Đồ án Quá trình và thiết bị - Đề tài: Thiết kế kho lạnh bảo trái cây năng suất 120 tấn

ngoài kho lạnh Vật liệu Bề dày δ (m) Hệ số truyền nhiệt λ (W/m.K) Hệ số khuyếch tán ẩm g/mh MPa Vữa 0.020 0.800 90 Gạch 0.380 0.820 105 Vữa 0.020 0.800 90 Cách ẩm bitum 0.004 0.300 0.86 Cách nhiệt polystirol 0.047 7.5 Lớp vữa và tấm thép 0.020 0.880 90 4.4.2 Biểu diễn kết cấu tường bao 1 2 3 4 5 6 | | | | | | tf1 (H1) tf2 Trong đó: 1¸3: Lớp vữa xi măng 2: Lớp gạch 4: Lớp cách ẩm 5: Lớp polystyrol cách nhiệt 6: Lớp vữa trát xi măng lưới thép 4.4.3 Xác định bề dày lớp cách nhiệt Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức: (CT3.2,Tr64,[1]) Trong đó: dcn: Chiều dày lớp cách nhiệt polystirol(m) lcn : hệ số dẫn nhiệt của polystirol, W/mK α1 = 23.3 W/m2 .K : hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (tường có chắn gió). α2 = 9 W/m2.K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu cưỡng bức). δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng 1). λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng 1). K = 0.35 W/m2.K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn. => chọn δcn = 0.15 m Vậy hệ số truyền nhiệt thực tế: K=1=1 (CT 3-1,Tr64,[1]) K = 0.257 W/m2.K 4.4.4 Kiểm tra đọng sương Điều kiện để vách ngoài của kho lạnh không bị đọng sương: (CT 3-7,Tr66,[1]) Trong đó: t1: nhiệt độ bên ngoài kho bảo quản lạnh đông (oC) ts: nhiệt độ đọng sương của không khí bên ngoài (oC) t2: nhiệt độ bên trong kho lạnh (oC) α1: hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (W/m2.K) 0.95 : hệ số an toàn Theo (bảng 1-1,Tr7,[1]), thì nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất ở TP.HCM là 37.30C; độ ẩm 74%. Tra đồ thị h-x (hình1-1,Tr9,[1]), ta được ts = 320C .Nhiệt độ buồng lạnh t2 = 20C : α1 = 23,3 W/m2.K ( Tra bảng 3-7,Tr65,[1]). => K < ks Vậy vách ngoài không đọng sương Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt Điều kiện để ẩm không đọng lại trong cơ cấu cách nhiệt là áp suất riêng hơi nước thực tế luôn phải nhỏ hơn áp suất bão hoà hơi nước ở mọi điểm trong cơ cấu cách nhiệt Px < Phmax + Ta xác định Px: Mật độ dòng qua mọi điểm trong vách là như nhau và bằng mật độ dòng nhiệt qua tường bao vây ta có: Mật độ dòng nhiệt qua tường bao là: q = K.Dt = 0.202.(37.3 - 2) = 7.13 (W/m2) (CT 3-3,Tr65,[1]) Mật độ dòng nhiệt qua vách thứ nhất là: Ta có: q = q1 = a1(tf1 – t1) a1=23,3 W/m2K t1= tf1 - Vậy t2 = t1 - Tương tự ta có: t3 = t2 -q = 36.81 – 7.13= 33.51 0C t4 = t3 - q t5 = t4 -q = 33.33 – 7.13=33.240C t6 = t5 - q t7 = t6 - q Ta có : q=α2(t7-tf2) tf2 = t7 - Theo bảng 7-10 "Tính chất vật lý của không khí ẩm" Ta có bảng áp suất hơi Vách 1 2 3 4 5 6 7 Nhiệt độ t0C 36.99 36.81 33.51 33.33 33.24 10.48 10.31 P''x,Pa 6737.64 6672.3 5327.04 5146.7 5094.73 1735.08 1706.93 * Xác định phân áp suất thực của hơi nước - Dòng hơi thẩm thấu qua kết cấu bao che w = Với: Ph1: phân áp suất thực của hơi nước bên ngoài Ph2: Phân áp suất thực của hơi nước bên trong Ta có: nhiệt độ bên ngoài tổng đài = 37.30C độ ẩm Y = 74% Þ Ph1 = P''x (t=37.30C). j (=74%) = 6794.1. 74%=5027.63(Pa) = 5027.63.10 -6MPa Với nhiệt độ bên trong t0 = 20C độ ẩm j = 85% Þ Ph2 = P''x (t=20).j (= 85%) = 965.82. 85%= 820.95(Pa) = 820.95.10-6MPa H: Hệ số trở kháng thấm hơi của kết cấu bao che H = Vậy với kết cấu của tường bao ta có: Þ w = Vậy phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt các lớp vật lý Ta có: Pi = Ph1 - Vậy Px2 = Ph1 - w Px3 - Px2 - w Px4 - Px3 - w Px5 = Px4 -w Px6 = Px5 -w Px7 = Px6 -w Như vậy không có hiệu tượng đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt vì toàn bộ phần áp suất thực của hơi nước đều nhỏ hơn phân áp suất hơi nước bão hoà. Kết cấu xây dựng của trần kho lạnh Theo kinh nghiệm thực tế thì em chọn trần kho có kết cấu như sau: STT Tên vật liệu Chiều dày d(m) Hệ số dẫn nhiệt l(W/mK) Hệ số khuếch tán ẩmm(g/mh MPa) 1 Lớp phủ mái đồng thời là lớp cách ẩm 0.012 0.3 0.86 2 Lớp bê tông giằng 0.04 1.4 30 3 Lớp cách nhiệt điền đầy(sỏi,đất sét) dCN 0.2 7.5 4 Lớp cách nhiệt polystirol 0.05 0.047 7.5 5 Lớp bê tông cốt thép 0.22 1.5 30 6 Lớp vữa trát xi măng 0.01 0.9 90 1 2 3 4 5 6 4.5.1 Biểu diễn kết cấu của trần Hình vẽ: 1: Lớp phủ mái đồng thời là lớp cách ẩm 2: Lớp bê tông giằng 3: Lớp cách nhiệt điền đầy(sỏi,đất sét) 4: Lớp cách nhiệt polystirol 5: Lớp bê tông cốt thép 6: Lớp vữa trát xi măng 4.5.2 Chiều dày của lớp cách nhiệt: - Chiều dày của lớp cách nhiệt được xác định từ phương trình truyền nhiệt k Ta có k = (W/m2K ) Trong đố: dCN: chiều dày lớp cách nhiệt điền đầy lCN: hệ số dẫn nhiệt k: hệ số truyền nhiệt qua trần kho, ứng với t = 20C ta có: k = 0.29 W/m2K a1: Hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài mái kho a1 = 23.3 W/m2K a2: Hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài mái kho a2 = 9 W/m2K di: bề dầy của lớp vật liệu thứ i li: Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i; Theo kết cấu như trên dựa vào bảng 2 ta có chiều dày của lớp vật liệu cách nhiệt như sau: dCN = 0.2 = 0.4(m) Vậy chiều dày lớp cách nhiệt tổng cộng của trần kho bảo quản lạnh là 0,05+0,4=0,45m= 450mm Với dCN = 0,4 (m) thì khi đó hệ số truyền nhiệt thực sẽ là = 0.29(W/m2K) Kiểm tra đọng sương bề mặt ngoài của trần Tương tự như phần kiểm tra đọng sương đối với tường, đối với trần ta có: Với ks =3.33 W/m2K > kt = 0.29W/m2K Như vậy cũng không có hiện tượng đọng sương vách ngoài của trần. Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt Ta có mật độ dòng nhiệt qua cơ cấu cách nhiệt của trần là: q = k.Dt = 0.29. (37.3 - 2) = 10.24W/m2 Mật độ dòng điện qua vách thứ nhất: q =q1= a1 (tf1 - t1) Þ t1 =t f1 - Vậy t1 = 37.3 - Tương tự ta có: t2 = t1 - t3 = t2 - t4 = t3 - t5 = t4 - t6 = t5 - t7 = t6 - tf2 = t7 - Từ đồ thị tính toán tra bảng 7.10 "Tính chất vật lý của không khí ẩm" ta được phân áp suất bão hoà theo nhiệt độ sau: Bảng áp suất hơi nước trần: Vách 1 2 3 4 5 6 7 Nhiệt độ t0C 36.86 36.45 36.16 15.86 4.78 3.28 3.17 Px’’, Pa 6537.5 6464.5 6413.07 1757.2 1153.09 791.24 764.7 * Xác định phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt Dòng hơi ẩm thẩm thấu qua kết cấu bao che w = (W/m2) Trong đó: Ph1: phân áp suất phía ngoài ứng với t = 37.30C, j = 74% Ta có: Ph1 = P''x (t = 37.30C). j (= 74%) = 6794.1. 74%=5027.63(Pa) = 5027.63.10 -6MPa Ph2 = P''x (t=20C). j (= 85%) =965.82. 85%= 820.95(Pa) = 820.95.10-6MPa H: Hệ số trở kháng thăm hỏi của kết cấu bao che = 0.0827 (m2h MPa/g) Þ w = Vậy phân áp suất thực trên các bề mặt vật liệu như sau: Ta có: Px2 = Ph1 - w =4316 (Pa) Px3 = Px2 -w Như vậy toàn bộ phân áp suất thực của hơi nước trên bề mặt vật liệu đều nhỏ hơn phân áp suất bão hoà. Vậy không có hiện tượng đọng ấm trong cơ cấu cách nhiệt. 4.6 Chiều dày cách nhiệt của nền kho lạnh 4.6.1 Kết cấu cách nhiệt nền kho lạnh STT Tên vật liệu XD Hệ dày vật liệu d (m) Hệ số dẫn nhiệt l W/mk Hệ số khuếch tán ẩm m (g/mh MPa) 1 Lớp đá rắn 0,4 1,4 30 2 Lớp bê tông đệm 0,1 1,6 30 3 Lớp cách ẩm bitum 0,005 0,18 1,3 4 Lớp cách nhiệt bằng bê tông bọt dCN 0,15 244 5 Lớp bê tông giằng 0,03 1,6 30 6 Lớp bê tông cứng 0,02 1,4 30 7 Nền xi măng nhẵn 0,01 0,92 90 4.6.2 Biểu diễn kết cấu của nền 7 6 5 4 3 2 1 1. Lớp đá rắn 2. Lớp bê tông đệm 3. Lớp cách ẩm bitiem 4. Lớp cách nhiệt bê tông bọt 5. Lớp bê tông giằng 6. Bê tông cứng 7. Nền xi măng nhẵn 4.6.3 Xác định chiều dày của lớp cách nhiệt nền kho - Chiều dày lớp cách nhiệt được xác định từ phương trình truyền nhiệt K Ta có: k = Þ dCN = lCN (m) Trong đó: dCN : chiều dày lớp cách nhiệt bằng bê tông bọt lCN : Hệ số dẫn nhiệt của bê tông bọt K: Hệ số truyền nhiệt qua nền ứng với t2 = 20C Ta có: K = 0.41W/m2K bảng (3-6) a1: Hệ số toả nhiệt từ nền vào trong kho a1 = 23.3 W/m2K ai: Hệ số toả nhiệt phía trong kho a2 = 9 W/m2K di: Chiều dày lớp vật liệu thứ i li: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu thứ i Theo kết cấu như trên dựa vào bảng 3 ta có chiều dày lớp cách nhiệt là: dCN = = 0.28 (m) = 280(mm) Vậy ta chọn chiều dày lớp cách nhiệt là dCN = 0,28 (m) Với dCN = 0,28(m) ta có hệ số truyền nhiệt thực tế là: = 0.4(W/m2K) 4.6.4 Kiểm tra đọng sương trên nền kho lạnh Với nhiệt độ trong nền kho ta chọn t1 = 280C với j = 83% Tra trên đồ thị h-x hình 1-1 được ts =240C với t2 = 20C Từ công thức ks = 0.95.a1(W/m2k) Ta có: Ks = 0.95.23.3 = 3.36(W/m2k) Với Ks = 3.36(W/m2k) > kt =0.4 (W/m2k) thì không có hiện tượng đọng sương trên nền kho lạnh 4.6.5 Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt - Mật độ dòng nhiệt qua cơ cấu cách nhiệt q = k. Dt = k(t1 - t2 ) =0.4(28-2)=10.4 (W/m2k) - Xác định nhiệt độ trên các bề mặt của vật liệu Ta có: q = a1 (tf1 - t1) Þ t1 = tf1 - = 27,550C tf2 = tf1 - tf3 = tf2 - tf4 = tf3 - tf5 = tf4 - tf6 = tf5 - tf7 = tf6 - tf8 = tf7 - tf2 = tf8 - - Từ nhiệt độ đã tính ở trên tra bảng 7-10 "Tính chất lý của không khí ẩm" (TL7) ta được phân áp suất bão hoà theo nhiệt độ. Vách 1 2 3 4 5 6 7 8 Nhiệt độ t0C 27.55 24.58 23.93 23,64 4.23 4.04 3.89 3.78 Phmax 3673,3 3039,4 2914,3 2860,2 1050.11 1002.94 938.39 911.85 4.6.6 Xác định áp suất thực của hơi nước - Dòng hơi thẩm thấu qua kết cấu bao che w = Trong đó: Ph1: phân áp suất phía ngoài ứng với t = 280C, j = 83% Ta có: Ph1 = P''x (t = 280C) j (= 83%) = 3778,5. 0,83 = 3163 (Pa)== 3163.10-6 (MPa) Ph2: phân áp suất phía trong kho Ph2 = P''x (t=20C). j (= 850C) = 965.82. 85%= 820.95(Pa) = 820.95.10-6MPa H: Trở kháng thẩm thấu hơi của kết cấu bao che: = 0.023 (m2h MPa/g) Þ w = Vậy phân áp suất thực của hơi nước trên các bề mặt Px2 = Ph1 - w = 1802.67(Pa) Px3 = Px2 -w Px5 = Px4 - Như vậy không có hiện tượng đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt vì toàn bộ phân áp suất thực của không khí đều nhỏ hơn phân áp suất hơi nước bão hoà. CHƯƠNG 5 TÍNH NHIỆT KHO LẠNH Tính nhiệt kho lạnh là tính toán các dòng nhiệt từ môi trường bên ngoài đi vào kho lạnh. Đây chính là dòng tổn thất nhiệt mà máy lạnh cần phải đủ công suất lạnh để thải nó trở lại môi trường nóng đảm bảo sự chênh nhiệt độ giữa luồng lạnh với không khí môi trường xung quanh. Mục đích cuối cùng của việc tính nhiệt kho lạnh là để xác định năng suất lạnh của máy lạnh cần đặt. Khi đó dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh Q được xác định bằng biểu thức. Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5, W (CT 4-1,Tr75,[1]) Trong đó: Q1: Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che vào buồng lạnh qua dẫn nhiệt và bức xạ mặt trời. Q2: Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra trong quá trình xử lí lạnh Q3: Dòng nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió vào buồng lạnh Q4: Dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau do vận hành kho lạnh Q5: Dòng nhiệt từ sản phẩm toả ra khi sản phẩm hô hấp(thở) Đặc điểm của các dòng nhiệt là chúng thay đổi liên tục theo thời gian. Q1 phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường xung quanh nó, thay đổi từng giờ, từng ngày và từng tháng trong năm, mùa trong năm. Q2 phụ thuộc vào thời vụ; Q3 phụ thuộc vào loại hàng bảo quản; Q4 phụ thuộc vào quy trình công nghệ chế biến, bảo quản hàng và Q5 phụ thuộc vào những biến đổi sinh hoá của từng sản phẩm,”hô hấp”. Xác định dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che Q1 Q1= Q11+Q12 Trong đó: Q11: Dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ Q12: Dòng nhiệt qua tường bao và trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời Dòng nhiệt qua tường bao do chênh lệch nhiệt độ Q11T=kT.FTt1-t2 (CT 4-2,Tr77,[1]) Trong đó: k: hệ số truyền nhiệt, k= 0.3W/m2.K F: diện tích kết cấu bao che, FT = 2(12×4) +2 (12×4) =192m2 →Q11T=0.3×19237.3-2=2033.28 W Dòng nhiệt qua trần do chênh lệch nhiệt độ Q11Tr=kTr.FTrt1-t2 (CT 4-2,Tr77,[1]) Trong đó kTr = 0.29W/m2.K FTr = 12×12= 144 m2 →Q11Tr=0.29×144.37.3-2=1474.13W Dòng nhiệt qua nền có nhiệt độ chênh lệch Nền không sưởi nên áp dụng công thức 4-4,Tr107,[1]. Q11N=kq.FNt1-t2.m Trong đó: m: Hệ số tính đến sự gia tăng tương đối trở nhiệt của nền khi có lớp cách nhiệt m=11+1,25δ1λ1+δ2λ2+δnλn (CT 4-5,Tr78,[1]) =11+1.250.41.4 +0.11.6+0.0050.18+0.031.6+0.021.4+0.010.92+0.280.15=0.259 Hệ số truyền nhiệt qui ước kq lấy theo từng vùng là: Vùng rộng 2 m dọc theo chu vi tường bao: kq = 0.47, F = 12×12 →Q11'=0.47.144.37.3-2.0.259=618.77 W Vùng rộng 2 m tiếp theo về phía tâm buồng: kq = 0.23, F = 10×10 →Q11''=0.23.100.37.3-2.0.259=210.28 W Vùng rộng 2 m tiếp theo: kq = 0.12, F = 8×8 →Q11'''=0.12.64.37.3-2.0.259=70.22 W Vùng còn lại ở giữa buồng lạnh: kq = 0.07, F = 6×6 →Q11''''=0.07.36.37.3-2.0.259=23.04 W VậyQ11N=618.77+210.28+70.22 +23.04=922.31W Vậy dòng nhiệt do chênh lệch nhiệt độ Q11=Q11T+ Q11Tr+Q11N=2033.28+1474.13+922.31 =4429.72 W Dòng nhiệt qua tường do bức xạ mặt trời Q12T=kT.FT.∆tbxT (CT 4-6,Tr78,[1]) Vách hướng tây nhận bức xạ lớn nhất kT = 0.3W/m2.K FT= 12×4 =48 Do phủ lớp vôi trắng nên ΔtbxT tra bảng 4-1,Tr108,[1]. ta được ΔtbxT = 80C → Q12T=0.3.48.8=115.2 W Dòng nhiệt qua trần do bức xạ mặt trời Q12Tr=kTr.FTr.∆tbxTr (CT 4-6,Tr78,[1]) kTr = 0.29W/m2.K FT= 12×12 = 144 m2 Do trần màu xám nên ΔtbxTr = 190C → Q12Tr=0.29×144×19=793.44 W Vậy Q12=Q12T+Q12Tr= 115.2+793.44 =908.64W Vậy dòng nhiệt qua kết cấu bao che: Q1= 4429.72+908.64=5338.36W 5.2 Xác định dòng nhiệt do sản phẩm toả ra Q 2 - Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra được xác định qua biểu thức: Q 2 = Q21 + Q22 (W) Trong đó: Q21: Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra Q22: Dòng nhiệt do bao bì toả ra 5.2.1 Xác định dòng nhiệt do sản phẩm toả ra Q21 - Dòng nhiệt toả ra do sản phẩm được xác định qua biểu thức sau: (kW) (CT 4-7,Tr80,[1]) 1000 :(24.3600) hệ số chuyển đổi từ t/ngày đêm ra đơn vị kg/s Trong đó h1,h2: entanpy của sản phẩm trước và sau khi xử lí lạnh Theo bảng (4-2,Tr81,[1]) ứng với t1 = 80C ta có h1 = 302 KJ/kg, ứng với t = 20C ta có h2 = 274 kJ/kg M : Lượng hàng nhập vào buồng bảo quản lạnh,t/24h (CT 4-8,Tr80,[1]) E1: dung tích buồng bảo quản lạnh,t m: hệ số nhập hàng không đồng đều ,m = 2÷2.5 (chọn m= 2.25) 120: số ngày kho lạnh nhập hàng trong 1 năm B: hệ số quay vòng hàng ,B=8÷10,(chọn B=9) Theo đề tài cho kho có dung tích E = 120 tấn. Vậy = 6.563(kW) 5.2.2 Xác định dòng nhiệt do bao bì toả ra - Dòng nhiệt do bao bì toả ra được xác định qua biểu thức (CT 4-13,Tr84,[1]) Trong đó: Mb : khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm ,t/24h Ta có: Mb = 10%M = 0,1.20.25= 2.025(kg/s) Cb: Nhiệt dung riêng của bao bì ở đây ta sử dụng bao bì là bao bì gỗ: Cb= 2.5 kJ/kgK t1,t2: Nhiệt độ trước và sau khi làm lạnh của bao bì t1 = 80C t2 = 20C Vậy = 2.025.2,5.(8-2).=0.469(kW) Vậy tổng lượng nhiệt do sản phẩm toả ra là: Q2 = Q21 + Q22 = 6.563+ 0.469= 7.032 (kW) 5.3 Xác định dòng nhiệt do thông gió Q3 Dòng nhiệt Q3 được xác định qua biểu thức: Q3= Mkh1-h2 (CT 4-15,Tr85,[1]) Trong đó: Mk: lưu lượng không khí của quạt thông gió, m3/s h1, h2: entanpi của không khí ở ngoài và ở trong buồng,kj/kg Nhiệt độ không khí ở bên ngoài Tp. HCM là 37.30C, φ =74% tra đồ thị h-x hình 1-1,Tr9,[1] ta được h1=110 kj/kg không khí ẩm. Nhiệt độ trong buồng lạnh là 20C, φ = 85% tra đồ thị h-x hình 1-1,Tr9,[1]. ta được h2 = 10 kj/kg không khí ẩm Lưu lượng quạt thông gió có thể xác định theo biểu thức : Mk=V.a.ρk24.3600, kg/s (CT 4-16,Tr85,[1]) Trong đó: V: thể tích buồng bảo quản cần thông gió, m3 a: số lần thay đổi không khí trong 1 ngày đêm, a=2 lần/24h ρk: khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ và độ ẩm