Tài liệu đồ án hệ thống lạnh cho nhà máy thủy sản, chương 9 docx

CHƯƠNG 9
TÍNH CH
ỌN THIẾT BỊ
TRAO ĐỔI NHIỆT
5.1/ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
Kiểu thiết bị ngưng tụ ta chọn để lắp đặt là thiết bị ngưng tụ kiểu bay
hơi hay c
òn gọi là tháp ngưng tụ .
5.1.1/ Thông số thiết bị ngưng tụ
- Môi chất đi trong thiết bị ngưng tụ : NH
3
- Nhiệt độ không khí bên ngoài : t
1
= 38
0
C
- Độ ẩm :  = 77 %
- Nhi
ệt độ nhiệt kế ướt : t
ư
= 34,5
0
C
- Nhi
ệt độ nước tuần hoàn trong tháp : t
w
= 39
0
C
- Nhi
ệt độ ngưng tụ : t

k
= 42
0
C


Hình 5.1 : Trạng thái không khí vào (1) và ra (2) biểu diễn
trên đồ thị h
-x
5.1.2/ Tính toán các thông s
ố của thiết bị ngưng tụ

5.1.2.1/ Phụ tải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ
t
æ
t
1
h
m
x
1
x
2
x
w
x
2
t
tb
t

1
2
w
t
=
1
1
1
h
2
h
w
h
Do đây là hệ thống chung cho tủ cấp đông tiếp xúc , hầm
cấp đông gió , cối đá vảy nên phụ tải nhiệt để tính cho tháp
ngưng tụ l
à tổng nhiệt thải ngưng tụ của tủ cấp đông tiếp xúc ,
hầm cấp đông gió và cối đá vảy .
Q
K
=
C
K
H
K
T
K
QQQ  , kW
Trong đó :

T
K
Q : nhiệt thải ngưng tụ của tủ cấp đông , kW

T
K
Q = 136,013 kW

H
K
Q : nhiệt thải ngưng tụ của hầm cấp đông ,kW

H
K
Q = 172,632 kW

C
K
Q : nhiệt thải ngưng tụ của cối đá vảy

C
K
Q = 162,169 kW
Thay vào ta có :
Q
K
= 136,013 + 172,632 + 162,169
= 470,814 kW
5.1.2.2/ Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của tháp
ngưng tụ

Theo phương trình truyền nhiệt ta có :
Q
K
= k . F.
tb
t , kW
Ta suy ra :
F =
tb
K
tk
Q

=
F
K
q
Q
, m
2
Trong đó :
F : diện tích bề mặt trao đổi nhiệt , m
2

tb
t : hiệu nhiệt độ trung bình logarit , K
Khi s
ử dụng tháp ngưng tụ ta coi nhiệt độ nước không
thay
d

ổi .
Khi đó :
tb
t = t
k
- t
w
= 42 - 39 = 3
0
C
k : h
ệ số truyền nhiệt , W/m
2
.K
Tra b
ảng 8-6/SHDTKHTL- Trang 217 chọn :
k =700 W/m
2
.K
q
F
: mật độ dòng nhiệt còn gọi là phụ tải nhiệt riêng , W/m
2
Q
K
: phụ tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ , W
Q
K
= 470,814 kW = 470814 W
Lúc đó ta có :

F =
700
3
470814
x
= 224,197 m
2
 Bề mặt truyền nhiệt
Bề mặt nhẵn của ống thép trơn để chế tạo dàn ngưng
amoniăc
5.1.2.3/ Lưu lượng khối lượng của không khí qua thiết bị
ngưng tụ
M
KK
= 3,25
KK

2
10

KK
Q
, kg/s
Trong đó :

KK

: khối lượng riêng của không khí ở t
1
= 38

0
C và  =
77% và có th
ể xác định theo công thức :

KK

=
)61,11(
)1(
11
11
dRT
dp


, kg/m
3
Với :
d
1
: độ chứa ẩm của không khí khí quyển (vào thiết bị
ngưng tụ )
– Tra trên đồ thị h-x ta có : x
1
= 0,034 kg/kg .
p
1
: áp suất khí quyển (trạng thái 1)
p

1
= 9,81.10
4
N/m
2
R : hằng số khí của không khí , lấy R = 287 J/kg.K
T
1
: nhiệt độ không khí môi trường T
1
= t
1
+ 273 , K

KK

=
)034,0.61,11)(27338(287
)034,01(10.81,9
4


= 1,077 kg/m
3
Thay vào phương trình trên ta có :
M
KK
= 3,25 . 1,077 . 470,814 . 10
-2
= 16,479 kg/s

5.1.2.4/ Entanpi của không khí ra khỏi thiết bị h
2
Trạng thái không khí ra (2) có entanpi xác định theo biểu thức
tính nhiệt :
h
2
= h
1
+
KK
K
M
Q
, kJ/kg
KK
Ở đây h
1
= 125 kJ/kg – Xác định được trên đồ thị h-x ở trạng thái
1 .
Thay vào ta có :
h
2
= 125 +
479,16
814,470
= 153,57 kJ/kg
5.1.2.5/ Hệ số toả nhiệt từ vách (ngoài) của ống tới màng nước

3/1
11

975085,0 mx

, W/m
2
.K
Trong đó :
m
1
: lưu lượng nước xối tưới trên 1 mét chiều dài của ống ,
chọn theo kinh nghiệm m
1
= 0,05 kg/m.s
0,85 : h
ệ số hiệu chỉnh do xối tưới không dều .

1

= 0,85 . 9750 . 0,05
1/3
= 3053,14 W/m
2
.K
5.1.2.6/ Lượng nước phun
Lượng nước phun M được chọn theo kinh nghiệm phụ thuộc
vào phụ tải nhiệt Q
K
của thiết bị : 100 kW phụ tải nhiệt mỗi giây
cần 2,3 lít nước phun :
M = 2,3
100

K
Q
= 2,3
100
814,470
= 10,828 kg/s
5.1.2.7/ Lượng nước bay hơi và lượng nước tổng bị cuốn theo
gió
 Lượng nước bay hơi M
b
xác định theo đồ thị h-x :
M
b
= M
KK
( x
2
– x
1
), kg/s
x
1
= 0,034 kg/kg - Độ chứa ẩm của không khí vào thiết bị
x
2
= 0,044 kg/kg - Độ chứa ẩm của không khí ra thiết bị
M
b
= 16,479 (0,044 – 0,034) = 0,1647 kg/s

 Tổng lượng nước bị cuốn theo gió : bằng tổng lượng nước
bay hơi và lượng nước bị gió cuốn đi .
Lượng nước bị gió cuốn thường lấy bằng 10% lượng nước
bay hơi ,vậy tổng lượng nước bị cuốn theo gió :
M
bt
= 1,1 M
b
= 1,1 . 0,1647 = 0,1811 kg/s
5.1.2.8/ Các kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ bay hơi
 Tổng chiều dài ống tính trên mặt cắt ngang của thiết bị :
L =
05,02
828,10
2
1
xm
M
 = 108,28 m

 Số ống trên mặt cắt ngang của thiết bị (z) khi chọn chiều
dài mỗi ống thẳng l = 2,8 m
z =
8,2
28,108

l
L
= 38,67
L

ấy z = 38 ống
 Bề rộng mặt cắt ngang của thiết bị xác định theo quan hệ
:
B = z.S
2
, m
Bước ngang S
2
của chùm ống chọn theo kinh nghiệm
S
2
= (2

2,3 )d
1
, chọn S
2
= 2d
1
= 2 . 0,025 = 0,05 m
B = 38 . 0,05 = 1,9 m
 Số ống trong một đơn nguyên ( theo chiều thẳng đứng )
n
đ
xác định theo công thức :
n
đ
=
8,238025,014,3
197,224

1
xxxzld
F


= 26,84
L
ấy n
đ
= 27 ống
 Chiều cao của dàn ống (h) được xác định :
h = S
1
. n
đ
, m
Các
ống bố trí theo đỉnh của tam giác đều nên bước ống
theo chiều đứng (S
1
) được xác định như sau :
S
1
= 0433,005,0
2
3
2
3
2
S m

Do đó :
h = 0,0433 . 27 = 1,1691 m
 Diện tích để cho không khí đi qua :
F
KK
= l .B – l .d
1
.z = 2,8 . 1,9 – 2,8. 0,025 . 38 = 2,66 m
2
5.1.2.9/ Lượng nước làm mát cung cấp cho thiết bị ngưng tụ
V
n
=


tC
Q
K

, m
3
/s
Trong đó :
Q
K
: tải nhiệt của thiết bị ngưng tụ , kW

C : nhiệt dung riêng của nước C = 4,19 kJ/kg.K



: khối lượng riêng của nước

= 1000 kg/m
3

w
t : độ tăng nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ ,K
Thay vào ta có :
V
n
=
3100019,4
814,470
xx
= 0,0374 m
3
/s =134,64 m
3
/h
Tra b
ảng 10-6/SHDTKHTL – Trang 303 chọn :
Hai bơm 4K
-18 , mỗi bơm có các thông số kỹ thuật sau:
Năng suất
: 83 m
3
/h
C
ột áp H : 2,2 bar
Hiệu suất : 81%

Công suất trên trục : 6,3 kW
Đường kính bánh công tác : 148 kW
: TÍNH CHỌN DÀN LẠNH CHO HẦM CẤP ĐÔNG GIÓ
Dàn lạnh của hầm cấp đông là dàn lạnh ống trao đổi nhiệt bằng thép mạ
kẽm nhúng nóng , vỏ dàn lạnh làm bằng thép mạ kẽm nhúng nóng có đặc
tính chống rỉ cao , môi chất lạnh là NH
3
.
- Ph
ụ tải nhiệt : Q
TB
= 103249,71 W
- Nhi
ệt độ không khí trong phòng : t = -35
0
C
- Nhi
ệt độ sôi của môi chất lạnh : t
0
= - 44
0
C
Ch
ọn thiết bị bay hơi kiểu dàn lạnh quạt trao đổi nhiệt đối lưu cuỡng
bức không khí .Vì loại này có ưu điểm so với dàn tĩnh :
- Có thể bố trí ở trong buồng hoặc ngoài buồng lạnh .
- Ít tốn thể tích bảo quản sản phẩm .
- Nhiệt độ đồng đều , hệ số trao đổi nhiệt lớn .
- Ít tốn nguyên vật liệu .
Nhưng chúng cũng có nhược điểm l

à ồn và tốn thêm năng suất lạnh
cho động cơ quạt gió .
Ở dây ta chọn kiểu dàn lạnh quạt đặt ngay trên sàn bên trong hầm cấp
đông , mô tơ
quạt dàn lạnh loại hoàn toàn kín nước và chống ẩm , quạt
gió hướng trục thổi ngang , độ ồn thấp , hút gió ngang qua d
àn lạnh ,
quạt gió được lắp lồng bao che bảo vệ . Cánh quạt làm bằng thép mạ
kẽm nhúng nóng đủ sức chịu được va đập có thể có với băng tuyết bám
trên dàn . Ống trao đổi nhiệt bằng thép có đường kính
38 x 3 mm ,cánh bằng thép lá rộng 30 mm , dày 0,3 mm .
5.2.1/ Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn lạnh
F =
t
k
Q
TB

0
, W
Trong đó :
F : diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn lạnh , m
2
Q
0TB
: tải lạnh của thiết bị , W
Q
0TB
= Q
TB

= 103249,71 W
k : h
ệ số truyền nhiệt của dàn lạnh , W/m
2
.K
H
ệ số truyền nhiệt k của dàn quạt ống cánh phụ thuộc vào
nhi
ệt độ sôi của amoniăc .
Theo SHDTKHTL- Trang 252 chọn k = 11 W/m
2
.K

t

: hiệu nhiệt độ giữa không khí trong buồng lạnh và môi chất
lạnh sôi trong ống , K .
t

= 9 K
Thay vào ta có :
F =
9
11
71,103249
x
= 1042,92 m
2
Tra bảng 8-13/ Sách HDTKHTL –Trang 249 :
Ch

ọn 5 dàn quạt kí hiệu

BO -230 , mỗi dàn có các thông số kỹ
thuật sau :
- Diện tích bề mặt : 230 m
2
- Bước cánh quạt : 17,5
- Số lượng quạt : 1
-
Đường kính quạt : 800 mm
- Số vòng quay : 25 vòng/s
-
Lưu lượng : 4,7 m
3
/s
- Công su
ất sưởi điện : 25 kW
5.2.2/ Lưu lượng không khí qua mỗi dàn
V
KK
=
tC
Q
hh
Q
P
TBTB





0
21
0
)(
, m
3
/s
Trong đó:


: khốI lượng riêng của không khí ở t = -35
0
C


= 1,48 kg/m
3
C
p
: nhiệt dung riêng của không khí , kJ/kg.K
C
p
= 1,013 kJ/kg.K

t

= 9K
Q
0TB

= 103249,71 W = 103,24971 kW
Thay vào ta có :
V
KK
=
9013,148,1
24971,103
xx
= 7,652 m
3
/s