Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống lạnh cho kho bảo quản sản phẩm thủy sản đông lạnh sức chứa 500 tấn tại công ty TNHH Minh Đăng – Sóc Trăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CHẾ BIẾN = = = = ˜&™ = = = = NGUYỄN VIỆT THÁI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH CHO KHO BẢO QUẢN SẢN PHẨM THỦY SẢN ĐÔNG LẠNH SỨC CHỨA 500 TẤN TẠI CÔNG TY TNHH MINH ĐĂNG – SÓC TRĂNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH CBHD: ThS. NGUYỄN TRỌNG BÁCH Nha Trang, tháng 11 năm 2007 LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Nha Trang, đến nay tơi đã hồn thành chương trình đào tạo đại học và hồn thành đồ án tốt nghiệp đại học. Tơi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: Ban Giám Hiệu trường Đại học Nha Trang, Ban chủ nhiệm khoa Chế biến, cùng với các thầy cơ giảng dạy. Đặc biệt gửi lời cảm ơn đến thầy Th.s Nguyễn Trọng Bách - người đã trực tiếp hướng dẫn tận tình để tơi hồn thành đồ án đúng thời hạn. Ban Giám Đốc và các anh chị ở cơng ty TNHH Minh Đăng đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tơi trong thời gian thực tập tại cơng ty. Cuối cùng, tơi bày tỏ lời cảm ơn đến cha mẹ cùng những người thân và tồn thể bạn bè đã giúp đỡ, động viên tơi trong suốt thời gian học tập và thực hiện cơng tác tốt nghiệp. Tơi xin chúc các thầy cơ, các anh chị và tồn thể bạn bè sức khỏe dồi dào, đạt nhiều thành cơng trong cơng việc, học tập và nghiên cứu. Nha Trang, tháng 11 năm 2007 Sinh viên thực hiện Nguyễn Việt Thái MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU Trong những năm qua, ngành kỹ thuật lạnh nước ta đã được ứng dụng rất mạnh mẽ trong các ngành như: Sinh học, hố chất, cơng nghiệp dệt, thuốc lá, bia, rượu, điện tử, tin học, y tế,… đặc biệt trong ngành chế biến và bảo quản thủy sản. Quá trình chuyển đổi cơng nghệ chế biến để đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế và thay đổi mơi chất lạnh mới đã tạo nên một cuộc cách mạng thật sự cho ngành kỹ thuật nước ta. Với nguồn nguyên liệu thủy sản dồi dào và đa dạng. Sản lượng thủy sản đánh bắt và nuơi trồng hàng năm là rất lớn. Vì vậy để đảm bảo thu được lợi nhuận cao từ việc xuất khẩu thủy sản thì việc đảm bảo chất lượng của sản phẩm là vấn đề rất quan trọng. Cùng với quy trình cơng nghệ máy mĩc và thiết bị chế biến thì vấn đề bảo quản sau khi chế biến là một khâu khơng thể thiếu để hạn chế những biến đổi làm giảm chất lượng sản phẩm. Cho nên việc xây dựng kho bảo quản sản phẩm thủy sản đơng lạnh là một vấn đề cấp thiết hiện nay. Xuất phát từ những yêu cầu đĩ, được sự phân cơng của khoa Chế Biến và bộ mơn Kỹ thuật lạnh trường Đại học Nha Trang cùng với sự hướng dẫn của thầy Th.s Nguyễn Trọng Bách, tơi được giao đề tài: “Tính tốn thiết kế hệ thống lạnh cho kho bảo quản sản phẩm thủy sản đơng lạnh sức chứa 500 tấn tại Cơng ty TNHH Minh Đăng – Sĩc Trăng”. Đề tài bao gồm những nội dung sau: 1 – Tổng quan. 2 – Các thơng số tính tốn, tính tốn cấu trúc kho lạnh. 3 – Tính nhiệt tải kho lạnh, chọn máy nén và các thiết bị của hệ thống lạnh. 4 – Lắp đặt hệ thống lạnh. 5 – Trang bị tự động hố, vận hành và bảo dưỡng hệ thống lạnh. 6 – Sơ bộ giá thành cơng trình. Mặc dù rất cố gắng nhưng do thời gian và kinh nghiệm cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi những thiếu sĩt. Rất mong được sự chỉ dẫn của quý thầy cơ và sự đĩng gĩp ý kiến của các bạn. Nha Trang, tháng 11 năm 2007 Sinh viên thực hiện Nguyễn Việt Thái CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ CƠNG TY 1.1.1 Sự hình thành và phát triển của cơng ty Cơng ty trách nhiệm hữu hạn (TNHH) Minh Đăng là một doanh nghiệp tư nhân thuộc thị trấn Mỹ Xuyên - Tỉnh Sĩc Trăng. Trước đây cơng ty cĩ tên là cơng ty TNHH Nam Trung chuyên chế biến đồ khơ: Hành khơ, chitin và chitozan. Ngày 11/12/2005, cơng ty được một tư nhân tại Sài Gịn mua lại và đổi tên là cơng ty TNHH Minh Đăng chuyên sản xuất hàng đơng lạnh: Mực đơng lạnh, Bạch tuộc đơng lạnh, kẽm, maza đơng lạnh. Địa chỉ của cơng ty: Tỉnh lộ 8 - Bình Thạnh - Mỹ Xuyên - Sĩc Trăng. Hiện nay, cơng ty nhận gia cơng chế biến các sản phẩm thủy sản đơng lạnh: mực, bạch tuộc, maza, kẽm, cá đuối….Cơng ty mới nhập về máy mĩc thiết bị hiện đại sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc khắc phục những nhược điểm nhỏ hẹp và thiết bị lạc hậu trước đây. Mục tiêu của cơng ty sẽ sản xuất những mặt hàng cao cấp cĩ giá trị kinh tế cao như: Mực, tơm và mở rộng thị trường ra nước ngồi như Nhật, Mỹ, EU, Hàn Quốc… 1.1.2 Cơ cấu tổ chức và chức năng nhiệm vụ các đơn vị trong cơng ty PHÂN XƯỞNG CHẾ BIẾN GIÁM ĐỐC PHĨ GIÁM ĐỐC PHÂN XƯỞNG CƠ ĐIỆN PHỊNG KỸ THUẬT PHỊNG KINH DOANH PHỊNG KẾ TỐN Giám đốc: Cĩ quyền hạn cao nhất trong cơng ty, cĩ chức năng giám sát điều hành mọi hoạt động của cơng ty. Phĩ giám đốc: Cĩ nhiệm vụ tham mưu cho giám đốc, điều hành mọi hoạt động sản xuất kinh doanh của cơng ty, tham gia ký kết các hợp đồng. Phân xưởng chế biến: Cĩ vai trị quan trọng trong sự tồn tại và phát triển của cơng 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 cơng ty theo luật định của nhà nước. Phân xưởng cơ điện: Đảm bảo cho các máy mĩc thiết bị vận hành thơng suốt, an tồn trong cả quá trình chế biến. Phịng kỹ thuật: Tham mưu cho giám đốc trong việc điều hành kỹ thuật sản xuất, quá trình vệ sinh an tồn 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. Phịng kinh doanh: Cĩ chức năng và nhiệm vụ xử lý thơng tin từ các nguồn tin thu thập được từ phía khách hàng, từ việc khảo sát thị trường. Phân tích tổng hợp thơng tin đưa ra những đề xuất, dự báo trong kinh doanh như giá cả mặt hàng trước mắt và lâu dài. Ngồi ra phải thường xuyên giao dịch với khách hàng, chào hàng trực tiếp hoặc gián tiếp. Phịng kế tốn: Cĩ vai trị trong sự tồn tại và phát triển của cơng ty. Tính các chi phí, giá thành sản phẩm, lợi nhuận, tiền lương, thưởng và tính tốn các khoản cĩ liên quan đến sản xuất kinh doanh của cơng ty. 1.1.3 Tổng quan mặt bằng của cơng ty Phân tích ưu nhược điểm của mặt bằng tổng thể: Ưu điểm: - Cơng ty nằm cách xa trung tâm thành phố nên khơng làm ảnh hưởng đến mơi trường cảnh quan thành phố. - Cơng ty nằm sát trục đường chính nên thuận tiện cho việc vận chuyển hàng hố, nguyên vật liệu. - Cơng ty cĩ mặt bằng nằm cách cảng Trần Đề 25km rất thuận tiện cho việc thu mua và vận chuyển nguyên liệu. - Cảnh quan của cơng ty thuận tiện thống mát, sạch sẽ bố trí thiết kế hợp lý: + Nhà chứa phế liệu, bộ phận xử lý nước thải được bố trí riêng ở phía sau cuối ngọn giĩ. + Kho bao bì được bố trí tách riêng để phịng ngừa sự cháy xảy ra. + Nơi tiếp nhận nguyên liệu cĩ sân rộng cho xe ra vào. Nhược điểm: - Phân xưởng cơ điện cĩ nhiều tiếng ồn được bố trí ngang với khu thành phẩm. - Phịng máy khơng cĩ đường đi vào, cơng nhân vận hành phải đi ngang qua phịng chế biến để vào phịng máy. Ngồi ra vị trí của phịng máy khơng thuận lợi cho việc sửa chữa và bảo dưỡng. - Chưa cĩ cửa tiếp nhận nguyên liệu riêng tách biệt với phế liệu ra nên cĩ thể gây sự nhiễm chéo và nhiễm bẩn. - Gĩc phía đơng của khu vực tiếp nhận giáp với khu vực chứa phế liệu và trạm xử lý nước thải nên nguyên liệu dễ bị nhiễm bẩn. - Sự bố trí làm việc của cơng nhân khơng khép kín nên cơng ty cĩ phần khơng ngăn nắp và chưa ổn định. 1.2 TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ LÀM ĐƠNG VÀ BẢO QUẢN SẢN PHẨM ĐƠNG LẠNH 1.2.1 Tác dụng của việc bảo quản lạnh Bảo quản thực phẩm là quá trình bảo vệ và hạn chế những biến đổi về chất lượng và hình thức của thực phẩm trong khi chờ đợi đưa đi sử dụng. Thực phẩm sau khi thu hoạch về chế biến được bảo quản ở nhiệt độ thấp cùng với chế độ thơng giĩ và độ ẩm thích hợp trong kho lạnh, khi hạ nhiệt độ thấp thì enzyme và vi sinh vật trong nhiên liệu bị ức chế hoạt động và cĩ thể bị đình chỉ hoạt động. Như vậy nguyên liệu được giữ tươi lâu thêm một thời gian nữa. Nĩi chung khi nhiệt độ nhỏ hơn 10oC thì vi sinh vật gây thối rữa và vi khuẩn gây bệnh bị kiềm chế phần nào hoạt động của chúng. Khi nhiệt độ nhỏ hơn 0oC thì tỷ lệ phát triển của chúng rất thấp, ở -5oC ÷ -10oC thì hầu hết chúng khơng hoạt động. Tuy nhiên cĩ một số lồi vi khuẩn và nấm mốc khi hạ nhiệt độ xuống -15oC chúng vẫn phát triển được như Cloromobacter, Pseudomonas… Do đĩ, muốn bảo quản được thực phẩm, nhất là các mặt hàng thuỷ sản trong thời gian dài thì nhiệt độ bảo quản phải dưới -15oC. Như vậy, quá trình bảo quản lạnh cĩ tác dụng như sau: Ở nhiệt độ thấp các phản ứng sinh hố trong nguyên liệu giảm xuống. Trong phạm vi hoạt động bình thường cứ hạ 10oC thì các phản ứng sinh hố giảm xuống 1/2÷1/3, khi hạ xuống thấp sẽ làm ức chế các hoạt động về sinh lý của vi khuẩn cũng như nấm men. Dưới tác dụng của nhiệt độ thấp, nước trong động vật thuỷ sản bị đĩng băng làm cơ thể động vật bị mất nước, vi khuẩn thiếu nước nên giảm phát triển và cĩ khi cịn bị tiêu diệt. Nĩi chung khi nhiệt độ hạ xuống thấp thì chỉ cĩ tác dụng kiềm chế vi khuẩn hơn là giết chết chúng. 1.2.2 Một số biến đổi của thực phẩm trong quá trình bảo quản đơng. 1. Biến đổi vật lý. Sự kết tinh lại của nước đá: Đối với các sản phẩm đơng lạnh trong quá trình bảo quản nếu chúng ta khơng duy trì được nhiệt độ bảo quản ổn định sẽ dẫn đến sự kết tinh lại của nước đá. Đĩ là hiện tượng gây nên những ảnh hưởng xấu cho sản phẩm bảo quản. Do nồng độ chất tan trong các tinh thể nước đá khác nhau thì khác nhau, nên nhiệt độ kết tinh và nhiệt độ nĩng chảy cũng khác nhau. Khi nhiệt độ tăng thì các tinh thể nước đá cĩ kích thước nhỏ, cĩ nhiệt độ nĩng chảy thấp sẽ bị tan ra trước tinh thể cĩ kích thước lớn, nhiệt độ nĩng chảy cao. Khi nhiệt độ hạ xuống trở lại thì quá trình kết tinh lại xảy ra, nhưng chúng lại kết tinh thể nước đá lớn do đĩ làm cho kích thước tinh thể nước đá lớn ngày càng to lên. Sự tăng về kích thước các tinh thể nước đá sẽ ảnh hưởng xấu đến thực phẩm cụ thể là các cấu trúc tế bào bị phá vỡ, khi sử dụng sản phẩm sẽ mềm hơn, hao phí chất dinh dưỡng tăng do sự mất nước tự do tăng làm mùi vị sản phẩm giảm. Để tránh hiện tượng kết tinh lại nước đá, trong quá trình bảo quản nhiệt độ bảo quản phải được giữ ổn định, mức dao động nhiệt độ cho phép là ± 20C. Sự thăng hoa của nước đá: Trong quá trình bảo quản sản phẩm đơng lạnh do hiện tượng hơi nước trong khơng khí ngưng tụ thành tuyết trên dàn lạnh làm cho lượng ẩm trong khơng khí giảm. Điều đĩ dẫn đến sự chênh lệch áp suất bay hơi của nước đá ở bề mặt sản phẩm với mơi trường xung quanh. Kết quả là nước đá bị thăng hoa, hơi nước đi vào bề mặt sản phẩm với mơi trường khơng khí. Nước đá ở bề mặt bị thăng hoa, sau đĩ các lớp bên trong của thực phẩm cũng bị thăng hoa. Sự thăng hoa nước đá của thực phẩm làm cho thực phẩm cĩ cấu trúc xốp, rỗng. Oxy khơng khí dễ thâm nhập vào oxy hố sản phẩm. Sự oxy hố xảy ra làm cho sản phẩm hao hụt về trọng lượng, chất tan, mùi vị bị xấu đi, đặc biệt trong quá trình oxy hố lipit. Để tránh hiện tượng thăng hoa nước đá của sản phẩm thì sản phẩm đơng lạnh đem đi bảo quản cần được bao gĩi kín và đuổi hết khơng khí ra ngồi. Nếu cĩ khơng khí bên trong sẽ xảy ra hiện tượng hố tuyết trên bề mặt bao gĩi và quá trình thăng hoa vẫn xảy ra. 2. Biến đổi về hố học. Trong quá trình bảo quản đơng lạnh các biến đổi sinh hố, hố học diễn ra chậm. Các thành phần dễ bị biến đổi là protêin hồ tan, lipit, vitamin, chất màu,… Sự biến đổi của protêin: Trong các loại protêin thì protêin hồ tan trong nước dễ bị phân giải nhất, sự phân giải chủ yếu dưới dạng dưới tác dụng của enzyme cĩ sẵn trong thực phẩm. Sự khuếch tán nước do kết tinh lại và thăng hoa nước đá gây nên sự biến tính của protêin hồ tan. Biến đổi protêin làm giảm chất lượng sản phẩm khi sử dụng. Sự biến đổi của chất béo: Dưới tác động của enzyme nội tạng làm cho chất béo bị phân giải cộng với quá trình thăng hoa nước đá làm cho oxy xâm nhập vào thực phẩm. Đĩ là quá trình thuận lợi cho quá trình oxy hố chất béo xảy ra. Quá trình oxy hố chất béo sinh ra các chất cĩ mùi vị xấu làm giảm giá trị sử dụng của sản phẩm. Nhiều trường hợp đây là nguyên nhân chính làm hết thời hạn bảo quản của sản phẩm. Các chất màu bị oxy hố cũng làm thay đổi màu sắc của thực phẩm. Sự biến đổi về vi sinh vật: Đối với sản phẩm đơng lạnh cĩ nhiệt độ thấp hơn -15oC và được bảo quản ổn định thì số lượng vi sinh vật giảm theo thời gian bảo quản. Ngược lại nếu sản phẩm làm đơng khơng đều, vệ sinh khơng đúng tiêu chuẩn, nhiệt độ bảo quản khơng ổn định sẽ làm cho các sản phẩm bị lây nhiễm vi sinh vật, chúng hoạt động gây thối rữa sản phẩm và giảm chất lượng sản phẩm. 1.3 TỔNG QUAN VỀ KHO LẠNH BẢO QUẢN 1.3.1 Kho lạnh bảo quản Kho lạnh bảo quản là kho được sử dụng để bảo quản các loại thực phẩm, nơng sản, rau quả, các sản phẩm của cơng nghiệp hố chất, cơng nghiệp thực phẩm, cơng nghiệp nhẹ,… Hiện nay kho lạnh được sử dụng rất rộng rãi trong cơng 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,… - Kho bảo quản nơng sản thực phẩm hoa 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. Việc thiết kế kho lạnh phải đảm bảo một số yêu cầu cơ bản sau: - Cần phải tiêu chuẩn hố các kho lạnh. - Cần phải đáp ứng các yêu cầu khắt khe của sản phẩm xuất khẩu. - Cần cĩ khả năng cơ giới hố cao trong các khâu bốc dỡ sắp xếp hàng. - Cĩ giá trị kinh tế: vốn đầu tư nhỏ, cĩ thể sử dụng máy và thiết bị trong nước,… Với những yêu cầu nhiều khi mâu thuẫn nhau như trên ta phải đưa ra những phương pháp thiết kế với hồn cảnh Việt Nam. 1.3.2 Phân loại kho lạnh Cĩ nhiều kiểu kho bảo quản dựa trên những căn cứ phân loại khác nhau: a. Theo cơng dụng: Người ta cĩ 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 thuỷ sản, nhà máy xuất khẩu thịt,…). Các kho lạnh loại này thường cĩ dung tích lớn, cần phải trang bị hệ thống cĩ cơng suất lạnh lớn. Phụ tải của kho lạnh luơn thay đổi do phải xuất nhập hàng thường xuyên. - Kho phân phối, trung chuyển: Dùng điều hồ cung cấp thực phẩm cho các khu dân cư, thành phố và dự trữ lâu dài. Kho lạnh phân phối thường cĩ dung tích lớn, trữ nhiều mặt hàng và cĩ ý nghĩa rất lớn đối với 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 thuỷ, tàu hoả, ơtơ): 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. b. Theo nhiệt độ: Người ta cĩ thể chia ra: - Kho bảo quản lạnh: Nhiệt độ bảo quản nằm trong khoảng -2oC đến 5oC. Đối với một số rau quả nhiệt đới cần bảo quản ở nhiệt độ cao hơn (đối với chuối > 10oC, đối với chanh >4oC). Nĩi chung các mặt hàng chủ yếu là rau quả và các mặt hàng nơng sản. - Kho bảo quản đơng: Kho được sử dụng để bảo quản các mặt hàng đã qua cấp đơng. Đĩ là hàng thực phẩm cĩ nguồn gốc động vật. Nhiệt độ bảo quản tuỳ thuộc vào thời gian, loại thực phẩm bảo quản. Tuy nhiên nhiệt độ bảo quản tối thiểu cũng phải đạt -18oC để các vi sinh vật khơng thể phát triển làm hư hại thực phẩm trong quá trình bảo quản. - Kho đa năng: Nhiệt độ bảo quản là -12oC, buồng bảo quản đa năng thường được thiết kế ở -12oC nhưng khi cần bảo quản lạnh cĩ thể đưa lên nhiệt độ bảo quản 0oC hoặc khi cần bảo quản đơng cĩ thể đưa xuống nhiệt độ bảo quản -18oC tuỳ theo yêu cầu cơng nghệ. Khi cần cĩ thể sử dụng buồng đa năng để gia lạnh sản phẩm. Buồng đa năng thường được trang bị dàn quạt nhưng cũng cĩ thể được trang bị dàn tường hoặc dàn trần đối lưu khơng khí tự nhiên. - Kho gia lạnh: Được dùng để làm lạnh sản phẩm từ nhiệt độ mơi trường xuống nhiệt độ bảo quản lạnh hoặc để gia lạnh sơ bộ cho những sản phẩm lạnh đơng trong phương pháp kết đơng 2 pha. Tuỳ theo yêu cầu quy trình cơng nghệ gia lạnh, nhiệt độ buồng cĩ thể hạ xuống -5oC và nâng lên vài độ trên nhiệt độ đĩng băng của các sản phẩm được gia lạnh. Buồng gia lạnh thường được trang bị dàn quạt để tăng tốc độ gia lạnh cho sản phẩm. - Kho bảo quản nước đá: Nhiệt độ tối thiểu -4oC. c. Theo dung tích chứa: Kích thước kho lạnh phụ thuộc chủ yếu vào dung tích chứa hàng của nĩ. Do đặc điểm về khả năng chất tải cho mỗi loại thực phẩm khác nhau nên thường quy dung tích ra tấn thịt (MT – Meat Tons). Ví dụ: Kho 50 MT, kho 100 MT, 200 MT, 500 MT,… là những kho cĩ khả năng chứa 50, 100, 200, 500 tấn thịt. d. 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 bọc lớp cách nhiệt. Kho xây chiếm diện tích lớn, giá thành tương đối cao, khơng đẹp, khĩ tháo dỡ, và di chuyển. Mặt khác về mặt thẩm mỹ và vệ sinh kho xây khơng đảm bảo tốt. Vì vậy, hiện nay ở nước ta thường ít sử dụng kho xây để bảo quản thực phẩm. - Kho panel: Được lắp ghép từ các tấm panel tiền chế polyuretan và được lắp ghép với nhau bằng các mĩc khố cam locking và mộng âm dương. Kho panel cĩ hình thức đẹp, gọn và giá thành tương đối rẻ, rất tiện lợi khi lắp đặt, tháo dỡ và bảo quản các mặt hàng thực phẩm, nơng 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, cơng nghiệp thực phẩm đều sử dụng kho panel để bảo quản hàng hố. 1.4 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Cơng ty TNHH Minh Đăng cĩ hai kho lạnh: Một kho 100 tấn và một kho 150 tấn. Trước đây kho được thiết kế để bảo quản các sản phẩm như: hành khơ, chitin, chizotan. Các mặt hàng chủ yếu của cơng ty là: Bạch tuộc, mực, maza đơng lạnh và sắp tới cơng ty đang cĩ kế hoạch chuyển sang mặt hàng tơm đơng lạnh. Hệ thống cấp đơng của cơng ty cĩ cơng suất 20 tấn/ngày gồm: 2 tủ đơng tiếp xúc cơng suất 1000kg/mẻ và 1 băng chuyền IQF cơng suất 500kg/h. Do đang trong thời kì xây dựng, bước đầu đi vào sản xuất và cĩ kế hoạch mở rộng sản xuất. Dự tính sắp tới cơng ty sẽ nâng cơng suất cấp đơng lên 30 tấn/ngày. Chính vì vậy, cơng ty đang rất cần xây dựng một kho lạnh bảo quản cĩ thể đáp ứng được cơng suất cấp đơng của nhà máy trong thời gian sắp tới. Hai kho lạnh của cơng ty khơng thể đáp ứng được các yêu cầu về mặt cơng nghệ cũng như về cơng suất của nhà máy. Xuất phát từ những yêu cầu trên mà tơi quyết định chọn đề tài: Tính tốn thiết kế hệ thống lạnh cho kho bảo quản sản phẩm thủy sản đơng lạnh sức chứa 500 tấn tại cơng ty TNHH Minh Đăng – Sĩc Trăng, với thời gian lưu kho tối đa 15 ngày. CHƯƠNG II : TÍNH TỐN CẤU TRÚC KHO LẠNH 2.1 CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ KHO LẠNH 2.1.1 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 và những nơi phụ trợ phù hợp với dây chuyền cơng nghệ. Để đạt được mục đích đĩ cần tuân thủ các yêu cầu sau: - Phải bố trí buồng lạnh phù hợp dây chuyền cơng nghệ. Sản phẩm đi theo dây chuyền khơng gặp nhau, khơng đan chéo nhau. Các cửa ra vào buồng chứa phải quay ra hành lang. Cũng cĩ thể khơng cần hành lang nhưng sản phẩm theo dây chuyền khơng đi ngược. - Quy hoạch cần phải đạt chi phí đầu tư bé 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 cơng suất thiết bị đến mức thấp nhất. - Quy hoạch mặt bằng cần phải đảm bảo sự vận hành tiện lợi và chi phí thấp. + Quy hoạch phải đảm bảo lối đi và đường vận chuyển thuận lợi cho việc bốc xếp thủ cơng hoặc cơ giới đã thiết kế. + Chiều rộng kho lạnh nhiều tầng khơng quá 40m. + Chiều rộng kho lạnh một tầng phải phù hợp với khoảng vượt lớn nhất 12m, thường lấy 12, 24, 36, 48, 60, 72m. + Trong một vài trường hợp kho lạnh cĩ sân bốc dỡ nối liền rộng 3,5m, nhưng thơng thường các kho lạnh cĩ hành lang nối ra cả hai phía, chiều rộng 6m. + Kho lạnh thể tích tới 600 tấn khơng bố trí đường sắt, chỉ cĩ một sân bốc dỡ ơtơ dọc theo chiều dài kho đảm bảo mọi phương thức bốc dỡ. + Để giảm tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che, các buồng lạnh được nhĩm lại từng khối với một chế độ nhiệt độ. - Mặt bằng kho lạnh phải phù hợp với hệ thống đã chọn. Điều này đặc biệt quan trọng đối với kho lạnh một tầng vì khơng phải luơn luơn đảm bảo được mơi chất lạnh từ các thiết bị lạnh về, do đĩ phải chuyển sang sơ đồ lớn hơn với việc cấp lỏng từ dưới lên. - Mặt bằng kho lạnh phải đảm bảo kỹ thuật, an tồn phịng cháy chữa cháy. - Khi quy hoạch cũng phải tính tốn đến khả năng mở rộng kho lạnh. Phải để lại một mặt mút tường để cĩ thể mở rộng kho lạnh. 2.1.2 Yêu cầu buồng máy và thiết bị Bố trí máy và thiết bị hợp lý trong buồng máy là rất quan trọng nhằm mục đích sau: - Vận hành máy thuận tiện. - Rút ngắn chiều dài đường ống: Giảm chi phí đầu tư và giảm tổn thất áp suất trên đường ống. - Sử dụng thể tích buồng máy hiệu quả nhất, buồng máy gọn nhất. - Đảm bảo an tồn phịng cháy chữa cháy, phịng nổ và vệ sinh cơng nghiệp. - Đảm bảo thuận tiện cho việc bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế máy với thiết bị. Buồng máy và thiết bị thường được bố trí vào sát tường kho lạnh để đường nối ống giữa máy thiết bị và dàn lạnh là ngắn nhất, chiếm từ 5 ÷10% tổng diện tích kho lạnh. Buồng máy và thiết bị cĩ thể nằm chung trong một khối nhà của kho lạnh hoặc tách rời. Chiều rộng chính của lối đi trong buồng máy là 1,5m trở lên, các máy và thiết bị lớn đến 2,5m. Khoảng cách này để đi lại, tháo lắp sửa chữa máy dễ dàng. Khoảng cách máy và thiết bị ít nhất là 1m, giữa thiết bị và tường là 0,8m nếu đây khơng phải là lối đi vận hành chính. Các thiết bị cĩ thể đặt sát tường nếu phía đĩ của thiết bị hồn tồn khơng cần đến vận hành, bảo dưỡng. Trạm tiết lưu và bảng điều khiển với các dụng cụ đo kiểm và báo hiệu phải bố trí sao cho cĩ thể quan sát được dễ dàng từ bất kỳ vị trí nào trong buồng máy. Trạm tiết lưu đặt cách máy ít nhất 1,5m. Buồng máy và thiết bị ít nhất phải cĩ 2 cửa bố trí đối diện ở khoảng cách xa nhất trong buồng máy, ít nhất cĩ 1 cửa thơng ra ngồi trời, các cánh cửa mở ra ngồi. Buồng máy phải cĩ quạt thơng giĩ thổi ra ngồi, mỗi giờ cĩ thể thay đổi khơng khí trong buồng 3 ÷ 4 lần. 2.2 CHỌN PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG KHO LẠNH Cĩ 2 phương án thiết kế kho lạnh: Kho xây và kho lắp ghép Tơi lựa chọn phương án thiết kế là kho lạnh lắp ghép, mặc dù kho lạnh lắp ghép giá thành cao hơn khá nhiều so với kho lạnh xây. Nhưng nĩ cĩ những ưu điểm vượt trội so với kho lạnh xây như sau: - Tất cả các chi tiết của kho lạnh lắp ghép là các panel tiêu chuẩn chế tạo sẵn nên cĩ thể vận chuyển dễ dàng đến nơi lắp ráp một cách nhanh chĩng trong một vài ngày so với kho truyền thống phải xây dựng trong nhiều tháng, cĩ khi nhiều năm. - Cĩ thể tháo lắp và di chuyển đến nơi mới khi cần thiết. - Khơng cần đến vật liệu xây dựng như kho xây trừ nền cĩ con lươn đặt kho nên cơng việc xây dựng đơn giản hơn nhiều. - Cách nhiệt là polyuretan cĩ hệ số dẫn nhiệt thấp. - Tấm bọc ngồi của panel đa dạng từ chất dẻo đến nhơm tấm hoặc thép khơng gỉ… - Hồn tồn cĩ thể sản xuất được trong nước. 2.3 CHỌN MẶT BẰNG XÂY DỰNG KHO LẠNH Do yêu cầu vị trí của kho lạnh: Phải nằm gần khu thành phẩm, bao gĩi để thuận lợi cho việc đưa hàng vào trong kho và giảm tổn thất nhiệt cho kho. Ngồi ra cịn phải nằm ở vị trí gần đường giao thơng, cĩ thể lùi xe để bốc hàng mà khơng ảnh hưởng đến các khâu khác…Đặc biệt vị trí xây dựng kho lạnh phải phù hợp dây chuyền cơng nghệ: Sản phẩm sau khi cấp đơng được chuyển sang bao gĩi và chuyển vào kho lạnh ngay, tránh trường hợp phải vận chuyển xa cĩ thể làm cho sản phẩm bị dã đơng và làm tăng chi phí vận hành của kho lạnh. Về phía cơng ty, do đang trong quá trình xây dựng và đang hướng mở rộng sản xuất các mặt hàng mới với các thị trường như Nhật, Hàn Quốc, Mĩ…Vì vậy cơng ty rất cần một kho lạnh cĩ thể đáp ứng được các địi hỏi khắt khe của các thị trường khĩ tính nhất. Ngồi ra do điều kiện diện tích của cơng ty bị hạn chế nên cần chọn vị trí xây dựng kho phải hợp lý, hạn chế đến mức tối thiểu diện tích bỏ khơng. Chính vì vậy tơi quyết định chọn vị trí xây dựng kho lạnh ở vị trí phía cổng của cơng ty trên phần đất của nhà tập thể và phần đất trống phía sau nhà tập thể. Qua việc khảo sát và đo đạc vị trí mà ta chọn xây dựng kho lạnh cĩ kích thước 14 m x 37m. 2.4 HÌNH KHỐI KHO LẠNH Về lý thuyết thì hình lập phương là hình lý tưởng nhất cho kho lạnh vì diện tích xung quanh là nhỏ nhất và thể tích là lớn nhất. Tuy nhiên hình khối kho lạnh cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mặt bằng cơng ty, địa hình, đường giao thơng, phương pháp bốc dỡ. Cũng như thỏa mãn các điều kiện xây dựng khác như: phân chia phịng, mở rộng kho hàng… Kho lạnh một tầng tuy chiếm nhiều diện tích, xây dựng tốn nhiều vật liệu, cách nhiệt và tổn thất nhiệt qua vách lớn nên hệ thống lạnh cũng cần phải lớn hơn. Chi phí về năng lượng cũng lớn hơn nhưng chúng lại cĩ ưu điểm là xây dựng dễ dàng và đi lại vận chuyển trong kho cũng dễ dàng. Chính vì thế, tơi chọn phương án xây dựng kho một tầng cĩ hình chữ nhật. 2.5 CHỌN THƠNG SỐ THIẾT KẾ 2.5.1 Chọn nhiệt độ bảo quản Nhiệt độ bảo quản sản phẩm đơng theo lý thuyết nhiệt độ càng thấp thì chất lượng sản phẩm càng tốt, thời gian bảo quản càng lâu nhưng tùy từng mặt hàng cụ thể mà chúng cĩ nhiệt độ bảo quản khác nhau. Nếu nhiệt độ bảo quản càng thấp thì chi phí lạnh càng cao, điều đĩ làm tăng chi phí vận hành và hiệu quả kinh tế đạt được thấp. Nhiệt độ bảo quản cịn phụ thuộc vào thời gian bảo quản, nếu muốn bảo quản với thời gian dài thì phải giữ ở nhiệt độ thấp. Nhiệt độ bảo quản ở các nước Châu Âu hiện nay là -300C. Một số sản phẩm bảo quản ở nhiệt độ cao hơn -300C nếu bảo quản trong thời gian ngắn. Theo viện nghiên cứu lạnh đơng Quốc tế thì nhiệt độ bảo quản cho cá gầy là -200C, cho cá béo là -300C. Tuy nhiên nếu cá gầy mà bảo quản trên 1 năm thì nhiệt độ bảo quản phải đạt -300C. Ở Việt Nam hiện nay, nhiệt độ bảo quản sản phẩm thủy sản đơng lạnh quy định chung là -18 ÷ -250C. Kho đang thiết kế của cơng ty TNHH Minh Đăng bảo quản mặt hàng mực, bạch tuộc đơng lạnh thời gian bảo quản thường nhỏ hơn 1 tháng. Tơi chọn nhiệt độ bảo quản trong kho là -200C ± 20C. 2.5.2 Độ ẩm khơng khí trong kho Độ ẩm khơng khí lạnh trong kho cĩ ảnh hưởng lớn đến chất lượng và cảm quan bề mặt của sản phẩm đơng sau khi bảo quản. Bởi vì nĩ liên quan đến hiện tượng thăng hoa của nước đá trong sản phẩm. Do vậy tùy từng loại sản phẩm cụ thể mà độ ẩm của khơng khí trong kho là khác nhau. Đối với sản phẩm đơng khơng được bao gĩi cách ẩm thì độ ẩm khơng khí lạnh là phải đạt 95%. Cịn đối với sản phẩm đã được bao gĩi cách ẩm thì độ ẩm của khơng khí lạnh khoảng 85 ÷ 90%. Kho đang thiết kế chủ yếu bảo quản các sản phẩm mực, bạch tuộc được bao gĩi nên ta chọn độ ẩm khơng khí lạnh trong kho j = 85%. 2.5.3 Thơng số địa lý, khí tượng ở Sĩc Trăng Các thơng số này đã được thống kê trong nhiều năm, khi tính tốn thiết kế để đảm bảo độ an tồn cao ta thường lấy giá trị cao nhất ứng với chế độ khí hậu khắc nghiệt nhất. Từ đĩ sẽ đảm bảo cho kho vận hành an tồn trong mọi điều kiện khí hậu. Bảng 2-1: Thơng số khí hậu ở Sĩc Trăng Nhiệt độ, 0C Độ ẩm tương đối, % TB cả năm Mùa hè Mùa đơng Mùa hè Mùa đơng 26,8 35,9 19,0 77 80 2.5.4 Phương pháp tính nhiệt tải kho lạnh Tính nhiệt tải kho lạnh là tính tốn các dịng nhiệt khác nhau đi từ ngồi mơi trường vào kho lạnh và các nguồn nhiệt khác nhau trong kho lạnh sinh ra. Đây chính là dịng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải cĩ đủ cơng suất để thải nĩ ra mơi trường, để đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa buồng lạnh và khơng khí bên ngồi. Mục đích tính nhiệt tải kho lạnh là để xác định năng suất lạnh của máy nén mà ta cần lắp đặt. Phương pháp xác định dịng nhiệt tổn thất vào kho lạnh Q là ta xác định theo các dịng nhiệt thành phần và được tính theo biểu thức: Q= Trong đĩ: Q1- dịng nhiệt đi qua kết cấu bao che của kho lạnh, W. Q2- dịng nhiệt do sản phẩm tạo ra trong quá trình xử lý lạnh, W. Q3- dịng nhiệt từ bên ngồi do thơng giĩ buồng lạnh, W. Q4- dịng nhiệt tỏa ra khi vận hành kho lạnh, W. Q5- dịng nhiệt từ sản phẩm tỏa ra khi sản phẩm hơ hấp, W. Do đây là kho lạnh bảo quản thủy sản đơng lạnh nên Q3 = Q5 = 0. Dịng nhiệt tổn thất Q chỉ cịn các dịng nhiệt sau: Q=Q1+Q2+Q4, W. Đặc điểm của các dịng nhiệt này là thay đổi liên tục theo thời gian. - Q1 phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngồi thay đổi theo giờ trong ngày và theo mùa trong năm. - Q2 phụ thuộc vào thời vụ. - Q4 phụ thuộc vào quy trình cơng nghệ chế biến và bảo quản. 2.5.5 Chọn máy và thiết bị Việc chọn máy và thiết bị cho kho lạnh căn cứ vào năng suất lạnh, mơi chất lạnh, chu trình lạnh sử dụng: - Chọn máy nén piston 2 cấp: do nhiệt độ khơng khí trong kho thấp nên nhiệt độ sơi thấp. Mặt khác lại sử dụng mơi chất NH3 nên tỷ số nén khơng cho phép sử dụng máy nén 1 cấp. Vì vậy tơi chọn máy nén 2 cấp. - Chọn thiết bị ngưng tụ là bình ngưng ống chùm vỏ bọc nằm ngang. - Chọn 3 dàn bay hơi cĩ cùng cơng suất, mỗi dàn cĩ 3 quạt: do kho cĩ chiều dài lớn 32m, chiều rộng nhỏ 12m. Vì vậy tơi chọn quạt thổi ngang phịng cĩ tầm thổi tương ứng với chiều rộng của phịng. - Chọn 3 van tiết lưu màng cân bằng ngồi cho kho bảo quản. - Chọn thiết bị phụ: bình trung gian, bình chứa cao áp, bình tách dầu, tách lỏng, tách khí khơng ngưng, chọn tháp giải nhiệt, bơm giải nhiệt, tính chọn đường ống hút và đường ống đẩy,… 2.5.6 Phương án lắp đặt kho, máy và thiết bị a. Đối với hệ thống máy Hai máy nén 2 cấp được lắp liên hồn với nhau, được thiết kế theo phương pháp chạy dừng và hỗ trợ nhau trong quá trình vận hành. Phịng máy được xây dựng nằm bên cạnh kho lạnh. Dàn lạnh lắp trong kho và được treo trên trần. b. Đối với kho lạnh Tường, trần và nền được lắp bởi các tấm panel tiêu chuẩn. Xung quanh đều cĩ mái che để hạn chế các dịng nhiệt tổn thất. Kho bảo quản gồm hai cửa nhỏ và một cửa lớn. Trên tường của kho gắn các van thơng áp để cân bằng áp suất giữa bên trong và bên ngồi kho. Trên tường cĩ gắn nhiệt kế để đo nhiệt độ của khơng khí trong kho. 2.6 NGUYÊN TẮC XẾP HÀNG TRONG KHO LẠNH Các nguyên tắc xếp hàng trong kho lạnh: 2.6.1 Nguyên tắc thơng giĩ Yếu tố quan trọng trong kho bảo quản là nhiệt độ kho. Nhiệt độ này phải đúng mức quy định và khơng khí lạnh phải tiếp xúc trực tiếp từng sản phẩm, từng kiện hàng trong kho để đảm bảo tác dụng bảo quản tốt nhất. Do đĩ nguyên tắc thơng giĩ là tạo điều kiện để khơng khí lạnh từ dàn lạnh đến tất cả các hàng hĩa trong kho một cách điều hịa liên tục. 2.6.2 Nguyên tắc hàng vào trước ra trước Mỗi sản phẩm vào kho đều cĩ tuổi thọ của nĩ nghĩa là khoảng thời gian tối đa mà sản phẩm được phép lưu kho, nếu quá thời gian ấy sản phẩm bắt đầu chuyển qua trạng thái biến đổi cho đến hư hỏng. Do đĩ các kiện hàng nhập trước phải được ưu tiên xuất trước tránh trường hợp tồn tại đọng hàng cũ, quá tuổi thọ. 2.6.3 Nguyên tắc gom hàng Trong quá trình bảo quản đơng lạnh luơn cĩ sự bốc hơi nước ít nhiều từ bề mặt sản phẩm, dần dần theo thời gian làm hao tổn trọng lượng sản phẩm. Cĩ thể giảm hiện tượng bốc hơi này bằng cách giảm diện tích kiện hàng. Do trống, ít hàng, hàng hĩa để rải rác, ngổn ngang diện tích bề mặt lớn. Nguyên tắc gom hàng là làm cho diện tích bề mặt sản phẩm giảm, khả năng bốc hơi chậm lại và tạo thành khối ổn định, vững chắc. Kho lạnh phải đảm bảo thường xuyên đầy hàng vừa phải, khơng nên bảo quản quá ít hàng vì sẽ tăng sự hao tổn trọng lượng và tăng chi phí vận hành. 2.6.4 Nguyên tắc an tồn Trong kho những kiện hàng được sắp xếp chồng lên để chiếm chiều cao của kho, do đĩ rất nguy hiểm nếu xếp các kiện hàng khơng an tồn dễ bị ngã đổ. Cĩ những kiểu xếp hàng khác nhau tùy thuộc vị trí trong kho để xây thành những khối kiện hàng vững chắc. 2.7 KỸ THUẬT XẾP KHO 2.7.1 Sử dụng Palet Sử dụng Palet trong kho bảo quản sản phẩm vì sẽ dễ dàng phân lơ để xuất. Các kiện hàng cĩ cấu kiện đều đặn rất cần thiết xếp trên Palet. Cĩ các Palet giúp cho việc thơng giĩ giữa sản phẩm với nền dễ dàng. Hiện nay cĩ các kích cỡ Palet như sau: 800 x 1200mm, 1000 x 2000mm,… 2.7.2 Thơng giĩ Khơng nên xếp sản phẩm sát tường hoặc trực tiếp trên sàn kho. Bởi vì như thế nhiệt vào kho đi qua lớp cách nhiệt sẽ đi qua lớp sản phẩm trước rồi mới được chuyển tới dàn lạnh. Để ngăn chặn sự truyền nhiệt này ta cần chừa những khoảng cách giữa sản phẩm với sàn, tường, trần và dàn lạnh một khoảng cách để cho khơng khí lưu thơng dễ dàng. - Cách sàn: 100 ÷ 150mm. - Cách tường: 200 ÷ 800mm. - Cách trần: 200mm. - Cách dàn lạnh: 300mm,[TL4,63]. 2.7.3 Chừa lối đi Trong kho ta cần chừa lối đi cho người và phương tiện bốc dỡ. Bề rộng của lối đi phụ thuộc vào máy mĩc, thiết bị chuyên chở và chất xếp sản phẩm trong kho. Kho đang thiết kế cĩ chiều rộng 12m gồm 2 lối đi hai bên dọc theo chiều dài của kho, mỗi lối đi rộng 1m. 2.7.4 Xây tụ Là kỹ thuật sắp xếp các kiện hàng thứ tự vào nhau thành một khối ổn định, vững chắc, tạo điều kiện thuận lợi cho bốc dỡ, phân lơ, đảm bảo an tồn và tính được dung lượng kho lạnh. Kho lạnh càng cao thì số lớp thùng chất lên tụ ngày càng cao nhưng phải lớn để tránh nguy hiểm do đổ ngã. 2.8 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHO LẠNH 2.8.1 Tính thể tích kho lạnh Thể tích kho lạnh được xác định theo cơng thức: ,m3. Trong đĩ: E – dung tích kho lạnh, tấn. gv – định mức chất tải, tấn/m3. Kho được thiết kế với mặt hàng Mực, Bạch tuộc đơng lạnh gv = 0,55 tấn/m3 .[TL-3,279] Với E = 500 tấn ta cĩ V = 500/0,55 = 909,1m3. 2.8.2 Diện tích chất tải của kho lạnh F, m2 Được xác định qua thể tích buồng lạnh và chiều cao chất tải: . Trong đĩ: F – Diện tích chất tải hoặc diện tích hàng chiếm trực tiếp, m2. h – Chiều cao chất tải, m. Chiều cao chất tải là chiều cao lơ hàng chất trong kho, chiều cao này phụ thuộc vào bao bì đựng hàng, phương tiện bốc dỡ. Chiều cao h cĩ thể tính bằng chiều cao buồng lạnh trừ đi phần lắp đặt dàn lạnh treo trần và khoảng khơng gian cần thiết để chất hàng và dỡ hàng. Chiều cao chất tải phụ thuộc vào chiều cao thực tế h1 của kho. Chiều cao h1 được xác định bằng chiều cao phủ bì của kho lạnh trừ đi hai lần chiều dầy cách nhiệt của trần và nền kho lạnh: h1 = H - 2, m; + Chọn chiều cao phủ bì H = 3,6m là chiều dài lớn nhất của tấm panel. + Chọn chiều dày cách nhiệt = 125 mm. Suy ra: h1 = 3,6 – 2.0,125 = 3,35 m. Chiều cao chất tải thực h của kho bằng chiều cao phủ bì trừ đi khoảng hở phía trần để lưu thơng khơng khí chọn là 0,5m và phía dưới nền lát tấm palêt là: 0,1m. Suy ra: h = 3,35 – (0,1 + 0,5) = 2,75m. 2.8.3 Tải trọng của nền và của trần Tải trọng nền được xác định theo cơng thức: gf = gv.h = 0,55.2,75 = 1,5125 tấn/m2. Với tải trọng nền này thì panel sàn đủ điều kiện chịu được lực nén bởi vì độ chịu nén của panel tiêu chuẩn là 0,2÷0,29Mpa. 2.8.4 Xác định diện tích kho lạnh cần xây dựng Diện tích kho lạnh thực tế cần xây dựng phải tính đến đường đi, khoảng hở giữa các lơ hàng, diện tích lắp đặt dàn lạnh, khoảng cách giữa các lơ hàng đến tường bao. Vì vậy diện tích cần xây dựng phải lớn hơn diện tích tính tốn trên và được xác định theo cơng thức: Fxd = . Trong đĩ: Fxd – diện tích kho lạnh cần xây dựng, m2. - hệ số sử dụng diện tích các buồng chứa, tính cả đường đi và các diện tích giữa các lơ hàng, giữa lơ hàng và cột, tường các diện tích lắp đặt thiết bị như dàn bay hơi, quạt. phụ thuộc vào diện tích buồng và lấy theo bảng 2-5. Ta chọn = 0,85.[TL2,34] Từ Fxd = 380m2 và sơ đồ mặt bằng cơng ty, tơi quyết định chọn kích thước kho lạnh như sau: + Chiều dài kho: 32m. + Chiều rộng kho: 12m. Như vậy diện tích thực của kho cần xây dựng là 32.12 = 384m2. Diện tích phịng máy F = 6.6 =36m2. 2.9 THIẾT KẾ CẤU TRÚC KHO LẠNH 2.9.1 Thiết kế cấu trúc nền Cấu trúc nền kho phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Nhiệt độ trong kho, tải trọng của kho hàng bảo quản, dung tích kho lạnh. Do đặc thù của kho lạnh là bảo quản hàng hĩa do đĩ phải cĩ cấu trúc vững chắc, mĩng phải chịu tải trọng của tồn bộ kết cấu xây dựng, mĩng kho được xây dựng tùy thuộc vào kết cấu địa chấn của nơi xây dựng. Do kho lạnh xây dựng theo phương án lắp ghép nên tồn bộ kho được đặt trên nền nhà xưởng. Tải trọng của hàng bảo quản sẽ chi phối đến độ rắn chắc của nền, khả năng chịu lún của nền. Nếu tải trọng của hàng bảo quản càng lớn thì cấu trúc nền kho lạnh phải thiết kế cĩ độ chịu nén cao. Các tấm panel nền được đặt trên các con lươn thơng giĩ. Cấu trúc nền kho lạnh được thiết kế như hình vẽ. v v v v v v v v v v v v v v v v v v v v Lớp cát đầm chặt Tấm panel Lớp gạch thẻ Đá chẻ Lớp bê tơng đá 1x2 Lớp bê tơng đá 4x6 Lớp đất tự nhiên Hình 2-1. Cấu trúc nền mĩng của kho lạnh 32m 12m Hình 2-2: Con lươn thơng giĩ 2.9.2 Cấu trúc vách và trần kho lạnh Cấu trúc tường và trần là các tấm panel tiêu chuẩn đã được chế tạo sẵn như đã giới thiệu ở phần trên. Các thơng số của panel cách nhiệt: + Chiều dài: h = 3600 mm dùng để lắp panel vách h = 6000 mm dùng để lắp 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 = 0,018 ÷ 0,023 W/mK + Phương pháp lắp ghép: Ghép bằng khĩa camlocking và ghép bằng mộng âm dương. Sẽ được trình bày ở phần lắp đặt kho lạnh. 2.9.3 Cấu trúc mái kho lạnh Mái kho lạnh cĩ nhiệm vụ bảo vệ cho kho trước những biến đổi của thời tiết như: nắng, mưa, đặc biệt là giảm bức xạ nhiệt của mặt trời vào kho lạnh. Mái kho đảm bảo che mưa che nắng tốt cho kho và hệ thống máy lạnh. Mái khơng được đọng nước, khơng được thấm nước. Mái dốc về hai phía với độ dốc ít nhất là 2%. Kho đang thiết kế cĩ mái bằng tơn màu xanh lá cây, hệ thống khung đỡ bằng sắt và các xà nâng được đặt theo chiều ngang của kho, các trụ chống là các trụ sắt cao 4m cĩ diện tích 200x100mm 1 2 15 m 1,5 m 1-lớp mái tơn 2-khung đỡ bằng sắt Hình 2-3: Cấu trúc mái kho lạnh 2.9.4 Cấu trúc cửa và màn chắn khí Hiện nay cĩ các loại cửa như sau: cửa bản lề, cửa lắc và cửa lùa. Cấu trúc cửa là các tấm cách nhiệt cĩ bản lề tự động, xung quanh cĩ đệm kín bằng cao su hình nhiều ngăn. Khĩa cửa mở được cả hai phía trong và ngồi. Xung quanh cửa được bố trí dây điện trở sưởi cửa để đề phịng băng dính chặt cửa lại. Các cửa cĩ kích thước như sau: + Kích thước cửa lớn: 1980 x 980 mm. + Kích thước cửa nhỏ: 680 x 680mm. Mỗi cửa được gắn lên một tấm panel gọi là tấm cửa. 1 2 3 1 2 4 1 - Tấm panel 2 - Khĩa cửa 3 - Cửa ra vào 4 - Cửa xuất nhập hàng Hình 2-4: Cửa ra vào và cửa xuất nhập hàng của kho lạnh Hình 2-5 Cửa ra vào kho lạnh Màn nhựa cửa ra vào Màn nhựa, dày 2mm, rộng 200mm Bên trong cửa được bố trí màn chắn khí làm bằng nhựa dẻo để hạn chế dịng nhiệt tổn thất do mở cửa khi xuất nhập hàng. Nhựa để chế tạo màn chắn khí phải đảm bảo khả năng chịu lạnh tốt và cĩ độ bền cao. Màn được ghép từ các dải nhựa cĩ chiều rộng 200 mm, dày 2 mm, chồng mí lên nhau là 50 mm. Hình 2-6: Màn nhựa che cửa ra vào và cửa xuất nhập hàng kho lạnh 2.10 TÍNH TỐN CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM VÀ KIỂM TRA ĐỌNG SƯƠNG Việc tính tốn cách nhiệt, cách ẩm cho kho bảo quản đơng nhằm mục đích: - Hạn chế dịng nhiệt truyền từ bên ngồi qua kết cấu bao che vào kho lạnh. - Tránh ngưng ẩm trên bề mặt ngồi của vách vào trong kho lạnh. Tính tốn chiều dày cách nhiệt, cách ẩm: Chiều dày cách nhiệt được tính theo cơng thức: ,m Trong đĩ: - độ dày yêu cầu lớp cách nhiệt, m. - hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, W/mK. K - hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che, W/m2K. - hệ số tỏa nhiệt của mơi trường bên ngồi tới vách, W/m2K. - hệ số tỏa nhiệt của vách buồng lạnh vào buồng lạnh, W/m2K. - bề dày lớp vật liệu thứ i, m. - hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/mK. Do trần kho cĩ mái che và nền kho lạnh cĩ con lươn thơng giĩ nên ta lấy hệ số truyền nhiệt của nền và trần kho bằng hệ số truyền nhiệt của vách kho. Vì vậy ta xác định chiều dày cách nhiệt chung cho cả tường, trần và nền. Ở đây ta chọn vật liệu cách nhiệt cho kho là các tấm panel tiêu chuẩn (panel cĩ tác dụng cách nhiệt, cách ẩm). Bảng 2 - 2 Các thơng số các lớp vật liệu của tấm panel tiêu chuẩn, [TL-4, 52]. Vật liệu Chiều dày, m Hệ số dẫn nhiệt, W/mK Polyurethane (0,023 ÷ 0,03) Tơn lá 0,0006 45,36 Sơn bảo vệ 0,0005 0,291 Nhiệt độ khơng khí trong kho tb = -200C, khơng khí trong kho đối lưu cưỡng bức vừa phải. Chọn hệ số dẫn nhiệt của polyurethan =0,025W/mK Tra bảng ta được: K = 0,021 W/m2K, [Bảng 3-3, TL2, 84]. W/m2K ;W/m2K, [Bảng 3-7, TL2, 86]. Thay số: Chiều dày panel phải chọn: Ta chọn chiều dày panel tiêu chuẩn: Khi đĩ chiều dày cách nhiệt thực của panel là: Hệ số truyền nhiệt thực của vách khi đĩ là: W/m2K Kiểm tra đọng sương trên bề mặt ngồi của vách: Điều kiện để vách ngồi khơng bị đọng sương là Kth ≤ Ks Trong đĩ: Kth - hệ số truyền nhiệt thực, Kth = 0,198 W/m2K. Ks - hệ số truyền nhiệt đọng sương, được tính theo cơng thức: W/m2K Trong đĩ: - hệ số tỏa nhiệt của mơi trường bên ngồi bề mặt tường kho, W/m2K. t1 - nhiệt độ khơng khí bên ngồi kho, 0C. t2 - nhiệt độ khơng khí bên trong kho, 0C. ts - nhiệt độ điểm đọng sương, 0C. Các thơng số khí tượng ở Sĩc Trăng t1 = 35,90C, . Tra đồ thị i-d của khơng khí ẩm ta cĩ: ts = 300C. Nhận xét: Ks > Kt. Vì vậy vách ngồi kho lạnh khơng bị đọng sương. 2.11 CẤU TRÚC CÁCH NHIỆT ĐƯỜNG ỐNG Trong hệ thống các đường ống cách nhiệt chủ yếu các đường ống cĩ nhiệt độ thấp như đường ống hút về máy nén hạ áp và máy nén cao áp , bình trung gian. Vật liệu dùng để cách nhiệt đường ống là polyurethan, cách ẩm thì ta sử dụng tơn mỏng bọc ở ngồi cùng. Với mỗi loại đường ống khác nhau thì chiều dày lớp cách nhiệt cũng khác nhau, nĩ phụ thuộc vào nhiệt độ mơi chất trong mỗi ống và phụ thuộc vào đường kính của đường ống. 1 2 3 1 - Lớp tơn ngồi cùng 2 - Lớp cách nhiệt polyurethane 3 - Đường ống dẫn mơi chất Việc tính tốn chiều dày cách nhiệt, ứng với mỗi đường ống sẽ được trình bày ở phần lắp đặt hệ thống sau khi ta đã chọn được đường kính của ống dẫn mơi chất. Hình 2-7 : Cấu trúc cách nhiệt đường ống mơi chất CHƯƠNG III: TÍNH NHIỆT TẢI, CHỌN MÁY NÉN VÀ CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG LẠNH 3.1 TÍNH TỐN NHIỆT TẢI Việc tính tốn nhiệt tải kho lạnh là tính tốn các dịng nhiệt từ mơi trường xâp nhập vào kho lạnh. Đây chính là dịng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải cĩ đủ cơng suất để thải nĩ trở lại mơi trường nĩng, đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa buồng lạnh và khơng khí bên ngồi. Mục đích cuối cùng của việc tính tốn nhiệt tải kho lạnh là để xác định năng suất lạnh của máy lạnh cần lắp đặt. Nhiệt tải Q của kho lạnh sẽ được tính theo cơng thức sau: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5, W Trong đĩ: Q1 – dịng nhiệt đi qua kết cấu bao che của kho lạnh. Q2 – dịng nhiệt do sản phẩm và bao bì tỏa ra trong quá trình xử lý lạnh. Q3 – dịng nhiệt từ khơng khí bên ngồi do thơng giĩ buồng lạnh, ở đây Q3 = 0 do kho bảo quản sản phẩm thủy sản khơng thơng giĩ buồng lạnh. Q4 – dịng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh. Q5 – dịng nhiệt từ sản phẩm tỏa ra khi sản phẩm hơ hấp, nĩ chỉ cĩ ở kho lạnh bảo quản rau quả, Q5 = 0. 3.1.1 Dịng nhiệt qua kết cấu bao che Q1 Dịng nhiệt qua kết cấu bao che là tổng các dịng nhiệt tổn thất qua tường bao, trần và nền do sự chênh lệch nhiệt độ giữa mơi trường bên ngồi và bên trong kho lạnh cộng với dịng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tường bao và trần. Dịng nhiệt Q1 được xác định theo cơng thức: Q1 = Q11 + Q12, W. Trong đĩ: Q11 – dịng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ. Q12 – dịng nhiệt qua tường bao và trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời. Kho lạnh được thiết kế vách và trần kho đều cĩ tường bao và mái che nên bỏ qua dịng nhiệt qua tường và trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời, Q12 = 0. Dịng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ được xác định theo biểu thức: Q11 = Kt.F(t1 – t2), W Trong đĩ: Kt - hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che xác định theo chiều dài cách nhiệt thực. F - diện tích bề mặt kết cấu bao che. t1 – nhiệt độ mơi trường bên ngồi kho, 0C. t2 – nhiệt độ khơng khí trong kho, 0C. Chiều dài kho L1 = 32 m Chiều rộng kho L2 = 12 + 2.0,125 = 12,25 m Chiều cao H = 3,6 + 0,125 = 3,725 m Bảng 3-1 Bảng tổng hợp dịng nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che Bao che Kt ( W/m2K) F (m2) (0C) Qi (W) Vách phía đơng 0,198 45,6 46 415,3 Vách phía tây 0,198 45,6 46 415,3 Vách phía nam 0,198 119,2 46 1085,7 Vách phía bắc 0,198 119,2 46 1085,7 Trần 0,198 392 50 3881 Nền 0,198 392 46 3570,3 Tổng Q11 10453,3 Do kho lạnh được đặt trong xưởng chế biến cĩ tường bao xung quanh và cĩ mái che nên nhiệt độ khơng khí xung quanh kho lạnh sẽ lấy bằng nhiệt độ của khu thành phẩm, t1 = 260C. Chỉ cĩ trần kho lạnh cĩ nhiệt độ cao hơn ta lấy nhiệt độ khơng khí phía trên trần là 300C. Vậy dịng nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che là Q1 = Q11 =10453,3W 3.1.2 Dịng nhiệt do sản phẩm và bao bì tỏa ra Q2 Dịng nhiệt do bao bì và sản phẩm tạo ra xác định theo cơng thức: Q2 = Q21 + Q22, W Trong đĩ: Q21 – dịng nhiệt do sản phẩm tỏa ra,W Q22 – dịng nhiệt do bao bì tỏa ra,W 1. Dịng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q21 Được xác định theo cơng thức: , W Trong đĩ: M – cơng suất buồng gia lạnh hay khối lượng hàng nhập vào kho bảo quản trong một ngày đêm, tấn/ngày đêm. Tại cơng ty TNHH Minh Đăng – Sĩc Trăng khối lượng hàng nhập vào kho bảo quản trong một ngày đêm là M = 30 tấn/ngày đêm. i1, i2 – enthalpy của sản phẩm vào kho và của sản phẩm ở nhiệt độ bảo quản, J/kg. Với sản phẩm mực, tơm, cá đơng lạnh i1 = 24600 J/kg, [TL-4,74]. Với kho bảo quản đơng, các sản phẩm khi đưa vào kho bảo quản đã được cấp đơng đến nhiệt độ bảo quản. Tuy nhiên trong quá trình xử lý đĩng gĩi và vận chuyển nhiệt độ sản phẩm tăng lên ít nhiều nên đối với sản phẩm bảo quản đơng lấy nhiệt độ vào là: t1 = -120C, [TL-4,74]. Thay số: 2 Dịng nhiệt do bao bì tỏa ra Q22 Được xác định theo biểu thức: W Trong đĩ: Mb - khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm trong một ngày đêm, tấn/ngàyđêm. Ta lấy Mb = 10%.M = 3 tấn/ngày đêm. Cb - nhiệt dung riêng của bao bì,J/kgK, với bao bì là bìa cactong thì Cb = 1460 J/kgK. t1,t2 - nhiệt độ bao bì trước và sau khi làm lạnh bao bì,0C. Ta lấy nhiệt độ bao bì trước khi đưa vào kho cùng sản phẩm bằng nhiệt độ của khu thành phẩm, t1 = 260C. Vậy: Q2 = Q21 + Q22 = 8402,7 + 2331,9 = 10734,6 W 3.1.3 Dịng nhiệt tỏa ra khi vận hành Q4 Các dịng nhiệt do vận hành bao gồm các dịng nhiệt do đèn chiếu sáng Q41, do người làm việc trong buồng Q42, do các động cơ điện Q43, do mở cửa kho lạnh Q44 và dịng nhiệt do xả băng dàn lạnh Q45. Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44 + Q45, W 1. Dịng nhiệt do chiếu sáng Q41 Được xác định theo biểu thức: Q41 = A.F = 384.1,2 = 460,8 W Trong đĩ: A - nhiệt lượng tỏa ra khi chiếu sáng 1 m2 buồng hay nền, với buồng bảo quản đơng A = 1,2 W/m2. F - diện tích của buồng, m2. 2. Dịng nhiệt do người trong buồng làm việc tỏa ra Q42 Được xác định theo biểu thức: Q42 = 350n = 350.7 = 2450 W Trong đĩ: 350 - nhiệt lượng do một người tỏa ra trong khi làm cơng việc nặng nhọc 350 W/người. n - số người làm việc trong buồng. Nĩ phụ thuộc vào cơng nghệ gia cơng, chế biến, vận chuyển, bốc xếp. Kho được thiết kế với phương thức bốc dỡ thủ cơng, ta chọn số người làm việc trong kho là: n = 7 người. 3. Dịng nhiệt do động cơ điện tỏa ra Q43 Được xác định theo biểu thức: Q43 = N.1000 = 9.1,5.1000 =13500 W. Động cơ điện làm việc trong kho là động cơ của quạt dàn lạnh, ta chọn 3 dàn lạnh hãng Guntner, mỗi dàn lạnh gồm 3 quạt, mỗi quạt động cơ 1,5 kW. 4. Dịng nhiệt do mở cửa kho lạnh Q44 Được xác định theo biểu thức: Q44 = BF = 4,8.384 = 1843,2 W. Trong đĩ: F - diện tích của kho lạnh, m2. B – dịng nhiệt dung riêng khi mở cửa, W/m2. Dịng nhiệt khi mở cửa phụ thuộc vào diện tích buồng và chiều cao buồng. Với chiều cao buồng 6m lấy theo bảng sau: Bảng 3-2 Dịng nhiệt riêng khi mở cửa,[TL4,78]. Tên buồng B, W/m2 < 50 m2 50 ÷150 m2 > 150 m2 Bảo quản đơng 22 12 8 Với chiều cao buồng h = 3,6 m, diện tích > 150 m2. Sử dụng phương pháp nội suy ta cĩ B = 4,8 W/m2. 5. Dịng nhiệt do xả băng dàn lạnh Q45 Sau khi xả băng, nhiệt độ kho lạnh tăng lên đáng kể, điều đĩ chứng tỏ cĩ một phần nhiệt lượng dùng xả băng đã trao đổi nhiệt với khơng khí và các thiết bị trong phịng. Nhiệt dùng xả băng đại bộ phận làm tan băng trên dàn lạnh và được đưa ra ngồi cùng với nước đá tan, một phần truyền cho khơng khí và các thiết bị trong kho lạnh gây nên tổn thất. Để xác định dịng nhiệt do xả băng dàn lạnh ta xác định theo mức độ tăng nhiệt độ khơng khí trong phịng sau khi xả băng. Mức độ tăng nhiệt độ của phịng phụ thuộc vào dung tích của kho lạnh. Thơng thường nhiệt độ khơng khí sau khi xả băng tăng (4 ÷ 7) 0C. Dung tích càng lớn thì độ tăng nhiệt độ càng nhỏ và ngược lại. Dịng nhiệt do xả băng dàn lạnh Q45 được xác định theo biểu thức: W Trong đĩ: n - số lần xả băng trong một ngày đêm, chọn n = 3. - khối lượng riêng của khơng khí,=1,2kg/m3. V - thể tích của kho lạnh,m3. CPkk - nhiệt dung riêng của khơng khí, CPkk =1009 J/kgK. - độ tăng nhiệt độ khơng khí trong kho lạnh sau khi xả băng dàn lạnh (lấy theo kinh nghiệm), lấy =50C. Bảng 3-3 Tính tốn dịng nhiệt tổn thất do vận hành. Q41, W Q42, W Q43, W Q44, W Q45, W Q4, W 460,8 2450 13500 1843,2 201 18370 Bảng 3-4 Tổng hợp các kết quả tính tốn nhiệt tải kho lạnh. Q1, W Q2, W Q4, W Q, W 10453,3 10734,6 18370 39558 3.1.4 Xác định phụ tải nhiệt của thiết bị và máy nén Phụ tải nhiệt của thiết bị: Phụ tải nhiệt của thiết bị là tải nhiệt dùng để tính tốn bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết của thiết bị bay hơi. Cơng suất giải nhiệt yêu cầu của thiết bị bao giờ cũng lớn hơn cơng suất của máy nén, phải cĩ hệ số dự trữ nhằm tránh những biến động cĩ thể xảy ra trong quá trính vận hành. Vì thế tải nhiệt của thiết bị được lấy bằng tổng của tất cả các tổn thất nhiệt của kho lạnh. Q0TB = Q1 + Q2 + Q4 = 39558 W Phụ tải nhiệt của máy nén: Do các tổn thất trong các kho lạnh khơng đồng thời xảy ra nên cơng suất nhiệt yêu cầu thực tế sẽ nhỏ hơn tổng của các tổn thất nhiệt. Để tránh cho máy nén cĩ cơng suất lạnh quá lớn, tải nhiệt máy nén cũng được tính tốn từ các tải nhiệt thành phần nhưng tùy theo từng loại kho lạnh cĩ thể chỉ lấy một phần tổng của nhiệt tải đĩ. Với kho lạnh bảo quản sản phẩm thủy sản đơng lạnh thì: QMN = 85%Q1 + 100%Q2 + 75%Q4 = 33,4 kW Năng suất lạnh của máy nén đối với mỗi nhĩm buồng cĩ nhiệt độ sơi giống nhau xác định theo biểu thức: kW Trong đĩ: b - hệ số thời gian làm việc của máy nén, thường lấy b = 0,9 (máy nén làm việc 22 giờ/ngày do xả băng dàn lạnh và giảm tải cho máy nén). k - hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh, nĩ được xác đinh theo bảng sau: Bảng 3-5 Hệ số dự trữ k, [TL-4,83] t0, 0C -40 -30 -10 K 1,1 1,07 1,05 Sử dụng phương pháp nội suy với t0 = -280C ta cĩ k = 1,068 3.2 CHỌN HỆ THỐNG LẠNH 3.2.1 Chọn phương pháp làm lạnh Trong thực tế cĩ nhiều phương pháp làm lạnh cho kho. Nhưng cĩ hai phương pháp thơng dụng nhất là: làm lạnh trực tiếp và làm lạnh gián tiếp. Mỗi phương pháp đều cĩ những ưu nhược điểm khác nhau phù hợp với yêu cầu thiết bị, cơng nghệ của từng trường hợp cụ thể. Đối với mỗi trường hợp đĩ người ta sẽ chọn phương pháp làm lạnh sao cho phát huy tối đa ưu điểm và hạn chế đến mức thấp nhất các nhược điểm. 1. Làm lạnh trực tiếp. Là phương pháp làm lạnh kho bằng dan bay hơi đặt trong kho lạnh, mơi chất lạnh lỏng sơi thu nhiệt của mơi trường cần làm lạnh. Làm lạnh trực tiếp cĩ thể là dàn lạnh đối lưu tự nhiên hoặc đối lưu cưỡng bức. Ưu điểm: - Thiết bị đơn giản khơng cần thêm một vịng tuần hồn phụ. - Tuổi thọ cao kinh tế vì khơng phải tiếp xúc với nước muối là một chất ăn mịn kim loại rất nhanh chĩng. - Đứng về mặt nhiệt động thì ít tổn thất năng lượng vì hiệu nhiệt độ giữa kho lạnh và dàn bay hơi gián tiếp qua khơng khí. - 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 cĩ thể giám sát theo nhiệt độ sơi của mơi chất, nhiệt độ sơi cĩ thể xác định dễ dàng qua nhiệt kế của đầu hút máy nén. Nhược điểm - Đối với hệ thống lạnh lớn thì lượng mơi chất nạp vào máy lớn, khả năng rị rỉ của mơi chất lớn, khĩ cĩ khả năng dị tìm được chỗ rị rỉ để xử lý. Tổn thất áp suấp cho việc cấp cho những dàn bay hơi ở xa cĩ hồi dầu về nếu dùng mơi chất Freon, máy nén dễ hút ẩm, việc bảo vệ máy nén khĩ khăn. - Trữ lạnh của dàn lạnh trực tiếp kém khi máy lạnh ngừng hoạt động thì dàn lạnh cũng hết lạnh nhanh chĩng. 2. Làm lạnh gián tiếp Là phương pháp làm lạnh bằng các giàn chất tải lạnh như nước muối, glycol,… thiết bị bay hơi đặt ở ngồi kho lạnh. Ở trong buồng chất tải lạnh nĩng lên do thu nhiệt của buồng lạnh. Sau đĩ trở lại dàn bay hơi để hạ nhiệt độ xuống bằng nhiệt độ yêu cầu và cứ như vậy được tuần hồn liên tục. Dàn lạnh gián tiếp cũng cĩ thể là dàn lạnh đối lưu tự nhiên hoặc đối lưu cưỡng bức. Ưu điểm: - Hệ thống lạnh cĩ độ an tồn cao, chất tải lạnh khơng cháy, khơng nổ, khơng độc hại với cơ thể sống và khơng làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm bảo quản. Nĩ là vịng tuần hồn an tồn và ngăn chặn sự tiếp xúc của mơi chất độc hại đối với sản phẩm. - Máy lạnh cĩ cấu tạo đơn giản hơn, đường ống dẫn mơi chất hệ thống ngắn được chế tạo ở dạng tổ hợp hồn chỉnh nên chất lượng cao, độ tin cậy lớn, dễ dàng kiểm tra lắp đặt và hiệu chỉnh. - Dung dịch chất tải lạnh cĩ khả năng trữ lạnh lớn sau khi máy ngừng hoạt động, nhiệt độ kho cĩ 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 vè phải thêm vịng tuần hồn cho chất tải lạnh. - Tốn năng lượng bổ sung cho bơm hoặc cánh khuấy chất tải lạnh. Qua sự phân tích ưu nhược điểm của hai phương pháp làm lạnh trên, tơi chọn phương pháp làm lạnh cho kho đang thiết kế là phương pháp làm lạnh trực tiếp. Nĩ phù hợp với điều kiện của kho lạnh như: hệ thống khơng cồng kềnh, dễ điều chỉnh nhiệt độ, tổn hao lạnh khị khởi động nhỏ, chi phí đầu tư ban đầu khơng lớn. 3.2.2 Chọn mơi chất lạnh. Mơi chất lạnh (cịn gọi là tác nhân lạnh hay gas lạnh) là chất mơi giới sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để thu nhiệt của mơi trường cĩ nhiệt độ thấp và thải nhiệt ra mơi trường cĩ nhiệt độ cao hơn. Mơi chất tuần hồn trong hệ thống lạnh nhờ quá trình nén. Ở máy lạnh nén hơi, sự thu nhiệt của mơi trường cĩ nhiệt độ thấp nhờ quá trình bay hơi ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp, sự thải nhiệt cho mơi trường cĩ nhiệt độ cao nhờ quá trình ngưng tụ ở áp suất cao và nhiệt độ cao, sự tăng áp của quá trình nén hơi và giảm áp. Mơi chất lạnh sử dụng trong hệ thống lạnh cần đáp ứng các yêu cầu sau: 1. Tính chất hố học - Mơi chất cần bền vững về mặt hố học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ làm việc, khơng được phân huỷ, khơng được polyme hố. - Mơi chất phải trơ, khơng ăn mịn các vật liệu chế tạo máy, dầu bơi trơn, oxy trong khơng khí và hơi ẩm. - An tồn, khơng dễ cháy dễ nổ. 2. Tính chất lý học - Áp suất ngưng tụ khơng được quá cao, nếu áp suất ngưng tụ quá cao độ bền chi tiết yêu cầu lớn, vách thiết bị dày, dễ rị rỉ mơi chất. - Áp suất bay hơi khơng được quá nhỏ, phải lớn hơn áp suất khí quyển để hệ thống khơng bị chân khơng, dễ rị lọt khơng khí vào hệ thống. - Nhiệt độ đơng đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi nhiều và nhiệt độ tới hạn phải cao hơn nhiệt độ ngưng tụ nhiều. - Nhiệt ẩn hố hơi (r) và nhiệt dung riêng (c) của mơi chất lỏng càng lớn càng tốt. Nhiệt ẩn hố hơi càng lớn, lượng mơi chất tuần hồn trong hệ thống càng nhỏ, năng suất lạnh riêng khối lượng càng lớn. - Năng suất lạnh riêng thể tích càng lớn càng tốt, máy nén và thiết bị càng gọn. - Độ nhớt động học càng nhỏ càng tốt, để giảm tổn thất áp suất trên đường ống và cửa van. - Hệ số dẫn nhiệt và hệ số toả nhiệt càng lớn càng tốt vì thiết bị trao đổi nhiệt gọn hơn. - Mơi chất hồ tan dầu hồn tồn cĩ ưu điểm hơn so với loại mơi chất khơng hồ tan hoặc hồ tan một phần vì quá trình bơi trơn tốt hơn, thiết bị trao đổi nhiệt khơng bị một lớp trở nhiệt do dầu bao phủ, tuy cũng cĩ nhược điểm làm tăng nhiệt độ bay hơi, làm giảm độ nhớt của dầu. - Khả năng hồ tan nước của hệ thống càng lớn càng tốt để tránh tắc ẩm ở bộ phận tiết lưu. - Khơng được dẫn điện để cĩ thể sử dụng cho máy nén kín và nửa kín. 3. Tính chất sinh lý - Mơi chất khơng độc hại đối với người và cơ thể sống, khơng gây phản ứng với cơ quan hơ hấp, khơng tạo lớp khí độc khi tiếp xúc với lửa hàn và vật liệu chế tạo máy. - Mơi chất cần phải cĩ mùi đặc biệt để dễ dàng phát hiện khi bị rị rỉ. Cĩ thể pha thêm chất cĩ mùi vào mơi chất lạnh nếu chất đĩ khơng ảnh hưởng đến chu trình máy lạnh. - Mơi chất khơng được ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm bảo quản. 4. Tính kinh tế - Giá thành phải hạ tuy độ tinh khiết phải đạt yêu cầu. - Dễ kiếm, nghĩa là mơi chất được sản xuất cơng nghiệp, vận chuyển và bảo quản dễ dàng. Khơng cĩ mơi chất lạnh lý tưởng đáp ứng đầy đủ các nhu cầu đã nêu trên, ta chỉ cĩ thể tìm được một mơi chất đáp ứng ít hay nhiều những yêu cầu đĩ mà thơi. Tuỳ từng trường hợp ứng dụng cĩ thể chọn loại mơi chất này hoặc mơi chất kia sao cho ưu điểm được phát huy cao nhất và nhược điểm được hạn chế đến mức thấp nhất. Tơi quyết định chọn mơi chất lạnh sử dụng là NH3. Amoniac cĩ nhiệt ẩn hố hơi lớn thích hợp cho hệ thống lạnh cĩ cơng suất lớn do lượng mơi chất tuần hồn nhỏ, lượng nạp nhỏ, máy nén và các thiết bị gọn, rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển và bảo quản dễ dàng, nước ta sản xuất được. Mặt khác amoniac là mơi chất khơng gây ảnh hưởng đến tầng ozơn và hiệu ứng nhà kính như frêơn. Đây là mơi chất của hiện tại và tương lai. Hiện nay, hệ thống lạnh cho kho bảo quản thường sử dụng mơi chất freon 22 và mơi chất NH3. Do yêu cầu về mặt mơi trường: phá hủy tầng ozơn, gây hiệu ứng nhà kính.Mơi chất freon 22 chỉ là mơi chất quá độ và dần sẽ được thay thế bằng mơi chất khác. Vì vậy tơi quyết định chọn mơi chất ammoniac cho hệ thống lạnh đang thiết kế. Nhờ cĩ các tính chất nhiệt động quý báu nên ammoniac tuy độc hại nhưng vẫn được sử dụng rộng rãi. 3.2.3 Các thơng số của chế độ làm việc Việc chọn các thơng số làm việc cho hệ thống lạnh là rất quan trọng vì nếu chọn được một chế độ làm việc hợp lý, đúng đắn sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao, năng suất lạnh tăng trong khi điện năng tiêu tốn ít. Chế độ làm việc của hệ thống lạnh được đặc trưng bằng 4 thơng số nhiệt độ sau: - Nhiệt độ sơi của mơi chất t0 (oC). - Nhiệt độ ngưng tụ của mơi chất tk. - Nhiệt độ quá lạnh của mơi chất lỏng trong thiết bị ngưng tụ tql1 và nhiệt độ của mơi chất lỏng trước van tiết lưu tql2. - Nhiệt độ hơi hút về máy nén (nhiệt độ quá nhiệt) th. 1. Nhiệt độ sơi của mơi chất t0 Nhiệt độ sơi của mơi chất phụ thuộc vào nhiệt độ của kho lạnh bảo quản. nhiệt độ sơi của mơi chất lạnh dùng để tính tốn thiết kế cĩ thể lấy như sau: t0 = tb - ∆t0 = -20 – 8 = -28oC Trong đĩ tb – nhiệt độ kho bảo quản,0C ∆t0 – hiệu nhiệt độ giữa nhiệt độ sơi của mơi chất lạnh và nhiệt độ khơng khí trong kho. Đối với dàn lạnh bay hơi trực tiếp ∆t0 = 8 ÷ 13oC. Chọn ∆t0 = 8oC. 2. Nhiệt độ ngưng tụ tk Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào nhiệt độ của mơi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ. Do chọn thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước nên: tk= + ∆tk = 33+ 5 = 380C Trong đĩ: – là nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng,0C ∆tk – là hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, thường lấy từ 3 ÷ 5oC. Việc chọn hiệu nhiệt độ ngưng tụ thực ra là bài tốn tối ưu về kinh tế để giá thành một đơn vị lạnh là rẻ nhất. Nếu hiệu nhiệt độ ngưng tụ nhỏ, nhiệt độ ngưng tụ sẽ thấp năng suất lạnh tăng, điện năng tiêu tốn nhỏ nhưng tiêu hao nước nhiều và giá thành tiêu tốn nước tăng. Tơi chọn ∆tk=5oC. Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng cĩ thể xác định theo cơng thức: tw2= tw1 + ∆tw =28 + 5 = 330C Trong đĩ: tw1– là nhiệt độ nước vào bình ngưng,0C ∆tw– là hiệu nhiệt độ nước vào và ra bình ngưng, thường lấy từ 2 ÷ 60C. Ta chọn Do điều kiện địa chất ở Sĩc Trăng, nhiệt độ nước ngầm khoảng 370C nên nước ngầm được bơm lên bể chứa và được xử lý bằng cách giải nhiệt sơ bộ nhờ khơng khí. Nước sau khi giải nhiệt cấp cho bình ngưng khoảng 280C. 3. Nhiệt độ hơi hút Là nhiệt độ của hơi mơi chất trước khi vào máy nén, nĩ bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sơi của mơi chất. Để đảm bảo máy nén khơng hút phải lỏng, người ta bố trí bình tách lỏng và phải đảm bảo hơi hút vào máy nén nhất thiết là hơi quá nhiệt. Độ quá nhiệt ở từng loại máy nén và đối với từng loại mơi chất khác nhau thì khác nhau. Với mơi chất amoniac nhiệt độ hơi hút cao hơn nhiệt độ sơi từ 5 ÷ 150C. Nghĩa là độ quá nhiệt hơi hút ∆th = 5 ÷ 150K là cĩ thể đảm bảo an tồn cho máy làm việc. Chọn ∆th = 80C. Ta cĩ: th = -28 + 8 = -200C Sự quá nhiệt hơi hút của máy lạnh Amoniac cĩ thể đạt được bằng cách sau: - Quá nhiệt hơi hút ngay trong dàn lạnh khi sử dụng các loại van tiết lưu nhiệt. - Quá nhiệt do tổn thất lạnh trên đường ống từ thiết bị bay hơi về máy nén. 4. Nhiệt độ quá lạnh Nhiệt độ quá lạnh càng thấp thì năng suất lạnh càng lớn. Vì vậy, người ta cố gắng hạ thấp nhiệt độ quá lạnh xuống càng thấp càng tốt. Sự quá lạnh của mơi chất lỏng trong chu trình mà ta tính tốn ở đây sẽ được thực hiện như sau: một phần ở trong thiết bị ngưng tụ cĩ nhiệt độ tql1 và sau đĩ phần lớn sẽ được quá lạnh ở trong ống xoắn ruột gà của bình trung gian cĩ nhiệt độ tql2. Trong thiết bị ngưng tụ ta chọn là bình ngưng ống chùm vỏ bọc nằm ngang, nhiệt độ quá lạnh khi qua thiết bị trao đổi nhiệt ngược chiều cũng vẫn cao hơn nhiệt độ nước vào 3 ÷ 50C. Chọn ∆t = 50C. tql1 = t5 = tw1 + ∆t = 28 + 5 = 330C Nước đưa vào dàn ngưng, việc quá lạnh được thực hiện ngay trong thiết bị ngưng tụ bằng cách để mức lỏng ngập một số ống dưới cùng của dàn ống trong bình ngưng ống chùm. Nước cấp vào bình ngưng sẽ đi qua các ống này trước để quá lạnh lỏng sau đĩ mới lên các ống trên để ngưng tụ mơi chất. Lỏng mơi chất sau khi ra khỏi bình ngưng sẽ được chia làm hai phần: một phần nhỏ sẽ được tiết lưu để làm mát hơi nén tầm thấp, phần lớn mơi chất sẽ được quá lạnh trong bình trung gian. Sau khi ra khỏi bình trung gian sẽ cĩ nhiệt độ và được đưa đến tiết lưu vào dàn lạnh (lấy theo kinh nghiệm): tql2= t6 = ttg + 50C = 50C 3.3 CHU TRÌNH LẠNH 3.3.1 Chọn chu trình lạnh t0 = -280C " p0 = 1,3 Mpa tk = 380C " pk = 1,47 Mpa Tỷ số nén: > 9 Đối với máy nén piston tỷ số nén càng cao, thì hệ số cấp càng nhỏ, nhiệt độ cuối quá trình nén càng cao, nhất là đối với mơi chất Amoniac. Như vậy tỷ số nén cao dẫn đến điều kiện làm việc khơng thuận lợi cho máy nén khi tỷ số nén lớn hơn 9 đối với mơi chất NH3 phải chuyển chu trình một cấp nén sang hai cấp nén cĩ làm mát trung gian. Việc chọn máy nén 1 cấp nén hay 2 cấp nén là một bài tốn tối ưu về kinh tế. Do yêu cầu đảm bảo an tồn cho máy nén trong quá trình làm việc, để tránh những điều kiện làm việc khơng thuận lợi cho máy nén và thiết bị, tơi quyết định chọn máy nén 2 cấp. Yêu cầu đối với việc chọn chu trình: + Sử dụng máy nén 2 cấp + Mơi chất lạnh Amoniac NH3 + Nhiệt độ ngưng tụ tk = 380C + Nhiệt độ sơi t0 = -280C Trong các chu trình máy lạnh, sau khi phân tích ưu nhược điểm của mỗi chu trình tơi chọn chu trình 2 cấp bình trung gian cĩ ống xoắn ruột gà. Ta cĩ: Ptg = " ttg = 00C 3.3.2 Sơ đồ và chu trình biểu diễn trên đồ thị lgp-i 5’ Hình 3-1 Chu trình 2 cấp nén bình trung gian cĩ ống xoắn - Nguyên lý hoạt động: Hơi mơi chất sinh ra ở thiết bị bay hơi cĩ nhiệt độ t0, áp suất p0 cĩ trạng thái 1’ và được quá nhiệt do: qua nhiệt trong thiết bị bay hơi nhờ van tiết lưu nhiệt và do tổn thất trên đường ống hút từ dàn lạnh về máy nén đến trạng thái quá nhiệt 1 cĩ nhiệt độ th, po và được máy nén tầm thấp hút về và được đẩy vào bình trung gian. Ở bình trung gian thì hơi quá nhiệt 1 sẽ được làm mát về trạng thái hơi bão hồ khơ 3 do hồ trộn với lượng hơi ẩm 7 và được máy nén tầm cao hút về, được nén đến trạng thái 4 đưa vào bình ngưng. Ở bình ngưng thì mơi chất được làm mát và ngưng tụ nhờ nước. Mơi chất được quá lạnh ngay trong thiết bị ngưng tụ từ trạng thái 5’ đến 5. Sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ vào bình chứa cao áp thì mơi chất lỏng chia làm hai nhánh: một nhánh nhỏ đi qua van tiết lưu thứ nhất vào bình trung gian để làm mát hơi về máy nén tầm cao xuống trạng thái hơi bão hồ khơ 3. Cịn nhánh chính được dẫn qua ống xoắn của bình trung gian, được quá lạnh từ trạng thái 5 đến 6. Sau đĩ vào van tiết lưu thứ hai, tiết lưu xuống nhiệt độ t0, áp suất p0 để cấp cho dàn bay hơi. Như vậy mơi chất lạnh được tuần hồn trong hệ thống. Nếu thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn là lý tưởng thì nhiệt độ ra khỏi ống xoắn (t6) phải bằng nhiệt độ trung gian(ttg). Nhưng thực tế cĩ tổn hao khơng thuận nghịch nên nhiệt độ quá lạnh bao giờ cũng lấy lớn hơn nhiệt độ trung gian từ (3 ÷ 5)0C. Ta chọn 50C. - Các quá trình của chu trình: + 1’ – 1: quá nhiệt hơi hút về máy nén hạ áp. + 1 – 2: nén đoạn nhiệt cấp hạ áp từ p0 lên ptg. + 2 – 3: làm mát hơi nén hạ áp. + 3 – 4: nén đoạn nhiệt cấp cao áp từ ptg lên pk. + 4 – 5: làm mát ngưng tụ, quá lạnh trong thiết bị ngưng tụ. + 5 – 7: tiết lưu từ pk về ptg để làm mát hơi nén hạ áp và quá lạnh mơi chất trong ống xoắn. + 5 – 6: quá lạnh lỏng đẳng áp trong bình trung gian. + 6 – 10: tiết lưu từ pk về p0 cấp cho dàn bay hơi. + 10 – 1’: bay hơi thu nhiệt của mơi trường lạnh. 3.3.3 Tính tốn chu trình hai cấp bình trung gian cĩ ống xoắn. 1. Xác định các thơng số trạng thái các điểm nút của chu trình Ta lấy t6 = t9 + 50C Tra trên đồ thị lgP-i của mơi chất NH3 cho chu trình 2 cấp, bình trung gian cĩ ống xoắn ta cĩ: Bảng 3-6 Các thơng số trạng thái tại các điểm nút của chu trình. Điểm nút t0 (0C) P (MPa) i (kj/kg) v (m3/kg) Trạng thái 1’ -28 0,13 1420 Hơi bão hồ khơ 1 -20 0,13 1435 0,92 Hơi quá nhiệt 2 60 0,43 1585 0,35 Hơi quá nhiệt 3=8 2 0,43 1455 0,28 Hơi bão hồ khơ 4 92 1,47 1640 0,12 Hơi quá nhiệt 5’ 38 1,47 370 Lỏng 5 33 1,47 350 0,005 Lỏng 6 5 1,47 230 Lỏng 7 0 0,43 350 Bão hịa ẩm 9 0 0,43 200 Lỏng 10 -28 0,13 230 Bão hịa ẩm 2. Năng suất lạnh riêng q0: q0 = i1’ – i10 = 1420 – 230 = 1190 kj/kg 3. Năng suất lạnh riêng thể tích qv: qv = q0/v1 = 1190/0,92 = 1293,4 kj/m3 4. Cơng nén riêng l: Trong đĩ: m1 - lưu lượng khối lượng mơi chất qua máy nén hạ áp m3 - lưu lượng khối lượng mơi chất qua máy nén cao áp 5. Hệ số lạnh: 3.4 TÍNH CHỌN MÁY NÉN VÀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 3.4.1 Tính tốn phía hạ áp Năng suất lạnh riêng: q0 = 1190 kj/kg Lưu lượng mơi chất thực tế qua máy nén hạ áp m1: kg/s Thể tích thực tế của máy nén hạ áp: VttHA =m1×v1 =0,033×0.92=0,03m3/s Hệ số cấp của máy nén hạ áp: Thể tích lý thuyết: Cơng nén đoạn nhiệt: NsHA = m1.l1 = m1(i2 – i1) = 0,033(1585 - 1435) = 4,95 KW Cơng suất chỉ thị: là cơng nén thực hiện do quá trình nén lệch khỏi quá trình nén đoạn nhiệt lý thuyết. Trong đĩ: là hiệu suất chỉ thị được tính theo cơng thức: Với b là hệ số thực nghiệm, ta lấy: b = 0,001 Với T0, Ttg - nhiệt độ sơi và trung gian tuyệt đối của mơi chất. Cơng suất ma sát: là cơng ma sát sinh ra do sự ma sát trong các chi tiết chuyển động của máy nén, cơng suất này phụ thuộc vào kích thước và cường độ hoạt động của máy nén. Trong đĩ Pms là áp suất ma sát riêng. Với máy nén NH3 thì: Pms = (0,049 ÷ 0,069) MPa, ta chọn Pms = 0,059 MPa = 59 KPa Cơng suất hữu ích trên trục của máy nén: NeHA = NmsHA + NiHA = 1,77+ 5,69 =7,46 kW 3.4.2 Tính tốn phía cao áp Lưu lượng mơi chất thực tế qua máy nén cao áp: m3 Cân bằng enthalpy ở bình trung gian ta cĩ: (m3-m1)i7 + m1i5 +m1i2 = m3i3 +m1i6 → →kg/s Thể tích hút thực tế cao áp: VttCA= m3. v3=0,04.0,28=0,011m3/s Hệ số cấp nén phía cao áp : Thể tích hút lý thuyết cao áp: m3/s Cơng nén đoạn nhiệt phía cao áp: NsCA = m3l2 = 0,04.(1640 – 1455) = 7,4 kW Cơng suất chỉ thị: kW Trong đĩ: - hiệu suất chỉ thị phía cao áp được xác định theo cơng thức: Cơng suất ma sát phía cao áp (NmsCA): là cơng sinh ra trong các chi tiết chuyển động của máy nén, suất này phụ thuộc vào kích thước và cường độ của máy nén. NmsCA = VttCA.Pms = 0,011.59 = 0,649 kW Trong đĩ: Pms – áp suất ma sát riêng, với máy nén amoniac ta chọn Pms = 59 KPa. Cơng suất hữu ích phía cao áp: NeCA = NiCA + NmsCA = 8,5 + 0,649 =9,15 kW Tổng cơng suất hữu ích cao áp và hạ áp: Ne = NeCA + NeHA = 9,15 + 7,46 = 16,61 kW Tổng cơng suất điện cao áp và hạ áp: kW Trong đĩ: - hiệu suất truyền động của khớp, đai,… ta lấy = 0,95 - hiệu suất động cơ lắp đặt, chọn = 0,9 Chọn cơng suất động cơ Ndc: Được xác định như sau: Ndc = (1,1÷2,1)Nel = 1,3.19,4 = 25,22 kW Để đảm bảo an tồn cho hệ thống lạnh trong quá trình làm việc ta chọn hệ số an tồn là 1,3. Nhiệt thải của thiết bị ngưng tụ Qk: Qk = m3.l3 = m3(i4 – i5) = 0,04(1640 - 350) = 51,6 kW 3.4.3 Tính chọn máy nén và thiết bị trao đổi nhiệt 1. Chọn máy nén Qua việc tính tốn nhiệt tải kho lạnh ở chương III, ta xác định được nhiệt tải của máy nén Q0MN = 39,6 kW. Đây chính là năng suất lạnh mà máy nén cần phải đạt được để bảo đảm duy trì được nhiệt độ kho lạnh ở điều kiện thiết kế. Với chế độ làm việc như sau: + Máy nén 2 cấp + Mơi chất lạnh amoniac NH3 + Nhiệt độ ngưng tụ tk = 380C + Nhiệt độ sơi mơi chất t0 = -280C + kW, Ndc = 25,2 Kw Tra phần mềm chọn máy hãng Mycom, tơi chọn 2 máy nén Mycom 2 cấp cĩ kí hiệu N42A với các thơng số sau: Bảng 3-7 Thơng số kỹ thuật của máy nén MYCOM N42A Kí hiệu Pittong và S, mm Số xi lanh Tốc độ (v/ph) Thể tích quét, (m3/h) Q0 (kW) Ne (kW) N42A 95x76 4+2 1000 193,9 35,4 17,3 Hình 3-2 Máy nén MYCOM N42A 2. Tính chọn thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh là các thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt, trong đĩ mơi chất lạnh cĩ áp suất cao, nhiệt độ cao sau máy nén được làm mát bằng khơng khí, nước hay chất lỏng nhiệt độ thấp khác để ngưng tụ thành lỏng. Quá trình ngưng tụ luơn kèm theo hiện tượng tỏa nhiêt, nĩi cách khác nếu khơng được làm mát liên tục thì quá trình ngưng tụ sẽ dừng lại, mục đích biến hơi mơi chất lạnh thành lỏng cũng khơng thực hiện được. Mặt khác trong thiết bị ngưng tụ nếu áp suất của mơi chất lạnh khơng thay đổi thì nhiệt độ ngưng tụ sẽ giữ khơng đổi. Chế độ làm việc của thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh cũng cĩ ảnh hưởng rất lớn tới sự làm việc và đặc tính năng lượng của tồn thể hệ thống. Do bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị khơng thể quá lớn nên nhiệt độ ngưng tụ tk trong máy phải cao hơn nhiệt độ mơi trường xung quanh. Chính trị số độ chênh lệch nhiệt độ này đã gây nên độ khơng thuận nghịch bên ngồi và dẫn tới tổn thất năng lượng. Như vậy xuất hiện bài tốn tối ưu về kinh tế - kỹ thuật trong việc lựa chọn thiết bị ngưng tụ. Khi tăng trị số độ chênh lệch nhiệt độ thì tổn thất năng lượng và chi phí vận hành tăng nhưng bề mặt của thiết bị ngưng tụ lại giảm đi, kết quả vốn đầu tư sẽ giảm. Ngược lại nếu chọn thiết bị ngưng tụ với độ chênh lệch nhiệt độ nhỏ thì tổn thất năng lượng nhỏ, chi phí vận hành giảm nhưng thiết bị lại lớn dẫn đến vốn đầu tư ban đầu tăng. Quá trình ngưng tụ mơi chất amoniac là quá tình ngưng màng, do vậy việc xác định cường độ trao đổi nhiệt phải tính tới nhiệt trở của màng chất ngưng. Để tăng cường trao đổi nhiệt khi ngưng tụ ta phải tìm cách tạo ra dịng chảy rối, phá vỡ và tách màng chất ngưng khỏi bề mặt đổi nhiệt. Vì vậy việc áp dụng các biện pháp để giảm bớt tổn thất ở thiết bị ngưng tụ sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao cho tồn hệ thống. Tính thiết bị ngưng tụ: - Chọn kiểu thiết bị thiết kế và chế độ làm việc của nĩ. Tơi chọn: thiết bị ngưng tụ kiểu ống chùm vỏ bọc nằm ngang sử dụng cho mơi chất NH3 giải nhiệt bằng nước qua tháp giải nhiệt với các chế độ làm việc là: Nhiệt độ nước vào bình ngưng tw1 = 280C Nhiệt độ nước ra bình ngưng tw2 = 330C Nhiệt độ ngưng tụ của mơi chất tk = 380C - Tính diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ. Được xác định theo cơng thức: , m2 Trong đĩ: K - hệ số truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ, W/m2K. Với bình ngưng ống chùm vỏ bọc amoniac nằm ngang thì K = 700 ÷ 1000 W/m2K, ta chọn K = 700 W/m2K. Qk - phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ, kW - độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa mơi chất và mơi trường làm mát, 0K. Được xác đinh theo cơng thức: Với : - hiệu nhiệt độ lớn nhất, = tk – tw1 = 38 - 28 = 10K - hiệu nhiệt độ nhỏ nhất, = tk – tw2 = 38 – 33 = 5K Khi đĩ: Chọn bình ngưng tụ do hãng Guentner (Đức) cĩ kiểu AK – 25,20 với các thơng số như sau: Bảng 3-8 Thơng số kỹ thuật của bình ngưng của hãng Guentner Kiểu Qk kW V m3/h bar Aa m2 D1 mm L mm L1 mm B mm H mm VMR dm3 VRR dm3 M kg AK – 25,20 57,1 9,8 0,21 11,3 273 2000 2250 360 680 70 40 220 Cấu tạo và hoạt động của bình ngưng Guentner. Hơi quá nhiệt từ máy nén được đưa vào bình ngưng theo đường ống 1 vào điền đầy vào khơng gian giữa các ống, tỏa nhiệt cho nước làm mát đi trong ống thành phần và ngưng tụ lại. Lỏng được lấy ra ở phía dưới bình ngưng theo ống 2 và đổ vào bình chứa cao áp. Nhiệt độ nước vào và ra khỏi bình ngưng chênh lệch khoảng 5 ÷ 60C do trao đổi nhiệt với hơi mơi chất. 1 2 5 6 4 3 8 7 Hình 3-3 Bình ngưng ống chùm vỏ bọc nằm ngang NH3 hãng Guntner Hơi NH3 từ thiết bị ngưng tụ Lỏng sau ngưng tụ Nối van an tồn Áp kế Nước vào làm mát bình ngưng Nước ra khỏi bình ngưng Đường cân bằng áp suất với bình ngưng Tách khí khơng ngưng 3. Chọn thiết bị bay hơi Thiết bị bay hơi cĩ nhiệm vụ hĩa hơi gas bão hịa ẩm sau tiết lưu đồng thời làm lạnh mơi trường cần làm lạnh. Như vậy cùng với thiết bị ngưng tụ, máy nén, thiết bị tiết lưu thì thiết bị bay hơi là một trong những bộ phận quan trọng khơng thể thiếu trong hệ thống lạnh. Quá trình làm việc của thiết bị bay hơi ảnh hưởng tới thời gian và hiệu quả làm lạnh. Vì vậy dù hệ thống trang bị tốt đến đâu nhưng thiết bị bay hơi làm việc kém hiệu quả thì tất cả trở nên vơ ích. Do đĩ cần chọn thiết bị bay hơi phù hợp cho hệ thống, cĩ diện tích phù hợp với diện tích yêu cầu. Tơi chọn dàn bay hơi đối lưu khơng khí cưỡng bức của hãng Guentner xả tuyết bằng điện trở. Với yêu cầu làm việc: + Năng suất lạnh kW + Nhiệt độ bay hơi t0 = -280C Chọn 3 dàn lạnh, mỗi dàn 3 quạt của hãng Guentner cĩ ký hiệu: Type – 046B/37. H L 3 4 1 2 B 5 1- Quạt thổi 2 - Máng nước ngưng 3 - Ống gas vào 4 - Ống gas ra 5 - Ống thốt nước ngưng Hình 3-4 Cấu tạo dàn lạnh của hãng Guentner Bảng 3-9 Thơng số kỹ thuật của dàn lạnh Guentner Type 046B/37 Type Q0 kW F m2 V m3/h Tầm thổi, m L mm B mm H mm Inlet mm Outlet mm M kg 046B/37 13,4 101,9 13500 17 2876 685 665 21,3 48,3 168 Hình 3-5 Dàn lạnh của hãng Guentner 4. Chọn van tiết lưu màng cân bằng ngồi Van tiết lưu là bộ phận chính trong hệ thống lạnh, nĩ cĩ nhiệm vụ tiết lưu lỏng mơi chất ở áp suất cao, nhiệt độ cao xuống áp suất thấp và nhiệt độ bay hơi thấp. Nĩ cịn cĩ nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng mơi chất cấp vào thiết bị bay hơi. Van tiết lưu cân bằng ngồi thường sử dụng cho hệ thống lạnh thiết bị bay hơi cĩ trở lực lớn. Việc chọn van tiết lưu phải dựa vào các thơng số sau: + Nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ. + Năng suất lạnh Q0. + Loại mơi chất làm việc trong hệ thống lạnh. Ở đây tơi quyết định chọn van tiết lưu cân bằng ngồi của hãng Danfoss cho hệ thống. Với các thơng số sau: + Mơi chất lạnh sử dụng: NH3 + Năng suất lạnh: Q0 = 39,6 kW + Nhiệt độ bay hơi t0 = -280C + Nhiệt độ ngưng tụ tk = 380C Độ giáng áp qua van tiết lưu là bar Với - tổn thất áp suất trên đường ống, khoảng 0,5 bar. Tra trong catolog của hãng Danfoss ta chọn 3 van tiết lưu màng cho 3 dàn lạnh cĩ kí hiệu TEA 20-5. Bảng 3-10 Thơng số của van tiết lưu nhiệt cân bằng của Danfoss Type t0, oC , bar Cơng suất,kW TEA 20-5 -30 14 13,7 Pt tqn 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 5 Pt P0 1 - Bầu cảm biến 2 - Ống mao 3 - Màng xếp 4 - Đường cân bằng áp với dàn lạnh 5 - Kim phun 6 - Tiết lưu vào dàn lạnh 7 - Nắp chụp 8 - Vít điều chỉnh 9 - Lị xo 10 - Dịch từ bình chứa cao áp vào 11 - Phin lọc 12 - Ty van 1 Hình 3-6 Nguyên lý cấu tạo van tiết lưu màng cân bằng ngồi ` Hình 3-7 Van tiết lưu màng cân bằng ngồi TEA 20-5 của hãng Danfoss Hình 3-8 Kích thước van TEA 20-5 Ngồi ra trong hệ thống cịn sử dụng các van tiết lưu vào bình trung gian, van tiết lưu vào bình tách khí khơng ngưng ta sử dụng van tiết lưu tay điều chỉnh nhờ đĩng mở van điện từ. 3.4.4 Chọn các thiết bị khác của hệ thống lạnh 1. Chọn bình chứa cao áp Cơng dụng: Bình chứa cao áp được bố trí ngay sau bình ngưng tụ, dùng để chứa lỏng mơi chất ở áp suất cao, nhiệt độ cao giải phĩng bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ, duy trì sự cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu. Nĩ được đặt ngay dưới bình ngưng và được cân bằng áp suất với bình ngưng bằng các đường cân bằng hơi và lỏng. Nĩ cĩ tác dụng chứa tồn bộ lượng gas trong hệ thống khi cần sửa chữa bảo dưỡng. Cấu tạo bình chứa cao áp: Bình chứa cao áp nằm ngang cho mơi chất ammoniac là một hình trụ nằm ngang. Bình chứa cao áp được thiết kế để đảm bảo áp suất làm việc là 1,8MPa. 7 6 8 9 5 3 4 2 1 10 Hình 3-9 Cấu tạo bình chứa cao áp 1 - Đường cân bằng áp suất với bình ngưng; 2 - Đường nối với thiết bị tách khí khơng ngưng; 3 - Van an tồn ; 4 - Đồng hồ áp kế; 5 - Đường lỏng từ bình ngưng xuống; 6 - Đường lỏng từ bình tách khí khơng ngưng về; 7 – Đường cấp dịch,tiết lưu vào bình tách khí khơng ngưng; 8 - Kính xem gas; 9 - Xả dầu; 10 - Ống xả đáy Tính tốn bình chứa cao áp: Theo quy định về an tồn thì sức chứa của bình chứa cao áp phải đạt 30% sức chứa của tồn bộ hệ thống bay hơi (bao gồm tất cả các tổ dàn và thiết bị làm lạnh khơng khí) đối với hệ thống cấp mơi chất từ trên xuống. Ở đây ta sử dụng phương pháp cấp dịch tiết lưu trực tiếp vào dàn bay hơi - cấp dịch từ trên xuống. Thể tích bình chứa cao áp được xác định theo cơng thức sau: ,m3 Với VBH – dung tích hình học của hệ thống bay hơi, m3 Thể tích của dàn bay hơi chính là thể tích phần trong của tồn bộ ống thép mà mơi chất chứa trong đĩ. Theo tính tốn dàn bay hơi: + Dàn bay hơi gồm 12 ống, mỗi ống dài 2,5m + Gồm 6 dãy ống Chiều dài tổng của ống thép trong 3 dàn lạnh là L = 600 m Ta cĩ Theo kinh nghiệm thì lượng gas chứa trong dàn lạnh bằng 30% lựợng gas của tồn hệ thống. Do yêu cầu bình chứa cao áp phải chứa được tồn bộ lượng gas của hệ thống trong khi sửa chữa và bảo dưỡng. Vậy chọn bình chứa cao áp nằm ngang loại 0,75PB, [TL2,310] với các thơng số sau: Bảng 3-11 Thơng số kỹ thuật của bình chứa cao áp 0,75PB Loại bình DxS mm L mm H mm Thể tích m3 Khối lượng kg 0.75PB 600x8 3190 500 0,75 430 2.Chọn bình trung gian ống xoắn Cơng dụng: Cơng dụng chính của thiết bị làm mát trung gian là làm mát trung gian các cấp nén trong hệ thống lạnh máy nén nhiều cấp. Ở đây ta sử dụng thiết bị làm mát trung gian là bình trung gian đặt đứng cĩ ống xoắn ruột gà. Bình trung gian cĩ ống xoắn ruột gà ngồi việc sử dụng để làm mát trung gian, bình cịn cĩ thể sử dụng để: + Tách dầu cho dịng gas đầu đẩy máy nén cấp 1. + Tách lỏng cho gas hút về máy nén cấp 2. + Quá lạnh cho lỏng trước khi tiết lưu vào dàn lạnh nhằm giảm tổn thất tiết lưu. 3 2 4 6 1 15 12 13 14 11 9 7 10 V1 V2 V1 V2 5 Cấu tạo bình trung gian: Hình 3-10 Cấu tạo bình trung gian ống xoắn 9 - Hồi lỏng 10 – Xă đáy, hồi dầu 11 - Chân bình 12 – Tấm bạ 13 – Thanh đỡ 14 - Ống gĩp lắp van phao 15 - Ống lắp van an tồn, áp kế 1 – Hơi hút về máy nén áp cao 2 – Hơi nén tầm thấp vào 3 - Tiết lưu vào 4 – Cách nhiệt bình trung gian 5 – Nĩn chắn 6 - Lỏng ra 7 - Ống xoắn ruột gà 8 - Lỏng vào Bình trung gian cĩ cấu tạo hình trụ, cĩ chân cao, bên trong bình bố trí ống xoắn làm lạnh dịch lỏng trước tiết lưu. Bình cĩ trang bị hai cơng tắc phao khống chế mức dịch, các cơng tắc phao được nối vào ống gĩp 14 để lấy tín hiệu. Cơng tắc phao trên V1 bảo vệ mức dịch cực đại của bình, nhằm ngăn ngừa lỏng hút về máy nén cao áp. Khi mức lỏng trong bình dâng cao đạt mức cho phép, cơng tắc phao tác động đĩng van điện từ 3 cấp dịch vào bình. Cơng tắc phao phía dưới V2 khống chế mức dịch cực tiểu nhằm đảm bảo các ống xoắn luơn ngập trong dịch lỏng. Khi mức dịch dưới hạ xuống thấp quá mức cho phép, cơng tắc phao V2 tác động mở van điện từ cấp dịch cho bình. Ngồi cơng tắc phao, bình cịn được trang bị van an tồn và đồng hồ áp suất lắp ở phía trên thân bình. Hoạt động: Gas từ máy nén cấp 1 đến bình được dẫn sục vào khối lỏng cĩ nhiệt độ thấp và trao đổi nhiệt một cách nhanh chĩng. Phần cuối ống đẩy 2, người ta khoan nhiều lỗ nhỏ để hơi sục ra xung quanh đều hơn. Phía trên thân bình cĩ các nĩn chắn cĩ tác dụng chắn khơng cho lỏng hút lên phía trên để tránh hiện tượng hút lỏng về của máy nén tầm cao. Dịng lỏng tiết lưu hịa trộn với hơi quá nhiệt cuối quá trình nén tầm thấp, trước khi dưa vào bình. Ống hơi hút về máy nén cấp 2 được bố trí nằm phía trên các nĩn chắn. Bình trung gian được bọc cách nhiệt, bên ngồi cùng bọc lớp tơn bảo vệ. Tính tốn bình trung gian: Tính tốn bình trung gian bao gồm: + Ta tính diện tích truyền nhiệt của ống xoắn dựa vào bề mặt truyền nhiệt bình trung gian thích hợp. Ta cĩ Trong đĩ: - Phụ tải nhiệt của ống xoắn, được tính như sau: = m1(h5- h6) = 0,033(350-230) = 3,96 kW k - Là hệ số truyền nhiệt của ống xoắn, k = 580 ÷ 700W/m2K, lấy k=600W/m2K - Nhiệt độ trung bình logarit của bình trung gian, được tính theo cơng thức: với ; + Đường kính bình trung gian đủ lớn để tốc độ mơi chất trong bình khơng lớn nhằm mục đích tách lỏng và tách dầu: m =167mm Trong đĩ: V - Lưu lượng thể tích trong bình, bằng lưu lượng hút cấp 2,m3/s - Tốc độ gas trong bình, chọn =0,5m/s Ta chọn bình trung gian cĩ kí hiệu 40C3, [TL2,312]. Bảng 3-12 Thơng số kỹ thuật của bình trung gian 40 Bình TG DxS mm d mm H mm Fox m2 VbTG m3 M kg 40C3 426x10 70 2390 1,75 0,22 330 Hình 3-11 Bình trung gian của Cơng ty SEAREE – Đà Nẵng 3. Chọn bình tách dầu: Cơng dụng: Các máy lạnh khi làm việc làm việc cần phải tiến hành bơi trơn các chi tiết chuyển động nhằm giảm ma sát, tăng tuổi thọ thiết bị. Trong quá trình máy nén làm việc dầu thường bị cuốn theo mơi chất lạnh.Việc dầu bị cuốn theo mơi chất lạnh cĩ thể gây ra các hiện tượng: + Máy nén thiếu dầu, chế độ bơi trơn khơng tốt nên dễ cháy, hư hỏng. + Dầu sau khi theo mơi chất lạnh sẽ đọng bám ở các thiết bị trao đổi nhiệt như thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi, làm giảm hiệu quả trao đổi nhiệt, ảnh hưởng chung đến chế độ làm việc của tồn hệ thống. Vì vậy để tách lượng dầu cuốn theo mơi chất khi máy nén làm việc, ngay trên đầu ra của máy nén người ta bố trí bình tách dầu. Lượng đầu được tách ra sẽ được đưa về bình thu hồi dầu. Nguyên lý làm việc: Nhằm đảm bảo tách triệt để dầu bị cuốn theo mơi chất lạnh, bình tách dầu được thiết kế theo nhiều nguyên lý khác nhau như sau: + Giảm đột ngột tốc độ dịng gas từ tốc độ cao (khoảng 18 ÷ 25 m/s) xuống tốc độ thấp 0,5 ÷ 1m/s. Khi giảm tốc độ đột ngột các giọt dầu mất động năng và rơi xuống. + Thay đổi hướng chuyển động của dịng mơi chất một cách đột ngột. Dịng mơi chất đưa vao bình khơng theo phương thẳng mà đưa ngoặt theo những gĩc nhất định. + Dùng các tấm chắn hoặc khối đệm để ngăn các giọt dầu. Khi dịng mơi chất chuyển động va vào các vách chắn, khối đệm các giọt dầu bị mất động năng và rơi xuống. + Làm mát dịng mơi chất xuống 50 ÷ 600C bằng ống xoắn trao đổi nhiệt đặt trong bình tách dầu. + Sục hơi nén cĩ lẫn dầu vào mơi chất lạnh ở trạng thái lỏng. Ở đây ta chọn bình tách dầu kiểu nĩn chắn. 2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bình tách dầu: 3 4 5 1 6 7 1 – Hơi vào 2 – Vành gia cường 3 – Hơi ra 4 – Nĩn chắn trên 5 - Cửa hơi xả vào bình 6 – Nĩn chắn dưới 7 - Dầu về bình chứa dầu Hình 3-12 Bình tách dầu kiểu nĩn chắn Nguyên lý tách dầu kết hợp rẽ ngoặt dịng đột ngột, giảm tốc độ dịng và sử dụng các nĩn chắn. Dịng hơi từ máy nén đến khi vào bình rẽ ngoặt 900, trong bình tốc độ dịng giảm đột ngột xuống khoảng 0,5 m/s, các giọt dầu phần lớn rơi xuống phía dưới bình. Hơi sau đĩ thốt lên phía trên đi qua các lỗ khoan nhỏ trên các tấm chắn. Các giọt dầu cịn lẫn sẽ dược các nĩn chắn cản lại. Để dịng hơi khi vào bình khơng sục tung tĩe lượng dầu đã được tách ra nằm ở đáy bình, phía dưới người ta bố trí thêm một nĩn chắn. Nĩn chắn này khơng cĩ khoan lỗ nhưng ở chỗ gắn vào bình cĩ các khoảng hở để dầu cĩ thể chảy về phía dưới. Ngồi ra ngồi cuối ống dẫn hơi bịt kín khơng xả hơi thẳng xuống phía dưới đáy bình mà hơi được xả ra xung quanh theo các rãnh xẻ hai bên. Tính tốn bình tách dầu: Bình tách dầu phải đảm bảo đủ lớn để tốc độ gas trong bình đạt yêu cầu. Xác định đường kính trong Dt của bình: m . Chọn Dt = 200m Trong đĩ: V – lưu lượng thể tích dịng hơi đi qua bình tách dầu, nĩ bằng lưu lượng thể tích của máy nén cao áp, m3/s. Ta cĩ VttCA = 0,011m3/s. - tốc độ của hơi mơi chất trong bình, m/s. Tốc độ hơi trong bình đủ nhỏ để tách các hạt dầu = 0,5 ÷ 1m/s. Chọn m/s. 4. Chọn bình tách lỏng Cơng dụng, nguyên lý làm việc: Để ngăn ngừa hiện tượng ngập lỏng gây hư hỏng máy nén, trên đường hơi hút về máy nén người ta bố trí bình tách lỏng. Bình tách lỏng sẽ tách các giọt hơi ẩm cịn lại trong dịng hơi trước khi về máy nén. Bình tách lỏng làm việc theo nguyên lý tương tự bình tách dầu. Điểm khác biệt nhất giữa các bình là ở bình tách lỏng phạm vi nhiệt độ làm việc khác. Bình tách dầu làm việc ở nhiệt độ cao cịn bình tách lỏng làm việc ở phạm vi nhiệt độ thấp nên cần bọc cách nhiệt, bình tách dầu đặt trên đường ống đẩy, cịn bình tách lỏng đặt trên đường ống hút. 3 4 5 1 6 1 – Ống gas vào 2 – Vành gia cường 3 – Ống gas ra 4 – Nĩn chắn trên 5 - Cửa hơi xả vào bình 6 - Lỏng ra 2 Cấu tạo bình tách lỏng Hình 3-13 Bình tách lỏng kiểu nĩn chắn Tính tốn bình tách lỏng: Bình tách lỏng phải đảm bảo đủ lớn để tốc độ gas trong bình đạt yêu cầu. Đường kính trong của bình Dt: m. Chọn Dt = 300 mm Trong đĩ: Vh – lưu lượng thể tích dịng hơi đi qua bình tách lỏng, nĩ bằng lưu lượng thể tích của máy nén hạ áp. VttHA= 0,03 m3/s. - tốc độ của hơi mơi chất trong bình, m/s. Tốc độ hơi trong bình đủ nhỏ để tách được các hạt lỏng, = 0,5 ÷ 1m/s 5. Bình tập trung dầu Trong hệ thống lạnh NH3, dầu được thu gom về bình thu hồi dầu. Bình thu hồi dầu cĩ cấu tạo giống bình chứa cao áp gồm các bộ phận sau: thân bình dạng trụ, các đáy elip, trên cĩ lắp bộ ống thủy xem mức dầu, van an tồn, đồng hồ áp suất, đường dầu thu hồi về, đường nối về ống hút và xả đáy bình. Để thu hồi dầu từ các thiết bị về bình thu hồi dầu, trước hết cần phải tạo áp suất thấp trong bình nhờ đường nối thơng ống hút của máy nén. Sau đĩ mở van xả dầu của các thiết bị để dầu tự động chảy về bình. Dầu sau đĩ được xả ra ngồi đem xử lý hoặc loại bỏ, trước khi xả dầu nên hạ hạ áp suất trong bình xuống xấp xỉ áp suất khí quyển. Khơng được để áp suất chân khơng trong bình khi xả dầu, vì như vậy khơng những khơng xả được dầu mà cịn để lọt khí khơng ngưng vào bên trong hệ thống. 5 4 1 3 2 6 BTG, BCCA BTD BTL Cấu tạo bình tập trung dầu: Hình 3-14: Bình thu hồi dầu 1 – Kính xem mức 4 - Đường nối về ống hút 2 – Áp kế 5 - Đường xả dầu 3 – Van an tồn 6 - Đường hồi dầu về 6. Bình tách khí khơng ngưng Cơng dụng: Khi để lọt khí khơng ngưng vào bên trong hệ thống lạnh, hiệu quả làm việc và độ an tồn của hệ thống lạnh giảm rõ rệt, các thơng số vận hành cĩ xu hướng kém hơn: + Áp suất và nhiệt độ ngưng tụ tăng, + Nhiệt độ cuối quá trình nén tăng, + Năng suất lạnh giảm. Vì vậy nhiệm vụ của bình là tách các khí khơng ngưng trong hệ thống lạnh, xả bỏ ra bên ngồi để nâng cao hiệu quả làm việc, độ an tồn hệ thống, đồng thời tránh khơng được xả lẫn mơi chất ra bên ngồi. Nguyên nhân lọt khí khơng ngưng: Khí khơng ngưng lọt vào hệ thơng do nhiều nguyên nhân khác nhau: + Do hút chân khơng khơng triệt để trước khi nạp mơi chất lỏng, khi lắp đặt hệ thống. + Khi sửa chữa, bảo dưỡng máy nén và thiết bị. + Khi nạp dầu cho máy nén. + Khi phân hủy dầu ở nhiệt độ cao. + Do mơi chất lạnh bị phân hủy. + Do rị rỉ ở phía hạ áp, phía hạ áp trong nhiều trường hợp cĩ áp suất chân khơng, nên khi cĩ vết rị khơng khí bên ngồi sẽ lọt vào bên trong hệ thống. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Bình tách khí khơng ngưng hoạt động trên nguyên tắc làm lạnh hỗn hợp khí khơng ngưng cĩ lẫn hơi mơi chất để ngưng tụ hết mơi chất, trước khi xả khí ra bên ngồi. Khí khơng ngưng thường tập trung nhiều nhất ở thiết bị ngưng tụ, bình chứa cao áp. Khi dịng mơi chất đến thiết bị ngưng tụ, hơi mơi chất được ngưng tụ và chảy về bình chứa cao áp. Phần lớn khí khơng ngưng được tích tụ tại thiết bị ngưng tụ, tuy nhiên vẫn cịn lẫn rất nhiềt mơi chất lạnh chưa được ngưng hết. Vì vậy ta chuyển hỗn hợp khí đĩ đến bình tách khí khơng ngưng, tiếp tục được làm lạnh ở nhiệt độ thấp hơn để ngưng tụ hết mơi chất lạnh. Khí khơng ngưng sau đĩ được xả ra ngồi. Lỏng về Đường hút về máy nén Thùng nước Kkn+mc SV2 Van chặn giảm áp Hình 3-15: Bình tách khí khơng ngưng Cấu tạo bình tách khí khơng ngưng gồm thân bình hình trụ, các đáy dạng elip, bên trên cĩ bố trí các thiết bị như van an tồn, đồng hồ áp suất. Bên trong cĩ bình cĩ ống trao đổi nhiệt dạng xoắn để làm lạnh và ngưng tụ hơi mơi chất. Mơi chất sau khi ngưng tụ được hơi về phía trước tiết lưu để tiết lưu làm lạnh bình. 7. Chọn tháp giải nhiệt Cơng dụng và cấu tạo tháp giải nhiệt: Nhiệm vụ của tháp giải nhiệt là thải tồn bộ lượng nhiệt do mơi chất lạnh ngưng tụ tỏa ra. Lượng nhiệt này được thải ra mơi trường nhờ chất tải nhiệt trung gian là nước. Nước vào bình ngưng cĩ nhiệt độ , nhận nhiệt ngưng tụ tăng lên khoảng 50C, ra khỏi bình ngưng cĩ nhiệt độ . Nước sau khi ra khỏi bình ngưng được đưa sang tháp giải nhiệt và phun thành các giọt nhỏ. Nước nĩng chảy theo khối đệm xuống, trao đổi nhiệt và chất với khơng khí đi ngược dịng từ dưới lên trên nhờ quạt giĩ cưỡng bức. Quá trình trao đổi nhiệt và chất chủ yếu là quá trình bay hơi một phần nước và khơng khí. Nhiệt độ nước giảm 50C và xuống nhiệt độ ban đầu . Tháp được làm bằng vật liệu nhựa composit khá bền, nhẹ và thuận lợi lắp đặt. Bên trong cĩ các khối nhựa cĩ tác dụng làm tơi nước, tăng diện tích và thời gian tiếp xúc. Nước nĩng được bơm tưới từ trên xuống, trong quá trình phun, ống phun quay quanh trục và tưới đều lên trên các khối nhựa. Khơng khí được quạt hút từ dưới lên và trao đổi nhiệt cưỡng bức với nước. Quạt được đặt ở phía trên của tháp giải nhiệt. Phía dưới thân tháp cĩ các tấm lưới cĩ tác dụng ngăn khơng cho rác bên ngồi rơi vào bên trong bể nước của tháp và cĩ thể tháo ra để vệ sinh đáy tháp. Thân tháp được lắp ghép từ các tấm rời, vị trí lắp ghép tạo thành gân làm cho thân tháp vững chắc hơn. Ống nước vào ra tháp bao gồm: Ống nước nĩng vào, ống bơm nước đi, ống xả tràn, ống xả đáy và ống cấp nước bổ sung. 1 2 3 4 9 8 7 14 11 12 13 6 6 5 10 Bình ngưng Hình 3-16: Cấu tạo tháp giải nhiệt. 1 - Động cơ quạt giĩ; 2 - Vỏ tháp; 3 - Chắn bụi nước; 4 – Dàn phun nước; 5 - Khối đệm; 6 - Cửa khơng khí vào; 7 - Bể nước; 8 - Đường nước lạnh cấp làm mát bình ngưng; 9 - Đường nước nĩng từ bình ngưng ra đưa vào dàn phun để làm mát xuống nhờ khơng khí đi ngược chiều từ dưới lên; 10 – Phin lọc nước; 11 - Phễu chảy tràn; 12 – Van xả đáy; 13 - Đường cấp nước với van phao; 14 – Bơm nước. Tính chọn tháp tải nhiệt: Cơng suất giải nhiệt của tháp xác định theo cơng thức: Qk = Gn.Cn.tn , W Trong đĩ: Gn- Lưu lượng nước của tháp, kg/s. Cn - Nhiệt dung riêng của nước, Cn = 4,186 kj/kg.K tn- Độ chênh lệch nhiệt độ của nước vào và ra tháp giải nhiệt. Lưu lượng nước qua tháp giải nhiệt: kg/s =2,46 l/s Dựa vào lượng nhiệt thải ra của mơi chất lạnh NH3 ở thiết bị ngưng tụ ta chọn tháp giải nhiệt. Trước hết ta quy năng suất nhiệt ra Ton. Theo tiêu chuẩn CTI 1 Ton tương đương với 3900 kcal/h. Ta cĩ: Ton Tra bảng 8-22, [TL2, 318], ta chọn tháp giải nhiệt kiểu FRK-15 của hãng Rinki với các thơng số kỹ thuật sau: Bảng 3-13 Thơng số kỹ thuật của tháp giải nhiệt Rinki kiểu FRK-15 Lưu lượng nước định mức 3,25 l/s Chiều cao tháp 1665 mm Đường kính tháp 1170 mm Đường kính ống nối nước vào 50 mm Đường kính ống nối nước ra 50 mm Đường chảy tràn 25 mm Đường kính đường xả 25 mm Đường kính ống van phao 15 mm Lưu lượng quạt giĩ 140 m3/ph Đường kính quạt giĩ 630 mm Mơtơ quạt 0,37 kW Khối lượng tĩnhz 52kg Khối lượng khi vận hành 165 kg Độ ồn của quạt 50,5 dBA 3.4.5 Tính chọn đường ống mơi chất Ta cĩ thể tính tốn đường kính trong của ống dẫn theo biểu thức sau: , m Trong đĩ: mi – Lưu lượng mơi chất qua ống, kg/s. vi - Thể tích riêng của mơi chất, kg/m3. - Tốc độ dịng chảy trong ống, m/s. Bảng 3-14 Tốc độ dịng chảy thích hợp, [TL2, 345]. Đường ống (m/s) Đường hút máy nén 15÷20 Đường đẩy máy nén 15÷25 Đường dẫn lỏng mơi chất 0,5÷2 Di - đường kính ống dẫn thứ i, mm Trong đĩ: D1 - đường kính ống hút về mỗi máy nén phía hạ áp. D2 - đường kính đầu đẩy của mỗi máy nén phía hạ áp. D3 - đường kính ống gĩp đầu đẩy vào bình trung gian. D4 - đường kính ống gĩp hút từ dàn lạnh về. D5 - đường kính ống hút về ống gĩp từ bình trung gian. D6 - đường kính ống hút về mỗi máy nén tầm cao. ` D7 - đường kính đầu đẩy của mỗi máy nén tầm cao. D8 - đường kính ống gĩp đầu đẩy vào bình ngưng. D9 - đường kính ống dẫn gas lỏng từ dàn ngưng. Bảng 3-15 Đường kính ống mơi chất mi (kg/s) (m/s) vi (kg/m3) Di (mm) Dch (mm) 0,0165 15 0,92 34 40 0,0165 20 0,35 17 20 0,033 20 0,35 24 25 0,04 15 0,92 45 50 0,04 15 0,28 27 32 0,02 15 0,28 19 20 0,02 20 0,12 12 15 0,04 20 0,12 16 20 0,04 1 0,005 14 15 CHƯƠNG IV: LẮP ĐẶT HỆ THỐNG LẠNH 4.1 LẮP ĐẶT KHO LẠNH 4.1.1 Gia cố và xây dựng nền mĩng kho Đây là cơng đoạn quan trọng nhất của quá trình xây dựng kho, nĩ quyết định tính vững chắc và an tồn của kho lạnh. Xung quanh mĩng được đào xuống sâu 200mm. Sau đĩ xây bệ mĩng bằng đá chẻ, tiếp theo đổ cát bên trong dày 100mm và đầm chặt. Sau đĩ đổ một lớp bê tơng lĩt dày 100mm với đá 4x6, rồi tiếp theo đổ thêm một lớp bê tơng chịu lực dày 200mm với đá 1x2 và xây con lươn thơng giĩ cao 300mm bằng gạch thẻ, khoảng cách giữa các con lươn 200mm. Chú ý là các con lươn phải dốc về hai phía để tránh đọng sương, độ dốc khoảng 2%. 4.1.2 Xây dựng kết cấu bao che cho kho Sau khi xây dựng nền mĩng xong, tiến hành xây dựng kết cấu trụ đỡ, khung và lợp mái tơn. Sau khi cơng việc hồn tất thì ta bắt đầu xây dựng phần quan trọng nhất là lắp ghép các tấm panel. 4.1.3 Lắp ghép các tấm panel Các tấm panel sau khi sản xuất đều cĩ bọc lớp nilon bảo vệ tránh xây xước bề mặt trong quá trình vận chuyển, lắp đặt. Lớp nilon đĩ chỉ nên dỡ ra sau khi lắp đặt hồn thiện và chạy thử kho để đảm bảo thẩm mĩ cho vỏ kho. Nguyên tắc chung: Kho lạnh được lắp ghép từ các tấm panel tiêu chuẩn chế tạo sẵn. Việc lắp ghép hai tấm panel lại với nhau địi hỏi độ chính xác cao. Đảm bảo độ kín để tránh gây ra hiện tượng cầu nhiệt kho lạnh, chất lượng cơng tình tăng và giảm chi phí vận hành. Cách ghép hai tấm panel lại với nhau: Khi ghép hai tấm panel lại với nhau, ta cần xác định chiều của các tấm panel để tạo sự gắn khớp giữa các khĩa khi lắp ghép. Sau đĩ ép chặt hai tấm lại với nhau rồi dùng lục giác xoay khĩa cam-locking lại để mộng dương mĩc vào mộng âm. Sau đĩ dùng đinh rivê để cố định các tấm lại rồi phun Silicon hoặc Sealant vào khe ghép để cách ẩm. Hình 4-1: Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của khĩa Cam - Blocking 6 5 4 3 2 1 1,4 - Tấm panel 2 - Nắp nhựa 3 – Đinh rive 5 – Khĩa âm 6 – Khĩa dương Hình 4-2: Mặt cắt mối ghép hai tấm panel Lắp ghép giữa panel nền và panel tường: Các tấm panel được lắp dọc theo chiều dài của kho và đặt vuơng gĩc với các con lươn thơng giĩ. Các tấm panel tường được đặt bao bên ngồi tấm panel nền bắn đinh rivê vào để cố định, tại miếng ghép bên trong giữa tường và nền cũng được phun Silicon rồi dùng nẹp inox hình chữ L (dày 2mm, rộng 40mm) nẹp lại sau đĩ bắn đinh rivê để giữ cố định. 125 1 125 2 3 4 1 - Tấm panel tường 2 - Tấm panel nền 3 - Nẹp inox hình chữ L 4 - Đinh rivê Hình 4-3: Mặt cắt mối ghép giữa panel tường và panel nền Lắp ghép panel trần với panel tường: 4 Các tấm panel trần được đặt gối lên các tấm panel tường đối diện nhau (tấm tường được cắt 2/3 theo chiều dày của tấm tường hình chữ L). Hai mép hai bên được nẹp bằng nẹp inox hình chữ L, sau đĩ bắn đinh rivê để giữ cố định. 1 2 3 1 – Tấm panel tường 2 - Nẹp inox chữ L 3 - Tấm panel trần 4 – Đinh rivê Hình 4-4: Mặt cắt mối ghép giữa panel tường và panel trần Để tránh panel trần bị võng, ta dùng các dầm treo bằng sắt gắn chặt vào các tấm panel trần bằng bulong, sau đĩ treo lên khung đỡ mái bằng các dây cáp. 1 2 3 1 – Khung dầm thép treo mái 2 – Tấm treo 3 – Thanh treo trần cĩ tăngđơ Hình 4-5: Cách treo panel trần Lắp van thơng áp: Do sự biến động về nhiệt độ nên áp suất trong kho luơn thay đổi, để cân bằng áp suất bên trong và bên ngồi kho ta gắn trên tường các van thơng áp. Nếu khơng cĩ van thơng áp khi áp suất trong kho giảm thì rất khĩ khăn khi mở cửa, ngược lại áp suất trong kho tăng thì cửa tự động mở ra. Các van thơng áp được gắn trên panel tường và cách trần khoảng 1m xung quanh van thơng áp ta gắn một dây điện trở để sưởi nĩng cửa van tránh van bị đĩng băng. Lắp ghép cửa và màn chắn khí: Sau khi lắp kết cấu tường bao xong ta tiến hành lắp cửa và màn chắn khí. Xung quanh chỗ ghép cửa ta cần lắp khung bao quanh viền bằng gỗ dày 30mm, cĩ chiều rộng bằng chiều dày của tấm panel và được bọc lại bằng nhựa cứng. Mặt ngồi của thành cửa ta bọc cao su mềm để tăng độ kín, bố trí dây điện trở sưởi cửa xung quanh để tránh cửa bị đĩng băng. Để tránh tổn thất nhiệt khi mở cửa ta gắn các màn nhựa chắn khí. Cửa kho phải trang bị bộ chốt cửa tự mở chống nhốt người. Lắp đặt hệ thống chiếu sáng và hệ thống báo động: Khi lắp đặt hệ thống chiếu sáng cần phải đảm bảo độ sáng trong kho để cơng nhân làm việc dễ dàng. Trong kho lắp 24 bĩng đèn, mỗi bĩng 20 W và được lắp trên trần dọc theo 2 lối đi. Để đề phịng sự cố xảy ra khi cĩ người làm việc trong kho gặp sự cố, trong kho ta phải lắp hệ thống cịi báo động từ trong kho ra ngồi và từ ngồi vào trong kho. 4.2 LẮP ĐẶT MÁY NÉN - Đưa máy vào vị trí lắp đặt: Khi cẩu chuyển cần chú ý chỉ được mĩc vào các vị trí đã được định sẵn khơng được mĩc tùy tiện vào ống, thân máy gây trầy xước và hư hỏng máy nén. - Khi lắp đặt máy nén cần chú ý đến các vấn đề: Thao tác vận hành, kiểm tra, an tồn, bảo trì, tháo dỡ, thi cơng đường ống, sửa chữa, thơng giĩ và chiếu sáng thuận lợi nhất. - Máy nén được lắp đặt trên các bệ mĩng bê tơng cốt thép. Bệ máy phải cao hơn bề mặt nền tối thiểu 100mm, tránh bị ướt bẩn khi vệ sinh phịng máy. Bệ mĩng được tính tốn theo tải trọng động của nĩ, máy được gắn chặt lên nền bê tơng bằng các bulong chơn sẵn, chắc chắn. Khả năng chịu đựng của mĩng phải đạt ít nhất là 2÷3 lần tải trọng của máy nén kể cả động cơ. - Bệ mĩng khơng được đúc liền với kết cấu xây dựng của tịa nhà tránh truyền chấn động làm hỏng kết cấu xây dựng. Để chấn động khơng truyền vào kết cấu xây dựng nhà, khoảng cách tối thiểu từ bệ máy đến mĩng ít nhất là 300mm. Ngồi ra nên dùng vật liệu chống rung giữa bệ mĩng và mĩng nhà. - Các bulơng cố định máy vào bệ mĩng cĩ thể đúc sẵn trong bê tơng trước hoặc sau khi lắp đặt máy hoặc sau khi lắp đặt máy rồi chơn cũng được. Phương pháp chơn bulơng sau khi lắp đặt máy thuận lợi hơn. Muốn vậy cần để sẵn các lỗ cĩ kích thước lớn hơn yêu cầu, khi đưa máy vào vị trí ta tiến hành lắp bulơng rồi sau đĩ cho vữa ximăng vào để cố định bulơng. - Sau khi đưa được máy vào vị trí lắp đặt dùng thước đo mức (thăng bằng) kiểm tra mức độ nằm ngang, kiểm tra mức độ đồng trục của dây đai. Khơng được cố đẩy các dây đai vào puli, nên nới lỏng khoảng cách giữa các động cơ và máy nén rồi cho dây đai vào, sau đĩ vặn bulong đẩy bàn trượt. Kiểm tra độ căng của dây đai bằng cách ấn nếu thấy lỏng bằng chiều dày của dây là đạt yêu cầu. Bê tơng cốt thép M200 Sắt f8, a = 200 Nền gian máy Lớp bê tơng đá dăm 4x6 M150 Nền đất đầm kỹ Hình 4-6: Nền mĩng cụm máy nén kho lạnh 4.3 LẮP ĐẶT CÁC THIẾT BỊ KHÁC CỦA HỆ THỐNG LẠNH 4.3.1 Lắ