Đang tải... (xem toàn văn)
Contents CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LẠNH CHILLER 4 I. Tổng quan chung về kỹ thuật lạnh. 4 1. Khái niệm kỹ thuât lạnh 4 2. Lịch sử phát triển kỹ thuật lạnh. 4 3. Ứng dụng kinh tế của kỹ thuật lạnh. 6 II. Tổng quan về hệ thống lạnh Chiller. 14 1. Khái niệm Chiller. 14 2. Hệ thống lạnh chiller. 15 CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ CHỌN THIẾT BỊ 24 I. Tính toán nhiệt. 24 1. Sơ lược về hệ thống lạnh được thiết kế: 24 2. Tìm hiểu chung về chất tải lạnh Glycol. 24 3. Chọn kích thước và kết cấu bể chứa dung dịch Glycol. 27 4. Chọn bảo ôn kiểm tra đọng sương. 29 5. Tính phụ tải nhiệt. 32 II. Chọn môi chất lạnh và chu trình lạnh 34 1. Tổng quan về môi chất lạnh. 34 2. Yêu cầu về chọn môi chất lạnh cho hệ thống. 39 3. Chọn môi chất lạnh cho hệ thông lạnh. 41 4. Chọn chu trình lạnh cho hệ thống. 41 III. Chọn thiết bị 47 1. Tính chọn máy nén 47 2. Chọn thiết bị ngưng tụ 49 3.Chọn thiết bị bay hơi. 57 4.Tính chọn tháp giải nhiệt. 61 5. Tính chọn van tiết lưu. 63 6. Chọn bơm 63 6.2. Chọn bơm glycol. 64 7. Chọn thiết bị phụ cho hệ thống lạnh. 65 CHƯƠNG III: QUY TRÌNH VẬN HÀNH BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA. 82 1. Vận hành hệ thống lạnh: 82 1.1. Chuẩn bị vận hành: 82 1.2. Vận hành. 83 1.3 Một số sự cố trong quá trình vận hành: 85 1.4 Bảo dưỡng hệ thống lạnh: 89 CHƯƠNG IV: LẬP KẾ HOẠCH THI CÔNG. 92 1. Kế hoạch thi công. 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93
LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập tìm hiểu trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, đến em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Thiết kế hệ thống làm lạnh gián tiếp sản phẩm nước tinh khiết, lưu lượng 20m3/h, từ nhiệt độ 30oC đến 4oC, đặt Hà Nội ”, cố gắng thân, em nhận nhiều giúp đỡ nhiều thầy môn bạn bè Em xin chân thành cảm ơn: Ban Giám Hiệu trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội tạo điều kiện tốt sở vật chất để em thực đồ án Các Thầy tổ môn Kỹ Thuật Nhiệt - Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội trang bị kiến thức tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập tốt suốt thời gian qua Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo K.s Trần Quyết Thắng người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, bảo đóng góp nhiều quý báu giúp em hoàn thành đồ án cách thuận lợi, tốt đẹp Cuối cùng, em xin gửi lời chúc tốt đẹp tới Thầy trọng môn, chúc thầy công tác tốt dồi sức khỏe! Một lần em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 29 tháng 04 năm 2016 Sinh viên Đỗ Văn Tuyển Contents CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LẠNH CHILLER I Tổng quan chung kỹ thuật lạnh Khái niệm kỹ thuât lạnh Kỹ thuật lạnh ngành nghiên cứu phương pháp làm lạnh, thiết bị lạnh, môi chất vật liệu lạnh… Nhằm ứng dụng thực tế vào đời sống ngành kinh tế khác như: Công nghiệp thực phẩm, đánh bắt xuất thủy hải sản, sinh học, hóa chất Một ứng dụng to lớn Kỹ thuật lạnh kho lạnh, kho lạnh kho có cấu tạo kiến trúc đặc biệt, sử dụng để bảo quản loại hàng hóa sản phẩm khác với điều kiện khí hậu phù hợp Qua bảo quản sản phẩm thời gian định Lịch sử phát triển kỹ thuật lạnh Đã ngàn năm trôi qua, từ người chưa đạt thành tựu lớn khoa học, biết sử dụng lửa vào việc sưởi ấm vào mùa đông biết sử dụng băng, tuyết vào việc giữ gìn, bảo quản thực phẩm Cách khoảng 2000 năm người Ấn Độ Trung Quốc biết cách trộn muối với nước nước đá để tạo nhiệt độ thấp Vào năm 1761-1764, giáo sư Black tìm nhiệt ẩn hoá nhiệt ẩn nóng chảy Từ mà người biết làm lạnh cách cho bay chất lỏng áp suất thấp Năm 1834, J.Perkins đăng kí phát minh máy lạnh nén với đầy đủ thiết bị máy lạnh nén đại gồm có máy nén, dàn ngưng, dàn bay van tiết lưu Đến cuối kỉ 19, nhờ có cải tiến Linde với việc sử dụng ammoniac làm môi chất lạnh cho máy nén hơi, việc chế tạo sử dụng máy nén thực phát triển rộng rãi hầu hết nghành kinh tế Đến kỉ XIX, kỹ thuật lạnh thật phát triển mạnh mẽ Năm 1810, máy lạnh hấp thụ chu kì với cặp môi chất H 2O/H2SO4 Leslie (Pháp) đưa Đến kỉ XIX phát triển rầm rộ nhờ vào kĩ sư Carré (Pháp) với hàng loạt phát minh máy lạnh hấp thụ chu kì liên tục với cặp Năm 1873, Van der Waals công bố phương trình trạng thái, lúc nhà bác học Pháp Charler Tellier trình bày luận án Viện hàn lâm Pháp việc dùng lạnh để bảo quản thịt, ông người giới xem ông tổ ngành lạnh Năm 1898, Dewar hoá lỏng H2 Linde hoá lỏng O2, N2 tách chưng cất Đến cuối kỉ XIX, với hàng loạt cải tiến Linde với việc sử dụng môi chất NH3 cho máy lạnh nén hơi, làm cho máy lạnh nén sử dụng phổ biến ởnhiều nơi Năm 1904: Mollier xây dựng đồ thị i – s logP – i Năm 1930, kiện quan trọng phát triển kĩ thuật lạnh việc sản xuất ứng dụng môi chất lạnh Freon Mĩ Môi chất lạnh Freon hợp chất hữu hydro cacbua no không no metal (CH4) etan (C2H6)…, thay phần toàn nguyên tử hydro nguyên tử halogen Clo (Cl), Flo (F) Brom (Br) Đây môi chất lạnh có tính chất quý báu không cháy, không nổ, không độc hại phù hợp với chu trình làm việc máy nén Ngày kỹ thuật lạnh đị có bước tiến xa có trình độ kỹ thuật ngang với ngành kỹ thuật tiên tiến khác Ứng dụng kinh tế kỹ thuật lạnh Kỹ thuật lạnh đời hàng trăm năm sử dụng rộng rãi nhiều ngành kỹ thuật khác nhau: Trong công nghiệp chế biến bảo quản thực phẩm, công nghiệp hoá chất, công nghiệp rượu, bia, sinh học Kỹ thuật lạnh đời hàng trăm năm sử dụng rộng rãi nhiều ngành kỹ thuật khác nhau: công nghiệp chế biến bảo quản thực phẩm, công nghiệp hoá chất, công nghiệp rượu, bia, sinh học, đo lường tự động, kỹ thuật sấy nhiệt độ thấp, xây dựng, công nghiệp dầu mỏ, chế tạo vật liệu, dụng cụ, thiết kế chế tạo máy, xử lý hạt giống, y học, thể thao, đời sống vv Ngày ngành kỹ thuật lạnh phát triển mạnh mẽ, sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, phạm vi ngày mở rộng trở thành ngành kỹ thuật vô quan trọng, thiếu đời sống kỹ thuật tất nước 3.1 Ứng dụng ngành chế biến bảo quản thực phẩm a Tác dụng nhiệt độ thấp thực phẩm Ở nhiệt độ thấp phản ứng hoá sinh thực phẩm bị ức chế Trong phạm vi nhiệt độ bình thường giảm 10 oC tốc độ phản ứng giảm xuống 1/2 đến 1/3 lần Nhiệt độ thấp tác dụng đến hoạt động men phân giải không tiêu diệt chúng Nhiệt độ xuống oC, phần lớn hoạt động enzim bị đình Tuy nhiên số men lipaza, trypsin, catalaza nhiệt độ -191 oC không bị phá huỷ Nhiệt độ thấp khả phân giải giảm, ví dụ men lipaza phân giải mỡ Các tế bào thực vật có cấu trúc đơn giản, hoạt động sống độc lập với thể sống Vì khả chịu lạnh cao, đa số tế bào thực vật không bị chết nước chưa đóng băng Tế bào động vật có cấu trúc hoạt động sống phức tạp, gắn liền với thể sống Vì khả chịu lạnh Đa số tế bào động vật chết nhiệt độ giảm xuống 4oC so với thân nhiệt bình thường Tế bào động vật chết chủ yếu độ nhớt tăng phân lớp chất tan thể Một số loài động vật có khả tự điều chỉnh hoạt động sống nhiệt độ giảm, thể giảm hoạt động sống đến mức nhu cầu bình thường điều kiện môi trường khoảng thời gian định Khi tăng nhiệt độ, hoạt động sống chúng phục hồi, điều ứng dụng vận chuyển động vật đặc biệt thuỷ sản dạng tươi sống, đảm bảo chất lượng tốt giảm chi phí vận chuyển Để bảo thực phẩm người ta thực nhiều cách như: phơi, sấy khô, đóng hộp bảo quản lạnh Tuy nhiên phương pháp bảo lạnh tỏ có ưu điểm bật vì: - Hầu hết thực phẩm, nông sản thích hợp phương pháp - Việc thực bảo quản nhanh chóng hữu hiệu phù hợp với tính chất mùa vụ nhiều loại thực phẩm nông sản - Bảo tồn tối đa thuộc tính tự nhiên thực phẩm, giữ gìn hương vị, màu sắc, vi lượng dinh dưỡng thực phẩm b Các chế độ xử lý lạnh thực phẩm Thực phẩm trước đưa vào kho lạnh bảo quản, cần tiến hành xử lý lạnh để hạ nhiệt độ thực phẩm từ nhiệt độ ban đầu sau đánh bắt, giết mổ xuống nhiệt độ bảo quản Có hai chế độ xử lý lạnh sản phẩm xử lý lạnh xử lý lạnh đông: - Xử lý lạnh làm lạnh sản phẩm xuống đến nhiệt độ bảo quản lạnh yêu cầu Nhiệt độ bảo quản phải nằm điểm đóng băng sản phẩm Đặc điểm sau xử lý lạnh, sản phẩm mềm, chưa bị hóa cứng đóng băng - Xử lý lạnh đông kết đông (làm lạnh đông) sản phẩm Sản phẩm hoàn toàn hóa cứng hầu dịch sản phẩm đóng thành băng Nhiệt độ tâm sản phẩm đạt -8oC, nhiệt độ bề mặt đạt từ -18oC đến -12oC Xử lý lạnh đông có hai phương pháp: - Kết đông hai pha: thực phẩm nóng làm lạnh từ 37 oC xuống khoảng 4oC sau đưa vào thiết bị kết đông để nhiệt độ tâm khối thực phẩm đạt -8oC - Kết đông pha: thực phẩm nóng đưa vào thiết bị kết đông để hạ nhiệt độ tâm khối thực phẩm xuống đạt -8oC Kết đông pha có nhiều ưu điểm so với kết đông hai pha tổng thời gian trình giảm, tổn hao khối lượng khô ngót giảm nhiều, chi phí lạnh diện tích buồng lạnh giảm Đối với chế biến thịt thường sử dụng phương pháp pha Đối với hàng thuỷ sản phải qua khâu chế biến tích trữ kho chờ đông nên thực tế diễn pha 3.2 Ứng dụng ngành khác Ngoài ứng dụng kỹ thuật chế biến bảo quản thực phẩm, kỹ thuật lạnh ứng dụng rộng rãi nhiều ngành kinh tế, kỹ thuật khác Dưới ứng dụng thông dụng 3.2.1 Ứng dụng sản xuất bia, nước Bia sản phẩm thực phẩm, thuộc loại đồ uống độ cồn thấp, thu nhận cách lên men rượu nhiệt độ thấp dịch đường (từ gạo, ngô, tiểu mạch, đại mạch vv ), nước hoa húp lông Qui trình công nghệ sản xuất bia trải qua nhiều giai đoạn cần phải tiến hành làm lạnh đảm bảo yêu cầu Đối với nhà máy sản xuất bia đại, lạnh sử dụng khâu cụ thể sau: a Sử dụng để làm lạnh nhanh dịch đường sau nấu Dịch đường sau trình húp lông hoá có nhiệt độ khoảng 80 oC cần phải tiến hành hạ nhiệt độ cách nhanh chóng xuống nhiệt độ lên men 6÷8 oC Tốc độ làm lạnh khoảng 30÷45 phút Nếu làm lạnh chậm số chủng vi sinh vật có hại cho trình lên men kịp phát triển làm giảm chất lượng bia Để làm lạnh dịch đường người ta sử dụng thiết bị làm lạnh nhanh Như trình hạ nhiệt đòi hỏi phải sử dụng lượng lạnh lớn Tính trung bình nhà máy bia công suất 50 triệu lít/năm ngày phải nấu khoảng 180m3 dịch đường Lượng lạnh dùng để hạ nhiệt lớn b Quá trình lên men bia Quá trình lên men bia thực phạm vi nhiệt độ định khoảng 6÷8oC Quá trình lên men giai đoạn định để chuyển hoá dịch đường houblon hoá thành bia tác động nấm men thông qua hoạt động sống chúng Trong trình lên men dung dịch toả lượng nhiệt lớn c Bảo quản nhân men giống khâu vô quan trọng cần làm lạnh nhà máy bia khâu bảo quản nhân men giống Men giống được bảo quản tank đặc biệt nhiêt độ thấp Tank có cấu tạo tank lên men, có thân hình trụ bên có áo dẫn glycol làm lạnh Tuy nhiên kích thước tank men nhỏ tank lên men nhiều, nên lượng làm lạnh cần thiết cho tank men không giống d Làm lạnh đông CO2 Trong trình lên men nhờ trình thuỷ phân mà tank lên men sinh nhiều khí CO Khí CO2 lại cần cho qui trình công nghệ bia khâu chiết rót xử lý công nghệ tank lên men Khí CO thoát từ tank lên men trình sinh hoá cần phải thu hồi, bảo quản để sử dụng vào dây chuyền công nghệ Để bảo quản CO tốt thể lỏng, nhiệt độ bình thường áp suất ngưng tụ CO đạt gần 100at Vì để giảm áp suất bảo quản CO2 xuống áp suất 20 kg/cm2 cần thiết phải hạ nhiệt độ bảo quản xuống thấp cỡ (- 30 ÷ -35oC) e Làm lạnh nước Nước lạnh sử dụng nhà máy bia với nhiều mục đích khác nhau, đặc biệt sử dụng để làm lạnh nhanh dịch đường sau houblon hoá đến khoảng 20oC Việc sử dụng nước 1oC giải pháp hữu hiệu kinh tế nhà máy bia đại Phụ tải nhiệt mẻ nấu theo thời gian ngày không liên tực mà có dạng hình xung Khi mẻ nấu hoàn thành yêu cầu phải tiến hành làm lạnh nhanh Rõ ràng sử dụng làm lạnh trực tiếp công suất máy lạnh lớn Việc sử dụng nước lạnh để hạ lạnh nhanh dịch đường cho phép trữ lượng lạnh đáng kể để làm lạnh dịch đường mẻ nấu cách nhanh chóng Điều cho phép không cần có hệ thống lạnh lớn đảm bảo yêu cầu Nước làm lạnh nhờ glycol đến khoảng 1oC qua thiết bị làm lạnh nhanh kiểu f Làm lạnh hầm bảo quản tank lên men điều hoà Trong số nhà máy công nghệ cũ, bia bảo quản lạnh hầm làm lạnh, trường hợp cần cung cấp lạnh để làm lạnh hầm bảo quản Có thể sử dụng lạnh glycol để điều hoà không khí số khu vực định nhà máy, phòng bảo quản hoa vv 3.2.2 Ứng dụng công nghiệp hoá chất Trong công nghiệp hoá chất hoá lỏng chất khí sản phẩm công nghiệp hoá học clo, amôniắc, cacbonnic, sunfuarơ, loại chất đốt, khí sinh học vv Hoá lỏng tách chất khí từ không khí ngành công nghiệp quan trọng, có ý nghĩa vô to lớn với ngành luyện kim, chế tạo máy, y học, ngành sản xuất chế tạo khí, phân đạm, chất tải lạnh vv Các loạt khí trơ nêôn, agôn vv sử dụng công nghiệp hoá chất sản xuất bóng đèn Việc sản xuất vải sợi, tơ, cao su nhân tạo, phim ảnh hỗ trợ tích cực kỹ thuật lạnh Thí dụ quy trình sản xuất tơ nhân tạo người ta phải làm lạnh bể quay tơ xuống nhiệt độ thấp yêu cầu công nghệ chất lượng đảm bảo Cao su chất dẻo hạ nhiệt độ xuống thấp trở nên dòn dễ vỡ thuỷ tinh Nhờ đặc tính người ta chế tạo cao su bột Khi hoà trộn với bột sắt để tạo nên cao su từ tính hoà trộn với phụ gia đạt độ đồng cao Trong công nghiệp hoá chất sử dụng lạnh nhiều quy trình sản xuất khác để tạo nhiệt độ lạnh thích hợp cho hoá chất 3.2.3 Ứng dụng điều hoà không khí Ngày kỹ thuật điều hoà sử dụng rộng rãi đời sống công nghiệp Khâu quan trọng hệ thống điều hoà không khí hệ thống lạnh Máy lạnh sử dụng để xử lý nhiệt ẩm không khí trước cấp vào phòng Máy lạnh không sử dụng để làm lạnh mùa hè mà đảo chiều để sưởi ấm mùa đông Các hệ thống điều hoà công nghiệp: Trong nhiều ngành công nghiệp để sản xuất sản phẩm có chất lượng kỹ thuật cao đòi hỏi phải trì nhiệt độ, độ ẩm giới hạn định Ví dụ ngành khí xác, thiết bị quang học, công nghiệp bánh kẹo, ngành điện tử vv Trong ngành công nghiệp nhẹ điều hoà không khí sử dụng nhiều công nghiệp dệt, công nghiệp thuốc vv Chọn kích thước kết cấu bể chứa 3.1 Chọn kích thước bể chứa Glycol dung dịch Glycol Theo đề làm lạnh nước 20 m3/h từ nhiệt độ 30oC đến 4oC ta tính phụ tải nhiệt dung dịch nước: Trong đó: Gd : lượng dung dịch nước làm mát ngày đêm, t/ngày đêm: Cp: nhiệt dung riêng dung dịch nước t1 : nhiệt độ nước lúc đầu t2 : nhiệt độ nước sau làm lạnh T : thời gian làm lạnh 24h Hệ số chuyển đổi từ t/ngày đêm đơn vị kg/s; G = 20.24= 480 kg/24h Khối lượng riêng nước: d = 1000 kg/m3 → Gd = 480.1000 = 480000 kg/ ngày đêm Cp nhiệt dung riêng dung dịch nước Cp = 4186 J/kg.K Từ tính được: Theo để đảm bảo hệ thống vận hành an toàn lượng nhiệt Q n phải với lượng nhiệt tải Glycol ( Qg) Qn = Qg = 605 kw Lại có: Qg = Với: Qg : lượng glycol làm mát ngày đêm, t/ngày đêm: Cp : nhiệt dung riêng glycol t1 : nhiệt độ glycol sau làm mát nước quay bể nóng; t2 : nhiệt độ glycol sau làm lạnh bình bay quay bể chứa lạnh; T – thời gian làm lạnh 24h ⇒ Gd = = 780000 kg Gd = 24.g.d ( với d khối lượng riêng dung dịch glycol d = 1038 kg/m3) Từ đề ta tính lưu lượng Glycol la 30m3/h Nhưa ta xây bể chứa Glycol bể chứa Glycol trước vào dàn bay có nhiệt độ 15oC bể chứa Glycol sau khỏi dàn bay có nhiệt độ -1oC Mỗi bể tích 10m3 2x2x2.5m 3.2 Kết cấu bể chứa Glycol Bể chứa bể xây có kết cấu : − − − − tường gạch dầy 20cm lớp vữa chát xi măng: 2cm lớp cách nhiệt Polyurethane Lớp tôn bảo vệ bên :0,6cm Chọn bảo ôn kiểm tra đọng sương Mục đích việc tính toán cách nhiệt, cách ẩm cho bể chứa Glycol để trách việc tổn thất nhiệt Do nhiệt độ bên môi trường cao nên có dòng nhiệt từ bên vào bên bể Do việc tính toán chiều dày cách nhiệt cho kinh tế hợp lý Tính toán chiều dày cách nhiệt: Vật liệu Tường gạch Chiều dày δ, m 0,2 Hệ số dẫn nhiệt λ, W/m.K 0,82 Vữa chát 0,02 0,88-0,93 Tôn 0,006 45,36 Cách nhiệt (polyurethane) δcn 0,041 Chiều dày cách nhiệt tính teo hệ só truyền nhiệt k Trong đó: chiều dày lớp vật liệu thứ i (m) hệ số dẫn nhiệt lớp vật liêu thứ i (W/m.K) hệ số tỏa nhiệt từ bên tới vách hệ số tỏa nhiệt từ môi trường bể tới vách tường bể chiều dày lớp cách nhiệt(polyurethane) hệ số dẫn nhiệt lớp cách nhiệt k: hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao tre Từ (4.1) ta có] Mà (4.2) k = 0,35 W/m2.K α1 = 23,3 W/m2.K α2 = W/m2.K Thay vào cong thức (4.2) ta có: Hệ số truyền nhiệt thực tế tường bao : Để không xảy hiên tượng đông sương bề mặt bể thì: kth ≤ ks Các thông số trời Hà Nội là: Nhiệt độ trung bình tháng nóng t1 = 37,2oC; = 83% Từ ta tra nhiệt độ đọng sương ts = 34,6oC Nhiệt độ bể chứa -1oC ⇒ Vậy ta thấy kth ks nên bề mặt vách không xảy tượng đọng sương Tính phụ tải nhiệt Tính phụ tải nhiệt hệ thống lạnh tính toán dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ để thải trở lại môi trường nóng, đảm bảo chênh lệch nhiệt độ ổn định chất tải lạnh môi trường bên Mục đích cuối việc tính toán nhiệt cho hệ thống lạnh để xác định xuất lạnh máy lạnh cần lắp đặt Nhưng xuất lạnh hệ thống lạnh thiết kế theo phụ tải nhiệt lớn Q max mà ta nghi nhận thời điểm năm 5.1 Tổn thất nhiệt làm lạnh Glycol Q1 = Trong đó: Gd : lượng dung dịch nước làm mát ngày đêm, t/ngày đêm: Cp: nhiệt dung riêng dung dịch nước t1 : nhiệt nước lúc đầu t2 : nhiệt nước sau làm lạnh T : thời gian làm lạnh 24h + + + + + Lưu lượng nước ngày đêm G = 20.24 = 480m3 Khối lượng riêng nước 1000 kg/m3 ⇒ Gd = 480.1000 = 480000 kg/24h Nhiệt dung riêng nước ⇒ Cp = 4186(J/kg.K) Nhiệt độ nước ban đầu o ⇒ t1= 30 C Nhiệt độ nước sau làm lạnh o ⇒ t2 = C Vậy Qn = = 605000 W Theo để đảm bảo hệ thống vận hành an toàn thị lượng nhiệt Q n phải với lượng nhiệt tải Glycol ( Qg) Qn = Qg = 605 kW Vậy tổn thất nhiệt Q1 = Qn = Qg = 605 kW Ta có lưu lượng dụng 30m 3/h lên ta kiểm tra lại với Q = 605 kW lưu lượng ta cần làm lạnh nước xuống -1oC thời gian là: Thỏa mãn điều kiện dung 30m3 5.2 Tổn thất qua tường bao của bể Q2 = kt.Ft.∆t Trong đó: + F1 : diện tích bao quang bể F1 = 4.2.2,5 = 20m2 + kt : hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che kt = 0,35 W/m2.K + ∆t: chêch lệch nhiệt độ bên bên bể chứa ∆t = 37,2 – (-1) = 38,2oC Vậy Q2 = kt.Ft.∆1 = 20.0,35.38,2 = 267 W 5.3 Tổn thất nhiệt qua đáy của bể Q3= kt.Fd.∆t Diện tích đáy là: 2.2=4m2 ⇒ 5.4 Tổn thất nhiệt qua nắp bể Q3 = 0,35.4.38,2 = 54 W Q4= kt.Fn.∆t Diện tích nắp bể là: 2.2=4m2 ⇒ Q4 = 0,35.4.38,2 = 54 W Vậy tổng tổn thất nhiệt Q0 = Q1 +Q2 +Q3 + Q4 = 605000 + 267 + 54 + 54 = 605375 W II Chọn môi chất lạnh chu trình lạnh Tổng quan môi chất lạnh 1.1 Môi chất lạnh Là chất môi giới tuần hoàn hệ thống lạnh để thực việc thu nhiệt nhiệt độ tương đối thấp thiết bị bay thải nhiệt môi trường cao qua thiết bị ngưng tụ để tạo hiệu ứng làm lạnh, gọi gas lạnh Trong máy lạnh (điều hòa) nén hơi, môi chất lạnh sôi thiết bị bay ngưng tụ lại thiết bị ngưng tụ Trong chu trình biến đổi trạng thái đó, thực việc tải nhiệt từ không gian cần làm lạnh môi trường 1.2 Một số môi chất lạnh thường dùng Môi chất amôniắc NH3( R717 ) Là môi chất lạnh không gây phá huỷ tầng ôzôn hiệu ứng nhà kính, nói NH3 môi chất lạnh tương lai Hiện hầu hết hệ thống lạnh nhà máy chế biến thuỷ sản (trừ kho lạnh bảo quản), nhà máy bia thiết kế sử dụng môi chất NH3 Đặc điểm NH3 thích hợp hệ thống lớn lớn, suất lạnh riêng thể tích lớn Các hệ thống lạnh máy đá cây, máy đá vảy, kho cấp đông, tủ đông gió siêu tốc hỏng thực phẩm ăn mòn kim loại màu nên không phù hợp sử dụng Tuyệt đối không nên sử dụng NH3 cho kho lạnh bảo quản, đặc điểm NH3 độc làm hỏng thực phẩm, xảy rò rỉ môi chất bên kho lạnh khó phát hiện, phát trễ Khác với thiết bị cấp đông, máy đá hoạt động theo mẻ, hàng hoá đưa vào làm lạnh thời loại dây chuyền I.Q.F, hệ thống làm lạnh glycol nhà máy bia thích hợp sử dụng NH3 Nhược điểm NH3 làm gian ngắn, lần làm lạnh số lượng hàng không lớn lắm, kho lạnh hoạt động lâu dài, hàng hoá bảo quản hàng tháng, có năm trời, trình xác suất rò rỉ lớn, nghĩa rủi ro cao Mặt khác kho lạnh nơi tập trung khối lượng hàng lớn, hàng trăm chí nghìn sản phẩm Giá trị hàng hoá kho lạnh lớn, xảy rò rỉ môi chất NH3 vào bên kho lạnh, hàng hoá bị hỏng xí nghiệp bị phá sản Việc thiết kế kế kho lạnh sử dụng NH3 chứa đựng nhiều nguy rủi ro cho doanh nghiệp Các tính chất ammoniac (NH3) Amôniăc môi chất có độ hoàn thiện nhiệt động cao so với tất môi chất sử dụng kỹ thuật lạnh: điều kiện làm việc NH3có hệ số làm lạnh εcao Các tính chất nhiệt động + Nhiệt độ sôi áp suất khí thấp: p = kgf/cm2 ;t = -33,4oC + Ở nhiệt độ môi trường áp suất ngưng tụ vừa phải: t = 40 độ; p = 16 at + Nhiệt độ tới hạn tương đối cao: tth= 132,4oC; pth= 115,2 sử dụng rộng rãi máy nén lạnh cấp + Nhiệt độ đông đặc điểm pha thấp: tdd= -77,7oC + Nhiệt ẩn hóa lớn, lớn môi chất lạnh ví dụ -15oC r = 1312kJ/kg + Nhiệt dung riêng đẳng áp vừa phải + Độ nhớt vừa phải, lớn độ nhớt nước Các tính chất hóa học + Không ăn mòn kim loại đen; ăn mòn kim loại màu có nước, đặc biệt nhôm đồng, ngoại trừ hợp kim đồng có chứa phốt số hợp kim nhôm đặc biệt + Hòa tan nước với tỷ lệ, pha, tách nước khỏi amôniăc biện pháp đặc biệt + Khi rò rỉ dễ phát hiện: có mùi khai đặc biệt + Không ăn mòn kim loại đen; ăn mòn kim loại màu có nước, đặc biệt nhôm đồng, ngoại trừ hợp kim đồng có chứa phốt số hợp kim nhôm đặc biệt + Hòa tan nước với tỷ lệ, pha, tách nước khỏi amôniăc biện pháp đặc biệt + Khi rò rỉ dễ phát hiện: có mùi khai đặc biệt Freon: Đối với hệ thống nhỏ, trung bình nên sử dụng môi chất lạnh frêon + Môi chất R134a môi chất thay thích hợp cho R12, sử dụng cho hệ thống lạnh công suất nhỏ tủ lạnh gia đình, máy điều hoà công suất nhỏ, máy điều hoà xe vv suất lạnh riêng thể tích nhỏ Các tính chất R12 (CF2Cl2Diclodiflometan) R12 môi chất có độ hoàn thiện nhiệt động cao, thua NH 3một ít, dùng rộng rãi cho máy lạnh cấp, bị hạn chế tiến tới cấm sử dụng thành phần hóa học có Cl phá hủy tầng ozon rò rỉ Các tính chất nhiệt động + Nhiệt độ sôi áp suất khí thấp: p = kgf/cm2; t = -29,8oC + Ở nhiệt độ môi trường áp suất ngưng tụ vừa phải: t = 40oC; p = 9,5 at + Nhiệt độ tới hạn tương đối cao: tth= 112,04oC; pth= 41,96 at + Nhiệt độ đông đặc điểm pha thấp: tđđ= -155oC + Nhiệt ẩn hóa tương đối lớn, ví dụ -15oC r = 159.55kJ/kg + Nhiệt dung riêng đẳng áp vừa phải + Độ nhớt nhỏ, nhỏ không khí nên R12 rò rỉ qua khe hở mà không khí không qua được, độ nhớt R12 lớn nitơ chút nên thử kín phải dùng nitơ khô Các tính chất hóa học + Không gây cháy + Không gây nổ; nhiên nhiệt độ t > 450 oC R12 phân hủy thành chất độc hại HCl, HF (độc hại bảng 1) Do nghiêm cấm vật có nhiệt độ bề mặt 400 oC phòng máy + Không ăn mòn kim loại; R12 môi chất bền vững mặt hóa học + Không hòa tan nước, lượng nước hòa tan tối đa 0,0006% khối lượng, cho phép làm việc 0,0004%; tách nước khỏi R12 chất hút ẩm thông dụng + Khi rò rỉ khó phát hiện: R12 không màu, có mùi thơm nhẹ, không vị + Khi rò rỉ không làm hỏng sản phẩm cần bảo quản lạnh Môi chất lạnh R22 sử dụng chủ yếu cho hệ thống lạnh nhỏ trung bình, ví dụ máy điều hoà công suất trung bình lớn (từ 24.000 Btu/h trở lên), môi chất R22 thích hợp kho lạnh bảo quản, kho lạnh thương mại, kho chờ đông hệ thống lạnh công suất lớn khác tủ đông, máy đá đơn lẻ Hiện tương lai gần người ta sử dụng R404A R407C thay cho R22.Trước mắt nước ta sử dụng R22 đến năm 2040 Ưu điểm trội sử dụng không làm hỏng thực phẩm, không độc nên sử dụng cho kho lạnh bảo quản, không ăn mòn kim loại màu đồng nên thiết bị gọn nhẹ phù hợp hệ thống lạnh dân dụng điều hoà không khí, tủ lạnh thương nghiệp Yêu cầu chọn môi chất lạnh cho hệ thống Lựa chọn môi chất lạnh vấn đề quan trọng thiết kế hệ thống lạnh Môi chất lạnh hệ thống lạnh phải đáp ứng yêu cầu sau: a Tính chất hoá học - Môi chất cần bền vững mặt hoá học phạm vi áp suất nhiệt độ làm việc, không phân huỷ, không polyme hoá - Môi chất phải trơ, không ăn mòn vật liệu chế tạo máy, dầu bôi trơn, oxy không khí ẩm - An toàn, không dễ cháy dễ nổ b Tính chất lý học - Áp suất ngưng tụ không cao, áp suất ngưng tụ cao độ bền chi tiết yêu cầu lớn, vách thiết bị dày, dễ rò rỉ môi chất - Áp suất bay không nhỏ, phải lớn áp suất khí để hệ thống không bị chân không, dễ rò lọt không khí vào hệ thống - Nhiệt độ đông đặc phải thấp nhiệt độ bay nhiều nhiệt độ tới hạn phải cao nhiệt độ ngưng tụ nhiều - Nhiệt ẩn hoá (r) nhiệt dung riêng (c) môi chất lỏng lớn tốt Nhiệt ẩn hoá lớn, lượng môi chất tuần hoàn hệ thống nhỏ, suất lạnh riêng khối lượng lớn - Năng suất lạnh riêng thể tích lớn tốt, máy nén thiết bị gọn - Độ nhớt động học nhỏ tốt, để giảm tổn thất áp suất đường ống cửa van - Hệ số dẫn nhiệt hệ số toả nhiệt lớn tốt thiết bị trao đổi nhiệt gọn - Môi chất hoà tan dầu hoàn toàn có ưu điểm so với loại môi chất không hoà tan hoà tan phần trình bôi trơn tốt hơn, thiết bị trao đổi nhiệt không bị lớp trở nhiệt dầu bao phủ, có nhược điểm làm tăng nhiệt độ bay hơi, làm giảm độ nhớt dầu - Khả hoà tan nước hệ thống lớn tốt để tránh tắc ẩm phận tiết lưu - Không dẫn điện để sử dụng cho máy nén kín nửa kín c Tính chất sinh lý - Môi chất không độc hại người thể sống, không gây phản ứng với quan hô hấp, không tạo lớp khí độc tiếp xúc với lửa hàn vật liệu chế tạo máy - Môi chất cần phải có mùi đặc biệt để dễ dàng phát bị rò rỉ Có thể pha thêm chất có mùi vào môi chất lạnh chất không ảnh hưởng đến chu trình máy lạnh - Môi chất không ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm bảo quản d Tính kinh tế - Giá thành phải hạ độ tinh khiết phải đạt yêu cầu - Dễ kiếm, nghĩa môi chất sản xuất công nghiệp, vận chuyển bảo quản dễ dàng Chọn môi chất lạnh cho hệ thông lạnh Qua phân tích ưu nhược điểm môi chất ta chọn môi chất NH3 hợp lý cho chu trình làm lạnh nước sử dụng chất tải lạnh Glycol Đảm bảo yêu cầu tốt suất lạnh, kinh tế an toàn cho hệ thống làm lạnh gián tiếp qua chất tải lạnh Glycol không trực tiếp tiếp xúc với sản phẩm nước tinh khiết Chọn chu trình lạnh cho hệ thống a.Nhiệt độ sôi môi chất lạnh t0 Nhiệt độ môi chất lạnh dùng để tính toán ta lấy sau: t0 = tb + ∆t0 tb - nhiệt độ Glycol sau làm lạnh ∆t – hiệu nhiệt độ yêu cầu Trong hệ thống lạnh gián tiếp, nhiệt độ sôi môi chất lạnh lấy thấp nhiệt độ nước muối 5÷6oC nhiệt độ chất tải lạnh lấy thấp nhiệt độ sản phẩm từ 5÷8oC Vậy ta chọn hiệu nhiệt độ tối ưu: ∆t0 = 8oC → t0 = -1 – = -9oC b Nhiệt độ ngưng tụ tk Phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường làm mát thiết bị ngưng tụ: Thiết bị ngưng tụ làm mát nước Tk = tw2 + ∆tk Tw2 – nhiệt độ nước khỏi bình ngưng; ∆tk – hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, ∆tk = 3÷5oC có nghĩa nhiệt độ ngưng tụ cao nhiệt độ nước từ đến 50C.Ta chọn ∆tk = 3oC Nhiệt độ nước đầu vào đầu chênh lệch 2÷6 oC phụ thuộc vào kiểu bình ngưng: Tw2 = tw1 + (2÷6)oC tw2 – nhiệt độ nước khỏi bình ngưng; tw1 – nhiệt độ nước vào bình ngưng Đối với bình ngưng ống vỏ nằm ngang ta chọn = 4oC nghĩa là: tw2 = tw1 + 4oC Tại Hà Nội ta tính toán tw1 = 37,6÷ 39,6oC → ta chọn tw1 = 38oC tw2 = tw1 + 4oC = 38 + = 42oC → tk = tw2 + ∆tk = 42 + = 45oC Vậy tk= 45oC Từ số liệu chọn kết hợp tra đồ thị lgp – h môi chất R717 ta thông số sau: Tại t0 = - 9oC → p0 = 2,9 bar Tại tk = 45oC → pk = 18 bar Từ ta xác định tỉ số nén ∏ = = 6,3 ˂ → ta chọn chu trình cấp cho hệ thống lạnh Ngày thiết bị lạnh làm cho máy lạnh thêm cồng kềnh, tiêu tốn vật tư tăng, giá thành tăng mà hiệu đem lại không cao máy lạnh không trang bị thiết bị Trên sở thực tế sở bỏ không sử dụng thiết bị lạnh Việc lạnh thực thiết bị ngưng tụ cách để mức lỏng ngập vài ống cuối bình ngưng ống chum Nước cấp vào bình qua ống trước để lạnh lỏng sau lên ống để ngưng tụ môi chất Do nhiệt độ cuối tầm nén ammoniac cao nên ta lại cần giảm độ nhiệt nhỏ tốt Trong điều kiện vận hành việt nam nên chọn bình tách lỏng hiệu cao để giảm độ nhiệt hút đến giới hạn thấp Vậy ta chọn chu trình khô dùng bình tách lỏng cho hệ thông lạnh qk c Sơ đồ nguyên lý, đồ thị, chu trình lý thuyết: II [...]... làm lạnh ∆t – hiệu nhiệt độ yêu cầu Trong các hệ thống lạnh gián tiếp, nhiệt độ sôi của môi chất lạnh lấy thấp hơn nhiệt độ nước muối 5÷6oC và nhiệt độ của chất tải lạnh lấy thấp hơn nhiệt độ sản phẩm từ 5÷8oC Vậy ta chọn hiệu nhiệt độ tối ưu: ∆t0 = 8oC → t0 = -1 – 8 = -9oC b Nhiệt độ ngưng tụ tk Phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ: Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước. .. trình làm lạnh nước sử dụng chất tải lạnh Glycol Đảm bảo được các yêu cầu tốt nhất về năng suất lạnh, kinh tế và an toàn cho hệ thống làm lạnh gián tiếp qua chất tải lạnh Glycol không trực tiếp tiếp xúc với sản phẩm là nước tinh khiết 4 Chọn chu trình lạnh cho hệ thống a .Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh t0 Nhiệt độ của môi chất lạnh dùng để tính toán ta có thể lấy như sau: t0 = tb + ∆t0 tb - nhiệt độ Glycol... được làm mát trong 1 ngày đêm, t/ngày đêm: Cp: là nhiệt dung riêng của dung dịch nước t1 : nhiệt nước lúc đầu t2 : nhiệt nước sau khi được làm lạnh T : thời gian làm lạnh trong 24h + + + + + Lưu lượng nước một ngày đêm G = 20.24 = 480m3 Khối lượng riêng của nước là 1000 kg/m3 ⇒ Gd = 480.1000 = 480000 kg/24h Nhiệt dung riêng của nước ⇒ Cp = 4186(J/kg.K) Nhiệt độ nước ban đầu o ⇒ t1= 30 C Nhiệt độ của nước. .. cấp nước bổ xung và ống xả tràn Hình 2.6: Tháp giải nhiệt Rinki CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ CHỌN THIẾT BI I Tính toán nhiệt 1 − − − − Sơ lược về hệ thống lạnh được thiết kế: Làm lạnh trực tiếp chất tải lạnh Glycol Xây 2 bể chứa Glycol để hệ thống được làm việc ổn định Sử dụng tháp giải nhiệt bằng nước để giải nhiệt Hệ thống sử dụng chu trình khô làm lạnh chất tải lạnh Glycol tuần hoàn trong − hệ. .. khi ga lạnh sẽ được ngưng tụ lại và tái sử dụng Hệ thống lạnh chiller là sự kết hợp một cách khoa học có tính toán hoạt động nhịp nhàng của các thành phần trong hệ thống Hệ thống cơ bản gồm 4 thành phần chính: - Cụm trung tâm nước water chiller - Hệ thống đường ống nước lạnh và bơm nước lạnh - Hệ thống tái sử dụng trực tiếp: AHU, FCU, PAU, PHE… - Hệ thống cooling tower đối với Chiller giải nhiệt nước. .. Trong hệ thống lạnh giải nhiệt bằng nước bắt buộc phải sử dụng tháp giải nhiệt. Tháp giải nhiệt được sử dụng giải nhiệt nước làm mát bình ngưng trong hệ thống lạnh Tháp giải nhiệt có thân và đáy đươc làm bằng vật liệu composit.Bên trong có các khối bằng nhựa có tác dụng làm tơi nước, tang bề mặt tiếp xúc, thường có hai khối.Ngoài ra bên trong còn có hệ thống phun nước, quạt hướng trục .Hệ thống phun nước. .. đến 4oC ta tính được phụ tải nhiệt của dung dịch nước: Trong đó: Gd : lượng dung dịch nước được làm mát trong 1 ngày đêm, t/ngày đêm: Cp: là nhiệt dung riêng của dung dịch nước t1 : nhiệt độ của nước lúc đầu t2 : nhiệt độ của nước sau khi được làm lạnh T : thời gian làm lạnh trong 24h Hệ số chuyển đổi từ t/ngày đêm ra đơn vị kg/s; G = 20.24= 480 kg/24h Khối lượng riêng của nước: d = 1000 kg/m3 → Gd =... loại lưu lượng qua bình bốc hơi không thay đổi hay thay đổi lưu lượng nước, … 2 Hệ thống lạnh chiller 2.1.Phân loai Máy lạnh được chia làm 2 loại chính: máy lạnh động cơ, sử dụng động cơ là máy nén khí để hoạt động và loại máy lạnh thẩm thấu để vận hành trong quá trình trao đổi nhiệt Mỗi loại máy lạnh đều có ưu nhược điểm riêng; máy lạnh cơ động thì năng động hơn, được thiết kế gọn gàng hơn, máy lạnh dùng... tải lạnh Khi thêm Propylene Glycol, PG vào nước sẽ làm giảm nhiệt độ đông của nước thấp hơn Chất này được dùng làm chất làm lạnh rất tốt Ưu điểm : bay hơi thấp nên tỷ lệ hao hụt khi sử dụng thấp Sử dụng trong các nhà máy bia và nước giải khát 3 Chọn kích thước và kết cấu bể chứa 3.1 Chọn kích thước bể chứa Glycol dung dịch Glycol Theo đề bài ra thì sẽ làm lạnh nước 20 m3/h từ nhiệt độ 30oC đến. .. kho lạnh bảo quản, vì đặc điểm của NH3 là độc và làm hỏng thực phẩm, nếu xảy ra rò rỉ môi chất bên trong các kho lạnh thì rất khó phát hiện, khi phát hiện thì đã quá trễ Khác với các thiết bị cấp đông, máy đá hoạt động theo mẻ, hàng hoá chỉ đưa vào làm lạnh trong một thời các loại và dây chuyền I.Q.F, hệ thống làm lạnh glycol trong nhà máy bia đều rất thích hợp khi sử dụng NH3 Nhược điểm của NH3 là làm