bằng một môtơ điện. Bộ vi xử lý có hai đầu cảm nhiệt. Ở đây em tìm hiểu van tiết lưu điện tử AKV của hãng DANFOSS. Hình 3.7 mô tả hệ thống lạnh đơn giản sử dụng van tiết lưu điện tử với bộ vi xử lý : Hình 3.7. Hệ thống lạnh đơn giản có van tiết lưu điện tử với bộ vi xử lý a. Van tiết lưu điện tử b. Bộ vi xủ lý MPS ( Microprocessor ) c. Đầu cảm nhiệt + Cấu tạo của van Hình 3.2 giới thiệu hình dáng bên ngoài của van tiết lưu điệ tử AKV10, 15 và 20. Hình 3.3; 3.4; 3.5 giới thiệu cấu tạo của van. Hình 3.8. Hình dáng bên ngoài của van tiết lưu điện tử AKV 10,15 và 20 Hình 3.9. Cấu tạo van AK V20 Hình 3.10. Cấu tạo van AKV 10 Hình 3.11. Cấu tạo van AKV 15 + Vận hành Hình 3.6 giới thiệu nguyên lý làm việc van AKV. Hình 3.12. Nguyên lý làm việc van AKV Van AKV làm việc theo chu kỳ 6s. Bộ điều khiển AKC 114 sẽ đo độ quá nhiệt ở cửa ra và cửa vào để quyết định thời gian đóng mở của van trong chu kỳ 6s đó. Thời gian mở phụ thuộc độ quá nhiệt ở cửa ra của dàn bay hơi. Nếu độ quá nhiệt cao thời gian mở có thể gần hết thậm chí hết cả 6s nhưng nếu độ quá nhiệt nhỏ thì thời gian mở của van chỉ là một phần nhỏ của 6s. Bộ vi xử lý đo độ quá nhiệt và đều đặn gửi xung điện áp đến van để điều chỉnh lưu lượng cấp cho dàn bay hơi một cách chính xác. Khi dừng máy van đóng hoàn toàn như chức năng một van điện từ. + Tính chọn van AKV Năng suất lạnh của van phụ thuộc các thông số sau : Loại gas lạnh; Năng suất lạnh của dàn bay hơi; Độ quá lạnh lỏng trước van tiết lưu; Nhiệt độ bay hơi; Hiệu áp qua van. Để chọn van ta phải biết được tất cả các thông số đó. Xác định hiệu áp qua van Hiệu áp qua van là : ΔPv = Pk – ( p0 + ΔP1 + ΔP3 + ΔP4 ) [ 2, 81 ] Với ΔPv : hiệu áp qua van; Pk : áp suất ngưng tụ; P0 :áp suất bay hơi; ΔP1 : tổn thát áp suất trên đường lỏng bao gồm tổn thất áp suất do độ cao, tổn thất ở phin sấy lọc, mắt ga, van chặn, tổn thất áp suất trên đường lỏng từ bình chứa tới van tiết lưu ,bar. ΔP3 : tổn thất áp suất trên hệ thống chia lỏng; ΔP4 :tổn thất áp suất trên dàn bay hơi. to = -28 0C, P0 = 1,8 bar; tk = 35 0C, Pk = 13 bar Theo bảng 10.4, [4, 253] ta có tổn thất ở đường dẫn lỏng đứng từ dưới lên là 0,7 bar do độ cao đường ống dẫn lỏng là 4m; tổn thất áp suất ở phin sấy lọc, mắt ga, van chặn…là 0,2 bar, tổn thất áp suất trên đường lỏng từ bình chứa tới van tiết lưu là 0,1bar. Vậy ΔP1 = 0,7 + 0,2 + 0,1 =1 bar Theo [ 4, 253 ] ta có ΔP3 = 0,7 bar. ΔP4 = 0,1 bar. Vậy hiệu áp qua van là : ΔPv = Pk – ( p0 + ΔP1 + ΔP3 + ΔP4 ) = 13 – ( 1,8 + 1 + 0,7 + 0,1 ) = 9,4 bar - Năng suất lạnh của dàn bay hơi Q0 = 38,44 KW, em chọn van AKV15. - Nhiệt độ bay hơi to = -28 0C Tra bảng 2.6, ( [2, 80 ] ) ta được hệ số hiệu chỉnh k1 = 1,28 cho van AKV15. - Độ quá lạnh lỏng là 10 K, tra bảng 2.5, ( [2, 79 ] ) ta được hệ số hiệu chỉnh k2 = 0,94. Năng suất lạnh để chọn van sẽ là : Q0 = 0,94 x 1,28 x 38,44 = 46,25 KW Với ΔPv = 9,4 bar và Q0 = 38,44 KW, tra bảng 2.3,( [ 2,78 ] ) ta chọn được van AKV15-4 với năng suất lạnh danh định là 40 KW. Đây là van thích hợp nhất. + Sơ đồ kết nối van AKV với ADAP-KOOL AKC 72A ADAP-KOOL là một hệ thống điều khiển điện tử hoàn chỉnh,đa chức năng để điều khiển và giám sát hầu như toàn bộ mọi chức năng của một hệ thống lạnh công nghiệp nhẹ như điều khiển,điều chỉnh,giám sát,bảo vệ,báo hiệu và báo động.Tiết lưu điện tử chỉ là một trong các chức năng của ADAP-KOOL khi kết hợp bộ vi xử lý ADAP-KOOL với van tiết lưu điện tử AKV. ADAP-KOOL có thể kết nối với các thiết bị sau : Bộ điều khiển điện tử AKC; Các van tiết lưu điện tử AKV; Các đầu cảm nhiệt AKS; Các đầu cảm áp suất AKS32R; Các bộ ghi dữ liệu AKL; Các bộ thông tin dữ liệu AKA; Phần mềm máy tính AKM. Ở đây ta chỉ sử dụng chức năng nối bộ điều khiển AKC với van tiết lưu điện tử AKV có các đầu cảm nhiệt độ AKS.Hình 3.7 giới thiệu sơ đồ kết nối van AKV với bộ vi xử lý điều khiển AKC 72A. Hình 3.13. Sơ đồ kết nối van AKV với bộ điều khiển AKC 72A Với sơ đồ kết nối trên,bộ điều khiển AKC 72A có các chức năng sau : Điều khiển cấp lỏng cho van AKV; Có thermostat với chức năng báo động; Nối hiển thị LCD cho nhiệt độ sản phẩm; Xả băng theo nhiệt độ phù hợp. b. Tính chọn bình chứa hạ áp Lưu lượng môi chất tuần hoàn: Q0 = Gd x r , W Trong đó : Q0 = 38,44 KW - Năng suất lạnh máy nén Gd – Lưu lượng môi chất tuần r = 225,78 kj/Kg - ẩn nhiệt hóa hơi của R22 ở nhiệt độ sôi t0 = - 280C Vậy Gd = kg/s Khối lượng môi chất lỏng trong bình là : G = 0,348 x 15 x 60 = 313,2 kg Thể tích của môi chất trong bình chứa hạ áp là : Vd = Với ρ : khối lượng riêng môi chất ở nhiệt độ bay hơi ( t0 = -280C) ρ = 1,375 x103kg/m3 Vd : thể tích dịch lỏng Suy ra Vd = 0,227 m3 Thể tích dịch lỏng chiếm khoảng 2/3 thể tích của bình, do đó thể tích thực của bình sẽ là : VBCHA =0,227 x = 0,34 m3 c. Tính chọn bình chứa cao áp Nhiệm vụ của bình chứa cao áp là chứa gas lỏng sau khi ngưng tụ để phân phối đến các dàn lạnh.Bình chứa cao áp được bố trí về phía cao áp và nằm sau dàn ngưng. Nó giải phóng bề mặt truyền nhiệt của dàn ngưng bởi lớp chất lỏng đồng thời cung cấp đồng đều lượng chất lỏng cho van tiết lưu. Khi hệ thống đang vận hành thì lượng lỏng còn lại trong bình ít nhất là 20% dung tích bình. Khi sửa chữa, bảo dưỡng thì bình chứa phải có khả năng chứa được toàn bộ môi chất của hệ thống và chỉ chiểm khoảng 80% dung tích bình. Thể tích bình chứa cao áp chọn như sau: VBCCA = kdt x G x v , m3 Trong đó : + VBCCA : thể tích bình chứa cao áp , m3 + kdt :hệ số dự trữ, k = 1,25 ÷ 1,5 Chọn kdt = 1,5 + G : khối lượng dịch lỏng,lấy bằng khối lượng dịch lỏng trong bình chứa hạ áp, G = 313,2 kg. + v : thể tích riêng của dịch lỏng ở nhiệt độ ngưng tụ v = 0,8672 dm3/kg ( Phụ lục 3b, [ 7, 353 ] ) Vậy thể tích bình chứa cao áp là : VBCCA = 1,5 x 313,2 x 0,8672 x 10-3 = 0,407 m3 Theo bảng 8-17,[1,264], em chọn bình chứa cao áp nằm ngang có thông số sau : + ký hiệu : 0,4PB + kích thước : DxS : 426 x10mm L : 3620mm H : 570mm + Dung tích : 0,4m3 + Khối lượng : 410kg Hình 3.14. Nguyên lý cấu tạo bình chứa cao áp. Kính xem mức; 2. Van chặn ; 3. Ống lắp van an toàn; 4. Ống lắp áp kế xả; 5. Ống lỏng vào; 6. Ống cân bằng áp; 7. Ống cấp dịch; 8. Ống hồi lỏng; 9. Thân bình; 10. Xả dầu; 11. Xả cặn; 12. Chân bình d. Tính chọn bình tách dầu Bình tách dầu là thiết bị không thể thiếu được trong hệ thống lạnh, với nhiệm vụ là tách hầu hết các phần tử dầu có lẫn trong môi chất. Như chúng ta đã biết dầu ngoài nhiệm vụ bôi trơn, làm kìn các khe giữa các chi tiết chuyển động của máy nén và làm mát máy nén thì dầu còn là tác nhân gây cản trở truyền nhiệt của các thiết bị trao đổi nhiệt. Vì vậy ta phải tách dầu ra khổi môi chất lạnh và đưa nó trở lại máy nén để tránh hiện tượng thiếu dầu ở máy nén, trong khi dầu tập trung ở các thiết bị truyền nhiệt khác như:dàn lạnh, dàn ngưng … * Đường kính bình tách dầu: Đường kính bình tách dầu được tính theo công thức sau : Trong đó DTD: Đường kính trong của bình (m) ω:Tốc độ của môi chất quá bình. ω = 0.5÷1(m/s). Chọn ω =0,5(m/s) V2:lưu lượng thể tích của môi chất (m3/s) Ta có : V2 = G x v2 = 0,46 x 0,025 = 0,0115 m3/s e. Phin lọc Phin lọc có nhiệm vụ loại trừ cặn bẩn để tránh hiện tượng tắc van tiết lưu. Ngoài ra còn có nhiệm vụ loại bỏ các Axid và các chất khác ra khỏi vòng tuần hoàn môi chất lạnh. Phin lọc được lắp trên đường cấp lỏng cho dàn bay hơi và được lắp đặt trước van điện từ. Ở đây hệ thống sử dụng gas R22 nên theo ( Bảng 4.7, [2, 143 ] ) em chọn phin lọc của hãng Danfoss có thông số sau : - Ký hiệu : DML 607s - Năng suất lỏng : 83 kW - Năng suất hút ẩm : 84 kg gas ( Ở 240C ) - Áp suất làm việc tối đa : 42 bar Hình 3.15. Phin lọc cho thiết bị máy lạnh freon. f. Van điện từ Van điện từ là van chặn được điều khiển bằng lực điện từ. Khi có điện cuộn dây sẽ sinh ra lực điện từ hút lõi thép và đẩy van lên, van điện từ mở ra để cho dàng môi chất đi qua, khi không có điện van điện từ đóng lại ngừng cấp dịch. Van chỉ có hai chế độ là đóng hoặc mở. Hệ thống sử dụng gas R22 nên theo ( Bảng 4.1, [ 2, 135 ] ) em chọn van điện từ của hãng Danfoss có các thông số sau : Lắp trên đường lỏng : chọn van EVR 10, năng suất lạnh 38,2 kW Lắp trên đường gas nóng : chọn van EVR 20, năng suất lạnh 46,2 kW Hình 3.16 . Cấu tạo van điện từ. 1: Thân van. 7: Vỏ. 2: Đế van. 8: Cuộn dây diện từ 3: Clăppe. 9: Vít cố định 4: Ống dẫn hướng đồng thời là ống ngăn cách 10: Vòng đoản mạch chống ồn. khoang môi chất với bên ngoài. 11: Dây tiếp điện. 5: Lõi sắt. 12: Mũ ốc nối vít. 6: Lõi cố định. 13: Lò xo. g. Van chặn và van tạp vụ + Van chặn Nhiệm vụ của van chặn là khi vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống lạnh cần thiết phải khoá hoặc mở dòng chảy của môi chất lạnh trên vòng tuần hoàn. Hình 3–17. van chặn + Van tạp vụ được lắp trên đầu của máy nén ở đường hút và đường đẩy. Van tạp vụ có 3 ngã. Nhiệm vụ của van tạp vụ là để bảo dưỡng, sửa chữa, nạp dầu, nạp gas, hút chân không cũng như phục vụ cho việc đo đạc kiểm tra máy nén. Cấu tạo của van tạp vụ được trình bày ở hình 3.18 Hình 3.18. Cấu tạo van tạp vụ a. Bốn bulông bắt lên máy nén; b. Loại 2 Bulông bắt lên máy nén; c. Mặt cắt qua một van tạp vụ; d. Hình cắt phối cảnh; 1. Thân; 8. Đầu nối tín hiệu áp suất hoặc để hút chân không; 2. Đế van; 9. Đầu nối vào dàn ngưng hoặc dàn bay hơi; 3. Tấm chặn dưới; 10. Tai cố định vào đầu máy nén; 4. Đệm kín trục; 11. Vòng xiết; 5. Đệm nắp; 12. Đầu bu lông; 6. Nắp; 13. Tấm chặn trên; 7. Trục van; 14. Đầu nối vào máy nén; h. Các rơle bảo vệ - Rơ le áp suất kép : Bảo vệ thiết bị khi có sự cố về áp suất như tăng hoặc giảm đột ngột. Lúc đó Rơle sẽ nhận tín hiệu và tác động đến hệ thống điều khiển và làm ngừng hoạt động cuả máy nén, đồng thơì đèn sự cố và mạch báo động sự cố làm việc. Hình 3.19. Rơ le bảo vệ áp suất kép - Rơ le hiệu áp suất dầu. Máy nén được bôi trơn bằng dầu, dầu được bơm dầu hút từ cacte đưa qua các rãnh dầu bố trí trên trục khuỷu và các chi tiêt đến các bề mặt ma sát do đó hiệu áp suất dầu và áp suất hút có ý nghĩa quan trọng đối với quá trình bôi trơn máy nén khi áp suất dầu không đủ thì trong khoảng 60 - 90 giây điện trở sẽ đốt nóng làm cho thanh lưỡng kim biến dạng dẫn tới mở tiếp điểm, máy nén dừng, nếu Hình 3.20. Rơ le bảo vệ áp suất dầu. áp suất dầu đủ thì tiếp điểm OPS mở ra máy nén hoạt động bình thường. i. Kính xem gas Trên các đường ống cấp dịch của các hệ thống nhỏ và trung bình thường có lắp đặt các kính xem gas, mục đích là báo hiệu lưu lượng lỏng và chất lượng của nó một cách định tính. Cụ thể như sau: + Báo hiệu đủ gas khi dòng gas không bị sủi bọt. + Báo hiệu thiếu gas khi dòng gas bị sủi bọt mạnh. + Báo hiệu hết gas khi thấy suất hiện các vệt dầu trên kính. Hình 3.21. Kính xem gas j. Van một chiều - Van an toàn + Van một chiều còn gọi là Clape một chiều: chỉ cho dòng chảy đi theo một hướng. Van một chiều được lắp trên đường đẩy giữa máy nén và thiết bị ngưng tụ, ngăn chặn môi chất từ thiết bị ngưng tụ quay ngược lại máy nén trong trường hợp dừng hoặc sửa chữa máy nén hoặc máy nén gặp sự cố. Khi máy nén hoạt động, hiệu áp suất được tạo ra giữa hai cửa vào và ra của van một chiều. Khi áp suất cửa vào lớn hơn cửa ra một chút, van sẽ tự động mở cho dòng hơi đi đến thiết bị ngưng tụ. Trong trường hợp ngược lại, khi dừng máy nén hoặc máy nén bị sự cố, áp suất phía cửa vào sẽ giảm xuống van một chiều sẽ tự động đóng lại ngăn không cho dòng hơi chảy về máy nén. + Van an toàn được bố trí ở những thiết bị có áp suất cao và chứa nhiều môi chất lỏng như thiết bị ngưng tụ, bình chứa... nó dùng để đề phòng trường hợp khi áp suất vượt quá mức quy định. Van an toàn chỉ khác van một chiều ở chỗ hiệu áp suất ở đầu vào và đầu ra phải đạt những trị số nhất định thì van an toàn mới mở. Khi áp suất trong một thiết bị nào đó vượt qua mức quy định thì van an toàn sẽ mở ra, để xả môi chất về thiết bị có áp suất thấp hoặc xả trực tiếp vào không khí. Dưới đây là cấu tạo và một số loại van một chiều và van an toàn : Hình 3.22. Cấu tạo và một số loại van một chiều Hình 3.23. Cấu tạo van an toàn 1. Khâu kích xả; 2. Lỗ xả; 3. 4 Miếng đệm; 5. Bulông điều chỉnh; 6. Chụp; 7. Đệm kín; 8. Lò xo; 9. Thân van; 10. Ổ tựa; 11. Lỗ vào 3.2.3.5. Tính chọn đường ống dẫn môi chất trong hệ thống Trong hệ thống lạnh gồm nhiều thiết bị riêng biệt, chúng liên kết với nhau nhờ các ống dẫn, vì vậy phải tính toán lựa chọn đường ống dẫn sao cho vừa đủ bền và vừa tiết kiệm đường ống đảm bảo yêu cầu kĩ thuật và kinh tế. Cũng từ các yếu tố như: tốc độ lưu động cho phép của môi chất, lưu lượng của dòng môi chất, khối lượng riêng của môi chất… Từ đó ta tính đường kính ống dẫn. Đường kính trong ống được xác định theo biểu thức: (m) [1, 299 ] Trong đó: m : Lưu lượng môi chất (kg/s). Khối lượng riêng của môi chất (kg/m3). Tốc độ dòng chảy trong môi chất (m/s). Trong hệ thống lạnh ta cần xác định 3 đường ống đó là đường ống hút từ thiết bị bay hơi về máy nén, đường ống đẩy, và đường ống dẫn lỏng. a. Đường ống hút từ dàn bay hơi về máy nén. Ta có: m = 0,49 kg/s Theo ( Bảng 10 -1, [1,299] ) ta có: m/s nên chọn m/s v1 = 0,14 m3/kg nên Nên Theo ( Bảng 10-2, [1,300] ), em chọn ống thép có đường kính trong là 100 mm. Đường ống đẩy của máy nén từ máy nén đến thiết bị ngưng tụ. Ta có: m m = 0,49 kg/s Theo (Bảng 10-1, [1,299] ) ta có: m/s nên chọn m/s v2 = 0,025 m3/kg nên Vậy Theo( Bảng 10-2, [1,300] ),em chọn ống thép có đường kính trong là 40,5mm. c. Tính chọn đường ống dẫn lỏng. Ta có: m m = 0,49 kg/s Theo (Bảng 10-1, [1, 300] ) ta có: m/s nên chọn m/s = 1150 kg/m3 Vậy Theo ( Bảng 10-2, [1, 300 ] ), em chọn ống thép có đường kính trong là 27,5mm. Bảng 3.8. Bảng kết quả tính toán đường ống chọn Đường ống Đường kính tính được Mm Kích thước chọn Đường kính trong mm Đường kính Ngoài mm Tiết diện mm2, x 100 Khối lượng 1m ống kg Ống đẩy Ống hút Ống dẫn 39 85 27 40,5 100 27,5 45 108 32 12,8 78,5 5,95 2,37 10,26 1,65 3.2.3.6. Tính chọn tháp giải nhiệt Tháp giải nhiệt là thiết bị có nhiệm vụ thải toàn bộ lượng nhiệt do môi chất lạnh ngưng tụ thải ra. Lượng nhiệt này được thải ra môi trường nhờ chất tải nhiệt trung gian là nước. Nước vào bình ngưng tụ có nhiệt độ tw1 nhận nhiệt ngưng tụ tăng lên( 4 ¸ 5)0C. Nước ra khỏi thiết bị ngưng tụ có nhiệt độ tw2 được đưa qua tháp giải nhiệt, tại đây nước được phun dưới dạng các giọt nhỏ.Nước nóng chảy theo khối đệm xuống, trao đổi nhiệt và chất với không khí đi ngược dòng từ dưới lên nhờ quạt gió cưỡng bức. Quá trình trao đổi nhiệt và chất chủ yếu là quá trình bay hơi một phần hơi nước vào không khí. Sau khi ra khỏi tháp nước giảm nhiệt độ xuống nhiệt độ ban đầu tw1. Lưu lượng nước tuần hoàn được xác định theo biểu thức. , m3/s [ 1,303 ] Trong đó: Qk - là nhiệt thải ra ở bình ngưng tụ, kW; Qk = 58,44 kW. Nhiệt thải ra ở một bình ngưng tụ là: kW. + tw1, tw2 - là nhiệt độ nước vào, ra khỏi bình ngưng tụ tw1 = 260C; tw2 = 31 0C; + C - là nhiệt dung riêng của nước, C = 4,186 kJ/kg; + r - là khối lượng riêng của nước , r =1000 kg/m3. => m3/s = 3,35 m3/h Dựa vào lượng nhiệt thải ra của môi chất lạnh freôn ở thiết bị ngưng tụ ta chọn tháp giải nhiệt. Trước hết ta quy năng suất nhiệt ra Ton. Theo tiêu chuẩn CTI 1 tôn tương đương với 3900 kcal/h. Vậy Qk = 19,48 kW = 22752,64 kcal/h = Ton. Theo bảng 8-22 [1, 318] Các đặc tính kỹ thuật cơ bản tháp RINKI. Chọn tháp giải nhiệt kiểu FRK8 với các thông số kỹ thuật sau: Phần chữ FRK : chỉ nhà chế tạo. Phần số 10 : chỉ năng suất lạnh, đơn vị là tôn. - Lưu lượng nước định mức 1,63 l/s; - Chiều cao tháp 1600mm; - Đường kính tháp 930 mm; - Đường kính ống nối nước vào 40 mm; - Đường kính ống nối nước ra 40 mm; - Đường xả 25mm; - Đường kính ống chảy tràn 25 mm; - Đường kính ống van phao 15 mm; - Lưu lượng gió 70 m3/phút; - Đường kính quạt gió 530 mm; - Mô tơ quạt 0,2 kW; - Khối lượng tĩnh (khô) 44 kg; - Khối lượng khi vận hành ( tĩnh) 130 kg; - Độ ồn của quạt 46 dBA; - Số lượng tháp giải nhiệt 2 tháp. Cấu tạo của tháp được thể hiện ở hình 3.24 Hình 3.24. Nguyên tắc cấu tạo tháp giải nhiệt. a. Tháp giải nhiệt. b. Bình ngưng tụ của máy lạnh. 1. Động cơ quạt gió; 2. Vỏ tháp; 10. Phin lọc nước; 3. Chắn bụi nước; 4. Dàn phun nước; 11. Phễu chảy tràn; 5. Khối đệm; 6. Cửa không khí vào; 7. Bể nước; 8. Đường nước lạnh cấp để làm mát bình ngưng; 9. Đường nước nóng từ bình ngưng ra đưa vào dàn phun để làm mát xuống nhờ không khí đi ngược chiều từ dưới lên; 12. Van xả đáy; 13. Đường cấp nước với van phao; 14. Bơm nước; PI – Áp kế; TI- Nhiệt kế. 3.2.3.7. Tính chọn bơm nước Bơm nước có nhiệm vụ tuần hoàn nước từ tháp giải nhiệt cung cấp cho dàn ngưng để thực hiện quá trình ngưng tụ. Sau đó lại quay về tháp giải nhiệt để làm mát nước sau khi nhận nhiệt từ môi chất lạnh. + Sơ đồ đường ống nước giải nhiệt được trình bày ở hình 3.25. Hình 3.25. Sơ đồ hệ thống bơm nước giải nhiệt máy nén. + Khi chọn bơm nước để làm mát bình ngưng trước hết cần xác định được hai đại lượng cơ bản là năng suất của bơm và cột áp. + Năng suất của bơm Năng suất của bơm nước được xác định theo biểu thức sau: Ta có: , m3/s [ 1, 303 ] Trong phần tính lưu lượng nước cho tháp giải nhiệt ta đã tính được: V = 3,35 m3/h = 9,3 x 10-4 m3/ s. + Công suất yêu cầu Công suất của bơm xác định theo biểu thức: , kW [ 1,305 ] Trong đó : N - là công suất yêu cầu, kW; V - năng suất bơm (lưu lượng), m3/s; H - là tổng trở lực, Pa; h - là hiệu suất bơm. Đối với bơm nhỏ h = 0,6 ¸ 0,7; [ 1, 305 ] bơm lớn h = 0,8 ¸ 0,9. + Tính tổng trở lực. Cột áp của bơm : H = Hh + Hđ + hh + hđ + hf Với Hh, Hđ - là chiều cao hút và chiều cao đẩy, m; hh, hđ - là tổn thất áp suất trên đường ống hút và đẩy, Pa. hf Tổn thất áp suất trên đường phun của tháp giải nhiệt. chọn hf = 0,65.105 Pa hf = 6,626 mH2O *Xác định trở lực đường ống: Ta có: h = hms + hcb , Pa. [ 1, 307 ] + Tổn thất áp suất do ma sát. , Pa. [ 1, 307 ] Trong đó : hms - là tổn thất áp suất do ma sát, Pa; λ - là hệ số trở kháng của ống, l - là chiều dài phần ống thẳng, m; r - là khối lượng riêng của nước, kg/m3; - là tốc độ chuyển động của chất lỏng, m/s; di - là đường kính trong của ống, m. Tiết diện của ống dẫn nước được lấy bằng kích thước của đầu nối bình ngưng tụ và của tháp giải nhiệt. Đường kính ống là 0,04 m. => m/s. Chỉ số Reynol: m - là độ nhớt động học của nước, Pa.s. Nước ở 260C có m = 96,19.10-6 KGs/m2 = 943,62.10-6 Pa.s Nước ở 310C có m = 80,19. 10-6 KGs/m2 = 786,66.10-6 Pa.s + Trên đường ống trước khi vào bình ngưng tụ. Re >2320 => nước ở chế độ chảy rối, [1, 354]. + Trên đường ống sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ. Đây cũng là chế độ chảy rối. => Bảng 3.9. Bảng tính trở lực ma sát đường ống Đường ống r, Kg/m3 L, m w, m/s d, m hms, Pa 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 7-8 8-9 9-10 10-11 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 0,3 1 2 4,5 0,5 0,7 5 3,5 0,5 1,52 1,52 1,52 1,52 1,52 1,52 1,52 1,52 1,52 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,023 0,023 0,023 0,023 0,023 0,022 0,022 0,022 0,022 199,272 664,24 1328,48 2989,08 332,12 464,97 3321,2 2324,84 332,12 å hms=11956,32 +Tính hcb Tổn thất trở kháng cục bộ : , Pa [1,308 ] x - hệ số trở kháng cục bộ. Bảng 3.10. Bảng tính trở lực cục bộ đường ống Tên Số lượng x hcp, Pa Phin lọc 1 6 6931,2 Van một chiều 1 2 2310,4 Van chặn 2 5 11552 Cút 3 0,5 1732,8 å hcp = 22526,4 Vậy chiều cao cột nước tổng cộng là: H = (-0,3 + 5) x 1000 x 9,81 + 11956,32 + 22526,4 + 0,65.105 = 145589,72 Pa = 14,84 mH2O Vậy chiều cao đẩy của bơm cần tạo ra được phải lớn hơn 14,84 m. Ta có công suất của một bơm : h là hiệu suất bơm h = 0,6 ¸ 0,7 Chọn h = 0,7 kW. Vậy em chọn 2 bơm ly tâm EBARA MD của Nhật có các thông số sau: Loại bơm MD32-125/1.1 Công suất 1.1kW/1.5HP. Dòng điện 4.8A/230V hoặc 2.8A/400V. Năng suất 150 l/min = 9 m3/h Chiều cao đẩy 21,3 m Đường kính bánh công tác 125 mm. Đường kính đường đẩy 32 mm. 3.2.3.8. Tính chọn bơm dịch a. Tính chọn đường ống đẩy của bơm Đường kính ống đẩy của bơm được xác định bằng công thức : , m [ 1, 307 ] Trong đó : + dd : đường kính ống đẩy , mm + G : lưu lượng môi chất tuần hoàn qua bơm dịch, G = 0,237 kg/s + ρ : khối lượng riêng môi chất, ρ = 1,375 x103kg/m3 ( Phụ lục 3b , [ 7, 352] ) + w : tốc độ của gas lỏng trong đường ống đẩy, w = 0,5m/s, ( Bảng 10-1, [1, 299 ] ) Vậy dd = m Theo bảng 10-2, [1,300], em chọn ống đẩy bằng thép có đường kính ngoài tiêu chuẩn là Æ27,5. b. Tính chiều cao cột áp bơm Chiều cao cột áp bơm được xác định theo công thức : Hb = Hh + Hđ + ΔPống [ 1, 304 ] Trong đó : + Hb : chiều cao cột áp bơm , Pa; + Hh : chiều cao hút, Pa; Ở đây do bơm được đặt gần bình chứa hạ áp nên coi Hh = 0. + Hđ : chiều cao đẩy, Pa; Chiều cao đẩy lấy bằng 4m, Hđ = 4mH2O = 39240 Pa + ΔPống : tổn thất áp sất trên đường ống, gồm tổn thất áp suất trên đường ống hút và đẩy , Pa. Vì đường ống hút ngắn nên tổn thất áp suất là không đáng kể. Ở đây chủ yếu là tổn thất áp suất trên đường đẩy: ΔPống = ΔPms + ΔPcb Trong đó: ΔPms : tổn thất áp suất do ma sát , Pa ΔPcb : tổn thất áp suất cục bộ, Pa Tính tổn thất áp suất do ma sát ΔPms ,Pa [ 1, 307 ] Trong đó : + l : chiều dài ống , m ; kho lạnh dài 36m, bình chứa hạ áp đặt ở giữa nên đường ống dẫn gas lỏng là 18m, chiều cao đẩy là 4m. Vậy chiều dài đường ống dẫn lỏng là : l = 18 + 4 = 22m + dd : đường kính ống đẩy , dd = 0,0275m + ρ : khối lượng riêng của môi chất lỏng, ρ = 1375kg/m3 + w : tốc độ của gas lỏng trong đường ống đẩy, w = 0,5m/s + λ : hệ số trở kháng của ống Tiêu chuẩn Reynolds - là độ nhớt động học của R22, Pa.s. Tra bảng phụ lục 3a, [1,350], ta được μ = 2,97x10-4 Pa.s Vậy Re = = 63657,4 Re > 2320 nên đây là chế độ chảy rối, do đó : [ 1, 308 ] = Tính tổn thất áp suất cục bộ ΔPcb: ,Pa [ 1, 308 ] Để tính tổn thất cục bộ ta lấy định hướng như sau : cút 900 có 5 cái, phin lọc 1 cái, van chặn 6 cái. Trở lực cục bộ được Bảng 3.11. Bảng tính trở lực cục bộ đường ống Tên Số lượng x hcp, Pa Cút 900 5 0,6 1031,25 Phin lọc 1 8 2750 Van chặn 6 5 10312,5 å hcp = 14093,75 Tổng chiều cao cột áp bơm : Hb = 39240 + 5750 + 14093,75 = 59083,75 Pa ≈ 0,59 bar Năng suất của bơm : Gb = 0,348 kg/s suy ra Vb = m3/s Công suất yêu cầu của bơm : N= , KW [ 1, 305 ] Trong đó : + N : công suất bơm, KW; + V = 2,53 x 10-4 : năng suất bơm, m3/s; + H = 59083,75 : chiều cao cột áp bơm, Pa; + η : hiệu suất bơm.Đối với bơm nhỏ chọn η = 0,7 Vậy công suất bơm là : N = ≈ 0,21 KW Theo bảng 10-6, [1,303] ,em chọn bơm ly tâm có các thông số sau : + Ký hiệu bơm : 1,5K-6b + Đường kính bánh công tác : 105mm + Năng suất bơm : 9,4m3/h + cột áp : 1,16 bar + Hiệu suất : 49% + Công suất trên trục : 0,6 KW. + Số lượng : 2 bơm. 3.3. Bố trí máy và thiết bị Sau khi đã hoàn thành xong công tác thiết kế thì phải bố trí máy và thiết bị cho phù hợp. Dưới đấy là sơ đồ mặt bằng của kho lạnh dự kiến sẽ thiết kế với các thiết bị được lắp đặt vào các vị trí sau: Hình 3.26. Sơ đồ mặt bằng kho lạnh Hình 3.27. Mặt cắt dọc kho lạnh Chương 4. TRANG BỊ TỰ ĐỘNG HÓA, LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH HỆ THỐNG LẠNH, KHO LẠNH 4.1. Gia cố và xây dựng nền móng Đây là môt công đoạn quan trọng trong quá trình xây dựng kho, nó quyết định tính vững chắc và an toàn của kho. Móng được đào sâu 50cm. Đúc đế của các cột bê tông cốt thép. Sau đó ta đúc các cột bê tông đến chiều cao bằng mặt nền kho thiết kế, tiến hành xây móng đổ đất đá vào nền tạo độ vững chắc của nền. Sau đó đúc lớp bê tông chịu lực và xây các con lươn bằng gạch. 4.1.1. Đúc khung kho bằng bê tông cốt thép. Sau khi đã xây dựng xong móng kho, nền kho tiến hành đúc các cột bê tông theo chiều cao và kích thước thiết kế. Trên cùng của các cột được liên kết với nhau bằng các dầm bê tông cốt thép. Cùng với việc xây dựng khung ta tiến hành xây tường bao cho những tường cần thiết. 4.1.2. Dựng khung đỡ mái và lợp mái. Sau khi đã có được khung bê tông của kho ta tiến hành dựng khung sắt đỡ mái, lắp các xà dọc theo chiều dài của kho và tiến hành lợp tôn. Sau khi đã có được bộ khung vững chắc cho việc lắp ghép các cấu trúc cách nhiệt. 4.2. Lắp đặt kho lạnh 4.2.1. Công tác chuẩn bị. Trược khi lắp đặt kho lạnh thì phải chuẩn bị dụng cụ lắp đặt cho đầy đủ như là: panel, thanh nhôm V và thanh thép chữ U, tán rive, khoan, máy cắt… Chuẩn bị đồ bảo hộ lao động cho người thi công. Đo đạc kỹ trước khi lắp đặt. 4.2.2. Thi công lắp đặt. Đầu tiên ta lắp phần panel vách trước nhưng chừa một vách phía Tây ra vì vách này để khi lắp xong panel nền ta mới lắp. Lắp luôn cửa ra vào kho lạnh và cửa sổ. Lắp đến panel nền. Lắp panel vách còn lại. Lắp các xà để giữ panel trần. Lắp panel trần. 4.2.2.1. Lắp panel vách a. lắp vách kho lạnh. Đặt hai tấm panel lại gần nhau và dùng cơ cấu khoá cam để lắp ghép nó lại. Cách lắp bằng khoá cam ta trình bày như hình vẽ 4-1. Sau khi lắp xong phải bắn keo silicon vào các khe hở giữa hai tấm panel để tránh ẩm lọt vào các tấm panel. Sau cùng phải cho nút che lỗ đưa lục giác vào bằng nút nhựa để tránh ẩm vào tấm panel. Chú ý: khi cho nút vào ta phải bắn keo vào nút đó để cách li tấm panel với ẩm bên ngoài, và giữ nút cho chắc chắn. 1: Khoá cam 2: Lỗ để dùng lục giác điều khiển khoa cam. 3: Chốt ở panel thứ hai để giữ khoá cam 4: Chốt ở panel thứ nhất để giữ khoa cam không bị bật ngược lai sau. 4 3 2 1 Hình 4.1. Cách khóa tấm Panel 1: Panel tường thứ nhất. 2: Panel tường thứ hai. 3: Cơ cấu khoá cam. 4: Nút che lỗ khoá cam. 4 2 3 1 Hình 4.2. Cách lắp panel vách. Lắp panel vách ở góc kho lạnh ( hai vách vuông góc với nhau ). - Đặt hai tấm panel như hình vẽ 4-3. - Sau đó dùng các thanh thép chữ V để cố định hai tấm lại với nhau. Các thanh nhôm này vừa để cố định vừa để chống ẩm cho tấm panel. Dùng các con tán rive để cố định thanh nhôm chữ V với panel 1: Tấm panel vách 1. 2: Tấm panel vách 2. 3: Thanh nhôm hình chữ V. 4: Tán rive. 1 4 3 2 Hình 4.3. Lắp panel vách ở góc kho lạnh. Còn một vách ta lắp panel nền trước rồi mới lắp vách đó được (đó là vách phía Tây). 4.2.2.2. Lắp cửa ra vào và cửa lấy hàng Ở đấy kể cả cửa ra vào và cửa sổ đều dùng loại cửa kiểu bản lề : Đo đạc xem vị trí đặt cửa nằm ở đâu . Dùng máy cắt để cắt một lỗ đúng bằng kích thước cửa đó. Đặt cửa vào vị trí đó. 5 4 3 2 1 1: Cửa kho lạnh. 2: Tấm inox để giữ cửa với panel 3: Khoá cửa. 4: Chốt khoá. 5: Bản lề. Dùng khoan để khoan lỗ và bắn rive vào tấm số 2 để cố định cửa với panel. Hình 4.4. Cửa kho lạnh 4.2.2.3. Lắp panel nền 4 3 2 1 Lắp panel nền như hình vẽ. 1: Panel nền. 2: Panel vách. 3: Tán rive. 4: Thanh nhôm chữ V. Hình 4.5. Lắp panel nền và vách Trước tiên lắp tấm panel nền và vách trước. Đặt hai tấm panel vuông góc với nhau sau đó dùng thanh nhôm mỏng chữ V đặt ở góc và bắn tán rive vào để giữ thanh thép cố định hai tấm panel lại với nhau. Ở đây thanh nhôm chữ V này chỉ co tác dụng chống ẩm cho tấm panel thôi. Sau đó lắp các tấm panel nền với nhau. Các tấm panel nền được lắp với nhau bằng cơ cấu khoá cam đã nêu ở mục trước. 4.2.2.4. Lắp xà để giữ panel trần Do panel trần không có cột để đỡ nên dùng các xà để giữ cho trần kho không bị rơi xuống dưới 1: Xà treo. 2: Tăng đơ. 3: Dây cáp. 4: Xà gồ trên mái kho. 1 2 3 4 Hình 4.6. Cách lắp xà treo Xà treo này thường dùng thanh thép hình chữ U 4.2.2.5.Lắp các panel trần Sau khi đã lắp xong các xà ta tiến hành lắp các panel trần. Đầu tiên