Đồ án tốt nghiệp Viện khoa học và công nghệ nhiệt - Lạnh

F F: Diện tích 1 buồng (có 5 buồng bảo quản đông) F = 360. 5 = 1800 m2 A = 1,2 – Lượng nhiệt toả ra kh chiếu 1 m2 diện tích sàn Q41 = 1,2. 1800 = 2160 [W] b. Dòng nhiệt do người tỏa ra Q42 = 350. n [W] n. Số người làm việc trong buồng, ở đây buồng lớn hơn 200 m2 nên n=4 Dòng nhiệt do người toả ra là: Q42 = 350. 4. 5 = 7000 [W] c. Dòng nhiệt do các động cơ điện Q43 Q43 = 1000. N/đc N. Công suất động cơ điện của dàn quạt 2KW Q43 = 1000.2 . 5 = 10000 [W] d. Dòng nhiệt khi mở cửa Q44 Q44 = B. F B. Dòng nhiệt riêng khi mở cửa theo tài liệu 1, B = 12 W/m2 F. Diện tích buồng F = 360. 5 = 1800 m2 Q44 = 12. 1800 = 21600 [W] Vậy dòng nhiệt do vận hành là: - Nhiệt tải thiết bị: Q4TB = Q4 = 40760[W] - Nhiệt tải máy nén: Q4MN = Q4 = 40760 [W] 4.1.2.5. Dòng nhiệt tải ra do sản phẩm hô hấp Q5: Do kho lạnh bảo quản thịt đông nên không có sự hô hấp Q5 = 0 4.1.2.6. Tổng dòng nhiệt tổn thất vào buồng bảo quản đông là ồQ = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 66590 + 9300 + 0 + 40760 + 0 = 116650 [W] - Nhiệt tải của thiết bị. ồQTB = ồQ = 116650 [W] - Nhiệt tải của máy nén. ồQMN = 100% Q1 + 60% Q2 + 75% Q4 = 66590 + 0,6. 9300 + 0,75. 40760 = 102740 [W] 4.1.2.7. Năng suất lạnh máy nén của buồng bảo quản đông. Q0 = Với K - Hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị ở tb = -200C, thì K = 1,07. b - Hệ số thời gian làm việc b = 0,9. ồQMN - Tổng nhiệt tải của máy nén đối với nhiệt độ. Q0 = = 122146 (W). 4.1.3. Tính nhiệt cho buồng kết đông. 4.1.3.1. Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che Q1 Q1 = Q11 + Q12 Q11: Dòng nhiệt truyền qua tường bao, trần và nền Q12: Dòng nhiệt truyền qua tường bao và trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời a. Tính dòng nhiệt truyền qua tường bao, trần và nền Q11 - Dòng nhiệt truyền qua tường do buồng kết đông tiếp xúc với buồng phụ trợ Q111. Tường buồng kết đông tiếp xúc với buồng phụ trợ có Chiều dài l = 12,3 m, chiều cao H = 6,3m ị F = 12,3. 6,3 = 77,49 m2 Hệ số tường ngoài là K = 0,19 W/m2K. Nhiệt độ tường ngoài tng = 31,68 0C, nhiệt độ buồng kết đông tb = -400C. Q111 = K. F (tng – tb) = 0,19. 77,49. (31,68 – (-35)) = 981,7 [W] - Dòng nhiệt do tường kết đông tiếp xúc với buồng ướp lạnh Q211 Tường buồng kết đông tiếp xúc với buồng ướp lạnh có: Chiều dài l = 10,3m, chiều cao H = 6,3m ị F = 10,3. 6,3 = 64,890 m2 Hệ số truyền nhiệt qua tường là: K = 0,23 W/m2K Nhiệt độ tường tiếp xúc với buồng ướp lạnh là tng = -200C, tb = -350C Q211 = K. F (tng – tb) = 0,23. 64, 89. (-20 + 35) = 223,8 [W] - Dòng nhiệt do tường kết đông tiếp xúc với buồng tháo và chất tải Q311 Tường buồng kết đông tiếp xúc với buồng tháo và chất tải Chiều dài l = 12,3m, chiều cao H = 6,3m ị F = 12,3. 6,3 = 77,49 m2 Hệ số truyền nhiệt qua tường là: K = 0,19 W/m2K Nhiệt độ buồng có tường tiếp xúc với buồng kết đông là tng = 31,680C , nhiệt độ buồng kết đông là: tb = - 350C Q311 = K. F (tng – tb) = 0,19. 77, 49. (31,68 –(- 35)) = 981 [W] - Dòng nhiệt do buồng kết đông tiếp xúc với nền Q411 Nền có chiều dài l = 12m, chiều rộng =10m ị F = 12. 10 = 120 m2 Hệ số truyền nhiệt của nền là: K = 0,21 W/m2K Nhiệt độ của nền là: tn = 100C , tb = - 350C Q411 = K. F (tng – tb) = 0,21. 120. (10 - (- 35)) = 1134 [W] - Dòng nhiệt do buồng kết đông tiếp xúc với trần Q511 Trần phía trong buồng có l = 12m, W =10m ị F = 12. 10 = 120 m2 Hệ số truyền nhiệt của trần là: K = 0,17 W/m2K Nhiệt độ của trần là: tng = 31,680C Nhiệt độ buồng: tb = - 350C Q511 = K. F (tng – tb) = 0,17. 120. (31,67 - (- 35)) = 1360 [W] Vậy dòng nhiệt truyền qua tường, trần và nền của buồng kết đông là: Q11 = Q111 + Q211 + Q311 + Q411 + Q511 = 981,7 + 223,8 + 981 + 1134 + 1360 = 4680,5 [W]. b. Dòng nhiệt do bức xạ Q12. - Dòng nhiệt của trần buồng kết đông tiếp xúc với bức xạ mặt trời Trần có diện tích trong là F = 12. 10 = 120m2 Nhiệt độ bức xạ của trần: Dtbx =190C Hệ số truyền nhiệt của trần: K = 0,17 W/m2K Q12 = K. F. Dtbx = 0,17. 120. 19 = 387,6 [W]. Vậy dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che của buồng kết đông là: Q1 = Q11 + Q12 = 4680,5 + 387,6 = 5068 [W] - Nhiệt tải của thiết bị: Q1TB = Q1 = 5068 [W] - Nhiệt tải của máy nén: Q1MN = Q1 = 5068 [W] 4.1.3.2. Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra Q2. Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra khi xử lý lạnh được xác định theo biểu thức sau: i1: Entanpi của sản phẩm trước khi nhập vào buồng. Thịt sau khi giết mổ được đưa vào buồng kết đông. Nhiệt độ thân thịt trước khi đưa vào buồng là t = -10C. (Theo [1] bảng 4-2) ta có i1 = 170 (KJ/Kg) i2: Entanpi của sản phẩm xuất ra khỏi buồng kết đông t = -200C (theo [1] bảng 4-2) ta có i2 = 0 (KJ/Kg) M: Công suất buồng lạnh tấn/ngày đêm Theo lượng thịt nhập vào kho là 30 tấn/ngày. Ta trích 80% thịt ra để kết đông. Vậy ta có: 0,8. 30 = 24 tấn/ngày được chia ra thành 4 mẻ, lấy thời gian 5 giờ 1 mẻ. Ta có: t/ngày đêm Vậy dòng nhiệt do sản phẩm toả ra là: Q2 = 28 (170 – 0). = 55 [KW] = 55000 [W] Q2 = 55000 [W] - Nhiệt tải thiết bị: Q2TB = Q2 = 55000 [W] - Nhiệt tải máy nén: Q2MN = Q2 = 55000 [W] 4.1.3.3. Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh Q3: Do đây là buồng kết đông thịt nên không cần thông gió do đó Q3 = 0. 4.1.3.4. Dòng nhiệt vận hành Q4 a. Dòng nhiệt do chiếu sáng Q41 Do buồng kết đông khi vận hành không có người làm việc bên trong nên không cần chiếu sáng nên Q41 = 0 b. Dòng nhiệt do người tỏa ra Đây là buồng kết đông nên không có người làm việc trong buồng khi buồng hoạt động do đó Q42 = 0. c. Dòng nhiệt do các động cơ điện Q43 Q43 = 1000. N/đc Với N = 12 - Công suất động cơ dàn quạt của buồng kết đông lấy từ 8á16 kW. ị Q43 = 1000. 12 = 12000 [W] d. Dòng nhiệt khi mở cửa Q44 Vì buồng kết đông khi vận hành không mở cửa Q44 = 0, vậy dòng nhiệt vận hành là: Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44 = 0 + 0 + 12000 + 0 = 12000 [W] - Nhiệt tải thiết bị: Q4TB = Q4 = 12000 [W] - Nhiệt tải máy nén: Q4MN = Q4 = 12000 [W] 4.1.3.5. Dòng nhiệt tải ra do sản phẩm hô hấp Q5: Do kho lạnh bảo quản thịt đông nên không có sự hô hấp Q5 = 0 4.1.3.6. Tổng dòng nhiệt tổn thất vào buồng kết đông là ồQ = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 5068 + 55000 + 0 + 12000 + 0 = 72068 [W] - Nhiệt tải của thiết bị. QTB = ồQ = 72068 [W] - Nhiệt tải của máy nén. QMN = 100% Q1 + 60% Q2 + 75% Q4 = 5068 + 0,6. 55000 + 0,75. 12000 = 47068 [W] 4.1.3.7. Năng suất lạnh máy nén của buồng kết đông. Q0 = + K - Hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh. ở nhiệt độ tb = -350C thì K = 1,1. b - Hệ số thời gian làm việc trong 1 ngày đêm b = 0,9. ồQMN - Tổng nhiệt tải của máy nén ồQMN = 47068 [W]. Vậy Q0 = = 51700 [W]. 4.1.3.8. Bảng tổng hợp kết quả tính toán nhiệt cho kho lạnh. Công dụng buồng Nhiệt độ buồng Q1 [W] Q2 [W] Q3 Q4 [W] Q5 SQ1 [W] Q0 [W] Q1TB Q1MN Q2TB Q2MN Q4TB Q4MN QồTB QồMN Bảo quản lạnh 00C 3205 3205 2900 2900 0 5300 5300 0 10705 8395 9794 Bảo quản đông -200C 66590 66590 9300 9300 0 40760 40760 0 116650 102740 122146 Kết đông -350C 5517,6 5517,6 90000 90000 0 2000 2000 0 97068 60568 74027 Chương 5 Tính toán thiết kế buồng kết đông thịt 5.1. Tính toán buồng kết đông thịt Nhiệt độ kết đông tb = -350C (kết đông 1 pha) Lượng thịt nhập vào kho là 30 tấn/ngày, trích ra 80% để kết đông và 20% còn lại là ướp lạnh. - Dung tích buồng kết đông: tấn ở đây số hàng nhập vào buồng kết đông Mnh = 0,8. 30 = 24 tấn/ngày Thời gian kết đông t lấy bằng 5 giờ (t = 5h). Vậy số mẻ trong một ngày đêm là 4 - Diện tích xây dựng của buồng kết đông. ở đây gFxd = 0,25 T/m2 - định mức chất tải của hàng treo trên dây. 5.2. kích thước buồng kết đông. ở đây buồng kết đông và buồng tháo tải, chất tải cho chung vào 1 buồng có diện tích là 288 m2 (12m x 6m x 4 hàng cột). Diện tích của buồng kết đông tính ra được 120m2, chiếm 1/3 buồng chung. Như vậy còn 2/3 buồng còn lại ta để làm buồng tháo và chất tải (trước và sau khi cho hàng vào kết đông). Buồng kết đông có nhiệt độ thấp (tb = -350C) nên phải được cách nhiệt dày hơn (xem phần tính cách nhiệt cho buồng kết đông). ở đây buồng kết đông có diện tích 120m2 ta chia thành 2 buồng, mỗi buồng 60m2. Vậy ở đây ta chỉ cần tính cho 1 buồng có diện tích là 60m2 (dài 10m, rộng 6m) Chọn 6 dãy treo mỗi dãy có chiều dài là 7,6 m, nghĩa là có tất cả 45,6m chiều dài, khoảng cách giữa các dãy lấy bằng 900mm, buồng có kích thước 10 x 6 m cao 6 m tính từ trần xuống. 5.3. Tính toán thiết kế dàn lạnh với vòi phun gió lạnh cho buồng kết đông Vì thời gian kết đông đã được xác định cho nên cần phải tìm điều kiện để cho nhiệm vụ này được hoàn thành. Nhiệt độ không khí trong buồng -350C, chiều dày thân thịt là 0,2 – 0,25m ở nơi dày nhất (ở mông). Bài toán được tính cho d = 0,25m. Hình 5-1: Vùng tác động của dòng khí lên thân thịt Không khí được thổi qua các vòi phun thuộc dạng treo phẳng bố trí trên trần giả giữa các dẫy treo. Chiều rộng củ vòi phun 2b0 = 40mm, chiều dài của vòi l0 = 800mm, các vòi cách nhau 400mm. Chiều cao các đường treo phải lấy để cho phần dày nhất của con thịt (theo phần đó cần phải tính thời gian kết đông nằm cách vòi phun khoảng 0,9m) trong vùng này cần phải tạo tốc độ lưu chuyển của không khí w để đáp ứng hệ số toả nhiệt cần thiết từ thịt đến không khí. Theo [10] hệ số toả nhiệt a có thể được tính theo phương trình Planck dùng cho thời gian kết đông. Trong đó: tđ: Nhiệt độ bắt đầu kết đông của nước dịch trong thịt tđ = -10C tk: Nhiệt độ không khí trong buồng kết đông tkk = -350C qt: Nhiệt lượng lấy ra khỏi 1kg thịt trong ướp đông từ nhiệt độ bắt đầu t1= -10C đến nhiệt độ cuối t2 = -200C. qt = i1 – i2 = 170 – 0 = 170 (KJ/Kg) gt: Trọng lượng riêng của thịt đã kết đông gt = 1050 kg/m3 R, p: Các hệ số phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của vật, trong trường hợp này thân thịt được xem như 1 tấm bản hình trụ có chiều dài vô tận với tỉ số giữa chiều rộng và chiều dày theo [10]. R = 0,0967, p=0,3571 t: Thời gian kết đông 5 h/mẻ (có tất cả 4 mẻ). lt: Hệ số dẫn nhiệt của thịt đã kết đông (lt = 1,48 W/m2K) Vậy W/m2K - Có thể xem thịt bán thân như là 1 tấm bản có không khí chảy dọc phương trình truyền nhiệt đối với tấm bản có không khí chảy cưỡng bức. NU = 0,032. Re0,8 Từ đó ta có: Tốc độ cần thiết wXtb cần phải được tạo nên ở khoảng cách 0,9m từ vòi phun. Tuy nhiên phần dày nhất của thân thịt lại nằm cách 0,6m từ nơi treo. Bởi vậy chiều dài của tấm bản l = 0,6m ở t = -350C theo bảng thông số vật lý của không khí khô ta có n = 10,40.106 m2/s, l = 2,16.10-2 W/mK Vậy: Vận tốc trung bình wtxtb của dòng phun phẳng tại khoảng cách X từ miệng thổi được xác định theo [10] ta có công thức a: Hệ số của dòng thổi, đối với miệng thổi phẳng a = 0,12 b0: Nửa chiều rộng của vòi phun b0 = 0,02m x: Khoảng cách đến điểm xác định X = l = 0,9m Vận tốc ban đầu w0 trong vòi phun cần để tạo nên vận tốc wXtb=4,45m/s, khoảng cách 0,9m từ miệng thổi có thể tìm theo biểu thức trên. - Tổng lưu lượng không khí lạnh thổi vào buồng qua vòi phun V0 = w0. ồf0. 3600 m3/h Trong đó ồf0 này là dãy tổng diện tích của tất cả các vòi phun. Có tất cả 6 dãy vòi phun trên 6 đường treo. Trên mỗi dãy vòi được xắp xếp theo chiều dài 7,6m và bước vòi là 400mm thì có thể lắp 6 vòi: Tổng số vòi 6. 6 = 36 chiếc. Diện tích vòi phun: f0 = l0. 2b0 = 0,8. 0,04 = 0,032 m2 Diện tích tất cả các vòi phun: ồf0 = 36. 0,032 = 1,15 m2 Vậy V0 = 14,8. 1,15. 3600 = 61272 m3/h = 17 m3/s Khối lượng không khí cấp ở nhiệt độ trung bình ttb = -350C Ta có: rtb=1,495 kg/m3. G0 = V0. rtb = 61272. 1,495 = 91601,6 kg/h = 25,4 kg/s - Diện tích dàn lạnh Hệ số truyền nhiệt của các dàn tạo cánh làm lạnh trực tiếp theo [1] K=11,6 W/m2K. Độ chênh lệch nhiệt độ Dt = 80C Vậy 557 m2 Hình 5.2: Kích thước cánh, bước cánh và bước ống Dàn lạnh có quạt làm từ chùm sấy ống F32 x 2,25mm, cánh xoắn tròn chiều dày d = 1mm và cao h = 30mm, đường kính ngoài D = 92mm, bước cánh b0 = 20mm bề mặt ngoài của ống tạo cánh f = 0,69m2/1m dài. Tổng chiều dài của các ống dàn lạnh. 807 m - Chiều dài mỗi xéc xi dàn lạnh cần chọn lớn hơn khoảng cách giữa các dãy vòi phun ngoài cùng. Vì 6 hàng vòi phun với khoảng cách giữa các dãy là 0,9m (cũng chính là kích thước giữa các trục của đường treo). Vậy khoảng cách giữa các trục của dãy ngoài cùng là 6. 0,9 = 5,4m. Đặt chiều dài của mỗi xéc xi là lc = 4,1m. Số ống trong dàn lạnh là: ống Thể tích dàn di: Đường kính trong của ống chế tạo dàn di = 27,5mm Số xéc xi (số ống theo chiều rộng của dàn) lấy sao cho tốc độ không khí giữa các ống nằm trong khoảng 4 – 5m/s, làm như vậy để đảm bảo hệ số truyền nhiệt của dàn theo giá trị đã chọn. Tỷ số giữa w1 trong thiết diện ống giữa các ống với vận tốc của dòng đi qua (tại tiết diện bị ống xoắn choán chỗ) theo [10] xác định như sau: ở đây: S1: Bước ống theo chiều rộng S1 = 105mm Vậy: Nếu chọn tốc độ không khí trong tiết diện ống của dàn lạnh là w1=4m/s thì tốc độ của dòng chảy qua là: Vậy tiết diện Fd do dàn lạnh choán chỗ có thể tích theo lưu lượng không khí đi qua dàn lạnh: Nếu bỏ qua diện tích của tiết diện các ống góp của dàn lạnh choán chỗ và cho rằng chiều dài của phần dàn lạnh choán chỗ bằng chiều dài của đường ống trong xéc xi thì chiều rộng của dàn: Trong khoảng này có thể xắp xếp được số xéc xi là; Chiều rộng thực tế bd = n1. S1 = (14 – 1). 0,105 = 1,365 m Như vậy Fd = 4,1. 1,365 = 5,6 m2. Vận tốc của dòng khí chảy qua dàn: Vận tốc của không khí ở trong dàn quạt Số ống trong 1 xéc xi: ống Nhân bước ống theo chiều cao S2 = 115 mm thì chiều cao của dàn quạt m - Trở kháng khí động của dàn lạnh Tiêu chuẩn Reynols: Nhiệt độ xác định là nhiệt độ vách coi nhiệt độ vách bằng nhiệt độ sôi của môi chất t0 = -400C. Không khí có độ nhớt là n = 10,04.10-6m2/s. Kích thước xác định là dn = 0,032, tốc độ w1 = 4,5m/s Khi 6.104 ³ Re ³ 1.104 thì trở kháng Dp của chùm ống tạo cánh song song là: Trong đó: EU = 0,094.n2. U: Khoảng cách giữa các cánh U = b - d = 20 – 1 = 19mm Vậy: g’: Trọng lượng riêng của không khí lấy theo nhiệt độ trung bình của dòng, với t = -350C ta có g’ = 1,495 kg/m3. Dpd = - Trở kháng khí động chống lại dòng không khí trong vòng tuần hoàn là tổng của một số trở kháng. Cột áp tĩnh học trước vòi phun Trong đó: j0: Hệ số tốc độ chảy qua vòi j0 = 0,7 Trở kháng ma sát kênh chảy phía trên trần giả, khí chuyển động đến vòi phun cuối cùng với tốc độ wn = 2,67m/s ở đây: lt: Hệ số ma sát theo chiều dài lt = 0,025 l: Chiều dài kênh l = 7,6m de: Đường kính tương đương của tiết diện kênh Fk, Uk: Diện tích và chu vi của tiết diện kênh - Trở kháng ở lối vào dàn (xv = 0,5) Tổn thấp áp suất ở khúc quẹo lối vào và ra của dàn (xc = 1,5) ị DPq = 2. 1,5. 0,6 = 1,8 mmH2O = 17,66 Pa Tổn thất áp suất trên lối ra khỏi quạt vào kênh trên trần giả phụ thuộc vào hệ số trở kháng cục bộ xtt mà hệ số này là hàm của tỷ số giữa tổng diện tích tiết diện ra của quạt ồFq với diện tích tiết diện của kênh Fk, để đảm bảo cấp không khí với lưu lượng V0 = 17 m3/s thì ta phải chọn 4 quạt OCM-7 có đường kính lối ra khỏi vỏ là 700mm Vậy: Với tỷ số diện tích trên thì chọn xtt = 0,4 Vận tốc ở tiết diện ra của quạt Vậy tổn thất áp suất lối ra khỏi quạt vào kênh Tổng tổn thất: DP = DPd + DPc + DPK + DPv + DPq + DPtt = 53 + 340 + 0,5 + 2,7 + 17,66 + 36,5 = 450,6 Pa Năng suất của mỗi quạt: Cột áp ứng với không khí có trọng lượng riêng 1,2 Kg/m3 là Theo đặc tính của quạt OMC-7 thì với năng suất 15300 m3/h có thể bảo đảm tốc độ 1420 vòng/phút khi đó quạt có cột áp 23mmH2O, hiệu suất của quạt h = 0,49 Theo [10] công suất động cơ quạt: Dòng nhiệt toả ra khi 4 quạt cùng làm việc. Q43 = 4. 3,9 = 15,6 KW 5.4. thiết kế buồng kết đông (được bố trí ở phần phụ lục) chương 6 tính chọn máy nén 6.1. tính toán chu trình lạnh và tính chọn máy nén cho buồng bảo quản lạnh 6.1.1. Chọn phương pháp làm lạnh và các thông số của chế độ làm việc. a. Chọn phương pháp làm lạnh Sử dụng môi chất lạnh NH3, chế độ làm lạnh trực tiếp. Dàn lạnh là loại dàn bay hơi trực tiếp có quạt. b. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0 Nhiệt độ sôi của môi chất được xác định như sau: t0 = tb - Dt0 tb: Nhiệt độ buồng lạnh 00C Dt: Hiệu nhiệt độ yêu cầu với dàn lạnh bay hơi trực tiếp lấy 100C vậy nhiệt độ sôi của môi chất là: t0 = 0 – 10 = -100C c. Nhiêt độ ngưng tụ tk Chọn bình ngưng tụ kiểu ống vỏ nằm ngang, thiết bị ngưng tụ được làm mát bằng nước tưới tuần hoàn. Tại Hà Nội t = 37,20C, j = 83% tra đồ thị I – d được tư = 320C nhiệt độ nước tuần hoàn tw = tư + Dtw Chọn hiệu nhiệt độ nước Dtw = 30C tw = 32 + 3,4 = 350C Chọn hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu Dtk = 50C tk = 35 + 5 = 400C 6.1.2. Tính toán chu trình Theo [3] bảng 2 – 4 với t0 = -100C ta có P0 = 0,28 Mpa và tk = 400C Ta có Pk = 1,6 Mpa Tỷ số nén: < 9. Vì tỷ số nén p < 9 nên ta chọn chu trình 1 cấp a. Tính toán chu trình máy nén lạnh một cấp Xây dựng chu trình trên đồ thị Qk NT BH Qo TL MN 3 2 4 1 3 2 1 4 lgP i 1' 1' Hình 6-1: Sơ đồ nguyên lý và chu trình máy lạnh amoniăc 1 cấp Bảng 6-1: Tập hợp các thông số trạng thái của các điểm nút chu trình Điểm 1' 1 2 3 4 I [KJ/kg] 1750 1760 1990 690 690 V [m3/Kg] 0,42 P. MPa 0,28 1,6 - Năng suất lạnh riêng q0 = 1750 - 690 = 1060 [KJ/kg] - Năng suất lạnh riêng thể tích: = 2523,8 (KJ/m3). - Lưu lượng môi chấtqua máy nén. - Năng suất thể tích hút thực tế: Vtt = mtt . V1 = 0,009. 0,42 = 0,0037 [Kg/s] - Hệ số cấp l: = 5,7 tra đồ thị hình 7-4 [1] đối với máy nén Amôni ắc ta có: lB = 0,7. - Năng suất thể tích lý thuyết: = 0,0054 (m3/s) = 19,44 (m3/h). - Công nén đoạn nhiệt: NS = mtt. l = 0,009 (i2 – i1) = 0,009 (1990 - 1760) = 2,07 (kW) - Hiệu suất chỉ thị: Với p = 5,7 tra đồ thị hình 4.1 [12] ta có hi = 0,82. - Công suất chỉ thị: =2,52 (kW). - Công suất hữu ích: = 2,72 (kW). Với p = 5,7 tra đồ thị (3-6) [3] ta được he =0,76. - Công suất tiếp điện: Nel = = 3,57 (kW). htđ - Hiệu suất truyền động: htđ = 0,95; hel: Hiệu suất động cơ hel = 0,8 á 0,95. Với năng suất thể tích hút lý thuyết Vlt = 19,44 (m3/h) ta chọn máy nén N2WA hãng MYCOM của nhật bản môi chất NH3. Thông số kỹ thuật của máy: - Thể tích quét: 71 (m3/h). - Số xi lanh: n = 2. - Đường kính xi lanh: 95 mm. - Khoảng chạy pít tông: 76 mm. - Tốc độ tối đa: 1100 vg/ph. - Năng suất lạnh Q0tc = 39,3 (kW), Ne = 10,9 (kW) ở nhiệt độ tK = 350C, t0 = -100C. * Tính kiểm tra máy nén đã chọn. Theo chu trình tiêu chuẩn tk = 350C, t0 = -100C tra đồ thị log-h của NH3 ở phần phụ thuộc ta có: PK = 1,4 MPa, P0 = 0,28 MPa. Tỉ số nén p== 5 tra đồ thị hình 7-4 [1] đối với máy nén NH3 ta có: lA = 0,75. Bảng 6-2: Các thông số điểm nút trên chu trình tiêu chuẩn. Điểm 1' 1 2 3 4 I (KJ/kg) 1750 1745 1960 670 670 V (m3/kg) 0,42 - Năng suất lạnh riêng (KJ/kg). - Năng suất lạnh riêng thể tích: = 2571,4 (KJ/kg). - Số lượng máy nén: Z = = 0,27 chọn 1 máy + 1 máy dự phòng. - Năng suất lạnh của máy nén: = 36,5 (kW). Khí máy nén chuyển sang làm việc ở nhiệt độ tK = 400C ta có: j = = 270%. Vậy năng suất lạnh của máy cung cấp dư 3,5 lần so với năng suất lạnh yêu cầu. - Nhiệt thải ra ở bình ngưng: QK = = 36,5 + 2,52 =39,02 (kW) - Công suất động cơ lắp đặt: Nđc = (1,1 á 2,1) Nel (kW). Nđc = 2,1 . 3,57 = 7,497 (kW). 6.2. Tính toán chu trình lạnh, tính chọn máy nén cho buồng bảo quản đông 6.2.1. Chọn phương pháp làm lạnh và các thông số của chế độ làm việc. a. Chọn phương pháp làm lạnh Sử dụng môi chất lạnh NH3, chế độ làm lạnh trực tiếp, dàn lạnh là loại bay hơi trực tiếp có quạt. b. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0 Nhiệt độ sôi của môi chất được xác định như sau: t0 = tb - Dt0 tb: Nhiệt độ buồng lạnh -200C Dt: Hiệu nhiệt độ yêu cầu với dàn lạnh bay hơi trực tiếp lấy 100C vậy nhiệt độ sôi của môi chất là: t0 = -20 – 10 = -300C c. Nhiệt độ quá nhiệt tqn: tqn = t0 + (5 á 150C) = -30 + 10 = -200C d. Nhiêt độ ngưng tụ tk Chọn bình ngưng tụ kiểu ống vỏ, thiết bị ngưng tụ được làm mát bằng nước tưới tuần hoàn. Tại Hà Nội t = 37,20C, j = 83% tra đồ thị I – d được tư = 320C. Nhiệt độ nước tuần hoàn tw = tư + Dtw Chọn hiệu nhiệt độ nước Dtw = 30C tw = 32 + 3 = 350C Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk =tw + Dtk Chọn hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu Dtk =50C tk =35 + 5 = 400C e. Nhiệt độ quá lạnh: tql = tW + (3 á 5)0C = 35 + 3 = 380C. 6.2.2. Tính toán chu trình Theo [3] bảng 2 – 4 với t0 = -300C ta có P0 = 0,12 Mpa và tk = 400C Ta có Pk = 1,6 Mpa Tỷ số nén: > 9 do đó ta chọn chu trình hai cấp làm mát trung gian hoàn toàn có ống xoắn sử dụng môi chất NH3. Xây dựng chu trình trên đồ thị Qo 10 TL1 5 BH 1 NCA Qk NT 4 NHA 1' TL2 9 8 7 6 3 2 1 4 6 3=8 9 i lgP 10 1' 5 2 1 t0, P0 tm, Pm tk, Pk 7 BTG Hình 6-2: Sơ đồ nguyên lý và chu trình máy lạnh NH3 hai cấp làm mát trung gian hoàn toàn có ống xoắn - áp suất trung gian. ị tm = 00C Bảng 6-2: Thông số trạng thái của các điểm nút chu trình Điểm 1’ 1 2 3=8 4 5 6 7 9 10 t0C -30 -20 70 0 90 40 40 2 2 -30 I [ (KJ/Kg) 1720 1745 1925 1760 1935 690 680 690 500 680 P(MPa) 0,12 0,43 1,6 V [m3/Kg] 1 0,3 a. Tính toán cấp hạ áp: (Bình trung gian ống xoắn). - Năng suất lạnh răng. q0 = i'1 - i10 = 1720 - 680 = 1040 [KJ/kg] - Năng suất nhiệt riêng thể tích. [KJ/m3]. - Lưu lượng hơi thực tế nén qua máy nén hạ áp: - Năng suất thể thích hút thực tế của máy nén hạ áp. VTTHA = m1. v1 = 0,1 . 1 = 0,1 m3/s = 360 [m3/h]. - Tỷ số nén hạ áp: p = = 3,58. Tra đồ thị hình 7-4 tài liệu [1] với máy nén NH3 ta có: l = 0,82. - Năng suất thể tích hút lý thuyết: VTTHA = = 0,12 (m3/s) = 432 (m3/h). - Công nén đoạn nhiệt hạ áp: NS = m1 . l1 = 0,1 . (i2 - i1) = 0,1 (1925 - 1745) = 18 [kW]. - Hiệu suất chỉ thị: Với p = 3,58 theo [12] ta có: hi = 0,87. - Công suất chỉ thị: = 20,6 [kW]. - Công suất hữu ích: Ne = . Với p = 3,58 tra đồ thị 3-6 [3] ta có: he = 0,8. Ta có: Ne = = 22,5 (kW) - Công suất tiếp điện: htđ - Hệ số kể tổn thất do truyền động: htđ = 0,95. hel - hiệu suất động cơ điện: hel = 0,8 á 0,95. Ta có: NelHA = =29,6 [kW]. Theo thể tích hút (Vlt = 432 m3/h) ta chọn máy nén N42A của hãng MYCOM Nhật bản: Từ đây ta có thông số kỹ thuật của máy là: - Thể tích quét: Vq = 258,6 m3/h. - Số lượng xi lanh: Xi lanh Hạ áp và 2 xi lanh cao áp. - Đường kính pít tông: 95 mm. - Khoảng chạy pít tông: 76 mm. - Tốc độ: 1000 vg/ph. - Năng suất lạnh: Q0tc = 42,7 x 1000 Kcal/h = = 49 (kW). - Công suất hiệu dụng: Ne = 24,7 (kW). ở nhiệt độ tK = 400C, t0 = -300C. Số lượng máy nén cần thiết là: Z = = 1,67 chọn 2 máy Công suất động cơ của mỗi máy là: Nelđc = = 15,8 [kW]. Do ở đây chế độ nhiệt độ đầu bài tính được tương ứng với chế độ lạnh tiêu chuẩn nên không cần qui đổi năng suất lạnh. b. Tính toán cấp cao áp (Bình trung gian ống xoắn). - Lưu lượng hơi thực tế qua máy nén cấp cao áp. Cân bằng entanpi ở bình trung gian ta có: - Năng suất thể tích hút thực tế: VTTCA = m3 . v3 = 0,116 . 0,3 = 0,034 (m3/s). - Tỷ số nén cao áp: p = = 3,7. Tra đồ thị hình 7-4 tài liệu (10) với máy nén Amôniăc ta có: l = 0,81. 4. Năng suất thể tích hút lý thuyết cao áp: VltCA = = 0,0419 (m3/s) = 151,1 (m3/h). - Công nén đoạn nhiệt cao áp: NS = m3 . l2 = 0,116 (i4 - i3) = 0,11 (1935 - 1760) = 20,3 (kW]. 6. Công suất chỉ thị: với p = 3,7 theo [12] ta có: hi = 0,86. =23,6 [kW]. - Công suất hữu ích: Ne = Với p = 3,7 tra đồ thị 3-6 [3] ta có: he = 0,82. ị = 24,75 (kW). - Công suất tiếp điện: NelCA = = 32,5 (kW). htđ - Hiệu suất truyền động htđ = 0,95. hel- Hiệu suất động cơ điện hel = 0,8 á 0,95. Theo thể tích hút lý thuyết (Vlt = 151,1 m3/h) ta chọn máy nén N42A của hãng MYCOM Nhật Bản. Từ đây ta có thông số kỹ thuật của máy là: - Thể tích qu‏‎ét: Vq = 193,9 m3/h. - Số lượng xi lanh: 4 xi lanh hạ áp và 2 xi lanh cao áp: - Đường kính Pít tông: 95 mm. - Khoảng chạy pít tông: 76 mm. - Tốc độ: 1000 vòng/ph. Năng suất lạnh Q0tc = 32,3 x 1000 Kcal/h = = 37,55 (kW). Công suất hiệu dụng: Ne = 18,7 (kW). ở nhiệt độ tK = 400C, t0 = -300C. Do ở đây chế độ nhiệt độ đầu bài tính được tương ứng với chế độ lạnh tiêu chuẩn nên không cần phải qui đổi. - Số lượng máy nén cần thiết: Z = Chọn 1 máy + 1 máy dự phòng. - Công suất tổng cao áp và hạ áp: 32,5 + 29,6 = 62 (kW). - Nhiệt thải ra ở bình ngưng: QK = = 37,55 + 23,6 = 61,15kW. 6.3. Tính toán chu trình lanh, tính toán máy nén cho buồng kết đông. 6.3.1. chọn phương pháp làm lạnh và các thông số của chế độ làm việc. a. Chọn phương pháp làm lạnh Sử dụng loại máy lạnh NH3 trực tiếp, Bình ngưng làm mát bằng nước tưới và không khí quạt cưỡng bức, dàn lạnh là loại dàn bay hơi trực tiếp kiểu quạt cưỡng bức. b. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0 Nhiệt độ sôi của môi chất được xác định như sau: t0 = tb - Dt0 tb: Nhiệt độ buồng lạnh -350C Dt: Hiệu nhiệt độ yêu cầu với dàn lạnh bay hơi trực tiếp lấy 50C vậy nhiệt độ sôi của môi chất là: t0 = -35 – 5 = -400C c. Nhiệt độ quá nhiệt: tqn = t0 + (5 á 15)0C = -40 + 5 = -300C. d. Nhiêt độ ngưng tụ tk Chọn dàn lạnh ngưng tụ của máy nén buồng kết đông cùng với thiết bị ngưng tụ của máy nén kho bảo quản là dàn ngưng tụ tưới nước bay hơi nên theo tính toán ở phần trên ta có nhiệt độ ngưng tụ là: tK = 400C. e. Nhi