Bài tập lớn Tính toán thiết kế hệ thống bể đá cây môn Kỹ thuật lạnh ứng dụng | Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG
BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Đề tài :
Tính toán thiết kế hệ thống bể đá cây :
 Công suất : 10 tấn / mẻ.
 Nhiệt độ bể : -10o c  Sản phẩm : Đá cây  Môi chất : NH3
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 1 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG
CHƯƠNG I : SƠ LƯỢC NƯỚC ĐÁ CÂY:
Nước đá cây có vai trò quan trọng trong đời sống và trong công nghiệp.Trong công nghiệp người ta sử dụng
nước đá cây để bảo quản ướp lạnh thực phẩm , dùng cho các tàu đánh bắt thủy hải sản ...., trong đời sống
nước đá được sử dụng để phục vụ cho nhu cầu giải khát, giải trí ...
Trong công nghiệp chế biến nước đá, nước đá thường được sản xuất dưới nhiều dạng tùy theo nhu cầu sử
dụng như : đá cây, đá vảy, đá tấm ...ở đây chúng ta chỉ nghiên cứu hệ thống sản xuất đá cây.
Phương pháp sản xuất đá cây là một phương pháp đã dược ứng dụng từ lâu và có những ưu nhược điểm nhất định sau đây :
Ưu điểm : vì có dạng khối lớn nên có khả năng tích trữ lâu,tiện lợi cho việc vận chuyển đi xa và dùng để
bảo quản thực phẩm lâu ngày.Phương pháp sản xuất đơn giản, các thiết bị dùng cho hệ thống có thể chế tạo
được ở trong nước và không đòi hỏi các thiết bị đặc biệt.
Nhược điểm : chi phí vận hành lớn do phải trải qua nhiều khâu trung gian như: vào nước,ra đá,vận
chuyển...chi phí nhân công lao động ...chi phí đầu tư ban đầu lớn :chi phí xây dựng bể đá, bể nhúng ,kho bảo
quản sản phẩm...Tổn thất nhiệt lớn do quá trình từ sản xuất đến sử dụng phải trải qua nhiều khâu trung gian.
CHƯƠNG II: TÍNH KẾT CẤU BỂ ĐÁ:
I. Kết cấu tường ,nền và nắp bể đá :
1. kết cấu sơ bộ và quy trình sản xuất:
bể đá gồm 1 bể nước muối dược chia làm 2 ngăn : 1 ngăn đặt dàn lạnh còn 1 một ngăn đặt các khuôn làm
đá.Nước muối tuần hoàn trong bể nhờ bơm tuần hoàn .Nước muối từ trong ngăn cây đá được bơm đẩy vào
ngăn có dàn bay hơi (dàn lạnh xương cá hoặc dàn lạnh ống đứng ).Ở đây nước muối được làm lạnh và được
đẩy vào ngăn cây đá .Các cây đá thường được bố trí thành các linh đá ,các linh đá có từ 5 đến 7 khuôn đá tùy
theo cỡ bể .Các linh đá chuyển động trong bể nhờ hệ thống vít đẩy và chuyển dộng ngược chiều với nước
muối .Khi đã thành đá ,cả linh đá sẽ được cầu trục nâng lên khỏi bể đưa sang nhúng vào bể tan giá trong
khoảng từ 2 đến 4 phút sau đó dược đưa lên bàn lật để tháo khuôn .khuôn đá được đưa đến hệ thống vòi rót tự
động.Nước được đổ đầy khoảng 90% khuôn(khi làm lạnh nước giãn nở không tràn ra bể làm giảm nồng độ
nước muối dẫn đến tổn thát nhiệt) rồi linh đá được đưa đến đầu kia của bể ,khi linh đá chuyển động hết chiều
dài của bể là đã sẵn sàng để ra khuôn.
2. kết cấu tường bao :
Bể thường được xây bằng gạch đỏ sau đó được bọc cách ẩm và cách nhiệt,lớp trong cùng là lớp thép tấm
dày từ 5 đến 6mm.Có thể bố trí các lớp kết cấu theo sơ đồ sau: TT Lớp vật liệu Độ dầy Hệ số dẫn nhiệt λ Hệ số dẫn ẩm μ δ(mm) (w/m.k) (g/mhMpa) 1 Lớp vữa xi măng 10 0,93 90 2 Tường gạch 110 0,82 105 3 Lớp vữa xi măng 10 0,93 90 4
Lớp hắc ín quét liên tục 1 0,18 0,86 5
Lớp giấy dầu chống thấm 2 0,18 1,35 6
Lớp cách nhiệt (polystirol) 0,047 7,5 7
Lớp giấy dầu chống thấm 2 0,18 1,35 8 Lớp thép tấm 5 45,3 Mặt cắt tường bao :
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 2 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG Chú thích : 1.lớp vữa xi măng 2.lớp tường gạch
3.lớp hắc ín dán giấy dầu
4.lớp cách nhiệt polystirol 5.lớp thép tấm
Tổng chiều dày các lớp của kết cấu tường: ∑δ = δ δ i + cn = [( ) 01 , 0 . 2 + 11 , 0 + 00 , 0 1+ ( 0 , 0 . 2 2) + 00 , 0 ]5 + ,02 = 3, 0 4 m =340 mm
3. kết cấu cách nhiệt nền :
nền bể được kết cấu như sau :dưới cùng là lớp đá làm nền và đất đầm kỹ sau đó là lớp bê tông đá dăm M200
dày 150 200 mm,lớp cách ẩm bằng hắc ín dày 1mm,lớp giấy dầu dày 1 2 mm ,lớp cách nhiệt polystirol ,lớp
giấy dầu dày 1 2 mm,lớp bê tông cốt thép dày 66 100 mm,lớp cát lót mỏng dày từ 10 15 mm và cuối cùng
là lớp vỏ bể bằng thép tấm dày 5 6 mm. TT Lớp vật liệu Chiều dày Hệ số dẫn nhiệt Hệ số dẫn (mm) λ (w/m.k) ẩm(g/mhMPa) 1 Lớp thép tấm 5 2 Lớp cát lót mỏng 10 3 Lớp bê tông cốt thép 100 1,6 30 4
Lớp giấy dầu chống thấm 2 0,18 1,35 5 Lớp cách nhiệt 0,047 7,5 6
Lớp giấy dầu chống thấm 2 0,18 1,35 7
Lớp hắc ín quét liên tục 1 0,18 0,86 8 Lớp bê tông đá dăm 150 30 9
Đá làm nền và đát đầm kỹ
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 3 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG Mặt cắt nền bể: Chú thích : 1. lớp thép tấm 2. lớp cát lót mỏng 3. lớp bê tông cốt thép 4. lớp giấy dầu
5. lớp cách nhiệt polystirol
6.lớp hắc ín dán giấy dầu
7.lớp bê tông đá dăm M200
8.lớp đá làm nền và đất đầm kỹ
Tổng chiều dày của các lớp kết cấu nền : ∑δ = δ δ i + = (5 cn
+10 +100 + 2 + 2 +1+150) + 200 = 470 mm = 0,47 m
4.kết cấu nắp bể đá :
Để tiện lợi cho việc ra đá ,nắp bể đá được đậy bằng các tấm gỗ dày 30 mm .trên cùng được phủ lớp vải bạt
do đó tổn thất nhiệt qua nắp bể đá khá lớn.
II. xác định chiều dày lớp cách nhiệt và kiểm tra đọng sương:
1. tính chiều dày lớp cách nhiệt:
từ công thức tính hệ số truyền nhiệt k cho vách phẳng nhiều lớp : 1 k= 1 n δi δ 1 + ∑ + cn + α i= λi λcn α 1 1 2
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 4 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG 1  n 1 δ 1  ⇒ δ λ (m) cn =  −  + ∑ i cn +  k α λ α 1 i=1 i 2  Trong đó :
K: hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh ,tra bảng 3-3 sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ
THỐNG LẠNH” –Nguyễn Đức Lợi, chọn k = 0,23 (w/m2.k) λ λ
cn :hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu cách nhiệt ,đối với vật liệu là polystirol tra bảng 3-1 ta tìm được cn =0,047 w/m2.k
α : hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài (phía nóng)tới tường cách nhiệt .Tra bảng 3-7 sách “HƯỚNG 1
DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH” chọn α 23,3 (W/m.k) 1 =
α :hệ số tỏa nhiệt bên trong bể đá ,tỏa nhiệt khi nước muối chuển động ngang qua vách đứng .Tra bảng 3-7 2 chọn α = 8 W/m2.k 2
δi :bề dày của lớp vật liệu xây dựng thứ i (m).
λi : hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu xây dựng thứ i.    ⇒ 1 1 01 , 0 . 2 11 , 0 0 , 0 01 00 , 0 . 2 2 00 , 0 5 1 δcn = 0 , 0 47 −  + + + + + +  = 18 , 0  (m) , 0 23  3 , 23 93 , 0 82 , 0 18 , 0 18 , 0 3 , 45 8   
Chiều dày lớp cách nhiệt phải lấy lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã tính được theo kích thước tiêu chuẩn .Ta
chọn tổng chiều dày lớp cách nhiệt là 200 mm với 2 lớp x 100 .
⇒ Tổng chiều dày của tường bao ∑ = δi +δcn =( 01 , 0 . 2 + 11 , 0 + 00 , 0 1+ 00 , 0 . 2 2 + 005 , 0 ) + ,02 = 34 , 0 δ m
Hệ số truyền nhiệt thực kt qua các lớp : 1 1 k = = ≈ ,
0 2 W / m2 k . t n 1 δ δ 1 1 0 , 0 4 , 0 22 001 , 0 004 , 0 0 , 0 5 , 0 2 1 i cn + ∑ + + + + + + + + + α λ λ 3 , 23 93 , 0 82 , 0 18 , 0 18 , 0 3 , 45 047 , 0 8 1 i 1 = α i cn 2
2. Tính kiểm tra đọng sương :
Tra bảng 1-1 sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH” –Nguyễn Đức Lợi ,ta tìm được nhiệt
độ trung bình tháng nóng nhất ở TP.HCM là 37,2oC, độ ẩm trung bình φ =74% .Tra đồ thị h-x ta sẽ tìm
được : ts =31,5oC và tư =33oC.
Để không đọng sương bề mặt bên ngoài bể đá hệ số truyền nhiệt thực phải thỏa mãn điều kiện sau: t − t 1 k ≤ . 95 , 0 s α t 1 t − t 1 2
Trong đó :t1 nhiệt độ không khí bên ngoài ,t1= 37,2oC
t nhiệt độ bể ,t 2 2 =-10oC
t s nhiệt độ đọng sương ứng với t1 = 37,2oC 3 , 7 2 − 5 , 31 ⇒ k k t ≤ . 3 , 23 . 95 , 0 ⇔ t ≤ , 37 2 − (− ) 67 , 2 10
Với kt =0,2 đã tính được ở trên ,vậy vách ngoài của bể đá không bị đọng sương.
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 5 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG
CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC BỂ ĐÁ:
Để xác định được kích thước của bể đá phải căn cứ vào số lượng ,kích thước của cây đá ,linh đá ,dàn lạnh
và cách bố trí dàn lạnh ,loại khuôn đá ,hệ thống tuần hoàn nước muối trong bể ...
I.Xác định số lượng và kích thước khuôn đá:
Số lượng khuôn đá dược xác định dựa vào năng suất bể đá và khối lượng cây đá : M N= m Trong đó :
M :khối lượng đá trong bể ứng với một mẻ (kg) chính là năng suất của bể :M =10000 kg
m: khối lượng của mỗi cây đá (kg). N: số lượng khuôn đá .
Kích thước và khối lượng khuôn đá có thể lấy theo kích thước tiêu chuẩn theo bảng 6-12 sách “HƯỚNG
DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH” –Nguyễn Đức Lợi Khối Khối Kích thước khuôn Thời lượng lượng gian cây đá khuôn cao Đáy lớn Đáy bé đông đá Kg Kg mm mm mm h 3,5 3 300 340x60 320x40 4 12,5 8,6 1115 190x11 160x80 8 0 25 11,5 1115 260x13 280x11 12 0 0 50 27,5 1115 380x19 340x16 16 Đối 0 0 với
các hệ thống máy đá cây có công suất lớn (trên 5 tấn / mẻ )đều sử dụng khuôn đá loại 50 kg/cây đá . M 10000 N = = = 200 khuôn m 50
II. xác định số lượng –kích thước linh đá:
Các khuôn đá được bố trí thành các linh đá , mỗi linhđá gồm có nhiều khuôn . ở đấy chúng ta sử dụng loại
linh đá có 7 khuôn đá x50kg/cây đá .
số lượng linh đá được xác định: N m = 1
với m :số lượng linh đá n 1 1
n :số khuôn trên 1 linh đá 1 N :số khuôn đá 200 m = = 57 , 28 chọn m = 29 1 7 1
Khoảng cách giữa các khuôn đá tronh linh đá lá 225 mm,hai khuôn hai đầu cách nhau 40 mm để móc cẩu,25
mm hai đầu là khoảng cách từ linh đá đến thành trong của bể . Chiều dài mỗi linh đá : L = n 225 . + 75 . 2 + 40 . 2 = 225 . 7 +150 + 80 = 1805 mm 1
Chiều rộng của linh đá :425 mm
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 6 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG
Chiều cao của linh đá:1150 mm 40 40 25 75 225 225 225 25 225 225 75 3 2 425 1 1805
Kích thước linh đá có 7 khuôn 50 kg 1. khung linh đá 2. vị trí móc cẩu 3. khuôn đá 50 kg
III. Xác định các kích thước bên trong bể đá :
Kích thước bể đá phải đủ để bố trí các linh đá,dàn lạnh, bộ cánh khuấy và các khe hở cần thiết để nước muối
chuyển động tuần hoàn .Có hai cách để bố trí dàn lạnh :bố trí dàn lạnh một bên, khuôn đá một bên và cách
thứ hai hay được sử dụng hơn đó là bố trí dàn lạnh ở giữa bể (có độ rộng từ 600-900mm)hai bên bố trí hai
dãy linh đá đối xứng,cách này có ưu điểm là có hiệu quả truyền nhiệt cao và tốc độ nước muối chuyển động cũng đồng đều hơn .
1. Xác định chiều rộng bể đá: W = L . 2 + δ 4 + A
W :Chiều rộng của bể.
L :Tổng chiều dài của hai linh đá bố trí hai bên dàn lạnh (mm)
δ :Khe hở giữa linh đá và vách trong của bể đá (mm)
A :Chiều rộng cần thiết để lắp đặt dàn lạnh,từ 600-900mm,đối với bể đá có công suất 10 tấn/mẻ chon A = 700 mm. ⇒ W = 18 . 2 05 + 25 . 4 + 700 = 4410 (mm)
2.Xác định chiều dài bể đá :
l = B + C + m b . 2
B :Chiều rộng các đoạn hở lắp đặt bộ cánh khuấy và và tuần hoàn nước, chọn B =600 mm
C: Chiều rộng đoạn hở cuối bể,c = 500 mm.
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 7 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG
b :Khoảng cách giữa các linh đá được xác định dựa trên độ rộng của linh đá và khoảng hở giữa chúng :b = 425 + 50 = 475 mm
m :Số linh đá dọc theo chiều dài trên một dãy , với m = 29 2 1
linh đá, bố trí dàn lạnh ở giữa,các linh đá
được bố trí thành hai dãy đối xứng vậy số linh đá trên một dãy m = 15 2 ⇒ l = 600 + 500 + 475 . 15 = 8225 mm
3. Xác định chiều cao của bể đá :
chiều cao của bể đá phải đủ lớn để có khoảng hở cần thiết giữa đáy khuôn đá và bể. Mặt khác phía trên linh
đá là một khoảng hở cỡ 100mm, sau đó là lớp gỗ dày 30mm dùng làm nắp bể.Đối với các bể có công suất
từ 5 tấn/mẻ trở lên thường có tổng chiều cao là 1250 mm.
Bảng thông số kích thước bên trong của bể: Số khuôn đá 200 Tổng số linh đá 29 Số dãy linh đá 2
Số linh đá trên một dãy 15
Độ hở giữa các linh đá (mm) 50 Bề rộng A (mm) 700 Chiều dài (mm) 8225 Chiều rộng (mm) 4410 Chiều cao (mm) 1250 Kích thước linh đá : Số khuôn/linh đá 7 Bề dài (mm) 1805 Bề rộng (mm) 425 Chiều cao (mm) 1150 Kích thước khuôn đá : Khối lượng cây đá (kg) 50
Khối lượng khuôn đá (kg) 27,2 Chiều cao (mm) 1115 Đáy lớn (mm) 380 x 190 Đáy bé (mm) 340 x 160
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 8 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG 5 2 9 1 A 5 2 9 1 600 m2 x 425 500
Bố trí bể đá với linh đá 7 khuôn đá
IV. Xác định thời gian làm đá :
Thời gian làm đá cây được xác định theo công thức : A τ = b . . 0 ( b0 + B ) tm Trong đó :
τ : thời gian làm đá (giờ) t t
m : nhiệt độ trung bình trong bể (oC) ,chọn m = -10oC b b
0 : chiều rộng khuôn đá (m),lấy cạnh ngắn nhất của tiết diện lớn nhất của khuôn. 0 = 0,19 m a
A,B là các hằng số phụ thuộc vào tỉ số n = 0 , là tỉ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn của đáy lớn khuôn đá b0 380 ⇒ n =
= 2 .Với n = 2 chọn A = 4540 và B = 0,026 190 4540 ⇒ τ = (. 19 , 0 . 19 , 0 + , 0 26) = 6 , 18 −10 giờ
CHƯƠNG IV: TÍNH NHIỆT BỂ ĐÁ:
Dòng nhiệt tổn thất qua bể đá được tính bằng công thức : Q = Q1+Q2+Q3+Q4+Q5 (w)
Q1: dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của bể .
Q2: dòng nhiệt để làm lạnh khuôn và đông đá
Q3: dòng nhiệt do thông gió (ở đây bằng 0)
Q4: dòng nhiệt do vận hành
Q5: dòng nhiệt do sản phẩm hô hấp (ở đây bằng 0)
I. Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che:
Vì bể đá được đặt trong nhà xưởng nên khả năng bị tổn thất nhiệt do bức xạ mặt tròi rất ít, vì vậy tổn thất
nhiệt qua kết cấu bao che chủ yếu gồm 3 thành phần :
Nhiệt truyền qua tường bể đá :Q11
Nhiệt truyền qua nắp bể đá :Q12
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 9 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG
Nhiệt truyền qua nền bể đá :Q13 ⇒ Q1 = Q11 + Q12 + Q13
Tổn thất lạnh qua kết cấu bao che được xác định theo công thức 4-2 trang 77 sách “HƯỚNG DẪN THIẾT
KẾ HỆ THỐNG LẠNH” –Nguyễn Đức Lợi : Q = k F − t (t t 1 2 ) Trong đó :
kt : hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che.
F : diện tích bề mặt của kết cấu bao che.
t : nhiệt độ môi trường bên ngoài. 1
t : nhiệt độ trong bể. 2
1. xác định độ chênh lệch nhiệt độ :
- Đối với tường ngăn : ∆ t − t t =
là độ chênh lệch nhiệt độ giữa không khí bên ngoài bể và bên trong bể. 1 2
Theo bảng 1-1 77 sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH” –Nguyễn Đức Lợi, t1 được chọn
là trung bình cộng nhiệt độ tối cao ghi nhận được của tháng nóng nhất: t1 37,3oC, nhưng do bể đá được đặt
trong nhà xưởng nên ta lấy thấp hơn 4-5oC (chọn = 5) ⇒ t1 = 32,5oC.
Nhiệt độ bên trong bể là :-10oC ⇒ ∆ o t = 3 , 32 − (− ) 10 = 3 , 42 C
- Đối với nắp bể ∆t là độ chênh lệch nhiệt độ giữa không khí bên ngoài bể với lớp không khí bên trong bể
(dưới nắp bể ),nhiệt độ lớp không khí này lấy chênh lệch với nhiệt độ của bể vài độ (chọn bằng 5oC ) ⇒ ∆ o t = 32 3 , − (− 5) = , 37 2 C - Đối với nền bể, ∆ o t = 3 , 32 − (− ) 10 = 3 , 42 C
2. Các kích thước của bể đá :
các kích thước đã tính được đều là kích thước bên trong, muốn tính kích thước bên ngoài ta phải cộng thêm
chiều dày của các lớp kết cấu tường .Chiều dài và chiều rộng của kết cấu tường được tính từ tâm của các tường bao:
chiều dài =8225 + 340 = 8565 mm =8,565 m
chiều rộng =4410 + 340 = 4750 mm = 4,75 m
chiều cao của bể đá được tính từ mặt nền ngoài đến thành bể :
chiều cao =1250 + δ n = 1250 + 470 = 1720 mm = 1,72 m
Tổng diện tích của các mặt tường bao ; Ft = [ (. 2 5 , 8 65 + 75 , 4 )] 72 , 1 . = 8 , 45 m2
Diện tích của nắp và của nền bể được xác định theo kích thước bên trong bể đá : F = , 8 225 , 4 . 41 = 3 , 6 27 m2
3. Hệ số truyền nhiệt thực tế qua các bề mặt bao che:
Đối với kết cấu tường :kt = 0,2 W/m2.k 1 Kn = Đối với nắp bể : 1 δ 1 + + α λ α' 1 2
α : hệ số tỏa nhiệt bên ngoài từ không khí trong nhà xưởng lên nắp bể,W/m2k 1
α' : hệ số tỏa nhiệt bên trong, từ nắp bể đá ra lớp không khí dưới nắp bể, W/m2k 2
Tra bảng 3-7 sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH” –Nguyễn Đức Lợi, ta chọn α = 23,3 1 W/m2k và α ' = 7 W/m2k. 2
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 10 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG
δ : chiều dày lớp nắp bằng gỗ : δ = 30 mm
λ : hệ số dẫn nhiệt của gỗ : λ = 0,2 W/m.k 1 ⇒ Kn = 978 , 2 1 03 , 0 1 + + 3 , 23 , 0 2 7
Đối với nền bể : hệ số truyền nhiệt thực tế qua nền lấy theo giá trị của hệ số truyền nhiệt quy ước :
Vùng rộng 2m dọc theo chu vi tương bao : kt = 0,47 W/m2k
Vùng rộng 2m tiếp theo : kt = 0,23 W/m2k
Vùng còn lại : kt = 0,12 W/m2k ⇒ kn = , 0 47 + , 0 23 + 12 , 0 = 82 , 0 W/m2k Tổn thất lạnh : STT Tên kết cấu Kích thước(m) Fi (m2) Ki (W/m2k) ∆t ( oC) Q (w) 1 Tường 8,565 x 4,75 45,8 0,2 42,3 387,468 2 Nắp 4,41 x 8,225 36,27 2,978 37,2 4018 3 Nền 4,41 x 8,225 36,27 0,82 42,3 1258,06
Tổng : Q1 = 387,468 + 4018 + 1258,06 = 5663,5
II. nhiệt để đông đá và làm lạnh khuôn đá : Q 2 Q = Q + Q 2 21 21
1. Dòng nhiệt làm lạnh nước đá: Q 21 q Q 0 21 = E. (w) τ
E : Năng suất bể đá ( kg/mẻ)
τ : thời gian đông đá ( giây), τ = 18,6.3600 = 66960 giây q q
0 : nhiệt lượng cần để làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn, 0 được xác định theo công thức :
q = C t + r + C t 0 pn 1 pd 2 C C
pn : nhiệt dung riêng nước, pn = 4186 J/kg
r : nhiệt đông đặc của nước đá, r = 333600 J/kg C C
pd :nhiệt dung riêng của nước đá, pd = 2090 J/kg
t : nhiệt độ đầu vào của nước, chọn t = 30oC 1 1
t : nhiệt độ của cây đá, chọn t = -7oC 2 2 ⇒ q = 30 . 4186 + 333600 + 2090 − 7 = 473810 0 , J/kg 473810 ⇒ Q =10000 = 70760 (w) = 70,76,kw 21 66960
2. Nhiệt độ làm lạnh khuôn đá : Q22 C t − t pk ( k1 k 2 ) Q = m 22 τ
m : tổng khối lượng khuôn đá (kg), m = 200.27,2 = 5440 kg C C
pk : nhiệt dung riêng của khuôn,
pk = 460 J/kg (khuôn làm bằng thép)
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 11 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG
tk1 : nhiệt độ ban đầu của khuôn bằng nhiệt độ ban đầu của nước = 30oC
tk2 : nhiệt độ khuôn sau khi nước đá đã hoàn thiện, lấy nhỏ hơn nhiệt độ trung bình của cây đá từ 2 ÷ 3oC, chọn tk2 = -10oC 5440 [. 460 . 30 − (−10)] ⇒ Q = = 8 , 1494 6 ,w 22 66960 ⇒ Q = 70760 + 9 , 1494 = 72254 86 , ,w 2
III. Dòng nhiệt do vận hành: Q4
1. nhiệt do bộ cánh khuấy gây ra: Q41
Bộ cánh khuấy được bố trí bên ngoài bể muối, nhiệt năng do bộ cánh khuấy tạo ra được xác định theo công thức sau: Q = 41 η 1000 N
η : hiệu suất động cơ điện, η = 0,8 – 0,95. Chọn η = 0,8
N : công suất của bộ cánh khuấy.
Chọn máy cánh khuấy dùng cho bể có công suất 10 tấn : Model Tốc độ Lưu lượng Công Năng (vòng/phút) (m3/phút) suất suất bể (kw) đá (tấn) 230VGM 1000 12,8 1,5 10-14 ⇒ Q = 1000 5 , 1 . 8 , 0 . = 1200 w 41
2. Nhiệt do nhúng cây đá: Q42
Tổn thất nhiệt do làm tan đá được tính theo công thức: q q 0 Q = . n g. = . n f . . , w 42 δ ρ 0 τ τ
n : số khuôn đá, n = 200 khuôn.
g : khối lượng phần đá đã tan. q q
0 : nhiệt lượng cần thiết để làm 1 kg nước đá từ nhiệt độ ban đầu đến đông đá hoàn toàn, 0 = 473810 , J/kg
f : diện tích bề mặt cây đá: đối với cây đá loại 50kg/cây có f = 1,25 m2
δ : bề dày phần đá đã tan khi nhúng (m) để có thể tháo ra khỏi khuôn, δ = 0,001 (m)
ρ : khối lượng riêng của nước đá: ρ = 900 kg/cm3
τ : thời gian đông đá, τ = 66960 giây. 473810 ⇒ Q , 1 . 200 . 900 . 001 , 0 . 25 = 1592 , w 42 66960
⇒ Q = 1200 +1592 = 2792 , w 4 ⇒ ∑Q = Q Q Q 1 + 2 + = 5 , 5663 4 + 86 , 72254 + 2792 = 16 , 75613 , w
CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH VÀ CHỌN MÁY NÉN:
I. Tính chọn các thông số của chế độ làm việc:
1. các thông số cho trước:
Công suất bể đá cây: 10 tấn/mẻ Nhiệt độ bể: -10oC Môi chất lạnh: NH3
2. Tính nhiệt độ ngưng tụ: tk
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 12 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG
Chọn môi trường làm mát của hệ thống là nước tuần hoàn qua ống trao đổi nhiệt. So với không khí thì nước
làm mát có những ưu điểm sau:
Hệ số tỏa nhiệt cao hơn nên làm mát tốt hơn.
Ít chịu ảnh hưởng của thời tiết.
- Tính nhiệt độ nước vào và nước ra thiết bị ngưng tụ:
Khi sử dụng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt lấy nhiệt độ nước vào thiết bị ngưng tụ ( t 1 w ) cao hơn nhiệt
độ nhiệt kế ướt từ 3 ÷ 4oC (chọn = 3oC) t tu + 3 = 33 + 3 = 1 w = 36 ,oC
Nhiệt độ nước ra khỏi thiết bị ngưng tụ t t w2 cao hơn 1 w 2-6 oC, chọn = 4oC ⇒ t o w = 36 + 4 = 40 2 C
Nhiệt độ ngưng tụ tk cao hơn nhiệot độ nước ra khỏi thiết bị ngưng tụ khoảng từ 3 ÷ 5 oC (chọn bằng 3oC). ⇒ t t o k = w + 3 = 40 + 3 = 43 2 C. Với t o
k = 43 C, tra bảng 2-2: hơi bão hòa NH3 sách “MÁY VÀ THIẾT BỊ LẠNH”-Nguyễn Đức Lợi-Phạm
Văn Tùy chọn pk = 16,895 bar = 1,6895 Mpa.
3. Chọn nhiệt độ bay hơi: t0
Nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh phụ thuộc vào nhiệt độ của bể( t o
b = −10 C), vì máy đá cây là hệ thống
lạnh gián tiếp dùng chất tải lạnh là nước muối. Nhiệt độ nước muối lấy thấp hơn nhiệt độ bể từ 8 ÷ 10oC
(chọn bằng 8 oC) và nhiệt độ sôi của môi chất lấy thấp hơn nhiệt độ nước muối từ 5 ÷ 6 oC (chọn bằng 5 oC). t = t − ∆ 0 b t 0 , oC ∆ ∆ o t = 8 + 5 =
t 0 : hiệu nhiệt độ yêu cầu, 13 0 C
tb : nhiệt độ bể đá.
⇒ t = −10 −13 = −23 o p 0
C, tra bảng 2-2 tìm được 0 = 1,6655 bar = 0,16 Mpa
4. Chọn cấp của chu trình: p 895 , 16 Tỷ số nén : k Π = = = 1 ,
10 <12 ⇒ chọn chu trình một cấp. p 665 , 1 5 0
5. Chọn độ quá nhiệt hơi hút: t o h = t + 5 ( ÷ ) 10 0 C, chọn bằng 5 C. ⇒ t o h = 23 − + 5 = −18 C.
Sự quá nhiệt có thể đạt được bằng ba cách:
- Quá nhiệt ngay trong dàn lạnh khi sử dụng các loại van tiết lưu nhiệt.
- Quá nhiệt nhờ hòa trộn thêm với hơi nóng trên đường về máy nén.
- Quá nhiệt do tổn thất lạnh trên đường ống từ thiết bị bay hơi về máy nén.
6. Chọn độ quá lạnh: t t o ql = w + ÷ 1 (3 5) C. Chọn bằng 5 oC. ⇒ t o t
ql = 36 + 5 = 41 C = k ⇒ ∆tql = 2 oC
Do thiết bị quá lạnh làm cho hệ thống thêm cồng kềnh, tiêu tốn vật tư tăng mà hiệu quả lạnh đem lại không
cao nên việc quá lạnh sẽ được thực hiện ngay trong thiết bị ngưng tụ bằng cách để mức lỏng ngập vài ống
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 13 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG
dưới cùng của dàn ống trong bình ngưng. Nước giải nhiệt cấp vào bình sẽ đi qua các ống này trước để quá
lạnh lỏng sau đó mới đi lên các ống trên để ngưng tụ môi chất.
II. Tính toán chu trình :
1. sơ đồ nguyên lý và đồ thị:
a. Sơ đồ nguyên lý : NT 3 3' 2 TL MN 4 1 1' BH BH: thiết bị bay hơi NT: thiết bị ngưng tụ MN: máy nén TL: thiết bị tiết lưu.
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 14 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG b. Đồ thị: - đồ thị lgp-h: lgp k tql 3' Pk,tk 2 3 P0,t0 1 4 1' tqn h - đồ thị T-s: T 2 tql 3' Pk,tk 3 nqt 1 P0,t0 4 1' S
Quá trình 1’-1: quá nhiệt hơi hút về máy nén.
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 15 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG
Quá trình 1-2 : nén đoạn nhiệt
Quá trình 2-3’ : quá trình ngưng tụ nhả nhiệt đẳng áp cho môi trường làm mát trong thiết bị ngưng tụ.
Quá trình 3’-3: quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp.
Quá trình 3-4: tiết lưu ở van tiết lưu giảm áp suất từ pk xuống p0.
Quá trình 4-1’: bay hơi thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh.
Các thông số trạng thái của các điểm nút cơ bản : Điểm nút Trạng thái Nhiệt độ Áp suất Entanpi,h Thể tích, v (oC) (bar) (kJ/kg) (m3) 1’ Hơi bão -23 1,6655 1728 - hòa khô 1 hơi quá -18 1,6655 1739 0,7 nhiệt 2 hơi quá 140 16,895 2050 - nhiệt 3’ Lỏng bão 43 702,1 - hòa 3 Lỏng quá 41 16,895 692,4 - lạnh 4 Hơi bão -23 1,6655 692,4 - hòa ẩm
2. Năng suất lạnh riêng:
q = h − h = 1728 − , 692 4 = 1035 6 , 0 ' 1 4 (kJ/kg)
3. Năng suất lạnh riêng thể tích: q 6 , 1035 0 qv = = = , 1479 4 (kJ/m3). v 7 , 0 1 4. Công nén riêng:
l = h − h = 2050 −1739 = 331(kJ/kg) 2 1
5. Lượng nhiệt nhận được ở thiết bị ngưng tụ:
qk = h − h = 2050 − , 692 4 = 6 , 1357 2 3 (kJ/kg)
6. hiệu suất exergi của chu trình: T − T0 v k = ε T0 ε q0 1035 6 ,
: hệ số làm lạnh lý thuyết, ε = = = 12 , 3 l 331 316 − 250 ⇒ v = . 12 , 3 = 8 , 0 2 250 III. Chọn máy nén: Nhiệt tải Q Q = 0 của máy nén: 6 , 75613 0 (w) =75,613 (kw)
Năng suất lạnh riêng: q = 1035 6 , 0 (kJ/kg)
1. Lưu lượng môi chất qua máy nén: Q0 613 , 75 mtt = = = 0 , 0 73 (kg/s) q 6 , 1035 0
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 16 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG
2. Thể tích hút thực tế :
Vtt = m .v tt = 7 , 0 . 073 , 0 = 051 , 0 1 (m3/s)
3. Hệ số cấp λ : λ = λ λ .i w  1  p p m p 0 − ∆ p0
 k + ∆ pk  0 − ∆ p0  λi = − c
( công thức 7-13 sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ p  −   p p  0  0   0 
THỐNG LẠNH” –Nguyễn Đức Lợi. chọn:
∆ p = ∆ pk = 0 , 0 5 ÷ 0 , 0 1 0 Mpa chọn bằng 0,01 m = 95 , 0 ÷ 1,
1 , đối với máy nén amoniac chọn m = 1.
c : tỉ số thể tích chết, c = 0 , 0 3 ÷ 05 , 0 chọn c = 0,03 T0 250 λw = = = 79 , 0 T 316 k 16 , 0 − , 0 01  6895 , 1 + 0 , 0 1 16 , 0 − 01 , 0  ⇒ λi = − 03 , 0 − = 64 , 0   ⇒ λi = 79 , 0 . 64 , 0 = 511 , 0 16 , 0  16 , 0 16 , 0 
4. Thể tích quét lý thuyết: Vtt 051 , 0 vlt = = = 099 , 0 λ
(m3/s).Tra bảng 7-2 sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH” 5 , 0 11
–Nguyễn Đức Lợi chọn máy nén MYCOM ký hiệu N8WA có thể tích quét 374,2 m3/h = 0,1039 m3/s. Máy nén lạnh MYCOM
5. Số lượng máy nén: vlt 099 , 0 Zmn = = = 95 , 0 v 103 , 0 9 mn Chọn 1 máy.
6. Công nén đoạn nhiệt: Ns = m .l tt = 0 , 0 73 3 . 31 = 163 , 24 (kw)
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 17 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG
7. Hiệu suất chỉ thị:ηi T0 η = + . b t b = , 0 i 0 , ( 001) Tk 250 ⇒ηi = + 0 , 0 01 (.− ) 23 = 768 , 0 316
8. Công nén chỉ thị: Ni Ns 163 , 24 Ni = = = , 31 4 η kw 768 , 0 i
9. Công suất ma sát: Nms N = V .p ms tt ms Vtt = 0 , 0 99 ,m3/s p p p ms = 0 , 0 49 ÷ , 0
ms : áp suất ma sát riêng, đối với máy nén amoniac thắng dòng 069 Mpa, chọn ms = 0,069 Mpa. ⇒ N 0 , 0 . 099 , 0 69 10 . 6 Nm/s =6,831 kw. ms = 6831
10. Công nén hiệu dụng: N N N e = i + ms = , 31 4 + 8 , 6 31 = , 38 231 (kw)
11. Công suất tiếp điện: Nel Ne N = el η η td . el η η
td : hiệu suất truyền động, td =0,95. η η 8 , 0 ÷ η
el : hiệu suất động cơ điện, el = 95 , 0 chọn el = 0,85 ⇒ , 38 231 N (kw) el = = 34 , 47 85 , 0 . 95 , 0
12. Nhiệt thải ra ở bình ngưng: Q Q N k = + i = 613 , 75 + , 31 4 = 0 , 104 13 0 (kw)
CHƯƠNG VI: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT:
I. Thiết bị ngưng tụ: 1. Mục đích:
Ngưng tụ hơi môi chất thành lỏng.
2. Lựa chọn thiết bị:
Chọn thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước : Bình ngưng ống vỏ nằm ngang. Ưu điểm:
Thiết bị gọn nhẹ, chắc chắn, phụ tải nhiệt lớn.
Dễ dàng vệ sinh bề mặt trao đổi nhiệt.
Do làm mát bằng nước nên ít chịu ảnh hưởng của thời tiết. Nhược điểm:
Tốn thêm hệ thống tháp giải nhiệt, làm tăng thêm chi phí lắp đặt.
Công nghệ chế tạo phức tạp.
3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc:
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 18 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG a. Cấu tạo: 1 2 3 4 5 6 11 10 9 8 12 7
1. Đường nối vào áp kế 2. Nối van an toàn 3. Hơi NH3 vào
4. Đường cân bằng với bình chứa cao áp để lỏng từ bình ngưng chảy vào bình chứa cao áp. 5. Đường dự trữ 6. Van xả khí phía nước 7. Van xả nước 8. Xả dầu 9. Lỏng NH3 ra.
10. Đường vào của nước giải nhiệt
11. Đường ra của nước giải nhiệt
(nước vào ở bên dưới và ra ở bên trên để đảm bảo toàn bộ diện tích trao đổi nhiệt được
tiếp xúc với nước làm mát) 12. Chân bình.
b. Nguyên lý làm việc:
Đây là thiết bị trao đổi nhiệt bằng nước chuyển động cưỡng bức trong ống trao đổi nhiệt. Hơi cao áp đi vào
từ phía trên bao phủ toàn bộ bề mặt trao đổi nhiệt cho nước làm mát chuyển động cưỡng bức trong ống trao
đổi nhiệt ngưng tụ thành lỏng cao áp rồi dược đưa ra ngoài.
4. Tính chọn thiết bị ngưng tụ:
Chọn phụ tải nhiệt q : Tra bảng 8-6 sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH” –Nguyễn Đức F
Lợi đối với bình ngưng ống vỏ nằm ngang amoniac có q
W/m2, chọn q = 4500 W/m2. F = 3500 ÷ 5200 F
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: Qk F =
, Q là nhiệt thải ra ở bình ngưng. q k F 1000 . 013 , 107 ⇒ F = = 78 , 23 (m2) 4500
Tra bảng 8-1 chọn bình ngưng ống vỏ nằm ngang ký hiệu KTT-32 có các thông số sau: Ký Diệ Kích thước phủ bì (mm) Số Kích thước nối ống Thể Khối hiệu n ốn (mm) tích lượn
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 19 LỚP TCDLO7A
GVHD: LÊ QUANG HUY HSTH: PHÙNG XƯƠNG ĐỨC PHẠM MẠNH HÙNG bình tích Đườn Chiề Chiề Chiề g Hơi Lỏng Nướ giữa g ngưng bề g kính u dài u u cao hơi c các (kg) mặt rộng ống (m2) (mm ) KTT- 32 500 4430 810 910 14 50 20 70 0,52 1440 32 4
Lượng nước cung cấp cho thiết bị ngưng tụ: Qk V =
, với : c - nhiệt dung riêng của nước, c = 4,19 kJ/kg.k c.ρ ∆ . tw
ρ - khối lượng riêng của nước, ρ = 1000 kg/m3
∆tw - độ tăng nhiệt độ của nước trong thiết bị ngưng tụ ∆ t t o tw = w − w = 40 − 36 = 4 2 1 C 107 0 , 13 ⇒ V = = 00 , 0 63 m3/s = 22,986 m3/h 10 . 19 , 4 00 4 . II. Thiết bị bay hơi: 1. Mục đích:
Thiết bị bay hơi là nơi trao đổi nhiệt giữa môi chất lạnh và đối tượng cần làm lạnh.
2. Lựa chọn thiết bị bay hơi:
Chọn thiết bị bay hơi kiểu dàn lạnh xuong cá. Ưu điểm:
Các ống góp trên và dưới được nối với các ống trao đổi nhiệt có dạng uốn cong nên hạn chế được chiều cao
của dàn mà vẫn bảo đảm đường đi của môi chất đủ lớn để tăng thời gian tiếp xúc và diện tích trao đổi nhiệt.
Cấu tạo gọn, được chế tạo theo từng modun nên dễ dàng tăng công suất của dàn. Nhược điểm: Chế tạo khó khăn.
3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: a. Cấu tạo: 2 3 4 1 1. lỏng tiết lưu vào
2. đường ra của hơi hạ áp 3. ống góp trên dưới 4. ống trao đổi nhiệt
Đồ án môn học KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG Trang 20 LỚP TCDLO7A