Đồ án Thiết kế kho lạnh để bảo quản lạnh đông thủy sản có sức chứa 150 tấn

nh Vách giữa hai kho lạnh được xây dựng như sau: Vật liệu Bề dày δ (m) Hệ số truyền nhiệt λ (w/mK) Hệ số thẩm thấu μ (g/m.h.mmHg) Nhiệt trở δ/λ (m2K/w) Trở lực thẩm thấu δ/μ (m2.h.mmHg/g) Vữa 0.02 0.88 0.012 0.0227 1.6667 Lưới thép Cách nhiệt (Stiropor) 0.05 0.035 0.008 1.4286 6.25 Cách ẩm (polyetylen) 0.001 0.00000024 4166.6667 Cách ẩm (nhựa đường) 0.002 0.80 0.000115 0.0025 17.3912 Vữa 0.02 0.88 0.012 0.0227 1.6667 Gạch 0.20 0.82 0.014 0.2439 14.2857 Vữa 0.02 0.88 0.012 0.0227 1.6667 Cách ẩm (nhựa đường) 0.002 0.80 0.000115 0.0025 17.3912 Cách ẩm (polyetylen) 0.001 0.00000024 4166.6667 Cách nhiệt (Stiropor) 0.05 0.035 0.008 1.4286 6.25 Lưới thép Vữa 0.02 0.88 0.012 0.0227 1.6667 Cộng 0.386 3.1969 8401.5683 Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức: với α1 = 9 w/m2K: hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng 1 (đối lưu cưỡng bức) α2 = 9 w/m2K: hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng 2 (đối lưu cưỡng bức) δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên) λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên) K = 0.58 w/m2.K: hệ số truyền nhiệt quy chuẩn giữa hai phòng có cùng nhiệt độ ==> chọn δ = 0.10 m (mỗi bên vách dày 0.05 m) => Hệ số truyền nhiệt K = 0.2925 w/m2.K Kiểm tra đọng sương và đọng ẩm tương tự vách. ==> Không có đọng sương và đọng ẩm trong kết cấu. III.5. Cách nhiệt cách ẩm cho nền Kết cấu nền kho lạnh phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ phòng lạnh, tải trọng của hàng bảo quản, dung tích kho lạnh,…Yêu cầu của nền là phải có độ vững chắc cần thiết, tuổi thọ cao, không thấm ẩm. Vật liệu Bề dày δ (m) Hệ số truyền nhiệt λ (w/mK) Hệ số thẩm thấu μ (g/m.h.mmHg) Nhiệt trở δ/λ (m2K/w) Trở lực thẩm thấu δ/μ (m2.h.mmHg/g) Bêtông xỉ 0.10 0.5 0.2 Bêtông đất 0.02 1.6 0.0125 Lưới thép Cách nhiệt (Stiropor) 0.20 0.035 0.008 5.7143 25 Cách ẩm (polyetylen) 0.001 0.00000024 4166.6667 Cách ẩm (nhựa đường) 0.002 0.80 0.000115 0.0025 17.3912 Bêtông tấm 0.10 1 0.004 0.1 25 Bêtông cốt thép 0.15 1.5 0.004 0.1 37.5 Cộng 0.573 6.1293 4271.5579 Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức: với α1 = 12 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí trên nền đất. α2 = 9 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu cưỡng bức). δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên). λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên). K = 0.21 w/m2K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn của nền có sưởi. ==> chọn δ3 = 0.2 m => Hệ số truyền nhiệt của nền K = 0.1586 w/m2K Kiểm tra tương tự trên ==> không có đọng sương và đọng ẩm. III.6. Cách nhiệt cách ẩm cho trần Mái kholạnh không được phép đọng nước và thấm nước. Mái có kết cấu như sau: Vật liệu Bề dày δ (m) Hệ số truyền nhiệt λ (w/mK) Hệ số thẩm thấu μ (g/m.h.mmHg) Nhiệt trở δ/λ (m2K/w) Trở lực thẩm thấu δ/μ (m2.h.mmHg/g) Bêtông tấm 0.1 1 0.004 0.1 25 Cách ẩm (nhựa đường) 0.002 0.80 0.000115 0.0025 17.3912 Cách ẩm (polyetylen) 0.001 0.00000024 4166.6667 Cách nhiệt (Stiropor) 0.2 0.035 0.008 5.7143 25 Bêtông cốt thép 0.15 1.5 0.004 0.1 37.5 Vữa 0.02 0.88 0.012 0.0227 1.6667 Cộng 0.473 5.9395 4273.2246 Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức: với α1 = 23.3 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (tường có chắn gió). α2 = 9 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu cưỡng bức). δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên). λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên). K = 0.22 w/m2K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn. ==> chọn δ3 = 0.2 m => Hệ số truyền nhiệt của trần K = 0.1642 w/m2K Kiểm tra tương tự trên ==> Không có đọng sương đọng ẩm trên bề mặt kết cấu. CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh được xác định bằng biểu thức: [9] Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 (w) với Q1: dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che. Q2: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra. Q3: dòng nhiệt đi từ ngoài vào do thông gió phòng lạnh. Q4: dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành. Q5: dòng nhiệt tỏa ra khi sản phẩm thở. IV.1. Tính cho kho thứ nhất IV.1.1. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che: Q1 = Q1v + Q1n +Q1t + Q1bx (w) với Q1v, Q1n, Q1t: dòng nhiệt tổn thất qua vách, nền và trần do chênh lệch nhiệt độ. Q1bx: dòng nhiệt tổn thất qua tường và trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời. Công thức để tính tổn thất nhiệt qua vách, nền và trần có dạng như sau: Q = K x F x (tng – ttr) với: K: hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che (w/m2K) F: diện tích bề mặt của kết cấu bao che (m2) tng: nhiệt độ môi trường bên ngoài (oC) ttr: nhiệt độ trong phòng lạnh (oC) Q: tổn thất nhiệt qua kết cấu (w) Vách ngoài Vách giữa hai phòng lạnh Vách trước hoặc sau Nền Trần K 0.1622 0.0836 0.1622 0.1586 0.1642 F 42 42 21 72 72 tng 27 -20 27 27 27 ttr -20 -20 -20 -20 -20 Q 320.1828 0 160.0914 536.7024 555.6528 Chọn kho lạnh xây theo hướng Bắc – Nam, cửa kho nằm ở hướng Bắc. => Buổi sáng kho nhận bức xạ ở hướng Đông và buổi chiều kho nhận bức xạ ở hướng Tây. Vách kho được quét vôi trắng nên lấy hiệu nhiệt độ dư như sau: ∆t = 7K: vách hướng Đông. ∆t = 8K: vách hướng Tây. ∆t = 19K: trần làm bằng bêtông. => Dòng nhiệt do bức xạ mặt trời: Q1bx = ∑KF∆t = 0.1622 x 42 x 8 + 0.1642 x 72 x 19 = 279.1248 (w) è Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che là: Q1 = Q1v + Q1n + Q1t +Q1bx = 320.1828 + 0 + 2 x 160.0914 + 536.7024 +555.6528 +279.1248 = 2011.8456 w IV.1.2. Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra: Q2 = Q2a + Q2b (w) với Q2a: dòng nhiệt sản phẩm tỏa ra khi bảo quản lạnh đông. Q2b: dòng nhiệt tỏa ra từ bao bì của sản phẩm. IV.1.2.1. Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra: với M: năng suất của buồng bảo quản lạnh đông (t/24h) h1, h2: entanpi của sản phẩm trước và sau khi bảo quản lạnh đông (kj/kg) 1000/(24 x 3600) : hệ số chuyển đổi từ (t/24h) ra (kg/s) Q2a: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra (kw) Chọn nhiệt độ hàng nhập thẳng vào kho bảo quản lạnh đông là -8oC => h1 = 43.5 kj/kg Nhiệt độ sau khi bảo quản là -20oC => h2 = 0 kj/kg Khối lượng hàng nhập vào kho bảo quản lạnh đông trong một ngày đêm: với M: khối lượng hàng nhập vào bảo quản lạnh đông (t/24h) E: dung tích phòng bảo quản lạnh đông (t) ψ: tỉ lệ nhập có nhiệt độ không cao hơn -8oC đưa trực tiếp vào kho bảo quản lạnh đông. ψ = 0.65 – 0.85 B: hệ số quay vòng hàng. B = 5 ÷ 6 lần/năm m: hệ số nhập hàng không đồng đều. m = 2.5 Dòng nhiệt sản phẩm tỏa ra khi bảo quản lạnh đông: IV.1.2.2. Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra: với Mb: khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm (t/24h) Cb: nhiệt dung riêng của bao bì (kj/kg.K) t1: nhiệt độ bao bì trước bảo quản lạnh đông (oC) t2: nhiệt độ bao bì sau bảo quản lạnh đông (oC) Q2b: dòng nhiệt do bao bì tỏa ra (kw) 1000/(24 x 3600) : hệ số chuyển đổi từ (t/24h) ra (kg/s) Ta có: Khối lượng bao bì cactông: Mb = 30%M = 30% x 1.75 = 0.525 t/24h Nhiệt dung riêng bao bì: Cb = 1.46 kj/kg.K Nhiệt độ bao bì trước bảo quản: t1 = -8oC Nhiệt độ bao bì sau bảo quản: t2 = -20oC è Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra: Q2 = Q2a + Q2b = 0.881 + 0.1065 = 0.9875 kw = 987.5 w IV.1.3. Dòng nhiệt do thông gió kho lạnh: Do kho lạnh dùng để bảo quản lạnh đông có nhiệt độ -20oC nên không có thông gió. è Q3 = 0 w IV.1.4. Dòng nhiệt do vận hành kho: Q4 = Q41 + Q42 + Q43 +Q44 (w) với Q41: dòng nhiệt do chiếu sáng. Q42: dòng nhiệt do người tỏa ra. Q43: dòng nhiệt do các động cơ điện. Q44: dònh nhiệt tổn thất khi mở cửa. IV.1.4.1. Dòng nhiệt do chiếu sáng được tính theo công thức: Q41 = A x F (w) với F: diện tích kho lạnh (m2) A: công suất chiếu sáng riêng (w/m2) Đối với kho bảo quản: A = 1.2 w/m2 => Q41 = 1.2 x 72 = 86.4 w IV.1.4.2. Dòng nhiệt do người tỏa ra được xác định theo biểu thức: Q42 = 350 x n (w) Chọn n =3 (kho nhỏ hơn 200m2) => Q42 = 350 x 3 = 1050 w IV.1.4.3. Dòng nhiệt do các động cơ điện tỏa ra: Q43 = 1000 x N x φ (w) với N: tổng công suất động cơ điện. φ: hệ số hoạt động đồng thời. Chọn N = 4 kw do kho bảo quản lạnh đông nhỏ. φ = 1: các động cơ hoạt động đồng thời. => Q43 = 1000 x 4 x 1 = 4000 w IV.1.4.4. Dòng nhiệt khi mở cửa được tính theo công thức: Q44 = B x F (w) với F: diện tích kho lạnh (m2) B: dòng nhiệt riêng khi mở cửa (w/m2) Kho bảo quản lạnh đông chọn B = 12 w/m2 => Q44 = 12 x 72 = 864 w. è Dòng nhiệt do vận hành kho: Q4 = 86.4 + 1050 + 4000 + 864 = 6000.4 w ≈ 6000 w IV.1.5. Dòng nhiệt do sản phẩm hô hấp Q5: Do sản phẩm là thủy sản và được bảo quản lạnh đông nên không có hô hấp è Q5 = 0 w Dòng nhiệt tổn thất cho toàn bộ kho thứ nhất: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5. = 2011.8456 + 987.5 + 0 + 6000.4 + 0 = 8999.7456 w ≈ 9000 w IV.2. Tính cho kho giữa Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 (w) Tính tương tự như trên IV.2.1. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che: Q1 = Q1v + Q1n + Q1t +Q1bx = 0 + 0 + 2 x 160.0914 + 536.7024 + 555.6528 + 0.1642 x 72 x19 = 1637.1636 w IV.2.2. Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra: Q2 = Q2a + Q2b = 0.881 + 0.1065 = 0.9875 kw = 987.5 w IV.2.3. Dòng nhiệt do thông gió kho lạnh: Q3 = 0 w IV.2.4. Dòng nhiệt do vận hành kho: Q4 = Q41 + Q42 + Q43 +Q44 (w) = 86.4 + 1050 + 4000 + 864 = 6000.4 w ≈ 6000 w IV.2.5. Dòng nhiệt do sản phẩm hô hấp: Q5 = 0 w è Dòng nhiệt tổn thất cho kho giữa: Q = 1637.1636 + 987.5 +6000.4 = 8625.0636 w ≈ 8625 w IV.3. Tính cho kho thứ ba Do kho thứ ba và kho thứ nhất có kết cấu tương tự nhau nên tổn thất nhiệt của kho thứ nhất và kho thứ ba xem như là bằng nhau: è Q = 9000 w è Dòng nhiệt cung cấp cho 3 kho là: Q = 2 x 9000 + 8625 = 26625 w IV.4. Xác định tải nhiệt cho thiết bị và máy nén Kho Nhiệt độ kho Q1 Q2 Q4 ∑Q Thiết bị Máy nén Thiết bị Máy nén Thiết bị Máy nén Thiết bị Máy nén Kho 1 -20oC 2012.5 2012.5 987.5 987.5 6000 4500 9000 7500 Kho 2 -20oC 1637.5 1637.5 987.5 987.5 6000 4500 8625 7125 Kho 3 -20oC 2012.5 2012.5 987.5 987.5 6000 4500 9000 7500 Cộng 26625 22125 Năng suất lạnh của máy nén: với k: hệ số lạnh kể đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh b: hệ số thời gian làm việc ∑Q: tổng nhiệt tải của máy nén Do t0 = - 30oC nên chọn k = 1.07 chọn b = 0.7 đối với các thiết bị lạnh nhỏ. CHƯƠNG V: TÍNH CHỌN MÁY NÉN Chọn các thông số của chế độ làm việc như sau: - Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: t0 = -30oC - Độ quá nhiệt hơi hút là: ∆qn = 5oC => Nhiệt độ hơi hút về máy nén: tqn = (-30 + 5) = -25oC - Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất: tk = 40oC - Độ quá lạnh của tác nhân lạnh lỏng: ∆ql = 5oC => Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu: tql = (40 – 5) = 35oC - Năng suất lạnh của máy nén: Q0 = 34 kw V.1. Tác nhân lạnh Tác nhân lạnh là amôniăc, có công thức là NH3, kí hiệu R717, là một chất khí không màu, có mùi rất hắc. NH3 sôi ở áp suất khí quyển ở -33.35oC, có tính chất nhiệt động tốt, phù hợp với chu trình máy lạnh nén hơi dùng máy nén pistông. Tính chất hoá lý: + Năng suất lạnh riêng khối lượng q0 lớn nên lưu lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống nhỏ, rất phù hợp cho các máy lạnh có năng suất lớn và rất lớn. + Năng suất lạnh riêng thể tích qv lớn nên máy nén gọn nhẹ. + Các tính chất trao đổi nhiệt tốt, hệ số tỏa nhiệt khi sôi và ngưng tương đương với nước nên không cần tạo cánh trong các thiết bị trao đổi nhiệt với nước. + Tính lưu động cao, tổn thất áp suất trên đường ống, các cửa van nhỏ nên thiết bị gọn nhẹ. + Amôniăc không hòa tan dầu nên nhiệt độ bay hơi không bị tăng. + Amôniăc hòa tan không hạn chế trong nước + Amôniăc không ăn mòn các kim loại chế tạo máy. Tính chất sinh lý: Amôniăc độc hại với cơ thể con người, gây kích thích nêm mạc của mắt, dạ dày, … Tính kinh tế: Amôniăc là môi chất lạnh rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển và bảo quản dễ. V.2. Qui trình công nghệ V.2.1. Thuyết minh qui trình công nghệ: Hơi môi chất sinh ra ở thiết bị bay hơi được máy nén hút về và nén lên áp suất cao đẩy vào bình ngưng tụ. Ở thiết bị ngưng tụ hơi môi chất thỉai nhiệt cho nước và ngưng tụ thành lỏng. Lỏng có áp suất cao đi qua van tiết lưu vào thiết bị bay hơi. Ở thiết bị bay hơi, lỏng môi chất sôi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp, thu nhiệt của môi trường lạnh. Hơi lại được hút về máy nén, như vậy vòng tuần hoàn được khép kín. V.2.2. Chu trình lạnh của máy nén: Chu trình Carnot ngược chiều được coi là chu trình lạnh đơn giản nhất. Đơn giản không phải về mặt thiết bị màvì chỉ bao gồm hai quá trình đoạn nhiệt và hai quá trình đẳng nhiệt xen kẻ. Chu trình Carnot có công tiêu hao nhỏ nhất, năng suất lạnh lớn nhất, hệ số lạnh lớn nhất nhưng có nhiều nhược điểm khi vận hành. Do đó ta sử dụng chu trình quá lạnh và quá nhiệt để khắc phục các nhược điểm trên. Chu trình quá lạnh và quá nhiệt là chu trình quá lạnh khi nhiệt độ của môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu nhỏ hơn nhiệt độ ngưng tụ và gọi là chu trình quá nhiệt khi nhiệt độ hơi hút về máy nén lớn hơn nhiệt độ bay hơi (nằm trong vùng quá nhiệt). Nguyên nhân quá lạnh có thể do: + Bố trí thêm thiết bị quá lạnh lỏng sau thiết bị ngưng tụ. + Thiết bị ngưng tụ là thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng ên lỏng môi chất được quá lạnh ngay ở thiết bị ngưng tụ. + Lỏng môi chất tỏa nhiệt ra môi trường trên đoạn đường ống từ thiết bị ngưng tụ đến thiết bị tiết lưu. Nguyên nhân quá nhiệt có thể do: + Sử dụng van tiết lưu nhiệt, hơi ra khỏi thiết bị bay hơi bao giờ cũng có một độ quá nhiệt nhất định. + Tải nhiệt lớn và thiếu lỏng cấp cho thiết bị bay hơi. + Tổn thất lạnh trên đường ống từ thiết bị bay hơi đến máy nén. 4 LgP h 2 1 2’ 1’ 3 3’ ∆ql ∆qn Thông số tại các điểm như bảng sau: (phụ lục 6 trang 342 [5]) Điểm Nhiệt độ t (oC) Nhiệt độ T (K) Áp suất p (MPa) Entanpy h (kj/kg) Thể tích riêng v (m3/kg) 1’ -30 243 0.1219 1640 0.96 1 -25 248 0.1219 1650 1 2 165 438 1.585 2040 2’ 40 313 1.585 1710 3’ 40 313 1.585 610 3 35 308 1.585 580 4 -30 243 0.1219 580 Sự thay đổi trạng thái của môi chất trong chu trình như sau: 1’ – 1 : Quá nhiệt hơi hút. 1 – 2 : Nén đoạn nhiệt hơi hút từ áp suất thấp p0 lên áp suất cao pk, s1 = s2 2 – 2’ : Làm mát đẳng áp hơi môi chất từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái bão hoà. 2’ – 3’ : Ngưng tụ môi chất đẳng áp và đẳng nhiệt. 3’ – 3 : Quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp. 3 – 4 : Quá trình tiết lưu đẳng entanpi ở van tiết lưu h3 = h4 4 – 1’ : Quá trình bay hơi ở thiết bị bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt. V.3. Tính máy nén V.3.1. Năng suất lạnh riêng q0: q0 = h1’ – h4 (kj/kg) với h1’: entanpi của hơi bão hòa ra khỏi thiết bị bay hơi (kj/kg) h4: entanpi của môi chất sau khi qua tiết lưu (kj/kg) => q0 = 1640 – 580 = 1060 kj/kg V.3.2. Năng suất lạnh riêng thể tích qv: với q0: năng suất lạnh riêng (kj/kg) v1: thể tích hơi hút về máy nén (m3/kg) V.3.3. Công nén riêng l: l = h2 – h1 (kj/kg) với h2: entanpi của hơi quá nhiệt khi ra khỏi máy nén (kj/kg) h1: entanpi của hơi vào máy nén (kj/kg) => l = 2040 – 1650 = 390 kj/kg V.3.4. Năng suất nhiệt riêng qk: qk = h2 – h3 (kj/kg) với h2: entanpi của hơi khi vào bình ngưng (kj/kg) h3: entanpi của lỏng khi ra khỏi bình ngưng (kj/kg) => qk = 2040 – 580 = 1460 kj/kg V.3.5. Hệ số lạnh của chu trình ε: với q0: năng suất lạnh riêng (kj/kg) l: công nén riêng (kj/kg) V.3.6. Hiệu suất exergi ν: với ε: hệ số lạnh của chu trình Tk: nhiệt độ ngưng tụ (K) T0: nhiệt độ bay hơi (K) V.3.7. Năng suất khối lượng thực tế của máy nén mtt: với Q0: năng suất lạnh của máy nén (kw) q0: năng suất lạnh riêng khối lượng (kj/kg) V.3.8. Năng suất thể tích thực tế của máy nén Vtt: Vtt = mtt x v1 (m3/s) với mtt: năng suất khối lượng thực tế của máy nén (kg/s) v1: thể tích riêng hơi hút về máy nén (m3/kg) => Vtt = 0.032 x 0.93 = 0.02976 m3/s V.3.9. Hệ số cấp của máy nén λ: λ = λi x λw’ trong đó với pk: áp suất ngưng tụ của tác nhân lạnh (MPa) p0: áp suất bay hơi của tác nhân lạnh (MPa) ∆p0 = ∆pk = 0.01 MPa m = 1 c = 0.05 : tỉ số thể tích chết. và với T0: nhiệt độ bay hơi của tác nhân lạnh (K) Tk: nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân lạnh (K) è λ = 0.3096 x 0.7764 = 0.24 V.3.10. Thể tích lý thuyết Vlt: với Vtt: năng suất thể tích thực tế của máy nén (m3/s) λ: hệ số cấp của máy nén. Chọn máy nén N6WB hiệu MYCOM do Nhật sản xuất có thể tích lý thuyết là: (bảng 4.3a trang 46 [10]) 572.6 m3/h ≈ 0.159 m3/s => Số lượng máy nén: è Chọn 1 máy nén ký hiệu N6WB. Các thông số của máy nén:[5] Đường kính xilanh 130 mm Hành trình xilanh 100 mm Số xilanh 6 Tốc độ quay 1200 vòng/phút Thể tích hút lý thuyết 572.6 m3/h V.3.11. Công nén đoạn nhiệt Ns: Ns = mtt x l (kw) với mtt: lưu lượng tác nhân lạnh qua máy nén (kg/s) l: công nén riêng (kj/kg) => Ns = 0.032 x 390 = 12.48 kw V.3.12. Công nén chỉ thị Ni: với Ns: Công nén đoạn nhiệt (kw) ηi: hiệu suất chỉ thị ηi = λw + b x t0 trong đó λw = T0/Tk = 0.7764 b = 0.001 t0: nhiệt độ bay hơi (oC) => ηi = 0.7764 + 0.001 x (-30) = 0.7464 V.3.13. Công nén hiệu dụng Ne: Ne = Ni + Nms với Ni: công nén chỉ thị (kw) Nms: tổn thất ma sát (kw) mà Nms = Vtt x pms trong đó Vtt: thể tích hút thực tế của máy nén (m3/s) pms = 0.06 MPa : áp suất ma sát riêng => Nms = 0.02976 x 0.06 x 106 = 1785.6 w = 1.7856 kw è Ne = 16.72 + 1.7856 = 18.5056 kw V.3.14. Công suất điện Nel: với Ne: công nén hiệu dụng (kw) ηtd = 0.95 : hiệu suất truyền động của khớp, đai,… ηel = 0.9 : hiệu suất động cơ V.3.15. Công suất động cơ lắp đặt Nđc: Chọn hệ số an toàn là 1.4 è Nđc = 1.4 x Nel = 1.4 x 21.644 = 30.3 kw ≈ 30 kw V.3.16.Nhiệt thải ngưng tụ Qk: Qk = Q0 + Ni (kw) với Q0: năng suất lạnh của máy nén (kw) Ni: công nén chỉ thị (kw) è Qk = 34 + 16.72 = 50.72 kw ≈ 51 kw CHƯƠNG VI: TÍNH THIẾT BỊ NGƯNG TỤ VI.1. Nguyên lý Sử dụng bình ngưng vỏ ống nằm ngang. Bình ngưng gồm một vỏ hình trụ, bên trong có bố trí chùm ống, hai đầu có hai mặt sàng. Hơi amôniăc trong không gian giữa các ống ngưng tụ trên bề mặt chùm ống. Nước vào theo đường ống bố trí trên một nắp, đi phía trong chùm ống theo các lối đã bố trí sẵn rồi ra theo ống nối phía trên. VI.2. Các thông số Chọn bình ngưng ống vỏ nằm ngang và nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt. Nhiệt độ trung bình của không khí là: 27oC và độ ẩm là 80% => Nhiệt độ bầu ướt của không khí là: 24.5oC Chọn nhiệt độ nước vào là: tw1 = 30oC Chọn nhiệt độ nước ra là: tw2 = 35oC Nhiệt độ ngưng tụ: tk = 40oC Nhiệt thải ra ở bình ngưng: Qk = 51 kw Lưu lượng môi chất qua máy nén: G = 0.032 kg/s VI.3. Tính toán ([9]) VI.3.1. Các thông số tính toán Hiệu nhiệt độ làm mát ∆tw: ∆tw = tw2 – tw1 = 35 – 30 = 5oC = 5K Hiệu nhiệt độ trung bình logarit ∆ttb: ∆tmax = tk – tw1 = 40 – 30 = 10K ∆tmin = tk – tw2 = 40 – 35 = 5K Lưu lượng nước qua bình ngưng mw: với Qk: nhiệt thải ngưng tụ (kw) Cp: nhiệt dung riêng của nước (kj/kgK) ∆ttb: hiệu nhiệt độ trung bình logarit (K) Ta có: Cp = 4.18 kj/kgK ở 32.5oC Chọn ống trao đổi nhiệt cho bình ngưng như sau: dng = 25 mm = 0.025 m dtr = 20 mm = 0.020 m s = 2.5 mm = 0.0025 m Diện tích tính cho 1m ống chiều dài: fng = 0.0785 m2/m ftr = 0.0628 m2/m Chọn tốc độ nước trong bình ngưng ωw = 1 m/s Số ống trong một lối của bình ngưng: Các thông số vật lý của nước làm mát bình ngưng được tra trong tập 10 (bảng 39 trang 427) ở nhiệt độ trung bình twtb = 32.5oC Khối lượng riêng ρw = 995 kg/m3 Hệ số dẫn nhiệt λw = 0.622 w/mK Độ nhớt động học νw = 0.7725 x 10-6 m2/s Hằng số Pr = 5.1425 Chọn n1 = 8 ống => tốc độ nước là ωw = 0.976 m/s VI.3.2. Xác định hệ số tỏa nhiệt α1 từ nước làm mát tới vách trong của ống: Trị số Reynolds: Đây là chế độ chảy rối nên Nusselt có dạng: trong đó nhiệt độ xác định là nhiệt độ trung bình của nước Do l/d 50 => εl = 1 và ống thẳng => εR = 1 Trong thiết bị ngưng tụ của máy lạnh thì hiệu nhiệt độ thường nhỏ (4 – 6K) nên tỉ số (Prf/Prw)0.25 ≈ 1. Vậy hệ số tỏa nhiệt phía nước: VI.3.3. Xác định hệ số toả nhiệt α2 từ môi chất lạnh ngưng tới vách ngoài ống: Gọi ∆ttb = tk – twtb và ∆tv = tk – tv, ta có: tv – twtb = ∆ttb – ∆tv Như vậy có thể viết: Trong đó là tổng nhiệt trở của vách ống và cặn bẩn Ta có δc = 0.6 x 10-3 m : bề dày lớp cáu cặn λc = 1.5 w/m.K : hệ số dẫn nhiệt của lớp cáu cặn δ = 2.5 x 10-3 m : chiều dày vách ống thép λ = 45.3 w/m.K : hệ số dẫn nhiệt của thép δs = 0.1 x 10-3 m : bề dày của lớp sơn chống rỉ λs = 0.58 w/m.K : hệ số dẫn nhiệt của lớp sơn chống rỉ δd = 0.06 x 10-3 m : bề dày lớp dầu λd = 0.12 w/m.K : hệ số dẫn nhiệt của lớp dầu Như vậy: Chọn ∆tv = 0.3 x ∆ttb = 2.164K Khi đó: qie = 738 x 0.7 x 7.2134 = 3726 w/m2 Các ống được bố trí trên mặt sàng theo đỉnh của tam giác đều, chùm ống có dạng hình lục giác với số ống đặt theo đường chéo lục giác lớn m xác định theo công thức: với Qk: lượng nhiệt thải ra ở thiết bị ngưng tụ (w) qie: mật độ dòng nhiệt (w/m2) s: bước ống ngang (m) dtr: đường kính trong của ống (m) l/D : tỉ số giữa chiều dài ống và đường kính trong của thân Chọn s = 1.4 x dng = 1.4 x 0.025 = 0.035 m và l/D = 5 Chọn m = 12 ống Hệ số tỏa nhiệt từ phía môi chất ngưng tụ tính theo bề mặt trong của ống α2: Các thông số vật lý của NH3 được tra ở 40oC (phụ lục 1a trang 290 [10]) Cp = 4.86 kj/kgK λ = 0.45 w/mK r = 1098.8 kj/kg (tra ở phụ lục 1b trang 292 [10]) μ = 122 x 10-6 N.s/m2 ρ = 579.1 kg/m3 Ψh : hệ số hiệu chỉnh do sự thay đổi vận tốc dòng hơi và màng lỏng từ trên xuống dưới. Ta có: Ψh = (m/Z)-0.167 vì các ống bố trí so le. Mật độ dòng nhiệt về phía môi chất: q2 = α2 x ∆tv = 9677 x ∆t0.75 (w/m2) Ta có mật độ dòng nhiệt là không đổi nên: q = q1 = q2 Giải phương trình trên bằng phương pháp lặp, ta thu được giá trị: ∆tv = 0.4087K nên không được chấp nhận. Tiếp tục lặp lại phép tính trên bằng cách chọn từng giá trị của ∆tv. Cuối cùng ta nhận giá trị là: ∆tv = 0.037 x ∆ttb = 0.0367 x 7.2134 =0.2647K Và số ống là 10 ống. Vậy hệ số truyền nhiệt α2 là: VI.3.4. Bố trí ống trong thiết bị Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết (tính theo bề mặt trong của ống): Chọn số ống theo hàng ngang là 10 trong lục giác đều, vậy tổng số ống: n = 0.75 x m2 + 1 = 0.75 x 102 + 1 = 76 ống Tổng chiều dài trao đổi nhiệt: Chọn tổng số ống trong thiết bị ngưng tụ là: 80 ống Chiều dài ống trong bình ngưng: Chọn chiều dài ống trong thiết bị ngưng tụ là: 2.0 m Số lối trong thiết bị ngưng tụ: Đường kính trong của thiết bị: D = 10x 0.035 = 0.35 m => Chọn đường kính trong thiết bị là: D = 0.4 m Tỷ số: è Chấp nhận. VI.4. Kiểm tra tính bền của thiết bị ([6], [7]) VI.4.1. Thân Chọn vật liệu làm thân là thép 20K. Nhiệt độ tính toán của thiết bị là: t = 200oC Áp suất tính toán là: p = 2 N/mm2 Hệ số bền mối hàn: φh = 0.8 Ứng suất cho phép: [σ] = 0.9 x 135 = 121.5 N/mm2 Ta có: Bề dày tối thiểu của thân trụ chịu áp suất trong: Chọn hệ số bổ sung do ăn mòn Ca = 1 mm Chọn hệ số bổ sung để qui tròn kích thước C0 = 0.885 mm Chọn hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo Cc = 2 mm => Bề dày thực của thân thiết bị: Kiểm tra độ bền: Áp suất tính toán cho phép: è Thân thiết bị ngưng tụ thoả điều kiện bền với áp suất trong. VI.4.2. Đáy - nắp Chọn đáy và nắp hình elip có bán kính trong ở đỉnh bằng đường kính trong của thiết bị, bề dày của đáy, nắp bằng bề dày của thiết bị. Chọn đáy và nắp đều có gờ để dễ ghép bích. Thông số của đáy và nắp như sau: Thông số Kí hiệu Đơn vị Giá trị Đường kính trong của thiết bị D mm 400 Bán kính trong của đáy, nắp Rt mm 400 Bề dày S mm 8 Chiều cao đáy ht mm 100 Chiều cao gờ h mm 25 Bề mặt trong F m2 0.2 Thể tích V m3 0.0115 Kiểm tra tính bền của đáy và nắp: Áp suất tính toán cho phép: è Vậy đáy và nắp thoả điều kiện bền với áp suất trong. VI.4.4. Vỉ ống Ta tính chiều dày tính toán tối thiểu của vỉ ống : với Dt = 400mm : đường kính trong thiết bị ngưng tụ . Hệ số K chọn là 0.3 P = 2 N/mm2 : áp suất tính toán của thiết bị ngưng tụ [] = 135 x 2.6 = 351N/mm2: ứng suất cho phép khi uốn của vật liệu làm vỉ (chọn thép 20K) . chọn bề dày tiêu chuẩn là * Kiểm tra theo ứng suất uốn : Với : - a : là khoảng cách ống theo chiều ngang. - b : là khoảng cách ống theo chiều dọc. - dn : là đường kính ngoài của ống. Vậy với bề dày 30mm thì vỉ thoả điều kiện bền . VI.4.5. Bích Chọn bích liền có cổ. Các thông số như sau: (bảng XIII.27 trang 417 [7]) Áp suất Đường kính trong Kích thước ống nối Bulông p Dt D Db Dl D0 db Z h H S1 N/mm2 mm mm mm mm mm mm cái mm mm mm 2 400 560 500 462 419 M30 16 33 65 9 CHƯƠNG VII: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ BAY HƠI VII.1. Nguyên lý Thiết bị bay hơi sử dụng là dàn lạnh quạt (dàn lạnh trao đổi nhiệt bằng không khí đối lưu cưỡng bức). Sử dụng thiết bị làm lạnh không khí kiểu khô vì kiểu này được dùng phổ biến nhất hiện nay. Đây là thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt, trong đó không khí (lưu động ngoài chùm ống) thải nhiệt cho môi chất sôi trong ống hoặc chất tải lạnh chảy trong ống. Khi không khí được làm lạnh do truyền nhiệt cho môi chất sôi trong ống ta gọi là thiết bị làm lạnh trực tiếp, còn kh