Đồ án Khảo sát và tính kiểm tra hệ thống cấp đông máy nén vít

ậy Tra bảng hơi bão hoà của amoniắc [2] được áp suất ngưng tụ của môi chất Áp suất trung gian ptg được xác định theo biểu thức: Nhiệt độ quá lạnh tql Nhiệt độ quá lạnh tql là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu. Nhiệt độ quá lạnh càng thấp năng suất lạnh càng tốt. Trong hệ thống lạnh khảo sát, để tăng năng suất cho hệ thống lạnh người ta sử dụng thiết bị quá lạnh dùng một phần môi chất tiết lưu làm mát bình quá lạnh. Khi ấy _ Hiệu nhiệt độ quá lạnh yêu cầu Vì sử dụng thiết bị quá lạnh nên chọn Vậy Nhiệt độ hơi hút th Nhiệt độ hơi hút th là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén. Nó bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất. Do tổn thất nhiệt từ thiết bị bay hơi về đầu hút của máy nén. Để đảo bảo máy nén không hút phải lỏng, và năng suất lạnh của máy nén đạt hiệu quả cao thì hơi hút vào máy nén nhất thiết phải là hơi quá nhiệt. Độ quá nhiệt ở từng loại máy nén và đối với từng loại môi chất có khác nhau. Với amoniắc, nhiệt độ hơi hút cao hơn nhiệt độ sôi của môi chất là , nghĩa là độ quá nhiệt hơi hút là có thể đảm bảo độ an toàn cho máy nén khi làm việc. Đây là hệ thống máy nén vít nên có thể chọn . TÍNH TOÁN NHIỆT TẢI CHO QUÁ TRÌNH CẤP ĐÔNG Tính toán chi phí lạnh cho quá trình cấp đông Chi phí lạnh của quá trình cấp đông là lượng nhiệt lấy ra để hạ nhiệt độ sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ cuối quá trình cấp đông (KJ/h) Q1 _ Chi phí lạnh để hạ nhiệt độ của sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu tới nhiệt độ đóng băng của nước trong sản phẩm Q2 _ Chi phí lạnh để đóng băng toàn bộ nước tự do có trong sản phẩm Q3 _ Chi phí lạnh để hạ nhiệt độ nước đá tới nhiệt độ cuối quá trình cấp đông Q4 _ Chi phí lạnh để hạ nhiệt độ của nước không đóng băng trong sản phẩm Q5 _ Chi phí lạnh để hạ nhiệt độ chất khô trong sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu tới nhiệt độ cuối quá trình cấp đông. Chi phí lạnh để hạ nhiệt độ của sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu tới nhiệt độ đóng băng của nước trong sản phẩm (KJ/h) C1 _ Nhiệt dung riêng của sản phẩm trước khi có sự đóng băng của nước _ Nhiệt dung riêng của nước ( KJ/kg.độ) _ Nhiệt dung riêng của chất khô có trong sản phẩm ( lấy từ 1,045 đến 1,463 KJ/kg.độ, chọn KJ/kg.độ) _ Tỉ lệ nước trong sản phẩm (vì đây là nguyên liệu thuỷ sản nên chọn ) Vậy (KJ/kg.độ) G _ Khối lượng của sản phẩm đem cấp đông trong 1h ( kg/h) t1 _ Nhiệt độ ban đầu của sản phẩm (vì sản phẩm là cá tra, cá basa filê, trước khi cấp đông được bảo quản trong dung dịch nước đá nên chọn nhiệt độ của sản phẩm trước khi đem cấp đông ) tb _ Nhiệt độ đóng băng trung bình của nước có trong sản phẩm (chọn ) Vậy (KJ/h) Chi phí lạnh để đóng băng toàn bộ nước tự do có trong sản phẩm (KJ/h) L _ Nhiệt đóng băng của nước ( KJ/kg) W _ Tỉ lệ đóng băng của nước trong sản phẩm khi kết thúc quá trình cấp đông (Chọn ) Vậy (KJ/h) Chi phí lạnh để hạ nhiệt độ nước đá tới nhiệt độ cuối quá trình cấp đông (KJ/h) C3 _ Nhiệt dung riêng của nước đá ( KJ/kg.độ) tc _ Nhiệt độ cuối quá trình cấp đông Sản phẩm đem cấp đông là cá tra, cá basa với nhiệt độ cuối quá trình cấp đông tại tâm sản phẩm là –180C, nhiệt độ bề mặt sản phẩm là –250C. Vậy nhiệt độ trung bình của sản phẩm sẽ là: Vậy (KJ/h) Chi phí lạnh để hạ nhiệt độ của nước không đóng băng trong sản phẩm (KJ/h) C4 _ Nhiệt dung riêng của nước liên kết trong sản phẩm (KJ/kg.độ) Vậy (KJ/h) Chi phí lạnh để hạ nhiệt độ chất khô trong sản phẩm từ nhiệt độ ban đầu tới nhiệt độ cuối quá trình cấp đông (KJ/h) Vậy chi phí lạnh cho quá trình cấp đông (KJ/h) (KW) Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che của tủ cấp đông Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che của buồng cấp đông được xác định: K _ Hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che, (W/m2.K) _ Tổng diện tích kết cấu bao che của tủ cấp đông (m2) Qua khảo sát, các thông số kích thước của tủ cấp đông được xác định qua bảng sau: Bảng 3.2 _ Thông số kích thước tủ cấp đông IQF siêu tốc Chiều rộng băng tải Rb 1.200 mm Chiều dày cách nhiệt vỏ tủ 150 mm Chiều dài tủ cấp đông Lt 11.000 mm Chiều rộng tủ cấp đông Rt 3.400 mm Chiều cao tủ cấp đông Ht 3.200 mm Chiều rộng cửa tủ cấp đông rc 900 mm Chiều cao cửa tủ cấp đông hc 1.900 mm Chiều rộng cửa tháo, nạp sản phẩm rc’ 1.200 mm Chiều cao cửa tháo, nạp sản phẩm hc’ 400 mm Tổng diện tích 6 mặt của tủ cấp đông (m2) Diện tích cửa tháo và nạp sản phẩm cấp đông (m2) Vậy tổng diện tích kết cấu bao che của tủ cấp đông (m2) Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che (W) (KW) Tổn thất nhiệt do động cơ quạt Quạt dàn lạnh đặt ở trong buồng cấp đông nên dòng nhiệt do các động cơ quạt dàn lạnh có thể xác định theo biểu thức: (KW) N _ Công suất động cơ của quạt (KW) n _ Số quạt của tủ cấp đông _ Hệ số hoạt động đồng thời của các động cơ Trong tủ cấp đông có 8 quạt gió và mỗi quạt gió có công suất là 2,5 (KW/quạt) Vì các động cơ hoạt động đồng thời nên lấy Vậy (KW) Tổn thất nhiệt do không khí bên ngoài xâm nhập vào Đối với các buồng cấp đông IQF, trong quá trình làm việc do các băng tải chuyển động vào ra nên ở các cửa ra vào phải có một khoảng hở nhất định. Mặt khác, khi băng tải vào ra buồng cấp đông, nó sẽ cuốn vào và ra một lượng không khí nhất định, gây ra tổn thất nhiệt. Tổn thất nhiệt này có thể xác định như sau: (W) GKK _ Lưu lượng không khí lọt vào tủ (kg/s) CpKK _ Nhiệt dung riêng của không khí trong khoảng t1, t2 _ Nhiệt độ không khí bên ngoài và bên trong tủ Việc tính toán GKK thực tế rất khó khăn nên có thể căn cứ vào tốc độ băng chuyền và diện tích cửa ra vào để xác định GKK một cách gần đúng như sau: _ Khối lượng riêng của không khí (tại -350C thì1,36 kg/m3) _ Tốc độ chuyển động của băng tải (m/s) _ Tổng diện tích khoảng hở cửa vào và ra của băng tải, (m2) Thời gian sản phẩm đem cấp đông đối với cá filê là khoảng 13 phút tính từ đầu vào đến đầu ra của sản phẩm. Chiều dài thân tủ cấp đông (m) Khi đó, tốc độ băng chuyền sẽ là: (m/s) Vậy (kg/s) Tra bảng thông số vật lí của không khí khô, chọn (KJ/kg.độ) (KW) Trước khi cấp đông sản phẩm thì trong tủ đông IQF, bề mặt băng tải và lượng không khí trong tủ cấp đông đã được hạ nhiệt độ xuống theo yêu cầu, vì vậy trong quá trình tính toán năng suất lạnh của hệ thống cấp đông thì ta bỏ qua các chi phí nhiệt này. Mặt dù có trang bị hệ thống xả băng, nhưng trong quá trình cấp đông người ta không xả băng mà chỉ xả băng sau mỗi mẻ cấp đông nên ở đây không tính tổn thất nhiệt do xả băng. Vậy năng suất lạnh Q0 được xác định: (KW) Bảng 3.3 _ Tổng kết các kết quả tính toán được: QSP (KW) QBC (KW) QDC (KW) QKK (KW) Q0 (KW) 44,72 1,29 20 1,09 67,1 CHU TRÌNH LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG 1 2 3 4 7 5 8 6 9 lgp i MNC MNT NT BH VTL1 VTL2 TBQL 1 2 3 4 7 6 5 8 9 10 10 m1 m1 m2 m3 m2 m3 Chu trình làm việc Thuyết minh chu trình Hơi ở trạng thái 1 (p0, tqn) được máy nén hạ áp (MNT) nén lên trạng thái quá nhiệt 2 (ptg, t2). Hơi quá nhiệt được hoà trộn với hơi bão hoà ở trạng thái 7 (ptg, t7). Sau khi hoà trộn, hơi được hút về máy nén cao áp (MNC) ở trạng thái 3 (ptg, t3). Từ trạng thái 3 hơi được máy nén cao áp nén lên trạng thái 4 (pk, t4) sau đó được làm mát và ngưng tụ xuống trạng thái bão hoà lỏng 5 (pk, t5). Dòng môi chất từ thiết bị ngưng tụ đi ra chia làm 2 nhánh. Một nhánh nhỏ qua tiết lưu thứ nhất (VTL1) xuống trạng thái 6 (t6, ptg) vào bình quá lạnh (TBQL) để làm quá lạnh môi chất sau ngưng tụ còn nhánh chính được quá lạnh tại thiết bị quá lạnh này sang trạng thái 8 (tql, pk) trước khi đưa vào van tiết lưu 2 (VTL2). Sau khi tiết lưu vào bình quá lạnh thì môi chất ra khỏi thiết bị ở trạng thái hơi bão hoà (t7, ptg) hoà trộn với hơi quá nhiệt ở đầu đẩy máy nén tầm thấp và được máy nén tầm cao hút vào. Môi chất từ trạng thái 8 (tql, pk) được đi vào van tiết lưu chính để xuống trạng thái 9 (t0, p0) và cấp vào thiết bị bay hơi (BH). Tại đây môi chất thu nhiệt của sản phẩm, tăng lên trạng thái 1 (p0, tqn) và được máy nén tầm thấp hút về kết thúc vòng tuần hoàn kín. Xác định thông số tại các điểm nút Từ các thông số đã tính toán được ở trên, kết hợp với đồ thị lgp _ i và bảng hơi nước bão hoà của môi chất amoniắc [2], ta xác định được các thông số trạng thái tại các điểm nút cơ bản của chu trình qua bảng sau: Bảng 3.4 _ Thông 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 - 40 0,055 1715 2,05 Hơi quá nhiệt 2 40 0,293 1870 0,48 Hơi quá nhiệt 3 32 0,293 1856 0,5 Hơi quá nhiệt 4 85 1,556 1922 0,1 Hơi quá nhiệt 5 40 1,556 688 - 6 -10 0,293 688 0,08 7 -10 0,293 1750 0,42 Hơi bão hoà khô 8 10 1,556 546 - 9 - 45 0,055 546 0,37 10 - 45 0,055 1700 2 Hơi bão hoà khô Gọi m1, m2, m3 lần lượt là lưu lượng môi chất đi qua máy nén tầm thấp, bình quá lạnh và máy nén tầm cao. Lưu lượng môi chất đi qua thiết bị bay hơi (kg/s) Coi tổn thất nhiệt ở thiết bị quá lạnh ra ngoài môi trường là không đáng kể, cân bằng entanpy tại bình quá lạnh ta có: (kg/s) Lưu lượng môi chất đi qua máy nén tầm cao (kg/s) Vì đây là hệ thống cấp đông máy nén trục vít, ngoài môi chất đi qua tầm thấp và tầm cao của máy nén trục vít thì còn có một lượng dầu đáng kể qua các khoang của máy nén, lượng dầu này sẽ làm giảm đáng kể lượng nhiệt của môi chất trong máy nén trước khi ra khỏi đầu đẩy của máy nén làm cho quá trình ép nén môi chất trở thành không đoạn nhiệt. Việc tính toán trở lên khó khăn do không xác định được lưu lượng, nhiệt độ cũng như tính chất của lượng dầu trong máy nén. Vì vậy tại điểm nút 2, 3, 4 là không xác định được. Do đó em chọn các điểm nút này theo thông số vận hành của hệ thống lạnh.Chọn nhiệt độ tại điểm 3 là , nhiệt độ tại điểm 4 là , căn cứ đồ thị lgp_i và bảng hơi bão hoà của môi chất NH3, xác định được các thông số tại trạng thái 2 và 4. Cân bằng entanpy tại điểm hoà trộn xác định được điểm 3 (KJ/kg) Tra đồ thị lgp_i xác định được các thông số tại điểm 3 Như vậy tất cả các điểm nút của chu trình đã được xác định. TÍNH NĂNG SUẤT LẠNH MÁY NÉN Đối với hệ thống cấp đông máy nén vít, năng suất lạnh của máy nén được xác định theo công thức sau: _ Hệ số kể tới sự tăng nhiệt độ của môi trường, của sản phẩm và các sai số trong tính toán () Q0 _ Năng suất lạnh của dàn bay hơi Qqn _ Nhiệt lượng xâm nhập từ môi trường vào đường ống gây quá nhiệt hơi hút về máy nén. Qqn được xác định: (KW) Vậy (KW) TÍNH CHỌN MÁY NÉN Giới thiệu chung về máy nén vít Càng ngày, máy nén trục vít càng giữ vị trí quan trọng trong kỹ thuật lạnh do máy nén trục vít có một loạt các ưu điểm so với máy nén piston trượt. Máy nén trục vít thường được thiết kế, chế tạo với năng suất hút lí thuyết từ 400 m3/h đến khoảng 5000 m3/h cho tất cả các loại môi chất R12, 502, 22 và amoniắc. Để đáp ứng các nhu cầu máy lạnh cỡ nhỏ hãng Bitzer của CHLB Đức đã chế tạo máy nén trục vít có năng suất hút xuống tới 84 m3/h. So với máy nén piston trượt, máy nén trục vít có các ưu điểm nổi bật sau: Cấu tạo đơn giản, số lượng chi tiết chuyển động ít, các bề mặt chuyển động giữa và thân không tiếp xúc với nhau, độ kín giữa các khoang nén được giữ bằng lớp dầu phun do đó hầu như không có sự mài mòn chi tiết, độ tin cậy cao, tuổi thọ cao. Máy nén gọn gàng, chắc chắn, có khả năng chống va đập cao. Giảm chi phí sửa chữa, bảo dưỡng máy nén, thường chỉ phải bảo dưỡng máy nén sau 40.000h vận hành. Dễ lắp đặt, nền móng yêu cầu không cao do truyền động quay ổn định hơn nhiều so với truyền động xung quanh qua lại của piston trục khuỷu. Năng suất lạnh có thể điều chỉnh từ 100% xuống đến 10% vô cấp và tiết kiệm được công ép nén. Nhiệt độ cuối tầm nén thấp hơn. Tỷ số nén cao hơn, có thể đạt tới P = pk/po = 20 Hiệu áp suất pk - po có thể đạt tới 20 bar ở bất kỳ tỉ số nén nào. Có thể đạt nhiệt độ sôi thấp mà với máy nén piston thì phải dùng chu trình 2 cấp. Không có van hút và đẩy nên không có tổn thất tiết lưu, hiệu suất nén cao hơn nhiều so với máy nén piston. Máy làm việc ít rung động hơn. Năng suất lạnh của máy nén vít có thể lớn gấp rưỡi máy nén piston lớn nhất. Dầu phun tràn trong máy nén ngoài tác dụng làm kín, bôi trơn, hấp thụ nhiệt của quá trình nén còn có tác dụng làm giảm tiếng ồn. Hầu như không có ảnh hưởng khi hút phải lỏng. điều này tránh cho máy nén không bị va đập thuỷ lực khi hút lỏng. Nhược điểm chủ yếu của máy nén trục vít là: Công nghệ gia công phức tạp Giá thành cao Cần có thêm hệ thống phun dầu, bơm dầu, làm mát dầu kèm theo. Piston giảm tải Đầu hút máy nén tầm thấp Đầu đẩy máy nén tầm thấp Đầu hút máy nén tầm cao Đầu đẩy máy nén tầm cao Cặp trục vít tầm thấp Cặp trục vít tầm cao Trục nối với động cơ Hình 3.2 Cấu tạo máy nén vít Cấu tạo máy nén vít Hình 3.3 _ Cấu tạo 2 trục của máy nén trục vít Cấu tạo máy nén vít gồm có 2 trục vít ăn khớp với nhau. Hai trục này có cấu tạo không giống nhau mà có một trục chính và một trục phụ. Trục chính có 4 răng lồi là trục chủ động, trục này còn được gọi là trục đực. Trục phụ có 6 răng lõm và còn được gọi là trục cái. Hai trục này ăn khớp với nhau và với thân máy khi trục quay và tạo ra các khoang hút, nén và đẩy, tuy nhiên các bề mặt không tiếp xúc nhau. Để làm kín các khoang người ta bố trí các lỗ phun dầu trên thân. Dầu tràn vào các khoang và do có độ nhớt cao, dầu làm kín các khe giữa các bề mặt tiếp xúc. (A):Vị trí tải bình thường (B): Vị trí giảm tải một phần (C): Vị trí giảm tải Hình 3.4 _ Nguyên lí hoạt động của van giảm tải Điều chỉnh năng suất lạnh Năng suất lạnh có thể điều chỉnh được vô cấp từ 100% xuống đến 10% đối với máy nén trục vít nhờ điều chỉnh con trượt di chuyển song song với trục của trục vít và nhờ đó điều chỉnh diện tích cửa xả của thân máy. Hình 3.5 giới thiệu cơ chế điều chỉnh năng suất lạnh của máy nén trục vít bằng cách điều chỉnh con trượt. Khi con trượt dịch chuyển sang bên phải (Hình 3.5a) một phần hơi quay trở lại cửa hút đồng thời cửa xả khép bớt lại nên năng suất hút giảm và năng suất lạnh giảm tương ứng. Ở chế độ đầy tải, con trượt điều chỉnh về tận cùng phía trái, cửa xả mở to nhất và khe hơi hút chảy ngược bị khép kín hoàn toàn, năng suất hút của máy nén đạt cao nhất và năng suất lạnh đạt 100%. Hình 3.6 _ Tổn thất, hiệu suất của máy nén trục vít amoniắc khi điều chỉnh năng suất lạnh nhờ con trượt Hình 3.5 _ Cơ chế điều chỉnh năng suất lạnh bằng con trượt a) Chế độ giảm tải; b) Chế độ đầy tải Chế độ giảm tải Trục vít Con trượt Cửa hút Cửa xả Chế độ đầy tải a) b) Công tiêu tốn cho máy nén có hiệu suất kém dần khi chạy ở chế độ giảm tải. Đồ thị (hình 3.6) giới thiệu sự phụ thuộc của công tiêu tốn vào năng suất lạnh điều chỉnh. Ở chế độ đầy tải (100% Q0), công tiêu tốn là 100% NS nhưng khi năng suất lạnh giảm xuống còn 10%Q0 thì công tiêu tốn là 30%. Như vậy 1 đơn vị lạnh ở chế độ giảm tải 10%Q0 có công tiêu tốn gấp 3 lần so với 1 đơn vị lạnh ở chế độ đầy tải. Vì các ưu nhược điểm như vậy nên chọn máy nén cho hệ thống để cấp IQF tại nhà máy là hệ thống 2 máy nén vít mắc liên hoàn chạy cho 2 tủ cấp đông siêu tốc IQF với Model N1612LSC – 54 – 130KW – 50Hz. So sánh thấy: nên đảm bảo hệ thống làm việc bình thường. Sở dĩ chọn công suất máy nén gần gấp đôi công suất tính toán được là vì trong điều kiện môi trường làm việc không khắc nghiệt, mất điện lưới phải chạy máy phát điện thì 1 máy nén vít có thể chạy cho 2 băng chuyền IQF siêu tốc. Hình 3.7 _ Hình chiếu đứng máy nén trục vít E-01 _ Thiết bị làm mát dầu E-02 _ Lỏng làm mát trung gian F-04 _ Thiết bị lọc REF LIQUID INLET _ Lỏng vào làm mát dầu REF GAS OUTLET _ Hơi gas ra Và sau đây là một số hình chiếu về cụm máy nén trục vít hai cấp được lắp đặt tại nhà máy: CV-06 _ Van chặn hút máy nén tầm cao CV-01 _ Van chặn hút máy nén tầm thấp Hình 3.8 _ Hình chiếu cạnh máy nén trục vít Hình 3.9 _ Hình chiếu đứng máy nén trục vít CV-02 _ Van kiểm tra áp suất nén m-01 _ Mô tơ máy nén F-01 _ Đầu hút máy nén C-01 _ Máy nén T-01 _ Bình chứa dầu và môi chất THIẾT BỊ NGƯNG TỤ Phân loại thiết bị ngưng tụ Trong các hệ thống lạnh, thiết bị ngưng tụ và thiết bị bay hơi là các thiết bị trao đổi nhiệt chủ yếu, chúng chiếm khoảng 50 – 70% về khối lượng và 40 – 60% về thể tích của toàn bộ hệ thống. Thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh thường là các thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt, trong đó hơi môi chất lạnh có áp suất và nhiệt độ cao sau máy nén được làm mát bằng không khí, nước hay các chất lỏng nhiệt độ khác để ngưng tụ thành thể lỏng. Chế độ làm việc của thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh có ảnh hưởng rất lớn tới sự làm việc và đặc tính năng lượng của toàn bộ hệ thống lạnh. Ta biết rằng quá trình ngưng tụ luôn kèm theo toả nhiệt, nói cách khác nếu không được làm mát liên tục thì quá trình ngưng tụ cũng sẽ dừng lại, mục đích biến hơi môi chất lạnh thành thể lỏng cũng không được thực hiện. Mặt khác, trong quá trình ngưng tụ nếu áp suất của môi chất lạnh không thay đổi thì nhiệt độ ngưng tụ cũng sẽ giữ không đổi. Dựa vào dạng của môi trường làm mát, có thể chia thiết bị ngưng tụ thành 4 nhóm: Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước – không khí (làm mát bay hơi) Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng môi chất sôi hay các sản phẩm công nghệ Theo đặc điểm của quá trình ngưng tụ môi chất có thể chia các thiết bị ngưng tụ thành 2 nhóm: Thiết bị ngưng tụ có môi chất ngưng ở mặt ngoài của bề mặt trao đổi nhiệt Thiết bị ngưng tụ có môi chất ngưng trên bề mặt trong của bề mặt trao đổi nhiệt Theo đặc điểm quá trình chảy của môi trường làm mát qua bề mặt trao đổi nhiệt có thể chia thiết bị ngưng tụ thành các nhóm: Thiết bị ngưng tụ có môi trường làm mát tuần hoàn tự nhiên Thiết bị ngưng tụ có môi trường làm mát tuần hoàn cưỡng bức Thiết bị ngưng tụ có tưới chất lỏng làm mát Hệ thống cấp đông dây chuyền IQF tại nhà máy sử dụng thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi. Vì vậy trong đồ án tốt nghiệp em đi sâu vào cấu tạo, nguyên lí làm việc và tính kiểm tra thiết bị ngưng tụ kiểu bay hơi của hệ thống. Cấu tạo và nguyên lí làm việc Ống trao đổi nhiệt Dàn phun nước Lồng quạt Động cơ quạt Bộ chắn nước Ống gas vào Ống góp Ống cân bằng Ống lỏng ra Bơm nước Máng hứng nước Xả đáy bể nước Xả tràn 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Hình 3.10 _ Thiết bị ngưng tụ bay hơi Trên hình 3.10 trình bày cấu tạo của dàn ngưng tụ bay hơi. Dàn ngưng gồm một cụm ống trao đổi nhiệt ống thép áp lực. Toàn bộ cụm ống được đặt trên khung thép u vững chắc, phía dưới là bể nước tuần hoàn để giải nhiệt, phía trên là dàn phun nước, bộ chắn nước và quạt hút gió. Để chống ăn mòn các ống trao đổi nhiệt được nhúng kẽm nóng bề mặt bên ngoài. Hơi môi chất đi vào ống góp hơi ở phía trên vào dàn ống trao đổi nhiệt và ngưng tụ rồi chảy về bình chứa cao áp ở phía dưới. Thiết bị được làm mát nhờ hệ thống nước phun từ các vòi phun được phân bố đều ở ngay phía trên cụm ống trao đổi nhiệt. Nước sau khi trao đổi nhiệt với môi chất lạnh, nóng lên và được giải nhiệt nhờ không khí chuyển động ngược lại từ dưới lên, do vậy nhiệt độ của nước hầu như không đổi. Toàn bộ nhiệt qk của môi chất đã được không khí mang thải ra ngoài. Không khí chuyển động cưỡng bức nhờ các quạt đặt phía trên hoặc phía dưới. Đặt quạt phía dưới (quạt thổi) thì trong quá trình làm việc không sợ quạt bị nước làm ướt, trong khi đặt phía trên (quạt hút) dễ bị nước cuốn theo làm ướt và giảm tuổi thọ. Tuy nhiên đặt phía trên gọn và dễ chế tạo hơn nên thường được sử dụng. Trong quá trình trao đổi nhiệt một lượng nước khá lớn bốc hơi và bị cuốn theo không khí, do vậy phải thường xuyên cấp nước bổ sung cho bể. Phương pháp cấp nước là hoàn toàn tự động nhờ van phao. Bộ chắn nước có tác dụng chắn các giọt nước bị cuốn theo không khí ra ngoài, nhờ vậy tiết kiệm nước và tránh làm ướt quạt. Bộ chắn nước được làm bằng tôn mỏng và được gập theo đường ziczăc, không khí đi qua bộ chắn nước va đập vào các tấm chắn và đồng thời rẽ dòng liên tục nên các hạt nước mất quán tính và rơi xuống phía dưới. Sau khi tuần hoàn khoảng 2/3 dàn ống trao đổi nhiệt, một phần lớn gas đã được hoá lỏng, để nâng cao hiệu quả trao đổi nhiệt cần tách lượng lỏng này trước, giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt phía sau cho lượng hơi chưa ngưng còn lại. Vì vậy ở vị trí này người ta bố trí ống góp lỏng trung gian, để gom dịch lỏng cho chảy thẳng về ống góp lỏng phía dưới và trực tiếp ra bình chứa, phần hơi còn lại tiếp tục luân chuyển theo 1/3 cụm ống còn lại. Toàn bộ phía ngoài dàn ống và cụm dàn phun đều có vỏ bao che bằng tôn tráng kẽm. Ống góp lỏng trung gian cũng được sử dụng làm nơi đặt ống cân bằng. Trong quá trình sử dụng cần lưu ý, các mũi phun có kích thước nhỏ nên dễ bị tắc bẩn. Khi một số mũi bị tắc thì một số vùng của cụm ống trao đổi nhiệt không được làm mát tốt, hiệu quả trao đổi nhiệt giảm rõ rệt, áp suất ngưng tụ sẽ lớn bất thường. Vì vậy phải luôn kiểm tra, vệ sinh hoặc thay thế các vòi phun bị hỏng. Cũng như bình ngưng, mặt ngoài các cụm ống trao đổi nhiệt sau một thời gian làm việc cũng có hiện tượng bám bẩn, ăn mòn nên phải định kỳ vệ sinh và sửa chữa thay thế. Ưu điểm và nhược điểm Ưu điểm Do cấu tạo dạng dàn ống nên công suất của nó có thể thiết kế đạt rất lớn mà không bị hạn chế vì bất cứ lí do gì. Hiện nay nhiều xí nghiệp chế biến thuỷ sản ở nước ta sử dụng dàn ngưng tụ bay hơi công suất đạt từ KW. So với các thiết bị ngưng tụ kiểu khác, dàn ngưng tụ bay hơi ít tiêu tốn nước hơn, vì nước sử dụng theo kiểu tuần hoàn. Các dàn ống kích cỡ nhỏ lên làm việc an toàn. Dễ chế tạo, vận hành và sửa chữa. Nhược điểm Do năng suất lạnh riêng bé nên suất tiêu hao vật liệu khá lớn. Các cụm ống trao đổi nhiệt thường xuyên tiếp xúc với nước và không khí, đó là môi trường ăn mòn mạnh, nên chóng bị hỏng. Do đó bắt buộc phải nhúng kẽm nóng để chống ăn mòn. Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào khí tượng và thay đổi theo mùa trong năm. Chỉ thích hợp lắp đặt ngoài trời, trong quá trình làm việc, khu vực nền và không gian xung quanh thường bị ẩm ướt, vì vậy cần lắp đặt ở vị trí riêng biệt tách hẳn các công trình. Tính kiểm tra thiết bị ngưng tụ Phụ tải nhiệt yêu cầu: Vì hệ thống lạnh gồm 2 máy nén trục vít mắc liên hoàn, sử dụng 1 thiết bị ngưng tụ cho nên (KW) Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ được xác định: K _ Hệ số truyền nhiệt qua vách ống (W/m2.K) _ Hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu Xác định hệ số toả nhiệt về phía amoniắc Để tính được cần thiết chọn sơ bộ mật độ dòng nhiệt qa về phía nước, theo kinh nghiệm (W/m2), chọn sơ bộ (W/m2), khi đó về phía amoniắc có thể được xác định như sau: (W/m2) Vậy (W/m2.K) Hệ số toả nhiệt phía ngoài (W/m2.K) 0,85 _ Hệ số tưới không đều 9750 _ Hệ số thực nghiệm m1 _ Lưu lượng nước tưới trên 1m chiều dài ống (Theo kinh nghiệm kg/m.s) Khi đó (W/m2.K) Xác định hệ số truyền nhiệt qua vách ống Với _ Tổng nhiệt trở của vách ống: Ở đây (m) _ Bề dày lớp dầu (W/m.K) _ Hệ số dẫn nhiệt của dầu (m) _ Bề dày lớp cáu cặn (W/m.K) _ Hệ số dẫn nhiệt của lớp cáu cặn (m) _ Bề dày lớp sơn chống gỉ (W/m.K) _ Hệ số dẫn nhiệt của sơn chống gỉ (m) _ Chiều dày vách ống thép (W/m.K) _ Hệ số dẫn nhiệt của thép Vậy (W/m2.K) Nhiệt độ của nước trong tháp ngưng tụ tw được xác định: Hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu: Vậy (m2) Thiết bị ngưng tụ có các thông số sau: Bề mặt trao đổi nhiệt: Bề mặt nhẵn của ống thép trơn để chế tạo dàn ngưng amoniắc: A25 với đường kính ngoài, trong và chiều dày Số ống tại mỗi hàng (ống) Chiều dài mỗi ống thẳng (m) Số hàng ống: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt thực tế: (m2) Hệ số truyền nhiệt thực qua vách ống (W/m2.K) Sai số , như vậy có thể chấp nhận được. So sánh diện tích trao đổi nhiệt yêu cầu ta thấy thiết bị trao đổi nhiệt ngưng tụ đáp ứng được yêu cầu thực tế. THIẾT BỊ BAY HƠI Vai trò và vị trí của thiết bị bay hơi Thiết bị bay hơi có nhiệm vụ hoá hơi gas bão hoà ẩm sau tiết lưu đồng thời làm lạnh môi trường cần làm lạnh. Như vậy cùng với thiết bị ngưng tụ, máy nén và thiết bị tiết lưu, thiết bị bay hơi là một trong những thiết bị quan trọng không thể thiếu được trong các hệ thống lạnh. Quá trình làm việc của thiết bị bay hơi ảnh hưởng đến thời gian và hiệu quả làm lạnh. Đó là mục đích chính của hệ thống lạnh. Vì vậy, dù toàn bộ trang thiết bị hệ thống tốt đến đâu nhưng thiết bị bay hơi làm việc kém hiệu quả thì tất cả trở lên vô ích. Khi quá trình trao đổi nhiệt ở thiết bị bay hơi kém thì thời gian làm lạnh tăng, nhiệt độ phòng không đảm bảo yêu cầu, trong một số trường hợp do không bay hơi hết lỏng trong dàn lạnh dẫn tới máy nén có thể hút ẩm về gây ngập dịch lỏng. Ngược lại khi thiết bị bay hơi có diện tích quá lớn so với yêu cầu, thì chi phí đầu tư cao và đồng thời còn làm cho độ quá nhiệt hơi ra thiết bị lớn. Khi độ quá nhiệt lớn thì nhiệt độ cuối quá trình nén cao, tăng công suất nén. Việc lựa chọn thiết bị bay hơi dựa trên nhiều yếu tố như hiệu quả làm việc, đặc điểm và tính chất cần làm lạnh. Ở đây, do đặc điểm và tính chất của sản phẩm cần làm lạnh là cá filê cấp đông siêu tốc nên trong đồ án tốt ngh