Đề tài Thiết kế Máy làm lạnh nước năng suất phục vụ cho sản xuất bờ tụng trong mựa hố

lờI NóI ĐầU Kỹ thuật lạnh là ngành khoa học quan trọng ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống : trong công việc cũng như trong vui chơi giải trí . . . Có rất nhiều lĩnh vực công ngiệp sẽ không thể nào phát triển được nếu như không có sự hỗ trợ của kĩ thuật lạnh. Như nghành công nghiệp thực phẩm đã phát triển mạnh mẽ. Cũng như một số nghành công nghiệp khác nghành công nghiệp xây dựng đã có những bước đầu ứng dụng kỹ thuật lạnh đi vào trong sản xuất và nâng cao chất lượng công trình. Mà Bê tông là một trong các ứng dụng đó. Với đề tài “Thiết kế Mỏy làm lạnh nước năng suất . Phục vụ cho sản xuất bờ tụng trong mựa hố. ” Phần I, Mục đích làm lạnh nước Như đã biết máy lạnh được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật , sản xuất và đời sống con người. Trước tiên phải kể đến công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm . Các loại thực phẩm như thịt , cá , sữa , rau quả và các loại thực phẩm khác được bảo quản lâu hơn là do làm lạnh đã kìm hãm được các quá trình sinh hoá và hoạt động của vi sinh vật. Ngày nay trên thế giới đã sử dụng tới 40% tổng công suất máy lạnh để bảo quản và chế biến thực phẩm. Các loại đồ uống, nước giải khát như bia, nước ngọt không thể thiếu kỹ thuật lạnh. Quá trình sản xuất và bảo quản thuốc trong công nghiệp dược phẩm cũng không thể thiếu kỹ thuật lạnh. Nghành Y đã áp dụng kỹ thuật lạnh để chữa bệnh rất hiệu quả. Trong công nghiệp hoá chất, kỹ thuật lạnh được sử dụng làm phương tiện để điều khiển các phản ứng và điều chế các sản phẩm hoá học. Còn trong công nghiệp nặng kỹ thuật lạnh được dùng để gia công lim loại, làm nguội khuân đúc, làm nguội phân xưởng …. Trên là một vài ứng dụng lớn của kỹ thuật lạnh áp dụng rất nhiều trong cuộc sống. Kỹ thuật lạnh có rất nhiều phương thức làm lạnh vật hay hệ vật cần làm lạnh thông qua rất nhiều kiểu môi chất lạnh và chất tải lạnh. Nước là chất tải lạnh lý tưởng bởi nó đáp ứng được hầu hết các yêu cầu của một chất tải lạnh tuy nhiên có nhược điểm duy nhất là đông đặc ở . Vì những lý do đó nước được sử dụng cho mục đích điều hoà không khí hay bảo quản thực phẩm ở nhiệt độ thấp và một số mục đích khác. Mới đây nhằm mở rộng thêm một số ứng dụng của chất tải lạnh này trên thế giới đã sử dụng nước đã được làm lạnh dùng trực tiếp hoặc để làm mát bê tông nhằm phục vụ cho nghành xây dựng cũng như nâng cao chất lượng công trình. Nước sau khi được làm lạnh sử dụng rất phổ biến trong việc chế biến thuỷ hải sản rửa , thanh trùng sản phẩm trước khi hoàn thiện sản phẩm. Trong công nghệ thực phẩm ứng dụng thực tế rất lớn là phục vụ làm lạnh sơ bộ trong sản xuất bia , sản xuất đá cây cũng không thể thiếu nước đã được làm lạnh về . ( Khi đã được làm lạnh với hệ thống làm lạnh với vật liệu đảm bảo sạnh ). Phục vụ cho việc sản xuất bê tông trong kỹ thuật xây dựng nước đã được làm lạnh sử dụng vào việc hoà trộn và làm lạnh bê tông. Bởi hỗn hợp tạo lên bê tông bao gồm đá , cát , xi măng và nước. Hỗn hợp này nhanh đông ( trước đông cứng ) khi đem đi tạo khối ( bắt đầu cho đông cứng ). Thời gian vận chuyển bê tông trước đông cứng theo nhiệt độ là : Với Nhiệt độ Thời gian vận chyển 30 phút 60 phút 120 phút Vì lí do đó làm lạnh bê tông trong kỹ thuật xây dựng là không thể thiếu bởi có rất nhiều công trình xây dựng đòi hỏi phải duy thời gian trước khi bê tông đông cứng. Để vận chuyển đến nơi tạo khối hay vì các lí do khác như máy trộn công suất lớn để đảm bảo tiến độ công trinh nhưng có trường hợp không sử dụng hết lượng bê tông đó vì lý do đặc biệt nào đó …. Phần II, Chọn phương án làm lạnh Để đạt được năng suất 1àm lạnh có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau. II.1 Các phương pháp làm lạnh chất lỏng Làm lạnh chất lỏng , chủ yếu là làm lạnh các chất tải lạnh. Tính chất của các chất tải lạnh ảnh hưởng rất lớn đến kết cấu của thiết bị làm lạnh. II.1.1 Thiết bị làm lạnh chất lỏng. Đại đa số các thiết bị làm lạnh chất lỏng có vách ngăn cách giữa chất lỏng cần được làm lạnh và môi chất lạnh sôi. Vấn đề cần giải quyết là thu hơi môi chất lạnh hình thành nhanh giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt để môi chất lỏng sôi luôn được tiếp xúc với chất tải lạnh , vì hơi có hệ số toả nhiệt nhỏ hơn nhiều so với môi chất lạnh sôi. Năng suất lạnh ( nhiệt lượng trao đổi ) của thiết bị được tính theo công thức quen thuộc : Năng suất lạnh ( năng suất nhiệt trao đổi ) của thiết bị , W ; k - hệ số truyền nhiệt , W/m2K ; F - diện tích truyền nhiệt , m2 ; - hiệu nhiệt độ trung bình logarit , K. Hệ số truyền nhiệt k xác định theo biểu thức - hệ số toả nhiệt phía môi chất lạnh , W/m2K - hệ số toả nhiệt phía chất tải lạnh , W/m2K - chiều dày , m , và hệ số dẫn nhiệt , W/mK , của vách ngăn ; - chiều dày , m , và hệ số dẫn nhiệt , W/mK , của lớp cặn bẩn phía môi chất như lớp dầu bôi trơn và cặn bẩn khác ; - chiều dày , m , và hệ số dẫn nhiệt , W/mK , của lớp cặn phía chất tải lạnh như lớp rỉ và cặn bẩn khác cũng như lớp sơn chống gỉ … Để đảm bảo năng suất lạnh cần trao đổi với chất tải lạnh , khi k càng giảm thì nhiệt độ trung bình logarit càng phải tăng. Hiệu nhiệt độ tăng làm tổn thất exergi tăng dẫn đến điện tiêu thụ tăng. Vì vậy thiết bị trao đổi nhiệt luôn được thiết kế theo hai tiêu chuẩn. Đạt được hệ số truyền nhiệt lớn. Khả năng làm việc thuận lợi. Để tăng hệ số toả nhiệt về phía chất lỏng cần phải tăng tốc độ dòng chảy. Tuy nhiên tốc độ dòng chảy cũng có giới hạn nhất định do áp suất tăng và tiếng ồn tăng. Có thể bố trí các cơ cấu tạo dòng chảy rối để tăng hệ số toả nhiệt , nhưng tổn thất áp suất cũng tăng , và khi đó ưu , nhược điểm bù trừ nhau. Có thể phân loại các thiết bị làm lạnh chất lỏng trực tiếp ra làm 3 loại : Làm lạnh kiểu dòng chảy. Làm lạnh kiểu trữ lạnh. Làm lạnh kiểu tiếp xúc. II.1.1.1 Thiết bị làm lạnh kiểu dòng chảy. Chất lỏng chảy vào diện tích trao đổi nhiệt từ đầu này của thiết bị và chảy ra đầu kia của thiết bị với nhiệt độ thấp hơn. Diện tích trao đổi nhiệt được làm lạnh bằng môi chất lạnh sôi ở phía vách bên kia. Biến thiên nhiệt độ của thiết bị được biểu diễn trên hình 2. Chất lỏng với lưu lượng có nhiệt độ đi vào thiết bị ra khỏi thiết bị với nhiệt độ . Nhiệt độ nhỏ hơn . ở điều kiện cân bằng ta có biểu thức : - Lưu lượng chất lỏng , kg/s. C - Nhiệt dung riêng khối lượng của chất lỏng , kj/kg. k - Hệ số truyền nhiệt cục bộ . W/m2K. - Hiệu nhiệt độ cục bộ , K. F - Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt , m2. Nếu tính diện tích với hiệu nhiệt độ logarit ta có công thức : kb – Hệ số truyền nhiệt trung bình. Hình 2 biểu diễn biến thiên nhiệt độ trong thiết bị làm lạnh chất lỏng kiểu dòng chảy. Mật độ dòng nhiệt q ở các điểm trên bề mặt truyền nhiệt có thể xác định theo công thức : Do hiệu ứng nhiệt ở cửa vào lớn hơn cửa ra nên mật độ dòng nhiệt ở của vào cũng lớn hơn của ra. Ngược lại mật độ dòng nhiệt phía môi chất lạnh lại tăng lên do hệ số toả nhiệt tăng. Điều đó cắt nghĩa tại sao ở nhiệt độ t0 không đổi , nhiệt độ bề mặt tF gần như không đổi. Trong thiết bị làm lạnh chất lỏng kiểu dòng chảy có nhều kiểu thiết bị khác nhau tiêu biểu như : Thiết bị làm lạnh kiểu ống lồng. Thiết bị làm lạnh chất lỏng kiểu ống vỏ. Thiết bị làm lạnh chất lỏng kiểu tưới. Thiết bị làm lạnh chất lỏng kiểu nạo. II.1.1.2 Thiết bị làm lạnh kiểu tiếp xúc. Có thể cho môi chất lạnh tiếp xúc với chất lỏng cần làm lạnh với điều kiện Môi chất lạnh và chất lỏng không hoà tan vào nhau. Môi chất lạnh và chất lỏng không phản ứng hoá học. Ưu điểm của chủ yếu của phương pháp làm lạnh tiếp xúc là không còn vách ngăn giữa môi chất lạnh và chất lỏng nên tất cả các trở nhiệt do vách gây ra không còn nữa. Nếu phân phối đều được môi chất lạnh và chất lỏng thì diện tích bề mặt trao đổi nhiệt tăng lên rất lớn , hiệu nhiệt độ yêu cầu giảm xuống và có thể tiến gần tới quá trình làm lạnh lý tưởng về mặt nhiệt động. Có nhiều phương pháp đưa chất lỏng tiếp xúc trực tiếp với môi chất lạnh. Hình 3 là một trong nhiều phương pháp sử dụng tháp có khối đệm. Tháp gồm vỏ hình trụ đứng, ở giữa có bố trí khối đệm băng các chi tiết đệm như vòng Raschic, chi tiết hình yên ngựa … mục đích làm tăng bề mặt tiếp xúc trao đổi nhiệt. Môi chất lạnh lỏng R và chất lỏng nóng f vào phía trên , hoà trộn với nhau chảy xuống dưới. Trong khối đệm k , môi chất lạnh bay hơi và được dẫn về máy nén ở trong ống nối trên đỉnh tháp. chất lỏng lạnh tích tụ lại ở đáy tháp và được lấy ra ngoài. Một phương pháp không cần dùng khối đệm , chất lỏng được vào tháp ở mức lỏng cao ( hình 4 ). Môi chất lạnh dạng lỏng được phun trực tiếp vào phía đáy tháp. Môi chất lạnh bay hơi , bọt nổi lên trên tạo xáo trộn mạnh trong tháp. chất lỏng lạnh được tháo ra ở đáy tháp. Hơi môi chất lạnh được thu hồi ở phía đỉnh tháp. Do không thể xác định được toàn bộ diện tích bề mặt trao đổi nhiệt , nên không thể xác định được hệ số toả nhiệt. Một vài nghiên cứu sử dụng hệ số dẫn nhiệt lấy chuẩn theo thể tích tiếp xúc. II.1.1.3 Thiết bị làm lạnh chất lỏng kiểu tích lạnh. Thiết bị làm lạnh chất lỏng kiểu tích lạnh làm việc theo nguyên tắc chất lỏng được chứa trong một bình cách nhiệt và làm lạnh nhờ dàn bay hơi kiểu ống xoắn hoặc kiểu tấm đặt trong bình. Để tăng cường hệ số toả nhiệt về phía chất lỏng , người ta bố trí máy khuấy để khuấy chất lỏng. 1, Thùng làm lạnh có máy khuấy. Chất lỏng cần làm lạnh được đưa vào thùng theo từng mẻ , sau đó được làm lạnh đến mức cần thiết. Trong công nghiệp hoá học hoặc thực phẩm đôi khi còn thải nhiệt do phản ứng hoá học hoặc lên men sinh học sinh ra. Nhiệt độ trong thùng ở các vị trí không gian khác nhau là khác nhau. Nếu được khuấy trộn đều nhiệt độ ở các vị trí chênh nhau không đáng kể. Nhiệt độ bay hơi gần như không đổi nếu như năng suất lạnh của máy lạnh lớn hơn năng suất lạnh cấp cho thùng nhiều lần. Một máy lạnh cấp lạnh cho nhiều thùng khuấy khác nhau và thời gian đưa chất lỏng vào thùng không trùng nhau. Nhưng nếu một máy lạnh chỉ cấp lạnh cho một thùng khuấy thì nhiệt độ sôi ban đầu sẽ rất cao , sau đó giảm dần. Đây là hiện tượng tự điều chỉnh năng suất của máy lạnh. Do năng suất của dàn bay hơi ở thời điểm chất lỏng nóng mới đưa vào cao hơn do đó máy lạnh sẽ tự điều chỉnh nhiệt độ bay hơi để tăng năng suất lạnh cân bằng với năng suất dàn bay hơi. Nhiệt độ chất lỏng hạ xuống từ từ , năng suất dàn bay hơi cũng giảm và nhiệt độ bay hơi cũng giảm theo để năng lạnh của máy lạnh luôn luôn cân bằng với năng suất trao đổi nhiệt của dàn bay hơi. Nguyên tắc cấu tạo của thùng khuấy. Thùng khuấy có dàn bay hơi kiểu ống xoắn bố trí phía trong thùng. Chất tải lạnh sôi trong không gian giữa các ống của bình bay hơi ống vỏ. Đối với hệ số toả nhiệt trong ống xoắn sử dụng các biểu thức tính cho bình bay hơi ống vỏ môi chất sôi trong ống. Hệ số toả nhiệt phía chất lỏng phải tính riêng cho thành phía trong của thùng khuấy và ở bề mặt ống xoắn. Hệ số toả nhiệt của thành trong thùng khuấy được xác định theo công thức : ( 5 – 15 ) KTLƯD Trong đó : ( 5 – 16 ) KTLƯD ( 5 – 17 ) KTLƯD D – Đường kính trong của thùng khuấy , m. b - Chiều rộng cánh khuấy , m. n - Số vòng quay của cánh khuấy , vg/s. , - Độ nhớt động của chất lỏng ở nhiệt độ trung bình và nhiệt độ vách Ns/m2. v - Độ nhớt động học của chất lỏng ở nhiệt độ trung bình , m2/s. Nếu sử dụng cánh khuấy chân vịt , hệ số toả nhiệt sẽ giảm xuống đáng kể. Đối với ống xoắn , hệ số toả nhiệt phía chất lỏng được xác định theo công thức : ( 5 – 18 ) KTLƯD 2, Làm lạnh chất lỏng trong bể. Phương pháp làm lạnh chất lỏng trong bể ( hình 7 ). Nguyên tắc cũng giống như thùng khuấy. Toàn bộ bể được cách nhiệt. Dàn lạnh được nhúng trong chất lỏng chứa bể. Máy khuấy bố trí hơi khác máy khuấy của thùng khuấy, thường nằm ở góc bể có nhiệm vụ tuần hoàn chất lỏng như một bơn tuần hoàn do đó bể làm lạnh chất lỏng vừa mang tính chất của một thùng khuấy , vừa mang tính chất của thiết bị làm lạnh chất lỏng kiểu dòng chảy. So với thiết bị làm lạnh chất lỏng kiểu dòng chảy , bể làm lạnh chất lỏng có những ưu nhược điểm sau : Ưu điểm là đơn giản dễ chế tạo , giá thành rẻ , không chịu áp lực nên có thể chế tạo bằng bê tông , xây bằng gạch …. Nhược điểm hệ số toả nhiệt bé , cùng với nhiệt độ chất lỏng ra , bể phải làm việc với hiệu nhiệt độ lớn hơn. Một nhược điểm nữa là bề mặt chất lỏng tiếp xúc với không khí là khó tránh và năng lượng tiêu tốn cho bơm tuần hoàn cũng lớn hơn. Hệ số toả nhiệt phía môi chất lạnh của dàn bay hơi phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như : quá trình bay hơi là hoàn toàn hay không hoàn toàn trong dàn , mật độ dòng nhiệt hay tải nhiệt theo diện tích bề mặt bay hơi , cấu trúc bề mặt bay hơi , chiều dài ống , tỉ lệ dầu bôi trơn trong môi chất , môi chất là hoà tan dầu hoặc không hoà tan dầu … Để cải thiện hệ số toả nhiệt cả hai phía môi chất lỏng cả phía chất lỏng , kiểu cấu trúc ống đứng với nhiều dạng ống đứng khác nhau. Nguyên tắc cấu tạo gồm hai ống hơi ở trên và góp lỏng ở dưới. Giữa hai ống góp là các ống đứng cho môi chất sôi bên trong. Hệ số toả nhiệt lớn hơn do hơi tạo thành nhanh chóng được thu gom lên ống góp hơi , giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt cho quá trình bay hơi. Việc thu gom hơi ở đây nhanh hơn rất nhiều so với loại ống xoắn lằm ngang , sức chứa lỏng cũng lớn hơn. Các kết quả cho nghiên cứu cho thấy dàn bay hơi ống đứng đạt hệ số toả nhiệt lớn nhất khi mức lỏng trong dàn đạt mức tối ưu. Hệ số toả nhiệt giảm khi mức lỏng cao hơn hoặc thấp hơn mức lỏng tối ưu. ở mức lỏng tối ưu của môi chất lạnh amoniăc trong dàn có thể xác định hệ số toả nhiệt theo các công thức thực nghiệm sau : ở ( 5 – 19a ) KTLƯD ở ( 5 – 19b ) KTLƯD t0 - Nhiệt độ bay hơi , . - Hệ số toả nhiệt , W/m2K. q - Mật độ dòng nhiệt , W/m2. Để tạo dòng chảy rối phía chất lỏng cần làm lạnh , có thể sử dụng các ống đứng cong rất nhiều dạng khác nhau. Để giảm chiều cao của dàn ngoài phương pháp tăng cường ống đứng hay còn có thể sử dụng dàn kiểu xương cá hoặc dàn ống xoắn đứng. Khi cần cải tiến dàn bay hơi ống đứng như trên , có thể đạt được một số yêu cầu về cấu trúc thiết bị nhưng có thể dẫn đến các tổn thất về hệ số tỏa nhiệt. Hệ số tỏa nhiệt phía chất lỏng có thể xác định theo công thức sau : ( 5 – 20 ) KTLƯD Đường kính danh nghĩa của Nu và Re được xác định theo tiết diện ngang của dòng chảy tự do : ( 5 – 21 ) KTLƯD F – tiết diện ngang dòng chảy tự do , m2. U – chu vi dòng chảy theo tiết diện ngang , m. Nếu hệ thống xoắn gồm nhiều ống dầy đặc , trong đó chất lỏng chảy dọc theo ống thì đường kính danh nghĩa có thể xác định từ diện tích được giới hạn bởi 4 ống chung quanh : ( 5 – 22 ) KTLƯD ( 5 – 23 ) KTLƯD Thay F vào U phương trình ( 5 – 21 ) ta có : ( 5 – 24 ) KTLƯD Đối với dàn bay hơi ống đứng , chất lỏng chảy vuông góc với ống bay hơi có thể xác định hệ số toả nhiệt phía chất lỏng : ( 5 – 25 ) KTLƯD Đường kính dùng để tính Nu và Re chính là đường kính của ống đứng bay hơi. Kết cấu của dàn bay hơi ống đứng kiểu lồng có ống góp lỏng và ống góp hơi hình khuyên. Bể chất lỏng lạnh là hình trụ cánh khuấy bố trí ở giữa bể , trục khuấy từ trên xuống. Chất lỏng được cánh khuấy tác động xoay tròn chung quanh hình cắt vuông góc với các ống bay hơi. Phương pháp khuấy này tiêu tốn năng lượng ít hơn so với kiểu bơm tuần hoàn của các bể hình chữ nhật. Để đảm bảo được tính kinh tế của hệ thống lạnh khi phục vụ cho mục đích sử dụng trong các công trình xây dựng ta không thể xây dựng mỗi bể làm lạnh cho một công trình được. Bởi nghành xây dựng là một nghành sản xuất không cố định một chỗ mà nó di chuyển theo từng công trình tại những địa điểm khác nhau vì vậy ta chọn container chuyên dụng để vận chuyển hệ thống lạnh làm lạnh nước. Phần III Tính toán cân bằng nhiệt III.1 Tính chọn kích thước container. Với năng suất 10 m3/h để đạt được năng suất trên ta phải liên tục đưa nước vào và lấy nước ra. Lưu lượng nước đầu vào và đầu ra đều là 10 m3/h khi ta làm lạnh để khi nước ra khỏi đạt được nhiệt độ theo yêu cầu đề tài trong bể phải có một lượng nước nhất định trong đó Vth ( lượng nước tuần hoàn ). Lượng nước tuần hoàn trong bể vào khoảng 5 à10m3 đủ để đạt năng suất 10 m3/h ở phần trên tôi đã chọn container để vận chuyển hệ thống lạnh dựa vào đó tôi các kích thước cơ bản của container và bể làm lạnh nước trong container như sau : Container Bể làm lạnh nước Bể dày lớp cách nhiệt Diện tích buồng máy Dài Rộng Cao Dài Rộng Cao Dài Rộng 6500 2500 2000 4600 2100 1600 200 1500 2100 Như vậy thể tích bể nước sau khi chọn đầy đủ các kích thước là : VNước =. VNước = 8,56 m3. Khi hệ thống lạnh làm việc tải trọng của nền container được tính theo định mức chứa tải và chiều cao chứa tải của nền : ( 3 – 1 ) HDTKHTL Trong đó : - Định mức chứa tải ; gV = 0,89. 1, Lớp thép không gỉ tiếp xúc với nước : . ( m ). 2, Lớp cách nhiệt bằng Polyurethan : ( W/m.K ). .( m ). Hệ số thấm hơi của Poplyurthan ( g/mh.mmHg ). ( g/mh.Mpa ). 3, Lớp xốp cách nhiệt : ( W/m.K ). ( m ). 4, Lớp thép bên ngoài : ( W/m.K ). ( m ). Như vậy ta có chiều dài lớp cách nhiệt là : ( 3 – 2 ) HDTKHTL - Hệ số cách nhiệt của vật liệu ( W/m.K ). - Độ dày của lớp cách nhiệt ( m ). K - Hệ số truyền nhiệt K = 0,21 (W/m2.K ). - Hệ số toả nhiệt ở bên ngoài ( W/m2.K ). - Bề dày lớp vật liệu thứ i Khi đó : ( m ). Chọn chiều dày lớp cách nhiệt là 200 mm gồm 4 lớp mỗi lớp 50 mm. Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che : ( 3 – 3 ) HDTKHTL Ta có : (W/m2.K ). Kiểm tra đọng sương tường bao. Ta có : q = kt ( t1 – t2 ). ( 3 – 4 ) HDTKHTL ( 3 – 5 ) HDTKHTL Từ ( 3 - 4 ) và ( 3 – 5 ) ta có : ( 3 – 6 ) HDTKHTL Để đảm bảo không đọng sương , nhiệt độ bề mặt bên ngoài của vách phải cao hơn nhiệt đọng sương của không khí bên ngoài nghĩa là : tW1 > tS tW1 – Nhiệt độ bề mặt vách phía bên ngoài , nhiệt độ này có thể tính được vì đã biết được nhiệt độ bên nước ngoài là 320C và nhiệt độ trong bể nước là 20C. tS - Là nhiệt độ đọng sương tra trên đồ thị h – x của không khí ẩm ( tF1 = t4 = 320C và tại Hà Nội ). tS = 29,60C. Tính tW1 như sau : - Mật độ dòng nhiệt : q = 0,21 ( 320C --> 20C ). q = 6,3 W/m2. Cũng có thể tính mật độ dòng nhiệt từ : ( 3 – 7 ) HDTKHTL Ta có thể tính theo K : Gọi KS là hệ số truyền nhiệt đọng sương. Để đảm bảo không đọng sương Kthực của cơ cấu truyền nhiệt phải nhỏ hơn 0,95 KS trong đó 0,95 là hệ số an toàn. Do : q = K ( tF1 – tF2 ) = ( 3 – 8 ) HDTKHTL Nên hệ số truyền nhiệt thực K1 bằng : ( 3 – 9 ) HDTKHTL Nếu thay tW1 > tS nên Kt < KS. Nếu lấy thêm hệ số an toàn 0,95 thì : Kt < 0,95 KS hay . Thay số vào ta được : 0,21 < 1,7708 Thoả mãn điều kiện để vách ngoài không đong sương. Vậy chiều dày của lớp cách nhiệt gồm 4 vách mỗi vách dày là : Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt. Do có độ chênh lệch nhiệt độ dẫn tới có độ chênh phân áp suất hơi nước giữa bên ngoài và bên trong bể lạnh lên ngoài dòng nhiệt còn có một dòng ẩm thấm thấu từ bên ngoài vào bể. Càng đi sâu vào trong vách cách nhiệt ẩm càng gặp lạnh và có xu hướng ngưng đọng lại trong cơ cấu cách nhiệt , nếu bị đọng ẩm cách nhiệt sẽ mất tác dụng và sẽ dẫn đến bị phá huỷ. Vì lý do đó nên phải bố trí cách ẩm cho cơ cấu cách nhiệt. Điều kiện để ẩm không đọng lại trong vách cách nhiệt là phân áp suất hơi nước thực luôn luôn nhỏ hơn phân ap suất bão hoà hơi nước. Px < Px’ Phân áp suất hơi thực và phân áp suất hơi nước bão hoà có thể tính toán được theo nhiệt độ phân bố trên vách. Mật độ dòng nhiệt qua kết cấu cách nhiệt : ( W/m2 ). III.2.2 Tính tổn thất nhiệt của bể nước. Q0 = Q1 + Q2 + Q3 Trong đó : Q0 - Tổn thất nhiệt của bể nước. Q1 - Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che. Q2 - Tổn thất nhiệt để làm lạnh nước. Q3 - Tổn thất nhiệt do vận hành bể nước. 1, Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che. Q1 = Q1.1 + Q1.2 + Q1.3 Trong đó : Q1.1 - Tổn thất nhiệt qua tường bao của bể. Q1.2 - Tổn thất nhiệt qua đáy bể nước. Q3 - Tổn thất nhiệt qua nắp bể. Tổn thất nhiệt qua tường bao : Q1.1. Diện tích bao quanh của bể ( toàn bộ diện tích bao quanh container ) : F = 36 ( m2 ). Q1.1 = Kt . F . ( t1 - t2 ) Trong đó : Kt - Hệ số truyền nhiệt thưa của kết cấu bao che ở đây Kt = 0,21 t1 - Nhiệt độ môi trường bên ngoài : t1 = 320C. t2 - Nhiệt độ trong bể : t2 = 20C. Thay số ta được : Q1.1 = 0,21. 36. ( 32 – 2 ) Q1.1 = 226,8 ( W/m2.k ). Q1.1 = 0,2268 ( Kw ). Tổn thất nhiệt qua đáy bể và trần bể : Q1.2 Diện tích dáy hoặc trần bể : F = 16,25 ( m2 ). Do trần bể nước đã bít kín với container nên tổn thất nhiệt qua trần và đáy bể là giống nhau. Tổn thất nhiệt qua trần và đáy bể là : Q1.2 = Q1.3 = Kt . F . ( t1 - t2 ) Q1.2 = Q1.3 = 0,21. 16,25. 30 Q1.2 = Q1.3 = 0,1237 ( Kw ). Như vậy tổng tổn thất qua kết cấu bao che là : Q1 = 0,2268 + 0,123. 2 Q1 = 0,4742 ( Kw ). 2, Tổn thất lạnh để làm lạnh nước. Ta có : Trong đó : GN - Khối lượng nước cần làm lạnh : GN = 10000 ( Kg ). CN - Nhiệt dung riêng của nước : CN = 4,17 ( Kj/Kg ). t1 - Nhiệt độ nước ban đầu : t1 = 320C. t2 - Nhiệt độ nước cần làm lạnh : t1 = 20C. T - Thời gian làm lạnh : T = 10 h. Vậy : ( Kw ). Q2 = 34,83 ( Kw ). Thời gian sản xuất nước lạnh em chon 10 h , vừa đủ để phục vụ cho mức độ sử dụng Bê tông trong một công trình xây dựng. 3, Tổn thất nhiệt do vận hành bể nước. Q2 = B. F ( W ). Trong đó : B - Dòng nhiệt riêng khi mở cửa ( Van ). F - Dòng nhiệt bể làm lạnh nước ( W/m2 ). Tra bảng ( 4 - 4 ) HDTKHTL ta có : B = 12 ( W/m2 ). Vậy : F = 4,6. 2,1 = 9,66 ( m2 ). Thay số vào ta được : Q3 = 12. 9,66 = 115,92 ( W ). Q3 = 0,116 ( Kw ). Vậy tổng tổn thất nhiệt của bể nước để sản suất nước lạnh là : Q0 = Q1 + Q2 + Q3 Q0 = 0,4742 + 34,83 + 0,116 Q0 = 35,42 ( Kw ). Phần iv tính thiết kế hệ thống lạnh IV.1 Lựa chon tác nhân lạnh. Tác nhân lạnh là chất tuần hoàn thực hiện chu trình vòng trong máy lạnh. Yêu cầu đối với một tác nhân lạnh. Dễ kiếm , rẻ tiền dễ điều chế. Năng suất lạnh riêng theo thể tích lớn. áp suất ngưng tụ không quá cao. Không độc hại với môi trường , con người không gây ô nhiễm môi trường. Không ăn mòn các vật liệu máy móc cũng như trong đường ống. An toàn không cháy nổ. Với những tiêu chí chủ yếu như trên có hai tác nhân lạnh đáp ứng được phần lớn các yêu cầu được đưa ra để so sánh đó là Amoniac ( NH3 ) và Freon 22 ( CHF2Cl ). IV.1.1 Tác nhân lạnh NH3. Với NH3 có phân tử lượng là 17 , nhiệt bay hơi – 330C , nhiệt độ tới hạn 1320C nhiệt độ đông đặc –770C có các ưu điểm chính sau : Phù hợp yêu cầu có t0 Pa và Pn = 5 à15 bar. Năng suất lạnh riêng lớn nên máy có thể nhẹ và đồng thời lưu lượng tuần hoàn trong hệ thống nhỏ. Tính lưu thông cao , hệ số truyền nhiệt lớn , tổn thất trong quá trình tiết lưu nhỏ , dễ phát hiện sự dò rỉ tác nhân lạnh ra ngoài do có mùi khai. NH3 là tác nhân lạnh rẻ tiền , dễ kiếm dễ điều chế , vận chuyển , bảo quản dễ dàng. Nhược điểm : Không hoà tan dầu lên khó bôi trơn chi tiết chuyền động , hệ thống phải có bố trí bình tách dầu , gạn dầu. NH3 gây cháy và nổ trong không khí. NH3 độc hại với cơ thể con người , giảm chất lượng sản phẩm. IV.1.2 Tác nhân lạnh Freon. Đối với Freon 22 có phân tử lượng 86 nhiệt độ bay hơi thường – 400C nhiệt độ tới hạn 900C , nhiệt độ đông đặc – 1600C. Ưu điểm : Phù hợp cho mục đích sử dụng vì t0 Pa và Pn = 5 à15 bar. Có năng suất lạnh riêng theo thể tích lớn , lượng tuần hoàn nhỏ , máy nhỏ gọn. Không hoà tan trong nước nên máy dùng R22 ít bị nguy cơ tắc ẩm. Không dẫn điện nên có thể sử dụng cho máy nén kín và nửa kín. Bền vững ở phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc. Không tác dụng với kim loại và phi kim chế tạo máy. Không gây cháy nổ. Không độc hại với cơ thể sống. Đắt nhưng dễ kiếm , vận chuyển và bảo quản dễ. Có ứng dụng cao trong công nghiệp lạnh. Không cần thiết bị tách lỏng và bình trung gian. Nhược điểm : Hệ số truyền nhiệt nhỏ nên bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ và bay hơi phải lớn. Khối lượng riêng khí lớn nên tổn thất ma sát và cục bộ của đường dẫn tác nhân lạnh lớn , tổn thất tiết lưu cũng lớn. Dễ thấm qua khe hở nhỏ , khó phát hiện chỗ vỡ. Hoà tan , mòn một số cao su hữu cơ và chất dẻo nên đệm kín phải dùng loại cao su chịu Freon. Độ nhớt lớn , tính lưu động kém hơn NH3 lên các đường ống và cửa van đều phải lớn hơn. Hoà tan hạn chế dầu gây khó khăn cho việc bôi trơn. IV.1.3 Chọn tác nhân lạnh. Sau khi cân nhắc các ưu và nhược điểm của hai tác nhân lạnh trên tôi quyết định chọn tác nhân lạnh Freon 22 vì một số nguyên nhân chính sau : Phù hợp với yêu cầu công nghệ đề ra. Không ăn mòn và không tác dụng với kim loại và phi kim chế tạo máy làm giảm kinh phí xây dung và lắp đặt do phải sử dụng những vật liệu chống ăn mòn. Giảm bớt được thiết bị tách lỏng và trung gian. Không gây tác hại đến người bảo hành. IV.2 Tính thiết kế hệ thống lạnh IV.2.1 Chọn các thông số ban đầu. Yêu cầu nhiệt độ thấp nhất của nước là tN2 = 20C do đó ta có : * Nhiệt độ sôi của tác nhân lạnh ( t0 ) - Hiệu nhiệt độ cần thiết lấy Chọn nhiệt độ ngưng tụ : Ta có : . Dàn ngưng sử dụng nước để làm mát là nước của thành phố. Khi tính ta tính trong diều kiện mùa hè chọn nhiệt