Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Ngành thủy hải sản giữ vị trí quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam nhờ lợi thế bờ biển dài và nguồn lợi sinh vật biển phong phú. Tuy nhiên, để sản phẩm thủy sản đông lạnh đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe của thị trường nội địa cũng như xuất khẩu, việc áp dụng công nghệ làm lạnh và trữ đông hiện đại nhằm bảo toàn phẩm chất thực phẩm trong thời gian dài là yêu cầu cấp thiết. Đồ án tốt nghiệp tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một công trình bảo quản lạnh công nghiệp phục vụ chế biến và lưu trữ thủy sản.
Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án bao gồm:
- Xác định địa điểm xây dựng và phân tích các điều kiện khí tượng thủy văn phục vụ tính toán nhiệt công trình tại thành phố Nha Trang.
- Thiết kế quy hoạch tổng mặt bằng kho lạnh bảo quản đông dung tích 1500 tấn cá béo, bố trí dây chuyền công nghệ một chiều, không chồng chéo.
- Tính toán kết cấu cách nhiệt, cách ẩm cho vỏ kho, nền móng, trần, mái và cửa; kiểm tra hiện tượng đọng sương trên bề mặt vách bao che.
- Xác định 5 thành phần phụ tải nhiệt tổn thất xâm nhập vào công trình, tính toán phụ tải nhiệt thiết bị và phụ tải nhiệt máy nén.
- Thiết lập chu trình nhiệt động của hệ thống lạnh một cấp sử dụng môi chất thân thiện với môi trường R404a; biểu diễn và xác định thông số chu trình trên đồ thị $p-i$.
- Tính toán các thông số nhiệt động của máy nén, công suất động cơ, phụ tải dàn ngưng và lựa chọn tổ hợp máy nén nguyên cụm.
- Đề xuất phương án lắp đặt thiết bị, thử bền, thử kín, nạp gas, trang bị tự động hóa vận hành, an toàn phòng chống cháy nổ và tính toán sơ bộ giá thành.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống kho lạnh công nghiệp bảo quản đông cá béo dung tích 1500 tấn, xả tuyết dàn lạnh bằng điện trở.
- Phạm vi không gian: Địa bàn thành phố Nha Trang, tỉnh Khánh Hòa.
- Phạm vi thời gian: Đồ án hoàn thành vào tháng 6 năm 2010.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán thiết kế
Đồ án dựa trên lý thuyết nhiệt động lực học kỹ thuật, truyền nhiệt và kỹ thuật lạnh công nghiệp. Quá trình tính toán chu trình lạnh dựa trên mô hình chu trình nén hơi một cấp có quá nhiệt hơi hút và quá lạnh môi chất lỏng trong thiết bị hồi nhiệt. Hệ thống sử dụng môi chất làm lạnh R404a (hỗn hợp HFC gồm 44% R125, 52% R143a và 4% R134a) có chỉ số phá hủy tầng ozone $\text{ODP} = 0$, nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển $t_s = -46,5^\circ\text{C}$, nhiệt độ tới hạn $t_c = 72,1^\circ\text{C}$ và áp suất tới hạn $P_c = 3,732\text{ MPa}$.
Tài liệu quy chuẩn và phương pháp tính toán được tác giả áp dụng:
- Giáo trình và tài liệu quy chuẩn: "Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh" của tác giả Nguyễn Đức Lợi (TL1) cùng các bảng tra định mức chuyên ngành (TL3).
- Phương pháp tính toán truyền nhiệt qua kết cấu nhiều lớp: Xác định chiều dày cách nhiệt $\delta_{cn}$ dựa trên hệ số truyền nhiệt yêu cầu $K$, hệ số tỏa nhiệt phía ngoài $\alpha_1$ và phía trong $\alpha_2$; kiểm tra điều kiện chống đọng sương theo công thức so sánh $K_t < 0,95 K_s$.
- Phương pháp tính cân bằng nhiệt kho lạnh: Tổng hợp 5 dòng nhiệt thành phần ($Q = Q_1 + Q_2 + Q_3 + Q_4 + Q_5$) để xác định phụ tải nhiệt lớn nhất $Q_{max}$ làm cơ sở chọn công suất thiết bị bay hơi và máy nén.
- Phương pháp tra đồ thị nhiệt động $p-i$: Xác định các thông số trạng thái entanpi ($i$), thể tích riêng ($v$), áp suất ($P$), nhiệt độ ($t$) tại các điểm nút của chu trình.
Nguồn dữ liệu đầu vào:
- Thông số khí hậu tại Nha Trang: Nhiệt độ trung bình cả năm $26,5^\circ\text{C}$; mùa hè $36,6^\circ\text{C}$ (chọn tính toán $t_1 = 37^\circ\text{C}$); mùa đông $17,7^\circ\text{C}$; độ ẩm tương đối mùa hè $79%$, mùa đông $78%$; nhiệt độ điểm sương ngoài trời tra từ đồ thị $h-d$ là $t_s = 32^\circ\text{C}$.
- Chế độ bảo quản sản phẩm: Nhiệt độ không khí phòng lạnh duy trì $t_b = -25 \pm 2^\circ\text{C}$, độ ẩm không khí $> 80%$, vận tốc đối lưu gió cưỡng bức $v = 3\text{ m/s}$, sản phẩm cá béo được đóng trong bao bì carton.
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
1. Quy hoạch mặt bằng và cấu trúc xây dựng kho lạnh
Kho lạnh được thiết kế theo phương án kho lắp ghép một tầng đặt bên trong nhà xưởng có khung sắt đỡ mái tôn che mưa nắng màu xanh lá cây (độ dốc mái $\ge 2%$). Mặt trước kho quay về hướng Đông Nam giáp đường giao thông nội bộ, phía Đông giáp phân xưởng chế biến, phía Tây Nam giáp phòng máy.
Các thông số quy hoạch không gian chính:
- Dung tích kho: $E = 1500\text{ tấn}$. Định mức chất tải thể tích $g_v = 0,45\text{ t/m}^3$.
- Chiều cao phòng lạnh $H = 6\text{ m}$, chiều cao chất tải $h = 5\text{ m}$. Diện tích chất tải $F = 666,67\text{ m}^2$.
- Hệ số sử dụng diện tích $\beta_F = 0,80 \implies$ Tổng diện tích sàn lạnh cần xây dựng $F_l = 833,34\text{ m}^2$.
- Phân chia buồng lạnh: Chọn diện tích buồng quy chuẩn $f = 108\text{ m}^2 \implies$ xây dựng 8 buồng lạnh, mỗi buồng có kích thước dài $18\text{ m} \times$ rộng $6\text{ m} \times$ cao $6\text{ m}$. Kích thước phủ bì toàn khối kho (bao gồm cách nhiệt) là dài $48\text{ m} \times$ rộng $18,2568\text{ m} \times$ cao $6,1284\text{ m}$.
- Buồng kết đông phụ: Dung tích $E_{kđ} = 104\text{ tấn}$ để xử lý lượng hàng nhập vào có nhiệt độ cao hơn $-8^\circ\text{C}$ (chiếm $15 \div 35%$ tổng lượng hàng nhập) trước khi đưa vào phòng bảo quản.
- Hầm bảo quản đá cây: Sức chứa 10 tấn ($200\text{ cây}$), kích thước mặt bằng $5\text{ m} \times 5\text{ m}$, chiều cao $2,4\text{ m}$, diện tích $25\text{ m}^2$.
- Hành lang lạnh: Bố trí song song sân bốc dỡ hàng, rộng $4\text{ m}$, nền cao hơn mặt sân $1,4\text{ m}$ phù hợp sàn xe tải; cửa ra vào hành lang có bao hơi ép chặt vào thùng xe nhằm triệt tiêu tổn thất nhiệt do thâm nhập không khí.
Cấu trúc cách nhiệt, cách ẩm và chống cơi nền:
- Panel cách nhiệt: Sử dụng panel Polyurethane dày $\delta_{cn} = 125\text{ mm}$ ($\lambda_{cn} = 0,018\text{ W/mK}$), bọc hai mặt bằng tôn lá dày $0,0012\text{ m}$ ($\lambda = 45,36\text{ W/mK}$) và phủ sơn bảo vệ dày $0,0005\text{ m}$ ($\lambda = 0,291\text{ W/mK}$). Tỷ trọng panel đạt $30 \div 40\text{ kg/m}^3$, độ bền nén $0,2 \div 0,29\text{ MPa}$, ghép nối bằng khóa camlock hoặc mộng âm dương.
- Hệ số truyền nhiệt thực tế của vách, trần, nền: $K_t = 0,2014\text{ W/m}^2\text{K}$, nhỏ hơn giá trị cho phép chống đọng sương $0,95 K_s = 2,499\text{ W/m}^2\text{K}$.
- Kết cấu chống cơi nền do đóng băng nước ngầm: Nền kho được đầm nén đất đá, đổ bê tông chịu lực, bố trí hệ thống con lượn thông gió bằng bê tông/gạch (hoặc ống thông gió $\phi 200 \div 300\text{ mm}$ cách nhau $1 \div 1,5\text{ m}$) kết hợp mạng dây điện trở sưởi sàn đường kính $8 \div 12\text{ mm}$, cấp điện áp an toàn $24 \div 26\text{ V}$ điều khiển tự động qua rơ-le nhiệt độ (duy trì $\ge 1 \div 2^\circ\text{C}$).
- Cửa kho: Gồm 1 cửa trượt lớn ($1500 \times 2000 \times 150\text{ mm}$) và 2 cửa bản lề nhỏ; bên trong gắn màn chắn khí bằng dải nhựa mềm PVC Stripcurtain bản rộng $200\text{ mm}$ chồng mí $50\text{ mm}$, đệm kín cao su từ tính và khóa an toàn mở được từ bên trong.
2. Tính toán chu trình nhiệt động và chọn thiết bị
Hệ thống hoạt động theo chu trình nén hơi 1 cấp có quá nhiệt, quá lạnh:
- Nhiệt độ sôi môi chất: $t_0 = t_b - \Delta t_0 = -25 - 10 = -35^\circ\text{C} \implies$ Áp suất bay hơi $P_0 = 0,162\text{ MPa}$.
- Nhiệt độ ngưng tụ: $t_k = t_{w2} + \Delta t_k = 31 + 4 = 35^\circ\text{C} \implies$ Áp suất ngưng tụ $P_k = 1,616\text{ MPa}$. Nguồn nước làm mát lấy từ nước ngầm xử lý đưa về $t_{w1} = 26^\circ\text{C}$, nước ra $t_{w2} = 31^\circ\text{C}$ ($\Delta t_w = 5^\circ\text{C}$), giải nhiệt tuần hoàn qua bình ngưng ống trùm nằm ngang và tháp giải nhiệt.
- Độ quá nhiệt hơi hút: Chọn $\Delta t_{qn} = 20^\circ\text{C} \implies t_{qn} = -15^\circ\text{C}$.
- Độ quá lạnh lỏng trước van tiết lưu: $t_{ql} = 26^\circ\text{C}$ (thực hiện qua thiết bị hồi nhiệt).
- Tỷ số nén: $\Pi = P_k / P_0 = 1,616 / 0,162 = 9,975$.
| Điểm nút chu trình |
Trạng thái môi chất |
Nhiệt độ $t$ ($^\circ\text{C}$) |
Áp suất $P$ ($\text{MPa}$) |
Entanpi $i$ ($\text{kJ/kg}$) |
Thể tích riêng $v$ ($\text{m}^3\text{/kg}$) |
| 1' |
Hơi bão hòa khô ra khỏi dàn lạnh |
$-35$ |
$0,162$ |
$347,00$ |
$0,11842$ |
| 1 |
Hơi quá nhiệt vào máy nén |
$-15$ |
$0,162$ |
$362,77$ |
$0,13000$ |
| 2 |
Hơi quá nhiệt sau quá trình nén |
$63$ |
$1,616$ |
$414,50$ |
$0,01423$ |
| 2' |
Hơi bão hòa khô tại bình ngưng |
$35$ |
$1,616$ |
$384,00$ |
— |
| 3 |
Lỏng bão hòa ra khỏi bình ngưng |
$35$ |
$1,616$ |
$256,30$ |
— |
| 3' |
Lỏng quá lạnh sau thiết bị hồi nhiệt |
$26$ |
$1,616$ |
$240,50$ |
— |
| 4 |
Hỗn hợp sau van tiết lưu vào dàn lạnh |
$-35$ |
$0,162$ |
$240,50$ |
— |
Các chỉ tiêu năng lượng và thông số động học của hệ thống:
- Năng suất lạnh riêng khối lượng: $q_0 = i'_1 - i_4 = 347,0 - 240,5 = 106,5\text{ kJ/kg}$.
- Năng suất lạnh yêu cầu của máy nén: $Q_0 = \frac{k \cdot Q_{MN}}{b} = \frac{1,07 \times 55,4}{0,9} = 65,86\text{ kW}$ (với phụ tải máy nén $Q_{MN} = 55,4\text{ kW}$, hệ số tổn thất đường ống $k = 1,07$, hệ số thời gian làm việc $b = 0,9$).
- Lưu lượng môi chất tuần hoàn: $G = Q_0 / q_0 = 65,86 / 106,5 = 0,618\text{ kg/s}$.
- Năng suất thể tích thực tế máy nén: $V_{tt} = G \cdot v_1 = 0,618 \times 0,13 = 0,0834\text{ m}^3\text{/s}$.
- Hệ số cấp máy nén: $\lambda = 0,55 \implies$ Thể tích hút lý thuyết $V_{lt} = 0,0834 / 0,55 = 0,152\text{ m}^3\text{/s}$.
- Công nén đoạn nhiệt: $N_s = G \cdot (i_2 - i_1) = 0,618 \times (414,5 - 362,77) = 31,97\text{ kW}$.
- Hiệu suất chỉ thị: $\eta_i = 0,7377 \implies$ Công nén chỉ thị $N_i = 31,97 / 0,7377 = 43,34\text{ kW}$.
- Công suất ma sát: $N_{ms} = V_{tt} \cdot P_{ms} = 0,0834 \times 0,025 \times 10^3 = 2,085\text{ kW}$ (áp suất ma sát $P_{ms} = 0,025\text{ MPa}$).
- Công suất hữu ích trên trục khuỷu: $N_e = N_i + N_{ms} = 43,34 + 2,085 = 45,425\text{ kW}$.
- Công suất điện tiêu thụ: $N_{el} = N_e / (\eta_{td} \cdot \eta_{el}) = 45,425 / (0,95 \times 0,95) = 50,33\text{ kW}$.
- Công suất động cơ điện lắp đặt: $N_{đ/c} = 1,2 \times N_{el} = 1,2 \times 50,33 = 60,4\text{ kW}$.
- Phụ tải nhiệt dàn ngưng: $Q_k = G \cdot (i_2 - i_3) = 0,618 \times (414,5 - 256,3) = 97,77\text{ kW}$.
- Thiết bị chính: Lựa chọn tổ hợp máy nén trục vít nguyên cụm của hãng Bitzer tương thích môi chất R404a.
Nội dung chính theo từng chương
Chương I: Tổng quan về kỹ thuật lạnh
Chương này tổng kết lịch sử phát triển ngành nhiệt - lạnh từ thời cổ đại đến hiện đại, nhấn mạnh các mốc phát minh máy nén hơi của Jacob Perkins (1834), máy hấp thụ của Carres, máy lạnh Ejector của Leiblane (1910) và sự ra đời của môi chất nhóm Freon (1930). Tác giả thiết lập các yêu cầu cốt lõi khi quy hoạch mặt bằng kho bảo quản: bố trí phù hợp dây chuyền công nghệ một chiều, giảm thiểu diện tích bề mặt xung quanh để hạ dòng nhiệt xâm nhập, ngăn ngừa thâm nhập ẩm qua cửa mở và tính toán các biện pháp chống hiện tượng đóng băng phá hủy nền móng công trình.
Chương II: Thiết kế kho lạnh bảo quản đông
Trình bày khảo sát địa điểm xây dựng tại Nha Trang cùng các số liệu khí tượng phục vụ thiết kế. Xác định chế độ công nghệ trữ đông cá béo (nhiệt độ $-25 \pm 2^\circ\text{C}$, độ ẩm $> 80%$, tốc độ gió $3\text{ m/s}$). Thực hiện tính toán dung tích kho $E = 1500\text{ tấn}$, diện tích chất tải $666,67\text{ m}^2$, diện tích lạnh xây dựng $833,34\text{ m}^2$, phân chia thành 8 buồng lạnh diện tích $108\text{ m}^2/\text{buồng}$. Xác định dung tích buồng kết đông phụ $104\text{ tấn}$ và hầm chứa đá cây 10 tấn ($25\text{ m}^2$). Thiết lập sơ đồ mặt bằng tổng thể với hành lang đệm rộng $4\text{ m}$, cao $1,4\text{ m}$ có trang bị đệm bao hơi khớp nối xe chuyên dụng.
Chương III: Tính cách nhiệt, cách ẩm kho lạnh
Phân tích bản chất vật lý của dòng nhiệt và dòng ẩm khuếch tán qua vỏ bao che. So sánh hai giải pháp xây dựng (kho xây gạch truyền thống và kho lắp ghép tấm panel), lựa chọn phương án kho panel lắp ghép. Tính toán chiều dày lớp cách nhiệt Polyurethane $\delta_{cn} = 125\text{ mm}$ cho vách, trần và nền; kiểm tra đọng sương đạt $K_t = 0,2014\text{ W/m}^2\text{K} < 0,95 K_s = 2,499\text{ W/m}^2\text{K}$. Thiết kế chi tiết cấu trúc nền móng có con lượn thông khí kết hợp dây điện trở sưởi $24 \div 26\text{ V}$, cấu trúc mái tôn chống nóng độ dốc $\ge 2%$, cấu trúc cửa kho cách nhiệt có gắn rèm nhựa PVC Stripcurtain chống thoát nhiệt và cách nhiệt đường ống hút về máy nén.
Chương IV: Tính phụ tải máy nén
Thực hiện tính toán chi tiết 5 thành phần dòng nhiệt tổn thất vào kho lạnh. Xác định tổng dòng nhiệt tổn thất cực đại $\sum Q = 67142,75\text{ W}$. Tính toán phụ tải nhiệt máy nén $Q_{MN} = 55,4\text{ kW}$ và năng suất lạnh máy nén $Q_0 = 65,86\text{ kW}$. Trình bày các đặc tính hóa lý, môi trường của môi chất R404a. Thiết lập thông số chu trình 1 cấp ($t_0 = -35^\circ\text{C}, t_k = 35^\circ\text{C}, t_{qn} = -15^\circ\text{C}, t_{ql} = 26^\circ\text{C}$), xác định các điểm nút trên đồ thị $p-i$, tính toán công nén chỉ thị ($43,34\text{ kW}$), công suất điện ($50,33\text{ kW}$), công suất động cơ lắp đặt ($60,4\text{ kW}$), phụ tải dàn ngưng ($97,77\text{ kW}$) và kiểm tra lựa chọn cụm máy nén trục vít Bitzer.
Chương V: Lắp đặt hệ thống lạnh
Trình bày quy trình kỹ thuật lắp đặt các thiết bị chính và phụ trong hệ thống lạnh: máy nén trục vít, bình ngưng ống trùm vỏ bọc nằm ngang, dàn bay hơi, bình hồi nhiệt, tháp giải nhiệt và đường ống dẫn môi chất. Thuyết minh các bước thử bền bằng khí nén áp suất cao, thử kín chống rò rỉ toàn bộ hệ thống bằng xà phòng/áp lực, quy trình hút chân không triệt để và kỹ thuật nạp gas lỏng R404a vào hệ thống an toàn.
Chương VI: Trang bị tự động hóa và vận hành hệ thống lạnh
Thiết lập sơ đồ nguyên lý điều khiển và trang bị các thiết bị tự động hóa: hệ thống tủ điện phân phối, hệ thống điều khiển xả băng dàn lạnh tự động bằng điện trở theo thời gian định kỳ, rơ-le nhiệt độ duy trì chế độ bảo quản phòng lạnh, rơ-le áp suất kép (bảo vệ áp suất cao HP và áp suất thấp LP), rơ-le áp suất dầu bảo vệ bôi trơn máy nén, hệ thống van điện từ và các quy tắc vận hành, xử lý sự cố an toàn lao động.
Chương VII: Tính toán sơ bộ giá thành xây dựng hệ thống lạnh
Lập bảng dự toán chi phí đầu tư ban đầu cho công trình, bao gồm: chi phí mua sắm vỏ kho panel và kết cấu xây dựng xưởng; chi phí cụm máy nén trục vít Bitzer, bình ngưng, dàn lạnh và tháp giải nhiệt; chi phí hệ thống điện tự động hóa, đường ống, van, phụ kiện; chi phí nhân công lắp đặt, chạy thử nghiệm thu và chi phí môi chất nạp ban đầu.
Kết quả và đóng góp
1. Bảng tổng hợp số liệu tính toán phụ tải nhiệt
Quá trình tính toán phụ tải nhiệt kho lạnh theo các công thức quy chuẩn tại Chương IV đạt được kết quả tổng hợp sau:
| Thành phần tổn thất nhiệt |
Ký hiệu |
Giá trị ($\text{W}$) |
Tỷ trọng tham gia vào $Q_{MN}$ |
Giá trị đưa vào $Q_{MN}$ ($\text{W}$) |
| Tổn thất qua kết cấu bao che (vách, trần, nền, bức xạ) |
$Q_1$ |
$30634,10$ |
$85%$ |
$26038,99$ |
| Nhiệt tỏa ra từ sản phẩm (150 t/ngđ) và bao bì carton |
$Q_2$ |
$7901,75$ |
$100%$ |
$7901,75$ |
| Nhiệt do thông gió buồng lạnh |
$Q_3$ |
$0,00$ |
— |
$0,00$ |
| Tổn thất do vận hành (chiếu sáng, người, động cơ, mở cửa, xả tuyết) |
$Q_4$ |
$28606,90$ |
$75%$ |
$21455,18$ |
| Nhiệt do sản phẩm hô hấp |
$Q_5$ |
$0,00$ |
— |
$0,00$ |
| Tổng nhiệt tổn thất / Phụ tải nhiệt máy nén |
$\sum Q$ / $Q_{MN}$ |
$67142,75$ |
— |
$55395,92 \approx 55,4\text{ kW}$ |
Ghi chú: Trong thành phần nhiệt vận hành $Q_4$: Dòng nhiệt chiếu sáng $Q_{41} = 1051,6\text{ W}$; Dòng nhiệt do 16 người làm việc $Q_{42} = 5600,0\text{ W}$; Dòng nhiệt do động cơ điện $Q_{43} = 1800,0\text{ W}$; Dòng nhiệt do mở cửa $Q_{44} = 10515,8\text{ W}$; Dòng nhiệt do xả tuyết $Q_{45} = 9639,5\text{ W}$.
2. Giải pháp kỹ thuật và đóng góp của đồ án
- Giải pháp mặt bằng và kết cấu: Thiết kế phân khu 8 buồng lạnh độc lập giúp linh hoạt trong vận hành theo lô hàng; thiết kế sàn nâng cao $1,4\text{ m}$ kết hợp hành lang lạnh có đệm bao hơi giúp tối ưu hóa bốc xếp và ngăn nhiệt xâm nhập.
- Giải pháp chống cơi nền: Ứng dụng giải pháp đa tầng kết hợp con lượn thông gió tự nhiên và hệ thống dây điện trở sưởi $24 \div 26\text{ V}$ tự động, giải quyết triệt để hiện tượng đóng băng nước ngầm phá hủy nền móng kho trữ đông sâu.
- Giải pháp công nghệ lạnh: Ứng dụng môi chất thân thiện môi trường R404a thay thế môi chất R502 cũ, giảm nhiệt độ cuối tầm nén (thấp hơn tới $90^\circ\text{C}$ so với R502), nâng cao tuổi thọ dầu bôi trơn và cụm máy nén trục vít Bitzer.
- Đóng góp thực tiễn: Đồ án cung cấp một bộ hồ sơ tính toán hoàn chỉnh, logic từ mặt bằng, kết cấu vỏ kho, nhiệt tải đến lựa chọn máy móc và quy trình lắp đặt, vận hành hệ thống kho lạnh thủy sản quy mô 1500 tấn tại khu vực Duyên hải Nam Trung Bộ.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đồ án:
- Chu trình lạnh được thiết kế theo sơ đồ một cấp với tỷ số nén tương đối cao ($\Pi = 9,975$), điều này làm giảm hệ số cấp thể tích ($\lambda = 0,55$) và gia tăng công nén riêng.
- Nguồn nước giếng khoan tại địa phương có nhiệt độ ban đầu cao ($40 \div 45^\circ\text{C}$), đòi hỏi hệ thống xử lý và giải nhiệt trung gian phức tạp trước khi cấp vào bình ngưng.
- Tác giả tự nhận định do giới hạn về kiến thức thực tế và tính chất mới của thiết bị tại thời điểm thực hiện (năm 2010), một số tính toán chỉ dừng ở mức thiết kế lý thuyết, chưa có điều kiện kiểm nghiệm thực chứng qua đo đạc vận hành thực tế.
Hướng phát triển tiếp theo:
- Nghiên cứu so sánh hiệu quả nhiệt động và kinh tế khi chuyển đổi sang chu trình nén hai cấp hoặc chu trình nén trục vít có cổng kinh tế (Economizer) cho kho bảo quản $-25^\circ\text{C}$.
- Ứng dụng biến tần điều khiển vô cấp năng suất lạnh cho cụm máy nén trục vít nhằm tiết kiệm điện năng khi phụ tải kho lạnh thay đổi theo mùa.
- Tối ưu hóa hệ thống giải nhiệt nước ngầm kết hợp thu hồi nhiệt thải từ bình ngưng để phục vụ các nhu cầu nhiệt khác trong nhà máy chế biến thủy sản.
Giá trị tham khảo
Tài liệu này là nguồn tham khảo hữu ích cho:
- Sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt, Kỹ thuật Lạnh và Điều hòa không khí làm đồ án môn học hoặc đồ án tốt nghiệp về thiết kế kho lạnh bảo quản thực phẩm/thủy sản.
- Kỹ sư thiết kế cơ điện lạnh (HVACR) trong việc tra cứu các bước tính toán phụ tải nhiệt, kết cấu panel cách nhiệt vỏ kho và quy hoạch mặt bằng kho bảo quản đông công nghiệp.
- Cán bộ kỹ thuật tại các nhà máy chế biến thủy sản cần tài liệu hướng dẫn về quy trình thử bền, thử kín, nạp gas R404a, lắp đặt hệ thống xả tuyết điện trở và vận hành an toàn hệ thống lạnh.
Nội dung đáng chú ý nhất: Phương pháp tính toán chi tiết từng thành phần phụ tải nhiệt kho lạnh theo định mức thực tế và quy trình tra cứu xác lập các điểm nút chu trình R404a trên đồ thị $p-i$.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao công trình lựa chọn nhiệt độ bảo quản trong kho là $-25 \pm 2^\circ\text{C}$?
Nhiệt độ này được lựa chọn dựa trên yêu cầu công nghệ trữ đông mặt hàng cá béo trong thời gian dài. Mức nhiệt này đảm bảo sản phẩm không bị rã đông hay tái kết tinh tinh thể đá, kìm hãm hoàn toàn sự phát triển của vi sinh vật và hạn chế tối đa quá trình oxy hóa chất béo trong thủy sản.
2. Giải pháp kỹ thuật nào được áp dụng để ngăn ngừa hiện tượng cơi nền do đóng băng nước ngầm?
Đồ án áp dụng đồng thời hai biện pháp: (1) Đặt sàn kho nâng cao $1,4\text{ m}$ so với mặt đất, bên dưới có các con lượn bê tông/gạch (hoặc ống thông gió $\phi 200 \div 300\text{ mm}$ cách nhau $1 \div 1,5\text{ m}$) tạo khoảng trống lưu thông không khí; (2) Lắp đặt mạng dây điện trở sưởi sàn đường kính $8 \div 12\text{ mm}$, cấp điện áp an toàn $24 \div 26\text{ V}$ điều khiển tự động duy trì nhiệt độ nền đất $\ge 1 \div 2^\circ\text{C}$.
3. Vì sao môi chất R404a được chọn thay thế cho R502 trong hệ thống này?
R404a là môi chất hỗn hợp không chứa chlorine với chỉ số $\text{ODP} = 0$, thân thiện với tầng ozone. Ngoài ra, R404a có nhiệt độ cuối tầm nén thấp hơn tới $90^\circ\text{C}$ so với R502, giúp nâng cao độ bền máy nén và dầu bôi trơn, đồng thời có đặc tính truyền nhiệt tốt và tương thích hoàn toàn với các vật liệu kim loại chế tạo máy.
4. Kích thước và số lượng buồng lạnh được xác định như thế nào từ dung tích 1500 tấn?
Từ dung tích $E = 1500\text{ tấn}$ và định mức $g_v = 0,45\text{ t/m}^3$, chiều cao chất tải $h = 5\text{ m}$, hệ số sử dụng diện tích $\beta_F = 0,80$, tác giả tính ra diện tích lạnh xây dựng $F_l = 833,34\text{ m}^2$. Chọn diện tích buồng quy chuẩn $f = 108\text{ m}^2$ (bội số của $36\text{ m}^2$), tổng số buồng được chia là 8 buồng, mỗi buồng có kích thước dài $18\text{ m} \times$ rộng $6\text{ m} \times$ cao $6\text{ m}$.
5. Năng suất lạnh yêu cầu của máy nén và công suất động cơ lắp đặt đạt giá trị bao nhiêu?
Sau khi tính toán các hệ số tổn thất và thời gian làm việc ($k = 1,07; b = 0,9$) từ phụ tải nhiệt máy nén $Q_{MN} = 55,4\text{ kW}$, năng suất lạnh yêu cầu của máy nén là $Q_0 = 65,86\text{ kW}$. Công suất điện tiêu thụ trên trục là $50,33\text{ kW}$ và công suất động cơ điện lắp đặt (với hệ số an toàn 1,2) là $N_{đ/c} = 60,4\text{ kW}$.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thành Ghin đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ tính toán thiết kế hệ thống kho lạnh bảo quản đông thủy sản dung tích 1500 tấn tại Nha Trang. Công trình đưa ra các giải pháp kỹ thuật hợp lý từ việc lựa chọn vỏ kho panel Polyurethane dày 125 mm chống đọng sương, hệ thống chống cơi nền tự động đến việc ứng dụng môi chất lạnh thế hệ mới R404a trên chu trình máy nén trục vít Bitzer. Các kết quả tính toán phụ tải nhiệt và thông số chu trình nhiệt động được trình bày chi tiết, có cơ sở khoa học, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật và công nghệ bảo quản lạnh công nghiệp.
