LỜI NÓI ĐẦU Trong năm qua, ngành kỹ thuật lạnh nước ta ứng dụng mạnh mẽ ngành như: Sinh học, hố chất, cơng nghiệp dệt, thuốc lá, bia, rượu, điện tử, tin học, y tế,… đặc biệt ngành chế biến bảo quản thủy sản Q trình chuyển đổi cơng nghệ chế biến để đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế thay đổi môi chất lạnh tạo nên cách mạng thật cho ngành kỹ thuật nước ta Với nguồn nguyên liệu thủy sản dồi đa dạng Sản lượng thủy sản đánh bắt nuôi trồng hàng năm lớn Vì để đảm bảo thu lợi nhuận cao từ việc xuất thủy sản việc đảm bảo chất lượng sản phẩm vấn đề quan trọng Cùng với quy trình cơng nghệ máy móc thiết bị chế biến vấn đề bảo quản sau chế biến khâu thiếu để hạn chế biến đổi làm giảm chất lượng sản phẩm Cho nên việc xây dựng kho bảo quản sản phẩm thủy sản đông lạnh vấn đề cấp thiết Được phân công PGS TS Trần Như Khuyên, thực đề tài: “Tính tốn thiết kế hệ thống lạnh cho kho bảo quản sản phẩm thủy sản đông lạnh sức chứa 250 với thời gian lưu kho tháng với nhiệt độ bảo quản -200C” Mặc dù cố gắng thời gian kinh nghiệm cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong dẫn thầy đóng góp ý kiến bạn Hà Nội,ngày10 tháng 04 năm 2010 Sinh viên thực Võ Thị Hoa Phượng 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LÀM ĐÔNG VÀ BẢO QUẢN SẢN PHẨM ĐÔNG LẠNH 1.1.1 Tác dụng việc bảo quản lạnh Bảo quản thực phẩm trình bảo vệ hạn chế biến đổi chất lượng hình thức thực phẩm chờ đợi đưa sử dụng Thực phẩm sau thu hoạch chế biến bảo quản nhiệt độ thấp với chế độ thông gió độ ẩm thích hợp kho lạnh, hạ nhiệt độ thấp enzyme vi sinh vật nhiên liệu bị ức chế hoạt động bị đình hoạt động Như nguyên liệu giữ tươi lâu thêm thời gian Khi nhiệt độ nhỏ 10oC vi sinh vật gây thối rữa vi khuẩn gây bệnh bị kiềm chế phần hoạt động chúng Khi nhiệt độ nhỏ oC tỷ lệ phát triển chúng thấp, -5 oC ÷ -10oC hầu hết chúng khơng hoạt động Tuy nhiên có số lồi vi khuẩn nấm mốc hạ nhiệt độ xuống -15oC chúng phát triển Cloromobacter, Pseudomonas… Do đó, muốn bảo quản thực phẩm, mặt hàng thuỷ sản thời gian dài nhiệt độ bảo quản phải -15oC Vậy nhiệt độ thấp,thì nước động vật thuỷ sản bị đóng băng làm thể động vật bị nước, vi khuẩn thiếu nước nên giảm phát triển có cịn bị tiêu diệt Nói chung nhiệt độ hạ xuống thấp có tác dụng kiềm chế vi khuẩn giết chết chúng 1.1.2 Một số biến đổi thực phẩm q trình bảo quản đơng a Biến đổi vật lý Sự kết tinh lại nước đá: Đối với sản phẩm đơng lạnh q trình bảo quản khơng trì nhiệt độ bảo quản ổn định dẫn đến kết tinh lại nước đá Đó tượng gây nên ảnh hưởng xấu cho sản phẩm bảo quản Do nồng độ chất tan tinh thể nước đá khác khác nhau, nên nhiệt độ kết tinh nhiệt độ nóng chảy khác Khi nhiệt độ tăng tinh thể nước đá có kích thước nhỏ, có nhiệt độ nóng chảy thấp bị tan trước tinh thể có kích thước lớn, nhiệt độ nóng chảy cao Khi nhiệt độ hạ xuống trở lại trình kết tinh lại xảy ra, chúng lại kết tinh thể nước đá lớn làm cho kích thước tinh thể nước đá lớn ngày to lên Sự tăng kích thước tinh thể nước đá ảnh hưởng xấu đến thực phẩm cụ thể cấu trúc tế bào bị phá vỡ, sử dụng sản phẩm mềm hơn, hao phí chất dinh dưỡng tăng nước tự tăng làm mùi vị sản phẩm giảm Để tránh tượng kết tinh lại nước đá, trình bảo quản nhiệt độ bảo quản phải giữ ổn định, mức dao động nhiệt độ cho phép ± 20C Sự thăng hoa nước đá: Trong trình bảo quản sản phẩm đơng lạnh tượng nước khơng khí ngưng tụ thành tuyết dàn lạnh làm cho lượng ẩm khơng khí giảm Điều dẫn đến chênh lệch áp suất bay nước đá bề mặt sản phẩm với môi trường xung quanh Kết nước đá bị thăng hoa, nước vào bề mặt sản phẩm với mơi trường khơng khí Nước đá bề mặt bị thăng hoa, sau lớp bên thực phẩm bị thăng hoa Sự thăng hoa nước đá thực phẩm làm cho thực phẩm có cấu trúc xốp, rỗng Oxy khơng khí dễ thâm nhập vào oxy hoá sản phẩm Sự oxy hoá xảy làm cho sản phẩm hao hụt trọng lượng, chất tan, mùi vị bị xấu đi, đặc biệt trình oxy hoá lipit Để tránh tượng thăng hoa nước đá sản phẩm sản phẩm đơng lạnh đem bảo quản cần bao gói kín đuổi hết khơng khí ngồi Nếu có khơng khí bên xảy tượng hoá tuyết bề mặt bao gói q trình thăng hoa xảy b Biến đổi hố học Trong q trình bảo quản đơng lạnh biến đổi sinh hố, hố học diễn chậm Các thành phần dễ bị biến đổi protêin hoà tan, lipit, vitamin, chất màu, … Sự biến đổi protêin: Trong loại protêin protêin hoà tan nước dễ bị phân giải nhất, phân giải chủ yếu dạng tác dụng enzyme có sẵn thực phẩm Sự khuếch tán nước kết tinh lại thăng hoa nước đá gây nên biến tính protêin hồ tan Biến đổi protêin làm giảm chất lượng sản phẩm sử dụng Sự biến đổi chất béo: Dưới tác động enzyme nội tạng làm cho chất béo bị phân giải cộng với trình thăng hoa nước đá làm cho oxy xâm nhập vào thực phẩm Đó trình thuận lợi cho q trình oxy hố chất béo xảy Q trình oxy hố chất béo sinh chất có mùi vị xấu làm giảm giá trị sử dụng sản phẩm Nhiều trường hợp nguyên nhân làm hết thời hạn bảo quản sản phẩm Các chất màu bị oxy hoá làm thay đổi màu sắc thực phẩm Sự biến đổi vi sinh vật: Đối với sản phẩm đông lạnh có nhiệt độ thấp -15 oC bảo quản ổn định số lượng vi sinh vật giảm theo thời gian bảo quản Ngược lại sản phẩm làm đông không đều, vệ sinh không tiêu chuẩn, nhiệt độ bảo quản không ổn định làm cho sản phẩm bị lây nhiễm vi sinh vật, chúng hoạt động gây thối rữa sản phẩm giảm chất lượng sản phẩm 1.2 TỔNG QUAN VỀ KHO LẠNH BẢO QUẢN Kho lạnh bảo quản kho sử dụng để bảo quản loại thực phẩm, nông sản, rau quả, sản phẩm cơng nghiệp hố chất, cơng nghiệp thực phẩm, cơng nghiệp nhẹ,… Có nhiều kiểu kho lạnh bảo quản như: - Kho bảo quản lạnh: Nhiệt độ bảo quản nằm khoảng -2oC đến 5oC Đối với số rau nhiệt đới cần bảo quản nhiệt độ cao (đối với chuối > 10oC, chanh >4oC) - Kho bảo quản đông: Kho sử dụng để bảo quản mặt hàng qua cấp đơng Đó hàng thực phẩm có nguồn gốc động vật Nhiệt độ bảo quản tuỳ thuộc vào thời gian, loại thực phẩm bảo quản Tuy nhiên nhiệt độ bảo quản tối thiểu phải đạt -18oC để vi sinh vật phát triển làm hư hại thực phẩm trình bảo quản - Kho đa năng: Nhiệt độ bảo quản -12oC, buồng bảo quản đa thường thiết kế -12oC cần bảo quản lạnh đưa lên nhiệt độ bảo quản 0oC cần bảo quản đơng đưa xuống nhiệt độ bảo quản -18oC tuỳ theo yêu cầu công nghệ - Kho gia lạnh: Được dùng để làm lạnh sản phẩm từ nhiệt độ môi trường xuống nhiệt độ bảo quản lạnh để gia lạnh sơ cho sản phẩm lạnh đông phương pháp kết đông pha Tuỳ theo yêu cầu quy trình cơng nghệ gia lạnh, nhiệt độ buồng hạ xuống -5oC nâng lên vài độ nhiệt độ đóng băng sản phẩm gia lạnh Buồng gia lạnh thường trang bị dàn quạt để tăng tốc độ gia lạnh cho sản phẩm - Kho bảo quản nước đá: Nhiệt độ tối thiểu -4oC 1.3 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Tơm mặt hàng xuất chủ lực ngành thủy sản thường chiếm 45% tổng giá trị kim ngạch xuất thủy sản, q trình bảo quản khơng bảo đảm, dễ xảy tượng hư hỏng tôm bị ươn, bị biến đen, thịt bở khô, màu đỏ luộc Sự giảm chất lượng tôm thấy biến màu theo hoạt động enzym có nội tạng thịt tôm Vi sinh vật phát triển bề mặt tơm, sau xâm nhập vào bên thịt tôm, phân hủy mô làm biến màu sản phẩm thực phẩm Nhìn chung nhiệt độ bảo quản tơm có ảnh hưởng lớn đến tốc độ phân giải ươn hỏng vi sinh vật Nhiệt độ bảo quản giảm, tốc độ phân hủy giảm nhiệt độ đủ thấp hư hỏng bị ngừng lại Để làm lạnh tôm, vấn đề cần thiết nhiệt độ môi trường xung quanh phải lạnh nhiệt độ tơm Mơi trường làm lạnh thể rắn, lỏng khí Hiện phương pháp phổ biến bảo quản tôm tươi kho lạnh Xuất phát từ yêu cầu mà định chọn đề tài: Tính tốn thiết kế hệ thống lạnh cho kho bảo quản sản phẩm thủy sản đông lạnh sức chứa 250 với thời gian lưu kho tháng với nhiệt độ bảo quản -200C CHƯƠNG 2: KẾT CẤU, LẮP ĐẶT VÀ TÍNH TỐN DUNG TÍCH KHO LẠNH 2.1 Kết cấu kho lạnh Hầu hết kho lạnh bảo quản kho cấp đông sử dụng panel polyurethane chế tạo theo kích thước tiêu chuẩn Đặc điểm cách nhiệt nhà sản xuất Việt Nam sau: a Hình dạng: - Panel PU cách nhiệt với lõi cách nhiệt PolyUrethan, có độ dày từ 50 ÷ 150 mm hai mặt ngồi bao bọc tole colorbond tơn dày 0,5 mm ÷ 0,8 mm Mỗi Panel PU có : chiều rộng từ 600 mm ÷ 1160 mm, chiều dài từ 1200 mm ÷ 12000 mm liên kết với khoá CamLock Lớp cách nhiệt Lớp tơn b Cấu tạo: gồm có lớp chính: hai bên lớp tơn lá, lớp polurethan cách nhiệt.Hai chiều cạnh có dạng âm dương để thuận lợi choviệc lắp ghép Mộng âm dương Khóa camlock So với panel trần tường, panel chịu phải chịu tải trọng lớn hang nên sử dụng loại có mật độ cao, khả chịu nén tốt Các panel liên kết với móc khóa gọi camlocking gắn sẵn panel, lắp ghép nhanh, khít chắn Panel trần gối lên panel tường đối diện gắn khóa camlocking Khi kích thước cho kho lớn cần có khung treo đỡ panel, khơng panel bị võng gãy gập Sau lắp xong, cần phun silicon sealant để làm kín khe hở lắp ghép Do có biến động nhiệt độ nên áp suất kho thay đổi, để cân áp bên bên kho, người ta gắn lên tường van thơng áp Nếu khơng có van thơng áp áp suất kho thay đổi khó khăn mở cửa ngược lại áp suất lớn cửa bị tự động mở Cửa kho lạnh có trang bị chốt tự mở chống nhốt người, còi báo động, điện trở sấy chống đóng băng Do khả chịu tải trọng panel không lớn, nên dàn lạnh treo giá đỡ treo giằng lên xà nhà nhờ hệ thống tăng đỡ, dây cáp c Thông số kỹ thuật : Tỉ trọng tiêu chuẩn: 40 ÷ 45 Kg/m3 Hệ số truyền nhiệt ổn định: 0,023 ÷ 0,03 W/m0K Lực kéo nén: Pn = 1,7 ÷ 2,2 Kg / cm2, Lực chịu uốn: Pu = 40 ÷ 70 K Khả chịu nhiệt: -600C – 800C (1200C) d Kết cấu: - Panel PU liên kết Khoá CamLock chắn -Panel PU có khả dễ kết hợp với loại vật liệu khác, để tạo hình khối tương xứng tương phản dùng để trang trí mặt dựng e Ưu điểm : - Do đặc tính định hình cao nên việc sử dụng lắp đặt nhà xưởng công nghiệp panel, tiết kiệm chi phí xây dựng móng rút ngắn thời gian thi cơng, đưa cơng trình vào sử dụng sớm đồng thời quay nhanh vốn đầu tư - Panel PU có khả tạo nên kết cấu nhẹ, vượt nhịp lớn nên việc thiết kế bố trí khơng gian bên không cần nhiều cột chống đỡ - Lắp đặt khơng u cầu vị trí rộng tay nghề cao, khơng làm ảnh hưởng đến trạng có - Vật liệu phụ kiện sẵn có - Khơng sử dụng thiết bị cẩu lắp đặt - Có khả thay đổi vị trí loại cửa, sau lắp đặt - Có khả đáp ứng việc phát sinh mở rộng cơng trình theo hai hướng: mặt cơi tầng - Panel PU có khả tạo sóng, rãnh làm phẳng theo u cầu cơng trình - Cách nhiệt cách ẩm tốt - Không chứa chất gây ung thư, an tịan sử dụng chứa thực phẩm - Khơng chứa tác nhân gây hiệu ứng nhà kính ( CFC ) f.Ứng dụng Nhờ ưu điểm nên Panel Pu ứng dụng rộng rãi trong: + Xây dựng Nhà sạch, Siêu thị, Kho lạnh, Hầm cấp đông + Nhà lắp ghép, nhà tiền chế, trường học, bệnh viện, nhà cơi tầng + Cầu nông thôn, Trạm thu phí … v.v + Thi cơng lắp đặt dễ dàng, nhanh chóng + Dễ dàng di vận chuyển, lắp đặt 2.2 Tính tốn dung tích kho lạnh 2.2.1 Thể tích kho lạnh Thể tích kho lạnh xác định theo cơng thức: V= E ,m3 gv Trong đó: E – dung tích kho lạnh, Ở kho bảo quản tơm có cơng suất 250 tấn, khối lượng bao bì chiếm từ (10 – 30%) khối lượng tơm, ta chọn thùng carton để đóng hộp tơm bảo quản chiếm 10% khối lượng tơm dung tích kho lạnh tính ln bao bì là: E = E + 10%E = 250+ 250.10% = 275 gv – định mức chất tải, tấn/m3 Kho thiết kế với mặt hàng Tôm, Tôm đông lạnh hộp (túi nilon, thùng cacton) g v = 0,4 tấn/m3 [Kỷ thuật lạnh, 279] Với E = 275 ta có: V = 275 = 687,5 (m3) 0.4 2.2.2 Diện tích chất tải kho lạnh F, m2 Được xác định qua thể tích buồng lạnh chiều cao chất tải: F= V , m2 h Trong đó: F – Diện tích chất tải diện tích hàng chiếm trực tiếp, m2 h – Chiều cao chất tải, m Chiều cao chất tải chiều cao lô hàng chất kho, chiều cao phụ thuộc vào bao bì đựng hàng, phương tiện bốc dỡ Chiều cao h tính chiều cao buồng lạnh trừ phần lắp đặt dàn lạnh treo trần khoảng không gian cần thiết để chất hàng dỡ hàng Chiều cao chất tải phụ thuộc vào chiều cao thực tế h1 kho Chiều cao h1 xác định bằng: h1 = H - δ (m) + Chọn chiều cao phủ bì: H = 3,6m chiều dài chọn theo tiêu chuẩn + Chiều dày panel δ nằm khoảng 50 ÷ 200mm Chọn δ = 125 mm Suy ra: h1 = 3,6 – 2.0,125 = 3,35 m CHƯƠNG III: TÍNH NHIỆT TẢI, CHỌN MÁY NÉN VÀ CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG LẠNH 3.1 TÍNH TỐN NHIỆT TẢI Việc tính tốn nhiệt tải kho lạnh tính tốn dịng nhiệt từ mơi trường xâp nhập vào kho lạnh Đây dịng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ cơng suất để thải trở lại mơi trường nóng, đảm bảo chênh lệch nhiệt độ ổn định buồng lạnh khơng khí bên ngồi Nhiệt tải Q kho lạnh tính theo công thức sau: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5, W Trong đó: Q1 – dịng nhiệt qua kết cấu bao che kho lạnh Q2 – dịng nhiệt sản phẩm bao bì tỏa trình xử lý lạnh Q3 – dòng nhiệt từ nguồn khác vận hành kho lạnh Q4 – dịng nhiệt từ khơng khí bên ngồi thơng gió buồng lạnh, Q4= kho bảo quản sản phẩm thủy sản không thông gió buồng lạnh Q5 – dịng nhiệt từ sản phẩm tỏa sản phẩm hơ hấp, có kho lạnh bảo quản rau quả, Q5 = 3.1.1 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q1 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che tổng dòng nhiệt tổn thất qua tường bao, trần chênh lệch nhiệt độ mơi trường bên ngồi bên kho lạnh cộng với dòng nhiệt tổn thất xạ mặt trời qua tường bao trần Dịng nhiệt Q1 xác định theo cơng thức: Q1 = Q11 + Q12, W Trong đó: Q11 – dòng nhiệt qua tường bao, trần chênh lệch nhiệt độ Q12 – dòng nhiệt qua tường bao trần ảnh hưởng xạ mặt trời Kho lạnh thiết kế vách trần kho có tường bao mái che nên bỏ qua dòng nhiệt qua tường trần ảnh hưởng xạ mặt trời, Q12 = Dòng nhiệt qua tường bao, trần chênh lệch nhiệt độ xác định theo biểu thức: Q11 = Kt.F(t1 – t2), W Trong đó: Kt - hệ số truyền nhiệt thực kết cấu bao che xác định theo chiều dài cách nhiệt thực kt = 0,197W/m2K F - diện tích bề mặt kết cấu bao che t1 – nhiệt độ mơi trường bên ngồi kho, 0C t1 = 29,20C t2 – nhiệt độ khơng khí kho, 0C t2 = -200C • Xác định diện tích bề mặt bao che - Tính diện tích tường: Ft = chiều rộng x chiều cao Kho lạnh gồm có dãy phịng kích thước phịng 72m Tường bao có mặt tiếp xúc với khơng khí mơi trường, mặt lại tiếp xúc với phòng đệm  Diện tích tường bao tiếp xúc với dãy phịng đệm là: Tường cao: H = 3,6 m; rộng: 6m phịng Diện tích buồng là: F1 = 6.5.3,6 = 108 m2  Diện tích tiếp xúc với khơng khí có nhiệt độ mơi trường là: Cao: H = 3,6 m; dài: 12m; rộng: 6.5 = 30m Vậy diện tích dãy là:F2 = (30 + 12.2).3,6 = 194,4 m2 Qtb11= K1.F1.(tbđ – t2) + K2.F2.(t1 – t2) K1, K2 hệ số truyền nhiệt loại panel K1 = 0,3, K2 = 0,197 Qtb11 = 0,3.108.(5+20) + 0,197.194,4.(29,2+20) = 2694,20256 (w) - Trần nền: Qtr11 = Qn11 = Ktr.Ftr.(t1-t2) Với Ftr = 12.30 = 360 m2 Ktr =0,22(w/m2K) ⇒ Qtr11 = 0,22.360.(29,2+20) = 3896,64 w Vậy Q11 = Qtb11 + Qn11 +Qtr11 = 2694,20256 +2.3896,64 = 10487,48256 w 3.1.2 Dịng nhiệt bao bì sản phẩm tỏa Q2 = Q21 + Q22 - Q21: Dòng nhiệt tổn thất sản phẩm toả - Q22: Dịng nhiệt tổn thất bao bì toả • Dịng nhiệt sản phẩm tỏa ra: Q21 = M.(i1-i2) 1000 24.3600 Với i1, i2 – entanpy sản phẩm trước sau đưa vào bảo quản lạnh (kJ/kg) M: khối lượng sản phẩm bảo quản đưa vào kho ngày đêm Khi tính phụ tải nhiệt cho máy nén: Đối với kho lạnh ta chọn: M = Mđ = (0,1 – 0,15)E ta chọn M = 0,15.E = 0,15 250 =37,5 (tấn/ngày đêm) Chọn nhiệt độ trước vào bảo quản đông -12 0C nhiệt độ mà sau kết đông sản phẩm đạt Nhiệt độ sau bảo quản là: -200C Ta có i1= 24,8 kJ/kg, i2 = [internet] Vậy Q21 = 10,764 W • Dịng nhiệt bao bì tỏa ra: Q22 = M b Cb (t1 − t ) 1000 ,W 24.3600 - Mb: Khối lượng bao bì đựng sản phẩm - Cb: Nhiệt dung riêng bao bì, bao bì đựng sản phẩm bìa cactơng có Cb = 1,46 kJ/kg.K - t1, t2: nhiệt độ bao bì trước vào sau làm lạnh Lấy nhiệt điều hòa t1 = 250C Khối lượng bao bì cáctơng coi chiếm 10% khối lượng sản phẩm ⇒ Vậy Q22 = 10%.250.1,46.(25+20) 1000 = 19,01042 W 24.3600 Vậy Q2 = Q21 + Q22 = 10,764 + 19,01042 = 29,7744 W 3.1.3.Nhiệt tổn thất từ dòng nhiệt khác vận hành kho Các dòng nhiệt vận hành bao gồm dòng nhiệt đèn chiếu sáng Q 31, người làm việc buồng Q32, động điện Q 33, mở cửa Q34 Các dịng nhiệt vận hành tính riêng tổng chúng tính vào phụ tải máy nén thiết bị Q3 = Q31 + Q32 + Q33 + Q34 • Dịng nhiệt chiếu sáng buồng Q31 = A.F, W - F: Diện tích buồng - A: Nhiệt lượng tỏa chiếu sáng 1m2 diện tích buồng hay diện tích nền, buồng bảo quản A = 1,2W/m2 Tổng lượng nhiệt tổn thất chiếu sáng cho dãy buồng lạnh là: Q31 = 72.5.1,2 =432 W • Dịng nhiệt người tỏa Q32 = 350.n, W - n: Số người làm việc buồng, chọn n = - 350: Nhiệt lượng người tỏa làm công việc nặng nhọc Q32 = 350.2 = 700 W • Dịng nhiệt động nhiệt Dòng nhiệt động điện làm việc buồng lạnh xác định theo biểu thức: Q33 = N.η , kW N: Công suất động điện, kW N= (1kW - kW) Chọn N = 2kW cho buồng lạnh với diện tích 72m2 Vậy Q33 = 5.0,75.2 = 0,75.10 kW = 7500W • Dịng nhiệt tổn thất mở cửa Q34 = B.F,W - B: Dòng nhiệt riêng mở cửa - F: Diện tích buồng Dịng nhiệt riêng mở cửa phụ thuộc vào diện tích buồng chiều cao 3,6m, theo bảng – [2] theo phương pháp nội suy ta B = 7,2 (kho bảo quản đông) Q34 = 7,2 72 = 518,4 W • Dịng nhiệt tổn thất xả băng: Thơng thường nhiệt độ khơng khí sau xả băng tăng (4 ÷ 7) 0C Dung tích lớn độ tăng nhiệt độ nhỏ ngược lại Dòng nhiệt xả băng dàn lạnh Q35 xác định theo biểu thức: Q35 = n ρ kk V C pkk ∆t 24.3600 = 1,293.687,5.1004.5 = 51,65 W 24.3600 Trong đó: n - số lần xả băng ngày đêm, chọn n = ρ KK - khối lượng riêng khơng khí, ρ KK =1,293kg/m3 V - thể tích kho lạnh,m3 CPkk - nhiệt dung riêng khơng khí, CPkk =1004 J/kgK ∆t - độ tăng nhiệt độ khơng khí kho lạnh sau xả băng dàn lạnh (lấy theo kinh nghiệm), lấy ∆t =50C Vậy: Q3 = Q31 + Q32 + Q33 + Q34 + Q35= 432 + 700 + 7500 + 518,4 +51,65 = 9202,05 W = 9,0205 kW Do tổn thất kho lạnh không đồng thời xảy ra, nên công suất nhiệt yêu cầu thực tế nhỏ tổng tổn thất nhiệt Để tránh lựa chọn có cơng suất lớn, gây tốn kém, lãng phí đầu tư, tải nhiệt máy nén lấy phần nhiệt tổn thất QMN = 85%Q1 + Q2 + 75%Q3 =0,85 10487,48256 + 29,7744 +0,75.9202,05 = 15845,2619 W = 15,8453 kW Trong ngày đêm máy nén làm việc 24 thường làm 22/24h suất lạnh máy nén tính sau: Q0 = k ∑ QMN b b: Hệ số làm việc, b = 0,9 k: Hệ số lạnh tính tới tổn thất đường ống, k = 1,06.[2] Kho lạnh: Q0 = 1,06.15,8453 = 18,6622 kW 0,9 3.2 CHỌN HỆ THỐNG LẠNH 3.2.1 Chọn phương pháp làm lạnh Trong thực tế có nhiều phương pháp làm lạnh cho kho Nhưng có hai phương pháp thông dụng là: làm lạnh trực tiếp (Là phương pháp làm lạnh kho dàn bay đặt kho lạnh) làm lạnh gián tiếp (Là phương pháp làm lạnh giàn chất tải lạnh nước muối, glycol,… thiết bị bay đặt kho lạnh).Và môi chất lạnh lỏng sôi thu nhiệt môi trường cần làm lạnh Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm khác phù hợp với yêu cầu thiết bị, công nghệ trường hợp cụ thể Đối với trường hợp ta chọn phương pháp làm lạnh trực tiếp Nó phù hợp với điều kiện kho lạnh như: hệ thống không cồng kềnh, dễ điều chỉnh nhiệt độ, tổn hao lạnh khởi động nhỏ, chi phí đầu tư ban đầu khơng lớn 3.2.2 Chọn môi chất lạnh Ở máy lạnh nén hơi, thu nhiệt mơi trường có nhiệt độ thấp nhờ q trình bay nhiệt độ thấp áp suất thấp, thải nhiệt cho mơi trường có nhiệt độ cao nhờ trình ngưng tụ áp suất cao nhiệt độ cao, tăng áp trình nén giảm áp Môi chất lạnh sử dụng hệ thống lạnh cần đáp ứng yêu cầu tính kinh tế,tính chất sinh lý, tính chất lý học, tính kinh tế Hiện nay, hệ thống lạnh cho kho bảo quản thường sử dụng môi chất freon 22 môi chất NH3 Do yêu cầu mặt môi trường: phá hủy tầng ozôn, gây hiệu ứng nhà kính Mơi chất freon 22 mơi chất q độ dần thay môi chất khác Vì tơi định chọn mơi chất ammoniac cho hệ thống lạnh thiết kế Nhờ có tính chất nhiệt động nên ammoniac độc hại sử dụng rộng rãi 3.2.3 Các thông số chế độ làm việc Nhiệt độ sôi môi chất t0 Nhiệt độ sôi môi chất phụ thuộc vào nhiệt độ kho lạnh bảo quản nhiệt độ sơi mơi chất lạnh dùng để tính tốn thiết kế lấy sau: t0 = tb - ∆t0 = - 20 – = -28oC Trong đó: tb – nhiệt độ kho bảo quản,0C ∆t0 – hiệu nhiệt độ nhiệt độ sôi môi chất lạnh nhiệt độ khơng khí kho Đối với dàn lạnh bay trực tiếp ∆t = ÷ 10oC Chọn ∆t0 = 8oC Nhiệt độ ngưng tụ tk Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường làm mát thiết bị ngưng tụ Do chọn thiết bị ngưng tụ làm mát nước nên: tk= t w + ∆tk = 34,2 + = 39,20C Trong đó: t w – nhiệt độ nước khỏi bình ngưng,0C ∆tk – hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, thường lấy từ ÷ oC Tơi chọn ∆tk=5oC Nhiệt độ nước khỏi bình ngưng xác định theo công thức: tw2= tw1 + ∆tw =29,2 + = 34,20C Trong đó: tw1– nhiệt độ nước vào bình ngưng,0C Nhiệt độ hút Là nhiệt độ mơi chất trước vào máy nén, lớn nhiệt độ sôi môi chất Để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng, người ta bố trí bình tách lỏng phải đảm bảo hút vào máy nén thiết nhiệt Với môi chất amoniac nhiệt độ hút cao nhiệt độ sơi từ ÷ 15 0C Nghĩa độ nhiệt hút ∆th = ÷ 150K đảm bảo an tồn cho máy làm việc Chọn ∆t h = 80C Ta có: th = -28 + = - 200C Sự nhiệt hút máy lạnh Amoniac đạt cách sau: - Quá nhiệt hút dàn lạnh sử dụng loại van tiết lưu nhiệt - Quá nhiệt tổn thất lạnh đường ống từ thiết bị bay máy nén Nhiệt độ lạnh Nhiệt độ lạnh thấp suất lạnh lớn Vì vậy, người ta cố gắng hạ thấp nhiệt độ lạnh xuống thấp tốt, thường ta chọn sau: tql1 = t5 = tw1 + (3 ÷ 50C)= 29,2 + = 34,20C Nước đưa vào dàn ngưng, việc lạnh thực thiết bị ngưng tụ cách để mức lỏng ngập số ống dàn ống bình ngưng ống chùm Nước cấp vào bình ngưng qua ống trước để lạnh lỏng sau lên ống để ngưng tụ mơi chất 3.3 CHU TRÌNH LẠNH Chọn chu trình lạnh t0 = -280C  p0 = 0,13 MPa tk = 39,20C  pk =1,52 MPa p 1,52 k Tỷ số nén: Π = p = 0,13 = 11,7 > Bảng 3-6 Các thông số trạng thái điểm nút chu trình t0 (0C) -28 -20 60 39,2 34,2 -28 Điểm nút 1’ 2’=3’ P (MPa) 0,13 0,13 0,43 1,53 1,7 0,13 i (kj/kg) 1645 1750 1920 1711 579 430 v (m /kg) 0,88 0,92 0,38 0,0866 0,0984 Trạng thái Hơi bão hồ khơ Hơi q nhiệt Hơi q nhiệt Hơi bão hồ khơ Lỏng bảo hòa Hơi ẩm Đối với máy nén piston tỷ số nén cao, hệ số cấp nhỏ, nhiệt độ cuối trình nén cao, môi chất Amoniac Như tỷ số nén cao dẫn đến điều kiện làm việc không thuận lợi cho máy nén tỷ số nén lớn mơi chất NH phải chuyển chu trình cấp nén sang hai cấp nén có làm mát trung gian Do yêu cầu đảm bảo an toàn cho máy nén trình làm việc, để tránh điều kiện làm việc không thuận lợi cho máy nén thiết bị, định chọn máy nén cấp Trong chu trình máy lạnh, sau phân tích ưu nhược điểm chu trình tơi chọn chu trình cấp bình trung gian có ống xoắn ruột gà Ta có: Ptg = Pk × Po = 0,4445MPa  ttg = 00C Năng suất lạnh riêng q0: q0 = i1’ – i4 = 1645 – 430 = 1215 kJ/kg Năng suất lạnh riêng thể tích qv: qv = q0/v1 = 1215/0,92 = 1320,652 kJ/m3 Công nén riêng l: l = i2 − i1 = 1920 – 1750 = 170 kJ/kg Năng suất ngưng tụ riên: qk = i2 – i3 = 1920 – 579 = 1341 kJ/kg Hệ số lạnh: ε= q 1215 = = 7,15 l 170 Hiệu suất entanpy chu trình: γ = ε = ε (Tk − To ) / T0 = 7,15 (39,2 + 28)/(273 – 28) = 1,96 ε0 3.4 TÍNH CHỌN MÁY NÉN VÀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 3.4.1 Tính tốn phía hạ áp Năng suất lạnh riêng: q0 = 1215 kJ/kg Lưu lượng môi chất thực tế qua máy nén hạ áp m1: m1 = Q0 16,6622 = = 0,013714 kg/s q0 1215 Thể tích thực tế máy nén hạ áp: VttHA =m1×v1 =0,013714×0.92=0,01262 m3/s Hệ số cấp máy nén hạ áp: λ HA = { p tg + ∆t tg / m p − ∆p T0 p − ∆p − c[( ) − ]} p0 p0 p0 Ttg 130 - 444,5 + 10 130 - 245 ={ − 0,04[ − ]} = 0,4754 130 130 130 273 V 0,01262 ttHA Thể tích lý thuyết: VltHA = λ = 0,4754 = 0,02654m / s = 95,544 m3/h HA Công nén đoạn nhiệt: NsHA = m1.l1 = 0,013714.170 = 2,33138 KW Công suất thị: cơng nén thực q trình nén lệch khỏi trình nén đoạn nhiệt lý thuyết N iHA = N sHA 2,33138 = = 2,67975kW η iHA 0,87 Trong đó: η iHA hiệu suất thị tính theo cơng thức: η iHA = λW + b.t = 245 + 0,001.(−28) = 0,87 273 Với b hệ số thực nghiệm, ta lấy: b = 0,001 λw = T0 Ttg Với T0, Ttg - nhiệt độ sôi trung gian tuyệt đối môi chất Công suất ma sát: N msHA = VttHA Pms = 0,01262 59 = 0,74458kW Trong Pms áp suất ma sát riêng Với máy nén NH3 thì: Pms = (0,049 ÷ 0,069) MPa, ta chọn Pms = 0,059 MPa = 59 KPa Cơng suất hữu ích trục máy nén: NeHA = NmsHA + NiHA = 0,74458+ 2,67975 = 3,42433 kW 3.4.2 Tính tốn phía cao áp Lưu lượng môi chất thực tế qua máy nén cao áp: m3 m3 = 1,315.m1 = 1,315.0,013714 = 0,018034 kg/s Thể tích hút thực tế cao áp: VttCA= m3 v3=0,018034.0,0984=0,00177 m3/s Hệ số cấp nén phía cao áp λCA :  ptg − ∆ptg  p + ∆p k  ptg − ∆p tg   Ttg − λ CA =  − c  k     ptg ptg ptg    TK      444,5 − 1520 + 10 444,5 −   273 =  444,5 − 0,04  444,5 − 444,5   312,2 = 0,7442     V 0,00177 ttHA Thể tích hút lý thuyết cao áp: VltCA = λ = 0,78 = 0,00275 m3/s = 9,9 m3/h HA ⇒ Thể tích hút lý thuyết: Vlt = 95,544 + 9,9 = 105,444 m3/h Công nén đoạn nhiệt phía cao áp: NsCA = m3l1 = 0,018034.170 = 3,06578 kW N sCA Công suất thị: N iCA = η = iCA 3,06578 = 3,524 kW 0,87 Trong đó:ηiCA - hiệu suất thị phía cao áp xác định theo công thức: η iCA = λW + b.t tg = Ttg Tk + b.t tg = 273 + 0,001.0 = 0,874 312,2 Công suất ma sát phía cao áp (NmsCA): cơng sinh chi tiết chuyển động máy nén, suất phụ thuộc vào kích thước cường độ máy nén NmsCA = VttCA.Pms = 0,00177.59 = 0,10443 kW Trong đó: Pms – áp suất ma sát riêng, với máy nén amoniac ta chọn Pms = 59 KPa Công suất hữu ích phía cao áp: NeCA = NiCA + NmsCA = 3,524 + 0,10443 =3,62843 kW Tổng cơng suất hữu ích cao áp hạ áp: Ne = NeCA + NeHA = 3,62843 + 3,42433 = 7,05276 kW Tổng công suất điện cao áp hạ áp: N el = Ne 7,05276 = = 8,24884 kW η td η dc 0,95.0,9 Trong đó: ηtd - hiệu suất truyền động khớp, đai,… ta lấy ηtd = 0,95 η dc - hiệu suất động lắp đặt, chọn η dc = 0,9 Chọn công suất động Ndc: Được xác định sau: Ndc = (1,1÷2,1)Nel = 1,3.8,24884 = 10,7235 kW Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh trình làm việc ta chọn hệ số an tồn 1,3 Nhiệt thải thiết bị ngưng tụ Qk: Qk = m3.l3 = m3(i3 – i4) = 0,018034 (579 - 430) = 2,687 kW 3.4.3 Chọn máy nén Với công suất động Ndc= 10,7235 kW, ta sử dụng máy nén piston kiểu nửa kín Hiện sử dụng phổ biến máy lạnh COPELAND (Mỹ): ta chọn máy có số hiệu: 6DL*2700 (DC,OC) có cơng suất 20,1kW, thể tích hút lý thuyết 106,1 m3/h 3.4.4 Chọn thiết bị ngưng tụ Có nhiều kiểu bình ngưng khác sử dụng để lắp đặt kho lạnh Hiện bình ngưng hãng Friga-Bohn (Anh) sử dụng phổ biến nước ta Với Qk = 2,687kW ta chọn thiết bị ngưng AS 7,5-1-5 có Qk = 8kW với kích thước: Dài = 556mm; Rộng = 175mm; cao = 270mm Đối với hệ thống NH3 ta sử dụng ống thép trơn C20 làm ống trao đổi nhiệt 3.4.5 Chọn thiết bị bay Ta dùng dàn lạnh không khí hãng FRIGA-BOHN (Anh) Ta có: Q0 = khc Q0TC Trong đó: khc hệ số hiệu chỉnh cơng suất xác định theo bảng 2-27[kỷ thuật lạnh] ta khc = 1,02 Vậy: Q0TC = Q0/khc = 18,6622/1,02 = 18,2963 kW Ta chọn thiết bị KB2540 có Q0TC = 20,43kW theo bảng 2.26[kỷ thuật lạnh] với kích thước: Dài = 2083mm; Rộng = 720mm; Cao = 680mm CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẶT BẰNG 4.1.Chuẩn bị kết cấu nhà xưởng Nhà xưởng phải đảm bảo che nắng mưa cho thiết bị máy, móng phải cứng chắc, phải chịu toàn khối lượng hệ thống đặt nó, đảm bảo điều kiện thơng thống Bố trí khâu phải hợp lý, phù hợp với dây truyền quy trình cơng nghệ, dây truyền khơng đan chéo nhau, không cản trở lẫn Các khu vực phải bố trí hợp lý, khu nhập hàng, chế biến hàng, khu sửa chữa phải khác biệt với khu chế biến, bao gói sản phẩm, phịng máy phải tách riêng khu chế biến… Phải đảm bảo an toàn cháy nổ, vệ sinh an tồn thực phẩm Khi tính tốn quy hoạch phải để ý đến mở rộng nhà máy Cửa phịng máy phải mở phía ngồi Nền móng cho máy thiết bị không làm chung với móng móng nhà xưởng Độ rộng móng thiết bị phải lớn kích cỡ máy thiết bị 4.2 Diện tích nhà xưởng Diện tích tương quan phịng sau: Theo ước tính kích thước thiết bị phịng máy, khoảng cách máy(máy nén, thiết bị ngưng tụ, tháp giải nhiệt,bươm giải nhiệt, bình tách lỏng), diện tích phịng kỹ thuật tính diện tích 240m Với chiều rộng 8m, chiều dài là: 30m, chiều cao lấy chiều ca xưởng Khi lắp buồng lạnh panel thường cách tường kho khoảng 500mm Vậy chiều dài kho 30+1 = 31m Chiều rộng buồng lạnh 12m; chiều rộng buồng đệm: 3,5m; chiều rộng hành lang: 6m Vậy chiều rộng xưởng là:8+0,5+12+3,5+6 = 30m Chiều cao cần bao phủ: 3,6+0,4 = 4m Chọn chiều cao kho là:4,5m Vậy diện tích tồn phân xưởng 31x30= 930m2 4.3.Kết cấu móng đặt thiết bị máy Các móng motorr máy nén khơng làm kết cấu nhà xưởng Ta tiến hành làm kết cấu móng cho máy thiết bị sau: -Xác định vị trí đặt máy thiết bị cho hợp lý, thuận tiên nối đi, sửa chữa, bảo dưỡng, lắp đặt… -Đào móng sâu khoảng 1m, diện tích xác định -Đóng cọc tre với mật độ dầy -Đổ lớp cát lên sau đầm chặt; Dùng sắt φ12 φ6 đan thành lưới -Đổ bê tông đồng thời định vị bulong máy thiết bị xác -Dùng thiết bị xây dựng để cân mặt bê tông TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đức Lợi: Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2002 Nguyễn Xn Tiên Tính tốn thiết kế hệ thống lạnh, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội ... đề tài: Tính toán thiết kế hệ thống lạnh cho kho bảo quản sản phẩm thủy sản đông lạnh s? ?c chứa 250 với thời gian lưu kho tháng với nhiệt độ bảo quản -200 C CHƯƠNG 2: KẾT C? ??U, LẮP ĐẶT VÀ TÍNH TỐN... trình bảo quản - Kho đa năng: Nhiệt độ bảo quản -12oC, buồng bảo quản đa thường thiết kế -12oC c? ??n bảo quản lạnh đưa lên nhiệt độ bảo quản 0oC c? ??n bảo quản đơng đưa xuống nhiệt độ bảo quản -18oC... VỀ C? ?NG NGHỆ LÀM ĐÔNG VÀ BẢO QUẢN SẢN PHẨM ĐÔNG LẠNH 1.1.1 T? ?c dụng vi? ?c bảo quản lạnh Bảo quản th? ?c phẩm trình bảo vệ hạn chế biến đổi chất lượng hình th? ?c th? ?c phẩm chờ đợi đưa sử dụng Th? ?c phẩm