3. LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Nha Trang,
đến nay tôi đã hoàn thành chương trình đào tạo đại học và hoàn thành đồ án tốt
nghiệp đại học. Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:
Ban Giám Hiệu trường Đại học Nha Trang, Ban chủ nhiệm khoa Chế
biến, cùng với các thầy cô giảng dạy.
Đặc biệt gửi lời cảm ơn đến thầy Th.s Nguyễn Trọng Bách - người đã
trực tiếp hướng dẫn tận tình để tôi hoàn thành đồ án đúng thời hạn.
Ban Giám Đốc và các anh chị ở công ty TNHH Minh Đăng đã tận tình
giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian thực tập tại công ty.
Cuối cùng, tôi bày tỏ lời cảm ơn đến cha mẹ cùng những người thân và
toàn thể bạn bè đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian học tập và thực
hiện công tác tốt nghiệp.
Tôi xin chúc các thầy cô, các anh chị và toàn thể bạn bè sức khỏe dồi dào,
đạt nhiều thành công trong công việc, học tập và nghiên cứu.
Nha Trang, tháng 11 năm 2007
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Việt Thái
5. 1
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm qua, ngành kỹ thuật lạnh nước ta đã được ứng dụng rất
mạnh mẽ trong các ngành như: Sinh học, hoá chất, công nghiệp dệt, thuốc lá, bia,
rượu, điện tử, tin học, y tế,… đặc biệt trong ngành chế biến và bảo quản thủy sản.
Quá trình chuyển đổi công nghệ chế biến để đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế và
thay đổi môi chất lạnh mới đã tạo nên một cuộc cách mạng thật sự cho ngành kỹ
thuật nước ta.
Với nguồn nguyên liệu thủy sản dồi dào và đa dạng. Sản lượng thủy sản đánh
bắt và nuôi trồng hàng năm là rất lớn. Vì vậy để đảm bảo thu được lợi nhuận cao từ
việc xuất khẩu thủy sản thì việc đảm bảo chất lượng của sản phẩm là vấn đề rất quan
trọng.
Cùng với quy trình công nghệ máy móc và thiết bị chế biến thì vấn đề bảo
quản sau khi chế biến là một khâu không thể thiếu để hạn chế những biến đổi làm
giảm chất lượng sản phẩm. Cho nên việc xây dựng kho bảo quản sản phẩm thủy
sản đông lạnh là một vấn đề cấp thiết hiện nay.
Xuất phát từ những yêu cầu đó, được sự phân công của khoa Chế Biến và
bộ môn Kỹ thuật lạnh trường Đại học Nha Trang cùng với sự hướng dẫn của thầy
Th.s Nguyễn Trọng Bách, tôi được giao đề tài: “Tính toán thiết kế hệ thống
lạnh cho kho bảo quản sản phẩm thủy sản đông lạnh sức chứa 500 tấn tại
Công ty TNHH Minh Đăng – Sóc Trăng”. Đề tài bao gồm những nội dung sau:
1 – Tổng quan.
2 – Các thông số tính toán, tính toán cấu trúc kho lạnh.
3 – Tính nhiệt tải kho lạnh, chọn máy nén và các thiết bị của hệ thống lạnh.
4 – Lắp đặt hệ thống lạnh.
5 – Trang bị tự động hoá, vận hành và bảo dưỡng hệ thống lạnh.
6 – Sơ bộ giá thành công trình.
Mặc dù rất cố gắng nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên
đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự chỉ dẫn của quý thầy
cô và sự đóng góp ý kiến của các bạn.
Nha Trang, tháng 11 năm 2007
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Việt Thái
6. 2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY
1.1.1 Sự hình thành và phát triển của công ty
Công ty trách nhiệm hữu hạn (TNHH) Minh Đăng là một doanh nghiệp tư
nhân thuộc thị trấn Mỹ Xuyên - Tỉnh Sóc Trăng.
Trước đây công ty có tên là công ty TNHH Nam Trung chuyên chế biến
đồ khô: Hành khô, chitin và chitozan.
Ngày 11/12/2005, công ty được một tư nhân tại Sài Gòn mua lại và đổi tên
là công ty TNHH Minh Đăng chuyên sản xuất hàng đông lạnh: Mực đông lạnh,
Bạch tuộc đông lạnh, kẽm, maza đông lạnh.
Địa chỉ của công ty: Tỉnh lộ 8 - Bình Thạnh - Mỹ Xuyên - Sóc Trăng.
Hiện nay, công ty nhận gia công chế biến các sản phẩm thủy sản đông
lạnh: mực, bạch tuộc, maza, kẽm, cá đuối….Công ty mới nhập về máy móc thiết
bị hiện đại sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc khắc phục những nhược điểm nhỏ
hẹp và thiết bị lạc hậu trước đây.
Mục tiêu của công ty sẽ sản xuất những mặt hàng cao cấp có giá trị kinh tế cao
như: Mực, tôm và mở rộng thị trường ra nước ngoài như Nhật, Mỹ, EU, Hàn Quốc…
7. 3
1.1.2 Cơ cấu tổ chức và chức năng nhiệm vụ các đơn vị trong công ty
Giám đốc: Có quyền hạn cao nhất trong công ty, có chức năng giám sát
điều hành mọi hoạt động của công ty.
Phó giám đốc: Có nhiệm vụ tham mưu cho giám đốc, điều hành mọi hoạt
động sản xuất kinh doanh của công ty, tham gia ký kết các hợp đồng.
Phân xưởng chế biến: Có vai trò quan trọng trong sự tồn tại và phát triển
của công ty. Chịu trách nhiệm về mặt quản lý nhân sự, đảm bảo các chế độ, chính
sách và quyền lợi nghĩa vụ của người lao động đối với công ty theo luật định của
nhà nước.
Phân xưởng cơ điện: Đảm bảo cho các máy móc thiết bị vận hành thông
suốt, an toàn trong cả quá trình chế biến.
Phòng kỹ thuật: Tham mưu cho giám đốc trong việc điều hành kỹ thuật
sản xuất, quá trình vệ sinh an toàn thực phẩm từ nguyên liệu đến thành phẩm,
chịu trách nhiệm về chất lượng sản phẩm làm ra, phụ trách chương trình quản lý
chất lượng, thực hiện đúng kế hoạch mà giám đốc đề ra.
Phòng kinh doanh: Có chức năng và nhiệm vụ xử lý thông tin từ các
nguồn tin thu thập được từ phía khách hàng, từ việc khảo sát thị trường. Phân
tích tổng hợp thông tin đưa ra những đề xuất, dự báo trong kinh doanh như giá cả
mặt hàng trước mắt và lâu dài. Ngoài ra phải thường xuyên giao dịch với khách
hàng, chào hàng trực tiếp hoặc gián tiếp.
PHÂN
XƯỞNG
CHẾ
BIẾN
GIÁM ĐỐC
PHÓ GIÁM ĐỐC
PHÂN
XƯỞNG
CƠ ĐIỆN
PHÒNG
KỸ
THUẬT
PHÒNG
KINH
DOANH
PHÒNG
KẾ
TOÁN
8. 4
Phòng kế toán: Có vai trò trong sự tồn tại và phát triển của công ty. Tính
các chi phí, giá thành sản phẩm, lợi nhuận, tiền lương, thưởng và tính toán các
khoản có liên quan đến sản xuất kinh doanh của công ty.
1.1.3 Tổng quan mặt bằng của công ty
Phân tích ưu nhược điểm của mặt bằng tổng thể:
Ưu điểm:
- Công ty nằm cách xa trung tâm thành phố nên không làm ảnh hưởng đến
môi trường cảnh quan thành phố.
- Công ty nằm sát trục đường chính nên thuận tiện cho việc vận chuyển
hàng hoá, nguyên vật liệu.
- Công ty có mặt bằng nằm cách cảng Trần Đề 25km rất thuận tiện cho
việc thu mua và vận chuyển nguyên liệu.
- Cảnh quan của công ty thuận tiện thoáng mát, sạch sẽ bố trí thiết kế hợp lý:
+ Nhà chứa phế liệu, bộ phận xử lý nước thải được bố trí riêng ở phía sau
cuối ngọn gió.
+ Kho bao bì được bố trí tách riêng để phòng ngừa sự cháy xảy ra.
+ Nơi tiếp nhận nguyên liệu có sân rộng cho xe ra vào.
Nhược điểm:
- Phân xưởng cơ điện có nhiều tiếng ồn được bố trí ngang với khu thành phẩm.
- Phòng máy không có đường đi vào, công nhân vận hành phải đi ngang
qua phòng chế biến để vào phòng máy. Ngoài ra vị trí của phòng máy không
thuận lợi cho việc sửa chữa và bảo dưỡng.
- Chưa có cửa tiếp nhận nguyên liệu riêng tách biệt với phế liệu ra nên có
thể gây sự nhiễm chéo và nhiễm bẩn.
- Góc phía đông của khu vực tiếp nhận giáp với khu vực chứa phế liệu và
trạm xử lý nước thải nên nguyên liệu dễ bị nhiễm bẩn.
- Sự bố trí làm việc của công nhân không khép kín nên công ty có phần
không ngăn nắp và chưa ổn định.
9. 5
1.2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LÀM ĐÔNG VÀ BẢO QUẢN SẢN
PHẨM ĐÔNG LẠNH
1.2.1 Tác dụng của việc bảo quản lạnh
Bảo quản thực phẩm là quá trình bảo vệ và hạn chế những biến đổi về chất
lượng và hình thức của thực phẩm trong khi chờ đợi đưa đi sử dụng.
Thực phẩm sau khi thu hoạch về chế biến được bảo quản ở nhiệt độ thấp
cùng với chế độ thông gió và độ ẩm thích hợp trong kho lạnh, khi hạ nhiệt độ
thấp thì enzyme và vi sinh vật trong nhiên liệu bị ức chế hoạt động và có thể bị
đình chỉ hoạt động. Như vậy nguyên liệu được giữ tươi lâu thêm một thời gian
nữa.
Nói chung khi nhiệt độ nhỏ hơn 10o
C thì vi sinh vật gây thối rữa và vi
khuẩn gây bệnh bị kiềm chế phần nào hoạt động của chúng. Khi nhiệt độ nhỏ hơn
0o
C thì tỷ lệ phát triển của chúng rất thấp, ở -5o
C ÷ -10o
C thì hầu hết chúng
không hoạt động. Tuy nhiên có một số loài vi khuẩn và nấm mốc khi hạ nhiệt độ
xuống -15o
C chúng vẫn phát triển được như Cloromobacter, Pseudomonas… Do
đó, muốn bảo quản được thực phẩm, nhất là các mặt hàng thuỷ sản trong thời
gian dài thì nhiệt độ bảo quản phải dưới -15o
C.
Như vậy, quá trình bảo quản lạnh có tác dụng như sau:
Ở nhiệt độ thấp các phản ứng sinh hoá trong nguyên liệu giảm xuống.
Trong phạm vi hoạt động bình thường cứ hạ 10o
C thì các phản ứng sinh hoá giảm
xuống 1/2÷1/3, khi hạ xuống thấp sẽ làm ức chế các hoạt động về sinh lý của vi
khuẩn cũng như nấm men.
Dưới tác dụng của nhiệt độ thấp, nước trong động vật thuỷ sản bị đóng
băng làm cơ thể động vật bị mất nước, vi khuẩn thiếu nước nên giảm phát triển
và có khi còn bị tiêu diệt. Nói chung khi nhiệt độ hạ xuống thấp thì chỉ có tác
dụng kiềm chế vi khuẩn hơn là giết chết chúng.
1.2.2 Một số biến đổi của thực phẩm trong quá trình bảo quản đông.
1. Biến đổi vật lý.
Sự kết tinh lại của nước đá:
10. 6
Đối với các sản phẩm đông lạnh trong quá trình bảo quản nếu chúng ta
không duy trì được nhiệt độ bảo quản ổn định sẽ dẫn đến sự kết tinh lại của nước
đá. Đó là hiện tượng gây nên những ảnh hưởng xấu cho sản phẩm bảo quản. Do
nồng độ chất tan trong các tinh thể nước đá khác nhau thì khác nhau, nên nhiệt
độ kết tinh và nhiệt độ nóng chảy cũng khác nhau.
Khi nhiệt độ tăng thì các tinh thể nước đá có kích thước nhỏ, có nhiệt độ
nóng chảy thấp sẽ bị tan ra trước tinh thể có kích thước lớn, nhiệt độ nóng chảy
cao. Khi nhiệt độ hạ xuống trở lại thì quá trình kết tinh lại xảy ra, nhưng chúng lại
kết tinh thể nước đá lớn do đó làm cho kích thước tinh thể nước đá lớn ngày càng
to lên. Sự tăng về kích thước các tinh thể nước đá sẽ ảnh hưởng xấu đến thực phẩm
cụ thể là các cấu trúc tế bào bị phá vỡ, khi sử dụng sản phẩm sẽ mềm hơn, hao phí
chất dinh dưỡng tăng do sự mất nước tự do tăng làm mùi vị sản phẩm giảm.
Để tránh hiện tượng kết tinh lại nước đá, trong quá trình bảo quản nhiệt độ
bảo quản phải được giữ ổn định, mức dao động nhiệt độ cho phép là ± 20
C.
Sự thăng hoa của nước đá:
Trong quá trình bảo quản sản phẩm đông lạnh do hiện tượng hơi nước
trong không khí ngưng tụ thành tuyết trên dàn lạnh làm cho lượng ẩm trong
không khí giảm. Điều đó dẫn đến sự chênh lệch áp suất bay hơi của nước đá ở bề
mặt sản phẩm với môi trường xung quanh. Kết quả là nước đá bị thăng hoa, hơi
nước đi vào bề mặt sản phẩm với môi trường không khí. Nước đá ở bề mặt bị
thăng hoa, sau đó các lớp bên trong của thực phẩm cũng bị thăng hoa.
Sự thăng hoa nước đá của thực phẩm làm cho thực phẩm có cấu trúc xốp,
rỗng. Oxy không khí dễ thâm nhập vào oxy hoá sản phẩm. Sự oxy hoá xảy ra làm
cho sản phẩm hao hụt về trọng lượng, chất tan, mùi vị bị xấu đi, đặc biệt trong
quá trình oxy hoá lipit.
Để tránh hiện tượng thăng hoa nước đá của sản phẩm thì sản phẩm đông
lạnh đem đi bảo quản cần được bao gói kín và đuổi hết không khí ra ngoài. Nếu
có không khí bên trong sẽ xảy ra hiện tượng hoá tuyết trên bề mặt bao gói và quá
trình thăng hoa vẫn xảy ra.
11. 7
2. Biến đổi về hoá học.
Trong quá trình bảo quản đông lạnh các biến đổi sinh hoá, hoá học diễn ra
chậm. Các thành phần dễ bị biến đổi là protêin hoà tan, lipit, vitamin, chất màu,
…
Sự biến đổi của protêin:
Trong các loại protêin thì protêin hoà tan trong nước dễ bị phân giải nhất,
sự phân giải chủ yếu dưới dạng dưới tác dụng của enzyme có sẵn trong thực
phẩm.
Sự khuếch tán nước do kết tinh lại và thăng hoa nước đá gây nên sự biến
tính của protêin hoà tan.
Biến đổi protêin làm giảm chất lượng sản phẩm khi sử dụng.
Sự biến đổi của chất béo:
Dưới tác động của enzyme nội tạng làm cho chất béo bị phân giải cộng
với quá trình thăng hoa nước đá làm cho oxy xâm nhập vào thực phẩm. Đó là quá
trình thuận lợi cho quá trình oxy hoá chất béo xảy ra. Quá trình oxy hoá chất béo
sinh ra các chất có mùi vị xấu làm giảm giá trị sử dụng của sản phẩm. Nhiều
trường hợp đây là nguyên nhân chính làm hết thời hạn bảo quản của sản phẩm.
Các chất màu bị oxy hoá cũng làm thay đổi màu sắc của thực phẩm.
Sự biến đổi về vi sinh vật:
Đối với sản phẩm đông lạnh có nhiệt độ thấp hơn -15o
C và được bảo quản
ổn định thì số lượng vi sinh vật giảm theo thời gian bảo quản. Ngược lại nếu sản
phẩm làm đông không đều, vệ sinh không đúng tiêu chuẩn, nhiệt độ bảo quản
không ổn định sẽ làm cho các sản phẩm bị lây nhiễm vi sinh vật, chúng hoạt
động gây thối rữa sản phẩm và giảm chất lượng sản phẩm.
1.3 TỔNG QUAN VỀ KHO LẠNH BẢO QUẢN
1.3.1 Kho lạnh bảo quản
Kho lạnh bảo quản là kho được sử dụng để bảo quản các loại thực phẩm,
nông sản, rau quả, các sản phẩm của công nghiệp hoá chất, công nghiệp thực
phẩm, công nghiệp nhẹ,…
12. 8
Hiện nay kho lạnh được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp chế biến
thực phẩm và chiếm một tỷ lệ lớn nhất. Các dạng mặt hàng bảo quản bao gồm:
- Kho bảo quản thực phẩm chế biến như: thịt, hải sản, đồ hộp,…
- Kho bảo quản nông sản thực phẩm hoa quả.
- Bảo quản các sản phẩm y tế, dược liệu.
- Kho bảo quản sữa.
- Kho bảo quản và lên men bia.
- Bảo quản các sản phẩm khác.
Việc thiết kế kho lạnh phải đảm bảo một số yêu cầu cơ bản sau:
- Cần phải tiêu chuẩn hoá các kho lạnh.
- Cần phải đáp ứng các yêu cầu khắt khe của sản phẩm xuất khẩu.
- Cần có khả năng cơ giới hoá cao trong các khâu bốc dỡ sắp xếp hàng.
- Có giá trị kinh tế: vốn đầu tư nhỏ, có thể sử dụng máy và thiết bị trong
nước,…
Với những yêu cầu nhiều khi mâu thuẫn nhau như trên ta phải đưa ra
những phương pháp thiết kế với hoàn cảnh Việt Nam.
1.3.2 Phân loại kho lạnh
Có nhiều kiểu kho bảo quản dựa trên những căn cứ phân loại khác nhau:
a. Theo công dụng:
Người ta có thể phân ra các loại kho lạnh như sau:
- Kho lạnh sơ bộ: Dùng làm lạnh sơ bộ hay bảo quản tạm thời thực phẩm
tại các nhà máy chế biến trước khi chuyển sang một khâu chế biến khác.
- Kho chế biến: Được sử dụng trong các nhà máy chế biến và bảo quản
thực phẩm (nhà máy đồ hộp, nhà máy sữa, nhà máy chế biến thuỷ sản, nhà máy
xuất khẩu thịt,…). Các kho lạnh loại này thường có dung tích lớn, cần phải trang
bị hệ thống có công suất lạnh lớn. Phụ tải của kho lạnh luôn thay đổi do phải xuất
nhập hàng thường xuyên.
- Kho phân phối, trung chuyển: Dùng điều hoà cung cấp thực phẩm cho
các khu dân cư, thành phố và dự trữ lâu dài. Kho lạnh phân phối thường có dung
13. 9
tích lớn, trữ nhiều mặt hàng và có ý nghĩa rất lớn đối với đời sống sinh hoạt của
cả một cộng đồng.
- Kho thương nghiệp: Kho lạnh bảo quản các mặt hàng thực phẩm của hệ
thống thương nghiệp. Kho dùng bảo quản tạm thời các mặt hàng đang được
doanh nghiệp bán trên thị trường.
- Kho vận tải (trên tàu thuỷ, tàu hoả, ôtô): Đặc điểm của kho là dung tích
lớn, hàng bảo quản mang tính tạm thời để vận chuyển từ nơi này đến nơi khác.
- Kho sinh hoạt: Đây là loại kho rất nhỏ dùng trong các hộ gia đình, khách
sạn, nhà hàng dùng bảo quản một lượng hàng nhỏ.
b. Theo nhiệt độ:
Người ta có thể chia ra:
- Kho bảo quản lạnh: Nhiệt độ bảo quản nằm trong khoảng -2o
C đến 5o
C.
Đối với một số rau quả nhiệt đới cần bảo quản ở nhiệt độ cao hơn (đối với chuối >
10o
C, đối với chanh >4o
C). Nói chung các mặt hàng chủ yếu là rau quả và các mặt
hàng nông sản.
- Kho bảo quản đông: Kho được sử dụng để bảo quản các mặt hàng đã
qua cấp đông. Đó là 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 quản
tối thiểu cũng phải đạt -18o
C để các vi sinh vật không thể phát triển làm hư hại
thực phẩm trong quá trình bảo quản.
- Kho đa năng: Nhiệt độ bảo quản là -12o
C, buồng bảo quản đa năng
thường được thiết kế ở -12o
C nhưng khi cần bảo quản lạnh có thể đưa lên nhiệt
độ bảo quản 0o
C hoặc khi cần bảo quản đông có thể đưa xuống nhiệt độ bảo quản
-18o
C tuỳ theo yêu cầu công nghệ. Khi cần có thể sử dụng buồng đa năng để gia
lạnh sản phẩm. Buồng đa năng thường được trang bị dàn quạt nhưng cũng có thể
được trang bị dàn tường hoặc dàn trần đối lưu không khí tự nhiên.
- Kho gia lạnh: Được dùng để làm lạnh sản phẩm từ nhiệt độ môi trường
xuống nhiệt độ bảo quản lạnh hoặc để gia lạnh sơ bộ cho những sản phẩm lạnh
đông trong phương pháp kết đông 2 pha. Tuỳ theo yêu cầu quy trình công nghệ
14. 10
gia lạnh, nhiệt độ buồng có thể hạ xuống -5o
C và nâng lên vài độ trên nhiệt độ
đóng băng của các sản phẩm được gia lạnh. Buồng gia lạnh thường được trang bị
dàn quạt để tăng tốc độ gia lạnh cho sản phẩm.
- Kho bảo quản nước đá: Nhiệt độ tối thiểu -4o
C.
c. Theo dung tích chứa:
Kích thước kho lạnh phụ thuộc chủ yếu vào dung tích chứa hàng của nó.
Do đặc điểm về khả năng chất tải cho mỗi loại thực phẩm khác nhau nên thường
quy dung tích ra tấn thịt (MT – Meat Tons). Ví dụ: Kho 50 MT, kho 100 MT,
200 MT, 500 MT,… là những kho có khả năng chứa 50, 100, 200, 500 tấn thịt.
d. Theo đặc điểm cách nhiệt:
Người ta chia ra:
- Kho xây: Là kho mà kết cấu là kiến trúc xây dựng và bên trong người ta
bọc lớp cách nhiệt. Kho xây chiếm diện tích lớn, giá thành tương đối cao, không
đẹp, khó tháo dỡ, và di chuyển. Mặt khác về mặt thẩm mỹ và vệ sinh kho xây
không đảm bảo tốt. Vì vậy, hiện nay ở nước ta thường ít sử dụng kho xây để bảo
quản thực phẩm.
- Kho panel: Được lắp ghép từ các tấm panel tiền chế polyuretan và được lắp
ghép với nhau bằng các móc khoá cam locking và mộng âm dương. Kho panel có
hình thức đẹp, gọn và giá thành tương đối rẻ, rất tiện lợi khi lắp đặt, tháo dỡ và bảo
quản các mặt hàng thực phẩm, nông sản, thuốc men, dược liệu… Hiện nay nhiều
doanh nghiệp ở nước ta đã sản xuất các tấm panel cách nhiệt đạt tiêu chuẩn cao. Vì
thế hầu hết các xí nghiệp, công nghiệp thực phẩm đều sử dụng kho panel để bảo
quản hàng hoá.
1.4 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Công ty TNHH Minh Đăng có hai kho lạnh: Một kho 100 tấn và một kho
150 tấn. Trước đây kho được thiết kế để bảo quản các sản phẩm như: hành khô,
chitin, chizotan. Các mặt hàng chủ yếu của công ty là: Bạch tuộc, mực, maza đông
lạnh và sắp tới công ty đang có kế hoạch chuyển sang mặt hàng tôm đông lạnh. Hệ
15. 11
thống cấp đông của công ty có công suất 20 tấn/ngày gồm: 2 tủ đông tiếp xúc công
suất 1000kg/mẻ và 1 băng chuyền IQF công suất 500kg/h.
Do đang trong thời kì xây dựng, bước đầu đi vào sản xuất và có kế hoạch
mở rộng sản xuất. Dự tính sắp tới công ty sẽ nâng công suất cấp đông lên 30
tấn/ngày. Chính vì vậy, công ty đang rất cần xây dựng một kho lạnh bảo quản có
thể đáp ứng được công suất cấp đông của nhà máy trong thời gian sắp tới.
Hai kho lạnh của công ty không thể đáp ứng được các yêu cầu về mặt
công nghệ cũng như về công suất của nhà máy.
Xuất phát từ những yêu cầu trên mà tôi quyết định chọn đề tài: Tính toán
thiết kế hệ thống lạnh cho kho bảo quản sản phẩm thủy sản đông lạnh sức
chứa 500 tấn tại công ty TNHH Minh Đăng – Sóc Trăng, với thời gian lưu kho
tối đa 15 ngày.
16. 12
CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN CẤU TRÚC KHO LẠNH
2.1 CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ KHO LẠNH
2.1.1 Yêu cầu đối với quy hoạch mặt bằng kho lạnh
Quy hoạch mặt bằng kho lạnh là bố trí những nơi sản xuất, xử lý lạnh, bảo
quản và những nơi phụ trợ phù hợp với dây chuyền công nghệ. Để đạt được mục
đích đó cần tuân thủ các yêu cầu sau:
- Phải bố trí buồng lạnh phù hợp dây chuyền công nghệ. Sản phẩm đi theo
dây chuyền không gặp nhau, không đan chéo nhau. Các cửa ra vào buồng chứa
phải quay ra hành lang. Cũng có thể không cần hành lang nhưng sản phẩm theo
dây chuyền không đi ngược.
- Quy hoạch cần phải đạt chi phí đầu tư bé nhất. Cần sử dụng rộng rãi các
cấu kiện tiêu chuẩn giảm đến mức thấp nhất các diện tích phụ nhưng phải đảm
bảo tiện nghi. Giảm công suất thiết bị đến mức thấp nhất.
- Quy hoạch mặt bằng cần phải đảm bảo sự vận hành tiện lợi và chi phí
thấp.
+ Quy hoạch phải đảm bảo lối đi và đường vận chuyển thuận lợi cho việc
bốc xếp thủ công hoặc cơ giới đã thiết kế.
+ Chiều rộng kho lạnh nhiều tầng không quá 40m.
+ Chiều rộng kho lạnh một tầng phải phù hợp với khoảng vượt lớn nhất
12m, thường lấy 12, 24, 36, 48, 60, 72m.
+ Trong một vài trường hợp kho lạnh có sân bốc dỡ nối liền rộng 3,5m,
nhưng thông thường các kho lạnh có hành lang nối ra cả hai phía, chiều rộng 6m.
+ Kho lạnh thể tích tới 600 tấn không bố trí đường sắt, chỉ có một sân bốc
dỡ ôtô dọc theo chiều dài kho đảm bảo mọi phương thức bốc dỡ.
+ Để giảm tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che, các buồng lạnh được nhóm
lại từng khối với một chế độ nhiệt độ.
- Mặt bằng kho lạnh phải phù hợp với hệ thống đã chọn. Điều này đặc biệt
quan trọng đối với kho lạnh một tầng vì không phải luôn luôn đảm bảo được môi
17. 13
chất lạnh từ các thiết bị lạnh về, do đó phải chuyển sang sơ đồ lớn hơn với việc
cấp lỏng từ dưới lên.
- Mặt bằng kho lạnh phải đảm bảo kỹ thuật, an toàn phòng cháy chữa cháy.
- Khi quy hoạch cũng phải tính toán đến khả năng mở rộng kho lạnh. Phải
để lại một mặt mút tường để có thể mở rộng kho lạnh.
2.1.2 Yêu cầu buồng máy và thiết bị
Bố trí máy và thiết bị hợp lý trong buồng máy là rất quan trọng nhằm mục
đích sau:
- Vận hành máy thuận tiện.
- Rút ngắn chiều dài đường ống: Giảm chi phí đầu tư và giảm tổn thất áp
suất trên đường ống.
- Sử dụng thể tích buồng máy hiệu quả nhất, buồng máy gọn nhất.
- Đảm bảo an toàn phòng cháy chữa cháy, phòng nổ và vệ sinh công nghiệp.
- Đảm bảo thuận tiện cho việc bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế máy với thiết bị.
Buồng máy và thiết bị thường được bố trí vào sát tường kho lạnh để
đường nối ống giữa máy thiết bị và dàn lạnh là ngắn nhất, chiếm từ 5 ÷10% tổng
diện tích kho lạnh.
Buồng máy và thiết bị có thể nằm chung trong một khối nhà của kho lạnh
hoặc tách rời. Chiều rộng chính của lối đi trong buồng máy là 1,5m trở lên, các
máy và thiết bị lớn đến 2,5m. Khoảng cách này để đi lại, tháo lắp sửa chữa máy dễ
dàng. Khoảng cách máy và thiết bị ít nhất là 1m, giữa thiết bị và tường là 0,8m nếu
đây không phải là lối đi vận hành chính. Các thiết bị có thể đặt sát tường nếu phía
đó của thiết bị hoàn toàn không cần đến vận hành, bảo dưỡng. Trạm tiết lưu và
bảng điều khiển với các dụng cụ đo kiểm và báo hiệu phải bố trí sao cho có thể
quan sát được dễ dàng từ bất kỳ vị trí nào trong buồng máy. Trạm tiết lưu đặt cách
máy ít nhất 1,5m.
Buồng máy và thiết bị ít nhất phải có 2 cửa bố trí đối diện ở khoảng cách
xa nhất trong buồng máy, ít nhất có 1 cửa thông ra ngoài trời, các cánh cửa mở ra
18. 14
ngoài. Buồng máy phải có quạt thông gió thổi ra ngoài, mỗi giờ có thể thay đổi
không khí trong buồng 3 ÷ 4 lần.
2.2 CHỌN PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG KHO LẠNH
Có 2 phương án thiết kế kho lạnh: Kho xây và kho lắp ghép
Tôi lựa chọn phương án thiết kế là kho lạnh lắp ghép, mặc dù kho lạnh lắp
ghép giá thành cao hơn khá nhiều so với kho lạnh xây. Nhưng nó có những ưu
điểm vượt trội so với kho lạnh xây như sau:
- Tất cả các chi tiết của kho lạnh lắp ghép là các panel tiêu chuẩn chế tạo
sẵn nên có thể vận chuyển dễ dàng đến nơi lắp ráp một cách nhanh chóng trong
một vài ngày so với kho truyền thống phải xây dựng trong nhiều tháng, có khi
nhiều năm.
- Có thể tháo lắp và di chuyển đến nơi mới khi cần thiết.
- Không cần đến vật liệu xây dựng như kho xây trừ nền có con lươn đặt
kho nên công việc xây dựng đơn giản hơn nhiều.
- Cách nhiệt là polyuretan có hệ số dẫn nhiệt thấp.
- Tấm bọc ngoài của panel đa dạng từ chất dẻo đến nhôm tấm hoặc thép
không gỉ…
- Hoàn toàn có thể sản xuất được trong nước.
2.3 CHỌN MẶT BẰNG XÂY DỰNG KHO LẠNH
Do yêu cầu vị trí của kho lạnh: Phải nằm gần khu thành phẩm, bao gói để
thuận lợi cho việc đưa hàng vào trong kho và giảm tổn thất nhiệt cho kho. Ngoài
ra còn phải nằm ở vị trí gần đường giao thông, có thể lùi xe để bốc hàng mà
không ảnh hưởng đến các khâu khác…Đặc biệt vị trí xây dựng kho lạnh phải phù
hợp dây chuyền công nghệ: Sản phẩm sau khi cấp đông được chuyển sang bao
gói và chuyển vào kho lạnh ngay, tránh trường hợp phải vận chuyển xa có thể
làm cho sản phẩm bị dã đông và làm tăng chi phí vận hành của kho lạnh.
Về phía công ty, do đang trong quá trình xây dựng và đang hướng mở
rộng sản xuất các mặt hàng mới với các thị trường như Nhật, Hàn Quốc, Mĩ…Vì
19. 15
vậy công ty rất cần một kho lạnh có thể đáp ứng được các đòi hỏi khắt khe của
các thị trường khó tính nhất.
Ngoài ra do điều kiện diện tích của công ty bị hạn chế nên cần chọn vị trí
xây dựng kho phải hợp lý, hạn chế đến mức tối thiểu diện tích bỏ không.
Chính vì vậy tôi quyết định chọn vị trí xây dựng kho lạnh ở vị trí phía cổng
của công ty trên phần đất của nhà tập thể và phần đất trống phía sau nhà tập thể. Qua
việc khảo sát và đo đạc vị trí mà ta chọn xây dựng kho lạnh có kích thước 14 m x
37m.
2.4 HÌNH KHỐI KHO LẠNH
Về lý thuyết thì hình lập phương là hình lý tưởng nhất cho kho lạnh vì
diện tích xung quanh là nhỏ nhất và thể tích là lớn nhất. Tuy nhiên hình khối kho
lạnh còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mặt bằng công ty, địa hình, đường giao
thông, phương pháp bốc dỡ. Cũng như thỏa mãn các điều kiện xây dựng khác
như: phân chia phòng, mở rộng kho hàng…
Kho lạnh một tầng tuy chiếm nhiều diện tích, xây dựng tốn nhiều vật liệu,
cách nhiệt và tổn thất nhiệt qua vách lớn nên hệ thống lạnh cũng cần phải lớn
hơn. Chi phí về năng lượng cũng lớn hơn nhưng chúng lại có ưu điểm là xây
dựng dễ dàng và đi lại vận chuyển trong kho cũng dễ dàng. Chính vì thế, tôi chọn
phương án xây dựng kho một tầng có hình chữ nhật.
2.5 CHỌN THÔNG SỐ THIẾT KẾ
2.5.1 Chọn nhiệt độ bảo quản
Nhiệt độ bảo quản sản phẩm đông theo lý thuyết nhiệt độ càng thấp thì
chất lượng sản phẩm càng tốt, thời gian bảo quản càng lâu nhưng tùy từng mặt
hàng cụ thể mà chúng có nhiệt độ bảo quản khác nhau. Nếu nhiệt độ bảo quản
càng thấp thì chi phí lạnh càng cao, điều đó làm tăng chi phí vận hành và hiệu
quả kinh tế đạt được thấp. Nhiệt độ bảo quản còn phụ thuộc vào thời gian bảo
quản, nếu muốn bảo quản với thời gian dài thì phải giữ ở nhiệt độ thấp.
Nhiệt độ bảo quản ở các nước Châu Âu hiện nay là -300
C. Một số sản
phẩm bảo quản ở nhiệt độ cao hơn -300
C nếu bảo quản trong thời gian ngắn.
20. 16
Theo viện nghiên cứu lạnh đông Quốc tế thì nhiệt độ bảo quản cho cá gầy là
-200
C, cho cá béo là -300
C. Tuy nhiên nếu cá gầy mà bảo quản trên 1 năm thì
nhiệt độ bảo quản phải đạt -300
C. Ở Việt Nam hiện nay, nhiệt độ bảo quản sản
phẩm thủy sản đông lạnh quy định chung là -18 ÷ -250
C.
Kho đang thiết kế của công ty TNHH Minh Đăng bảo quản mặt hàng
mực, bạch tuộc đông lạnh thời gian bảo quản thường nhỏ hơn 1 tháng. Tôi chọn
nhiệt độ bảo quản trong kho là -200
C ± 20
C.
2.5.2 Độ ẩm không khí trong kho
Độ ẩm không khí lạnh trong kho có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và cảm
quan bề mặt của sản phẩm đông sau khi bảo quản. Bởi vì nó liên quan đến hiện
tượng thăng hoa của nước đá trong sản phẩm. Do vậy tùy từng loại sản phẩm cụ
thể mà độ ẩm của không khí trong kho là khác nhau.
Đối với sản phẩm đông không được bao gói cách ẩm thì độ ẩm không khí
lạnh là phải đạt 95%. Còn đối với sản phẩm đã được bao gói cách ẩm thì độ ẩm
của không khí lạnh khoảng 85 ÷ 90%.
Kho đang thiết kế chủ yếu bảo quản các sản phẩm mực, bạch tuộc được
bao gói nên ta chọn độ ẩm không khí lạnh trong kho ϕ = 85%.
2.5.3 Thông số địa lý, khí tượng ở Sóc Trăng
Các thông số này đã được thống kê trong nhiều năm, khi tính toán thiết kế
để đảm bảo độ an toàn cao ta thường lấy giá trị cao nhất ứng với chế độ khí hậu
khắc nghiệt nhất. Từ đó sẽ đảm bảo cho kho vận hành an toàn trong mọi điều kiện
khí hậu.
Bảng 2-1: Thông số khí hậu ở Sóc Trăng
Nhiệt độ, 0
C Độ ẩm tương đối, %
TB cả năm Mùa hè Mùa đông Mùa hè Mùa đông
26,8 35,9 19,0 77 80
2.5.4 Phương pháp tính nhiệt tải kho lạnh
21. 17
Tính nhiệt tải kho lạnh là tính toán các dòng nhiệt khác nhau đi từ ngoài
môi trường vào kho lạnh và các nguồn nhiệt khác nhau trong kho lạnh sinh ra.
Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ công suất để thải nó ra
môi trường, để đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn định giữa buồng lạnh và
không khí bên ngoài. Mục đích tính nhiệt tải kho lạnh là để xác định năng suất
lạnh của máy nén mà ta cần lắp đặt.
Phương pháp xác định dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh Q là ta xác định
theo các dòng nhiệt thành phần và được tính theo biểu thức:
Q=∑ ++++=
5
1
,54321 WQQQQQQi
Trong đó:
Q1- dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của kho lạnh, W.
Q2- dòng nhiệt do sản phẩm tạo ra trong quá trình xử lý lạnh, W.
Q3- dòng nhiệt từ bên ngoài do thông gió buồng lạnh, W.
Q4- dòng nhiệt tỏa ra khi vận hành kho lạnh, W.
Q5- dòng nhiệt từ sản phẩm tỏa ra khi sản phẩm hô hấp, W.
Do đây là kho lạnh bảo quản thủy sản đông lạnh nên Q3 = Q5 = 0. Dòng
nhiệt tổn thất Q chỉ còn các dòng nhiệt sau:
Q=Q1+Q2+Q4, W.
Đặc điểm của các dòng nhiệt này là thay đổi liên tục theo thời gian.
- Q1 phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài thay đổi theo giờ trong ngày và theo
mùa trong năm.
- Q2 phụ thuộc vào thời vụ.
- Q4 phụ thuộc vào quy trình công nghệ chế biến và bảo quản.
2.5.5 Chọn máy và thiết bị
Việc chọn máy và thiết bị cho kho lạnh căn cứ vào năng suất lạnh, môi
chất lạnh, chu trình lạnh sử dụng:
22. 18
- Chọn máy nén piston 2 cấp: do nhiệt độ không khí trong kho thấp nên
nhiệt độ sôi thấp. Mặt khác lại sử dụng môi chất NH3 nên tỷ số nén không cho
phép sử dụng máy nén 1 cấp. Vì vậy tôi chọn máy nén 2 cấp.
- Chọn thiết bị ngưng tụ là bình ngưng ống chùm vỏ bọc nằm ngang.
- Chọn 3 dàn bay hơi có cùng công suất, mỗi dàn có 3 quạt: do kho có
chiều dài lớn 32m, chiều rộng nhỏ 12m. Vì vậy tôi chọn quạt thổi ngang phòng
có tầm thổi tương ứng với chiều rộng của phòng.
- Chọn 3 van tiết lưu màng cân bằng ngoài cho kho bảo quản.
- Chọn thiết bị phụ: bình trung gian, bình chứa cao áp, bình tách dầu, tách
lỏng, tách khí không ngưng, chọn tháp giải nhiệt, bơm giải nhiệt, tính chọn
đường ống hút và đường ống đẩy,…
2.5.6 Phương án lắp đặt kho, máy và thiết bị
a. Đối với hệ thống máy
Hai máy nén 2 cấp được lắp liên hoàn với nhau, được thiết kế theo
phương pháp chạy dừng và hỗ trợ nhau trong quá trình vận hành.
Phòng máy được xây dựng nằm bên cạnh kho lạnh.
Dàn lạnh lắp trong kho và được treo trên trần.
b. Đối với kho lạnh
Tường, trần và nền được lắp bởi các tấm panel tiêu chuẩn. Xung quanh
đều có mái che để hạn chế các dòng nhiệt tổn thất.
Kho bảo quản gồm hai cửa nhỏ và một cửa lớn.
Trên tường của kho gắn các van thông áp để cân bằng áp suất giữa bên
trong và bên ngoài kho.
Trên tường có gắn nhiệt kế để đo nhiệt độ của không khí trong kho.
2.6 NGUYÊN TẮC XẾP HÀNG TRONG KHO LẠNH
Các nguyên tắc xếp hàng trong kho lạnh:
2.6.1 Nguyên tắc thông gió
Yếu tố quan trọng trong kho bảo quản là nhiệt độ kho. Nhiệt độ này phải
đúng mức quy định và không khí lạnh phải tiếp xúc trực tiếp từng sản phẩm, từng
23. 19
kiện hàng trong kho để đảm bảo tác dụng bảo quản tốt nhất. Do đó nguyên tắc
thông gió là tạo điều kiện để không khí lạnh từ dàn lạnh đến tất cả các hàng hóa
trong kho một cách điều hòa liên tục.
24. 20
2.6.2 Nguyên tắc hàng vào trước ra trước
Mỗi sản phẩm vào kho đều có tuổi thọ của nó nghĩa là khoảng thời gian
tối đa mà sản phẩm được phép lưu kho, nếu quá thời gian ấy sản phẩm bắt đầu
chuyển qua trạng thái biến đổi cho đến hư hỏng. Do đó các kiện hàng nhập trước
phải được ưu tiên xuất trước tránh trường hợp tồn tại đọng hàng cũ, quá tuổi thọ.
2.6.3 Nguyên tắc gom hàng
Trong quá trình bảo quản đông lạnh luôn có sự bốc hơi nước ít nhiều từ bề
mặt sản phẩm, dần dần theo thời gian làm hao tổn trọng lượng sản phẩm. Có thể
giảm hiện tượng bốc hơi này bằng cách giảm diện tích kiện hàng. Do trống, ít hàng,
hàng hóa để rải rác, ngổn ngang diện tích bề mặt lớn. Nguyên tắc gom hàng là làm
cho diện tích bề mặt sản phẩm giảm, khả năng bốc hơi chậm lại và tạo thành khối ổn
định, vững chắc. Kho lạnh phải đảm bảo thường xuyên đầy hàng vừa phải, không
nên bảo quản quá ít hàng vì sẽ tăng sự hao tổn trọng lượng và tăng chi phí vận hành.
2.6.4 Nguyên tắc an toàn
Trong kho những kiện hàng được sắp xếp chồng lên để chiếm chiều cao
của kho, do đó rất nguy hiểm nếu xếp các kiện hàng không an toàn dễ bị ngã đổ.
Có những kiểu xếp hàng khác nhau tùy thuộc vị trí trong kho để xây thành những
khối kiện hàng vững chắc.
2.7 KỸ THUẬT XẾP KHO
2.7.1 Sử dụng Palet
Sử dụng Palet trong kho bảo quản sản phẩm vì sẽ dễ dàng phân lô để xuất.
Các kiện hàng có cấu kiện đều đặn rất cần thiết xếp trên Palet. Có các Palet giúp
cho việc thông gió giữa sản phẩm với nền dễ dàng. Hiện nay có các kích cỡ Palet
như sau: 800 x 1200mm, 1000 x 2000mm,…
2.7.2 Thông gió
Không nên xếp sản phẩm sát tường hoặc trực tiếp trên sàn kho. Bởi vì như
thế nhiệt vào kho đi qua lớp cách nhiệt sẽ đi qua lớp sản phẩm trước rồi mới
được chuyển tới dàn lạnh. Để ngăn chặn sự truyền nhiệt này ta cần chừa những
25. 21
khoảng cách giữa sản phẩm với sàn, tường, trần và dàn lạnh một khoảng cách để
cho không khí lưu thông dễ dàng.
- Cách sàn: 100 ÷ 150mm.
- Cách tường: 200 ÷ 800mm.
- Cách trần: 200mm.
- Cách dàn lạnh: 300mm,[TL4,63].
2.7.3 Chừa lối đi
Trong kho ta cần chừa lối đi cho người và phương tiện bốc dỡ. Bề rộng
của lối đi phụ thuộc vào máy móc, thiết bị chuyên chở và chất xếp sản phẩm
trong kho. Kho đang thiết kế có chiều rộng 12m gồm 2 lối đi hai bên dọc theo
chiều dài của kho, mỗi lối đi rộng 1m.
2.7.4 Xây tụ
Là kỹ thuật sắp xếp các kiện hàng thứ tự vào nhau thành một khối ổn định,
vững chắc, tạo điều kiện thuận lợi cho bốc dỡ, phân lô, đảm bảo an toàn và tính
được dung lượng kho lạnh. Kho lạnh càng cao thì số lớp thùng chất lên tụ ngày
càng cao nhưng phải lớn để tránh nguy hiểm do đổ ngã.
2.8 XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC KHO LẠNH
2.8.1 Tính thể tích kho lạnh
Thể tích kho lạnh được xác định theo công thức:
vg
E
V = ,m3
.
Trong đó:
E – dung tích kho lạnh, tấn.
gv – định mức chất tải, tấn/m3
. Kho được thiết kế với mặt hàng
Mực, Bạch tuộc đông lạnh gv = 0,55 tấn/m3
.[TL-3,279]
Với E = 500 tấn ta có V = 500/0,55 = 909,1m3
.
2.8.2 Diện tích chất tải của kho lạnh F, m2
Được xác định qua thể tích buồng lạnh và chiều cao chất tải:
2
58,330
75,2
1,909
m
h
V
F === .
26. 22
Trong đó:
F – Diện tích chất tải hoặc diện tích hàng chiếm trực tiếp, m2
.
h – Chiều cao chất tải, m.
Chiều cao chất tải là chiều cao lô hàng chất trong kho, chiều cao này phụ
thuộc vào bao bì đựng hàng, phương tiện bốc dỡ. Chiều cao h có thể tính bằng
chiều cao buồng lạnh trừ đi phần lắp đặt dàn lạnh treo trần và khoảng không gian
cần thiết để chất hàng và dỡ hàng. Chiều cao chất tải phụ thuộc vào chiều cao
thực tế h1 của kho. Chiều cao h1 được xác định bằng chiều cao phủ bì của kho
lạnh trừ đi hai lần chiều dầy cách nhiệt của trần và nền kho lạnh:
h1 = H - 2δ , m;
+ Chọn chiều cao phủ bì H = 3,6m là chiều dài lớn nhất của tấm panel.
+ Chọn chiều dày cách nhiệt δ = 125 mm.
Suy ra: h1 = 3,6 – 2.0,125 = 3,35 m.
Chiều cao chất tải thực h của kho bằng chiều cao phủ bì trừ đi khoảng hở
phía trần để lưu thông không khí chọn là 0,5m và phía dưới nền lát tấm palêt là:
0,1m.
Suy ra: h = 3,35 – (0,1 + 0,5) = 2,75m.
2.8.3 Tải trọng của nền và của trần
Tải trọng nền được xác định theo công thức:
gf = gv.h = 0,55.2,75 = 1,5125 tấn/m2
.
Với tải trọng nền này thì panel sàn đủ điều kiện chịu được lực nén bởi vì
độ chịu nén của panel tiêu chuẩn là 0,2÷0,29Mpa.
2.8.4 Xác định diện tích kho lạnh cần xây dựng
Diện tích kho lạnh thực tế cần xây dựng phải tính đến đường đi, khoảng
hở giữa các lô hàng, diện tích lắp đặt dàn lạnh, khoảng cách giữa các lô hàng đến
tường bao. Vì vậy diện tích cần xây dựng phải lớn hơn diện tích tính toán trên và
được xác định theo công thức:
Fxd =
2
380
85,0
58,330
m
F
F
==
β .
27. 23
Trong đó:
Fxd – diện tích kho lạnh cần xây dựng, m2
.
Fβ - hệ số sử dụng diện tích các buồng chứa, tính cả đường đi và
các diện tích giữa các lô hàng, giữa lô hàng và cột, tường các diện tích lắp đặt
thiết bị như dàn bay hơi, quạt. Fβ phụ thuộc vào diện tích buồng và lấy theo
bảng 2-5. Ta chọn Fβ = 0,85.[TL2,34]
Từ Fxd = 380m2
và sơ đồ mặt bằng công ty, tôi quyết định chọn kích
thước kho lạnh như sau:
+ Chiều dài kho: 32m.
+ Chiều rộng kho: 12m.
• Như vậy diện tích thực của kho cần xây dựng là 32.12 = 384m2
.
• Diện tích phòng máy F = 6.6 =36m2
.
2.9 THIẾT KẾ CẤU TRÚC KHO LẠNH
2.9.1 Thiết kế cấu trúc nền
Cấu trúc nền kho phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Nhiệt độ trong kho, tải
trọng của kho hàng bảo quản, dung tích kho lạnh.
Do đặc thù của kho lạnh là bảo quản hàng hóa do đó phải có cấu trúc vững
chắc, móng phải chịu tải trọng của toàn bộ kết cấu xây dựng, móng kho được xây
dựng tùy thuộc vào kết cấu địa chấn của nơi xây dựng.
Do kho lạnh xây dựng theo phương án lắp ghép nên toàn bộ kho được đặt
trên nền nhà xưởng. Tải trọng của hàng bảo quản sẽ chi phối đến độ rắn chắc của
nền, khả năng chịu lún của nền. Nếu tải trọng của hàng bảo quản càng lớn thì cấu
trúc nền kho lạnh phải thiết kế có độ chịu nén cao. Các tấm panel nền được đặt
trên các con lươn thông gió. Cấu trúc nền kho lạnh được thiết kế như hình vẽ.
28. 24
Hình 2-1. Cấu trúc nền móng của kho lạnh
Hình 2-2: Con lươn thông gió
2.9.2 Cấu trúc vách và trần kho lạnh
Cấu trúc tường và trần là các tấm panel tiêu chuẩn đã được chế tạo sẵn
như đã giới thiệu ở phần trên.
32m
12m
Lớp cát đầm chặt
Tấm panel
Lớp gạch thẻ
Đá chẻ
Lớp bê tông đá 1x2
Lớp bê tông đá 4x6
Lớp đất tự nhiên
29. 25
Các thông số của panel cách nhiệt:
+ Chiều dài:
h = 3600 mm dùng để lắp panel vách
h = 6000 mm dùng để lắp panel trần và nền
+ Chiều rộng r = 1200 mm
+ Tỷ trọng 30÷40 kg/m3
+ Độ chịu nén 0,2÷0,29 Mpa
+ Hệ số dẫn nhiệt λ= 0,018 ÷ 0,023 W/mK
+ Phương pháp lắp ghép: Ghép bằng khóa camlocking và ghép bằng mộng
âm dương. Sẽ được trình bày ở phần lắp đặt kho lạnh.
2.9.3 Cấu trúc mái kho lạnh
Mái kho lạnh có nhiệm vụ bảo vệ cho kho trước những biến đổi của thời
tiết như: nắng, mưa, đặc biệt là giảm bức xạ nhiệt của mặt trời vào kho lạnh.
Mái kho đảm bảo che mưa che nắng tốt cho kho và hệ thống máy lạnh.
Mái không được đọng nước, không được thấm nước. Mái dốc về hai phía với độ
dốc ít nhất là 2%.
Kho đang thiết kế có mái bằng tôn màu xanh lá cây, hệ thống khung đỡ
bằng sắt và các xà nâng được đặt theo chiều ngang của kho, các trụ chống là các
trụ sắt cao 4m có diện tích 200x100mm
Hình 2-3: Cấu trúc mái kho lạnh
2.9.4 Cấu trúc cửa và màn chắn khí
Hiện nay có các loại cửa như sau: cửa bản lề, cửa lắc và cửa lùa. Cấu trúc
cửa là các tấm cách nhiệt có bản lề tự động, xung quanh có đệm kín bằng cao su
1
2
15 m
1,5 m
1-lớp mái tôn
2-khung đỡ bằng sắt
30. 26
hình nhiều ngăn. Khóa cửa mở được cả hai phía trong và ngoài. Xung quanh cửa
được bố trí dây điện trở sưởi cửa để đề phòng băng dính chặt cửa lại. Các cửa có
kích thước như sau:
+ Kích thước cửa lớn: 1980 x 980 mm.
+ Kích thước cửa nhỏ: 680 x 680mm.
Mỗi cửa được gắn lên một tấm panel gọi là tấm cửa.
Hình 2-4: Cửa ra vào và cửa xuất nhập hàng của kho lạnh
Hình 2-5 Cửa ra vào kho lạnh
1
2
3
1
2
4
1 - Tấm panel
2 - Khóa cửa
3 - Cửa ra vào
4 - Cửa xuất nhập hàng
31. 27
Bên trong cửa được bố trí màn chắn khí làm bằng nhựa dẻo để hạn chế
dòng nhiệt tổn thất do mở cửa khi xuất nhập hàng. Nhựa để chế tạo màn chắn khí
phải đảm bảo khả năng chịu lạnh tốt và có độ bền cao. Màn được ghép từ các dải
nhựa có chiều rộng 200 mm, dày 2 mm, chồng mí lên nhau là 50 mm.
Hình 2-6: Màn nhựa che cửa ra vào và cửa xuất nhập hàng kho lạnh
2.10 TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM VÀ KIỂM TRA ĐỌNG SƯƠNG
Việc tính toán cách nhiệt, cách ẩm cho kho bảo quản đông nhằm mục đích:
- Hạn chế dòng nhiệt truyền từ bên ngoài qua kết cấu bao che vào kho lạnh.
- Tránh ngưng ẩm trên bề mặt ngoài của vách vào trong kho lạnh.
Tính toán chiều dày cách nhiệt, cách ẩm:
Chiều dày cách nhiệt được tính theo công thức:
[ ])
11
(
1
1 21
∑=
++−=
n
i i
i
CNCN
K αλ
δ
α
λδ ,m
Trong đó:
CNδ - độ dày yêu cầu lớp cách nhiệt, m.
CNλ - hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, W/mK.
K - hệ số truyền nhiệt qua kết cấu bao che, W/m2
K.
1α - hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tới vách, W/m2
K.
2α - hệ số tỏa nhiệt của vách buồng lạnh vào buồng lạnh, W/m2
K.
iδ - bề dày lớp vật liệu thứ i, m.
iλ - hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu thứ i, W/mK.
Màn nhựa cửa ra vào
Mànnhựa,dày2mm,rộng200mm
32. 28
Do trần kho có mái che và nền kho lạnh có con lươn thông gió nên ta lấy
hệ số truyền nhiệt của nền và trần kho bằng hệ số truyền nhiệt của vách kho. Vì
vậy ta xác định chiều dày cách nhiệt chung cho cả tường, trần và nền.
Ở đây ta chọn vật liệu cách nhiệt cho kho là các tấm panel tiêu chuẩn
(panel có tác dụng cách nhiệt, cách ẩm).
Bảng 2 - 2 Các thông số các lớp vật liệu của tấm panel tiêu chuẩn, [TL-4, 52].
Vật liệu Chiều dày, m Hệ số dẫn nhiệt, W/mK
Polyurethane CNδ (0,023 ÷ 0,03)
Tôn lá 0,0006 45,36
Sơn bảo vệ 0,0005 0,291
Nhiệt độ không khí trong kho tb = -200
C, không khí trong kho đối lưu
cưỡng bức vừa phải.
Chọn hệ số dẫn nhiệt của polyurethan CNλ =0,025W/mK
Tra bảng ta được:
K = 0,021 W/m2
K, [Bảng 3-3, TL2, 84].
3,231 =α W/m2
K ; 92 =α W/m2
K, [Bảng 3-7, TL2, 86].
Thay số:
[ ] mmmCN 2.1151152,0)
9
1
291,0
0005,0.2
36,45
0006,0.2
3,23
1
(
21,0
1
025,0 ==+++−=δ
Chiều dày panel phải chọn:
mmmpanel 4,1171174,00005,0.20006,0.21152,0 ==++=δ
Ta chọn chiều dày panel tiêu chuẩn: mmpanelTC 125=δ
Khi đó chiều dày cách nhiệt thực của panel là:
mCNthuc 1228,0)0005,0.20006,0.2(125,0 =+−=δ
Hệ số truyền nhiệt thực của vách khi đó là:
198,0
9
1
025,0
1228,0
291,0
0005,0.2
36,45
0006,0.2
3,23
1
1
=
++++
=thK
W/m2
K
Kiểm tra đọng sương trên bề mặt ngoài của vách:
Điều kiện để vách ngoài không bị đọng sương là Kth ≤ Ks
33. 29
Trong đó:
Kth - hệ số truyền nhiệt thực, Kth = 0,198 W/m2
K.
Ks - hệ số truyền nhiệt đọng sương, được tính theo công thức:
33,2
)20(9,35
309,35
3,23.95,0.95,0
21
1
1 =
−−
−
=
−
−
=
tt
tt
K s
s α W/m2
K
Trong đó:
1α - hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài bề mặt tường kho, W/m2
K.
t1 - nhiệt độ không khí bên ngoài kho, 0
C.
t2 - nhiệt độ không khí bên trong kho, 0
C.
ts - nhiệt độ điểm đọng sương, 0
C.
Các thông số khí tượng ở Sóc Trăng t1 = 35,90
C, %771 =ϕ . Tra đồ thị i-d
của không khí ẩm ta có: ts = 300
C.
Nhận xét: Ks > Kt. Vì vậy vách ngoài kho lạnh không bị đọng sương.
2.11 CẤU TRÚC CÁCH NHIỆT ĐƯỜNG ỐNG
Trong hệ thống các đường ống cách nhiệt chủ yếu các đường ống có nhiệt
độ thấp như đường ống hút về máy nén hạ áp và máy nén cao áp , bình trung gian.
Vật liệu dùng để cách nhiệt đường ống là polyurethan, cách ẩm thì ta sử
dụng tôn mỏng bọc ở ngoài cùng.
Với mỗi loại đường ống khác nhau thì chiều dày lớp cách nhiệt cũng khác
nhau, nó phụ thuộc vào nhiệt độ môi chất trong mỗi ống và phụ thuộc vào đường
kính của đường ống.
Việc tính toán chiều dày cách nhiệt, ứng với mỗi đường ống sẽ được trình bày
ở phần lắp đặt hệ thống sau khi ta đã chọn được đường kính của ống dẫn môi chất.
1
2
3
1 - Lớp tôn ngoài cùng
2 - Lớp cách nhiệt polyurethane
3 - Đường ống dẫn môi chất
Hình 2-7 : Cấu trúc cách nhiệt đường ống môi chất
34. 30
CHƯƠNG III: TÍNH NHIỆT TẢI, CHỌN MÁY NÉN VÀ
CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG LẠNH
3.1 TÍNH TOÁN NHIỆT TẢI
Việc tính toán nhiệt tải kho lạnh là tính toán các dòng nhiệt từ môi trường
xâp nhập vào kho lạnh. Đây chính là dòng nhiệt tổn thất mà máy lạnh phải có đủ
công suất để thải nó trở lại môi trường nóng, đảm bảo sự chênh lệch nhiệt độ ổn
định giữa buồng lạnh và không khí bên ngoài.
Mục đích cuối cùng của việc tính toán nhiệt tải kho lạnh là để xác định
năng suất lạnh của máy lạnh cần lắp đặt. Nhiệt tải Q của kho lạnh sẽ được tính
theo công thức sau:
Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5, W
Trong đó:
Q1 – dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của kho lạnh.
Q2 – dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì tỏa ra trong quá trình xử lý
lạnh.
Q3 – dòng nhiệt từ không khí bên ngoài do thông gió buồng lạnh, ở
đây Q3 = 0 do kho bảo quản sản phẩm thủy sản không thông gió buồng lạnh.
Q4 – dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành kho lạnh.
Q5 – dòng nhiệt từ sản phẩm tỏa ra khi sản phẩm hô hấp, nó chỉ có
ở kho lạnh bảo quản rau quả, Q5 = 0.
3.1.1 Dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q1
Dòng nhiệt qua kết cấu bao che là tổng các dòng nhiệt tổn thất qua tường
bao, trần và nền do sự chênh lệch nhiệt độ giữa môi trường bên ngoài và bên
trong kho lạnh cộng với dòng nhiệt tổn thất do bức xạ mặt trời qua tường bao và
trần.
Dòng nhiệt Q1 được xác định theo công thức:
Q1 = Q11 + Q12, W.
35. 31
Trong đó:
Q11 – dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ.
Q12 – dòng nhiệt qua tường bao và trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời.
Kho lạnh được thiết kế vách và trần kho đều có tường bao và mái che nên
bỏ qua dòng nhiệt qua tường và trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời, Q12 = 0.
Dòng nhiệt qua tường bao, trần và nền do chênh lệch nhiệt độ được xác
định theo biểu thức:
Q11 = Kt.F(t1 – t2), W
Trong đó:
Kt - hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che xác định theo chiều
dài cách nhiệt thực.
F - diện tích bề mặt kết cấu bao che.
t1 – nhiệt độ môi trường bên ngoài kho, 0
C.
t2 – nhiệt độ không khí trong kho, 0
C.
Chiều dài kho L1 = 32 m
Chiều rộng kho L2 = 12 + 2.0,125 = 12,25 m
Chiều cao H = 3,6 + 0,125 = 3,725 m
Bảng 3-1 Bảng tổng hợp dòng nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che
Bao che
Kt
( W/m2
K)
F
(m2
)
t∆
(0
C)
Qi
(W)
Vách phía
đông
0,198 45,6 46 415,3
Vách phía tây 0,198 45,6 46 415,3
Vách phía nam 0,198 119,2 46 1085,7
Vách phía bắc 0,198 119,2 46 1085,7
Trần 0,198 392 50 3881
Nền 0,198 392 46 3570,3
Tổng Q11 10453,3
Do kho lạnh được đặt trong xưởng chế biến có tường bao xung quanh và
có mái che nên nhiệt độ không khí xung quanh kho lạnh sẽ lấy bằng nhiệt độ của
36. 32
khu thành phẩm, t1 = 260
C. Chỉ có trần kho lạnh có nhiệt độ cao hơn ta lấy nhiệt
độ không khí phía trên trần là 300
C.
Vậy dòng nhiệt xâm nhập qua kết cấu bao che là Q1 = Q11 =10453,3W
3.1.2 Dòng nhiệt do sản phẩm và bao bì tỏa ra Q2
Dòng nhiệt do bao bì và sản phẩm tạo ra xác định theo công thức:
Q2 = Q21 + Q22, W
Trong đó:
Q21 – dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra,W
Q22 – dòng nhiệt do bao bì tỏa ra,W
1. Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra Q21
Được xác định theo công thức:
3600.24
1000
)( 2121 iiMQ −= , W
Trong đó:
M – công suất buồng gia lạnh hay khối lượng hàng nhập vào kho
bảo quản trong một ngày đêm, tấn/ngày đêm. Tại công ty TNHH Minh Đăng –
Sóc Trăng khối lượng hàng nhập vào kho bảo quản trong một ngày đêm là M =
30 tấn/ngày đêm.
i1, i2 – enthalpy của sản phẩm vào kho và của sản phẩm ở nhiệt độ
bảo quản, J/kg. Với sản phẩm mực, tôm, cá đông lạnh i1 = 24600 J/kg, [TL-4,74].
Với kho bảo quản đông, các sản phẩm khi đưa vào kho bảo quản đã được
cấp đông đến nhiệt độ bảo quản. Tuy nhiên trong quá trình xử lý đóng gói và vận
chuyển nhiệt độ sản phẩm tăng lên ít nhiều nên đối với sản phẩm bảo quản đông
lấy nhiệt độ vào là: t1 = -120
C, [TL-4,74].
Thay số: W7,8402
3600.24
1000
24600.3021 ==Q
2 Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra Q22
Được xác định theo biểu thức:
9,2331
3600.24
1000
)2026(1460.3
3600.24
1000
)(. 2122 =+=−= ttCMQ bb W
37. 33
Trong đó:
Mb - khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm trong một ngày
đêm, tấn/ngàyđêm. Ta lấy Mb = 10%.M = 3 tấn/ngày đêm.
Cb - nhiệt dung riêng của bao bì,J/kgK, với bao bì là bìa cactong thì
Cb = 1460 J/kgK.
t1,t2 - nhiệt độ bao bì trước và sau khi làm lạnh bao bì,0
C.
Ta lấy nhiệt độ bao bì trước khi đưa vào kho cùng sản phẩm bằng nhiệt độ
của khu thành phẩm, t1 = 260
C.
Vậy: Q2 = Q21 + Q22 = 8402,7 + 2331,9 = 10734,6 W
3.1.3 Dòng nhiệt tỏa ra khi vận hành Q4
Các dòng nhiệt do vận hành bao gồm các dòng nhiệt do đèn chiếu sáng
Q41, do người làm việc trong buồng Q42, do các động cơ điện Q43, do mở cửa kho
lạnh Q44 và dòng nhiệt do xả băng dàn lạnh Q45.
Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44 + Q45, W
1. Dòng nhiệt do chiếu sáng Q41
Được xác định theo biểu thức:
Q41 = A.F = 384.1,2 = 460,8 W
Trong đó:
A - nhiệt lượng tỏa ra khi chiếu sáng 1 m2
buồng hay nền, với
buồng bảo quản đông A = 1,2 W/m2
.
F - diện tích của buồng, m2
.
2. Dòng nhiệt do người trong buồng làm việc tỏa ra Q42
Được xác định theo biểu thức:
Q42 = 350n = 350.7 = 2450 W
Trong đó:
350 - nhiệt lượng do một người tỏa ra trong khi làm công việc nặng
nhọc 350 W/người.
38. 34
n - số người làm việc trong buồng. Nó phụ thuộc vào công nghệ gia
công, chế biến, vận chuyển, bốc xếp. Kho được thiết kế với phương thức bốc dỡ
thủ công, ta chọn số người làm việc trong kho là: n = 7 người.
3. Dòng nhiệt do động cơ điện tỏa ra Q43
Được xác định theo biểu thức:
Q43 = N.1000 = 9.1,5.1000 =13500 W.
Động cơ điện làm việc trong kho là động cơ của quạt dàn lạnh, ta chọn 3 dàn
lạnh hãng Guntner, mỗi dàn lạnh gồm 3 quạt, mỗi quạt động cơ 1,5 kW.
4. Dòng nhiệt do mở cửa kho lạnh Q44
Được xác định theo biểu thức:
Q44 = BF = 4,8.384 = 1843,2 W.
Trong đó:
F - diện tích của kho lạnh, m2
.
B – dòng nhiệt dung riêng khi mở cửa, W/m2
.
Dòng nhiệt khi mở cửa phụ thuộc vào diện tích buồng và chiều cao buồng.
Với chiều cao buồng 6m lấy theo bảng sau:
Bảng 3-2 Dòng nhiệt riêng khi mở cửa,[TL4,78].
Tên buồng
B, W/m2
< 50 m2
50 ÷150 m2
> 150 m2
Bảo quản đông 22 12 8
Với chiều cao buồng h = 3,6 m, diện tích > 150 m2
. Sử dụng phương pháp
nội suy ta có B = 4,8 W/m2
.
5. Dòng nhiệt do xả băng dàn lạnh Q45
Sau khi xả băng, nhiệt độ kho lạnh tăng lên đáng kể, điều đó chứng tỏ có
một phần nhiệt lượng dùng xả băng đã trao đổi nhiệt với không khí và các thiết bị
trong phòng. Nhiệt dùng xả băng đại bộ phận làm tan băng trên dàn lạnh và được
đưa ra ngoài cùng với nước đá tan, một phần truyền cho không khí và các thiết bị
trong kho lạnh gây nên tổn thất.
39. 35
Để xác định dòng nhiệt do xả băng dàn lạnh ta xác định theo mức độ tăng
nhiệt độ không khí trong phòng sau khi xả băng. Mức độ tăng nhiệt độ của phòng
phụ thuộc vào dung tích của kho lạnh. Thông thường nhiệt độ không khí sau khi
xả băng tăng (4 ÷ 7) 0
C. Dung tích càng lớn thì độ tăng nhiệt độ càng nhỏ và
ngược lại. Dòng nhiệt do xả băng dàn lạnh Q45 được xác định theo biểu thức:
201
3600.24
5.1009.1,909.2,1
.3
3600.24
...
45 ==
∆
=
tCV
nQ
pkkkkρ
W
Trong đó:
n - số lần xả băng trong một ngày đêm, chọn n = 3.
KKρ - khối lượng riêng của không khí, KKρ =1,2kg/m3
.
V - thể tích của kho lạnh,m3
.
CPkk - nhiệt dung riêng của không khí, CPkk =1009 J/kgK.
t∆ - độ tăng nhiệt độ không khí trong kho lạnh sau khi xả băng
dàn lạnh (lấy theo kinh nghiệm), lấy t∆ =50
C.
Bảng 3-3 Tính toán dòng nhiệt tổn thất do vận hành.
Q41, W Q42, W Q43, W Q44, W Q45, W Q4, W
460,8 2450 13500 1843,2 201 18370
Bảng 3-4 Tổng hợp các kết quả tính toán nhiệt tải kho lạnh.
Q1, W Q2, W Q4, W Q, W
10453,3 10734,6 18370 39558
3.1.4 Xác định phụ tải nhiệt của thiết bị và máy nén
Phụ tải nhiệt của thiết bị:
Phụ tải nhiệt của thiết bị là tải nhiệt dùng để tính toán bề mặt trao đổi
nhiệt cần thiết của thiết bị bay hơi. Công suất giải nhiệt yêu cầu của thiết bị bao
giờ cũng lớn hơn công suất của máy nén, phải có hệ số dự trữ nhằm tránh những
biến động có thể xảy ra trong quá trính vận hành. Vì thế tải nhiệt của thiết bị
được lấy bằng tổng của tất cả các tổn thất nhiệt của kho lạnh.
40. 36
Q0
TB
= Q1 + Q2 + Q4 = 39558 W
Phụ tải nhiệt của máy nén:
Do các tổn thất trong các kho lạnh không đồng thời xảy ra nên công suất
nhiệt yêu cầu thực tế sẽ nhỏ hơn tổng của các tổn thất nhiệt. Để tránh cho máy nén
có công suất lạnh quá lớn, tải nhiệt máy nén cũng được tính toán từ các tải nhiệt
thành phần nhưng tùy theo từng loại kho lạnh có thể chỉ lấy một phần tổng của
nhiệt tải đó.
Với kho lạnh bảo quản sản phẩm thủy sản đông lạnh thì:
QMN = 85%Q1 + 100%Q2 + 75%Q4 = 33,4 kW
Năng suất lạnh của máy nén đối với mỗi nhóm buồng có nhiệt độ sôi
giống nhau xác định theo biểu thức:
6,39
9,0
4,33.068,1.
0 ===
∑
b
Qk
Q
MN
kW
Trong đó:
b - hệ số thời gian làm việc của máy nén, thường lấy b = 0,9 (máy
nén làm việc 22 giờ/ngày do xả băng dàn lạnh và giảm tải cho máy nén).
k - hệ số lạnh tính đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ
thống lạnh, nó được xác đinh theo bảng sau:
Bảng 3-5 Hệ số dự trữ k, [TL-4,83]
t0, 0
C -40 -30 -10
K 1,1 1,07 1,05
Sử dụng phương pháp nội suy với t0 = -280
C ta có k = 1,068
3.2 CHỌN HỆ THỐNG LẠNH
3.2.1 Chọn phương pháp làm lạnh
Trong thực tế có nhiều phương pháp làm lạnh cho kho. Nhưng có hai
phương pháp thông dụng nhất là: làm lạnh trực tiếp và làm lạnh gián tiếp.
Mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm khác nhau phù hợp với
yêu cầu thiết bị, công nghệ của từng trường hợp cụ thể. Đối với mỗi trường hợp
41. 37
đó người ta sẽ chọn phương pháp làm lạnh sao cho phát huy tối đa ưu điểm và
hạn chế đến mức thấp nhất các nhược điểm.
1. Làm lạnh trực tiếp.
Là phương pháp làm lạnh kho bằng dan bay hơi đặt trong kho lạnh, môi
chất lạnh lỏng sôi thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh. Làm lạnh trực tiếp có
thể là dàn lạnh đối lưu tự nhiên hoặc đối lưu cưỡng bức.
• Ưu điểm:
- Thiết bị đơn giản không cần thêm một vòng tuần hoàn phụ.
- Tuổi thọ cao kinh tế vì không phải tiếp xúc với nước muối là một chất ăn
mòn kim loại rất nhanh chóng.
- Đứng về mặt nhiệt động thì ít tổn thất năng lượng vì hiệu nhiệt độ giữa
kho lạnh và dàn bay hơi gián tiếp qua không khí.
- Tổn hao lạnh khi khởi động nhỏ nghĩa là khi làm lạnh trực tiếp thời gian
từ khi mở máy đến lúc kho lạnh đạt nhiệt độ yêu cầu sẽ nhanh hơn.
- Nhiệt độ kho lạnh có thể giám sát theo nhiệt độ sôi của môi chất, nhiệt
độ sôi có thể xác định dễ dàng qua nhiệt kế của đầu hút máy nén.
• Nhược điểm
- Đối với hệ thống lạnh lớn thì lượng môi chất nạp vào máy lớn, khả năng
rò rỉ của môi chất lớn, khó có khả năng dò tìm được chỗ rò rỉ để xử lý. Tổn thất
áp suấp cho việc cấp cho những dàn bay hơi ở xa có hồi dầu về nếu dùng môi
chất Freon, máy nén dễ hút ẩm, việc bảo vệ máy nén khó khăn.
- Trữ lạnh của dàn lạnh trực tiếp kém khi máy lạnh ngừng hoạt động thì
dàn lạnh cũng hết lạnh nhanh chóng.
2. Làm lạnh gián tiếp
Là phương pháp làm lạnh bằng các giàn chất tải lạnh như nước muối,
glycol,… thiết bị bay hơi đặt ở ngoài kho lạnh. Ở trong buồng chất tải lạnh nóng
lên do thu nhiệt của buồng lạnh. Sau đó trở lại dàn bay hơi để hạ nhiệt độ xuống
bằng nhiệt độ yêu cầu và cứ như vậy được tuần hoàn liên tục. Dàn lạnh gián tiếp
cũng có thể là dàn lạnh đối lưu tự nhiên hoặc đối lưu cưỡng bức.
42. 38
• Ưu điểm:
- Hệ thống lạnh có độ an toàn cao, chất tải lạnh không cháy, không nổ,
không độc hại với cơ thể sống và không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm
bảo quản. Nó là vòng tuần hoàn an toàn và ngăn chặn sự tiếp xúc của môi chất
độc hại đối với sản phẩm.
- Máy lạnh có cấu tạo đơn giản hơn, đường ống dẫn môi chất hệ thống
ngắn được chế tạo ở dạng tổ hợp hoàn chỉnh nên chất lượng cao, độ tin cậy lớn,
dễ dàng kiểm tra lắp đặt và hiệu chỉnh.
- Dung dịch chất tải lạnh có khả năng trữ lạnh lớn sau khi máy ngừng hoạt
động, nhiệt độ kho có khả năng duy trì được lâu hơn.
• Nhược điểm
- Năng suất lạnh của máy bị giảm do chênh lệch nhiệt độ lớn.
- Hệ thống thiết bị cồng kềnh vè phải thêm vòng tuần hoàn cho chất tải lạnh.
- Tốn năng lượng bổ sung cho bơm hoặc cánh khuấy chất tải lạnh.
Qua sự phân tích ưu nhược điểm của hai phương pháp làm lạnh trên, tôi chọn
phương pháp làm lạnh cho kho đang thiết kế là phương pháp làm lạnh trực tiếp. Nó
phù hợp với điều kiện của kho lạnh như: hệ thống không cồng kềnh, dễ điều chỉnh
nhiệt độ, tổn hao lạnh khị khởi động nhỏ, chi phí đầu tư ban đầu không lớn.
3.2.2 Chọn môi chất lạnh.
Môi chất lạnh (còn gọi là tác nhân lạnh hay gas lạnh) là chất môi giới sử
dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để thu nhiệt của môi trường có nhiệt
độ thấp và thải nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao hơn. Môi chất tuần hoàn trong
hệ thống lạnh nhờ quá trình nén.
Ở máy lạnh nén hơi, sự thu nhiệt của môi trường có nhiệt độ thấp nhờ quá
trình bay hơi ở nhiệt độ thấp và áp suất thấp, sự thải nhiệt cho môi trường có
nhiệt độ cao nhờ quá trình ngưng tụ ở áp suất cao và nhiệt độ cao, sự tăng áp của
quá trình nén hơi và giảm áp.
Môi chất lạnh sử dụng trong hệ thống lạnh cần đáp ứng các yêu cầu sau:
43. 39
1. Tính chất hoá học
- Môi chất cần bền vững về mặt hoá học trong phạm vi áp suất và nhiệt độ
làm việc, không được phân huỷ, không được polyme hoá.
- Môi chất phải trơ, không ăn mòn các vật liệu chế tạo máy, dầu bôi trơn,
oxy trong không khí và hơi ẩm.
- An toàn, không dễ cháy dễ nổ.
2. Tính chất lý học
- Áp suất ngưng tụ không được quá cao, nếu áp suất ngưng tụ quá cao độ
bền chi tiết yêu cầu lớn, vách thiết bị dày, dễ rò rỉ môi chất.
- Áp suất bay hơi không được quá nhỏ, phải lớn hơn áp suất khí quyển để
hệ thống không bị chân không, dễ rò lọt không khí vào hệ thống.
- Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi nhiều và nhiệt độ tới
hạn phải cao hơn nhiệt độ ngưng tụ nhiều.
- Nhiệt ẩn hoá hơi (r) và nhiệt dung riêng (c) của môi chất lỏng càng lớn
càng tốt. Nhiệt ẩn hoá hơi càng lớn, lượng môi chất tuần hoàn trong hệ thống
càng nhỏ, năng suất lạnh riêng khối lượng càng lớn.
- Năng suất lạnh riêng thể tích càng lớn càng tốt, máy nén và thiết bị càng gọn.
- Độ nhớt động học càng nhỏ càng tốt, để giảm tổn thất áp suất trên đường
ống và cửa van.
- Hệ số dẫn nhiệt và hệ số toả nhiệt càng lớn càng tốt vì thiết bị trao đổi
nhiệt gọn hơn.
- Môi chất hoà tan dầu hoàn toàn có ưu điểm hơn so với loại môi chất
không hoà tan hoặc hoà tan một phần vì quá trình bôi trơn tốt hơn, thiết bị trao
đổi nhiệt không bị một lớp trở nhiệt do dầu bao phủ, tuy cũng có nhược điểm làm
tăng nhiệt độ bay hơi, làm giảm độ nhớt của dầu.
- Khả năng hoà tan nước của hệ thống càng lớn càng tốt để tránh tắc ẩm ở
bộ phận tiết lưu.
- Không được dẫn điện để có thể sử dụng cho máy nén kín và nửa kín.
44. 40
3. Tính chất sinh lý
- Môi chất không độc hại đối với người và cơ thể sống, không gây phản
ứng với cơ quan hô hấp, không tạo lớp khí độc khi tiếp xúc với lửa hàn và vật
liệu chế tạo máy.
- Môi chất cần phải có mùi đặc biệt để dễ dàng phát hiện khi bị rò rỉ. Có
thể pha thêm chất có mùi vào môi chất lạnh nếu chất đó không ảnh hưởng đến
chu trình máy lạnh.
- Môi chất không được ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm bảo quản.
4. Tính kinh tế
- Giá thành phải hạ tuy độ tinh khiết phải đạt yêu cầu.
- Dễ kiếm, nghĩa là môi chất được sản xuất công nghiệp, vận chuyển và
bảo quản dễ dàng.
Không có môi chất lạnh lý tưởng đáp ứng đầy đủ các nhu cầu đã nêu trên, ta
chỉ có thể tìm được một môi chất đáp ứng ít hay nhiều những yêu cầu đó mà thôi. Tuỳ
từng trường hợp ứng dụng có thể chọn loại môi chất này hoặc môi chất kia sao cho ưu
điểm được phát huy cao nhất và nhược điểm được hạn chế đến mức thấp nhất.
Tôi quyết định chọn môi chất lạnh sử dụng là NH3. Amoniac có nhiệt ẩn
hoá hơi lớn thích hợp cho hệ thống lạnh có công suất lớn do lượng môi chất tuần
hoàn nhỏ, lượng nạp nhỏ, máy nén và các thiết bị gọn, rẻ tiền, dễ kiếm, vận
chuyển và bảo quản dễ dàng, nước ta sản xuất được. Mặt khác amoniac là môi
chất không gây ảnh hưởng đến tầng ozôn và hiệu ứng nhà kính như frêôn. Đây là
môi chất của hiện tại và tương lai.
Hiện nay, hệ thống lạnh cho kho bảo quản thường sử dụng môi chất freon
22 và môi chất NH3. Do yêu cầu về mặt môi trường: phá hủy tầng ozôn, gây hiệu
ứng nhà kính.Môi chất freon 22 chỉ là môi chất quá độ và dần sẽ được thay thế
bằng môi chất khác. Vì vậy tôi quyết định chọn môi chất ammoniac cho hệ thống
lạnh đang thiết kế.
Nhờ có các tính chất nhiệt động quý báu nên ammoniac tuy độc hại nhưng
vẫn được sử dụng rộng rãi.
45. 41
3.2.3 Các thông số của chế độ làm việc
Việc chọn các thông số làm việc cho hệ thống lạnh là rất quan trọng vì nếu
chọn được một chế độ làm việc hợp lý, đúng đắn sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao,
năng suất lạnh tăng trong khi điện năng tiêu tốn ít. Chế độ làm việc của hệ thống
lạnh được đặc trưng bằng 4 thông số nhiệt độ sau:
- Nhiệt độ sôi của môi chất t0 (o
C).
- Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk.
- Nhiệt độ quá lạnh của môi chất lỏng trong thiết bị ngưng tụ tql1 và nhiệt
độ của môi chất lỏng trước van tiết lưu tql2.
- Nhiệt độ hơi hút về máy nén (nhiệt độ quá nhiệt) th.
1. Nhiệt độ sôi của môi chất t0
Nhiệt độ sôi của môi chất phụ thuộc vào nhiệt độ của kho lạnh bảo quản.
nhiệt độ sôi của môi chất lạnh dùng để tính toán thiết kế có thể lấy như sau:
t0 = tb - ∆t0 = -20 – 8 = -28o
C
Trong đó
tb – nhiệt độ kho bảo quản,0
C
∆t0 – hiệu nhiệt độ giữa nhiệt độ sôi của môi chất lạnh và nhiệt độ
không khí trong kho. Đối với dàn lạnh bay hơi trực tiếp ∆t0 = 8 ÷ 13o
C.
Chọn ∆t0 = 8o
C.
2. Nhiệt độ ngưng tụ tk
Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của
thiết bị ngưng tụ. Do chọn thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước nên:
tk= 2wt + ∆tk = 33+ 5 = 380
C
Trong đó:
2wt – là nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng,0
C
∆tk – là hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, thường lấy từ 3 ÷ 5o
C.
Việc chọn hiệu nhiệt độ ngưng tụ thực ra là bài toán tối ưu về kinh tế để
giá thành một đơn vị lạnh là rẻ nhất. Nếu hiệu nhiệt độ ngưng tụ nhỏ, nhiệt độ
46. 42
ngưng tụ sẽ thấp năng suất lạnh tăng, điện năng tiêu tốn nhỏ nhưng tiêu hao nước
nhiều và giá thành tiêu tốn nước tăng. Tôi chọn ∆tk=5o
C.
Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng có thể xác định theo công thức:
tw2= tw1 + ∆tw =28 + 5 = 330
C
Trong đó:
tw1– là nhiệt độ nước vào bình ngưng,0
C
∆tw– là hiệu nhiệt độ nước vào và ra bình ngưng, thường lấy từ 2 ÷ 60
C.
Ta chọn Ctw
0
5=∆
Do điều kiện địa chất ở Sóc Trăng, nhiệt độ nước ngầm khoảng 370
C nên
nước ngầm được bơm lên bể chứa và được xử lý bằng cách giải nhiệt sơ bộ nhờ
không khí. Nước sau khi giải nhiệt cấp cho bình ngưng khoảng 280
C.
3. Nhiệt độ hơi hút
Là nhiệt độ của hơi môi chất trước khi vào máy nén, nó bao giờ cũng lớn
hơn nhiệt độ sôi của môi chất.
Để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng, người ta bố trí bình tách lỏng
và phải đảm bảo hơi hút vào máy nén nhất thiết là hơi quá nhiệt. Độ quá nhiệt ở
từng loại máy nén và đối với từng loại môi chất khác nhau thì khác nhau. Với
môi chất amoniac nhiệt độ hơi hút cao hơn nhiệt độ sôi từ 5 ÷ 150
C. Nghĩa là độ
quá nhiệt hơi hút ∆th = 5 ÷ 150
K là có thể đảm bảo an toàn cho máy làm việc.
Chọn ∆th = 80
C.
Ta có: th = -28 + 8 = -200
C
Sự quá nhiệt hơi hút của máy lạnh Amoniac có thể đạt được bằng cách sau:
- Quá nhiệt hơi hút ngay trong dàn lạnh khi sử dụng các loại van tiết lưu nhiệt.
- Quá nhiệt do tổn thất lạnh trên đường ống từ thiết bị bay hơi về máy nén.
4. Nhiệt độ quá lạnh
Nhiệt độ quá lạnh càng thấp thì năng suất lạnh càng lớn. Vì vậy, người ta
cố gắng hạ thấp nhiệt độ quá lạnh xuống càng thấp càng tốt.
Sự quá lạnh của môi chất lỏng trong chu trình mà ta tính toán ở đây sẽ
được thực hiện như sau: một phần ở trong thiết bị ngưng tụ có nhiệt độ tql1 và sau
47. 43
đó phần lớn sẽ được quá lạnh ở trong ống xoắn ruột gà của bình trung gian có
nhiệt độ tql2.
Trong thiết bị ngưng tụ ta chọn là bình ngưng ống chùm vỏ bọc nằm
ngang, nhiệt độ quá lạnh khi qua thiết bị trao đổi nhiệt ngược chiều cũng vẫn cao
hơn nhiệt độ nước vào 3 ÷ 50
C. Chọn ∆t = 50
C.
tql1 =t5 = tw1 + ∆t = 28 + 5 = 330
C
Nước đưa vào dàn ngưng, việc quá lạnh được thực hiện ngay trong thiết bị
ngưng tụ bằng cách để mức lỏng ngập một số ống dưới cùng của dàn ống trong
bình ngưng ống chùm. Nước cấp vào bình ngưng sẽ đi qua các ống này trước để
quá lạnh lỏng sau đó mới lên các ống trên để ngưng tụ môi chất.
Lỏng môi chất sau khi ra khỏi bình ngưng sẽ được chia làm hai phần: một
phần nhỏ sẽ được tiết lưu để làm mát hơi nén tầm thấp, phần lớn môi chất sẽ
được quá lạnh trong bình trung gian. Sau khi ra khỏi bình trung gian sẽ có nhiệt
độ và được đưa đến tiết lưu vào dàn lạnh (lấy theo kinh nghiệm):
tql2= t6 = ttg + 50
C = 50
C
3.3 CHU TRÌNH LẠNH
3.3.1 Chọn chu trình lạnh
t0 = -280
C p0 = 1,3 Mpa
tk = 380
C pk = 1,47 Mpa
Tỷ số nén: 3,11
3,1
47,1
0
===Π
p
pk
> 9
Đối với máy nén piston tỷ số nén càng cao, thì hệ số cấp càng nhỏ, nhiệt
độ cuối quá trình nén càng cao, nhất là đối với môi chất Amoniac. Như vậy tỷ số
nén cao dẫn đến điều kiện làm việc không thuận lợi cho máy nén khi tỷ số nén
lớn hơn 9 đối với môi chất NH3 phải chuyển chu trình một cấp nén sang hai cấp
nén có làm mát trung gian. Việc chọn máy nén 1 cấp nén hay 2 cấp nén là một
bài toán tối ưu về kinh tế. Do yêu cầu đảm bảo an toàn cho máy nén trong quá
trình làm việc, để tránh những điều kiện làm việc không thuận lợi cho máy nén
và thiết bị, tôi quyết định chọn máy nén 2 cấp.
48. 44
Yêu cầu đối với việc chọn chu trình:
+ Sử dụng máy nén 2 cấp
+ Môi chất lạnh Amoniac NH3
+ Nhiệt độ ngưng tụ tk = 380
C
+ Nhiệt độ sôi t0 = -280
C
Trong các chu trình máy lạnh, sau khi phân tích ưu nhược điểm của mỗi
chu trình tôi chọn chu trình 2 cấp bình trung gian có ống xoắn ruột gà.
Ta có: Ptg = MPaPP ok 43,0=× ttg = 00
C
3.3.2 Sơ đồ và chu trình biểu diễn trên đồ thị lgp-i
Hình 3-1 Chu trình 2 cấp nén bình trung gian có ống xoắn
- Nguyên lý hoạt động:
Hơi môi chất sinh ra ở thiết bị bay hơi có nhiệt độ t0, áp suất p0 có trạng
thái 1’ và được quá nhiệt do: qua nhiệt trong thiết bị bay hơi nhờ van tiết lưu
nhiệt và do tổn thất trên đường ống hút từ dàn lạnh về máy nén đến trạng thái quá
nhiệt 1 có nhiệt độ th, po và được máy nén tầm thấp hút về và được đẩy vào bình
trung gian. Ở bình trung gian thì hơi quá nhiệt 1 sẽ được làm mát về trạng thái
hơi bão hoà khô 3 do hoà trộn với lượng hơi ẩm 7 và được máy nén tầm cao hút
về, được nén đến trạng thái 4 đưa vào bình ngưng. Ở bình ngưng thì môi chất
5’
49. 45
được làm mát và ngưng tụ nhờ nước. Môi chất được quá lạnh ngay trong thiết bị
ngưng tụ từ trạng thái 5’ đến 5. Sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ vào bình chứa
cao áp thì môi chất lỏng chia làm hai nhánh: một nhánh nhỏ đi qua van tiết lưu
thứ nhất vào bình trung gian để làm mát hơi về máy nén tầm cao xuống trạng thái
hơi bão hoà khô 3. Còn nhánh chính được dẫn qua ống xoắn của bình trung gian,
được quá lạnh từ trạng thái 5 đến 6. Sau đó vào van tiết lưu thứ hai, tiết lưu
xuống nhiệt độ t0, áp suất p0 để cấp cho dàn bay hơi. Như vậy môi chất lạnh được
tuần hoàn trong hệ thống.
Nếu thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn là lý tưởng thì nhiệt độ ra khỏi ống xoắn (t6)
phải bằng nhiệt độ trung gian(ttg). Nhưng thực tế có tổn hao không thuận nghịch nên
nhiệt độ quá lạnh bao giờ cũng lấy lớn hơn nhiệt độ trung gian từ (3 ÷ 5)0
C. Ta chọn
50
C.
- Các quá trình của chu trình:
+ 1’ – 1: quá nhiệt hơi hút về máy nén hạ áp.
+ 1 – 2: nén đoạn nhiệt cấp hạ áp từ p0 lên ptg.
+ 2 – 3: làm mát hơi nén hạ áp.
+ 3 – 4: nén đoạn nhiệt cấp cao áp từ ptg lên pk.
+ 4 – 5: làm mát ngưng tụ, quá lạnh trong thiết bị ngưng tụ.
+ 5 – 7: tiết lưu từ pk về ptg để làm mát hơi nén hạ áp và quá lạnh môi chất
trong ống xoắn.
+ 5 – 6: quá lạnh lỏng đẳng áp trong bình trung gian.
+ 6 – 10: tiết lưu từ pk về p0 cấp cho dàn bay hơi.
+ 10 – 1’: bay hơi thu nhiệt của môi trường lạnh.
3.3.3 Tính toán chu trình hai cấp bình trung gian có ống xoắn.
1. Xác định các thông số trạng thái các điểm nút của chu trình
Ta lấy t6 = t9 + 50
C
Tra trên đồ thị lgP-i của môi chất NH3 cho chu trình 2 cấp, bình trung gian
có ống xoắn ta có:
50. 46
Bảng 3-6 Các thông số trạng thái tại các điểm nút của chu trình.
Điểm nút
t0
(0
C)
P
(MPa)
i
(kj/kg)
v
(m3
/kg)
Trạng thái
1’ -28 0,13 1420 Hơi bão hoà khô
1 -20 0,13 1435 0,92 Hơi quá nhiệt
2 60 0,43 1585 0,35 Hơi quá nhiệt
3=8 2 0,43 1455 0,28 Hơi bão hoà khô
4 92 1,47 1640 0,12 Hơi quá nhiệt
5’ 38 1,47 370 Lỏng
5 33 1,47 350 0,005 Lỏng
6 5 1,47 230 Lỏng
7 0 0,43 350 Bão hòa ẩm
9 0 0,43 200 Lỏng
10 -28 0,13 230 Bão hòa ẩm
2. Năng suất lạnh riêng q0:
q0 = i1’ – i10 = 1420 – 230 = 1190 kj/kg
3. Năng suất lạnh riêng thể tích qv:
qv = q0/v1 = 1190/0,92 = 1293,4 kj/m3
4. Công nén riêng l:
kgkj
ii
iiii
ii
m
lm
ll
/377
)3501455(
)14551460()2301585(
)14351585(
)()(.
73
3462
12
1
23
1
=
−
−×−
+−=
−
−×−
+−=+=
Trong đó:
m1 - lưu lượng khối lượng môi chất qua máy nén hạ áp
m3 - lưu lượng khối lượng môi chất qua máy nén cao áp
5. Hệ số lạnh:
15,3
377
1190
2
1
3
1
0
==
+
==
l
m
m
l
q
N
Q o
ε
3.4 TÍNH CHỌN MÁY NÉN VÀ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT
3.4.1 Tính toán phía hạ áp
Năng suất lạnh riêng:
q0 = 1190 kj/kg
51. 47
Lưu lượng môi chất thực tế qua máy nén hạ áp m1:
033,0
1190
6,39
0
0
1 ===
q
Q
m kg/s
Thể tích thực tế của máy nén hạ áp:
VttHA =m1×v1 =0,033×0.92=0,03m3
/s
Hệ số cấp của máy nén hạ áp:
78,0
273
245
}]
130
5-130
130
10430
[04,0
130
5-130
{
T
T
}]
p
)[(
p
{
tg
0
0
00/1
00
00
=−
+
−=
∆−
−
∆+
−
∆−
=
p
p
p
tp
c
p
p mtgtg
HAλ
Thể tích lý thuyết:
sm
V
V
HA
ttHA
ltHA /04,0
78,0
03,0 3
===
λ
Công nén đoạn nhiệt:
NsHA = m1.l1 = m1(i2 – i1) = 0,033(1585 - 1435) = 4,95 KW
Công suất chỉ thị: là công nén thực hiện do quá trình nén lệch khỏi quá
trình nén đoạn nhiệt lý thuyết.
W69,5
87,0
95,4
k
N
N
iHA
sHA
iHA ===
η
Trong đó: iHAη là hiệu suất chỉ thị được tính theo công thức:
87,0)28.(001,0
273
245
. 0 =−+=+= tbWiHA λη
Với b là hệ số thực nghiệm, ta lấy: b = 0,001
tg
w
T
T0
=λ Với T0, Ttg - nhiệt độ sôi và trung gian tuyệt đối của môi chất.
Công suất ma sát: là công ma sát sinh ra do sự ma sát trong các chi tiết
chuyển động của máy nén, công suất này phụ thuộc vào kích thước và cường độ
hoạt động của máy nén.
W77,159.03,0. kPVN msttHAmsHA ===
Trong đó Pms là áp suất ma sát riêng. Với máy nén NH3 thì:
Pms = (0,049 ÷ 0,069) MPa, ta chọn Pms = 0,059 MPa = 59 KPa
52. 48
Công suất hữu ích trên trục của máy nén:
NeHA = NmsHA + NiHA = 1,77+ 5,69 =7,46 kW
3.4.2 Tính toán phía cao áp
Lưu lượng môi chất thực tế qua máy nén cao áp: m3
Cân bằng enthalpy ở bình trung gian ta có:
(m3-m1)i7 + m1i5 +m1i2 = m3i3 +m1i6
→
73
62
73
6752
1
3
ii
ii
ii
iiii
m
m
−
−
=
−
−−+
=
→ 04,0
3501455
2301585
033,0
73
62
13 =
−
−
=
−
−
=
ii
ii
mm kg/s
Thể tích hút thực tế cao áp:
VttCA= m3. v3=0,04.0,28=0,011m3
/s
Hệ số cấp nén phía cao áp CAλ :
78,0
311
273
430
5430
430
101470
04,0
430
5430
A
=
−
−
+
−
−
=
∆−
−
∆+
−
∆−
=
K
tg
tg
tgtg
tg
kk
tg
tgtg
C
T
T
p
pp
p
pp
c
p
pp
λ
Thể tích hút lý thuyết cao áp:
0145,0
78,0
011,0
===
HA
ltHA
ltCA
V
V
λ m3
/s
Công nén đoạn nhiệt phía cao áp:
NsCA = m3l2 = 0,04.(1640 – 1455) = 7,4 kW
Công suất chỉ thị:
5,8
87,0
4,7
===
iCA
sCA
iCA
N
N
η
kW
Trong đó:
iCAη - hiệu suất chỉ thị phía cao áp được xác định theo công thức:
87,00.001,0
311
273
.. =+=+=+= tg
k
tg
tgWiCA tb
T
T
tbλη
53. 49
Công suất ma sát phía cao áp (NmsCA): là công sinh ra trong các chi tiết chuyển
động của máy nén, suất này phụ thuộc vào kích thước và cường độ của máy nén.
NmsCA = VttCA.Pms = 0,011.59 = 0,649 kW
Trong đó:
Pms – áp suất ma sát riêng, với máy nén amoniac ta chọn Pms = 59 KPa.
Công suất hữu ích phía cao áp:
NeCA = NiCA + NmsCA = 8,5 + 0,649 =9,15 kW
Tổng công suất hữu ích cao áp và hạ áp:
Ne = NeCA + NeHA = 9,15 + 7,46 = 16,61 kW
Tổng công suất điện cao áp và hạ áp:
4,19
9,0.95,0
61,16
.
===
dctd
e
el
N
N
ηη
kW
Trong đó:
tdη - hiệu suất truyền động của khớp, đai,… ta lấy tdη = 0,95
dcη - hiệu suất động cơ lắp đặt, chọn dcη = 0,9
Chọn công suất động cơ Ndc:
Được xác định như sau:
Ndc = (1,1÷2,1)Nel = 1,3.19,4 = 25,22 kW
Để đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh trong quá trình làm việc ta chọn hệ
số an toàn là 1,3.
Nhiệt thải của thiết bị ngưng tụ Qk:
Qk = m3.l3 = m3(i4 – i5) = 0,04(1640 - 350) = 51,6 kW
3.4.3 Tính chọn máy nén và thiết bị trao đổi nhiệt
1. Chọn máy nén
Qua việc tính toán nhiệt tải kho lạnh ở chương III, ta xác định được nhiệt
tải của máy nén Q0MN = 39,6 kW. Đây chính là năng suất lạnh mà máy nén cần
phải đạt được để bảo đảm duy trì được nhiệt độ kho lạnh ở điều kiện thiết kế.
Với chế độ làm việc như sau:
+ Máy nén 2 cấp
54. 50
+ Môi chất lạnh amoniac NH3
+ Nhiệt độ ngưng tụ tk = 380
C
+ Nhiệt độ sôi môi chất t0 = -280
C
+ 6,390 =MN
ycQ kW, Ndc = 25,2 Kw
Tra phần mềm chọn máy hãng Mycom, tôi chọn 2 máy nén Mycom 2 cấp
có kí hiệu N42A với các thông số sau:
Bảng 3-7 Thông số kỹ thuật của máy nén MYCOM N42A
Kí hiệu
Pittong
φvà S, mm
Số xi
lanh
Tốc độ
(v/ph)
Thể tích
quét,
(m3
/h)
Q0
(kW)
Ne
(kW)
N42A 95x76 4+2 1000 193,9 35,4 17,3
Hình 3-2 Máy nén MYCOM N42A
2. Tính chọn thiết bị ngưng tụ
Thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh là các thiết bị trao đổi nhiệt bề mặt,
trong đó môi chất lạnh có áp suất cao, nhiệt độ cao sau máy nén được làm mát
55. 51
bằng không khí, nước hay chất lỏng nhiệt độ thấp khác để ngưng tụ thành lỏng.
Quá trình ngưng tụ luôn kèm theo hiện tượng tỏa nhiêt, nói cách khác nếu không
được làm mát liên tục thì quá trình ngưng tụ sẽ dừng lại, mục đích biến hơi môi
chất lạnh thành lỏng cũng không thực hiện được. Mặt khác trong thiết bị ngưng tụ
nếu áp suất của môi chất lạnh không thay đổi thì nhiệt độ ngưng tụ sẽ giữ không
đổi.
Chế độ làm việc của thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh cũng có ảnh
hưởng rất lớn tới sự làm việc và đặc tính năng lượng của toàn thể hệ thống. Do bề
mặt trao đổi nhiệt của thiết bị không thể quá lớn nên nhiệt độ ngưng tụ tk trong
máy phải cao hơn nhiệt độ môi trường xung quanh. Chính trị số độ chênh lệch
nhiệt độ này đã gây nên độ không thuận nghịch bên ngoài và dẫn tới tổn thất năng
lượng.
Như vậy xuất hiện bài toán tối ưu về kinh tế - kỹ thuật trong việc lựa
chọn thiết bị ngưng tụ. Khi tăng trị số độ chênh lệch nhiệt độ thì tổn thất năng
lượng và chi phí vận hành tăng nhưng bề mặt của thiết bị ngưng tụ lại giảm đi,
kết quả vốn đầu tư sẽ giảm. Ngược lại nếu chọn thiết bị ngưng tụ với độ chênh
lệch nhiệt độ nhỏ thì tổn thất năng lượng nhỏ, chi phí vận hành giảm nhưng thiết
bị lại lớn dẫn đến vốn đầu tư ban đầu tăng.
Quá trình ngưng tụ môi chất amoniac là quá tình ngưng màng, do vậy việc xác
định cường độ trao đổi nhiệt phải tính tới nhiệt trở của màng chất ngưng. Để tăng
cường trao đổi nhiệt khi ngưng tụ ta phải tìm cách tạo ra dòng chảy rối, phá vỡ và tách
màng chất ngưng khỏi bề mặt đổi nhiệt. Vì vậy việc áp dụng các biện pháp để giảm
bớt tổn thất ở thiết bị ngưng tụ sẽ đem lại hiệu quả kinh tế cao cho toàn hệ thống.
Tính thiết bị ngưng tụ:
- Chọn kiểu thiết bị thiết kế và chế độ làm việc của nó.
Tôi chọn: thiết bị ngưng tụ kiểu ống chùm vỏ bọc nằm ngang sử dụng cho
môi chất NH3 giải nhiệt bằng nước qua tháp giải nhiệt với các chế độ làm việc là:
• Nhiệt độ nước vào bình ngưng tw1 = 280
C
• Nhiệt độ nước ra bình ngưng tw2 = 330
C
56. 52
• Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất tk = 380
C
- Tính diện tích trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ.
Được xác định theo công thức:
tb
k
tK
Q
F
∆
=
.
, m2
Trong đó:
K - hệ số truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ, W/m2
K. Với bình
ngưng ống chùm vỏ bọc amoniac nằm ngang thì K = 700 ÷ 1000 W/m2
K, ta chọn
K = 700 W/m2
K.
Qk - phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ, kW
tbt∆ - độ chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa môi chất và môi
trường làm mát, 0
K. Được xác đinh theo công thức:
K
t
t
tt
ttb
0
min
max
minmax
21,7
5
10
ln
510
ln
=
−
=
∆
∆
∆−∆
=∆
Với :
maxt∆ - hiệu nhiệt độ lớn nhất, maxt∆ = tk – tw1 = 38 - 28 = 10K
mint∆ - hiệu nhiệt độ nhỏ nhất, mint∆ = tk – tw2 = 38 – 33 = 5K
Khi đó:
2
10
21,7.7,0
6,51
mF ==
Chọn bình ngưng tụ do hãng Guentner (Đức) có kiểu AK – 25,20 với các
thông số như sau:
57. 53
Bảng 3-8 Thông số kỹ thuật của bình ngưng của hãng Guentner
Kiểu
Qk
kW
V
m3
/h
p∆
bar
Aa
m2
D1
mm
L
mm
L1
mm
B
mm
H
mm
VMR
dm3
VRR
dm3
M
kg
AK –
25,20 57,1 9,8 0,21 11,3 273
200
0
225
0
360 680 70 40 220
Cấu tạo và hoạt động của bình ngưng Guentner.
Hơi quá nhiệt từ máy nén được đưa vào bình ngưng theo đường ống 1 vào
điền đầy vào không gian giữa các ống, tỏa nhiệt cho nước làm mát đi trong ống
thành phần và ngưng tụ lại. Lỏng được lấy ra ở phía dưới bình ngưng theo ống 2
và đổ vào bình chứa cao áp. Nhiệt độ nước vào và ra khỏi bình ngưng chênh lệch
khoảng 5 ÷ 60
C do trao đổi nhiệt với hơi môi chất.
Hình 3-3 Bình ngưng ống chùm vỏ bọc nằm ngang NH3 hãng Guntner
1- Hơi NH3 từ thiết bị ngưng tụ
2- Lỏng sau ngưng tụ
3- Nối van an toàn
4- Áp kế
5- Nước vào làm mát bình ngưng
6- Nước ra khỏi bình ngưng
7- Đường cân bằng áp suất với bình ngưng
8- Tách khí không ngưng
1
2
5
6
4387
58. 54
3. Chọn thiết bị bay hơi
Thiết bị bay hơi có nhiệm vụ hóa hơi gas bão hòa ẩm sau tiết lưu đồng thời
làm lạnh môi trường cần làm lạnh. Như vậy cùng với thiết bị ngưng tụ, máy nén,
thiết bị tiết lưu thì thiết bị bay hơi là một trong những bộ phận quan trọng không thể
thiếu trong hệ thống lạnh. Quá trình làm việc của thiết bị bay hơi ảnh hưởng tới thời
gian và hiệu quả làm lạnh. Vì vậy dù hệ thống trang bị tốt đến đâu nhưng thiết bị
bay hơi làm việc kém hiệu quả thì tất cả trở nên vô ích. Do đó cần chọn thiết bị bay
hơi phù hợp cho hệ thống, có diện tích phù hợp với diện tích yêu cầu. Tôi chọn dàn
bay hơi đối lưu không khí cưỡng bức của hãng Guentner xả tuyết bằng điện trở.
Với yêu cầu làm việc:
+ Năng suất lạnh 6,390 =DL
Q kW
+ Nhiệt độ bay hơi t0 = -280
C
Chọn 3 dàn lạnh, mỗi dàn 3 quạt của hãng Guentner có ký hiệu: Type –
046B/37.
Hình 3-4 Cấu tạo dàn lạnh của hãng Guentner
Bảng 3-9 Thông số kỹ thuật của dàn lạnh Guentner Type 046B/37
Type
Q0
kW
F
m2
V
m3
/h
Tầm
thổi,
m
L
mm
B
mm
H
mm
Inlet
mm
Outlet
mm
M
kg
046B/37 13,4
101,
9
1350
0
17
287
6
685 665 21,3 48,3 168
H
L
3
4 1
2
B
5
1- Quạt thổi
2 - Máng nước ngưng
3 - Ống gas vào
4 - Ống gas ra
5 - Ống thoát nước
ngưng
59. 55
Hình 3-5 Dàn lạnh của hãng Guentner
4. Chọn van tiết lưu màng cân bằng ngoài
Van tiết lưu là bộ phận chính trong hệ thống lạnh, nó có nhiệm vụ tiết lưu
lỏng môi chất ở áp suất cao, nhiệt độ cao xuống áp suất thấp và nhiệt độ bay hơi
thấp. Nó còn có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng môi chất cấp vào thiết bị bay hơi.
Van tiết lưu cân bằng ngoài thường sử dụng cho hệ thống lạnh thiết bị bay
hơi có trở lực lớn. Việc chọn van tiết lưu phải dựa vào các thông số sau:
+ Nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ.
+ Năng suất lạnh Q0.
+ Loại môi chất làm việc trong hệ thống lạnh.
Ở đây tôi quyết định chọn van tiết lưu cân bằng ngoài của hãng Danfoss
cho hệ thống. Với các thông số sau:
+ Môi chất lạnh sử dụng: NH3
+ Năng suất lạnh: Q0 = 39,6 kW
+ Nhiệt độ bay hơi t0 = -280
C
+ Nhiệt độ ngưng tụ tk = 380
C
Độ giáng áp qua van tiết lưu là
9,125,03,17,14 =−−=∆−−=∆ DOok PPPP bar
Với DOP∆ - tổn thất áp suất trên đường ống, khoảng 0,5 bar.
60. 56
Tra trong catolog của hãng Danfoss ta chọn 3 van tiết lưu màng cho 3 dàn
lạnh có kí hiệu TEA 20-5.
