Thiết kế kho lạnh bảo quản 100 tấn tôm đông lạnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ––&–– KỸ THUẬT LẠNH VÀ ỨNG DỤNG Thiết kế kho lạnh bảo quản 100 tấn tôm đông lạnh Điều kiện bảo quản: Nhiệt độ, độ ẩm môi trường thiết kế kho lạnh: Kho lạnh đặt tại TP.HCM, ta có: Nhiệt độ mùa hè: 37.3(oC) Độ ẩm: 74(%) Nhiệt độ bầu ướt: 33 (oC) Nhiệt độ đọng sương: 32 (oC) XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC BUỒNG LẠNH: 1.Dung tích kho lạnh: E = V.gv E : dung tích kho lạnh (t) V : thể tích kho lạnh (m3) gv : định mức chất tải thể tích (t/m3). gv= 0.45 (t/m3) Dung tích thật sự các buồng : Sản phẩm là táo Espvà thùng gỗ Ebb Chọn Ebb =10% Esp Esp = 100 (t) (đầu đề) Þ dung tích thật sự của buồng lạnh : E = Esp + Ebb = 100 + 10 = 110 (t) Þthể tích của buồng lạnh : V = E/gv = 110/0.45 = 244.44 (m3) 2.Diện tích buồng lạnh : Diện tích chất tải F = V/h h: là chiều cao chất tải (m) , chọn h= 5 ( m) Þ F=V/h =244.444/3 =81.48 (m2 ) Chọn chiều cao chất tải lạnh 3m và chiều cao buồng lạnh là 5m 3.Tải trọng của nền và trần: gF> gv * h => gF> 0.45*3 =1.35 t/m2 4.Diện tích lạnh cần xây dựng: F1= F/bF = 81.48/0.725 = 112.386 (m2) Với bF=0.725 (tra bảng 2-5 trang 34) Diện tích buồng lạnh quy chuẩn (bội của 36 m2) nên chọn F1= 108 m2 (9×12) Chọn kích thước kho như sau: chiều dài 12m, rộng 9m, cao 5m Tính chọn vách, tính đọng sương , đọng ẩm: Tính chiều dày cách nhiệt: δcn= λcn( Trong đó: Chọn vật liệu cách nhiệt là polystitol λcn=0,047 W/mK.(bảng 3.1). K: hệ số truyền nhiệt. Với nhiệt độ buồng lạnh = -25oC ,tra bảng 3-3 trang 84 ta được k = 0.21W/m2K a1: hệ số toả nhiệt của môi trường ngoài tới tường cách nhiệt,W/m2K. a1= 23,3 W/m2K.(bảng 3.7). a2: hệ số toả nhiệt của vách buồng lạnh vào buồng lạnh, a2= 10.5 W/m2K.(bảng 3.7). Chọn vách: Lớp vật liệu xây dựng δ,m λ,W/m2K µ (g/mhMPa) Lớp vữa xi măng 0.02 0.8 90 Lớp gạch đỏ 0.38 0.82 105 Lớp cách ẩm bitum 0.0026 0.18 0.86 Cách nhiệt polystirol ??? 0.047 7.5 Chiều dày cách nhiệt là: δcn= λcn( = 0,047(= 0,191 (m). Ta chọn chiều dày là : 0.2 m Hệ số truyền nhiệt thực tế : K== = 0.202 W/m2K Kiểm tra đọng sương : Nhiệt độ môi trường tmtat = 37.3oC, độ ẩm 74% =>ts = 32oC và tư =33oC (mùa hè tại tp.HCM tra bảng 1-1) Nhiệt độ của buồng lạnh tb=-250C. Ta có Ks= 0,95* α1(tmt-ts)/(tmt-tb) = 0,95 x 23,3 x (37.3-32)/(37.3-(-25)) = 1.88 W/m2K Ks=1.88 > K=0.202 W/m2K cho nên vách ngoài không bị đọng sương. Kiểm tra đọng ẩm. Hệ số dẫn nhiệt và độ ẩm của polystirol là : d=0,15m ;l=0,047W/mK;m=7,5g/mhMPa Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiệt : q= k .t= 0.202.(37.3-(-25)) = 12.615 W/m2. Xác định nhiệt độ bề mặt tại các lớp vách: q = αi .tf =tw t1 = tf1 - q/α1 =37.3 - 12.615/23.3 =36.76 t2= t1 -q= 36.76 oC- (12.615* )=36.47oC t3= 30.63 oC t4= 30.33 oC t5= 30.1 oC t6= -23.53oC t7= -23.81oC +tbl= t7-= -25 oC Tra bảng được các áp suất như bảng sau: Vách Nhiệt độ ( oC) Áp suất P''x (Pa) 1 36.75868797 6174 2 36.47203865 6077 3 30.62718903 4397 4 30.3405397 4327 5 30.15835813 4174 6 -23.51215351 92 7 -23.79880283 89 Dòng hơi thẩm thấu qua kêt cấu: ω=Ph1-Ph2H Ph1: phân áp suất thực của hơi nước bên ngoài Ph2: phân áp suất thực của hơi nước bên trong Ta có: T1=37.3oC ; φ1 = 74% ; P”x (T1)= 6358 Pa Ph1= P”x (T1). φ1 = 6358*0,74 = 4704.92Pa T2 = -25oC ; φ2 = 100% ; P”x (T2) = 80 Pa Ph2= P”x(T2) . φ2 = 80*1=80 Pa Hệ số trở kháng thấm hơi của kết cấu: H=i=1nδiμi=0,0290+0,38105+0,0290+0,00260,86+0,27,5+0,0290=0.03374 m2hMPa ω=4704.92-800,0337.10-6=0.137 g/m2h.MPa Phân áp suất thực của hơi nước trên bề mặt các lớp: Pi=Ph1-ωδiμi Px2=Ph1-ωδ1μ1=4674.46 Pa Px3=Px2-ωδ2μ2=4178.42Pa Px4=Px3-ωδ3μ3=4147.96Pa Px5=Px4-ωδ4μ4=3733.59 Pa Px6=Px5-ωδ5μ5=78.583 Pa Px7=Px6-ωδ6μ6=48.124 Pa Áp suất thực của hơi nước đều nhỏ hơn phân áp suất hơi nước bão hòa nên không có hiện tượng đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt. Chọn nền: chọn nền có các lớp như sau: Nền nhẵn bằng các tấm bê tông lát d1 = 40 mm ; l1 =1.4 w/mK Lớp bê tông d2 =100 mm ; l2=1.4 w/mK Lớp cách nhiệt bằng đất sét xốp , sỏi: d3 =??? ; l3=0.2 w/mK Lớp bê tông có sưởi điện : d4 = 100 mm Lớp cách ẩm Lớp bê tông đá dăm làm kín nền đât Tra bảng 3-6: k = 0.21 w /m2K Tra bảng 3-7: a1 =23.3 w /m2K a2 = 10.5 w /m2K Chiều dày lớp cách nhiệt là: δcn=λcn1K-1α1+i=1nδiλi+1α2dcn = 0,2( =0.904 (m) Chọn d4 = 1 (m). Hệ số truyền nhiệt thực tế: K== kt= 0.2 w/m2k Chọn trần: dcn= lcn( Tra bảng dùng lớp cách nhiệt đất sét,sỏi : + lcn = 0,2 w/mK : (bảng 3.1 P 61 [1]); + K : hệ số truyền nhiệt ( bảng 3.3 p 63 ,[1]) K = 0,2 w /m2K + a1 hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tới trường cách nhiệt a1 =23,3 w/m2K + a2 hệ số tỏa nhiệt của vách buồng lạnh vào buồng lạnh a2 = 10,5 w/m2K + di : chiều dày các lớp xây dựng thứ i (m) + løi : hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu xây dựng thứ i w/m2K Lớp phủ đồng thời là lớp cách ẩm bằng vật liệu xây dựng và borulin d1= 12 mm ; l1 =0,3 w/mK Lớp bê tông giằng có cốt d2 =40 mm ;l2=1,4 w/mK Lớp cách nhiệt chiều dày d3=? ; l3=0,2 w/mK Tấm cách nhiệt bằng xốp polystrirol d4 =50 mm ;l4=0,047 w/mK Lớp bê tông cốt thép chịu lực d5 =220 mm ;l5=1,5 w/mK Þ Chiều dày cách nhiệt của trần: dcn= lcn( = 0,2( =0.72 (m) Chọn dcn =0.75 (m). Hệ số truyền nhiệt thực tế: K== K=0.194 w/m2k Tính nhiệt kho lạnh: Tính nhiệt thất thoát qua vách: Bao che K (w/m2k) F (m2) DT (k) Q1 =K*F*DT (w) Tường ngoài 0.202 60 62.3 755.076 Tường ngoài 0.202 45 62.3 566.307 Tường ngoài 0.202 60 62.3 755.076 Tường ngoài 0.202 45 62.3 566.307 Nền 0.2 108 62.3 1345.68 Trần 0.194 108 62.3 1305.3096 Tổng Q1 5293.7556 Tính dòng nhiệt do sản phẩm tạo ra: Dòng nhiệt do tôm tỏa ra: Q21 = M* (h1 – h2 )* 1000/(24*3600) (kw) M: năng suất buồng bảo quạn lạnh đông (t/24h) Q21 :Dòng nhiệt do tôm tỏa ra h1 ,h2 : enthapi của sản phẩm trước và sau khi xử lý lạnh : Theo bảng 4-2 p.81 ,[1] Chọn nhiệt độ hàng nhập thẳng vào kho bảo quản lạnh đông là: t1 = -8 oC Þh1 = 43.5 kJ/kg Chọn nhiệt độ hàng sau khi được làm lạnh là: t2 =-25 oC Þh2 = 0 kJ/kg M = 8%E = 0.8*100 = 8 ( t/24h) Với: M: khối lượng hàng nhập vào vảo quản lạnh đông E: dung tích phòng bảo quản lạnh đông Vậy : Q21 = M*(h1 – h2)*1000/(24*3600) = 8*(43.5 – 0 )*1000/(24*3600) = 4.0278 (kW) Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra: Q21 = Mb*Cbt1-t2*100024*3600 Với: Mb : khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm (t/24h) Cb : Nhiệt dung riêng của bao bì (kJ/kgK) t1, t2 : nhiệt độ bao bì trước và sau khi bảo quản lạnh đông 1000/(24*3600) : hệ số chuyển đổi t/24h ra kg/s Ta có : Khối lượng bao bì cac tông : Mb = 30%M = 30% *8 =2.4 (t/24h) Nhiệt dung riêng của bao bì các tông : Cb = 1.46 (kJ/kgK) Nhiệt độ bao bì trước khi bảo quản: t1= -8 oC Nhiệt độ bao bì sau khi bảo quản : t2 = -25oC Q22 = 2.4*1.46*(-8 + 25 )*1000/ (24*3600) = 0.689 (kW) TổngNhiệt do sản phẩm tỏa ra là : Q2 = Q21 + Q22 = 4.0278 + 0.689 = 4.7168 (kW) Dòng nhiệt do vận hành kho: Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng: Q31 = A.F A: định mức chiếu sáng trên một m2 phòng, A = 1.2 W/m2 F: diện tích phòng lạnh, F= 108 m2 Q31= 1.2*108= 129.6 W Dòng nhiệt do người tỏa ra Q32= 350.n 350: nhiệt lượng do người tỏa ra khi làm việc nặng n: số người làm việc trong phòng, chọn n=3 Q42= 350*3 = 1050 W Dòng nhiêt do động cơ điện Q33= 1000.N N: công suất động cơ điện , N = 8÷16 Q33= 1000*16= 16000 W Dòng nhiệt khi mở cửa Q34 = B.F B: dòng nhiệt do tổn thất kho lạnh mở cửa cho 1 m2 phòng lạnh, B= 12 F: diện tích phòng lạnh, F = 108 m2 Q34= 12*108 = 1296 W Vậy dòng nhiệt vận hành Q3 = 129.6 +1050 +16000 +1296 =18475.6 (W) =18.4756 (kW) Nhiệt tải của thiết bị: Qtb = ∑Q = 5.2937556 + 4.7168 + 18.4756 = 28.48 (kW) Xác định tải nhiệt cho máy nén: Ta có ∑ QMN là tổng nhiệt tải của máy nén đối với 1 nhiệt dộ bay hơi ∑ QMN = Q1+ Q2*60%+Q3*75% = 5.2937556+ 4.7168*0.6+ 18.4756*0.75 = 21.98 (kW) Chọn k=1.07, chọn b=0.7 đối với thiết bị lạnh nhỏ năng suất lạnh của máy nén Q0 = k*∑Qmnb = 1.07*219800.7 = 33598(W) TÍNH CHU TRÌNH LẠNH Chọn môi chất làm làm lạnh là: NH3 Tính toán thông số làm việc của máy lạnh Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: t0 = tb - ∆t0 = - 25 - 10 = - 35 0C Nhiệt độ ngưng tụ tk : tk =tw2 + DTk tk : nhiệt độ ngưng tụ (oC) tw2 : nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng DTk = 5 k tw2 = tw1 +Dtw tw1 : nhiệt độ nước vào bình ngưng Dtw = 5 k tw1 = tư+ 5(oC) tư : nhiệt độ ban đầu với t1 =38 oC j=74% Þtư =33oC Þ tw2 = tw1 + 5 oC = 38oC + 5oC =43oC Þtk =tw2 + 5 oC = 43oC + 5oC = 48oC Nhiệt độ quá lạnh tql = tw1 + Dtql Dtql = (3 ÷ 5 oC) tql = 38+ 5 =43 oC Nhiệt độ quá nhiệt ( hơi hút) tqn = t0 + (5 ÷ 15 oC) = -35 + 10 = - 25 oC Áp suất ngưng tụ pk của NH3 ở nhiệt độ tk = 48oC là pk = 1,93 (Mpa) Áp suất bay hơi của NH3 ở nhiệt độ t0 = -35oC là p0 = 0.093 (Mpa) Tỉ số nén P: P=pkp0 = 1.930,093 = 20.75 Máy nén lạnh 1 cấp : + Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh (to): - 350C + Nhiệt độ ngưng tụ (tk): 480C + Nhiệt độ quá nhiệt (th):- 250C + Nhiệt độ quá lạnh (tql): 430C Theo giản đồ R717 ta có: Nhiệt độ bay hơi là: -35 oC Þ H1 = 1435 kJ/kgÞv1 = 1.2 (m3/kg) Nhiệt độ ngưng tụ là: 48 oC Þ H2 = 1940 kJ/kg H3 = H4 =400 kJ/kg Lưu lượng dòng môi chất lạnh (kg/s): m’= QvH1-H4 Qv : công suất lạnh = Nhiệt tải lạnh Qe = 28.48( kW) = 28.48 (kJ/s) Þm’= 28.481435-400 = 0,0275 (kg/s) Thể tích hút thực tế . Vtt =m’ *v1 = 0,0275* 1.2 = 0,033 ( m3/s) Thể tích hút lý thuyết Vlt = Vtt / l l : hệ số cấp của máy nén phụ thuộc vào tỉ số nén Với P=6,48 tra đồ thị (H 7.4 p 215[1]) Þl = 0.65 ÞVlt =Vtt /l =0,033 /0.65 =0,0508 (m3/s) Chọn máy nén AYY90 theoOCT 6492-76 do Nga sản xuất có thể tích hút lý thuyết là: Vlt = 0.0716 (m3/s) Số lượng máy nén : Z = VltVMN = 0,05080,0716 = 0,7≈ 1 máy Vậy công suất máy nén lý thuyết : Qcomp=Ns = m’ * (H2 - H1 ) = 0,0275* (1940 – 1435) = 13,888 kW Hiệu suất chỉ thị; - Công suất chỉ thị (công suất nén thực tế) Ni = kW - Công suất ma sát Nmas=VttPms chọn Pms=0.06 Mpa; = 0.033*0.06*1000=1,98 kW; - Công suất hữu ích Ne= Ni+Nmas=19,67+1,98 = 21,65 kW; - Công suất tiếp điện Nel = chọn Nel = = 25,32 kW; - Công suất động cơ lắp đặt Ndc Chọn hệ số an toàn là 1,7 ÞNdc= 1,7*Nel = 1,7 *25,32= 43,1 kW THIẾT BỊ NGƯNG TỤ Tính và chọn thiết bị ngưng tụ Chọn thiết bị ngưng tụ nằm ngang có vỏ, bình ngưng gồm một vỏ hình trụ bên trong có bố trí một chùm ống, hai đầu có hai mặt sàng. Hai phía có hai nắp.Hơi amoniac trong không gian giữa các ống ngưng tụ trên bề các ống chùm. Nước vào theo đường ống bố trí trên mặt nắp, đi phía trong các ống chùm theo các lối đã bố trí sẵn rồi ra theo ống phía trên Tính thiết bị ngưng tụ Nhiệt thải ngưng tụ = Công suất quá trình ngưng tụ: Qk Qk = m’*(H2 – H3) = 0,033*( 1940 - 400 ) = 50,82 kW Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F = ( m2) Trong đó: k: hệ số truyền nhiệt đối với thiết bị. Đối với bình ngưng nằm ngang NH3 k= 700÷1000 Chọn k = 900(W/m2K) ∆ttb: hiệu nhiệt độ trung bình của quá trình ngưng tụ ∆ttb = ∆tmax: hiệu nhiệt độ lớn nhất (ở phía nước vào ) ∆tmin : hiệu nhiệt độ bé nhất ( ở phía nước ra ) ∆tmax = tk – tw1 = 48 – 38 = 10 K ∆tmin = tk – tw2 = 48 – 43 = 5 K Þ∆ttb = 7,21K Þ F= = 7,83(m2) Tính lưu lượng nước qua thiết bị ngưng tụ: Vn = (m3/s) C – nhiệt dung riêng của nước C= 4,19 kJ/kgK r - khối lượng riêng của nước r=1000 kg/m3 ∆tw độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ ∆tw = 48 – 38 = 5 oC ÞVn = = 0,0024 (m3/s)= 8,64 (m3/h) Chọn thiết bị ngưng tụ: Các thông số của thiết bị ngưng tụ: Kí hiệu F(m2) ĐK D (mm) Dài L (mm) Rộng B (mm) Cao H (mm) Số ống Khối lượng (kg) Số lượng KTG-10 9 408 1880 535 760 99 555 1 THIẾT BỊ BAY HƠI Chọn thiết bị bay hơi. Chọn bình bay hơi làm lạnh chất tải lạnh lỏng (nước, nước muối ) còn gọi là hệ thống lạnh gián tiếp. Tính thiết bị bay hơi: Nhiệt tải của thiết bị bay hơi Q0= Công suất lạnh Qv = 24,48 kW Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt F = ∆ttb: hiệu nhiệt độ trung bình logarit giữa chất tải lạnh (nước muối) và môi chất lạnh sôi ∆ttb = =(tn1-to)-(tn2-to)ln(tn1-to)(tn2-to) tn1 và tn2 – nhiệt độ nước muối vào và ra khỏi bình bay hơi Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh NH3 la -35oC Þ∆ttb = 40C Chọn bình bay hơi ống vỏ amoniac Theo bảng 8-7, chọn k= 500W/m2K Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F == 14,24 m2 Theo bảng 8-8 p283[1] chọn bình bay hơi ống vỏ nằm ngang IIKT-40 với diện tích bề mặt trao đổi nhiệt 40,7 m2 Các thông số của thiết bị bay hơi Kí hiệu F(m2) ĐK D (mm) Dài L (mm) Rộng B (mm) Cao H (mm) Số ống Thể tích không gian giữa các ống, m3 IIKT-40 40,7 600 x 8 3580 1075 1590 216 0,52 Lưu lượng nước muối tuần hoàn: Vn = Cn : nhiệt dung riêng nước muối, kJ/kgK rn : khối lượng riêng nước muối, kg/m3 Dtn – hiệu nhiệt độ nước muối vào và ra khỏi TBBH, K Dtn = Dtn1 - Dtn2 = 2 K ÞVn = = =0, 004m3/s = 14,4 m3/h