Đồ án môn học : Kĩ Thuật Lạnh GVHD : Nguyễn Thành Văn CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1. Ý NGHĨA CỦA LẠNH Từ xa xưa , loài người đã biết sử dụng lạnh để phục vụ cho đời sống , bằng cách cho vật cần làm lạnh tiếp xúc với những vật lạnh hơn như dùng băng tuyết để bảo quản sản phẩm mà họ săn bắt được …đó là phương pháp làm lạnh tự nhiên. Nhưng muốn làm lạnh ở nhiệt độ tùy ý và giữ nhiệt độ đó trong một thời gian tùy ý thì cần dùng hệ thống làm lạnh nhân tạo.Cho đến nay kỹ thuật lạnh ngày càng phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế quan trọng và hỗ trợ tích cực cho các ngành đó n hư: - Ngành công nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm - Trong công nghiệp nặng: làm nguội khuôn đúc - Trong y tế: chế biến và bảo quản các sản phẩm thuốc - Trong công nghiệp hoá chất : điều khiển các phản ứng hóa học - Trong lĩnh vực điều hoà không khí cho sản xuất và đời sống. 2. MỤC ĐÍCH CẤP, TRỮ ĐÔNG Để có thể giữ cho thực phẩm được lâu dài nhằm cung cấp, phân phối cho nền kinh tế quốc dân,thì phải cấp đông và trữ đông nhằm giữ cho thực phẩm ở một nhiệt độ thấp (- 18 0 C ÷ - 40 0 C). Bởi vì ở nhiệt độ càng thấp thì các vi sinh vật làm ôi thiu thực phẩm càng bị ức chế, các quá trình phân giải diễn ra rất chậm. Vì vậy mà có thể giữ cho thực phẩm không bị hỏng trong thời gian dài. 3. NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN Thiết kế hệ thống cấp đông , trữ đông sản phẩm thịt Heo với các thông số như sau: 1. Cấp đông : - Môi chất : R22 - Sản phẩm bảo quản : Thịt Heo - Công suất : E = 2,5 tấn/mẻ - Nhiệt độ thịt đầu vào : vao sp t = 18 0 C - Nhiệt độ thịt đầu ra : t tb = -15 0 C - Thời gian cấp đông : τ = 11 h - Nhiệt độ phòng cấp đông : cd f t = -35 0 C 2. Trữ đông : - Công suất : E = 35 tấn - Nhiệt độ phòng trữ đông : td f t = -18 0 C 3. Địa điểm lắp đặt hệ thống lạnh : Thành phố Huế, từ bảng 1-1, trang 8, tài liệu [1],ta có các thông số về nhiệt độ và độ ẩm như sau : SVTH : Trần Thanh Sang _ Lớp 07N2 Trang : 1 Đồ án môn học : Kĩ Thuật Lạnh GVHD : Nguyễn Thành Văn Nhiệt độ, 0 C Độ ẩm, % TB cả năm Mùa hè Mùa đông Mùa hè Mùa đông 25,2 37,3 13,1 73 90 4. Quy trình công nghệ : Thịt Heo sau khi qua phân xưởng chế biến được đưa vào phòng cấp đông có nhiệt độ là : cd f t = - 35 0 C . Sau đó qua đóng gói rồi đưa vào phòng trữ đông có nhiệt độ là : td f t = -18 0 C . CHƯƠNG 1 : XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ BỐ TRÍ MẶT BẰNG KHO LẠNH Chương này nhằm mục đích là xác định kích thước phòng kho lạnh để đảm bảo công suất lạnh yêu cầu và bố trí hợp lí mặt bằng kho lạnh. SVTH : Trần Thanh Sang _ Lớp 07N2 Trang : 2 Đồ án môn học : Kĩ Thuật Lạnh GVHD : Nguyễn Thành Văn 1.1 TÍNH KÍCH THƯỚC PHÒNG CẤP ĐÔNG Cho biết: - Công suất : E = 2,5 tấn/mẻ - Sản phẩm: Thịt Heo 1. Tính thể tích chất tải: V ct Theo công thức (2-1)trang 29, tài liệu [1] : V ct = v g E , [m 3 ] Với: - E : là công suất chất tải phòng cấp đông , [tấn] - g v : là định mức chất tải thể tích ,[t/m 3 ] Theo trang 29 , tài liệu [1] thì mỗi m 2 có thể sắp xếp được 0,6 đến 0,7t (tương đương 0,7t/m 3 ) do đó ta có : g v = 0,17 [t/m 3 ]. Suy ra: V ct = 17,0 5,2 = 14,7 m 3 2. Tính diện tích chất tải : F ct Theo công thức (2-2)trang 29, tài liệu [1] : F ct = ct ct h V , [m 2 ] Với: h ct : là chiều cao chất tải, [m] chọn h ct = 2m Suy ra: F ct = 2 7,14 = 7,35 m 2 3. Diện tích trong của phòng lạnh: F tr Theo công thức (2-4)trang 30, tài liệu [1] : F tr = F Fct β , [m 2 ] Với : β F : là hệ số kể đến đường đi lại,diện tích chiếm chỗ của dàn bay hơi,quạt. Ở dây ta chọn β F = 0,54 theo bảng 2-4, tài liệu[1] Suy ra: F tr = 54,0 35,7 = 13,6 m 2 4. Chiều cao trong của phòng cấp đông h tr = h ct + ∆h , [m] Với: ∆h là chiều cao kể đến gió đi đối lưu trong buồng, chọn ∆h = 1m Suy ra: h tr =2+1= 3 m 5. Xác định số phòng cấp đông: Z Theo công thức (2-5)trang 30, tài liệu [1] : Z = f F tr , Với: f là diện tích buồng lạnh quy chuẩn. chọn f= 4x4 m 2 Suy ra: Z = 16 6,13 = 0,85 chọn Z=1 phòng => Cỡ buồng cấp đông sẽ là: F tr = f = 4x4 m 2 1.2 TÍNH KÍCH THƯỚC PHÒNG TRỮ ĐÔNG. Cho biết: - Công suất: E = 35 tấn 1. Tính thể tích chất tải: V ct Theo công thức (2-1)trang 29, tài liệu [1] : SVTH : Trần Thanh Sang _ Lớp 07N2 Trang : 3 Đồ án môn học : Kĩ Thuật Lạnh GVHD : Nguyễn Thành Văn V ct = v g E , [m 3 ] Với: - E: Công suất chất tải phòng cấp đông , [tấn] - g v = 0,45 [t/m 3 ] : định mức chất tải thể tích, tra theo bảng 2-3 tài liệu [1] đối với thịt heo đông lạnh Suy ra: V ct = 35 0,45 = 77,77 m 3 2. Tính diện tích chất tải : F ct Theo công thức (2-2)trang 29, tài liệu [1] : F ct = ct ct h V , [m 2 ] Với: h ct [m]: chiều cao chất tải, chọn h ct = 2m Suy ra: F ct = 77,77 2 = 38,88 m 2 3. Diện tích trong của phòng lạnh: F tr Theo công thức (2-4)trang 30, tài liệu [1] : F tr = F Fct β , [m 2 ] Với : β F : là hệ số kể đến đường đi lại, diện tích chiếm chỗ của dàn bay hơi, quạt. Ở dây ta chọn theo bảng 2-4 tài liệu[1] với diện tích buồng lạnh từ 20÷100 m 2 có β F =0,7 Suy ra: F tr = 38,88 0,7 = 55,54 m 2 4. Chiều cao trong của phòng cấp đông h tr = h ct + ∆h , [m] Với: ∆h là chiều cao kể đến gió đi đối lưu trong buồng. chọn ∆h = 1m Suy ra: h tr = 2+1 = 3 m 5. Xác định số phòng cấp đông: Z Theo công thức (2-5)trang 30, tài liệu [1] : Z= f F tr , Với: f là diện tích buồng lạnh quy chuẩn. chọn f = 6x6 m 2 Suy ra: Z = 55,54 36 = 1,54 chọn Z = 2 phòng => Cỡ buồng cấp đông sẽ là: F tr = f = 6x6 m 2 1.3 . BỐ TRÍ MẶT BẰNG KHO LẠNH SVTH : Trần Thanh Sang _ Lớp 07N2 Trang : 4 Đồ án môn học : Kĩ Thuật Lạnh GVHD : Nguyễn Thành Văn PX. CHÃÚ BIÃÚN TÂ TÂ HAÌNH LANG CÂ WC P. TRÆÛC GIAÌN MAÏY CHƯƠNG 2: TÍNH CÁCH NHIỆT CHO KHO LẠNH SVTH : Trần Thanh Sang _ Lớp 07N2 Trang : 5 Đồ án môn học : Kĩ Thuật Lạnh GVHD : Nguyễn Thành Văn Chương này nhằm xác định chiều dày lớp cách nhiệt của kết cấu kho lạnh thỏa mãn điều kiện tối ưu về kinh tế và kĩ thuật (thỏa mãn tối ưu lượng lạnh tiết kiệm được với vốn đầu tư ) và đảm bảo tránh hiện tượng đọng sương . Chiều dày lớp cách nhiệt tính theo công thức tính hệ số truyền nhiệt k qua vách phẳng nhiều lớp lấy từ công thức (3-1) trang 64, tài liệu [1] k = 2 1 1 11 1 αλ δ λ δ α +++ ∑ = cn cn n n i i , [W/m 2 K] Suy ra chiều dày lớp cách nhiệt: δ cn =λ cn               ++− ∑ = 2 1 1 111 αλ δ α n i i i k , [m] Với: - δ cn : Độ dày yêu cầu của lớp cách nhiệt, [m] - λ cn : Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt , [W/mK] - k : Hệ số truyền nhiệt, [W/m - α 1 : hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài tới tường cách nhiệt, [W/m 2 K] - α 2 : hệ số toả nhiệt của vách buồng lạnh tới buồng lạnh, [W/m 2 K] - δ i : Bề dày yêu cầu của lớp vật liệu thứ i, [m] - λ i : Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, [W/mK] 2.1 TÍNH CÁCH NHIỆT CHO TƯỜNG BAO KHO LẠNH Chúng ta sẽ tính cách nhiệt chung cho các tường và tính cho các tường khắc nghiệt. Chiều dày lớp cách nhiệt được xác định theo 2 yêu cầu cơ bản: - Vách ngoài kết cấu bao che không được phép đọng sương, nghĩa là độ dày của lớp cách nhiệt phải đủ lớn để nhiệt độ bề mặt vách ngoài ngoài lớn hơn nhiệt độ đọng sương của môi trường t s. - Chọn chiều dày cách nhiệt sao cho giá thành một đơn vị lạnh là rẻ nhất. 1. Kết cấu và các số liệu của nó SVTH : Trần Thanh Sang _ Lớp 07N2 Trang : 6 Đồ án môn học : Kĩ Thuật Lạnh GVHD : Nguyễn Thành Văn 8 96 7 3 4 5 2 1 t f t n Lớp Vật liệu δ [m] λ [W/m 2 K] 1 Vữa trát xi măng 0,015 0,9 2 Lớp Gạch 0,200 0,82 3 Vữa trát xi măng 0,005 0,9 4 Bitum 0,002 0,18 5 Giấy dầu 0,005 0,15 6 Xốp 0,047 7 Giấy dầu 0,002 0,15 8 Lưới mắt cáo,vữa mắc cao 0,020 0,9 9 Móc sắt ∅ 4 2.Tính toán a. Phòng trữ đông - Hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của tường bao tra theo bảng 3-7, trang 65, tài liệu [1] có α 1 = 23,3 W/m 2 K - Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức vừa phải tra theo bảng 3-7 trang 65, tài liệu [1] có: α 2 =9 W/m 2 K SVTH : Trần Thanh Sang _ Lớp 07N2 Trang : 7 Đồ án môn học : Kĩ Thuật Lạnh GVHD : Nguyễn Thành Văn - Đối với phòng trữ đông thì nhiệt độ trong phòng là -18 0 C. Tra bảng 3-3 trang 63 tài liệu [1] với nhiệt độ phòng -18 0 C tính cho vách bao ngoài. Ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua tường : k tư = 0,22 W/m 2 K Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng trữ đông: δ cn = 0,047[ 1 1 0,015 0,2 0,005 0,002 0,005 0,002 0,02 1 ( )] 0,22 23,3 0,9 0,82 0,9 0,18 0,15 0,15 0,9 9 − + + + + + + + + = 0,19 m Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn. Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩn với điều kiện nó phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được . Ở đây chọn chiều dày thực tế của tấm cách nhiệt là: tt cn δ = 0,2 m Ứng với tt cn δ ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế: k td = 1 1 0,015 0,2 0,005 0,002 0,005 0,2 0,002 0,02 1 23,3 0,9 0,82 0,9 0,18 0,15 0,047 0,15 0,9 9 + + + + + + + + + = 0,2 W/m 2 K b. Phòng cấp đông - Hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của tường bao tra theo bảng 3-7 trang 65 tài liệu [1] có : α 1 = 23,3 W/m 2 K - Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức mạnh tra theo bảng 3-7 trang 65,tài liệu[1] có: α 2 = 10,5 W/m 2 K - Đối với phòng cấp đông thì nhiệt độ trong phòng là -35 0 C. Tra bảng 3-3 trang 63 tài liệu [1] với nhiệt độ phòng -35 0 C tính cho vách bao ngoài. Ta có hệ số truyền nhiệt tối ưu qua tường : k tư = 0,19 W/m 2 K Thế số vào ta tính được chiều dày lớp cách nhiệt tường phòng cấp đông: δ cn = 0,047[ 1 1 0,015 0,2 0,005 0,002 0,005 0,002 0,02 1 ( )] 0,19 23,3 0,9 0,82 0,9 0,18 0,15 0,15 0,9 10,5 − + + + + + + + + = 0,22 m Trên thực tế thì chiều dày của các tấm cách nhiệt đều được quy chuẩn. Do đó chiều dày thực tế của lớp cách nhiệt cũng được chọn theo quy chuẩn với điều kiện nó phải lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã xác định được . Ở đây chọn chiều dày thực tế của tấm cách nhiệt là: tt cn δ = 0,3 m Ứng với tt cn δ ta sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế: k cd = 1 1 0,015 0,2 0,005 0,002 0,005 0,3 0,002 0,02 1 23,3 0,9 0,82 0,9 0,18 0,15 0,047 0,15 0,9 10,5 + + + + + + + + + = 0,145 W/m 2 K 3. Kiểm tra nhiệt độ đọng sương Nếu bề mặt ngoài của tường bao đọng sương thì ẩm sẽ dễ xâm nhập vào phá huỷ lớp cách nhiệt. Để tránh hiện tượng đọng sương xảy ra thì nhiệt độ bề mặt ngoài tường bao phải lớn hơn nhiệt độ đọng sương của môi trường. Điều kiện để không xảy ra hiện tượng đọng sương được xác định theo công thức (3-7) trang 66,tài liệu[1]. k ≤ k s = 0,95.α 1 fn sn tt tt − − , [W/m 2 K] SVTH : Trần Thanh Sang _ Lớp 07N2 Trang : 8 Đồ án môn học : Kĩ Thuật Lạnh GVHD : Nguyễn Thành Văn Với: - k : hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường, [W/m 2 K] - k s :hệ số truyền nhiệt thực tế qua tường khi bề mặt ngoài là nhiệt độ đọng sương, [W/m 2 K] - α 1 =23,3 W/m 2 K hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của từơng bao che - t f : nhiệt độ trong buồng lạnh, 0 C - t n = 37,3 0 C : nhiệt độ môi trường ngoài - t s = 32 0 C nhiệt độ đọng sương của môi trường, tra theo đồ thị I-d với nhiệt độ môi trường t 1 =37,3 0 C và độ ẩm φ=73% a. Phòng trữ đông Phòng trữ đông có t f = -18 0 C Suy ra: k s = 0,95.23,3. 37,3 32 37,3 ( 18) − − − = 2,13 W/m 2 K Mà có k tđ = 0,2 < k s = 2,13 W/m 2 K Vậy không có hiện tượng đọng sương trên bề mặt ngoài của tường bao phòng trữ đông b. Phòng cấp đông Phòng cấp đông có t f = -35 0 C Suy ra: k s = 0,95.23,3. 37,3 32 37,3 ( 35) − − − = 1,6 W/m 2 K Mà có k cđ = 0,145< k s = 1,6 W/m 2 K Vậy không có hiện tượng đọng sương trên bề mặt ngoài của tường bao phòng cấp đông. 2.2 TÍNH CÁCH NHIỆT TRẦN KHO LẠNH 1. Kết cấu và các thông số của nó SVTH : Trần Thanh Sang _ Lớp 07N2 Trang : 9 Đồ án môn học : Kĩ Thuật Lạnh GVHD : Nguyễn Thành Văn 2 7 9 8 4 6 5 3 1 t f t n Lớp Vật liệu δ [m] λ [W/m 2 K] 1 Vữa trát xi măng 0,015 0,9 2 Bê tông cốt thép 0,100 1,5 3 Vữa trát xi măng 0,005 0,9 4 Bitum 0,002 0,18 5 Giấy dầu 0,005 0,15 6 Xốp 0,047 7 Giấy dầu 0,002 0,15 8 Lưới mắt cáo,vữa mắc cao 0,020 0,9 9 Móc sắt ∅ 4 2. Tính toán a Phòng trữ đông - Hệ số toả nhiệt bề mặt ngoài của tường bao tra theo bảng 3-7 trang 65,tài liệu[1] có : α 1 = 23,3 W/m 2 K - Hệ số toả nhiệt bề mặt trong của buồng lạnh lưu thông không khí cưỡng bức vừa phải tra theo bảng 3-7 trang 65,tài liệu[1] có: α 2 = 9 W/m 2 K SVTH : Trần Thanh Sang _ Lớp 07N2 Trang : 10 . 3,6 1 6,2 0,1 45 7 2,3 16 9,8 3 Tường AD 4,5 x 3,6 1 6,2 0,1 45 7 2,3 16 9,8 3 Tường BC 4,0 x 3,6 1 4,4 0,4 7 4 3,3 8 29 3,5 9 Tường CD 4,0 x 3,6 1 4,4 0,2 65 5 0,6 1 19 3,1 2. sẽ tính được hệ số truyền nhiệt thực tế: k cd = 1 1 0,0 15 0,2 0,0 05 0,0 02 0,0 05 0,3 0,0 02 0,0 2 1 2 3,3 0,9 0,8 2 0,9 0,1 8 0,1 5 0,0 47 0,1 5 0,9 1 0,5 + + + +