Đồ án Thiết kế kho lạnh bảo quản thuỷ sản

ẩm ban đầu là dca = d4= 1 mm = 0.001 m Như vậy ta có bảng dưới đây : STT Loại vật liêu d(m) l(W/m.K) m(g/mh Mpa) 1 Lớp vữa xi măng 0.02 0.88 90 2 Lớp gạch đỏ 0.38 0.82 105 3 Lớp vữa xi măng 0.02 0.88 90 4 Lớp cách ẩm (bitum) 0.001 0.18 0.86 5 Lớp cách nhiệt (P.U) 0.2 0.045 7.5 6 Lớp vữa xi măng 0.02 0.88 90 Ở đây : m là hệ số thấm hơi nước của vật liệu ([1]) Bảng 2.5 : các thông số để tính cách ẩm cho kho lạnh. Hình 2.1 cấu trúc của vách kho 1,3,6: lớp vữa xi măng ; 2 : lớp gạch đỏ; 4: lớp cách ẩm; 6: lớp cách nhiệt Ta tính lại hệ số truyền nhiệt cho vách khi đẵ có lớp cách ẩm Như vậy k và kt rất gần nhau, vì vậy giả sử như phần trên là hợp lý. Từ đó ta tính toán có mật độ dòng nhiệt qua vách kho là : q = k.Dt = k(tn - tt) = 0.202( 33 – (-20)) =10.66 (W/m2) Từ đó ta có j = i+1;i= 2-6 di , li : bề đầy và hệ số cách nhiệt của lớp thứ i tij : nhiệt độ giữa lớp thứ i và j tv1, tv6 : nhiệt độ tại bề mặt lớp thứ nhất và thứ 6 Kết quả tính toán nhiệt độ được trình bày trong bảng 2.6 Tính toán áp suất hơi nước bên trong vách: Dòng hơi thẩm thấu qua vách được tính theo công thức : ([1]) pv1 = pv1*(t1).j1 pv6 = pv6*(t6).j6 với pv1*(t1) , pv6*(t6) : áp suất hơi bão hoà tại sát ngoài lớp thứ 1 và thứ 6 ( tra theo nhiệt độ bên ngoài và bên trong kho) j1, j6 : tương ứng là độ ẩm không khí tại lớp thứ 1 và thứ 6 H : trở kháng thấm hơi của cấu trúc bao che. Ta có pv1bh = pbh(34oC) = 5029 Pa ; j1= 74% pv6bh = pbh(-20oC) = 103 Pa ; j6= 90% Vậy pv1 = 3721.5 Pa pv6 = 92.7 Pa Còn Như vậy w = 0.133 g/m2h Và ta có : j = i+1; i = 2-5 Kết quả tính toán được trình bày trong bảng 2.6 STT Nhiệt độ (oC) Áp suất hơi nước bão hoà Áp suất bên trong vách Ký hiệu Giá trị (oC) Ký hiệu Giá trị (Pa) Ký hiệu Giá trị (Pa) 1 tv1 32.54 pv1bh 4902.3 pv1 3721.5 2 t12 32.29 p12bh 4836.2 p12 3695.9 3 t23 29.67 p23bh 4160 p23 3476.9 4 t34 29.42 p34bh 4104 p34 3451.4 5 t45 29.30 p45bh 4089 p45 3184.0 6 t56 -18.56 p56bh 118 p56 118.2 7 tv6 -18.81 pv6bh 115.5 pv6 92.7 Bảng 2.6 : tính toán nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà và áp suất hơi trong vách của kho lạnh Áp suất hơi bão hoà được tra từ nhiệt độ tương ứng ([10]). Như vậy p56bh < p56 nên ta phải tăng bề dầy lớp cách ẩm lên .Chọn bề dầy lớp cách ẩm mới là dca = d4= 4 mm = 0.004 m Ta tính toán tưong tự như bên trên và được các kết quả như sau : q = k.Dt = k(tn - tt) = 0.2( 34 – (-20)) = 10.8(W/m2) w = 0.105 g/m2h Cuối cùng ta được bảng tính như sau : STT Nhiệt độ (oC) Áp suất hơi nước bão hoà Áp suất bên trong vách Ký hiệu Giá trị (oC) Ký hiệu Giá trị (Pa) Ký hiệu Giá trị (Pa) 1 tv1 32.54 pv1bh 4902.3 pv1 3721.5 2 t12 32.30 p12bh 4836.2 p12 3697.7 3 t23 29.68 p23bh 4165 p23 3493.7 4 t34 29.43 p34bh 4106 p34 3469.9 5 t45 29.19 p45bh 4049 p45 2971.9 6 t56 -18.56 p56bh 118 p56 116.5 7 tv6 -18.80 pv6bh 115.5 pv6 92.7 Bảng 2.7 : tính toán lại nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà và áp suất hơi trong vách của kho lạnh sau khi tăng bề dầy lớp cách ẩm Như vậy từ bảng 2.7 ta thấy rằng áp suất bên trong vách nhỏ hơn áp suất hơi bão hoà tương ứng. Vì vậy bề dầy lớp cách ẩm chọn là dca = 4 mm thoả điều kiện không đọng ẩm trong kết cấu bao che kho lạnh. 2.4.Tính toán cách nhiệt cho nền và trần kho lạnh 2.3.1).Tính toán cách nhiệt cho trần ([1]) Với những kho lạnh nhỏ (dưới 250 tấn) ta có thể bố trí trần kho lạnh có cấu trúc như hình 2.2 dưới đây. Hình 2.2 Cấu trúc của trần kho lạnh 1:lớp bê tông cốt thép chịu lực;2:Lớp cách ẩm(bitum) 3:lớp cách nhiệt (stiropo);4:lớp trát xi măng có lưới thép STT Tên lớp d (m) l(W/mK) 1 Lớp bê tông chịu lực 0.2 1.4 2 Lớp cách ẩm ( bitum) 0.004 0.2 3 Lớp cách nhiệt (P.U) - 0.045 4 Lớp vữa trát xi măng 0.02 1.5 Bảng 2.8: các thông số để tính cách nhiệt cho trần Ta cần xác định bề dầy lớp cách nhiệt, theo công thức như trong tính cách nhiệt cho tường kho ở trên : Trong công thức trên k = 0.23 W/m2K a1 = 23.3 W/m2K; a2 = 9 W/m2K các giá trị d,l lấy trong bảng 2.7 Ta tính được dcnt như sau: Ý nghĩa Kí hiệu Giá trị Bề dầy lớp cách nhiệt tính được dcnt tính (m) 0.19 Bề dầy lớp cách nhiệt chọn dcnt chọn (m) 0.2 Khi đó ta tính hệ số truyền nhiệt của trần 2.4.2. Tính toán cách nhiệt cho nền kho lạnh ([1] và [3] Có rất nhiều cách để xây dựng nền cho kho lạnh. Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm ở Tp Hồ Chí Minh, khi xây nền cho kho lạnh có nhiệt độ âm thì phải bảo vệ tránh ẩm ướt bằng nhiều cách, như có thể dùng điện trở đốt nóng…Ở đây ta sử dụng cách bảo vệ nhờ việc cho không khí lưu thông bên dưới nền kho lạnh, như cấu trrúc có dạng dưới đây : Hình 2.3 :cấu trúc của nền kho lạnh 1 : lớp đệm bê tông làm kín nền kho; 2:lớp bê tông có điện trở đốt nóng 3: lớp cách ẩm (nhựa đường) ;4: lớp cách nhiệt (bông khoáng); 5: lớp bê tông dằn;6 : nền kho lạnh STT Tên lớp d (m) l(W/mK) 1 Lớp bê tông cốt thép chuẩn 0.2 1.4 2 Lớp cách ẩm ( nhựa đường) 0.005 0.75 3 Lớp bê tông có điện trở đốt nóng 0.1 1.4 4 Tấm cách nhiệt ( bông khoáng) - 0.05 5 Lớp bê tông đệm 0.1 1.4 6 Nền nhẵn 0.05 1.4 Bảng 2.9: các thông số để tính cách nhiệt cho sàn Bề dầy lớp cách nhiệt dcnn cũng được tính tương tự như những phần trên: Với k = 0.25 W/m2K Ta được kết quả tính như sau : Ý nghĩa Kí hiệu Giá trị Bề dầy lớp cách nhiệt tính được dcnn tính (m) 0.183 Bề dầy lớp cách nhiệt chọn dcnn chọn (m) 0.2 Vây hệ số truyền nhiệt cho nền được tính: 2.5. Tính toán nhiệt cho kho lạnh Tính nhiệt cho kho lạnh là tính toán năng lựơng do môi trường bên ngoài và bên trong thải vào kho lạnh. Đây chính là năng lượng mà máy lạnh cần phải đem ra khỏi kho lạnh, nhằm đảm bảo cho kho lạnh đạt nhiệt độ ổn định thấp hơn môi trường bên ngoài kho lạnh. Mục đích cuối cùng là xác định công suất lạnh cần thiết cho máy nén lạnh. Với một kho lạnh thông thường công suất lạnh tổn thất Q được tính bằng biểu thức sau : Qo = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 (kW) trong đó :Q1: dòng nhiệt đi vào kho qua kết cấu bao che. Q2: dòng nhiệt do sản phầm toả ra trong quá trình bảo quản. Q3: dòng nhiệt đi vào kho do thông gió với bên ngoài. Q4: dòng nhiệt toả ra khi vận hành kho . Q5: dòng nhiệt toả ra khi sản phẩm hô hấp. Q3 và Q5 chỉ xuất hiện khi bảo quản các sản phẩm có hô hấp. Còn sản phầm bảo quản của chúng ta là fillet cá là sản phẩm không có hô hấp vì vậy : Q3 = Q5 = 0 kW 2.4.1.Dòng nhiệt qua kết cấu bao che. Ta có Q1 = Q11 + Q12 với Q11 : dòng nhiệt đi vào kho lạnh qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ của môi tường bên trong kho và bên ngoài Q12 : dòng nhiệt đi vào kho lạnh qua tường bao, trần và nền do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời. Tính Q11: ki , Fi : hệ số truyền nhiệt và diện tích bề mặt tương ứng ( trần, vách..). Riêng với nền có khác đôi chút, vì ta phải tích hệ số truyền nhiệt thao quy ước kq như sau: + Vùng rộng 2 m dọc theo chu vi tường bao : kq = 0.47 W/m.K.Với vùng này diện tích là F11 = 32 m2. + Vùng rộng 2 m tiếp theo về phía tâm buồng : kq = 0.23 W/m.K. Với vùng này diện tích là F11 = 24 m2. + Vùng rộng 2 m tiếp theo : kq = 0.16 W/m.K. Với vùng này diện tích là F11 = 16 m2. + Vùng còn lại : kq = 0.07 W/m.K. Vùng này không có trong kho lạnh của ta. Nhiệt tính dược nhân với hệ số đặc trưng cho hệ số tăng trở nhiệt khi có lớp cách nhiệt m : thứ tự của lớp vật liệu trong khi tính cách nhiệt cho nền ở phần trên Cuối cùng ta có bảng tính Q11 như sau : STT Bao che m ki (W/m2k) Fi (m2) Dt11i (K) Q11i (W) 1 Tường ngoài - 0.2023 108 54 1179.8 2 Trần - 0.205 72 54 797.0 3 Nền 0.183 0.47 32 54 148.6 0.23 24 54 54.6 0.16 16 54 25.3 Q11=SQ11i(W) 2205.3 Bảng 2.10 : tính Q11 Tính Q12 Q12 được tính như sau : Dt12 : hiệu nhiệt độ dư ảnh hưởng của bức xạ mặt trời. Ta chọn Dt12 theo [1] và chỉ lấy giá trị nào lớn tính cho cả kho.Vậy ta có Dt12 = 13oC ( theo huớng Tây) Fi : chỉ tính cho diện tích chịu bức xạ mặt trời. ki : hệ số truyền nhiệt của diện tích tương ứng. Ta có bảng tính toán cho Q12 như sau : STT Bao che ki (W/m2k) Fi (m2) Dt12i K) Q12i (W) 1 Tường ngoài 0.2023 108 13 284 2 Nền 0.205 72 19 280.4 3 Trần - - - - Q12=SQ11i(W) 564.4 Bảng 2.9 : tính Q12 Vậy ta có Q1 = Q11 + Q12 = 2205.3 + 564.4 = 2784.3 (W) 2.4.2 Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra Q2 Ta có : Msp: lượng hàng nhập vào kho trong một đơn vị thời gian . h1, h2 : enthalpi của sản phẩm trước và sau khi cho vào kho lạnh ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Mbb : khối lượng bao bì nhập vào kho hàng trong một đơn vị thời gian. t1, t2 :nhiệt độ của bao bì trước và sau khi cho vào kho lạnh. C : nhiệt dung riêng của bao bì. Giả sử sản phẩm trong kho được xuất đi mỗi tuần một lần. Mỗi lần xuất hàng ra khỏi kho là khoảng 45 tấn (còn 5 tấn dự trữ). Giả sử đơn vị sản xuấtsản xuất đều thì và sản phẩm sản xuất ra đều cho vào kho bảo quản, khi đó lượng hàng nhập vào kho mỗi ngày : (tấn /ngày) Giả sử sản phẩm trước khi cho vào kho bảo quản được cấp đông để nhiệt dộ trung bình trong sản phẩm đạt khoảng -10 oC, nên h1 = 33 kj/kg. Còn sau khi xuất ra khỏi kho nhiệt độ sản phẩm đạt nhiệt độ của kho lạnh là -20oC , h2 = 0 kj/kg. Ngoài ra còn có thùng carton để đựng sản phẩm. Giả sử trước khi vào kho nhiệt độ thùng là 30 oC , còn sau ra khỏi kho nhiệt độ thùng là -20oC, và ta có nhiệt dung của carton là C = 1.47 kj/kg.K.Khối lựong thùng là 50 kg /tấn sản phẩm. Vậy khối lượng thùng cho vào kho sẽ là : Mbb=50*6.42=321 kg/ngày. Vậy ta sẽ có: 2.4.3 Dòng nhiệt do vận hành Q4. Dòng nhiệt do vận hành gồm nhiệt do chiếu sáng Q41, do người làm việc trong phòng Q42, dòng nhiệt do các động cơ điện Q43 và do mở cửa Q44 * Dòng nhiệt do chiếu sáng Ta có : Q41 = A.F với A = 1.2W/m2 với phòng bảo quản F = 72 m2 diện tích kho lạnh Vậy Q41 = 1.2x72 = 86.4 W * Dòng nhiệt do người làm việc trong phòng Q42 = 350n n số người trong phòng, giả sử n =2 nên Q42 = 700 W * Dòng nhiệt do động cơ điện Q43 = 1000*N , N: công suất động cơ điện,với buồng bảo quản chọn N = 4 kW Q43 = 4000 W * Dòng nhiệt do mở cửa Q44 = B.F ; B(W/m2) nhiệt riêng khi mở cửa. Với kho bảo quản có diện tích 72m2 ta có B = 1 (W/m2) Q44 = 12x72 = 864 W Vậy : Sau quá trình tính toán các dòng nhiệt thành phần, chúng ta tổng hợp chúng lại trong bảng dưới đây : STT Nguyên nhân Ký hiệu Giá trị (W) 1 Kết cấu bao che Q1 2784.8 2 Sản phẩm toả ra Q2 3435 3 Thông gió buồng lạnh Q3 0 4 Vận hành Q4 5650.4 5 Sản phẩm hô hấp Q5 0 Nhiệt tổn hao tổng cộng Q=SQi (W) 11780.1 Bảng 2.11: tổng hợp tính toán nhiệt cho kho lạnh ***Vậy nhiệt tổn thất của kho lạnh coi gần đúng là Qo = 12 kW CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ 3.1 Tính toán máy nén 3.1.1.Lựa chọn các thông số cơ bản của chu trình lạnh a) Sơ đồ nguyên lý của chu trình lạnh Hình 3.1 : sơ đồ nguyên lý của hệ thống lạnh Hình 3.2 : giản đồ lg(p)-h của chu trình lạnh * Thuyết minh sơ đồ nguyên lý: Môi chất lạnh R22 sau khi sôi và bay hơi trong thiết bị bay hơi (trạng thái1”) sẽ đi qua thiết bị hồi nhiệt. Tại thiết bị hồi nhiệt hơi R22 sẽ trao đổi nhiệt và chuyển thành hơi quá nhiệt đạt trạng thái 1. Sau đó hơi R22 được hút về máy nén. Máy nén nén đoạn nhiệt hơi R22 từ trạng thái hơi quá nhiệt1 lên trạng thái hơi quá nhiệt 2. Hơi R22 sau khi đạt trạng thái 2 được đưa qua thiết bị ngưng tụ. Trong thiết bị ngưng tụ hơi R22 được ngưng tụ thành lỏng R22, rồi đi qua thiết bị hồi nhiệt để đạt trạng thái 3. Từ trạng thái 3 hơi R22 được đưa qua van tiết lưu, tiết lưu xuống trạng thái 4 giảm áp suất lỏng R22 xuống áp suất trong thiết bị bay hơi và đưa dần vào thiết bị bay hơi để tiến hành bay hơi môi chất R22, kết thúc một chu trình tuần hoàn kín của môi chất lạnh. (Chi tiết về các thông số tại các điểm của chu trình ta có thể xem trong Bảng 3.1) b) Các thông số của chu trình lạnh. * Nhiệt độ ngưng tụ: Nhiệt đô ngưng tụ của môi chất :tk= tw2 + Dtk tw2 : nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng Dtk : hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu.Ta chọn Dtk= 4oC Mặc khác tk= tw2 + Dtw Và tw2= tư + Dt , tư là nhiệt độ bầu ướt tra từ thông số nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất và độ ẩm trung bình. Hai thông số này ta đã biết ở trên vì vậy ta tra được tư = 29 oC.Vì nhiệt độ trung bình và độ ẩm của thành phố khá cao nên tư cũng khá cao, nên nếu chọn các Dtw, Dt cao thì nhiệt độ ngưng tụ cũng cao vì vậy ta phải chọn Dtw, Dt vừa đủ lớn để nhiệt độ ngưng tụ không quá cao. Vì vậy ta chọn như sau : Dt = 3 oC Dtw = 4 oC Nên ta có tw1 = 32 oC tw2 = 36 oC Vậy nhiệt độ ngưng tụ sẽ là : tk = 40oC * Nhiệt đô bay hơi (nhiệt độ sôi của môi chất lạnh trong thiết bị bay hơi) Với kho lạnh cần duy trì độ ẩm cao (trên 85%) thì nhiệt bay hơi to = tt - Dto tt :nhiệt độ trong phòng lạnh, tt = -20 oC Dto = 5 oC Vì vậy nhiệt đô bay hơi to = -25 oC 3.1.2.Tính toán chu trình lạnh. a) Các điểm nút của chu trình Ta có : t1” = to = -25oC ,từ đó ta có h1” = 692 kj/kg. t3’ = tk = 40oC ,từ đó ta có h1” = 548 kj/kg mặc khác vì ta sử dụng chu trình hồi nhiệt nên Dtmin = t3’ – t1 = 5oC Dh33’ = Dh1”1 với Dh33’ = h3’ - h3 Dh1”1 = h1 - h1” Vậy t1 = 35 oC , nên h1 = 738 kj/kg và Dh1”1 = 46 do đó h3 = h3’ - Dh33’ = h3’ - Dh1”1 = 548 – 46 = 502 kj/kg Vây từ đó ta xác định được các điểm còn lại của chu trình như bảng 3.1 bên dưới STT Tên điểm Nhiệt độ Áp suất Enthalpi Thể tích riêng Trạng thái t(oC) p(Mpa) h(kJ/kg) v(m3/kg) 1 1" -25 0.246 692 - Hơi bão hoà khô 2 1 36 0.246 738 0.175 Hơi quá nhiệt 3 2 132 1.53 800 - Hơi quá nhiệt 4 2" 40 1.53 708 - Hơi bão hoà khô 5 3' 40 1.53 548 - Lỏng bão hoà 6 3 4 0.246 502 - Lỏng chưa sôi 7 4 -25 0.246 502 - Hơi bão hoà ẩm Bảng 3.1 : các điểm nút cuả chu trình lạnh b) Tính toán chu trình lạnh Năng suất lạnh riêng khối lượng : qo = h1’ – h4 = 692 – 502 = 190 kj/kg Công nén riêng : l = h2 – h1 = 800 – 738 = 62 kj/kg Nhiệt ngưng tụ : qk = qo + l = 252 kj/kg Hệ số lạnh của chu trình : Năng suất lạnh riêng thể tích : 3.1.3.Tính toán và chọn máy nén. Lưu lượng khối lượng của môi chất qua máy nén: Thể tích hút thực tế : Vtt = m.v1 = 227.5x0.175 = 39.81(m3/h) * Tính hệ số cấp l([1],[2],[3]) Ta có l =li . lw’ Và po = p1 = 0.246 MPa ; pk = p2 = 1.53 MPa còn Dpo = Dpk = .0075 MPa : tổn thất áp suất tại đầu hút và đầu đẩy của máy nén c = 0.04 (ta chọn) n = 1 ( theo [3]) Vậy : Vậy thể tích hút lý thuyết : Như vậy ta có thể chọn máy nén MYCOM có ký hiệu F2WA2 có thể tích quét 71 m3 * Tính công nén Công nén đoạn nhiệt: Ns = m.l = 0.0632x62 = 3.92 kJ/s = 3.92 kW Công nén chỉ thị : hi = lw’ + b.to b = 0.001 hi = 0.792 + 0.001*(-25) = 0.767 Công nén hiệu dụng : là công nén có tính đến các tổn thất của các chi tiết máy nén , Ne = Ni + Nms Ta có Nms = Vtt.pms ; ta chọn pms = 0.04 Mpa nên Nms = 0.0632x0.175x0.04x103 = 5.4 (kW) Vậy Ne = 5.1 + 4.4 = 9.5 (kW) Vì loại máy nén ta chọn là loại máy nén nửa kín cho nên công suất cho động cơ điện Nđc = Ne = 9.5 kW 3.2.Tính toán thiết bị ngưng tụ 3.2.1.Các thông số ban đầu Lượng nhiệt cần trao đổi ( lượng nhiệt môi chất toả ra khi ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ) : Ta chọn bố trí các ống truyền nhiệt trên mặt sàn theo các tam giác đều và theo các cạnh hình lục giác. Ta chọn ống trao đổi nhiệt là ống đồng có cánh, có kích thước như sau : + Đuờng kính trong của ống : dtr = 14mm = 14x10-2 m + Đuờng kính ngoài của ống ( chân cánh ) : dng = 16.5 mm = 1.65x10-2 m + Đuờng kính ngoài của cánh : dc = 20 mm = 20x10-2 m + Bước cánh : sc = 2 mm = 2x10-3 m + Góc ở đỉnh cánh a = 35 o + Bề dầy cánh ở gốc : do = 0.4 mm = 4x10-4 m + Bề dầy cánh ở đỉnh : dd = 0.3 mm =3x10-4 m + Với ống đồng ta có hiệu suất cách E =1 ([3]) + Bước ống s = 1.3 dng = 0.0273 mm = 2.73x10-2 m Hình 3.3 : dạng cánh của ống trao đổi nhiệt sử dụng cho TBNT Như vậy từ các số liệu trên với 1 m ống truyền nhiệt ta có được : + Diện tích phần cánh đứng: + Diện tích bề mặt phần ống không có cánh : + Diện tích bề mặt bên ngoài của ống truyền nhiệt: + Diện tích bề mặt trong của ống truyền nhiệt: ftr = p.dtr = 0.0415 m2/m + Chiều cao dẫn xuất của cánh : + Hệ số làm cánh : b = fng/ftr = 2.63 Với thiết bị ngưng tụ : + Nhiệt độ trung bình của nước trong TBNT : ttbw = ( tw1+ tw2)/2 =34 oC + Dtmin = tk – tw2 = 40 – 36 = 4 oC + Dtmax = tk – tw1 = 40 – 32 = 8 oC + Vì vậy : 3.2.2.Tính toán truyền nhiệt phía trong ống ( tính toán cho phía nước). STT Ý nghĩa Kí hiệu Giá trị 1 Độ nhớt động học nwx106(m2/s) 0.75 2 Khối lượng riêng rw (kg/m3) 994 3 Chuẩn số Prantl Prw 4.98 4 Hệ số dẫn nhiệt lw x102 (W/m.K) 62.5 5 Nhiệt dung riêng cpw (kJ/kg.K) 4.18 Bảng 3.2 Các thông số vật lý của nước ở nhiệt độ t = 34 oC Lưu lượng nước qua bình ngưng : Chọn vận tốc nước đi trong ống là ww = 1 m/s . Số ống trong một lối của bình ngưng : Vậy ta chọn ni = 7; lúc đó ta có ww = 0.89 m/s . Ta có : , chế đô chảy trong ống là chế độ chảy rối , nên: Chọn : tổng trở nhiệt Vậy qw = A(Dttb- Dtv) với Dtv = tk – tv; tv nhiệt đô vách của ống trao đổi nhiệt ta chọn giả sử : Dtv = 0.3 Dttb Nên : q’w = 0.7A Dttb = 7760.3 (W/m2) Ta chọn bố trí các ống truyền nhiệt trên mặt sàn theo các tam giác đều và theo các cạnh hình lục giác, nên số ống bố trí theo đường chéo lớn nhất của lục giác đều m, thể tính định hướng theo công thức sau : k = l/D : tỉ số chiều dài và đường kính của TBNT; ta chọn giả sử k = 8. Từ công thức trên ta tính được m = 6.24 ; vì m phải là số lẻ ([3]) nên ta chọn m = 7. Số ống theo chiều đứng nz = m =7 . 3.2.3.Tính toán truyền nhiệt phía ngoài ống (phía môi chất ngưng tụ). STT Ý nghĩa Ký hiệu Giá trị 1 Nhiệt ngưng tụ r (kJ/kg) 167 2 Độ nhớt động học u.106(m2/s) 2.18 3 hệ số dẫn nhiệt l.102(W/m.K) 72.57 4 Khối lượng riêng r (kg/m3) 1131.4 Bảng 3.3 : các thông số vật lý của môi chất lạnh R22 ở nhiệt độ ngưng tụ tk = 40 oC Ta có công thức tính hệ số cấp nhiệt với môi chất ngưng tụ như sau : với g = 9.81 m/s2: gia tốc trọng trường. Yc : hệ số khi kể tới các điều kiện ngưng tụ khác nhau trên mặt cánh đứng và phần bề mặt ống nằm ngang không có cánh; ta có : Sau khi thay các hệ số vào công thức tính aR ở trên, ta thu đuợc biểu thức sau : Như vậy ta có hệ phương trình sau cho TBNT : Ta có thể lập bảng sau: Dtv (oC) 0.00 1.50 2.00 1.90 qw (W/m2.K) 11086.12 8219.02 7263.32 7454.46 qR (W/m2.K) 0.00 6306.69 7825.38 7530.06 Bảng 3.4 : các kết quả khi giải (I) bằng phương pháp thử Như vậy ta có thể thấy rằng nghiệm Dtv gần đúng của hệ (I) là Dtv = 1.9 oC Khi đó ta có thể coi nhiệt lượng trao đổi giữa hai môi trường trong TBNT là : Diện tích bề mặt truyền nhiệt tính cho bề mặt trong là : Vậy diện tích bề mặt ngoài là : Vậy chiều dài của một ống là : Như vậy ta có thể chọn TBNT loại KTP-6 có các thông số như sau : + Bề mặt truyền nhiệt ngoài : 6.8 m2. + Đường kính vỏ ống Dng = 219 mm. Đường kính trong Dtr = 200 mm. Như vậy bề dầy thân thiết bị là S = 9.5 mm + Chiều dài ống 1.5 m. + Số ống 29 ống + Số lối : 4 lối Các số liệu của TBNT này hoàn toàn phù hợp với số liệu mà ta tính được như trên 3.2.4. Kiểm tra và tính bền cho một số chi tiết trong thiết bị ngưng tụ ([3], [11]) * Vỏ TBNT Vỏ của TBNT thường làm bằng thép carbon hoặc thép hợp kim thấp. Ở đây ta giả sử vỏ của TBNT làm bằng thép CT3. Nhiệt độ tính toán cho vỏ của TBNT là ttt = tk = 135 oC. Ở nhiệt độ này ta tra được s* = 135 N/mm2. Áp suất tính toán cho vỏ TBNT là ptt = 20 at = 2N/mm2 với môi chất R22 ([3]). Hệ số hiệu chỉnh h = 0.9. Hệ số bền mối hàn jh = 0.7 Như vậy [s] =h.s* = 121.5 N/mm2. Và áp suất tính toán cho phép với thiết bị : Do đó vỏ thiết bị thoả điền kiện bền. * Bích nối Do thiết bị phù hợp với thiết bị chuẩn nên ta chọn bề dầy bích theo tiêu chuẩn như sau [7] : + Đường kính bích : D = 330 mm + Bề dầy bích : 32 mm. + Tổng số bu lông : 8 . Loại bu lông : M22 * Vỉ ống : Ta cần tính bề dầy vỉ ống tối thiểu cho TBNT. Ứng suất uốn của vật liệu : su = 2.6 s* = 351 N/mm2 Bề dầy tối thiểu của vỉ ống ở phía ngoài : Ta chọn K = 0.3 , ta tính được : h1’ = 4.5 mm. Bề dầy tối thiểu của vỉ ống ở phía trong : với : hệ số làm yếu vỉ Dn = Dtr = 200 mm.jo = 0.3 Trong trường hợp này ta chọn K = 0.5 và từ đó tính ra được h’ = 13.8 mm Như vậy ta có thể chọn bề dầy tối thiểu cho vỉ ống của TBNT là : + Phía bên trong h’ = 15 mm + Phía bên ngoài h1’ = 8 mm  3.3. Tính toán thiết bị bay hơi. 3.3.1 Các thông số ban đầu để tính cho TNBH. Năng suất lạnh ( nhiệt cần môi chất lạnh cần lấy ra khỏi kho ) : Qo = 12.5 kW. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh : ts = -25 oC Do ta đã chọn nhiệt độ và độ trung bình của phòng là tkk = -20oC và j = 90%, nên có thể chọn nhiệt độ không khí vào và ra khỏi TBBH là : + Không khí đi vào : tkk1 = -19oC và j1 = 90 % + Không khí đi ra : tkk1 = -21oC và j1 = 95 % Ta chọn các giá trị trện với giả thiết nhiệt đô trong phòng không thay đổi quá lớn trong quá trình bảo quản. Như vậy hiệu nhiệt độ trung bình : Ta chọn loại ống truyền nhiệt có kích thước như sau cho TBNT ([3]) : + Đường kính ngoài ống : dng = 16 mm = 1.6x10-2 m + Bề dầy ống d = 1 mm = 1x10-3 m + Đường kính trong của ống : dtr = 14 mm = 1.4x10-2 m + Kích thước của cánh : Bước cánh : sc = 4 mm = 4x10-3 m Bề dầy : dc = 0.4 mm = 4x10-4 m + Ta chọn bố trí ống theo hình chữ nhất, với bước ống như sau : S1 = 40 mm = 4x10-2 m S2 = 40 mm = 4x10-2 m Hình 3.4 : cánh phẳng cho TBBH Vậy với một ống truyền nhiệt dài 1 m chiều dài ống ta có các thông số sau : + Diện tích bề mặt cánh : + Diện tích bề mặt khoảng giữa các cánh: + Diện tích bề mặt ngoài của ống : fng = fc + fo = 0.745 m2/m. + Diện tích bề mặt trong của ống : + Hệ số làm cánh b =fng/ftr= 16.9 3.3.2. Phương pháp tính toán truyền nhiệt về phía không khí. ([3], [4], [5]) STT Trạng thái không khí tkk(oC) j (%) xbh.10-3 (kg/kgkk) x.10-3 (kg/kgkk) h(kJ/kgkkk) 1 Trước khi vào dàn ngưng tụ -19 90 0.7057 0.63513 -17.54 2 Ra khỏi dàn ngưng tụ -21 95 0.5818 0.55271 -19.77 3 Tại vách ống truyền nhiệt -22 100 0.478 0.478 -21.96 x : độ chứa ẩm; xbh : độ chứa ẩm bão hoà: h: entalpi của không khí Bảng 3.4 : các thông số của không khí trước khi vào và ra khỏi TBBH Trạng thái không khí 3( tại bề mặt vách ống truyền nhiệt) xác định thông qua bảng thông số của không khí ẩm, nhờ biểu thức : do ba cả điểm 1,2,3 đều nằm trên một đường thẳng khi biểu diễn chúng trên giản đồ h-x của không khí ẩm .Với các giá trị trong bảng thì của với hệ thức trên ta gặp sai số nhưng không quá lớn ( nhỏ hơn 4%) STT Ý nghĩa Kí hiệu Giá trị 1 Độ nhớt động học nkk.106(m2/s) 11.79 2 Khối lượng riêng rkk (kg/m3) 1.395 3 Chuẩn số Prantl Prkk 0.716 4 Hệ số đận nhiệt lkk .102 (W/mK) 2.28 5 Nhiệt dung riêng cpkk 1 Bảng 3.5 : các thông số vật lý của không khí ở nhiệt độ trung bình trong phòng bảo quản tkk = -20 oC Ta có : : (I) L tổng theo hướng chuyển động của không khí; L = S2.z ; z : số cụm ống theo hướng chuyển động của không khí; Ta sử dụng (I) với các điều kiện sau: Với các điều kiện của thiết bị : nên các điều kiện (2), (4), (5), (6) thoả mản. Ta có : C = A.B Ta áp dụng công thức trên để tính Nu, sau đó tính được hệ số cấp nhiệt akk theo Vì với dàn lạnh không khí ta đang tính toán còn chịu ảnh hưởng bởi sự tách ẩm nên ta xác định hệ số toả nhiệt quy ước theo công thức: : : hệ số tách ẩm dt = 6 mm = 6x10-3 m : bề dầy lớp tuyết ta chọn lt = 0.2 W/m.K : hệ số dẫn nhiệt của lớp tuyết Rc = 0.005 m2.K/W:trở tiếp xúc giữa cánh và ống Nếu ta quy đổi aq về bề mặt trong, thì ta sử dụng công thức sau : ; Y : hệ số hiệu chỉnh: Y = 0.85 E : hiệu suất cánh : ( Tanh: hàm số tanghyperbolic ) dc = 200 W/m.K: hệ số dẫn nhiệt của cánh (nhôm) h’ chiều cao quy ước của cánh ; với cánh hình vuông (S1 = S2) : Mật độ dòng nhiệt về phía không khí được quy về phía bề mặt trong : qtr = aq.tr( tkk – t3) Diện tích bề mặt truyền nhiệt ( bề mặt trong) : Diện tích cho không khí đi qua dàn lạnh : Diện tích truyền nhiệt của một cụm ống là : : chiều cao cánh Khi đó ta tính lại giá trị z : Như vậy ta sẽ tính được lại được giá trị của z; ta chọn lại gía trị phù hơp của z và tính lại chiều ống L và mật độ dòng nhiệt qtr . 3.3.3. Phương pháp tính toán truyền nhiệt về phía môi chất : ([3], [4], [5]) Với môi chất sôi trong ống nằm ngang, hệ số toả nhiệt có thể tính theo công thức sau : Và : mật độ dòng nhiệt : (II) với wR, rR vận tốc và khối lượng riêng của R22 lỏng trong ống ở nhiệt độ ngưng tụ to = -20 oC. rR = 1305.5 kg/m3 AR là hằng số phụ thuộc nhiệt độ sôi của môi chất. Với to = -25oC, AR=1.005 3.3.3. Tính toán TBBH Như vậy từ những điều trình bày ở trên, ta cần xác định đ