Đề tài Thiết kế kho lạnh bảo quản sản phẩm đông lạnh dung tích 500 tấn tại công ty TNHH chế biến thủy sản xuất khẩu Minh Đăng

bức xạ mặt trời Do kho được lắp đặt hoàn toàn trong xưởng nên ảnh hưởng của bức xạ mặt trời là rất nhỏ nên coi như bằng 0. Các dòng nhiệt tổn thất qua các vách được liệt kê ở bảng 2.3. Bảng 2.3 Bảng tính toán nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che. Bao che K, w/mK F, m2 Dt, 0C Q1,W Vách kho phía Bắc 0.182 84.93 50 772.9 Vách kho phía Nam 0.182 84.93 50 772.9 Vách kho phía Đông 0.182 67.98 50 3399.1 Vách kho phía Tây 0.182 67.98 50 3399.1 Trần kho 0.182 416.1 55 4165.2 Nền kho 0.182 416.1 50 3786.5 Tổng Q1 16294.7 2) Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì toả ra Q2 Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra gồm có. - Dòng nhiệt do chính sản phẩm toả ra. Q21, W; - Dòng nhiệt do bao bì mang vào. Q22,W. Ta có Q2 = Q21 + Q22, W a.Tính dòng nhiệt do sản phẩm toả ra Ta có Q21 = M x ( i1 – i2 ) x , W [ 1,109 ] Trong đó: i1, i2: là Entapi của sản phẩm ở nhiệt độ vào kho và nhiệt độ bảo quản trong kho, J/kg; M - là khối lượng hàng hoá nhập vào kho bảo quản trong 1 ngày đêm. Đối với kho bảo quản M = ( 10 – 15%) x E Chọn M= 15%E nên M =75 tấn/ngày đêm. Chú ý: hàng hoá bảo quản trong kho bảo quản đã được cấp đông đến nhiệt độ bảo quản tuy nhiên trong quá trình xử lý như: đóng gói, vận chuyển… nhiệt độ sản phẩm tăng lên ít nhiều nên đối với sản phẩm bảo quản đông lấy nhiệt độ vào kho tại tâm sản phẩm là -18 0C. Theo [3,73] đối với mực, ta có: i1 = 5000, J/kg i2 = 0 (vì t2 = -250C nhiệt độ bảo quản trong kho). Do đó: Q21 = 75 x (5000 – 0 ) x = 4340.3 W. b.Tính dòng nhiệt do bao bì toả ra. Dòng nhiệt do bao bì toả ra tính theo công thức: Q22 = Mb x Cb x ( t1 – t2 ) x , W Trong đó : Mb - là khối lượng bao bì đưa vào kho cùng sản phẩm, tấn/ngày đêm. Mb = 15% M = 7,5 tấn/ngày đêm; Cb - là nhiệt dung riêng của bao bì. Cb = 1460 J/kgK. Chọn: t1 = 25 0C ; t2 = - 25 0C. Vậy suy ra Q22 = 7,5 x 1460 x 50 x = 6336.81 W Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì toả ra là : Q2 = Q21 + Q22 = 4340.3 + 6336.81 = 10677.11 W 3) Dòng nhiệt do vận hành Các dòng nhiệt do vận hành gồm : Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng Q41. Dòng nhiệt do người làm việc trong kho Q42. Dòng nhiệt do động cơ điện Q43. Dòng nhiệt do mở cửa Q44. Dòng nhiệt do xả tuyết Q45. a. Tính dòng nhiệt do đèn chiếu sáng toả ra Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng toả ra xác định theo công thức: Q41 = A x F, W Trong đó: F - là diện tích buồng, F = 410.4 m2; A - là nhiệt lượng toả ra khi chiếu sáng trên 1m2 diện tích, W/m2. Chọn A = 1,2 W/m2 [3,77]. Vậy Q41 = 1,2 x 410.4 = 492.48 W b. Dòng nhiệt do người toả ra Tính theo biểu thức: Q42 = 350 x n, W Trong đó : Nhiệt lượng do một người toả ra khi làm việc nặng nhọc là 350, W/người n: là số người làm việc trong kho lạnh. Chọn n = 4 người. Vậy Q42 = 350 x 4 = 1400 W c. Dòng điện do các động cơ điện toả ra Động cơ làm việc trong kho lạnh chỉ có động cơ quạt dàn lạnh. Dòng nhiệt này được xác định theo công thức Q43 = 1000 x N, W N: Là công suất động cơ điện quạt dàn lạnh, W. Kho lạnh được thiết kế 2 dàn lạnh gồm 8 quạt, động cơ mỗi quạt là 1,5HP. Nên Q43 = 1000 x 8 x 1,5 x 0,736 = 8832 W d. Dòng nhiệt do mở cửa Dòng nhiệt này được xác định theo công thức Q44 = B x F, W Trong đó B - là dòng nhiệt khi mở cửa. Chọn B = 4,8 W/m2 [3, 78 bảng 4.4] (theo phương pháp nội suy với H=3.6) Vậy Q44 = 4,8 x 410,4 =1969,92 W e. Dòng nhiệt do xả tuyết Trong kho có hai dàn lạnh việc xả tuyết được thực hiện lần lượt trên mỗi dàn lạnh nên. Dòng nhiệt này được xác định theo công thức Q45 = ,W [ 3,80] Trong đó : rkk - là khối lượng riêng của không khí, rkk = 1,2Kg/m3; V - là dung tích kho lạnh, m3; Cpkk - là nhiệt dung riêng của không khí, Cpkk=1011 J/KgK; Dt - là độ chênh lệch nhiệt độ trước và sau khi xả tuyết của kho lạnh. Dt = 4÷7 0C. [3,79] Chọn Dt = 7 0C Suy ra Q45 = =W Vậy dòng nhiệt tổn thất do vận hành là. Q4 = Q41+ Q42 + Q43 + Q44 + Q45 = 475,2 + 1400 + 4416 + 3168 + 560,5 = 10019,7 W Q3 = 0 là do kho bảo quản sản phẩm thuỷ sản lạnh không cần thông gió buồng lạnh. Nên sẽ không có dòng nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió buồng lạnh. Q5 = 0 do sản phẩm bảo quản không còn hô hấp. Chương 3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết cấu kho lạnh Các kết quả tính toán và kết quả chọn được trình bày ở bảng 3.1. Bảng 3.1. Giá trị của kết cấu kho lạnh. Kết quả tính toán Kết quả chọn Thể tích kho lạnh 909.1 m3 Diện tích chất tải 336,7 m2 Diện tích cần xây dựng kho 396 m2 Tải trọng nền 1,485 tấn/m2 Diện tích kho chọn là 410.4 m2 Chiều dài 22.8m Chiều rộng 18m + Lý do chọn: - Do yêu cầu về mặt bằng của nhà xưởng. - Do chiều rộng của tấm panel được chế tạo theo tiêu chuẩn có chiều rộng là 300mm, 600mm, 900mm và 1200mm. - Do yêu cầu về việc bố trí kho lạnh trong nhà máy. 3.2. Kết cấu cách nhiệt Các kết quả tính toán và kết quả chọn của kết cấu cách nhiệt được trình bày ở bảng 3.2. Bảng 3.2 Giá trị tính toán và chọn của kết cấu cách nhiệt. Kết quả tính toán Kết quả chọn Chiều dày cách nhiệt 111,37 mm Hệ số truyền nhiệt chọn k = 0,20W/m2K Chiều dày cách nhiệt chọn 125mm Hệ số truyền nhiệt thực k = 0,18W/m2K + Lý do chọn: Để đảm bảo kho được cách nhiệt, cách ẩm tốt. Do panel được chế tạo theo chiều dày tiêu chuẩn là 50,75,100,125,….mm 3.3. Giá trị tính toán nhiệt tải * Kết quả tính toán của các thành phần nhiệt được trình bày ở bảng 3.3. Bảng 3.3 Giá trị tính toán nhiệt tải. Các thành phần nhiệt Giá trị tính toán,W Tổng, W * Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che Q1 + Dòng nhiệt qua tường bao, trần, nền do chênh lệch nhiệt độ Q11 : Vách kho phía Bắc Vách kho phía Nam Vách kho phía Đông Vách kho phía Tây Trần kho Nền kho + Dòng nhiệt qua tường bao, trần, do ảnh hưởng của bức xạ Mặt trời, Q12 772,9 772,9 3399,1 3399,1 4165,2 3786,5 0 16294,7 0 * Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì toả ra Q2 : + Dòng nhiệt do chính sản phẩm toả ra Q21 + Dòng nhiệt do bao bì mang vào Q22 4340,3 6336,81 10677,11 * Dòng nhiệt từ bên ngoài do thông gió buồng lạnh Q3 0 0 * Dòng nhiệt do vận hành Q4 - Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng Q41. - Dòng nhiệt do người làm việc trong kho Q42. - Dòng nhiệt do động cơ điện Q43. - Dòng nhiệt do mở cửa Q44. - Dòng nhiệt do xả tuyết Q45. 492,48 1400 8832 1969,92 580,88 10019,7 * Dòng nhiệt từ sản phẩm toả ra khi sản phẩm hô hấp Q5 0 0 Tổng các thành phần nhiệt Q Q = 40247,09 3.4. Xác định phụ tải cho thiết bị và cho máy nén 3.4.1. Xác định tải nhiệt cho thiết bị Tải nhiệt cho thiết bị là tải nhiệt dùng để tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết của thiết bị bay hơi. Để đảm bảo được nhiệt độ trong kho trong những điều kiện bất lợi nhất, người ta phải tính toán tải nhiệt cho thiết bị là tổng các nhiệt tải thành phần có giá trị cao nhất. Công suất yêu cầu của thiết bị bao giờ cũng phải lớn hơn công suất máy nén, phải có hệ số dự trữ nhằm tránh những biến động có thể xảy ra trong quá trình vận hành. Vì thế tải nhiệt cho thiết bị được lấy bằng tổng của tất cả các tổn thất nhiệt. QoTB = Q1 + Q2 +Q3 + Q4 + Q5 = 40.25 kW. Tải nhiệt thiết bị bay hơi cũng là cơ sở để xác định tải nhiệt các thiết bị khác. 3.4.2. Xác định tải nhiệt cho máy nén Tải nhiệt của máy nén cũng được tính toán từ tất cả các tải nhiệt thành phần nhưng tùy theo từng loại kho lạnh mà ta có thể lấy một phần của tải nhiệt đó. Do các tổn thất nhiệt trong kho lạnh không đồng thời xảy ra nên công suất nhiệt yêu cầu thực tế sẽ nhỏ hơn tổng các tổn thất nhiệt, để tránh lựa chon máy nén có công suất lạnh quá lớn, tải nhiệt của máy nén cũng được tính toán từ tất cả các tải nhiệt thành phần, nhưng đối với kho bảo quản sản phẩm thuỷ sản đông lạnh thì lấy 85%Q1, 100% Q2, 75%Q4. Từ đó ta có phụ tải nhiệt máy nén. QMN = 85%Q1+100% Q2+75%Q4 = 0,85 x 16294,7+ 1 x 10677,11+ 0,75 x 13275,28 = 34484,07 W. Năng suất lạnh của máy nén được xác định theo biểu thức. Qo = , W Trong đó: k - là hệsố lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh. Chọn k = 1,07 [1,121] b - là hệ số thời gian làm việc. Chọn b = 0,9 [1, 121]. Vậy Qo = 41 kW Phụ tải nhiệt của máy nén được thể hiện ở bảng 3.4. Bảng 3.4. Phụ tải nhiệt của máy nén. Tải nhiệt cho thiết bị Phụ tải nhiệt máy nén Năng suất lạnh Q = 40.25 kW Q = 34.5 kW Qo = 41 kW Ta có a = W/ m2 Với những giá trị định hướng ở tài liệu [1,121] ta có với những kho bảo quản đông kho lạnh lớn ta có a = 170 W/ m2 với chiều cao kho h = 6m nên với chiều cao h = 3.6m thì a = 100 W/ m2 So sánh 2 giá trị trên ta rút ra nhận xét là với kho lạnh càng lớn thì năng suất lạnh cho một đơn vị diện tích càng nhỏ lại. Giá trị tính toán phù hợp với kinh nghiệm. * Lý do chọn: - Để đảm bảo cho máy nén và thiết bị hoạt động một cách tốt nhất đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và an toàn nhất. - Đảm bảo cho máy nén và thiết bị đáp ứng được tốt nhất với những thay đổi bất lợi nhất của môi trường. - Để đảm bảo cho máy nén đáp ứng được với sự thay đổi tải do có sự thay đổi về loại hàng hóa và số lượng của nó. Chương 4. TÍNH TOÁN CHU TRÌNH TÍNH CHỌN MÁY NÉN VÀ THIẾT BỊ LẠNH. 4.1. Sơ đồ hệ thống lạnh Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh được trình bày ở hình 4.1. 4.2. Chọn chế độ làm việc của hệ thống lạnh 4.2.1 Chọn phương pháp làm lạnh Trực tiếp Nhờ môi chất lạnh Làm lạnh kho Gián tiếp Nhờ chất tải lạnh Đối lưu không khí tự nhiên Đối lưu không khí cưỡng bức Có nhiều phương pháp làm lạnh kho, tuỳ theo yêu cầu công nghệ, đặc điểm của kho lạnh hay các điều kiện khác mà có phương pháp làm lạnh khác nhau . Các phương pháp làm lạnh được thể hiện ở hình 4.2. Hình 4.2. Các phương pháp làm lạnh. 1) Làm lạnh trực tiếp Là phương pháp làm lạnh kho lạnh bằng dàn bay hơi đặt trong kho lạnh, môi chất lạnh lỏng sôi thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh. Làm lạnh trực tiếp có thể là dàn lạnh đối lưu tự nhiên hoặc đối lưu cưỡng bức. + Ưu điểm: - Thiết bị đơn giản không cần thêm một vòng tuần hoàn phụ. - Tuổi thọ cao, kinh tế vì không phải tiếp xúc với nước muối là một chất ăn mòn kim loại rất mạnh. - Đứng về mặt nhiệt động thì ít tổn thất năng lượng vì hiệu nhiệt độ giữa kho lạnh và dàn bay hơi trực tiếp bao giờ cũng nhỏ hơn hiệu nhiệt độ giữa kho lạnh với nhiệt độ bay hơi gián tiếp qua nước muối. - Tổn hao lạnh khi khởi động nhỏ nghĩa là khi làm lạnh trực tiếp thời gian từ khi mở máy đến lúc kho lạnh đạt nhiệt độ yêu cầu sẽ nhanh hơn. - Nhiệt độ kho lạnh có thể giám sát qua nhiệt độ sôi của môi chất, nhiệt độ sôi có thể xác định dễ dàng qua áp kế của đầu hút máy nén. - Dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ bằng cách đóng ngắt máy nén (đối với máy lạnh nhỏ và trung bình). + Nhược điểm: - Đối với hệ thống máy lạnh lớn thì lượng môi chất nạp vào máy lớn, khả năng rò rỉ của môi chất lớn, khó có khả năng dò tìm ra được chỗ rò rỉ để xử lý. Tổn thất áp suất cho việc cấp lỏng cho những dàn bay khi ở xa, khó hồi dầu nếu dùng môi chất Frêon, máy nén dễ hút phải ẩm, việc bảo vệ máy nén khó khăn. -Trữ lạnh của dàn lạnh trực tiếp kém khi máy lạnh ngừng hoạt động thì dàn lạnh cũng hết lạnh nhanh chóng. 2) Làm lạnh gián tiếp Là phương pháp làm lạnh kho bằng các dàn chất tải lạnh như nước muối, Glycon...thiết bị bay hơi được đặt ở ngoài kho lạnh, chất tải lạnh chạy tuần hoàn qua dàn bay hơi thải nhiệt ở đó, đến kho lạnh thu nhiệt trong kho lạnh cứ như vậy kho lạnh được làm lạnh liên tục. Dàn lạnh gián tiếp cũng có thể là dàn lạnh đối lưu tự nhiên hoặc đối lưu cưỡng bức. + Ưu điểm: - Hệ thống lạnh có độ an toàn cao, chất tải lạnh không cháy, không nổ, không độc hại đối với cơ thể sống, không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm bảo quản. Nó là vòng tuần hoàn an toàn và ngăn chặn sự tiếp xúc của môi chất lạnh độc hại đối với sản phẩm. - Máy lạnh có cấu tạo đơn giản, đường ống dẫn môi chất ngắn hệ thống lạnh được chế tạo ở dạng tổ hợp hoàn chỉnh nên chất lượng cao, độ tin cậy lớn, dễ dàng kiểm tra lắp đặt và hiệu chỉnh. - Dung dịch chất tải lạnh có khả năng trữ lạnh lớn sau khi máy ngừng hoạt động, nhiệt độ kho lạnh có khả năng duy trì được lâu hơn. + Nhược điểm: - Năng suất lạnh của máy bị giảm do chênh lệch nhiệt độ lớn. - Hệ thống thiết bị cồng kềnh vì phải thêm vòng tuần hoàn cho chất tải lạnh. - Tốn năng lượng bổ sung cho bơm hoặc cánh khuấy chất tải lạnh. - Một số chất tải lạnh ăn mòn kim loại chế tạo máy móc, thiết bị. Qua sự phân tích ưu nhược điểm của 2 phương pháp làm lạnh trên. Ta chọn phương pháp làm lạnh cho kho đang thiết kế là phương pháp làm lạnh trực tiếp.. Nó phù hợp với điều kiện của nhà máy, của kho lạnh như hệ thống không cồng kềnh, dễ điều chỉnh nhiệt độ…. 4.2.2 Chọn môi chất lạnh: Môi chất lạnh có nhiệm vụ là mang nhiệt từ nơi có nhiệt độ thấp đưa ra môi trường có nhiệt độ cao. Môi chất lạnh có nhiều loại khác nhau, mỗi loại có một tính chất và đặc điểm riêng. Căn cứ vào điều kiện cụ thể chọn môi chất lạnh cho kho đang thiết kế là R22, sở dĩ chọn môi chất lạnh này bởi vì nó đáp ứng được một số yêu cầu cụ thể trong hệ thống. R22 có tính chất nhiệt động tốt, không độc hại đối với người cũng như cơ thể sống. Những tính chất của R22: - Công thức hoá học: CHCLF2. - Tên gọi: Mono Clodiflo metan. - Là chất khí không màu có mùi thơm rất nhẹ, ở áp suất khí quyển nhiệt độ sôi là – 40,8 0C. + Tính chất vật lý: - Ở điều kiện làm mát bằng nước vào mùa hè ở Việt Nam nhiệt độ ngưng tụ là 42 0C, áp suất ngưng tụ là 16,1 bar, là môi chất có áp suất ngưng tụ tương đối cao. - Nhiệt độ cuối tầm nén trung bình, nhưng cần làm mát tốt ở đầu máy. - Năng suất lạnh riêng thể tích lớn gần bằng NH3 nên máy tương đối gọn. - Áp suất bay hơi lớn hơn áp suất khí quyển. - Độ nhớt, tính lưu động kém hơn NH3 nên các đường ống, cửa van đều phải lớn hơn. - Hoà tan hạn chế dầu nên gây khó khăn cho việc bôi trơn. - Không hoà tan nước nhưng nó hoà tan lớn hơn 5 lần so với R12 nên máy ít có nguy cơ bị tắc ẩm. - Không dẫn điện nên có thể sử dụng máy nén kín và nửa kín nhưng lỏng R22 lại dẫn điện nên tránh để lỏng lọt về máy nén. + Tính chất hoá học: - Bền ở phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc. - Khi có chất xúc tác là thép, bị phân huỷ ở nhiệt độ khoảng 550 0C thành phần là phosgene rất độc. - Không tác dụng với kim loại, phi kim loại chế tạo máy. - Làm trương phồng cao su và một số chất dẻo đệm kín. - R22 là chất phá huỷ tầng Ozôn. + Tính cháy nổ: không cháy, không gây nổ. + Tính chất sinh lý: - Không độc hại đối với cơ thể sống. - Không làm biến chất thực phẩm bảo quản. + Tính kinh tế: R22 đắt nhưng dễ kiếm, vận chuyển và bảo quản dễ dàng. Tuy nhiên R22 làm tăng hiệu ứng nhà kính. 4.2.3 Chọn các thông số của chế độ làm việc Chế độ làm việc của một hệ thống lạnh được đặc trưng bằng 4 nhiệt độ sau. + Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0. + Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh tk. + Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu tql. + Nhiệt độ hơi hút về máy nén ( nhiệt độ quá nhiệt ) tqn. 1) Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh phụ thuộc vào nhiệt độ của kho lạnh. Có thể lấy như sau: t0 = tb - Dt0, 0C Trong đó: tb - là nhiệt độ kho lạnh. tb = - 25 0C; Dt0 - là hiệu nhiệt độ yêu cầu. Kho lạnh lựa chọn phương pháp làm lạnh trực tiếp, độ ẩm của không khí trong kho cao, hiệu nhiệt độ yêu cầu là 7 ¸ 80C nên chọn Dt0 = 7 0C [1 ,171]. Vậy t0 = -25 - 7 = - 32 0C. 2) Nhiệt độ ngưng tụ: Nhiệt độ ngưng tụ của hơi môi chất lạnh phụ thuộc vào môi trường làm mát và nhiệt độ của chất tải nhiệt chạy qua thiết bị ngưng tụ. Thiết bị ngưng tụ của hệ thống lạnh có tác nhân làm mát là nước lấy từ nguồn nước ngầm qua hệ thống xử lý được tuần hoàn khép kín qua tháp giải nhiệt. Nhiệt độ ngưng tụ được xác định theo biểu thức: tk = tw2 + Dtk, 0C Trong đó: tw2 - là nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng, 0C; Dtk - là hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, 0C. Chọn nhiệt độ ngưng tụ thực ra là một bài toán tối ưu về kinh tế và kỹ thuật, để đạt giá thành một đơn vị lạnh là nhỏ nhất, nếu hiệu nhiệt độ ngưng tụ nhỏ, nhiệt độ ngưng tụ thấp, năng suất lạnh tăng nhưng phải tăng chi phí cho điện năng chạy bơm nước giải nhiệt.... Dtk =( 3 ¸ 5 )0C có nghĩa là nhiệt độ ngưng tụ cao hơn nhiệt độ nước ra từ 3 ¸ 5 0C. [1,205] Chọn Dtk =4 0C. - Nhiệt độ nước đầu vào, đầu ra chênh lệch nhau( 2 ¸ 6) 0C phụ thuộc vào kiểu thiết bị ngưng tụ. tw2 = tw1 + (2¸ 6) 0C. Với tw1 là nhiệt độ nước vào bình ngưng. Thiết bị ngưng tụ trong cụm máy là thiết bị ngưng tụ ống trùm vỏ bọc nằm ngang nên chọn Dtw = 5 0C. [1,205] - Nhiệt độ nước vào bình ngưng phụ thuộc vào điều kiện môi trường. tw1 = tư +( 3¸ 4) 0C. Với tư : là nhiệt độ bầu ướt. Tuy nhiên do đặc điểm địa chất tại đây nên nước giếng khoan ở đây khi bơm lên luôn luôn có nhiệt độ từ 40 ¸ 450C. Vì vậy mà nước ở đây luôn được đi qua một hệ thống xử lý và làm mát trước khi đi qua thiết bị ngưng tụ. Sau khi xử lý và làm mát thì nước có nhiệt độ tw1 = 26 0C. Vậy ta có tw1 = 26 oC. tw2 =26+ 5 = 31oC. tk = 31 +4= 35 oC. 3) Nhiệt độ quá nhiệt (tqn) - Nhiệt độ quá nhiệt là nhiệt độ của hơi môi chất trước khi vào máy nén. Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất. - Mục đích của việc quá nhiệt hơi hút là để bảo vệ máy nén tránh không hút phải lỏng. Tuỳ từng loại môi chất và máy nén mà có nhiệt độ quá nhiệt khác nhau. - Đối với máy lạnh frêon, do nhiệt độ cuối tầm nén thấp nên độ quá nhiệt hơi hút có thể chọn cao. Trong máy nén frêon, độ quá nhiệt hơi hút đạt được trong thiết bị hồi nhiệt. Với môi chất frêon độ quá nhiệt khoảng (20 ¸25)oC. Chọn Dtqn = 20 oC. Nên tqn = to + Dtqn = -32 + 20 = -12oC. 4) Nhiệt độ quá lạnh (tql) - Là nhiệt độ của môi chất lỏng trước khi vào van tiết lưu. Nhiệt độ quá lạnh càng thấp thì năng suất lạnh càng cao. - Do sự quá lạnh lỏng được thực hiện trong thiết bị hồi nhiệt, nên nhiệt thải ra của môi chất lỏng cũng là nhiệt lượng mà hơi môi chất sau khi bay hơi nhận vào. - Từ nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ quá nhiệt. Tra đồ thị lgp-i của môi chất R22 ta được. to = -32oC Þ i1 = 591 kJ/kg. tqn = -10oC Þ i1’= 603 kJ/kg. Vậy D i1 = i1’ – i1 = 603 – 591 = 12 kJ/kg. Với nhiệt độ ngưng tụ là 35oC , tra đồ thị lgp – i của môi chất R22 ta được i3 = 436 kJ/kg. Gọi i3’ là entanpi của điểm quá lạnh. Thì i1’ – i1 = i3 – i3’ = 12 kJ/kg => i3’ = i3 - D i1 = 436 – 12 = 424 kJ/kg. Với i3’ = 424 kJ/kg tra đồ thị lgp – I của R22 ta được tql = 26 oC. Các thông số của hệ thống được trình bày ở bảng 4.1. Bảng 4.1. Các thông số của chu trình. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh, t0 Nhiệt độ ngưng tụ tk Nhiệt độ quánhiệt (tqn) Nhiệt độ quá lạnh (tql) - 32 0C 35 oC -12oC 26 oC 4.3. Chu trình lạnh Chế độ làm lạnh của hệ thống lạnh: to = -32oC Þ po = 0,151 MPa. tk = 39oC Þ pk = 1,353 MPa. tqn = -12oC. tql = 26oC. Ta có tỷ số nén P = . Với tỷ số nén này ta chọn hệ thống lạnh cho kho bảo quản đông ở nhà máy Minh Đăng là hệ thống lạnh trục vít một cấp. *Ưu điểm: - Đơn giản, dễ sử dụng. - Ít thiết bị và giá thành rẻ. *Nhược điểm: - Khi tỉ số nén cao thì hệ số cấp càng giảm. - Nếu làm việc ở nhiệt độ bay hơi thấp nên nhiệt độ cuối quá trình nén cao dẫn đến công ép nén tiêu tốn lớn. 4.3.1. Sơ đồ chu trình biểu diễn trên đồ thị (lgp – i) Sơ đồ chu trình và các thông số được biểu diễn trên hình 4.3. Hình 4.3. Sơ đồ và các thông số chu trình. Thuyết minh: Hơi môi chất sau khi sinh ra ở thiết bị bay hơi, có nhiệt độ t0 và áp suất P0. Lượng hơi này được đưa tới thiết bị hồi nhiệt. Tại đây hơi môi chất được quá nhiệt từ trạng thái hơi bão hoà khô đến trạng thái hơi quá nhiệt 1. Sau đó được máy nén hút về rồi nén lên trạng thái 2. Rồi hơi môi chất được đưa vào thiết bị ngưng tụ ống trùm vỏ bọc nằm ngang. Hơi thải nhiệt cho nước làm mát chạy qua ngưng tụ thành lỏng và được quá lạnh chút ít không đáng kể. Lỏng được dẫn vào thiết bị hồi nhiệt quá lạnh, trong đó lỏng thải nhiệt cho môi chất lạnh lỏng được trích ra để tiết lưu làm mát cho lượng môi chất lỏng chính. Môi chất sau khi ra khỏi thiết bị hồi nhiệt quá lạnh ở trạng thái 3’. Rồi môi chất được tiết lưu làm cho nhiệt độ và áp suất giảm đến trạng thái 4. Lỏng và hơi đi vào thiết bị bay hơi. Tại đây môi chất lỏng bay hơi thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh… sau đó hơi môi chất lại được máy nén hút về. Như vậy vòng tuần hoàn môi chất được lặp lại như cũ. Sự thay đổi trạng thái của môi chất trong chu trình: 1’– 1: Quá nhiệt hơi hút. 1 – 2: Quá trình nén đoạn nhiệt. Từ áp suất p0 lên áp suất pk. 2 – 2’: Làm mát đẳng áp hơi môi chất từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái bão hoà khô. 2’–3: Quá trình ngưng tụ. 3 – 3’: Quá lạnh môi chất đẳng áp. 3’– 4: Quá trình tiết lưu đẳng Entapi. 4 – 1: Quá trình bay hơi đẳng áp. Bảng 4.2. Bảng tổng hợp các thông số trên các điểm nút của chu trình. Thông số Điểm nút Nhiệt độ oC Áp suất MPa Entapi kJ/kg Thể tích riêng m3/kg 1’ 1 2 2’ 3 3’ 4 -32 -12 90 35 35 26 -32 0,151 0,151 1,353 1,353 1,353 1,353 0,151 591 603 675 630 436 426 426 0,146 0,163 0,05 4.3.2 Tính toán chu trình lạnh 1. Năng suất lạnh riêng khối lượng q0 kJ/kg Là năng suất lạnh của 1 kg môi chất lạnh lỏng ở áp suất cao và nhiệt độ cao tạo ra, sau khi qua van tiết lưu và bay hơi hết trong thiết bị bay hơi, thành hơi bão hoà khô ở nhiệt độ bay hơi và áp suất bay hơi. Ta có: q0 = i'1 – i4 kJ/kg. Trong đó : i'1- là Entapi của hơi (bão hoà ) sau khi ra khỏi dàn lạnh. i4 - là Entapi của môi chất sau khi qua van tiết lưu. Nên q0 = 591 – 426 = 165 kJ/kg. 2. Lưu lượng môi chất qua máy nén: Ta có: kg/s. 3. Năng suất thể tích thực tế của máy nén; Ta có : Vtt = G x v1 = 0,25 x 0,163 = 0,041 m3/s 4. Hệ số cấp của máy nén Ta có p = = 8,96 Môi chất Freon R22. Tra đồ thị hình 7.4 [1, 215] => l = 0,73 5. Thể tích lý thuyết: Ta có : m3/s. 6. Công nén đoạn nhiệt: Ta có: Ns = G x l = G x (i2 – i1) kW. Vậy Ns = 0,25 x ( 675 – 603 ) = 18 kW. 7. Công nén chỉ thị: Là công nén thực do quá trình nén lệch khỏi quá trình nén đoạn nhiệt lý thuyết. Ta có: , kW hi : Là hiệu suất chỉ thị hi = lw + b x t0. Trong đó: b - là hệ số thực nghiệm b = 0,001; lw - là hệ số tổn thất không thấy được lw = . Vậy . Suy ra: kW. 8. Công suất ma sát Công suất ma sát sinh ra do sự ma sát trong các chi tiết chuyển động của máy nén, công suất này phụ thuộc vào kích thước và chế độ hoạt động của máy nén. Ta có: Nms =Vtt x Pms , kW Pms với máy nén freôn ngược dòng thì Pms = (0,019 ¸ 0,034) Mpa Ta chọn Pms = 0,025 Mpa [1, 218]. Vậy Nms = 0,041 x 0,025 x 106 = 1,025 kW. 9. Công suất hữu ích Là công nén có tính đến tổn thất ma sát của các chi tiết máy nén như pittông-xi lanh, tay biên-trục khuỷu-ăc pittông,…Đây chính là công đo được trên trục khuỷu của máy nén. Ta có: Ne = Ni + Nms, kW = 24+ 1,025 = 25,025kW 10. Công suất điện Công suất điện Nel là công suất đo được trên bảng đấu điện có kể đến tổn thất truyền động, khớp, đai ...và hiệu suất chính của động cơ điện. Ta có: , kW Trong đó: htd - là hiệu suất truyền động đai htd = 0; hel - là hiệu suất động cơ hel = 0,8 ¸ 0,95. Chọn hel = 0,95. Vậy kW. 11.Công suất động cơ lắp đặt Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh, động cơ lắp đặt phải có công suất lớn hơn công suất động cơ điện. Ta có: Nđ/c = (1,1 ¸ 2,1 ) x Nel , kW; Chọn hệ số an toàn là 1,2. Nên Nđ/c = 1,2 x 27,73 = 33,28 kW. 12. Phụ tải nhiệt dàn ngưng Ta có: Qk = G x ( i2 –i3 ) = 0,25 x (675 -436) = 59,75 kW. 4.4. Chọn máy nén và các thiết bị Do hệ thống lạnh trục vít Bitzer là một tổ hợp nguyên cụm nên việc tính toán kiểm tra chỉ với mục đích là để kiểm tra lại năng suất của máy nén và thiết bị mà hãng sản xuất cung cấp có phù hợp với yêu cầu của mình hay không. 4.4.1. Chọn máy nén Qua việc tính nhiệt tải kho lạnh ở phần trước ta đã xác định được nhiệt tải QoMN = 41kW cho máy nén, đây chính là năng suất lạnh mà máy nén phải đạt được để đảm bảo duy trì được nhiệt độ lạnh trong kho lạnh và công suất động cơ lắp đặt Nđ/c = 33,28 kW. Từ tỷ số nén của chu trình p = 8,96. Nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh là to = -320C. Nhiệt độ ngưng tụ là tk = 35oC. Năng suất lạnh QoMN = 41kW. Công suất động cơ Nđ/c = 33,28 kW. Ta chọn tổ hợp máy nén trục vít của hãng Bitzer. (Theo catalogue kỹ thuật máy nén trục vít của hãng Bitzer) Tổ hợp máy có các thông số sau: - Loại máy: HSK 5353-25. - Năng suất lạnh ở chế độ tiêu chuẩn: 25 kW - Công suất động cơ 22 kW - Thể tích hút 100 m3/h (f=50Hz). 121 m3/h (f=60Hz). - Khối lượng 169 kg. - Kích thước đường ống đẩy sau bình tách dầu 42 mm. - Kích thước đường ống đẩy trước bình tách dầu 54 mm. - Điều khiển công suất 100/75/50. - Nguồn điện cung cấp 400V ± 10% Y/YY-3-50Hz 460V ± 10% Y/YY-3-60Hz. - Cường độ dòng điện làm việc tối đa 44 A. - Công suất tải tối đa 28 kW. - Dòng điện khởi động (Y/YY) 75/218 A. - Tổ hợp máy 2 cụm - Bầu ngưng tụ ống chùm vỏ bọc nằm ngang K373H - Bình chứa gas. - Đường cung cấp dầu cho máy nén, với phin lọc dầu, công tắc dòng chảy, van điện từ, kính xem dầu. - Điều khiển áp suất cho mỗi máy nén.