Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế hệ thống kho lạnh bảo quản 250 tấn tôm
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHO LẠNH BẢO QUẢN 250 TẤN TÔM GVHD: ThS Đào Thanh Khê SVTH: LỚP: MSSV: Tp Hồ Chí Minh, Tháng 12/2017 Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Đào Thanh Khê, giảng viên Bộ mơn Q trình thiết bị trường đại học Cơng Nghiệp Thực Phẩm người tận tình hướng dẫn, bảo em suốt trình làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường đại học Công Nghiệp Thực Phẩm nói chung, thầy khoa Cơng Nghệ Hóa Học nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương môn chuyên ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt q trình học tập hồn thành đồ án Đồ án nhiều sai sót mong thầy bỏ qua i Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nhóm sinh viên gồm : 1…………………………… MSSV…………… Nhận xét : …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Điểm đánh giá: …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… Ngày ……….tháng ………….năm 2014 ( ký tên, ghi rõ họ tên) ii Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê MỤC LỤC Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê PHẦN TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan kỹ thuật lạnh 1.1.1 Lịch sử phát triển kỹ thuật lạnh Con người biết làm lạnh sử dụng lạnh từ cách lâu Ngành khảo cổ học phát hang động có mạch nước ngầm nhiệt độ thấp chảy qua dùng để chứa thực phẩm lương thực khoảng từ 5000 năm trước Các tranh vẽ tường kim tự tháp Ai Cập cách khoảng 2500 năm mơ tả cảnh nơ lệ quạt bình gốm xốp cho nước bay làm mát khơng khí Cách 2000 năm, người Ấn Độ Trung Quốc biết trộn muối vào nước nước đá để tạo nhiệt độ thấp Nhưng kỹ thuật lạnh đại bắt đầu phải kể từ Giáo sư Black tìm nhiệt ẩn hóa nhiệt ẩn nóng chảy vào năm 1761 ‒ 1764 Con người biết làm lạnh cách cho bay chất lỏng áp suất thấp Tiếp theo phát quan trọng đó, Clouet Monge lần hóa lỏng khí SO2 vào năm 1780 Từ 1781, Cavallo bắt đầu nghiên cứu tượng bay cách có hệ thống Thế kỷ XIX thời kỳ phát triển mạnh mẽ kỹ thuật lạnh Năm 1823, Faraday bắt đầu công bố cơng trình hóa lỏng khí SO2, H2S, CO2, N2O, C2H2, NH3 HCl Đến 1845, ơng hóa lỏng hầu hết loại khí kể êtylen, phải bó tay trước khí O 2, N2, CH4, CO, NO H2 Người ta cho chúng khí khơng hóa lỏng ln ln thể khí nên gọi khí “vĩnh cửu ‒ permenant”, lý Natlerev (Áo) nén chúng tới áp lực cực lớn 3600 atm mà khơng hóa lỏng chúng Mãi tới 1869, Andrew (Anh) giải thích điểm tới hạn khí hóa lỏng, nhờ Cailletet Picle (Đức) hóa lỏng O2, N2 tách chưng cất, K.Onnes (Hà Lan) hóa lỏng Heli Năm 1834, J.Perkins (Anh) đăng ký phát minh máy lạnh nén với đầy đủ thiết bị máy lạnh nén đại gồm có máy nén, dàn ngưng tụ, dàn bay van tiết lưu Đến cuối kỷ XIX, nhờ có loạt cải tiến Linde (Đức) với việc sử dụng amôniắc làm môi chất lạnh cho máy lạnh nén hơi, việc chế tạo sử dụng máy lạnh nén thực phát triển rộng rãi hầu hết ngành kinh tế quốc dân Máy lạnh hấp thụ Leslie (Pháp) đưa vào năm 1810 máy lạnh hấp thụ chu kỳ với cặp mơi chất H 2O/H2SO4 Đến kỷ XIX, phát triển cách rầm rộ nhờ kỹ sư tài ba Carré (Pháp) với hàng loạt phát minh máy lạnh hấp thụ chu kỳ liên tục với cặp môi chất khác Máy lạnh hấp thụ khuếch tán hồn tồn khơng có chi tiết chuyển động Geppert (Đức) đăng ký phát minh năm 1899 Platen Munters (Thụy Điển) hoàn thiện vào năm 1922 nhiều nước giới sản xuất chế tạo Page Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê hàng loạt có vị trí quan trọng ngày Máy lạnh nén khí bác sĩ người Mỹ Gorrie chế tạo vào năm 1845 Dựa vào kết nghiên cứu nhà lý thuyết, bác sĩ Gorrie thiết kế chế tạo thành công máy lạnh nén khí dùng để điều tiết khơng khí cho trạm xá chữa bệnh sốt cao ơng Nhờ thành tích đặc biệt mà ông trạm xá ông trở nên tiếng giới Máy lạnh Êjectơ nước Leiblanc chế tạo năm 1910 Đây kiện có ý nghĩa trọng đại máy lạnh Êjectơ nước đơn giản Năng lượng tiêu tốn cho lại nhiệt nên tận dụng nguồn lượng phế thải để làm lạnh Một kiện quan trọng lịch sử phát triển kỹ thuật lạnh việc sản xuất ứng dụng freôn Mỹ vào năm 1930 Freôn thực chất chất hữu hydrocacbua no chưa no mêtan (CH4), êtan (C2H6)… thay phần toàn nguyên tử hyđrô nguyên tử gốc halôgen clo (Cl), flo (F) brôm (Br) Các chất sản xuất xưởng Dupont Kinetic Chemical Inc với tên thương mại freon Đây môi chất lạnh có nhiều tính chất q báu khơng cháy, khơng nổ, khơng độc hại, phù hợp với chu trình làm việc máy lạnh nén hơi, góp phần tích cực vào việc thúc đẩy kỹ thuật lạnh phát triển, kỹ thuật điều hòa khơng khí Ngày nay, kỹ thuật lạnh đại tiến bước xa, có trình độ khoa học kỹ thuật ngang với ngành kỹ thuật tiên tiến khác Phạm vi nhiệt độ kỹ thuật lạnh ngày mở rộng nhiều 1.1.2 Cơ sở lý thuyết làm lạnh thủy sản Mục đích q trình lạnh đơng thủy sản hạ nhiệt độ xuống thấp Vì làm chậm lại ươn hỏng sản phẩm tan sau thời gian bảo quản lạnh đông không bị thay đổi tính chất ban đầu nguyên liệu tươi Bảo quản lạnh lạnh đông thường áp dụng thủy sản xuất Thủy sản lạnh đông xuất thường quan trọng với nước phát triển giá thành sản phẩm cao tôm lạnh đông, mang lại thu nhập có giá trị cao so với loại sản phẩm thục phẩm khác tiêu thụ nội địa 1.1.3 Tiến trình lạnh đơng Thủy sản chiếm 75% trọng lượng nước Lạnh đơng q trình chuyển đổi hầu hết lượng nước cá thành nước đá Nước thủy sản dạng chất hòa tan dạng keo Điểm lạnh đông hạ xuống 0C Điểm lạnh đơng phụ thuộc vào nồng độ chất hòa tan dung dịch Điểm lạnh đông tiêu biểu thủy sản -10 0C đến -200C Trong suốt trình lạnh đông, nước chuyển đổi thành nước đá, nồng độ muối hữu vơ hòa tan tăng lên, điểm lạnh đông tiếp tục hạ thấp Ngay Page Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê nhiệt độ -25 C, có 90 đến 95% nước thực đóng băng Lượng nước không bao gồm nước liên kết (nghĩa nước liên kết hóa học với phần tử đặc biệt carbonyl, nhóm amino protein liên kết hydro) Vì khơng có điểm lạnh đơng cố định Tuy nhiên, phần nước lớn (khoảng 75 – 80%) đông kết nhiệt độ -100C -500C Khoảng nhiệt độ gọi điểm tới hạn hay vùng lạnh đơng Trong suốt giai đoạn đầu q trình làm lạnh, nhiệt độ giảm nhanh xuống điểm lạnh đơng nước (00C) Khi lượng nhiệt u cầu tách lớn giai đoạn để chuyển lượng lớn nước liên kết thành nước đá, thay đổi nhiệt độ giai đoạn gọi giai đoạn ngưng nhiệt Có khoảng 3/4 nước chuyển đổi tạo thành nước đá, nhiệt độ lần bắt đầu giảm suốt giai đoạn thứ lượng nước lại đóng băng Một lượng nhỏ nhiệt tách suốt giai đoạn 1.1.4 Nhiệt độ thời gian đông lạnh thủy sản Sự ươn hỏng tiếp tục giảm nhanh nhiệt độ 0C Đây điểm quan trọng để chuyển nhanh đến điểm tới hạn lạnh đơng Tuy nhiên, q trình lạnh đơng chậm cho kết sản phẩm có chất lượng nguyên nhân dẫn đến phân giải protein Khi nhiệt độ sản phẩm giảm xuống 0C, dung dịch làm lạnh xuống nhanh, sau dung dịch bắt đầu kết tinh hình thành kết tủa tinh thể nước đá hình thành giai đoạn Đầu tiên có phân tử, phân tử nhỏ chất lơ lửng khơng hòa tan chất lỏng kết hợp ngẫu nhiên phân tử nước để tạo thành tinh thể nước đá theo tiêu chuẩn Page Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê Sang giai đoạn 2, tinh thể lớn dần lên, lượng nhiệt tách chậm kết làm cho trình lạnh đơng chậm lại, tinh thể đá hình thành với kích thước lớn số lượng hơn, gây phá vỡ vách tế bào, kết làm chất dịch làm thay đổi cấu trúc sản phẩm tan giá Ngược lại, lượng nhiệt tách nhanh kết trình lạnh đông nhanh, tạo số lượng lớn tinh thể nước đá nhỏ Vì giảm hao hụt chất dịch phá vỡ vách tế bào Tuy nhiên, vách tế bào cá xem lớp màng elastic để chống lại phá vỡ vách tế bào từ hình thành tinh thể nước đá lớn để giảm dịch tan giá cá lạnh đông Thực tế, phần lớn lượng nước liên kết cấu trúc protein không bị rò rĩ tan giá Lượng nước liên kết xác định ép mơ cá tươi tay khơng thấy có chất lỏng thoát Tuy nhiên, tan giá loại sản phẩm cá có chất dịch từ phần thịt cá, giải thích thơng qua phân giải protein suốt tiến trình lạnh đông gây nên biến đổi protein làm khả liên kết nước Sự phân giải protein dựa nồng độ enzym (và thành phần khác) nhiệt độ Sự gia tăng nồng độ enzym làm gia tăng tốc độ phân giải Sự phân giải giảm nhiệt độ hạ thấp Dĩ nhiên, nhiệt độ hạ thấp, lượng nước lớn chuyển thành nước đá nồng độ enzym dung dịch tăng lên Vì điểm lạnh đơng nước, nồng độ nhiệt độ có mối quan hệ gần Khoảng nhiệt độ tối ưu cho trình phân giải protein từ -10 0C đến -200C Vì để giảm rò rĩ chất dịch tan giá đến mức thấp nhất, thời gian để nhiệt độ sản phẩm nằm khoảng nhiệt độ suốt trình lạnh đông phải ngắn tốt Sự phân giải protein dẫn đến nước suốt trình bảo quản lạnh đông Lạnh đông nhanh dạng phổ biến, ứng dụng rộng rãi hầu hết tiến trình lạnh đơng thực phẩm Trong lạnh đơng nhanh có khái niệm lạnh đơng IQF hay gọi lạnh đơng rời Lạnh đơng nhanh khó để xác định Mặc dù Anh có đề nghị tất loài cá nên giảm nhiệt độ từ 0C đến -500C Tuy nhiên, bị xem thời gian dài cho sản phẩm Như trên, hạ thấp nhiệt độ làm giảm tốc độ phản ứng Hơn nữa, lượng nước cá đơng đặc trở nên dạng liên kết Vì giảm độ hoạt động nước (aw) giảm phát triển vi khuẩn Vì nói Page Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê tiến trình lạnh đơng bảo quản cá kết hợp giảm nhiệt độ hạ thấp độ hoạt động 1.1.5 Phân loại kho lạnh Có nhiều kiểu kho bảo quản dựa phân loại khác nhau: Theo cơng dụng người ta phân loại kho lạnh sau: - Kho lạnh sơ bộ: Dùng làm lạnh sơ hay bảo quản tạm thời thực phẩm nhà máy chế biến trước chuyển sang khâu chế biến khác - Kho chế biến: Được sử dụng nhà máy chế biến bảo quản thực phẩm (nhà máy đồ hộp, nhà máy sữa, nhà máy chế biến thuỷ sản, nhà máy xuất thịt vv ) Các kho lạnh loại thường có dung tích lớn cần phải trang bị hệ thống có cơng suất lạnh lớn Phụ tải kho lạnh thay đổi phải xuất nhập hàng thường xuyên - Kho phân phối, kho trung chuyển: Dùng điều hoà cung cấp thực phẩm cho khu vực dân cư, thành phố dự trữ lâu dài Kho lạnh phân phối thường có dung tích lớn trữ nhiều mặt hàng có ý nghĩa lớn đến đời sống sinh hoạt cộng đồng - Kho thương nghiệp: Kho lạnh bảo quản mặt hàng thực phẩm hệ thống thương nghiệp Kho dùng bảo quản tạm thời mặt hàng doanh nghiệp bán thị trường - Kho vận tải (trên tàu thuỷ, tầu hoả, xe ôtô ): đặc điểm kho dung tích lớn, hàng bảo quản mang tính tạm thời để vận chuyển từ nơi sang nơi khác - Kho sinh hoạt: loại kho nhỏ dùng hộ gia đình, khách sạn, nhà hàng dùng bảo quản lượng hàng nhỏ Theo nhiệt độ người ta chia ra: - Kho bảo quản lạnh: Nhiệt độ bảo quản thường nằm khoảng -2 oC đến 5oC Đối với số rau nhiệt đới cần bảo quản nhiệt độ cao (chuối > 10oC, chanh > 4oC) Nói chung mặt hàng chủ yếu rau mặt hàng nông sản - 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 Page Khoa công nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê o quản tối thiểu phải đạt -18 C vi sinh vật phát triển làm hư hại thực phẩm trình bảo quản - Kho đa năng: Nhiệt độ bảo quản -12oC - Kho gia lạnh: Nhiệt độ oC, dùng gia lạnh sản phẩm trước chuyển sang khâu chế biến khác - Kho bảo quản nước đá: Nhiệt độ kho tối thiểu -4oC Theo dung tích chứa Kích thước kho lạnh phụ thuộc chủ yếu vào dung tích chứa hàng Do đặc điểm khả chất tải cho loại thực phẩm có khác nên thường qui dung tích thịt (MT-Meet Tons) Ví dụ kho 50MT, Kho 100MT, Kho 150 MT vv kho có khả chứa 50, 100, 150 vv thịt Theo đặc điểm cách nhiệt người ta chia ra: - Kho xây: Là kho mà kết cấu kiến trúc xây dựng bên người ta tiến hành bọc lớp cách nhiệt Kho xây chiếm diện tích lớn, lắp đặt khó, giá thành tương đối cao, khơng đẹp, khó tháo dỡ di chuyển Mặt khác mặt thẩm mỹ vệ sinh kho xây không đảm bảo tốt Vì nước ta người ta sử dụng kho xây để bảo quản thực phẩm - Kho panel: Được lắp ghép từ panel tiền chế polyurethan lắp ghép với móc khố camlocking Kho panel có hình thức đẹp, gọn giá thành tương đối rẻ, tiện lợi lắp đặt, tháo dỡ bảo quản mặt hàng thực phẩm, nông sản, thuốc men, dược liệu vv Hiện nhiều doanh nghiệp nước ta sản xuất panel cách nhiệt đạt tiêu chuẩn cao Vì hầu hết xí nghiệp cơng nghiệp thực phẩm sử dụng kho panel để bảo quản hàng hố 1.1.6 Mơi chất lạnh • Khái niệm Mơi chất lạnh (còn gọi tác nhân lạnh, ga lạnh, hay môi chất lạnh) chất mô giới sử dụng chu trình nhiệt động ngược chiều để thu nhiệt mơi trường có nhiệt độ thấp thải nhiệt mơi trường có nhiệt độ cao hơn, mơi chất lạnh tuần hồn hệ thống nhờ q trình nén thực máy nén • Yêu cầu mơi chất lạnh Page 10 Khoa cơng nghệ hóa học ΔtbxT tra bảng 4-1,Tr108,[1] ta ΔtbxT = 40C • GVHD: Đào Thanh Khê Dòng nhiệt qua trần xạ mặt trời (CT 4-6,Tr78,[1]) Do trần màu xám nên ΔtbxTr = 190C Vậy Vậy dòng nhiệt qua kết cấu bao che: 4.2 Xác định dòng nhiệt sản phẩm toả Q - Dòng nhiệt sản phẩm toả xác định qua biểu thức: Q = Q21 + Q22 (W) Trong đó: Q21: Dòng nhiệt sản phẩm toả Q22: Dòng nhiệt bao bì toả • Xác định dòng nhiệt sản phẩm toả Q21 - Dòng nhiệt toả sản phẩm xác định qua biểu thức sau: Q21 = M ( h1 − h2 ) 1000 24.3600 (kW) (CT 4-7,Tr80,[1]) 1000 /(24.3600) hệ số chuyển đổi từ t/ngày đêm đơn vị kg/s Trong h1,h2: entanpy sản phẩm trước sau xử lí lạnh Theo bảng (4-2,Tr81,[1]) ứng với t1 =- 80C ta có h1 = 43,5 KJ/kg, ứng với t = -180C ta có h2 = kJ/kg M : Lượng hàng nhập vào buồng bảo quản lạnh,t/24h E1: dung tích buồng bảo quản lạnh,t Page 34 Khoa cơng nghệ hóa học M = 10% E = 10% 250 = 25 Vậy Q21 = 25.( 43,5 − 5) GVHD: Đào Thanh Khê 1000 24.3600 = 11,14(kW) • Xác định dòng nhiệt bao bì toả Q22 - Dòng nhiệt bao bì toả xác định qua biểu thức Q22 = M b Cb ( t1 − t ) 1000 24.3600 (CT 4-13,Tr84,[1]) Trong đó: Mb : khối lượng bao bì đưa vào sản phẩm ,t/24h Ta có: Mb = 10%M = 0,125= 2,5(kg/s) Cb: Nhiệt dung riêng bao bì ta sử dụng thùng cactong: Cb= 1,46 kJ/kgK t1,t2: Nhiệt độ trước sau làm lạnh bao bì t1 = - 80C t2 = -180C Vậy Q22 = 2,5.1,46.(-8 + 18).= 0,423 (kW) Vậy tổng lượng nhiệt sản phẩm toả là: Q2 = Q21 + Q22 = 11,14 + 0,423 = 11,563 (kW) 4.3 Dòng nhiệt vận hành toả Q4 • Q41: Dòng nhiệt chiếu sáng (CT 4-17,Tr86,[1]) Trong đó: F: diện tích buồng, m2 A: nhiệt lượng tỏa chiếu sáng 1m diện tích buồng hay diện tích buồng bảo quản lạnh A= 1,2W/m2 Page 35 Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê • Q42: Dòng nhiệt người tỏa Trong đó: n: số người làm việc phòng lạnh 350: nhiệt lượng người thải làm công việc nặng nhọc, 350W/người Dựa vào diện tích buồng lạnh ta chọn số người làm việc buồng người ( Theo tài liệu hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh - trang 86) • Q43: dòng nhiệt động điện (dàn lạnh, quạt thơng gió) (CT 4-19a,Tr87,[1]) Trong đó: N: cơng suất động điện,KW 1000: hệ số chuyển đổi từ KW sang W Công suất động điện lấy giá trị định hướng cho buồng bảo quản lạnh N=1÷4 KW ( buồng có diện tích nhỏ lấy giá trị nhỏ, buồng có diện tích lớn lấy giá trị lớn) (Theo Tài Liệu số [1],Tr 87) Vậy chọn N = KW • Q44: Dòng nhiệt mở cửa ,(W) (CT 4-20,Tr87,[1]) Trong đó: F: diện tích buồng lạnh B: dòng nhiệt riêng mở cửa, B (ở chiều cao 4m) = 12W/m (tra bảng 44,Tr87,[1]) Vậy dòng nhiệt vận hành Q4: Tính nhiệt tải cho máy nén 4.4 Xác định suất lạnh qua thiết bị Page 36 Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê Khi xác định suất lạnh máy nén cần phải tính đến thời gian làm việc MN tổn thất đường ống hệ thống lạnh ta phải nhận thêm hệ số an tồn k, ta có: Q0 = K Q MN b (CT 4-24,Tr91,[1]) Trong đó: K: hệ số lạnh kể đến tổn thất đường ống thiết bị hệ thống lạnh Chọn k = 1,034(tra Tr92,[1]) b: hệ số thời gian làm việc với kho 250 lấy b = 0,9 (tra Tr92,[1]) Vậy ta có: Q0 = 1,034.26345,12 0,9 = 30267,6 (w) PHẦN TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH HỆ THỐNG LẠNH 5.1 Tính chọn máy nén Dùng máy nén cấp chu trình khô Đồ thị thông số điểm nút: Điểm nút t,0C P, Pa h, Kj/kg v,m3/kg Trạng thái -20 1,327 386,55 0,14 Hơi nhiệt 49 10,1 428 Hơi nhiệt 40 10,1 245,5 Lỏng bão hồ -20 1,327 245,5 Hơi bão hòa ẩm Năng suất khối lượng: q0 = h1 - h4 = 386,55 − 245,5 = 132,05 (kJ/kg) (7-1)[1] Năng suất thực tế máy nén ( lưu lượng môi chất nén qua máy nén) Page 37 Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê Q0 30,2676 = = 0,223( KJ / s ) q 132 , 05 mtt = Năng suất thể tích thực máy nén: Công nén đoạn nhiệt: Công nén đoạn nhiệt chu trình tính theo cơng thức sau: (7-19),[1] Công suất thị: Là công nén thực trình nén lệch khỏi trình nén đoạn nhiệt lý thuyết (7-20),[1] = + 0,001.(-20) =0,788 (7-21/170)[1] = 11,73 (KW) Cơng suất ma sát: Trong đó: • Pms: áp suất ma sát riêng, máy nén Freôn thẳng dòng Pms= 0,039÷0,059MPa, chọn Pms = 0,05 MPa = 0,05.106 N/m2 =.0,05.106 = 1561 N.m/s = 1,561 KW Cơng suất hữu ích: Là cơng nén có tính đến tổn thất ma sát chi tiết máy xác định công thức: (7-22),[1] = 11,34 + 1,561 = 12,901 (KW) Công suất điện : Là công suất đo bảng đấu điện Trong đó: Page 38 Khoa cơng nghệ hóa học Hiệu suất truyền động khớp, đai… Hiệu suất động cơ: GVHD: Đào Thanh Khê (7-24)[1] = = 15,08 KW Công suất động lắp đặt: (công thức 7-25)[1] Phụ tải nhiệt dàn ngưng Qk = Q0 + Ni (kW) Với Q0: suất máy nén Ni : công nén thị (kW) Qk = 30,2676 + 11,34 = 41,6 (kW) 5.2 Tính tốn thiết bị ngưng tụ 5.2.1 Chọn thiết bị ngưng tụ: Chọn thiết bị ngưng tụ vỏ ống nằm ngang Đây loại thiết bị ứng dụng rộng rãi hệ thống lạnh suất vừa lớn.Dùng thích hợp cho nơi có nguồn nước sạch, giá thành nước không cao - Do tác nhân lạnh Freon nên để phù hợp với tính chất mơi chất ống trao đổi nhiệt thường ống đồng có cánh nhơm lồng vào bề mặt ngồi ống để tăng cường khả truyền nhiệt từ phía freon - Nước lạnh ống truyền nhiệt nhận nhiệt tác nhân lạnh để hoá lỏng tác nhân lạnh Lượng nước tuần hoàn nhờ cho qua tháp giải nhiệt để giải nhiệt đến nhiệt độ ban đầu Lỏng tác nhân lạnh chảy xuống bình chứa cao áp - Ưu điểm + Đây loại thiết bị ngưng tụ gọn chắn + Có thể bố trí nhà mà chiếm diện tích + Tiêu hao kim loại nhỏ + Nhiệt độ nước làm mát tăng nhiều 10K + Nhiệt độ ngưng tụ suất lạnh ổn định, phụ thuộc vào nhiệt độ mơi trường mùa khí hậu năm Page 39 Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê + Phần thiết bị ngưng tụ kiêm ln chức bình chứa + Hệ số truyền nhiệt tương đối lớn + Dễ chế tạo lắp đặt, sửa chửa làm ống ống học hay hoá học - Nhược điểm + Phải có diện tích dự phòng phía đầu bình có phương án thích hợp để rút ống sửa chửa thay + Yêu cầu lượng nước làm mát lớn nhanh tạo cáu bẩn + Phải có thiết bị tháp giải nhiệt Thiết bị ngưng tụ dùng để ngưng nén từ máy nén thành lỏng cao áp trước qua van tiết lưu vào dàn bay Ta có Qk = 41,6 (kW) Chọn ngưng tụ bình ngưng ống chùm nằm ngang freon Kiểu Diện tích bề mặt ngồi,m2 Chiều dài ống, m Đường kính Số vỏ, mm ống Tải nhiệt max,kW Số lối KTP-12 12,8 1,2 371 43,3 4;2 86 - Lượng nước làm mát cung cấp cho thiết bị ngưng tụ Trong đó: Qk: Tải nhiệt thiết bị ngưng tụ, kw, Qk = kw C: nhiệt dung riêng nước, Cn = 4,19 KJ/kg.K ρ: khối lượng riêng nước, ρ = 1000kg/m3 Δtw: Độ tăng nhiệt độ thiết bị ngưng tụ 5.3 Tính tốn thiết bị bay 5.3.1 Vai trò thiết bị: Thiết bị bay thiết bị trao đổi nhiệt thu nhiệt từ mơi trường làm lạnh tuần hồn thiết bị bay đối tượng làm lạnh để nhận nhiệt làm lạnh đối tượng làm lạnh, làm lạnh trực tiếp khơng có mặt đối tượng làm lạnh trung gian (chất tải lạnh) Page 40 Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê 5.3.2 Tính chọn thiết bị bay hơi: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết • • Trong đó: • Q0: Năng suất lạnh, Q0 = 30,2676 kW • K: Hệ số truyền nhiệt • Tra bảng 8-7 [1]: k = 500 W/m2.K • ∆ttb : hiệu nhiệt độ trung bình logarit mơi chất lạnh chất • Đối với bình bay ống xoắn freon sơi ống 10oC Theo bảng 8-9 trang 237 [ ] chọn thiết bị bay vỏ freon sôi ống Thiết bị bay ИTBP-6,3 Diện tích bề mặt, m2 6,3 Đường kính, mm Chiều dài mm Số ống Sức chứa m3 273 2000 64 0,0072 5.4 Bình chứa cao áp 5.4.1 Nhiệm vụ: Bình chứa cao áp dùng để chứa môi chất sau ngưng dàn ngưng giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ trì cấp dòng liên tục cho van vị trí lắp đặt sau dàn ngưng trước tiết lưu 5.4.2 Vị trí cấu tạo: Bình chứa cao áp đặt bình ngưng cân áp suất với bình ngưng đường ống cân lỏng Bình chứa cao áp lắp đặt sau dàn ngưng trước van tiết lưu theo quy định an tồn bình chứa cao áp phải chứa 30% thể tích tồn hệ thống dàn bay (tất dàn tĩnh dàn quạt) hệ thống lạnh có bơm cấp mơi chất lạnh từ 60% thể tích dàn HTL cấp môi chất lạnh từ lên Khi vận hành chất lỏng bình chứa cao áp phép chốn 50% thể tích bình Page 41 Khoa cơng nghệ húa hc GVHD: o Thanh Khờ BầNH CHặẽA CAO AẽP Chú thích : Áp kế , áp kế có ống xiphơng để giảm rung cho kim áp kế Van an tồn, van an tồn có van chặn để cô lập sữa chữa van an toàn tác dụng Đường vào lỏng cao áp Đường cân với thiết bị ngưng tụ để lỏng từ bình ngưng chảy xuống bình chứa dễ dàng Đường dự trữ làm đường xả khí khơng ngưng Ống thuỷ sáng để quan sát mức lỏng bình Đường lỏng cao áp tới van tiết lưu 5.5 Bình tách lỏng: 5.5.1 Nhiệm vụ: Bình tách lỏng bố trí đường hút máy nén để tách giọt chất lỏng khỏi luồng hút máy nén, tránh cho máy nén không hút phải lỏng gây va đập thủy lực làm hư hỏng máy nén 5.5.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động: Cấu tạo: Page 42 BNT Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê Bình 7tách lỏng đơn giản bình hình trụ đặt đứng lắp đặt đường hút từ 12thiết bị bay P1về máy nén Do bình tách lỏng nằm dàn bay máy nén nên 11 10tổn thất lạnh cho hệ thống ta bọc lớp polystirol để cách nhiệt cho bình để tránh tách lỏng 13 Bình tách lỏng – thân bình hình trụ – đường + ẩm từ dàn bay – đường khô máy nén – đường lỏng từ van tiết lưu vào 5–đường lỏng về9 dàn bay 6– xả dầu Nguyên lý hoạt động: Bình tách lỏng có khả tách giọt môi chất lỏng cách làm thay đổi hướng chuyển động làm giảm vận tốc dòng chảy 5.6 Xác định tháp giải nhiệt Trong hệ thống lạnh sử dụng bình ngưng ống chùm, nước sau trao đổi nhiệt nhiệt độ tăng lên đáng kể Để giải nhiệt cho nước người ta sử dụng tháp giải nhiệt 5.6.1 Cấu tạo - Động quạt gió - Bơm nước - Vỏ thép - Đường nước lạnh cấp để mát bình ngưng - Chắn bụi nước - Đường nước nóng làm mát nhờ khơng khí ngược chiều từ lên Page 43 Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê - Dàn phun nước 10 - Phin lọc nước - Khối đệm 11 - Phễu cháy tràn - Cửa khơng khí vào 13 - Cấp nước bổ sung 12 - Van xả đáy (P1): áp kế 5.7 Phin sấy lọc: 5.7.1 Nhiệm vụ: - Phin sấy lọc có nhiệm vụ loại trừ cặn bẩn học tạp chất hóa học đặc biệt nước acid khỏi vòng tuần hồn mơi chất lạnh Phin sấy lọc lắp đường lỏng đường hệ thống lạnh - Cặn bẩn học đất cát, gỉ sắt, vẩy hàn, mạt kim loại Các cặn bẩn đặc biệt nguy hiểm cho máy nén chúng lọt vào xylanh chi tiết chuyển động Các cặn bẩn gây nguy hiểm với van, đặc biệt van tiết lưu Chúng gây tắc bẩn, làm cho chi tiết chuyển động máy nén mau mòn dễ gây cố - Các tạp chất hóa học đặc biệt ẩm (nước) acid tạo thành vòng tuần hồn làm han rỉ, ăn mòn chi tiết máy Nước đơng đá bịt kín van tiết lưu gây tắc ẩm 5.7.2 Cấu tạo: - Trong phin lọc dùng cho môi chất Freon cỡ nhỏ cỡ trung, phận lọc sấy đơn giản khối xeolit định hình keo dính đặc biệt đặc vỏ hàn kín - Phin lọc hệ thống lớn thường có thân hình trụ thép hàn đúc, bố trí đường vào cho lỏng Một đầu hình trụ có bố trí nắp để dễ dàng tháo phin vệ sinh Nếu có chức sấy, người ta bố trí thêm hạt hút ẩm tương ứng (zeolite, silicagel,…) vào bên lưới lọc • Phin lọc đường gồm có vỏ hình trụ có bố trí lưới lọc khung giữ khung đơn giản ống thép có khoan nhiều lỗ thông hơi, nắp dùng để tháo cặn chu kỳ • Phin lọc đường lỏng gồm có vỏ, lưới lọc, khung lưới, đường lỏng vào ra, nắp Ngồi phin có van xả dầu phía Page 44 Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê 5.7.3 Vị trí lắp đặt: • Phin lọc đường bố trí đường ống hút trước máy nén lắp đặt gom phía hút lắp đặt vỏ máy đường dẫn vào xi lanh • Phin lọc đường lọc bố trí đường lỏng phía trước van tiết lưu thiết bị tự động khác để đề phòng tắc bẩn 5.8 Van tiết lưu: 5.8.1 Nhiệm vụ: Van tiết lưu thiết bị hệ thống lạnh Nó có nhiệm vụ giảm áp suất môi chất lỏng từ nhiệt độ cao áp suất cao đến áp suất bay môi chất Nó làm nhiệm vụ điều chỉnh lượng mơi chất cấp vào thiết bị bay 5.8.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động: Cấu tạo: – đường vào lỏng cao áp; – màng đàn hồi; – van tiết lưu; – lò xo; – vít điều chỉnh lực lò xo; – bầu cảm biến ống xi phông; – đường hạ áp Nguyên lý hoạt động: • Bầu cảm biến nối với phía ngăn nhờ ống mao Trong bầu cảm biến có chứa chất lỏng dể bay hơi, thơng thường mơi chất lạnh sử dụng hệ thống Page 45 Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê - Khi bầu cảm biến đốt nóng, áp suất bên bầu cảm biến tăng, áp suất truyền theo ống mao tác động lên phía màng ngăn, ép lực ngược lại lực ép lò xo lên chốt Kết khe hở mở rộng ra, lượng môi chất qua van nhiều để vào thiết bị bay - Khi nhiệt độ bầu cảm biến giảm xuống, bầu cảm biến ngưng lại phần, áp suất bầu giảm, lực lò xo thắng lực ép đẩy chốt lên Kết van khép lại phần lưu lượng môi chất qua van giảm - Như vậy, trình làm việc van tự động điều chỉnh khe hở chốt thân van, nhằm khống chế mức dịch vào dàn lạnh công nghiệpvừa đủ trì đầu thiết bị bay có độ nhiệt định Độ nhiệt điều chỉnh cách tăng độ căng lò xo, căng lò xo tăng, độ nhiệt tăng 5.8.3 Vị trí lắp đặt: Van tiết lưu lắp đặt đường lỏng sau thiết bị bay hơi, trước bình tách lỏng dàn lạnh khơng khí 5.9 Mắt gas: 5.9.1 Nhiệm vụ: - Mắt gas kính quan sát lắp đường lỏng (sau phi sấy lọc) để quan sát dòng chảy mơi chất lạnh Ngồi việc thị dòng chảy, mắt gas có nhiệm vụ: + Báo hiệu đủ gas dòng gas khơng bị sủi bọt + Báo hiệu thiếu gas dòng gas sủi bọt mạnh + Báo hết gas xuất vệt dầu kính - Báo độ ẩm mô chất qua biến màu chấm màu tâm mắt gas so sánh với màu mắt gas xanh: khô,vàng, thận trọng, nâu ẩm Nếu bị ẩm định phải thay phin sấy - Báo hiệu hạt hút ẩm bị rã thấy gas bị vẩn đục, phải thay phin sấy lọc đề phòng van tiết lưu đường ống bị tắt 5.9.2 Cấu tạo: Mắt gas có thân hình trụ, phía kín phía có lắp k1inh để quan sát dòng gas chảy bên 5.9.3 Vị trí lắp đặt: Mắt gas lắp đặt đường lỏng, sau phin sấy lọc, trước van tiết lưu Page 46 Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê 5.10 Bơm - Trong hệ thống lạnh, để tuần hoàn dung dịch nước muối nước người ta sử dụng bơm ly tâm - Bơm ly tâm thường cấp độ chênh áp suất khơng cao - Cấu tạo gồm thân bơm gang bánh cánh quạt 5.11 Van chiều: - Được lắp đặt đường đẩy máy nén thiết bị ngưng tụ, có nhiệm vụ ngăn khơng cho dòng mơi chất từ thiết bị ngưng tụ chảy trở lại máy nén trường hợp dừng máy nén, sửa chữa máy nén máy nén bị cố - Khi máy nén hoạt động, áp suất cửa vào lớn cửa chút van tự động mở dòng đến thiết bị ngưng tụ Trường hợp ngược lại,khi dừng máy nén, áp suất phía cửa vào giảm xuống van chiều tự động đóng lại ngăn khơng cho dòng chảy trở máy nén 5.12 Van an toàn: Van an toàn bố trí thiết bị có áp suất cao chứa nhiều môi chất lỏng thiết bị ngưng tụ, bình chứa… Nó dùng để phòng trường hợp áp suất vượt mức quy định, áp suất thiết bị vượt mức quy định thì van an tồn mở để xả mơi chất thiết bị có áp suất thấp xả trực tiếp vào khơng khí 5.13 Áp kế: Dùng để đo áp suất môi chất đường ống thiết bị, áp kế lắp đường hút, đường đẩy máy nén, bình ngưng, bình chứa… Page 47 Khoa cơng nghệ hóa học GVHD: Đào Thanh Khê PHẦN KẾT LUẬN Sau thời gian thực đồ án em hoàn thành đồ án Qua q trình tính tốn thiết kế em rút số nhận xét sau: Ưu điểm đồ án: Đã vận dụng kiến thức số mơn học vào q trình tính toán thiết kế qua củng cố kiến thức phục vụ cho q trình cơng tách sau Đồ án giải đưa phương pháp xây dựng nhanh kho lạnh có dung tích vừa nhỏ đáp ứng nhu cầu Nhược điểm: Việc tính tốn tổn thất nhiệt chọn hệ thống lạnh mang tính lí thuyết, em nhiều thiếu sốt q trình tính tốn ÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đức Lợi, Hướng dẫn Thiết kế hệ thống lạnh, Nxb Khoa học kỹ thuật Hà Nội 1999 [2] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Kỹ thuật lạnh sở, Nxb Giáo dục 2005 [3] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Môi chất lạnh, Nxb Giáo dục 1998 [4] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Bài tập kỹ thuật lạnh, Nxb Giáo dục 2004 Page 48 ... BẰNG KHO LẠNH 2.1 Xác định số lượng kích thước kho lạnh Dung tích kho lạnh đại lượng cần thiết để xác định số lượng kích thước buồng lạnh Dung tích kho lạnh lượng hàng bảo quản đồng thời lớn kho, đơn... phẩm trình bảo quản - Kho đa năng: Nhiệt độ bảo quản -12oC - Kho gia lạnh: Nhiệt độ oC, dùng gia lạnh sản phẩm trước chuyển sang khâu chế biến khác - Kho bảo quản nước đá: Nhiệt độ kho tối thiểu... động 1.1.5 Phân loại kho lạnh Có nhiều kiểu kho bảo quản dựa phân loại khác nhau: Theo công dụng người ta phân loại kho lạnh sau: - Kho lạnh sơ bộ: Dùng làm lạnh sơ hay bảo quản tạm thời thực