Đồ án Quá trình và Thiết bị bảo quản đông lạnh

1

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU
I.1. Giới thiệu sơ lược về ứng dụng của kỹ thuật lạnh
Con người đã biết làm lạnh và sử dụng lạnh rất lâu, nhưng ngành lạnh bắt đầu
phát triển mạnh ở trên thế giới từ cuối thế kỉ 19.
Kỹ thuật lạnh đã thâm nhập vào hơn 70 ngành kinh tế quan trọng và hỗ trợ
tích cực cho các ngành đó, đặc biệt là các ngành công nghiệp thực phẩm, chế
biến thịt cá, rau quả, rượu bia, nước giải khát, đánh bắt và xuất khẩu thủy hải
sản, hoá chất, …

I.2. Giới thiệu sơ lược về nguồn thủy sản:
- Thủy sản là nguồn nguyên liệu quan trọng của thực phẩm, công nghiệp,
nông nghiệp và dược phẩm. Động thực vật thủy sản bao gồm: tôm, cá, nhuyễn
thể (mực, trai, sò, …), rong tảo,… đang cung cấp cho con người một nguồn
đạm thực phẩm khổng lồ và phong phú. Theo thống kê thì thủy sản đang
chiếm trên 20% nguồn đạm thực phẩm của nhân loại nói chung, trên 50% ở
các nước phát triển.
- Nước ta có bờ biển dài 3260km, một vùng thềm lục địa rộng lớn
khoảng hơn 1triệu km2, thuộc vùng biển nhiệt đới nên nguồn nguyên liệu rất
đa dạng và có cả bốn mùa. trữ lượng cá đáy, cá nổi của vùng biển Việt Nam
rất phong phú (theo dự tính sơ bộ có khoảng 2000 loài, trong đó hơn 40 loài
cá có giá trị kinh tế lớn).
- Bên cạnh đó, nghề nuôi trồng thủy sản đang được phát triển khá mạnh
(sản lượng của các nước Đông Nam Á chiếm trên 50% tổng sản lượng nuôi
trồng của thế giới). Nước ta có nhiều sông, hồ, kênh, rạch, đầm, phá và diện
tích mặt nước thoáng rất lớn cho nên đang tập trung đẩy mạnh nuôi trồng thủy
sản để nhanh chóng phát triển thành ngành một cách chủ động, toàn diện giữa
các khâu nuôi trồng, khai thác, chế biến.
- Do khả năng nguồn lợi to lớn, ngành thủy sản có nhiệm vụ quan trọng
là: chế biến nguồn lợi to lớn đó thành nhiều sản phẩm có giá trị cao cho sản

xuất và đời sống con người.
Đặc điểm nổi bật của nguyên liệu thủy sản là ươn thối rất nhanh, cho nên
nhiệm vụ đặt lên hàng đầu của khâu chất lượng sản phẩm là phải kịp thời bảo
quản, chế biến mà trước hết là bảo quản lạnh.

I.3. Qui trình chế biến [8]
Ở đây ta chọn nguồn nguyên liệu là cá thu. Hàm lượng các chất trong cá
thu là: 20.90% protit, 1.02% lipit, 1.53% tro, 77.2% nước.


2

I.3.1. Tiêu chuẩn nguyên liệu:
- Cá tươi tốt, màu sáng tự nhiên.
- Còn nguyên vẹn,không bị xây xát.
- Mắt trong sáng và lồi.
- Bụng không phình, không lõm.
- Trọng lượn mỗi con trên 1 kg.
- Cá chờ xử lý phải được rửa sạch và ướp đá bào theo tỉ lệ: 1đá :
1cá
I.3.2. Qui cách chế biến:
Nguyên liệu  rửa  xử lý  rửa  phân cỡ  rửa  xếp mâm  đông
lạnh  mạ băng  bao gói  bảo quản.

- Nguyên liệu: Cá nguyên liệu phải đạt các tiêu chuẩn trên.
- Rửa: Rửa sạch dưới vòi nước chảy để loại hết tạp chất. Rửa lại
trong nước lạnh 5oC có pha 50ppm clo.
- Xử lý: Dùng dao mổ bụng cá từ hậu môn đến nắp mang (các
đường mổ phải thẳng, không xơ xác). Bỏ nội tạng, cạo sạch gân máu dọc theo
xương sống. Bỏ đầu.

- Rửa: Rửa thật sạch bên trong bụng. Nước rửa cá phải sạch, lạnh
o
5 C có pha 20ppm clo và 3% muối ăn để làm sạch nhớt. Rửa xong, để ráo
nước 15 phút.
- Phân cỡ: Tính theo trọng lượng kg/con (gồm có cỡ 1-3 kg/con và
trên 3 kg/con).
- Rửa: Rửa lại nước lạnh 5oC có pha 10ppm clo.
- Xếp mâm: Cá được xếp vào mâm có lót PE, mỗi mâm một cỡ. Có
khi treo cá trong phòng đông.
- Đông lạnh: Đông IQF, nhiệt độ -40 oC, thời gian 4-6 giờ. Nhiệt độ
trung bình tại tâm sản phẩm ít nhất là -12oC.
- Mạ băng: Cá được mạ băng trong nước lạnh +1 oC có pha 5ppm
clo. Thời gian mạ băng 5-10 giây.
- Bao gói: Cho mỗi con vào một bao PE. Hàn kín miệng bao. Cho
vào thùng cactông 5 lớp có tráng sáp, mỗi cỡ cho vào một thùng. Cân mỗi
thùng 10kg tịnh (khoảng từ 5 đến10 con. Nẹp 2 đai ngang, 2 đai dọc. Ngoài
thùng ghi rõ loại cá, cỡ, qui cách chế biến.
- Bảo quản: Nhiệt độ phòng bảo quản: -18 ± 2 oC. Thời gian bảo
quản không quá 3 tháng.

I.4. Chế độ làm việc của kho
- Kho lạnh là các kho có cấu tạo và kiến trúc đặc biệt dùng để bảo quản các
sản phẩm và hàng hóa khác nhau ở điều kiện nhiệt độ lạnh và điều kiện không
khí thích hợp .


3

- Đối với sản phẩm thủy sản, ta có thể có một số buồng như sau:
+ Buồng tiếp nhận sản phẩm.

+ Buồng xử lý sản phẩm.
+ Buồng đông lạnh sản phẩm.
+ Buồng trung gian.
+ Buồng bảo quản sản phẩm.
+ Buồng phân phối sản phẩm.
- Ở đây, do yêu cầu của đồ án em chọn thiết kế kho bảo quản lạnh đông sản
phẩm ở -20oC, độ ẩm 90%.
- Tác nhân lạnh được sử dụng là amôniac (NH3) vì có các đặc điểm sau:
+ Thể tích riêng trong vùng nhiệt độ bay hơi tương đối nhỏ nên giảm kích
thước của máy nén, đặc biệt đối với máy nén pistông.
+ Có mùi khó chịu, dễ phát hiện khi rò rỉ ra môi trường.
+ Ít tan trong dầu bôi trơn, đỡ ảnh hưởng đến quá trình bôi trơn và đỡ ảnh
hưởng đến chất lượng của tác nhân.
+ Amôniac không ăn mòn thép.
- Thiết bị ngưng tụ là chùm ống nằm ngang, sử dụng nguồn nước tuần hoàn
kèm theo tháp giải nhiệt cho nước.
+ Nhiệt độ trung bình của không khí ở Thành phố Hồ Chí Minh là 27oC
+ Độ ẩm trung bình của không khí là 80%
+ Nhiệt độ bầu ướt của không khí là 24.5oC
+ Nhiệt độ nước vào là: 24.5 + (3÷5) = 29.5oC ≈30oC
+ Nhiệt độ nước ra là: 30 + 5 = 35oC
+ Nhiệt độ ngưng tụ là: 35 + 5 = 40oC
- Thiết bị bay hơi sử dụng là dàn quạt trao đổi nhiệt đối lưu cưỡng bức, loại
khô, chất tải nhiệt là không khí.
+ Nhiệt độ không khí trong kho lạnh là: -20oC
+ Nhiệt độ bay hơi của tác nhân lạnh trong dàn bay hơi là: -20 – 10 = -30oC
Ta có: tk = 40oC => pk = 1.585 MPa
t0 = -30oC => p0 = 0.1219 MPa
=> Tỉ số:
pk

1.585
=
=13
p0
0.1219
p k − p0 =1.585 −0.1219 =1.4613 MPa

Ta chọn máy nén một cấp


4

CHƯƠNG II: TÍNH KHO LẠNH [5]
Ta chọn 4 kho lạnh mỗi kho có sức chứa 50 tấn thuỷ sản
Chọn bao bì là thùng cactông có kích thước như sau :
Dài x rộng x cao = 0.36m x 0.28m x 0.22m
Mỗi thùng cactông chứa được 10kg sản phẩm.
Số lượng thùng cactông có trong 1 kho là: 50000/10 = 5000 thùng
Chọn cách chất hàng trong 1 kho như sau :
Chia 1 kho làm 8 tụ => Số thùng của mỗi tụ là: 5000/8 = 625 thùng.
Chất thành nhiều lớp trong mỗi tụ . Mỗi lớp gồm : 7 x 9 = 63 thùng
=> Số lớp trong một tụ là: 625/63 = 9.92 lớp ≈ 10 lớp
=> Chiều cao của hàng trong kho: 10 x 0.22 = 2.2 m (chưa kể đặt cách nền
0.3m) ???


5

Diện tích của mỗi tụ là: (7 x 0.36) x (9 x 0.28) = 6.35m2
Diện tích cần để chất hàng là: F = 6.35 x 8 = 50.8m2

Chọn hệ số sử dụng kho lạnh là: β = 0.75
Diện tích kho lạnh cần xây dựng là:
Fxd =

F 50.8
=
= 67.7 m 2
β 0.75

Chọn diện tích xây dựng kho lạnh tiêu chuẩn là 72m2
=> Kích thước kho lạnh là: 12m x 6m
Chọn chiều cao kho lạnh: là 3.5m (2.5m chất hàng còn 1 m để đặt dàn
lạnh áp trần và xếp hàng)
* Cách sắp các thùng hàng trong mỗi tụ :


6

* Cách bố trí hàng trong một kho

Đ
B
440

T

440

300

300

N
440

12000

* Cách bố trí các kho : theo bề ngang

360
300

2520

6000

2520


7

CHƯƠNG III: TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM:
III.1. Một số thông số cần chọn để tính toán :
Chọn nhiệt độ trung bình cả năm của Tp. Hồ Chí Minh là : tn = 27oC
Chọn độ ẩm trung bình của Tp. Hồ Chí Minh là : φ = 80%
Nhiệt độ bầu ướt của không khí bên ngoài là: tư = 24.5oC
Nhiệt độ đọng sương của không khí bên ngoài phòng là: ts = 23.5oC
Nhiệt độ không khí trong kho bảo quản lạnh đông là : tp = -20oC
Độ ẩm của không khí trong kho là: φ = 90%
III.2.Cách nhiệt và cách ẩm vách ngoài :

Bảng số liệu tra và tính cho các lớp vật liệu làm vách ngoài :
Vật liệu
Bề
Hệ số
Hệ số
Nhiệt trở
dày
truyền
thẩm thấu μ
δ/λ
2
δ
nhiệt λ (g/m.h.mmHg) (m K/w)
(m) (w/mK)
1.Vữa
0.02
0.88
0.0012
0.0227
2.Gạch
0.2
0.82
0.0014
0.2439
3.Vữa
0.02
0.88
0.0012
0.0227
4.Cách ẩm 0.002

0.80
0.000115
0.00125
(nhựa
đường)
5.Cách ẩm 0.001
0.00000024
(polyetylen)
6.Cách nhiệt 0.2
0.035
0.008
5.7143
(Stiropor)
7.Vữa
0.02
0.88
0.0012
0.0227
Cộng
0.463
6.02755

Trở lực
thẩm thấu δ/μ
(m2.h.mmHg/g)
16.6667
142.8571
16.6667
17.3912
4166.6667

25
16.6667
4393.2195

* Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức :
1  1 δ
δ
δ
δ
δ
δ
1 

δ 6 = λ6  −  + 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 7 +
K
α
λ
λ
λ
λ
λ
λ
α
1
1
2
3
4
5
7

2




với α1 = 23.3 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (tường có
chắn gió).
α2 = 10.5 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu
cưỡng bức).
δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên).
λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên).
K = 0.21 w/m2K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn.
 1
0.02 0.2 0.02 0.002 0.02
1 
 1
⇒ δ 6 = 0.035 × 
−
+
+
+
+
+
+
 = 0.15m
0 .8
0.88 10.5 
 0.21  23.3 0.88 0.82 0.88

8

==> Chọn δ6 = 0.2 m
==> K = 0.1622 w/m2K
* Kiểm tra đọng sương :
k s = 0.95 × α 1 ×

t1 − t s
27 − 24.5
= 0.95 × 23.3 ×
= 1.1774 w / m 2 K
t1 − t 2
27 − ( − 20 )

==> K < ks
Vậy: vách ngoài không đọng sương.
* Kiểm tra đọng ẩm :
Nhiệt lượng truyền qua 1m2 bề mặt tường :
q = K x (tng – ttr) = 0.1622 x [(27 – (-20)] = 7.6234 w/m2
==> Nhiệt độ tại những lớp khác nhau của tường :
n

t i +1 = t ng − q ∑
1

δi
λi

tng = t1= 27oC.
δi, λi : xác định ở bảng trên

- Từ các giá trị ti+1 tính được, tra bảng áp suất hơi nước bão hòa (Bảng 38
trang 426 tập 10) ta được các giá trị áp suất bão hòa tương ứng.
- Tổng trở lực thẩm thấu :
với

6

H =∑
1

δi
µi

==> H = 4393.2195 (m2.h.mmHg/g)
- Áp suất riêng phần của hơi nước tác dụng lên bề mặt ngoài của tường:
png = φng x p = 0.8 x 26.74 = 21.392 mmHg
với p = 26.74 mmHg ( tra ở Bảng 38 trang 426 tập 10, nhiệt độ t = 27oC)
- Áp suất riêng phần của hơi nước trong phòng bảo quản là :
ptr = φtr x p = 0.9 x 0.772 = 0.6948 mmHg
với p = 0.772 mmHg (tra ở Bảng 38 trang 426 tập 10, nhiệt độ t = -20oC)
- Lượng hơi nước thấm qua 1m2 bề mặt kết cấu bao che:
W =

p ng − ptr
H

=

21.392 − 0.6948
= 0.004711 g / m 2 h

4393.2195

- Áp suất thực tế tác dụng lên bề mặt của kết cấu :
i

pi +1 = p ng − W ∑
1

δi
µi


9

Nhiệt độ
(oC)

t0
t1
t2
t3
t4
t5
t6
t7
t8
t9

Áp suất bão hòa hơi
nước

''
Pi
(mmHg)
27
26.74
26.6728
26.239
26.4996
25.974
24.6404
23.264
24.4672
23.025
24.4576
23.011
24.4576
23.011
-19.1007
0.842
-19.274
0.829
-20
0.772

Áp suất thực tế
Pi (mmHg)
21.392
21.392
21.313
20.640

20.562
20.521
0.891
0.773
0.6948
0.6948

Vậy: không có đọng ẩm trong kết cấu.
III.3.Tính cho vách giữa 2 kho lạnh :
Các số liệu tra và tính toán cho các lớp vật liệu của vách giữa 2 kho :
Vật liệu

Vữa
Lưới thép
Cách nhiệt
(Stiropor)
Cách ẩm
(polyetylen)
Cách ẩm
(nhựa
đường)
Vữa
Gạch
Vữa
Cách ẩm
(nhựa
đường)
Cách ẩm

Bề

dày
δ
(m)
0.02

Hệ số
truyền
nhiệt λ
(w/mK)
0.88

Hệ số
thẩm thấu μ
(g/m.h.mmHg)

0.05

0.035

0.001

Trở lực
thẩm thấu δ/μ
(m2.h.mmHg/g)

0.012

Nhiệt
trở
δ/λ

2
(m K/w)
0.0227

0.008

1.4286

6.25

0.00000024

1.6667

4166.6667

0.002

0.80

0.000115

0.0025

17.3912

0.02
0.20
0.02
0.002

0.88
0.82
0.88
0.80

0.012
0.014
0.012
0.000115

0.0227
0.2439
0.0227
0.0025

1.6667
14.2857
1.6667
17.3912

0.001

0.00000024

4166.6667


10

(polyetylen)
Cách nhiệt
(Stiropor)
Lưới thép
Vữa
Cộng

0.05

0.035

0.008

1.4286

6.25

0.02
0.386

0.88

0.012

0.0227
3.1969

1.6667
8401.5683

Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức :
1

n ≠2∧8
1
δi
1 

−
+
+
∑

α2 
i =1 λi

 K  α1

δ =λ 

Với α1 = 10 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng 1 (đối lưu
cưỡng bức).
α2 = 10 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng 2 (đối lưu
cưỡng bức).
δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên).
λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên).
K = 0.58 w/m2K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn giữa hai phòng có cùng
nhiệt độ.
 1
0.02 0.2

0.002 1 
1
⇒ δ = 0.035 × 
−  + 4×
+
+ 2×
+  = 0.04m
0.88 0.82
0.8 10 
 0.58  10

==> chọn δ = 0.1 m (mỗi bên vách dày 0.05 m)
==> K = 0.0836 w/m2K
Nhiệt lượng truyền qua 1m2 bề mặt tường:
q = K(tng – ttr) = 0 w/m2
do tng = ttr = -20oC
III.4. Tính cách nhiệt cho nền :
Bảng các số liệu tính toán và tra được cho các lớp vật liệu làm nền :
Vật liệu
Bề
Hệ số
Hệ số
Nhiệt trở
Trở lực
dày
truyền
thẩm thấu μ
δ/λ
thẩm thấu δ/μ
2

δ
nhiệt λ
(g/m.h.mmHg) (m K/w) (m2.h.mmHg/g)
(m)
(w/mK)
Bêtông xỉ
0.10
0.5
0.2
Bêtông đất
0.02
1.6
0.0125
Lưới thép
Cách nhiệt
0.20
0.035
0.008
5.7143
25


11

(Stiropor)
Cách ẩm
(polyetylen)
Cách ẩm
(nhựa
đường)

Bêtông tấm
Bêtông
cốt thép
Cộng

0.001

0.00000024

4166.6667

0.002

0.80

0.000115

0.0025

17.3912

0.10
0.15

1
1.5

0.004
0.004

0.1
0.1

25
37.5

6.1293

4271.5579

0.573

Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức:
1  1 δ
δ
δ
δ
δ
δ
1 

δ 3 = λ3  −  + 1 + 2 + 4 + 5 + 6 + 7 +
 K  α 1 λ1 λ 2 λ4 λ5 λ6 λ7 α 2 

α1 = 12 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí trên nền đất.
α2 = 9 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu
cưỡng bức).
δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên).
λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên).
K = 0.21 w/m2K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn của nền có sưởi.

với

 1
 1 0.1 0.02 0.002 0.1 0.15 1 
⇒ δ 3 = 0.035 × 
− +
+
+
+
+
+  = 0.153 m
0.8
1
1.5 9 
 0.21  12 0.5 1.6

==> chọn δ3 = 0.2 m
==> K = 0.1586 w/m2K
III.5. Tính cách nhiệt cho trần :
Bảng các số liệu tính toán và tra được cho các lớp vật liệu làm trần :
Vật liệu

Bêtông tấm
Cách ẩm
(nhựa
đường)

Bề
dày
δ

(m)
0.1
0.002

Hệ số
truyền
nhiệt λ
(w/mK)
1
0.80

Hệ số
thẩm thấu μ
(g/m.h.mmHg)
0.004
0.000115

Nhiệt
trở
δ/λ
2
(m K/w)
0.1
0.0025

Trở lực
thẩm thấu δ/μ
(m2.h.mmHg/g)
25
17.3912

12

Cách ẩm
(polyetylen)
Cách nhiệt
(Stiropor)
Bêtông
cốt thép
Vữa
Cộng

0.001

0.00000024

4166.6667

0.2

0.035

0.008

5.7143

25

0.15

1.5

0.004

0.1

37.5

0.02
0.473

0.88

0.012

0.0227
5.9395

1.6667
4273.2246

Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức:
1  1 δ δ
δ δ δ
1 
δ 4 = λ4  −  + 1 + 2 + 3 + 5 + 6 + 
 K  α1 λ1 λ2 λ3 λ5 λ6 α 2 

với α1 = 23.3 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (tường có

chắn gió).
α2 = 9 w/m2K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu
cưỡng bức).
δi : bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên).
λi : hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên).
K = 0.22 w/m2K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn.
 1
0.15 0.05 0.1 0.02 1 
 1
⇒ δ 4 = 0.035 × 
−
+
+
+
+
+  = 0.146m
0.8
1 0.88 9 
 0.22  23.3 1.5

==> chọn δ4 = 0.2 m
==> K = 0.1642 w/m2K


13

IV. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT (Kỹ thuật lạnh ứng dụng NĐL
trang 49 – 61)
* Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh được xác định bằng biểu thức :
Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 (w)

Q1: dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che.
Q2: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra.
Q3: dòng nhiệt đi từ ngoài vào do thông gió phòng lạnh.
Q4: dòng nhiệt từ các nguồn khác nhau khi vận hành.
Q5: dòng nhiệt tỏa ra khi sản phẩm thở.
IV.1. Tính cho hai kho bìa :
a. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che :
Q1 = Q1v + Q1n +Q1t + Q1bx (w)
Q1v, Q1n, Q1t: dòng nhiệt tổn thất qua vách, nền và trần do chênh lệch nhiệt độ.
Q1bx: dòng nhiệt tổn thất qua tường và trần do ảnh hưởng của bức xạ mặt trời.
Công thức để tính tổn thất nhiệt qua vách, nền và trần có dạng như sau:
Q = K x F x (tng – ttr)
với: K: hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che (w/m2K)
F: diện tích bề mặt của kết cấu bao che (m2)
tng: nhiệt độ môi trường bên ngoài (oC)
ttr: nhiệt độ trong phòng lạnh (oC)
Q: tổn thất nhiệt qua kết cấu (w)

K
F
tng
ttr
Q

Vách
ngoài
0.1622
42
27
-20

320.1828

Vách giữa hai
phòng lạnh
0.0836
36
-20
-20
0

Vách trước
hoặc sau
0.1622
21
27
-20
160.0914

Nền

Trần

0.1586
72
27
-20
536.7024

0.1642
72

27
-20
555.6528

Với tng của nền là 27oC do nền không có sưởi (ktlud NĐL trang 78)
Chọn kho lạnh xây theo hướng Bắc – Nam, cửa kho nằm ở hướng Bắc.


14

=> Buổi sáng kho nhận bức xạ ở hướng Đông và buổi chiều kho nhận bức xạ
ở hướng Tây.
Vách kho được quét vôi trắng nên lấy hiệu nhiệt độ dư như sau:
∆t = 7K: vách hướng Đông.
∆t = 8K: vách hướng Tây.
∆t = 19K: trần làm bằng bêtông.
==> Dòng nhiệt do bức xạ mặt trời:
Q1bx = ∑KF∆t
= 0.1622 x 42 x 8 + 0.1642 x 72 x 19
= 279.1248 (w)
 Dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che là:
Q1 = Q1v + Q1n + Q1t +Q1bx
= 320.1828 + 0 + 2 x 160.0914 + 536.7024 +555.6528 +279.1248
= 2011.8456 w
b.Dòng nhiệt do sản phẩm toả ra:
Q2 = Q2a + Q2b (w)
với Q2a: dòng nhiệt sản phẩm tỏa ra khi bảo quản lạnh đông.
Q2b: dòng nhiệt tỏa ra từ bao bì của sản phẩm.
b.1. Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra:
Q2 a = M ( h1 − h2 )

1000
24 × 3600

với M: năng suất của buồng bảo quản lạnh đông (t/24h)
h1, h2: entanpi của sản phẩm trước và sau khi bảo quản lạnh đông
(kj/kg)
1000/(24 x 3600) : hệ số chuyển đổi từ (t/24h) ra (kg/s)
Q2a: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra (kw)
Chọn nhiệt độ hàng nhập thẳng vào kho bảo quản lạnh đông là
o

-8 C
=> h1 = 43.5 kj/kg
Nhiệt độ sau khi bảo quản là -20oC => h2 = 0 kj/kg
Khối lượng hàng nhập vào kho bảo quản lạnh đông trong một
ngày đêm:
M =

EψBm
365

( t / 24h )

với M: khối lượng hàng nhập vào bảo quản lạnh đông (t/24h)


15

E: dung tích phòng bảo quản lạnh đông (t)

ψ: tỉ lệ nhập có nhiệt độ không cao hơn -8 oC đưa trực tiếp vào
kho bảo quản
lạnh đông. ψ = 0.65 – 0.85
B: hệ số quay vòng hàng. B = 5 ÷ 6 lần/năm
m: hệ số nhập hàng không đồng đều. m = 2.5
⇒M =

50 × 0.85 × 6 × 2.5
= 1.74658 ( t / 24h ) ≈ 1.75 ( t / 24h )
365

Dòng nhiệt sản phẩm tỏa ra khi bảo quản lạnh đông:
⇒ Q2 a = 1.75 × ( 43.5 − 0 ) ×

1000
= 0.881 ( kw)
24 × 3600

b.2. Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra:
Q 2 b = M b C b ( t1 − t 2 )

1000
24 × 3600

với Mb: khối lượng bao bì đưa vào cùng sản phẩm (t/24h)
Cb: nhiệt dung riêng của bao bì (kj/kg.K)
t1: nhiệt độ bao bì trước bảo quản lạnh đông (oC)
t2: nhiệt độ bao bì sau bảo quản lạnh đông (oC)
Q2b: dòng nhiệt do bao bì tỏa ra (kw)
1000/(24 x 3600) : hệ số chuyển đổi từ (t/24h) ra (kg/s)

Ta có:
Khối lượng bao bì cactông: Mb = 30%M = 30% x 1.75 =
0.525 t/24h
Nhiệt dung riêng bao bì: Cb = 1.46 kj/kg.K
Nhiệt độ bao bì trước bảo quản: t1 = -8oC
Nhiệt độ bao bì sau bảo quản: t2 = -20oC
Q2b = 0.525 ×1.46 × [ − 8 − ( − 20) ] ×

1000
= 0.106458 ( kw) ≈ 0.1065 ( kw)
24 × 3600

 Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra :
Q2 = Q2a + Q2b = 0.881 + 0.1065 = 0.9875 kw = 987.5 w
c. Dòng nhiệt do thông gió kho lạnh:
Do kho lạnh dùng để bảo quản lạnh đông có nhiệt độ -20 oC nên
không có thông gió.


16

 Q3 = 0 w
d. Dòng nhiệt do vận hành kho:
Q4 = Q41 + Q42 + Q43 +Q44 (w)
với Q41: dòng nhiệt do chiếu sáng.
Q42: dòng nhiệt do người tỏa ra.
Q43: dòng nhiệt do các động cơ điện.
Q44: dònh nhiệt tổn thất khi mở cửa.
d.1. Dòng nhiệt do chiếu sáng được tính theo công thức:
Q41 = A x F (w)

với F: diện tích kho lạnh (m2)
A: công suất chiếu sáng riêng (w/m2)
Đối với kho bảo quản: A = 1.2 w/m2
=> Q41 = 1.2 x 72 = 86.4 w
d.2. Dòng nhiệt do người tỏa ra được xác định theo biểu thức:
Q42 = 350 x n (w)
Chọn n =3 (kho nhỏ hơn 200m2)
=> Q42 = 350 x 3 = 1050 w
d.3. Dòng nhiệt do các động cơ điện tỏa ra:
Q43 = 1000 x N x φ (w)
với N: tổng công suất động cơ điện.
φ: hệ số hoạt động đồng thời.
Chọn N = 4 kw do kho bảo quản lạnh đông nhỏ.
φ = 1: các động cơ hoạt động đồng thời.
=> Q43 = 1000 x 4 x 1 = 4000 w
d.4. Dòng nhiệt khi mở cửa được tính theo công thức:
Q44 = B x F (w)
với F: diện tích kho lạnh (m2)
B: dòng nhiệt riêng khi mở cửa (w/m2)
Kho bảo quản lạnh đông chọn B = 12 w/m2
=> Q44 = 12 x 72 = 864 w.
 Dòng nhiệt do vận hành kho:
Q4 = 86.4 + 1050 + 4000 + 864 = 6000.4 w ≈ 6000 w
e. Dòng nhiệt do sản phẩm hô hấp Q5:
Do sản phẩm là thủy sản và được bảo quản lạnh đông nên không có
hô hấp
 Q5 = 0 w


17

Dòng nhiệt tổn thất cho toàn bộ một kho bìa :
Q = Q 1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 .
= 2011.8456 + 987.5 + 0 + 6000.4 + 0 = 8999.7456 w ≈ 9000 w
IV.2. Tính cho 2 kho giữa:
Dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh :
Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 (w)
Tính tương tự như trên
a. Dòng nhiệt qua kết cấu bao che:
Q1 = Q1v + Q1n + Q1t +Q1bx
= 0 + 0 + 2 x 160.0914 + 536.7024 + 555.6528 + 0.1642 x 72
x19
= 1637.1636 w
b. Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra :
Q2 = Q2a + Q2b = 0.881 + 0.1065 = 0.9875 kw = 987.5 w
c. Dòng nhiệt do thông gió kho lạnh:
Q3 = 0 w
d. Dòng nhiệt do vận hành kho:
Q4 = Q41 + Q42 + Q43 +Q44 (w)
= 86.4 + 1050 + 4000 + 864 = 6000.4 w ≈ 6000 w
e. Dòng nhiệt do sản phẩm hô hấp:
Q5 = 0 w
 Dòng nhiệt tổn thất cho kho giữa:
Q = 1637.1636 + 987.5 +6000.4 = 8625.0636 w ≈ 8625 w
 Dòng nhiệt cung cấp cho 4 kho là :
Q = 2x9000 + 2x8625 = 35250 w


18

Bảng tóm tắt các giá trị tính được :
Nhiệt
Q1(w)
Q2(w)
Q4(w)
độ
kho Thiết Máy Thiế Máy Thiết Máy
t
Kho
bị
nén
bị
nén
bị
nén
Kho
2012 2012 987. 987. 6000 4500
o
1
20 C
5
5
Kho
1637 1637 987. 987. 6000 4500
o
2
20 C
5
5
Kho

1637 1637 987. 987. 6000 4500
o
3
20 C
5
5
Kho
2012 2012 987. 987. 6000 4500
o
4
20 C
5
5
Tổng
cộng

∑Q(w)
Thiết

Máy

bị
9000

nén
7500

8625

7125

8625

7125

9000

7500

35250

29250

* Năng suất lạnh của máy nén :
Q0 =

k × ∑Q
b

với k: hệ số lạnh kể đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống
lạnh
b: hệ số thời gian làm việc
∑Q: tổng nhiệt tải của máy nén
Do t0 = - 30oC nên chọn k = 1.06
Chọn b = 0.7 đối với các thiết bị lạnh nhỏ.
⇒ Q0 =

1.06 × 29250
= 44.3 w ≈ 44.3 kw
0.7

19

V. TÍNH CHỌN MÁY NÉN:
V.1. Chọn các thông số của chế độ làm việc như sau :
- Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh: t0 = tb-10 = -30oC
- Độ quá nhiệt hơi hút là : ∆tqn = 5oC
=> Nhiệt độ hơi hút về máy nén: tqn = (-30 + 5) = -25oC
- Nhiệt độ nước vào bình ngưng : tw1= tư + 5 = 30oC
- Nhiệt độ nước ra bình ngưng : tw2 = tw1 + 5 = 35oC
- Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất: tk = tw2 + 5 = 40oC
- Độ quá lạnh của tác nhân lạnh lỏng: ∆ql = 5oC
=> Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu: tql = (40 – 5) = 35oC
* Chọn tác nhân lạnh là NH3 có :
Tác nhân lạnh là amôniăc, có công thức là NH 3, kí hiệu R717, là một
chất khí không màu, có mùi rất hắc.NH 3 sôi ở áp suất khí quyển ở -33.35oC,
có tính chất nhiệt động tốt, phù hợp với chu trình máy lạnh nén hơi dùng máy
nén pistông.
Tính chất hoá lý:
+ Năng suất lạnh riêng khối lượng q0 lớn nên lưu lượng môi chất
tuần hoàn trong hệ thống nhỏ, rất phù hợp cho các máy lạnh có năng suất lớn
và rất lớn.
+ Năng suất lạnh riêng thể tích qv lớn nên máy nén gọn nhẹ.
+ Các tính chất trao đổi nhiệt tốt, hệ số tỏa nhiệt khi sôi và ngưng
tương đương với nước nên không cần tạo cánh trong các thiết bị trao đổi nhiệt
với nước.
+ Tính lưu động cao, tổn thất áp suất trên đường ống, các cửa van
nhỏ nên thiết bị gọn nhẹ.
+ Amôniăc không hòa tan dầu nên nhiệt độ bay hơi không bị tăng.

+ Amôniăc hòa tan không hạn chế trong nước
+ Amôniăc không ăn mòn các kim loại chế tạo máy.
Tính chất sinh lý: Amôniăc độc hại với cơ thể con người, gây kích thích
nêm mạc của mắt, dạ dày, …
Tính kinh tế: Amôniăc là môi chất lạnh rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển và
bảo quản dễ.
t0 = -30oC

p0 = 0.120
MPa
o
tk = 40 C pk = 1.55 MPa
* Tỷ số nén là 13 ta chọn máy nén một cấp
V.2 Thuyết minh qui trình công nghệ :
V.2.1. Thuyết minh qui trình công nghệ:


20

Hơi môi chất sinh ra ở thiết bị bay hơi được máy nén hút về và nén lên
áp suất cao đẩy vào bình ngưng tụ. Ở thiết bị ngưng tụ hơi môi chất thải nhiệt
cho nước và ngưng tụ thành lỏng. Lỏng có áp suất cao đi qua van tiết lưu vào
thiết bị bay hơi. Ở thiết bị bay hơi, lỏng môi chất sôi ở áp suất thấp và nhiệt
độ thấp, thu nhiệt của môi trường lạnh. Hơi lại được hút về máy nén, như vậy
vòng tuần hoàn được khép kín.
V.2.2. Chu trình lạnh của máy nén:
Chu trình Carnot ngược chiều được coi là chu trình lạnh đơn giản
nhất. Đơn giản không phải về mặt thiết bị mà vì chỉ bao gồm hai quá trình
đoạn nhiệt và hai quá trình đẳng nhiệt xen kẻ. Chu trình Carnot có công tiêu
hao nhỏ nhất, năng suất lạnh lớn nhất, hệ số lạnh lớn nhất nhưng có nhiều

nhược điểm khi vận hành. Do đó ta sử dụng chu trình quá lạnh và quá nhiệt
để khắc phục các nhược điểm trên.
Chu trình quá lạnh và quá nhiệt là chu trình quá lạnh khi nhiệt độ
của môi chất lỏng trước khi đi vào van tiết lưu nhỏ hơn nhiệt độ ngưng tụ và
gọi là chu trình quá nhiệt khi nhiệt độ hơi hút về máy nén lớn hơn nhiệt độ
bay hơi (nằm trong vùng quá nhiệt).
Nguyên nhân quá lạnh có thể do:
+ Thiết bị ngưng tụ là thiết bị trao đổi nhiệt ngược dòng nên
lỏng môi chất được quá lạnh ngay ở thiết bị ngưng tụ.
+ Lỏng môi chất tỏa nhiệt ra môi trường trên đoạn đường ống
từ thiết bị ngưng tụ đến thiết bị tiết lưu.
Nguyên nhân quá nhiệt có thể do :
+ Sử dụng van tiết lưu nhiệt, hơi ra khỏi thiết bị bay hơi bao
giờ cũng có một độ quá nhiệt nhất định.
+ Tải nhiệt lớn và thiếu lỏng cấp cho thiết bị bay hơi.
+ Tổn thất lạnh trên đường ống từ thiết bị bay hơi đến máy
nén.
* Chu trình lạnh trên đồ thị lgP – h :


21

Lg
P
∆ql
2’
3

2
3’

1’
1
4
∆qn

h

* Sự thay đổi trạng thái của môi chất trong chu trình như sau:
1’ – 1 : Quá nhiệt hơi hút.
1 – 2 : Nén đoạn nhiệt hơi hút từ áp suất thấp p0 lên áp suất cao pk, s1 = s2
2 – 2’ : Làm mát đẳng áp hơi môi chất từ trạng thái quá nhiệt xuống trạng thái
bão hoà.
2’ – 3’ : Ngưng tụ môi chất đẳng áp và đẳng nhiệt.
3’ – 3 : Quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp.
3 – 4 : Quá trình tiết lưu đẳng entanpi ở van tiết lưu h3 = h4
4 – 1’ : Quá trình bay hơi ở thiết bị bay hơi đẳng áp và đẳng nhiệt.
* Thông số nhiệt động của tác nhân lạnh NH3 tại các điểm đặc trưng như bảng
sau :
Điểm
1’
1
2
2’
3’
3
4

Nhiệt độ
t
o

( C)
-30
-25
160
40
40
35
-30

V.3 Tính máy nén:

Nhiệt độ
T
(K)
243
248
438
313
313
308
243

Áp suất
p
(MPa)
0.12
0.12
1.55
1.55
1.55

1.55
0.12

Entanpy
h
(kj/kg)
1640
1650
2050
1710
609
570
570

Thể tích riêng
v
3
(m /kg)
0.93


22

1. Năng suất lạnh riêng q0:
q0 = h1’ – h4 (kj/kg)
với h1’: entanpi của hơi bão hòa ra khỏi thiết bị bay hơi (kj/kg)
h4: entanpi của môi chất sau khi qua tiết lưu (kj/kg)
=> q0 = 1640 – 570 = 1070 kj/kg
2. Năng suất lạnh riêng thể tích qv :
qv =

với

(

q0
kj / m 3
v1

)

q0: năng suất lạnh riêng (kj/kg)
v1: thể tích hơi hút về máy nén (m3/kg)
⇒ qv =

1070
= 1150.5 kj / m 3
0.93

3. Công nén riêng l:
l = h2 – h1 (kj/kg)
với h2: entanpi của hơi quá nhiệt khi ra khỏi máy nén (kj/kg)
h1: entanpi của hơi vào máy nén (kj/kg)
=> l = 2050 – 1650 = 400 kj/kg
4. Năng suất nhiệt riêng qk :
qk = h2 – h3 (kj/kg)
với h2: entanpi của hơi khi vào bình ngưng (kj/kg)
h3: entanpi của lỏng khi ra khỏi bình ngưng (kj/kg)
=> qk = 2050 – 570 = 1480 kj/kg
5. Hệ số lạnh của chu trình ε :

ε=

với

q0
l

q0: năng suất lạnh riêng (kj/kg)
l: công nén riêng (kj/kg)
⇒ε =

1070
= 2.68
400

6. Hiệu suất exergi ν :
ν =ε×

Tk − T0
T0


23

với

ε: hệ số lạnh của chu trình
Tk: nhiệt độ ngưng tụ (K)
T0: nhiệt độ bay hơi (K)
⇒ ν = 2.68 ×

313 − 243
= 0.77
243

7. Năng suất khối lượng thực tế của máy nén mtt :
mtt =

với

Q0
( kg / s )
q0

Q0: năng suất lạnh của máy nén (kw)
q0: năng suất lạnh riêng khối lượng (kj/kg)
mtt =

44.3
= 0.0414 kg / s
1070

8. Năng suất thể tích thực tế của máy nén Vtt:
Vtt = mtt x v1 (m3/s)
với mtt: năng suất khối lượng thực tế của máy nén (kg/s)
v1: thể tích riêng hơi hút về máy nén (m3/kg)
=> Vtt = 0.0414 x 0.93 = 0.0385m3/s
9. Hệ số cấp của máy nén λ :
λ = λi x λw’
trong đó :


 p + ∆p k
p 0 − ∆p 0
λi =
− c  k

p0
p0


với

1

 m p 0 − ∆p 0 
 −

p0



pk: áp suất ngưng tụ của tác nhân lạnh (MPa)
p0: áp suất bay hơi của tác nhân lạnh (MPa)
∆p0 = ∆pk = 0.01 MPa
m=1
c = 0.05 : tỉ số thể tích chết.
1


1

0.120 − 0.01
1
.
55
+
0
.
01
0.120 − 0.01



⇒ λi =
− 0.04 × 
= 0.433
 −
 0.120 
0.120
0.120 



và
T0
Tk

λw ' =


24

với

T0: nhiệt độ bay hơi của tác nhân lạnh (K)
Tk: nhiệt độ ngưng tụ của tác nhân lạnh (K)
λw' =

243
= 0.776
313

 λ = 0.433 x 0.776 = 0.336
10. Thể tích lý thuyết Vlt:
Vlt =

với

Vtt
λ

Vtt: năng suất thể tích thực tế của máy nén (m3/s)
λ: hệ số cấp của máy nén.
⇒ Vlt =

0.0385
= 0.115m 3 / s
0.336

* Chọn 3 máy nén AY45 theo ΓOCT 6492 − 76 do Nga sản xuất có thể tích hút
lý thuyết là:

Vlt = 0.0358m3/s
11. Số lượng máy nén :
Z=

Vlt
0.115
=
= 3.2
VltMN 00358

 Chọn 3 máy nén ký hiệu ΓOCT 6492 − 76 .(có thể mua thêm một máy nữa để
dự trữ)
12. Công nén đoạn nhiệt Ns :
Ns = mtt x l (kw)
với mtt: lưu lượng tác nhân lạnh qua máy nén (kg/s)
l: công nén riêng (kj/kg)
=> Ns = 0.0414 x 400 = 16.56 kw
13. Công nén chỉ thị Ni :
Ni =

với

Ns
kw
ηi

Ns: Công nén đoạn nhiệt (kw)
ηi: hiệu suất chỉ thị
ηi = λw + b x t0
trong đó : λw = T0/Tk = 0.776

25

b = 0.001
t0: nhiệt độ bay hơi (oC)
=> ηi = 0.776 + 0.001 x (-30) = 0.746
⇒ Ni =

16.56
= 22.2 kw
0.746

14. Công nén hiệu dụng Ne :
Ne = Ni + Nms
với Ni: công nén chỉ thị (kw)
Nms: tổn thất ma sát (kw)
mà Nms = Vtt x pms
trong đó
Vtt: thể tích hút thực tế của máy nén (m3/s)
pms = 0.06 MPa : áp suất ma sát riêng của NH3
=> Nms = 0.0368 x 0.06 x 1000 = 2.208 kw
 Ne = 22.2 + 2.208 = 24.41 kw
15. Công suất điện Nel :
N el =

với

Ne
( kw)

η td × η el

Ne: công nén hiệu dụng (kw)
ηtd = 0.95 : hiệu suất truyền động của khớp, đai,…
ηel = 0.9 : hiệu suất động cơ
⇒ N el =

24.41
= 28.55 kw
0.95 × 0.9

16. Công suất động cơ lắp đặt Nđc :
Chọn hệ số an toàn là 1.8
 Nđc = 1.7 x Nel
= 1.7 x 28.55 = 48.5 kw
17. Nhiệt thải ngưng tụ Qk:
Qk = Q0 + Ni (kw)
với Q0: năng suất lạnh của máy nén (kw)
Ni: công nén chỉ thị (kw)
 Qk = 44.3 + 22.2 = 66.5 kw