Đồ án Thiết kế hệ thống lạnh Công Ty Cổ Phần Thủy Sản Và Thương Mại Thuận Phước Đà Nẵng

Như vậy, tổn thất nhiệt do vận hành Q3 sẽ là: Q3 = Q31 + Q32 + Q33 + Q34 + Q35 , W = 599,04 + 22,464 + 700 + 8000 + 775,185 = 10096,689 W 4.2.4. Xác định tải nhiệt cho thiết bị và cho máy nén: ¨Tải nhiệt cho thiết bị: QTB = Q1 + Q2 + Q3 , W = 827,563 + 92325,458 + 10096,689 = 103249,71 W ¨Tải nhiệt máy nén: QMN = 80 % Q1 + 100%Q2 + 75% Q3 = .827,563 + .92325,458 + .10096,689 = 100560,025 W ¨Năng suất lạnh của máy nén: Qo= , W Trong đó: k : Hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh: Chọn k = 1,1 b: hệ số thời gian làm việc: Chọn b = 0,9 QMN : Tổng tải nhiệt của máy nén đối với nhiệt độ bay hơi, W . Thay số vào ta có: Qo = = 122906,697 W 122,906 kW 4.3. Tính nhiệt cho hệ thống lạnh máy đá vảy: 4.3.1. Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt: 4.3.1.1. Nhiệt truyền qua kết cấu bao che cối đá Q41: Tổn thất nhiệt qua thành cối đá gồm tổn thất qua vách đứng và ở nắp cối đá. Quá trình truyền nhiệt ở đây rất khác nhau, cụ thể như sau: + Ở vách đứng, nhiệt truyền từ môi trường không khí bên ngoài vào môi chất lạnh + Ở nắp, nhiệt truyền từ môi trường bên ngoài vào không khí bên trong cối đá. ¨ Đối với vách đứng: = kt .t . ht , W Trong đó: ht : Chiều cao bên trong cối đá, ht = 1,38 m ; t = tn - tb tn : Nhiệt độ khôngkhí bên ngoài, tn = 38 0C tb : Nhiệt độ của môi chất lạnh, chính là nhiệt độ bay hơi, tb = - 23 0C kt : Hệ số truyền nhiệt qua vách đứng cối đá, W/m.K Vách đứng cối đá hình trụ mà hệ số truyền nhiệt K qua vách trụ nhiều lớp có công thức tổng quát là: k = , W/m.K Hệ số truyền nhiệt qua vách đứng hình trụ cối đá sẽ là: kt = , W/m.K Trong đó: d1 : Đường kính trong của cối đá không kể lớp môi chất lạnh, d1 = 13,9 m : Hệ số toả nhiệt bên ngoài thành cối dá ra môi trường không khí, W/m2.K Tra bảng 3 – 7TL [I] - Tr65 chọn: = 23,3 W/m2.K : Hệ số dẫn nhiệt của lớp Inox, = 22 W/m.K d2 : Đường kính của cối đá tính đến lớp Inox dày 5 mm, d2 = 1,4 m : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu cách nhiệt Polyurethane, W/m.K = 0,018 0,02 W/m.K d3 : Đường kính ngoài của cối đá vảy, d3 = 1,6 m : Hệ số toả nhiệt vách trong ra môi chất lạnh, = 21 W/m2.K Thay số vào ta có: kt = = 0,923 W/m.K Như vậy: = kt ( tn – tb ).ht = 0,923 ( 38 – ( - 23) .1,38 = 77,698 W ¨ Đối với nắp: = kn . Fn .t, W Trong đó: Fn : Diện tích nắp cối đá, FN = = 1,52 m2 t = tn - tb tn : Nhiệt độ không khí bên ngoài, tn = 38 0C tb : Nhiệt độ không khí bên trong cối đá, tb = 0 - 2 0C kn : Hệ số truyền nhiệt qua nắp cối đá, W/m2.K kn = , W/m2.K Trong đó: : Hệ số toả nhiệt bên ngoài nắp cối đá ra môi trường không khí, W/m2.K = 23,3 W/m2.K : Chiều dày của lớp vật liệu thứ i, m : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/m.K : Chiều dày của lớp cách nhiệt Polyurethane, = 100 mm = 0,1 m : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu cách nhiệt, = 0,018 0,02 W/m.K : Hệ số toả nhiệt từ vách ra môi trường không khí bên trong cối đá, W/m2.K Tra bảng 3-7TL [I] - Tr65 chọn: = 8 W/m2 .K Do là rất bé nên ta bỏ qua, lúc đó ta có hệ số truyền nhiệt là: kn = = = 0,193 W/m2.K Như vậy: = kn . Fn . t= kn . Fn ( tn - tb ) = 0,193 . 1,52 [38 – ( -2) ] = 11,734 W Vậy tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che cối dá Q11 là: Q11 = + = 77,698 + 11,734 = 89,432 W 4.3.1.2. Nhiệt truyền kết cấu bao bể nước tuần hoàn Q12: Ở bể nước tuần hoàn quá trình truyền nhiệt thực hiện từ môi trường không khí bên ngoài vào nước lạnh tuần hoàn: Q12 = kB . FB . t , W Trong đó: FB : Diện tích bể nước tuần hoàn, m2 Bể nước tuần hoàn có kích thước là: Chiều dài bể nước : 1600 + 100 = 1700 mm = 1,7 m Chiều rộng bể nước : 1600 + 100 = 1700 mm = 1,7 m Diện tích FB = 1,7 . 1,7 = 2,89 m2 t = tn - tb tn : nhiệt độ không khí bên ngoài, tn = 38 0C tb : Nhiệt dộ của nước tuần hoàn, tb = 50 C kB : Hệ số truyền nhiệt của bể nước tuần hoàn, W/m2.K kB = , W/m2.K Trong đó: : Hệ số toả nhiệt bên ngoài bể nước ra môi trường không khí, = 23,3 W/m2.K : Chiều dày của lớp vật liệu thứ i, m : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/m.K : Chiều dày của lớp cách nhiệt Polyurethane, = 100 mm = 0,1 m : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu cách nhiệt, = 0,018 0,02 W/m.K : Hệ số toả nhiệt từ vách trong của bể ra nước tuần hoàn, = 21 W/m2.K Do là rất bé nên ta bỏ qua, lúc đó ta có: kB = = = 0,196 W/m2.K Thay số vào ta có: Q12 = 0,196 . 2,89 ( 38 – 5 ) = 18,692 W Vậy tổn thất do truyền nhiệt Q1 sẽ là: Q1 = Q11 + Q12 = 89,432 + 18,692 = 108,124 W 4.3.2. Tổn thất nhiệt do làm lạnh nước đá Q2: Q2 = E ., W Trong đó: E : Năng suất của cối đá, E = 20 tấn/ngày = 20000 kg/ngày 24 x 3600 : Qui đổi ngày đêm ra giây, đó là thời gian làm việc. qo : Nhiệt lượng cần làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn, Nhiệt làm lạnh 1kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn qo được xác định theo công thức: qo = Cpn . t1 + r + Cpđ ., kJ/kg Cpn: Nhiệt dung riêng của nước, Cpn = 4,186 kJ/kg.K r : Nhiệt đông đặc, r = 333,6 kJ/kg Cpđ : Nhiệt dung riêng của đá, Cpđ = 2,09 kJ/kg.K t1 : Nhiệt độ nước đầu vào, t1 = 250C t2 : Nhiệt độ cây đá, t2 = -5 -8 0C Thay số vào ta có: qo = 4,186 . 25 + 333,6 + 2,09. = 454,97 kJ/kg Như vậy: Q2 = 20000 = 105,317129 kW = 105317,129 W 4.3.3. Tổn thất nhiệt do mô tơ dao cắt đá tạo ra Q3: Mô tơ dao cắt đá được đặt bên ngoài cối đá, vì vậy nhiệt lượng tạo ra bằng công suất trên trục của mô tơ. Q3 = . N , kW Trong đó: : Hiệu suất của động cơ điện. = 0,8 0,95 N : Công suất mô tơ dao cắt đá, N = 2,5 kW Thay vào ta có: Q3 = 0,85 x 2,5 = 2,125 kW 4.3.4. Xác định tải nhiệt cho máy nén và năng suất lạnh của máy nén: ¨ Tải nhiệt cho máy nén: QMN = 80 % Q1 + 100%Q2 + 75% Q3 = .108,124 + .105317,129 + . 2125 = 106997,378 W ¨ Năng suất lạnh của máy nén: QO = , W Trong đó: K : Hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh . Chọn K = 1,07 b: hệ số thời gian làm việc. Chọn b = 0,9 QMN : Tổng tải nhiệt của máy nén đối với nhiệt độ bay hơi, W Thay số vào ta có: QO = 127208 W = 127,208 kW 4.4. Tính nhiệt cho buồng cấp đông IQF: 4.4.1. Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che Q1: a. Tổn thất do chênh lệch nhiệt độ Q11: Q11 = kt.F.(t1-t2) , W. Trong đó: + kt : hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che xác định theo chiều dày cách nhiệt thực, kt = 0,156 W/m2.K + F : diện tích bề mặt của kết cấu bao che, m2. F = 2.[6,8.3,6 + 3,6.3,6 + 3,6.6,8] = 123,84 m2. + t1 : nhiệt độ môi trường bên ngoài; t1 = 20°C (vì đặt trong phòng có điều hoà) + t2 : nhiệt độ trong buồng, t2 = -35°C. Vậy tổn thất dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ là: Q11 = 0,156.123,84.(20-(-35)) = 1062,5 W b. Tổn thất nhiệt do bức xạ mặt trời: Vì thiết bị đặt trong nhà kín nên xem như Q12 = 0. Vậy tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che: Q1 = 1062,5 W 4.4.2. Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra Q2: Q2 = Q2sp + Q2bc . a. Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra Q2sp: Q2sp = Mđ(i2-i1), kW. Trong đó: + Mđ : công suất cấp đông ; Mđ = 500 kg/h = 0,14 kg/s. + Nhiệt độ tôm trước và sau khi xử lý lạnh: tsp vào = 10°C Þ i1= 290 kJ/kg. tsp ra = -18°C Þ i2= 5 kJ/kg. Vậy: Q2sp = 0,14.(290-5) = 39,58 kW b. Dòng nhiệt do thiết bị vận chuyển (băng chuyền) mang vào Q2bc: Phần băng chuyền ở bên ngoài nhận được nhiệt của môi trường và khi chuyển động vào bên trong nhả nhiệt cho không khí lạnh, làm tổn thất đi một lượng nhiệt. Q2bc = Mbc. C.(t1-t2), kW. Trong đó: + C = 0,45 kJ/kg.K : nhiệt dung riêng của lưới thép. + Mbc : khối lượng băng chuyền đi vào tủ, kg/s Mbc = (10¸30)%M = 20%M = 0,2.0,14 = 0,028 kg/s + t1 = 5°C: nhiệt độ vào của băng chuyền + t2= -25°C: nhiệt độ ra của băng chuyền Thay số vào ta có: Q2bc = 0,028.0,45.(5-(-25)) = 0,38 kW Vậy: Q2 = 39,58 + 0,38 = 39,96 kW. 4.4.3. Dòng nhiệt do thông gió Q3: Dòng nhiệt do gió lọt được tính ở đầu vào và ra sản phẩm: Q3= Gkk.Ckk.(t1-t2), kW. Trong đó: Gkk : khối lượng không khí lọt vào thiết bị Việc tính Gkk căn cứ vào tốc độ băng chuyền và diện tích cửa vào, Gkk = rkk.w.F, kg/s rkk: khối lượng riêng của không khí, rkk = 1,29 kg/m3 w: tốc độ chuyển động của băng tải, m/s F: tổng diện tích khoảng hở cửa vào và cửa ra của băng tải, m2 F = 50.10-3.3,6 = 0,18 m2 Þ Gkk = 1,29.0,173.0,18 = 0,04 kg/s Ckk : nhiệt dung riêng của không khí : Ckk = 1, 0036 kJ/kg.độ. t1 : nhiệt độ không khí trước khi lọt vào thiết bị : t1 = 20°C. t2 : nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi thiết bị : t2 = -15°C. Vậy: Q3 = 0,04.1,0036.(20-(-15)) = 1,4 kW 4.4.4. Dòng nhiệt do vận hành Q4: Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44 , W. + Q41 : Tổn thất nhiệt do chiếu sáng , W. + Q42 : Tổn thất nhiệt do người toả ra , W. + Q43 : Tổn thất nhiệt do các động cơ , W. + Q44 : Tổn thất nhiệt do mở cửa, W. Vì buồng cấp đông IQF kín do đó có thể bỏ qua các tổn thất nhiệt Q41, Q42, Q44. Như vậy: Q4 = Q43. Q43 = SNi , kW. Ni : công suất của động cơ điện, SNi = Nbc + Nquạt = 12 kW Vậy tổn thất nhiệt do vận hành: Q4 = 12 kW Tải nhiệt cho thiết bị: QTB = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 1,06 + 39,96 + 1,4 + 12 = 54,42 kW Tải nhiệt cho máy nén: QMN = 85%Q1 + Q2 + Q3 + 75%Q4 = 0,85.1,06 + 39,96 + 1,4 + 0,75.12 = 51,26 kW Năng suất lạnh của máy nén: , kW Trong đó: k = 1,1 : hệ số kể đến tổn thất đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh. b = 0,9 : hệ số thời gian làm việc. Như vậy: kW 4.5. Tính nhiệt cho buồng tái đông IQF: 4.5.1. Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che Q1: a. Tổn thất do chênh lệch nhiệt độ Q11: Q11= kt.F.(t1-t2) , W. Trong đó: + kt : hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che xác định theo chiều dày cách nhiệt thực, kt = 0,156 W/m2.K + F : diện tích bề mặt của kết cấu bao che, F = 2.(3 + 6).3 +2.6.3 = 84 m2. Kích thước của buồng tái đông được chọn như sau: (6000x3000x3000) mm + t1 : nhiệt độ môi trường bên ngoài, t1 = 20°C (vì đặt trong phòng có điều hoà) + t2 : nhiệt độ trong buồng, t2 = - 35°C. Vậy tổn thất dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ l: Q11 = 0,156.84.(20-(-35)) = 720,7 W = 0,72 kW. b. Tổn thất nhiệt do bức xạ mặt trời: Vì thiết bị đặt trong nhà kín nên xem như Q12 = 0. Vậy tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che: Q1 = 0,72 kW. 4.5.2. Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra Q2: Q2 = Q2sp + Q2bc . a. Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra Q2sp: Q2sp = Mkđ(i1-i2) , kW. Trong đó: Mkđ : công suất cấp đông ; Mđ = 500 kg/h = 0,14 kg/s. Nhiệt độ tôm trước và sau khi xử lý lạnh: tsp vào = -10°C Þ i1= 33,6 kJ/kg. tsp ra = -18°C Þ h2= 5 kJ/kg. Vậy : Q2sp = 0,14.(33,6 - 5) = 4 kW. b. Dòng nhiệt do thiết bị vận chuyển (băng chuyền) mang vào Q2bc: Phần băng chuyền ở bên ngoài nhận được nhiệt của môi trường và khi chuyển động vào bên trong nhả nhiệt cho không khí lạnh, làm tổn thất đi một lượng nhiệt: Q2bc = Mbc. C.(t1-t2) , kW. Trong đó: C = 0,45 kj/kg : nhiệt dung riêng của lưới thép. Mbc :khối lượng băng chuyền đi vào tủ, kg/s Mbc = (10¸30)%M = 20%M = 0,2.0,14 = 0,028 kg/s t1 = 5°C nhiệt độ vào của băng chuyền t2=-25°C nhiệt độ ra của băng chuyền Thay số: Q2bc= 0,028.0,45.(5-(-25)) = 0,38 kW. Vậy: Q2 = 4 + 0,38 = 4,38 kW. 4.5.3. Dòng nhiệt do thông gió Q3: Q3= Gkk.Ckk.(t1-t2) , kW. Trong đó: Gkk : khối lượng không khí lọt vào thiết bị ; Gkk = 0,16 kg/s. Ckk : nhiệt dung riêng của không khí : Ckk = 1, 0036 kJ/kg.độ. t1 : nhiệt độ không khí trước khi lọt vào thiết bị : t1 = 20°C. t2 : nhiệt độ không khí sau khi ra khỏi thiết bị : t2 = -15°C. Vậy : Q3 = 0,16.1,0036.[20-(-15)] = 5,6 kW. 4.5.4. Dòng nhiệt do vận hành Q4: Vì buồng tái đông IQF kín do đó tương tự như buồng cấp đông. Như vậy: Q43 = SNi , kW. Ni : công suất của động cơ điện, SNi = Nbc + Nquạt . Chọn theo thông số định hướng (thông số kĩ thuật buồng tái đông 500kg/h [6, Tr 219], ta có: Quạt dàn lạnh :3 x 2,2 kW Băng chuyền dẫn động bằng động cơ: 0,25 kW Vậy tổn thất nhiệt do vận hành: Q4 = 3 x 2,2 + 0,25 = 6,85 kW. 4.5.5 Tải nhiệt cho thiết bị: SQTB = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 0,72 + 4,38+ 5,6 + 6,85 = 17,55 kW. 4.5.5.1.Tải nhiệt cho máy nén: SQMN = 85%Q1 +100% Q2 +100% Q3 + 75%Q4 = 0,85.0,72 + 4,38+ 5,6+ 0,75.6,85 = 15,73 kW 4.5.5.2. Năng suất lạnh của máy nén: , kW Trong đó : k = 1,1 : hệ số kể đến tổn thất đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh. b = 1 : hệ số thời gian làm việc. Như vậy: kW CHƯƠNG V THÀNH LẬP SƠ ĐỒ, TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH VÀ TÍNH CHỌN MÁY NÉN 5.1. Tính toán cho tủ đông tiếp xúc 1000 kg/mẻ: 5.1.1. Chọn các thông số của chế độ làm việc: 5.1.1.1. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh to : to = tb - to tb : Nhiệt độ tủ cấp đông, tb = - 350C to : hiệu nhiệt độ yêu cầu. Chọn to = 9 oC Vậy ta có: to = -35 – 9 = -44 oC 5.1.1.2. Nhiệt độ ngưng tụ tk: Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ tk = tw + tk, oC Trong đó: tw : Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng, oC Do thiết bị ngưng tụ được chọn để thiết kế trong hệ thống lạnh là thiết bị ngưng tụ kiểu dàn ngưng bay hơi. Vì vậy: tw = tư + ( 4 8 k ) Mà: tư = 34,5o C ==> tw = 34,5 + ( 4 8 k ). Chọn tw = 35 oC tk : hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, tk = 3 5 oC. Chọn tk = 5 oC Thay số vào ta có: tk = 35 + 5 = 40 oC 5.1.1.3. Nhiệt độ quá lạnh tql: Nhiệt độ quá lạnh là nhiệt độ môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu: tql = tw1 + (3 5 oC ) Trong đó: tw1 : nhiệt độ nước vào dàn ngưng, tw1 = 30oC Thay vào ta có: tql = 30 + ( 3 5 oC). Chọn: tql = 33 oC 5.1.1.4. Nhiệt độ hơi hút th: Nhiệt độ hơi hút là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén. Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất. Với môi chất là NH3, Nhiệt độ hơi hút cao hơn nhiệt độ sôi từ 5 đến 15oC, nghĩa là độ quá nhiệt hơi hút th = 5 15 K là có thể đảm bảo độ an toàn cho máy khi làm việc. th = to + ( 5 15)oC = -44oC + ( 5 15)oC Chọn: th = -35oC 5.1.2. Thành lập sơ đồ và tính toán chu trình lạnh: Ta nhận thấy: Po ( to = - 44oC ) = 0,058 MPa Pk ( tk = 40 oC) = 1,56 MPa Do đó ta có tỷ số nén: Ta thấy tỷ số nén p = 26,89 > 9. Vì vậy ta chọn chu trình lạnh máy nén 2 cấp làm mát trung gian hoàn toàn bình trung gian có ống xoắn. 6 9 TL2 TL1 7 5’ 4 2 1 1’ NT BH NCA NHA BTG 3=8= 5 BH : Bình bay hơi NHA :Máy nén hạ áp NCA : Máy nén cao áp NT : Bình ngưng tụ TL1, TL2 : Van tiết lưu 1 và 2. BTG Bình trung gian 10 5.1.2.1 Thành lập sơ đồ: Hình 5-1 : Chu trình hai cấp nén bình trung gian có ống xoắn to, Po tK, PK 5’ 5 6 9 7 10 3=8 1’ 1 2 4 T S Ptg Hình 5-2 : Chu trình biểu diễn trên đồ thị T-S to,Po tK,PK Ptg 10 9 7 6 5 5’ 1’ 1 2 4 h 3=8 lg P Hình 5-3 : Chu trình biểu diễn trên đồ thị lgP-h 1. Chu trình hoạt động như sau: Hơi sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi được máy nén hạ áp nén đoạn nhiệt đến áp suất trung gian (điểm 2) rồi được sục vào bình trung gian và được làm mát hoàn toàn thành hơi bão hoà khô, hỗn hợp hơi bão hoà khô tạo thành ở bình trung gian được máy nén cao áp hút về và nén đoạn nhiệt đến áp suất ngưng tụ PK (điểm 4). Sau đó đi vào thiết bị ngưng tụ và nhả nhiệt trong môi trường làm mát ngưng tụ thành lỏng cao áp (điểm 5). Tại đây nó chia ra làm 2 dòng, một dòng nhỏ thì đi qua van tiết lưu 1 giảm áp suất đến áp suất trung gian Ptg (điểm 7) rồi đi vào bình trung gian. Tại đây lượng hơi tạo thành do van tiết lưu 1 cùng với lượng hơi tạo thành do làm mát hoàn toàn hơi nén trung áp và lượng hơi tạo thành do làm quá lạnh lỏng cao áp trong ống xoắn được hút về máy nén cao áp . Một dòng lỏng cao áp còn lại đi vào trong ống xoắn của bình trung gian và được quá lạnh đẳng áp đến điểm 6 sau đó đi qua van tiết lưu 2 giảm áp suất đến áp suất bay hơi (điểm 10). Sau đó đi vào thiết bị bay hơi nhận nhiệt của sản phẩm cần làm lạnh hoá hơi đẳng áp đẳng nhiệt thành hơi (1’) và chu trình cứ thế tiếp tục. 2. Các quá trình của chu trình: 1’-1: Quá nhiệt hơi hút 1-2 : Nén đoạn nhiệt cấp hạ áp từ Po lên Ptg 2-3 : Làm mát hơi quá nhiệt hạ áp xuống đường bão hoà x = 1 3-4 : Nén đoạn nhiệt cấp cao áp từ Ptg lên Pk 4-5 : Làm mát ngưng tụ và quá lạnh lỏng trong dàn ngưng tụ 5-7 : Tiết lưu từ áp suất PK vào bình trung gian. 5-6 : Quá lạnh lỏng đẳng áp trong bình trung gian. 6-10 : Tiết lưu từ áp suất PK xuống Po 10-1’ : Bay hơi thu nhiệt của môi trường lạnh. 3. Xác định chu trình hai cấp bình trung gian ống xoắn: a. Thông số trạng thái của các điểm nút của chu trình: Bảng 5-1 : Các thông số trạng thái tại các điểm nút cơ bản của chu trình: Điểm nút t, oC p, MPa h, kJ/kg v, m3/kg Trạng thái 1’ 1 2 3 4 5’ 5 6 7 9 10 - 44 - 35 70 -8 112 42 33 -5 -8 -8 -44 0,0576 0,0576 0,3151 0,3151 1,6429 1,6429 1,6429 1,6429 0,3151 0,3151 0,0576 1401 1421,1 1636,4 1451,8 1660,6 391,14 352,78 177,19 352,78 163,55 177,19 1,902 2,1 0,521 0,387 0,128 0,00173 0,00169 0,00155 0,387 0,00154 1,902 Hơi bão hoà Hơi quá nhiệt Hơi quá nhiệt Hơi bão hoà Hơi quá nhiệt Lỏng cao áp Lỏng cao áp Lỏng quá lạnh Hơi bão hoà Lỏng trung áp Hơi bão hoà ẩm Theo bảng hơi bão hoà ta xác định được: Po ( to = - 44oC ) = 0,058 MPa Pk ( tk = 40 oC) = 1,56 MPa Từ đó ta có áp suất trung gian: Ptg = MPa Suy ra: ttg = t3 = -8oC Chọn nhiệt độ quá lạnh lỏng trong ống xoắn bình trung gian t6= -5oC cao hơn nhiệt độ trong bình trung gian 3oC, do đó nhiệt độ trong bình trung gian sẽ là t9 = - 8oC. b. Năng suất lạnh riêng qo: qo = h1’ – h10 = 1401 – 177,19 = 1223,81 kJ/kg c. Năng suất lạnh riêng thể tích: qv = = 582,766 kJ/m3 d. Công nén riêng: l = l1 + kJ/kg Trong đó: m1 : Lưu lượng môi chất qua máy nén hạ áp m3 : Lưu lượng môi chất qua máy nén cao áp l1 , l2 : Công nén riêng cấp hạ áp và cấp cap áp Cân bằng Entanpi ở bình trung gian ta có: m1 . h5 + ( m3 – m1 ) h7 + m1h2 = m3h3 + m1h6 m3 ( h3 – h7 ) = m1 ( h5 – h7 – h6 – h2 ) = Thay vào ta có: L = l1 + .l2 Mà theo đồ thị LgP-h ta có: l1 = h2 – h1 l2 = h4 – h3 h5 = h7 Thay vào ta có: l = ( h2 – h1 ) + = ( 1636,4 – 1421,1 ) + = 215,3 + 277,231 = 492,531 kJ/kg e. Năng suất nhiệt riêng: qk = ( h4 – h5 ) , kJ/kg mà: . Do: h5 = h7 , nên: Vậy ta có: qk = (h4 – h5 ) = ( 1660,6 – 352,78 ) = 1736,441 kJ/kg f. Hệ số lạnh: = 2,484 5.1.2.2. Tính toán chu trình lạnh và chọn máy nén: A. Tính toán cấp hạ áp: 1. Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén hạ áp: m1 = , kg/s Trong đó: Qo : Năng suất lạnh của máy nén, Qo = , W Với: K : Hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh . K = 1,1 ( TL[I] - Tr92 ) b: Hệ số thời gian làm việc. Chọn b = 0,7 QMN : Tổng nhiệt tải của máy nén đối với một nhiệt độ bay hơi Theo tính toán ở phần ( 2.4.4) Ta có: QMN = 50800 W Thay vào ta có: Qo = = 79828,57 W 79,83 kW Vậy: m1 = = 0,0652 kg/s 2. Thể tích hút thực tế của máy nén hạ áp: VttHA = m1.v1 = 0,0652 . 2,1 = 0,13698 m3/s 3. Hệ số cấp máy nén: Trong đó: Po : Áp suất tại thời điểm môi chất sôi. Po = 0,058 MPa Ptg : Áp suất trung gian, Ptg = 0,3 MPa Theo TL[I] - Tr168, lấy Po = Ptg = 0,005 0,01 MPa m = 0,95 1,1 đối với máy nén amoniac c : Tỷ số thể tích chết, c = 0,03 0,05 To : Nhiệt độ tuyệt đối sôi, To = -44 + 273 = 229oK Ttg : Nhiệt độ trung gian của môi chất, Ttg = -8 + 273 = 265 oK Thay số vào ta có: = 0,54 4. Qui đổi năng suất lạnh sang chế độ tiêu chuẩn để chọn máy nén: + Chế độ tiêu chuẩn của hệ thống lạnh amoniac đối với chu trình 2 cấp được qui định theo bảng 7.1TL[I] - Tr172 Như sau: + Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh to = -40oC + Nhiệt độ ngưng tụ tk = 35oC + Nhiệt độ quá lạnh tql = 30oC + Nhiệt độ hơi hút tqn = -30oC to,Po tK,PK Ptg 9 8 7 6 5 1’ 1 2 h lg P TC TC TC TC TC 5’TC TC TC TC 3TC 4TC Theo các thông số nhiệt độ của chu trình tiêu chuẩn ta có thể vẽ được chu trình tiêu chuẩn trên đồ thị lgP- h như sau: Hình 5-4 : Chu trình tiêu chuẩn biểu diễn trên đồ thị lgP-h Ta xác định 1 số thông số cần thiết để tính các đại lượng yêu cầu: + Tại điểm 1’TC: to = -400C ( Trạng thái hơi bão hoà ) Po = 0,0717 MPa; h1’TC = 1407,3 kJ/kg + Tại điểm 1TC: tqn = - 30 oC pqn = 0,0717 MPa h1TC = 1429,5 kJ/kg ; v1TC = 1,6246 m3/kg + Tại điểm 5’TC: tk = 35oC pk = 1,3503 MPa + Tại điểm 3TC: Ptg = = 0,3111 MPa Ta suy ra ttg = t3TC = -8 oC + Tại điểm 6TC Chọn nhiệt độ quá lạnh lỏng trong ống xoắn bình trung gian. t6TC = - 5 oC h6TC = 177,19 kJ/kg + Tại điểm 9 TC ( trạng thái hơi bão hoà ẩm ) to = -40 oC Po = 0,0717 Mpa ; h9TC = h6TC = 177,19 kJ/Kg 5. Năng suất lạnh riêng khối lượng tiêu chuẩn: qoTC = h1’TC – h9TC, kJ/kg = 1407,3 – 177,19 = 1230,11 kJ/kg 6. Năng suất lạnh riêng thể tích tiêu chuẩn: qVTC = = = 757,177 kJ/m3 7. Hệ số cấp ở điều kiện tiêu chuẩn : Trong đó: To = to + 273 = -40 + 273 = 233 oK Ttg = ttg + 273 = -8 + 273 = 265oK Các thông số: Po = Ptg = 0,01; c = 0,05; m = 1,1 Thay vào ta có: = 0,622 8. Năng suất tiêu chuẩn QoTC tính chuyển từ Qo ra: QoTC = Qo, kW Theo tính toán ở phần trước ta có: qV = 582,766 kJ/m3 HA = 0,541 Qo = 79,83 kW Thay vào ta có: QoTC = 79,83 = 119,25 kW Với QoTC = 119,25 kW ta tra bảng 7.12TL[I] - Tr200 chọn tổ máy nén 2 cấp A130 -7-4 có máy nén hạ áp là tổ AH130-7-6 có các thông số kỹ thuật sau: - Năng suất lạnh : 157 kW - Công suất lắp đặt : 135 kW - Thể tích pittông quét phần hạ áp : 0,238 m3/s - Số vòng quay phần hạ áp : 50 Vòng /s 9. Số máy nén cần chọn: ZMN = , chiếc Trong đó: QoTCMN : Năng suất lạnh tiêu chuẩn của máy nén cụ thể, QoTCMN = 157 kW Vậy ta có: ZMN = = 0,91 Chọn 1 tổ máy nén hạ áp. 10. Công nén đoạn nhiệt: NS = m1. l1, kW Trong đó: m1 : Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén hạ áp, m1 = 0,0652 kg/s l1 : Công nén riêng cấp hạ áp: l1 = h2 – h1 = 1636,4 – 1421,1 = 215,3 kJ/kg Thay vào ta có: NS = 0,0652. 215,3 = 14,037 [kW] 11. Hiệu suất chỉ thị: = + bto Trong đó: = = b = 0,01 to : Nhiệt độ sôi, to = - 44oC Thay số vào ta có: 12. Công suất chỉ thị: Ni = kW 13. Công suất ma sát: Nms = Vtt. Pms , kW Vtt : Thể tích hút thực tế của máy nén phần hạ áp, Vtt = 0,13698 m3/s Pms : áp suất ma sát riêng, MPa Đối với máy nén amoniac thẳng dòng: Pms = 0,049 0,069 MPa Thay số vào ta có: Nms = 0,13698 . 0,049 = 0,0067 kW 14. Công suất hữu ích ( Trên trục máy nén ): Ne = Ni + Nms , kW = 20,584 + 0,0067 = 20,59 kW 15. Công suất tiếp điện: NelHA = , kW Công suất điện Nel là công suất đo được trên bảng đấu điện có kể đến tổn thất truyền động khớp, đai .... : Hiệu suất truyền động của khớp, đai... = 0,95 : Hiệu suất dộng cơ, = 0,80 0,95 Thay vào ta có: NelHA = = 25,5 kW B. Tính toán cấp cao áp: 1. Lưu lượng hơi thực tế qua máy nén cấp cao áp, do h5 = h7 nên: m3 = m1, kg/s = 0,0652 = 0,0865 kg/s 2. Thể tích hút thực tế: VttCA = m3 . v3 = 0,0865 . 0,387 = 0,033 m3/s 3. Hệ số cấp của máy nén: Trong đó: Ptg = 0,3 MPa Pk = 1,56 MPa Ttg = - 8 + 273 = 265 oK TK = 40 + 273 = 313 oK Ptg = PK = 0,005 0,01 MPa c = 0,03 0,05 m = 0,95 1,1 Thay vào ta có: = 0,634 4. Hệ số cấp của máy nén ở điều kiện tiêu chuẩn : Ở điều kiện tiêu chuẩn: Ptg = 0,3111 MPa Pk = 1,3503 MPa Ttg = -8 + 273 = 265 oK Tk = 35 + 273 = 308 oK Thay vào ta có: = 0,686 5. Năng suất tiêu chuẩn tính chuyển từ Qo ra: QoTC = Qo = 79,83. = 112,228 kW Với QoTC = 112,228 kW]ta tra bảng 7.12TL[I] - Tr200 chọn tổ máy nén 2 cấp A130-7-4 có máy nén cao áp là tổ Ap0-1 có các thông số kỹ thuật sau: - Năng suất lạnh : 157 kW - Công suất lắp đặt : 135 kW - Thể tích pittông quét phần cao áp : 0,0836 m3/s - Số vòng quay phần hạ áp : 25 Vòng /s 6. Số máy nén cần chọn: ZMN = , chiếc Trong đó: QoTCMN : Năng suất lạnh tiêu chuẩn của máy nén cụ thể: QoTCMN = 157 kW Vậy ta có: ZMN = = 0,71 Chọn 1 tổ máy nén cao áp. 7. Công nén đoạn nhiệt cao áp: NS = m3. l2 , kW Trong đó: m3 : Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén cao áp, m3 = 0,0865 kg/s l2 : Công nén riêng cấp cao áp, l2 = h4 – h3 = 1660,6 – 1451,8 = 208,8 kJ/kg Thay vào ta có: NS = 0,0865. 208,8 = 18,06 kW 8. Hiệu suất chỉ thị: = + bttg Trong đó: = = b = 0,01 ttg = - 8oC Thay vào ta có: 9. Công suất chỉ thị: Ni = kW 10. Công suất ma sát: Nms = VttCA. Pms , kW Trong đó: VttCA : Thể tích hút thực tế của máy nén phần cao áp, VttCA = 0,033 m3/s Pms : áp suất ma sát riêng, MPa Đối với máy nén amoniac thẳng dòng Pms = 0,049 0,069 MPa Thay vào ta có: Nms = 0,033 . 0,049 = 0,0016 kW 11. Công suất hữu ích: Ne = Ni + Nms = 21,68 + 0,0016 = 21,68 kW 12. Công suất tiếp điện: NelCA = , kW Công suất điện Nel là công suất đo được trên bảng đấu điện có kể đến tổn thất truyền động khớp, đai ..... : Hiệu suất truyền động của khớp, đai... = 0,95 : Hiệu suất dộng cơ = 0,80 0,95 Thay vào ta có: NelCA = = 26,84 kW 13. Nhiệt thải ra ở bình ngưng: Qk = m3 . l3 , kW = m3 ( h4 - h5 ) = 0,0865 ( 1660,6 – 352,78 ) = 113,126 kW 5.2. Lập sơ đồ, tính toán chu trình lạnh và chọn máy nén cho hầm đông gió: 5.2.1. Chọn các thông số của chế độ làm việc: 5.2.1.1. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: Phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh dùng để tính toán thiết kế có thể lấy như sau: to = tb - t