Đồ án Thiết kế hệ thống lạnh phục vụ dây chuyền sản xuất sữa chua với công xuất 10.000 (Kg/ngày)

trong một ca là: Nguyên liệu Sữa chua trắng(%) Bơ Sữa bột gầy Chất ổn định (Stap) Đường Nước 484,5 581,4 33,915 121,125 3624,06 Vậy lượng nguyên liệu ban đầu đưa vào sản xuất trong một ngày là: Nguyên liệu Sữa chua trắng(%) Bơ Sữa bột gầy Chất ổn định (Stap) Đường Nước 969 1162,8 67,83 242,25 7248,12 Vậy lượng nguyên liệu ban đầu đưa vào sản xuất trong một năm là: Nguyên liệu Sữa chua trắng(%) Bơ Sữa bột gầy Chất ổn định (Stap) Đường Nước 290700 348840 20349 72675 2174436 + Tỷ trọng của sữa chua được tính theo công thức. C = 1,21.F + 0,25.a + 0.66 Trong đó: F: Phần trăm chất béo .(F = 2,5%) a: Độ tỉ trọng a = 88,46 vậy C = 1,21.25% + 0,25.88,64 + 0,66 = 22,85% Vậy tỉ trọng của sữa chua là: 1,08846 + Số hộp sữa chua cần sử dụng để đóng trong một ca là : (ta sử dụng hộp 120 mg) 5000 : (1,08846.0,12) = 38281 (hộp/ca) Vậy lượng hộp nhà máy cần dùng trong một ngày là (tính cả 3% hao phí bảo quản và đóng gói ): 38281 ´ 2 = 76562 (hộp/ngày) Vậy lượng hộp nhà máy cần dùng trong một năm là (tính cả 3% hao phí bảo quản và đóng gói ): (76562 + 76562 ´ 3% ) ´ 300 = 23037505.8 + Số thùng dùng để đóng sữa chua trong một ca là: (1 thùng chứa 48 hộp) 38281 : 48 = 797,52 (thùng/ca) + Số thùng dùng để đóng sữa chua trong một ngày là: (1 thùng chứa 48 hộp) 797,52 ´ 2 = 1559,041(thùng/ngày) + Số thùng dùng để đóng sữa chua trong một năm là: (1 thùng chứa 48 hộp) 1559,041 ´ 300 = 478512,5 (thùng/năm) 2.2 - Tính cân bằng nhiệt . 2.2.1 - Tính năng suất lạnh phục vụ cho dây chuyền sản suất sữa chua . Tổng năng xuất lạnh cần cấp cho các công đoạn trong dây chuyền sản xuất sữa chua là: Q01 = (kw) Trong đó: Q1 : Năng suất lạnh để làm lạnh sữa từ nhiệt độ thanh trùng lần 1 đến nhiệt độ ủ hoàn nguyên. Q2 : Năng suất lạnh để làm nguội sữa chua sau quá trình hoàn nguyên đến nhiệt độ lên men. Q3 : Năng suất lạnh ở công đoạn sau lên men đến nhiệt độ rót hộp. Q4 : Năng suất lạnh của khâu bảo quản sữa chua đã đóng hộp (nhiệt độ của kho lạnh). 1. Năng suất lạnh Q1 để làm lạnh sữa từ nhiệt độ thanh trùng lần 1 đến nhiệt độ ủ hoàn nguyên. Được tính theo công thức sau : Q1 = G1 . C1 . (t1 - t 2) Trong đó : G1 : Lượng sữa cần làm lạnh trong công đoạn này G1 = 4845 (Kg/ca) C1 : Nhiệt dung riêng của sữa ( Chọn C = 0,95 Kcal/kg0C) t1, t 2 : Nhiệt độ đầu và cuối của sữa t1 = 750C, t2 = 40C. Vậy Q1 = G1 . C1 . (t1 - t 2) = 4845 . 0,95 . (75 - 4) = 326795,25 (Kcal/ca) Q1 = 11,347(kw) 2. Năng suất lạnh Q2 để làm nguội sữa chua sau quá trình hoàn nguyên đến nhiệt độ lên men. Được tính theo công thức sau : Q2 = G2 . C2 . (t1 - t 2) Trong đó : G2 : Lượng sữa chua cần làm lạnh trong công đoạn này G2 = 4845 (Kg/ca) C2 : Nhiệt dung riêng của sữa ( Chọn C = 0,95 Kcal/kg0C) t1 : Nhiệt độ của sữa chua khi lên men t1 = 900C t2 : Cần làm nguội xuống nhiệt độ 500C Vậy Q2 = G2 . C2 . (t1 - t 2) = 4845 . 0,95 .(90 – 50) = 184110 (Kcal/ca) Q2 = 6,4 (kw) 3. Q3 Năng suất lạnh ở công đoạn sau lên men đến nhiệt độ rót hộp. Được tính theo công thức sau : Q3 = G3 . C3 . (t1 - t 2) Trong đó : G3 : Lượng sữa chua cần làm lạnh trong công đoạn này G3 = 5000 (Kg) C3 : Nhiệt dung riêng của sữa ( Chọn C3 = 0,95 Kcal/kg0C) t1, : Nhiệt độ của sữa sau khi lên men t1 = 450C t2 : nhiệt độ cần làm lạnh (nhiệt độ rót hộp) t2 = 250C Vậy Q3 = G3 . C3 . (t1 - t 2) = 5000 . 0,95 .(45 - 25) = 95000 (Kcal/ca) Q3 = 3,3 (kw) 4. Năng suất lạnh Q4 của khâu bảo quản sữa chua đã đóng hộp (nhiệt độ của kho lạnh). Được tính theo công thức : Q4 = Q41 + Q42 + Q43 Trong đó: Q41 : Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra. Q42 : Dòng nhiệt từ không khí bên ngoài kho lạnh thấm vào trong kho. Q43 : Tổn thất lạnh do vận hành. Sau đây là phần tính toán chi tiết : Dòng nhiệt Q41. Q41 = G4 . C4. (t1 - t 2) Trong đó : G4 : Lượng sữa chua cần làm lạnh trong công đoạn này G4 = 5000 (Kg) C4 : Nhiệt dung riêng của sữa ( Chọn C4 = 0,95 Kcal/kg0C) t1 : Nhiệt độ của sữa sau khi lên men t1 = 250C t2 : nhiệt độ cần làm lạnh t2 = 40C Vậy Q4 = G4 . C4 . (t1 - t 2) = 5000 . 0,95 .(25 - 4) = 99750 (Kcal/ca) Q4 = 3,46 (kw) Dòng nhiệt Q42 . Kho lạnh là một khối hộp nằm dưới mái nhà xưởng. Không khí nhà xưởng có nhiệt độ gần bằng nhiệt độ không khí xung quanh ở vùng Hà Nội (txq = 32,70C). Vậy : Q42 = G4 . C4 (txq – tb) Trong đó: G4 : Lượng sữa chua cần làm lạnh trong công đoạn này G4 = 5000 (Kg) C4 : Nhiệt dung riêng của sữa ( Chọn C4 = 0,95 Kcal/kg0C) Txq : Nhiệt độ không khí xung quang ở vùng Hà Nội txq =32,70C Tb : Nhiệt độ phòng bảo quản lạnh tb = 40C Q42 = G4 . C4 (txq – tb) = 5000 . 0,95 (32,7 - 4) = 13625 (Kcal/ca) Q42 = 4,73 (Kw) Dòng nhiệt Q43 . Tổn thất lạnh do vận hành ở đây ta lấy bằng 40% Q41 . Q43 = Q41 . 40% = 3,46 . 0,4 = 1,384 (Kw). Vậy năng suất lạnh Q4 của khâu bảo quản sữa chua đã đóng hộp (ở nhiệt độ của kho lạnh) là: Q4 = Q41 + Q42 + Q43 = 3,46 + 4,73 + 1,384 = 9,574 (Kw). Vậy tổng năng suất lạnh cho toàn bộ dây chuyền sản xuất sữa chua là : Q01 = 11,347 + 6,4 + 3,3 + 9,574 = 30,621 (kw) Q01 = 30,621 (kW) 2.2.2 - Tính năng suất lạnh cho kho lạnh bảo quản sữa chua thành phẩm. Mục đích Tính nhiệt kho lạnh là tính các dòng nhiệt khác nhau từ môi trường xung quanh xâm nhập vào bên trong kho lạnh. đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà ta phải tính toán để chọn máy lạnh có công suất để lấy hết lượng nhiệt đó thải ra ngoài. Mục đích tính toán nhiệt là để chọn lựa loại máy có công suất tương ứng để lắp đặt cho hệ thống sao cho nó hoạt động vận hành trong năm với điều kiện chịu tải lớn nhất, có nghĩa là tính chọn tổng tổn thất lạnh lớn nhất Qmax. Dưới đây là một số các tính toán phụ tải tại thời điểm mà tải lạnh đạt được để khi vận hành nó có thể hoạt động được trong những thời điểm cần thiết: Tổng năng suất lạnh phục vụ cho phòng bảo quản lạnh được tính như sau: Q02 = = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8 Trong đó: Q1 : Năng suất lạnh để làm lạnh sản phẩm. Q2 : Tổn thất qua trần. Q3 : Tổn thất qua nền. Q4 : Tổn thất qua tường. Q5 : Tổn thất do mở. Q6 : Tổn thất do người ra vào. Q7 : Tổn thất do thắp sáng. Q8 : Tổn thất do thông gió. Năng suất lạnh để làm lạnh sản phẩm. Năng suất lạnh để làm lạnh sản phẩm chính là năng suất lạnh của khâu bảo quản sữa chua đã đóng hộp (nhiệt độ của kho lạnh). Q1 = Q4 = 9,574 (kW) Tổn thất qua trần. Q2 = k.Ftr.Dt (kcal/ca). Trong đó: K : Hệ số truyền nhiệt qua trần (chọn k = 0,4 kcal/m2h0C). Ftr : Diện tích trần của kho lạnh (Ftr = 60 m2). Dt : Chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài của của kho lạnh. Dt = (t1 – t2) = 25 – 4 = 210C Với : t1 = 250C t 2 = 40C Q2 = k.Ftr.Dt = 0,4.60.21 = 504 (kcal/ca) = 0,14 (kW). Tổn thất lạnh qua nền. Q3 = k.Ftr.Dt (kcal/ca). Trong đó: K : Hệ số truyền nhiệt qua nền (chọn k = 0,4 kcal/m2h0C). Fn : Diện tích trần của kho lạnh (Ftr = 60 m2). Dt : Chênh lệch nhiệt độ giữa nền và kho lấy nhiệt độ trung bình của đất là 200C. Dt = (t1 – t2) = 20 – 4 = 160C Với : t1 = 200C t 2 = 40C Q3 = k.Fn.Dt = 0,4.60.16 = 384 (kcal/ca) = 0,1 (kW). Tổn thất qua tường. Q4 = k.Ft.Dt (kcal/ca). Trong đó: K : Hệ số truyền nhiệt qua tường (chọn k = 0,4 kcal/m2h0C). Ftr : Diện tích tường bao của kho lạnh (Ftr = 2 ´ (7+9) ´ 3,7 = 118,4 m2). Dt : Chênh lệch nhiệt độ không khí trong kho và nhiệt độ của không khí môi trường bên ngoài kho. Dt = (t1 – t2) = 32,7 – 4 = 28,70C Với : t1 = 32,70C t 2 = 40C Q4 = k.Ftr.Dt = 0,4.118,4.28,7 = 1359,232 (kcal/ca) = 2,83 (kW). Tổn thất lạnh do mở cửa. Q5 = b.F Trong đó: b : Chi phí lạnh cho 1m2/h phụ thuộc vào diện tích và loại phòng. F : Diện tích xây dựng của phòng. Nếu F > 50 m2 thì b = 4,7 (W/m2) Nếu F Ê 50 m2 thì b = 9,3 (W/m2) Khổ mở 2 cửa rộng 3,5 m và cao 3,5 m. Q5 = b.F = 4,7.60 = 282 (kcal/ca) = 0,59 (kW). Tổn thất lạnh do người ra vào. Q6 = n.q Trong đó: n : Số người ra vào trong một ngày n = 4 q : Nhiệt tiêu hao riêng cho một người q = 120 (kcal/h) Q6 = n.q = 4.120 = 480 (kcal/h) = 1(kW). Tổn thất lạnh do thắp sáng. Q7 = A.F Trong đó : A: Lượng nhiệt mất trên 1m2 bê mặt. A = a.h.g a : Chi phí điện trên 1m2, a = 6,2 (w/m2). h : Hệ số bật đèn, h = 0,6 g : Hiệu suất ứng dụng, g = 0,87 A = a.h.g = 6,2.0,6.0,87 = 3,236 Q7 = A.F = 3,236.60 = 194,16 (kcal/h) = 0,405 (kW). Tổn thất lạnh do thông gió. Tổn thất lạnh do thông gió ta lấy bằng 10% – 15% của (Q1 + Q2) (Q1 + Q2) = (9,574 + 0,14) = 9,714 (kW) Vậy Q8 = 9,714.15% = 9,714.0,15 = 1,4571 (kW). Vậy tổng phụ tải kho lạnh là: Q02 = = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8 = 9,574 + 0,14 + 0,1 + 2,83 + 0,59 + 1 + 0,405 + 1,4571 = 16,0961 (kW) Q02 = 16,0961 (kW) Chương III Tính toán kho lạnh bảo quản sữa chua thành phẩm 3.1 - Diện tích kho lạnh Các dữ kiện đã biết : Kích thước hộp (120ml) là (60 ´ 40 ´ 50) mm. Mỗi thùng chứa được 48 hộp. Cứ 1 m2 theo mặt sàn xếp được 60 hộp sữa chua, với chiều cao là 2m có thể xếp được 250 lớp hộp sữa chua. Vậy tổng số hộp sữa chua có thể xếp được trong 1 m2 là : 60 ´ 250 = 15.000 (hộp) Số lượng hộp sữa chua sản suất trong một ca là: (tỉ trọng của sữa chua là r = 1,08846 kg/m3). 5000 : (1,08846.0,12) = 38281(hộp/ca) Số lượng hộp sữa chua sản suất trong một ngày là: 38281 ´ 2 = 76562 (hộp/ngày) - Thời hạn tối đa bảo quản sữa trong kho là 7 ngày : 76562 ´ 7 = 535934 (hộp/ 7 ngày) Như vậy lượng sữa chua có thể chứa được trong kho là : Gồm có : 535934/48 = 11165 thùng (mỗi một thùng có 48 hộp, mỗi một hộp chứa 120ml) tương đương 64312 (kg). Vậy diện tích kho sử dụng để xếp là : 535934/15.000 = 36 m2 Chọn hệ số sử dụng diện tích sàn kho lạnh b = 0,6 (ngoài hàng ra còn dành lối đi lại cho xe nâng hạ bốc xếp). Vậy diện tích xây dựng kho lạnh là : Fxd = 36/ 0,6 = 60 m2 Chọn chiều cao kho lạnh tối thiểu là H = 5m vì hai lý do : Thứ nhất : hàng được xếp trong các thùng cứng kích thước lớn nhờ đó có thể chồng được cao. Xe nâng hạ có thể với tới độ cao khoảng 3m. Thứ hai : phụ tải trên một đơn vị diện tích sàn cho phép 4000 kg/m2. Vậy dung tích hình học của kho lạnh là: W7 ´ L9 ´ H5 = 315 m3. Dung tích qui ước của kho (nếu kho chỉ chứa một mặt hàng là thịt lợn tứ thân hoặc bán thân với gv = 0,35 tấn/m3). E = V. gv = 315 ´ 0,35 = 110 (tấn). 3.2 - Kết cấu kho lạnh . Sự khác nhau chủ yếu giữa kho lạnh và một ngôi nhà công nghiệp là ở chỗ trong kho lạnh luôn duy trì một nhiệt độ tương đối thấp, độ ẩm tương đối cao so với môi trường bên ngoài. Do sự chênh lệch nhiệt độ luôn có một dòng nhiệt tổn thất ảnh hưởng đến việc chọn năng suất lạnh. Dòng ẩm có tác động xấu đến vật liệu xây dựng và cách nhiệt, làm giảm tuổi thọ vật liệu và cấu trúc xây dựng, làm hỏng cách nhiệt và làm mất khả năng cách nhiệt. Vì vậy cấu trúc xây dựng và cách nhiệt phải đáp ứng được các yêu cầu sau: Có hệ số dẫn nhiệt nhỏ hoặc trở nhiệt lớn; Chịu được tải trọng của bản thân và của hàng bảo quản xếp trong kho; Bề mặt ngoài tường bên ngoài không được đọng sương; Phải đảm bảo cách nhiệt tốt giảm chi phí đầu tư cho máy lạnh và vận hành; Không hút nước hoặc độ hút nước nhỏ; Có độ trở thấm cao; Có độ bền cơ học đủ lớn, dẻo dai trơ với băng giá; Có hình dáng hình học cố định; Có khối lượng riêng nhỏ; Không cháy; Không có phản ứng và tác động với các hoá chất; Không bắt mùi và không có mùi lạ; Không ăn mòn và tác động gây ăn mòn bề mặt kim loại của bề mặt cách nhiệt; Không phát triển ký sinh trùng, nấm men, nấm mốc, vi trùng; Không bị các loài gặm nhấm phá hoại; Tuổi thọ của vật liệu cách nhiệt phải bền lâu; Các loại buồng lạnh và kho lạnh lắp ghép giá thành rất cao so với điều kiện hiện nay ở Việt Nam. Nếu chúng ta tận dụng những nguyên liệu ở địa phương, thì giá thành nguyên liệu rẻ hơn nhiều so với loại lắp ghép. Bởi vậy ở đây em cũng chọn các phần kết cấu cho kho lạnh như sau: 3.2.1- Kết cấu trần kho. Trần kho có thể ốp cách nhiệt trực tiếp lên trần bê tông cốt thép khi đó phải bố trí các râu bằng dây thép f 3,2 – 3,5mm để neo giữ các tấm cách nhiệt. Trần kho có cấu tạo các lớp theo thứ tự từ trên xuống như sau: Bê tông cốt thép Bitum chống ẩm Giấy dầu Lớp stirofor được dán lên giấy dầu Lớp lưới mắt cáo Cuối cùng là vữa trát Để giữ lớp cách nhiệt phải dùng gỗ hoặc dây thép f 6 – 8 mm chăng và dùng gỗ làm xà sau đó bố trí cách nhiệt và trát vữa hai phía trên và dưới. Lắp đặt panel kho lạnh Panel kho lạnh được lắp đặt bằng các khoá cam - locking được nhà sản xuất đặt sẵn trong các panel rất dễ dàng lắp đặt và tháo dỡ khi cần thiết. Giữa các tấm panel được làm kín bằng silicon và sealant. Panel trần được treo đỡ lên xà gồ của trần nhờ hệ thống cáp treo và tăng đơ đặt cách đều trên toàn bề mặt. Sau khi lắp đặt hoàn chỉnh sẽ tiến hành bốc dỡ lớp giấy dầu bảo vệ bên ngoài của panel. Các tấm panel được đặt trên các tấm thép U bằng inox do nhà chế tạo đã chế tạo sẵn nhằm tăng độ bền và bảo vệ panel. 3.2.2 - Kết cấu nền kho. Kết cấu nền kho phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: - Nhiệt độ trong phòng lạnh; - Tải trọng của kho lạnh bảo quản; - Dung tích kho lạnh; -Yêu cầu kho lạnh phải có độ vững chắc chắn cần thiết, tuổi thọ cao, vệ sinh sạch sẽ, không thấm ẩm. Về nguyên tắc tất cả các nền buồng lạnh đều phải cách nhiệt. Độ dày cách nhiệt có thể bằng 0,5 – 1 lần chiều dày cách nhiệt của tường. Nền kho có cấu tạo các lớp theo thứ tự từ dưới lên như sau: - Lớp bê tông cốt thép M250 có sẵn - Lớp vữa xi măng láng pẳng bề mặt M15, dày 10mm - Lớp hắc ín quét liên tục - Lớp giấy dầu chống thấm - Lớp cách nhiệt stirofor dày 100mm xen kẽ là các dầm gỗ nhóm 3 có tiết diện 100´70 đỡ nền - Lớp bê tông cốt thép F8, a = 200mm, M200, dày 70mm - Lớp vữa xi măng láng phẳng bề mặt và lát đá nền M150, dày 30mm - Lớp đá xẻ lát nền dày 30mm 3.2.3 - Kết cấu tường kho Các tấm panel tường được lắp trực tiếp xuống nền bê tông đặt trên các tấm thép định hình chữ U. Giữa các tấm panel tường và trần được gắn với nhau một cách dễ dàng nhưng chắc chắn nhờ hệ thống khoá cam – locking. Khe hở giữa các tấm panel được phun silicon làm kín đảm bảo bền chắc. 2 1 Vách bao che kho lạnh ghép từ các tấm panel được làm sẵn ở nhà máy chế tạo chuyên dụng, có mặt cắt ngang như sau: 1. Nhựa chịu va đập d = 5 mm 2. Polyurethan bọt d = 10 mm Hai lớp nhựa chịu va đập được tạo cứng nhờ đường lượn sóng. Mỗi tấm panel có chiều dài ´ rộng là : L5 ´ W1,1m. Gờ mép mỗi tấm có ngàm bậc thang để phép khít với nhau. Các kết dính nhau nhờ khoá lót bên trong dọc theo gờ mép, trên mỗi mép có hai khoá. 3.2.4 - Kết cấu mái kho lạnh Mái kho lạnh cũng ghép từ các tấm panel như vách. Để tăng cứng và đỡ mái còn có thêm một số dầm cầu. Các dầm cầu hàn từ thép góc và thép tròn F16, mỗi dầm có chiều dài bằng chiều rộng của kho (tức 7m). Các tấm panel nằm theo chiều dọc kho và bắt chặt vào dầm. 3.2.5 - Cửa kho Cửa kho phải rộng ít nhất để hai xe rùa vào và ra kho. Để tránh tổn thất lạnh do mở cửa cần treo một màn làm từ các dải nhựa. Cánh cửa cũng được làm từ panel polyurethan bọt có khung sắt tăng cứng, dưới đỡ trên đường ray, trên giữ nhờ con chạy trong thanh sắt chữ Π. Khoá từ và điện trở chống đọng sương. Chương IV tính chọn máy nén và các thiết bị cho hệ thống lạnh 4.1 Chọn các thông số của chế độ làm việc. Hệ thống lạnh phải đáp ứng các chế độ sôi sau đây: Phòng lạnh bảo quản sữa chua thành phẩm. Các hộ dùng lạnh là những thiết bị trao đổi nhiệt ở từng công đoạn khác nhau. Tuy nhiên ở các công đoạn này nhiệt độ cao hơn so với nhiệt độ kho lạnh. Vì vậy ta chọn t0 của kho lạnh cũng đủ để cho các công đoạn trên. - Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0. ở đây làm lạnh trực tiếp, cho nên giữa nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0 với nhiệt độ buồng có độ chênh là : Dt0 = (10 á 15)0C Dt0 = tb – t0 ị t0 = tb - Dt0 Trong đó: tb : nhiệt độ buồnglạnh, tb = 40C . Dt0 : hiệu nhiệt độ yêu cầu , Dt0 = 100C Vậy nhiệt độ sôi của môi chất lạnh là: t0 = tb - Dt0 = 4 – 10 = - 60C ị p0 = 4,0708 (bar) 4.1.2 - Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh tk. Được tính theo công thức sau : tk = tw2 - Dtk Trong đó: tw2 : nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng . tw2 = tw1 + (2 á 6)0C tw1 : nhiệt độ nước vào bình ngưng. tw1 = tư + (2 á 3 ) Tra đồ thị I – d, ở điều kiện nhiệt độ và độ ẩm tại Hà Nội. ttb = 32,70C, j = 83% ị tư = 300C ị tw1 = tư + 3 = 30 + 3 = 330C ị tw2 = tw1 + 4 = 33 + 4 = 370C Dtk : hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu , (chọn Dtk = 50C ). Vậy nhiệt độ ngưng tụ tk là: tk = tw2 - Dtk = 37 + 5 = 420C ị pk = 16,092 (bar) 4.1.3 - Nhiệt độ hơi hút th. Là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén. Nhiệt độ hơi hút bao giờ cũng cao hơn nhiệt độ sôi của môi chất. Đối với môi chất freon F22 Nhiệt độ hơi hút được xác định như sau: th = t0 + (5 á 15) = - 6 + 10 = 40C 4.2 Tính chọn máy nén Máy nén lạnh là bộ phận quan trọng nhất trong các hệ thống lạnh nén hơi. Máy nén có nhiệm vụ : Liên tục hút hơi sinh ra ở thiết bị bay hơi. Duy trì áp suất p0 và nhiệt độ t0 cần thiết. Nén hơi lên áp suất ngưng tụ ứng với môi trường làm mát (nước hoặc không khí). Đẩy hơi cao áp vào thiết bị ngưng tụ. Đưa lỏng qua thiết bị tiết lưu trở về thiết bị bay hơi, thực hiện vòng tuần hoàn kín của môi chất lạnh trong hệ thống gắn liền với việc thu nhiệt ở môi trường lạnh và thải nhiệt ra môi trường nóng. +Môi chất lạnh R22 có những tính chất sau: Tên gọi là : monoclodiflometan. công thức hoá học là: CHClF2, là một chất khí không màu, có mùi thơm rất nhẹ. nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển là - 40,80C. R22 không làm biến chất thực phẩm bảo quản. R22 có phân tử lượng là 86,5. Hoà tan dầu nhưng không hoà tan nước. 1. Tính toán chu trình lạnh Theo tính toán ở trên ta có: tk = 420C , t0 = - 60C , p0 = 4,0708 (bar), pk = 16,092 (bar). Vậy tỉ số áp suất ngưng Pk và áp suất sôi P0 là: P =Pk/P0 = 16,092/4,0708 = 3,95 Thấy e < 9 , vậy ta chọn máy nén một cấp. Môi chất lạnh R22 Thành lập chu trình một cấp freon. Chu trình hồi nhiệt thường được áp dụng cho máy lạnh freon đặc biệt là freon – R12 vì nó có lợi (hệ số lạnh cao).Tuy nhiên, hệ thống lạnh phục vụ dây chuyền sản xuất sữa chua này chỉ phải chịu nhiệt độ thấp nhất ở khâu bảo quản (t0 = - 60C). Với nhiệt độ đó ta không cần thực hiện hồi nhiệt tuy có lợi về mặt nhiệt động nhưng phải tốn thêm tiền đầu tư cho thiết bị (là bộ hồi nhiệt), như vậy sẽ không thuận lợi về mặt kinh tế. Buồng lạnh Máy nén Bình ngưng tụ Tiết lưu Bình bay hơi Bơm Nước làm mát 3 45 25 15 Qo Qk lgP x=0 3 4 2 1 x=1 s1=const po i Sơ đồ nhiệt của chu trình lạnh freon một cấp và chu trình biểu diễn trên đồ thị lgP – h. Chu trình máy lạnh freon một cấp như (HV) hoạt động như sau: Hơi môi chất sinh ra ở thiết bị bay hơi được quá nhiệt sơ bộ (do van tiết nhiệt ) được máy nén hút về và nén từ áp suất p0 đến áp suất pk và được đẩy vào bình ngưng tụ. Tại đây, hơi thải nhiệt cho nước làm mát, ngưng tụ lại thành lỏng và được quá lạnh chút ít (nếu có thể), độ quá lạnh ở đây rất nhỏ nên bỏ qua. Sau đó lỏng qua van tiết lưu để hạ áp suất xuống trạng thái 4 và được đẩy vào thiết bị bay hơi .Trong thiết bị bay hơi, lỏng bay hơi, thu nhịêt của môi trường lạnh làm lạnh chất tải lạnh (chất tải lạnh ở đây là nước). Sau đấy chất tải lạnh được bơm đến buồng lạnh. Còn hơi lạnh được máy nén hút về. Như vậy, vòng tuần hoàn môi chất được khép kín và lặp lại. Qua việc tính toán năng suất lạnh cung cấp cho các công đoạn trong dây chuyền sản xuất sữa chua(Q01 = 32,621 kW) và tính toán năng suất lạnh phục vụ cho kho lạnh bảo quản (Q02 = 16,0961 kW) ở chương III. Dựa vào 2 thông số trên ta tiến hành đi tính chọn thiết bị cho từng yêu cầu cụ thể. Bảng thông số các điểm nút. Điểm Thông số T( 0C ) P ( bar) H (kJ/kg) S (kJ/kgK) V (m3/h) 1 - 6 4,0708 705 1,755 0,055 2 42 16,092 718 1,70 0,013 2’ 75 16,092 750 1,82 0,018 3 42 16,092 552 - - 4 - 6 4,0708 563 1,20 0,018 Hệ thống lạnh của ta ở đây nhằm cung cấp lạnh cho 2 mục đích chính có năng suất lạnh khác nhau đó là: - Hệ thống lạnh phục vụ cho các công đoạn trong dây chuyền sản xuất. - Hệ thống lạnh phục vụ cho buồng bảo quản sữa chua thành phẩm. Chính vì vậy mà ta sẽ thực hiện tính toán để chọn máy lạnh cho từng nhiệm vụ cụ thể. 4.2.1. Tính toán và chọn máy nén cho hệ thống lạnh phục vụ dây chuyền sản xuất Từ năng suất lạnh Q01 = 32,621 (kW). Ta tiến hành tính toán theo các bước sau: Năng suất lạnh riêng khối lượng. Được tính theo biểu thức sau. q0 = h1 – h4 = 705 – 563 = 142 (kJ/kg) Lưu lượng khối lượng thực tế của máy nén (lưu lượng môi chất qua máy nén): mtt = Q0/q0 = 32,621/142 = 0,23 (kg/s) Năng suất thể tích thực tế của máy nén . Vtt = mtt . v1 = 0,23 . 0,055 = 0,018 (m3/s) Hệ số cấp của máy nén l Theo đồ thị đã cho của nhà chế tạo, hệ số cấp l của máy nén phụ thuộc vào P. P =Pk/P0 = 16,092/4,0708 = 3,95 Tra đồ thị được: l = 0,75 Lưu lượng thể tích lý thuyết (do pittông quét được): Được tính theo biểu thức sau: Theo bảng ...[...] chọn máy nén pittông MYCOM một cấp (hãng Mayekawa Nhật). Kí hiệu : F2WA (các xilanh sắp xếp theo hình chữ W). Môi chất lạnh : R22. Thể tích quét Vh = 71,0 (m3/h). ở nhiệt độ ngưng tụ 350C và nhiệt độ bay hơi – 50C có năng suất lạnh = 50,9 (kW). Công suất : Ne = 11,5 (kW). Số lượng máy nén yêu cầu : Vậy yêu cầu ta chọn 1 máy nén Tính kiểm tra công suất. 1 - Công suất đoạn nhiệt . Ns = mtt.l = mtt . (h1 – h2) = 0,23.(718 – 705) = 2,99 (kW) 2 - Hiệu suất chỉ thị Được tính theo biểu thức sau: Trong đó: T0, Tk nhiệt độ tuyệt đối sôi, ngưng tụ của môi chất R22. Ta có : T0 = 2580C, Tk = 3030C, t0 = - 60C, b = 0,001 3 - Công suất chỉ thị Ni. Công nén chỉ thị là công nén thực do quá trình nén lệch khỏi quá trình nén đoạn nhiệt lý thuyết : Trong đó: Ns – Công nén đoạn nhiệt Ns = 2,99(kW) hi – Hiệu suất chỉ thị hi = 0,58 4 - Công suất hiệu dụng. Được tính theo công thức sau: Trong đó : Ni – Công suất chỉ thị Ni = 5,16 (kW) hđc = 0,84 á 0,97 (đối với máy nén Freon cỡ vừa và cỡ nhỏ) chọn hđc = 0,9. So sánh công suất hiệu dụng của máy đã chọn SNe với công suất hiệu dụng yêu cầu tính toán ta thấy < SNe . Vậy máy chọn thoả mãn yêu cầu. 4.2.2 - Tính toán và chọn máy nén lạnh cho phòng bảo quản lạnh. Trước tiên ta cần chọn phương pháp làm lạnh buồng và xử lý lạnh sản phẩm. Có nhiều phương pháp làm lạnh buồng và xử lý lạnh sản phẩm: làm lạnh buồng trực tiếp và làm lạnh buồng gián tiếp. Trong bản đồ án thiết kế này em chọn phương án sau: Sản phẩm xử lý gián tiếp nhờ nước lạnh (chất tải lạnh bằng nước). Buồng được làm lạnh trực tiếp. Với buồng lạnh có dàn bay hơi treo trực tiếp trong kho với các thiết bị công nghệ. Môi chất lạnh lỏng sôi để làm lạnh nước được bơm tuần hoàn đưa đến các thiết bị công nghệ cần làm lạnh. Sau khi trao đổi nhiệt với sữa bán thành phẩm nước nóng lên sẽ được đưa trở lại bình bay hơi để làm lạnh xuống đến trạng thái ban đầu. Các dàn lạnh được bố trí trong kho lạnh có đối lưu không khí cưỡng bức. Làm lạnh gián tiếp bằng nước có những ưu điểm như sau: Có độ an toàn cao vì nước là chất tải lạnh không cháy, không nổ, không độc hại đối với cơ thể sống, không làm ảnh hưởng đến chất lượng bảo quản của sản phẩm, nên vòng tuần hoàn nước được coi là vòng tuần hoàn an toàn ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp của môi chất có hại đối với sản phẩm. Hệ thống lạnh được lắp ráp thành tổ hợp hoàn chỉnh ngay tại nhà máy chế tạo, do đó đảm bảo độ tin cậy cao hơn. Các công việc lắp đặt hiệu chỉnh, thử bền, thử kín, nạp ga, vận hành, bảo dưỡng đơn giản. Việc cấp lạnh cho từng hộ do nước đảm nhiệm có áp suất không cao nên an toàn và độ kín của dàn không trở thành vấn đề quan trọng nhất. Việc sửa chữa và thay thế các dàn đơn giản và dễ dàng. Nước có nhiệt dung lớn nên sau khi máy lạnh ngừng làm việc, nhiệt độ thiết bị có thể duy trì được lâu hơn. Nhược điểm của hệ thống lạnh gián tiếp là: Năng suất lạnh của máy bị giảm (tổn thất không thuận nghịch), do có thêm độ chênh nhiệt độ giữa dung dịch với môi chất (lớn hơn so với làm lạnh trực tiếp ). Hệ thống thiết bị cồng kềnh vì phải thêm một vòng tuần hoàn nước gồm: bơm, bình giãn nở, các đường ống và bình bay hơi làm lạnh nước. Từ năng suất lạnh Q02 = 16,0961 (kW). Ta tiến hành tính toán theo các bước sau: 4.2.2.1 – Tính toán Năng suất lạnh riêng khối lượng. Được tính theo biểu thức sau. q0 = h1 – h4 = 705 – 563 = 142 (kJ/kg) Lưu lượng khối lượng thực tế của máy nén (lưu lượng môi chất qua máy nén): mtt = Q0/q0 = 16,0961/142 = 0,113 (kg/s) Năng suất thể tích thực tế của máy nén Vtt = mtt . v1 = 0,113 . 0,055 = 0,0063 (m3/s) Hệ số cấp của máy nén l Theo đồ thị đã cho của nhà chế tạo, hệ số cấp l của máy nén phụ thuộc vào P. P =Pk/P0 = 16,092/4,0708 = 3,95 Tra đồ thị được: l = 0,75 Lưu lượng thể tích lý thuyết (do pittông quét được): Được tính theo biểu thức sau: Theo bảng 7.2[...] chọn máy nén pittông MYCOM một cấp (hãng Mayekawa Nhật). Kí hiệu : F2WA2. Môi chất lạnh : R22. Thể tích quét Vh = 71,0 (m3/h). ở nhiệt độ ngưng tụ 350C và nhiệt độ bay hơi – 50C. Năng suất lạnh : = 50,9 (kW). Công suất : Ne = 11,5 (kW). Số lượng máy nén yêu cầu : Vậy yêu cầu ta chọn 1 máy nén 4.2.2.2-Tính kiểm tra công suất. 1. Công suất đoạn nhiệt . Ns = mtt.l = mtt . (h1 – h2) = 0,113.(718 – 705) = 1,469 (