báo cáo Thiết kế kho lạnh bảo quản 100 tấn tôm đông lạnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

KỸ THUẬT LẠNH VÀ ỨNG DỤNG
Thiết kế kho lạnh bảo quản
100 tấn tôm đông lạnh
Điều kiện bảo quản:
Nhiệt độ, độ ẩm môi trường thiết kế kho lạnh:
• Kho lạnh đặt tại TP.HCM, ta có:
• Nhiệt độ mùa hè: 37.3(
o
C)
• Độ ẩm: 74(%)
• Nhiệt độ bầu ướt: 33 (
o
C)
• Nhiệt độ đọng sương: 32 (
o
C)
I. XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC BUỒNG LẠNH:

1.Dung tích kho lạnh:
E = V.g
v
E : dung tích kho lạnh (t)
V : thể tích kho lạnh (m
3
)
g
v

: định mức chất tải thể tích (t/m
3
).
g
v
= 0.45 (t/m
3
)
Dung tích thật sự các buồng :
Sản phẩm là táo E
sp
và thùng gỗ E
bb
Chọn E
bb
=10% E
sp
E
sp
= 100 (t) (đầu đề)
⇒ dung tích thật sự của buồng lạnh :
E = E
sp
+ E
bb
= 100 + 10 = 110 (t)
⇒thể tích của buồng lạnh :
V = E/g
v
= 110/0.45 = 244.44 (m

3
)
2.Diện tích buồng lạnh :
Diện tích chất tải F = V/h
h: là chiều cao chất tải (m) , chọn h= 5 ( m)
⇒ F=V/h =244.444/3 =81.48 (m
2
)
Chọn chiều cao chất tải lạnh 3m và chiều cao buồng lạnh là 5m
3.Tải trọng của nền và trần:
g
F
> g
v
* h => g
F
> 0.45*3 =1.35 t/m
2
4.Diện tích lạnh cần xây dựng:
F
1
= F/β
F
= 81.48/0.725 = 112.386 (m
2
)
Với β
F
=0.725 (tra bảng 2-5 trang 34)
Diện tích buồng lạnh quy chuẩn (bội của 36 m

2
) nên chọn F
1
= 108 m
2
(9×12)
Chọn kích thước kho như sau: chiều dài 12m, rộng 9m, cao 5m
II. Tính chọn vách, tính đọng sương , đọng ẩm:
• Tính chiều dày cách nhiệt: δ
cn
= λ
cn
(
∑
++− ))
11
(
1
21
αλ
δ
α
i
i
k
Trong đó:
Chọn vật liệu cách nhiệt là polystitol λ
cn
=0,047 W/mK.(bảng 3.1).
K: hệ số truyền nhiệt.

Với nhiệt độ buồng lạnh = -25
o
C ,tra bảng 3-3 trang 84 ta được k = 0.21W/m
2
K
a
1
: hệ số toả nhiệt của môi trường ngoài tới tường cách nhiệt,W/m
2
K.
a
1
= 23,3 W/m
2
K.(bảng 3.7).
a
2
: hệ số toả nhiệt của vách buồng lạnh vào buồng lạnh,
a
2
= 10.5 W/m
2
K.(bảng 3.7).
• Chọn vách:
Lớp vật liệu xây
dựng
δ,m λ,W/m
2
K µ
(g/mhMPa)

Lớp vữa xi măng 0.02 0.8 90
Lớp gạch đỏ 0.38 0.82 105
Lớp cách ẩm
bitum
0.0026 0.18 0.86
Cách nhiệt
polystirol
??? 0.047 7.5
Chiều dày cách nhiệt là:
δ
cn
= λ
cn
(
∑
++− ))
11
(
1
21
αλα
i
i
d
k
= 0,047(
))
5.10
1
18.0

0026.0
82.0
38.0
88.0
02.0
*3
3.23
1
(
21.0
1
++++−
= 0,191 (m).
Ta chọn chiều dày là : 0.2 m
• Hệ số truyền nhiệt thực tế :
K=
∑
+++
2
i
1
11
1
αλ
δ
λ
δ
α
cn
cn

i
=
5.10
1
047.0
2.0
18.0
0026.0
82.0
38.0
88.0
02.0
*3
3.23
1
1
+++++
= 0.202 W/m
2
K
• Kiểm tra đọng sương :
Nhiệt độ môi trường t
mtat
= 37.3
o
C, độ ẩm 74% =>t
s
= 32
o
C và t

ư
=33
o
C (mùa hè tại
tp.HCM tra bảng 1-1)
Nhiệt độ của buồng lạnh t
b
=-25
0
C.
Ta có K
s
= 0,95* α
1
(t
mt
-t
s
)/(t
mt
-t
b
) = 0,95 x 23,3 x (37.3-32)/(37.3-(-25)) = 1.88 W/m
2
K
K
s
=1.88 > K=0.202 W/m
2
K cho nên vách ngoài không bị đọng sương.

• Kiểm tra đọng ẩm.
Hệ số dẫn nhiệt và độ ẩm của polystirol là :
δ=0,15m ;λ=0,047W/mK;µ=7,5g/mhMPa
Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiệt :

q= k .
∆
t= 0.202.(37.3-(-25)) = 12.615 W/m
2
.
Xác định nhiệt độ bề mặt tại các lớp vách:
q = α
i
.
∆
t
f
=
i
i
λ
δ
∆
t
w
o t
1
= t
f1
- q/α

1
=37.3 - 12.615/23.3 =36.76
o t
2
= t
1
-q
1
1
λ
δ
= 36.76
o
C- (12.615*
88.0
02.0
)=36.47
o
C
o t
3
= 30.63
o
C
o t
4
= 30.33
o
C
o t

5
= 30.1
o
C
o t
6
= -23.53
o
C
o t
7
= -23.81
o
C
o +t
bl
= t
7
-
2
α
q
= -25
o
C
Tra bảng được các áp suất như bảng sau:
Vách Nhiệt độ (
o
C) Áp suất P''x (Pa)
1 36.75868797 6174

2 36.47203865 6077
3 30.62718903 4397
4 30.3405397 4327
5 30.15835813 4174
6 -23.51215351 92
7 -23.79880283 89
Dòng hơi thẩm thấu qua kêt cấu:
P
h1
: phân áp suất thực của hơi nước bên ngoài
P
h2
: phân áp suất thực của hơi nước bên trong
Ta có: T
1
=37.3
o
C ; φ
1
= 74% ; P”x (T
1
)= 6358 Pa
 P
h1
= P”x (T
1
). φ
1
= 6358*0,74 = 4704.92Pa
T

2
= -25
o
C ; φ
2
= 100% ; P”x (T
2
) = 80 Pa
 P
h2
= P”x(T
2
) . φ
2
= 80*1=80 Pa
Hệ số trở kháng thấm hơi của kết cấu:

Phân áp suất thực của hơi nước trên bề mặt các lớp:
Áp suất thực của hơi nước đều nhỏ hơn phân áp suất hơi nước bão hòa nên không có hiện
tượng đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt.
• Chọn nền: chọn nền có các lớp như sau:
- Nền nhẵn bằng các tấm bê tông lát δ
1
= 40 mm ; λ
1
=1.4 w/mK
- Lớp bê tông δ
2
=100 mm ; λ
2

=1.4
w/mK
- Lớp cách nhiệt bằng đất sét xốp , sỏi: δ
3
=??? ; λ
3
=0.2 w/mK
- Lớp bê tông có sưởi điện : δ
4
= 100 mm
- Lớp cách ẩm
- Lớp bê tông đá dăm làm kín nền đât
Tra bảng 3-6: k = 0.21 w /m
2
K
Tra bảng 3-7: α
1
=23.3 w /m
2
K
α
2
= 10.5 w /m
2
K
Chiều dày lớp cách nhiệt là:
δ
cn
= 0,2(
))

5.10
1
)
4.1
1.0
4.1
04.0
3.23
1
(
21.0
1
+++−
=0.904 (m)
Chọn δ
4
= 1 (m).
Hệ số truyền nhiệt thực tế:
K=
∑
+++
21
11
1
αλλα
cn
cn
i
i
dd

=
5.10
1
2.0
1
4.1
1.0
4.1
04.0
3.23
1
1
++++
k
t
= 0.2 w/m
2
k
• Chọn trần:
δ
cn
= l
cn
(
∑
++− ))
11
(
1
21

αλα
i
i
d
k
Tra bảng dùng lớp cách nhiệt đất sét,sỏi :
+ λ
cn
= 0,2 w/mK : (bảng 3.1 P 61 [1]);
+ K : hệ số truyền nhiệt ( bảng 3.3 p 63 ,[1])
K = 0,2 w /m
2
K
+ α
1
hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tới trường cách nhiệt
α
1
=23,3 w/m
2
K
+ α
2
hệ số tỏa nhiệt của vách buồng lạnh vào buồng lạnh
α
2
= 10,5 w/m
2
K
+ δ

i
: chiều dày các lớp xây dựng thứ i (m)
+ λ
øi
: hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu xây dựng thứ i w/m
2
K
 Lớp phủ đồng thời là lớp cách ẩm bằng vật liệu xây dựng và
borulin
 δ
1
= 12 mm ; λ
1
=0,3 w/mK
 Lớp bê tông giằng có cốt δ
2
=40 mm ;λ
2
=1,4 w/mK
 Lớp cách nhiệt chiều dày δ
3
=? ; λ
3
=0,2 w/mK
 Tấm cách nhiệt bằng xốp polystrirol δ
4
=50 mm ;λ
4
=0,047
w/mK

 Lớp bê tông cốt thép chịu lực δ
5
=220 mm ;λ
5
=1,5 w/mK
⇒ Chiều dày cách nhiệt của trần:
δ
cn
= λ
cn
(
∑
++− ))
11
(
1
21
αλ
δ
α
i
i
k
= 0,2(
))
5.10
1
5.1
22.0
047.0

05.0
4.1
04.0
3.0
012.0
3.23
1
(
2.0
1
+++++−
=0.72 (m)
Chọn d
cn
=0.75 (m).
Hệ số truyền nhiệt thực tế:
K=
∑
+++
21
11
1
αλ
δ
λ
δ
α
cn
cn
i

i
=
5.10
1
2.0
75.0
5.1
22.0
047.0
05.0
4.1
04.0
3.0
012.0
3.23
1
1
++++++
K=0.194 w/m
2
k
III. Tính nhiệt kho lạnh:
1. Tính nhiệt thất thoát qua vách:
2. Tính
dòng
nhiệt
do sản phẩm tạo ra:
a. Dòng nhiệt do tôm tỏa ra:
Bao che K (w/m
2

k) F (m
2
)
∆T (k) Q
1
=K*F*∆T (w)
Tường ngoài 0.202 60 62.3 755.076
Tường ngoài 0.202 45 62.3 566.307
Tường ngoài 0.202 60 62.3 755.076
Tường ngoài 0.202 45 62.3 566.307
Nền 0.2 108 62.3 1345.68
Trần 0.194 108 62.3 1305.3096
Tổng Q
1
5293.7556
Q
21
= M* (h
1
– h
2
)* 1000/(24*3600) (kw)
M: năng suất buồng bảo quạn lạnh đông (t/24h)
Q
21 :
Dòng nhiệt do tôm tỏa ra
h
1
,h
2

: enthapi của sản phẩm trước và sau khi xử lý lạnh :
Theo bảng 4-2 p.81 ,[1]
Chọn nhiệt độ hàng nhập thẳng vào kho bảo quản lạnh đông là:
t
1
= -8
o
C ⇒h
1
= 43.5 kJ/kg
Chọn nhiệt độ hàng sau khi được làm lạnh là:
t
2
=-25
o
C ⇒h
2
= 0 kJ/kg
M = 8%E = 0.8*100 = 8 ( t/24h)
Với: M: khối lượng hàng nhập vào vảo quản lạnh đông
E: dung tích phòng bảo quản lạnh đông
Vậy : Q
21
= M*(h
1
– h
2
)*1000/(24*3600)
= 8*(43.5 – 0 )*1000/(24*3600) = 4.0278 (kW)
b. Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra:

Q
21
=
Với: M
b
: khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm (t/24h)
C
b
: Nhiệt dung riêng của bao bì (kJ/kgK)
t1, t2 : nhiệt độ bao bì trước và sau khi bảo quản lạnh đông
1000/(24*3600) : hệ số chuyển đổi t/24h ra kg/s
Ta có : Khối lượng bao bì cac tông : M
b
= 30%M = 30% *8 =2.4 (t/24h)
Nhiệt dung riêng của bao bì các tông : C
b
= 1.46 (kJ/kgK)
Nhiệt độ bao bì trước khi bảo quản: t1= -8
o
C
Nhiệt độ bao bì sau khi bảo quản : t2 = -25
o
C
Q
22
= 2.4*1.46*(-8 + 25 )*1000/ (24*3600) = 0.689 (kW)
TổngNhiệt do sản phẩm tỏa ra là :
Q
2
= Q

21
+ Q
22
= 4.0278 + 0.689 = 4.7168 (kW)
3. Dòng nhiệt do vận hành kho:
a. Dòng nhiệt do đèn chiếu sáng:
Q
31
= A.F
A: định mức chiếu sáng trên một m
2
phòng, A = 1.2 W/m
2
F: diện tích phòng lạnh, F= 108 m
2
Q
31
= 1.2*108= 129.6 W
b. Dòng nhiệt do người tỏa ra
Q
32
= 350.n
350: nhiệt lượng do người tỏa ra khi làm việc nặng
n: số người làm việc trong phòng, chọn n=3
Q
42
= 350*3 = 1050 W
c. Dòng nhiêt do động cơ điện
Q
33

= 1000.N
N: công suất động cơ điện , N = 8÷16
Q
33
= 1000*16= 16000 W
d. Dòng nhiệt khi mở cửa
Q
34
= B.F
B: dòng nhiệt do tổn thất kho lạnh mở cửa cho 1 m
2
phòng lạnh, B= 12
F: diện tích phòng lạnh, F = 108 m
2
Q
34
= 12*108 = 1296 W
 Vậy dòng nhiệt vận hành
Q
3
= 129.6 +1050 +16000 +1296 =18475.6 (W) =18.4756 (kW)
4. Nhiệt tải của thiết bị:
Q
tb
= ∑Q = 5.2937556 + 4.7168 + 18.4756 = 28.48 (kW)
Xác định tải nhiệt cho máy nén:
Ta có ∑ Q
MN
là tổng nhiệt tải của máy nén đối với 1 nhiệt dộ bay hơi
∑ Q

MN
= Q
1
+ Q
2
*60%+Q
3
*75%
= 5.2937556+ 4.7168*0.6+ 18.4756*0.75 = 21.98 (kW)
Chọn k=1.07, chọn b=0.7 đối với thiết bị lạnh nhỏ
 năng suất lạnh của máy nén
Q
0
= = = 33598(W)
IV. TÍNH CHU TRÌNH LẠNH
Chọn môi chất làm làm lạnh là: NH
3
Tính toán thông số làm việc của máy lạnh
1. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh:
t
0
= t
b
- t
0
= - 25 - 10 = - 35
0
C

2. Nhiệt độ ngưng tụ t

k
:
t
k
=t
w2
+ ∆T
k
t
k
: nhiệt độ ngưng tụ (
o
C)
t
w2
: nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng
∆T
k
= 5 k
t
w2
= t
w1
+∆t
w
t
w1
: nhiệt độ nước vào bình ngưng
∆t
w

= 5 k
t
w1
= t
ư
+ 5(
o
C) t
ư
: nhiệt độ ban đầu với
t
1
=38
o
C
ϕ=74% ⇒t
ư
=33
o
C
⇒ t
w2
= t
w1
+ 5
o
C = 38
o
C + 5
o

C =43
o
C
⇒t
k
=t
w2
+ 5
o
C = 43
o
C + 5
o
C = 48
o
C
3. Nhiệt độ quá lạnh
t
ql
= t
w1
+ ∆t
ql
∆t
ql
= (3 5
o
C)
t
ql =

38+ 5 =43
o
C
4. Nhiệt độ quá nhiệt ( hơi hút)
t
qn
= t
0
+ (5 15
o
C)
= -35 + 10 = - 25
o
C
Áp suất ngưng tụ p
k
của NH
3
ở nhiệt độ t
k
= 48
o
C là p
k
= 1,93 (Mpa)
Áp suất bay hơi của NH
3
ở nhiệt độ t
0
= -35

o
C là p
0
= 0.093 (Mpa)
Tỉ số nén Π: Π= = = 20.75
Máy nén lạnh 1 cấp :
+ Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh (t
o
): - 35
0
C
+ Nhiệt độ ngưng tụ (t
k
): 48
0
C
+ Nhiệt độ quá nhiệt (t
h
):- 25
0
C
+ Nhiệt độ quá lạnh (t
ql
): 43
0
C
Theo giản đồ R717 ta có:
Nhiệt độ bay hơi là: -35
o
C ⇒ H

1
= 1435 kJ/kg⇒v
1
= 1.2 (m
3
/kg)
Nhiệt độ ngưng tụ là: 48
o
C ⇒ H
2
= 1940 kJ/kg
H
3
= H
4
=400 kJ/kg
Lưu lượng dòng môi chất lạnh (kg/s):
m’=
Q
v
: công suất lạnh = Nhiệt tải lạnh Q
e
= 28.48( kW) = 28.48 (kJ/s)
⇒m’= = 0,0275 (kg/s)
Thể tích hút thực tế .
V
tt
=m’ *v
1
= 0,0275* 1.2

= 0,033 ( m
3
/s)
Thể tích hút lý thuyết
V
lt
= V
tt
/ λ λ : hệ số cấp của máy nén phụ thuộc vào tỉ số nén
Với Π=6,48 tra đồ thị (H 7.4 p 215[1])
⇒λ = 0.65
⇒V
lt
=V
tt
/λ =0,033 /0.65 =0,0508 (m
3
/s)
Chọn máy nén AYY90 theo
Γ
OCT 6492-76 do Nga sản xuất có thể tích hút lý thuyết là:
V
lt
= 0.0716 (m
3
/s)
Số lượng máy nén : Z = = = 0,71 máy
Vậy công suất máy nén lý thuyết :
Q
comp

=N
s
= m’ * (H
2
- H
1
) = 0,0275* (1940 – 1435) = 13,888 kW
Hiệu suất chỉ thị
706,0)35(*001.0
321
238
=−+=+=
o
k
o
i
bt
T
T
η
;
- Công suất chỉ thị (công suất nén thực tế) N
i
=
67,19
706.0
888,13
==
i
Ns

η
kW
- Công suất ma sát N
mas
=V
tt
P
ms
chọn P
ms
=0.06 Mpa;
= 0.033*0.06*1000=1,98 kW;
- Công suất hữu ích N
e
= N
i
+N
mas
=19,67+1,98 = 21,65 kW;
- Công suất tiếp điện N
el
=
eltd
e
N
ηη
chọn
9.0;95.0 ==
eltd
ηη

N
el
=
eltd
e
N
ηη
= 25,32 kW;
- Công suất động cơ lắp đặt N
dc
Chọn hệ số an toàn là 1,7
⇒N
dc
= 1,7*N
el
= 1,7 *25,32= 43,1 kW
V. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
Tính và chọn thiết bị ngưng tụ
Chọn thiết bị ngưng tụ nằm ngang có vỏ, bình ngưng gồm một vỏ hình trụ bên trong có
bố trí một chùm ống, hai đầu có hai mặt sàng. Hai phía có hai nắp.Hơi amoniac trong
không gian giữa các ống ngưng tụ trên bề các ống chùm. Nước vào theo đường ống bố
trí trên mặt nắp, đi phía trong các ống chùm theo các lối đã bố trí sẵn rồi ra theo ống
phía trên
Tính thiết bị ngưng tụ
Nhiệt thải ngưng tụ = Công suất quá trình ngưng tụ: Q
k
Q
k
= m’*(H
2

– H
3
) = 0,033*( 1940 - 400 ) = 50,82 kW
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:
F =
tk
Qk
∆
( m
2
)
Trong đó:
k: hệ số truyền nhiệt đối với thiết bị. Đối với bình ngưng nằm ngang NH
3
k= 7001000
Chọn k = 900(W/m
2
K)
t
tb
: hiệu nhiệt độ trung bình của quá trình ngưng tụ
t
tb
=
min
max
ln
minmax
t
t

tt
∆
∆
∆−∆
t
max
: hiệu nhiệt độ lớn nhất (ở phía nước vào )
t
min
: hiệu nhiệt độ bé nhất ( ở phía nước ra )
t
max
= t
k
– t
w1
= 48 – 38 = 10 K
t
min
= t
k
– t
w2
= 48 – 43 = 5 K
⇒t
tb
= 7,21K
⇒ F=
21,7900
100082,50

×
×
= 7,83(m
2
)
Tính lưu lượng nước qua thiết bị ngưng tụ:
V
n
=
twC
Qk
∆××
ρ
(m
3
/s)
C – nhiệt dung riêng của nước C= 4,19 kJ/kgK
ρ - khối lượng riêng của nước ρ=1000 kg/m
3
t
w
độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ
t
w
= 48 – 38 = 5
o
C
⇒V
n
=

5100019,4
82,50
××
= 0,0024 (m
3
/s)= 8,64 (m
3
/h)
Chọn thiết bị ngưng tụ:
Các thông số của thiết bị ngưng tụ:
Kí hiệu F(m
2
)
ĐK D
(mm)
Dài L
(mm)
Rộng B
(mm)
Cao H
(mm)
Số ống
Khối
lượng
(kg)
Số
lượng
KTΓ-10
9 408 1880 535 760 99 555 1
VI. THIẾT BỊ BAY HƠI

Chọn thiết bị bay hơi.
Chọn bình bay hơi làm lạnh chất tải lạnh lỏng (nước, nước muối ) còn gọi là hệ thống
lạnh gián tiếp.
 Tính thiết bị bay hơi:
Nhiệt tải của thiết bị bay hơi Q
0
= Công suất lạnh Qv = 24,48 kW
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt
F =
tk
Qo
∆
t
tb
: hiệu nhiệt độ trung bình logarit giữa chất tải lạnh (nước muối) và môi chất lạnh sôi
t
tb
=
min
max
ln
minmax
t
t
tt
∆
∆
∆−∆
=
t

n1
và t
n2
– nhiệt độ nước muối vào và ra khỏi bình bay hơi
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh NH
3
la -35
o
C
⇒t
tb
= 4
0
C
Chọn bình bay hơi ống vỏ amoniac
Theo bảng 8-7, chọn k= 500W/m
2
K
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:
F =
tk
Qo
∆
=
=
×
×
4500
100048,28
14,24 m

2
Theo bảng 8-8 p283[1] chọn bình bay hơi ống vỏ nằm ngang ΙΙKT-40 với diện
tích bề mặt trao đổi nhiệt 40,7 m
2
Các thông số của thiết bị bay hơi
Kí hiệu F(m
2
)
ĐK D
(mm)
Dài L
(mm)
Rộng B
(mm)
Cao H
(mm)
Số ống
Thể tích không
gian giữa các ống,
m
3
ΙΙKT-40
40,7 600 x 8 3580 1075 1590 216 0,52
Lưu lượng nước muối tuần hoàn:
V
n
=
tnnCn
Qo
∆××

ρ
C
n
: nhiệt dung riêng nước muối, kJ/kgK
ρ
n
: khối lượng riêng nước muối, kg/m
3
∆t
n
– hiệu nhiệt độ nước muối vào và ra khỏi TBBH, K
∆t
n
= ∆t
n1
- ∆t
n2
= 2 K
⇒V
n
=
tnnCn
Qo
∆××
ρ
=
2120099,2
48,28
××
=0, 004m

3
/s = 14,4 m
3
/h