TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ


ĐỒ ÁN MÔN HỌC
QUÁ TRÌNH VÀ
THIẾT BỊ
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHO LẠNH
BẢO QUẢN TRÁI CÂY NĂNG SUẤT 120 TẤN
GVHD: TH.S ĐÀO THANH KHÊ
SVTH : NGUYỄN HOÀNG LINH
MSSV : 2004110090
LỚP : 02DHHH1
Tp.Hồ Chí Minh - Tháng 6/2014
Đồ án thiết kế kho lạnh bảo quản trái cây năng suất 120 tấn
LỜI MỞ ĐẦU
   
Trái cây là loại thực phẩm không thể thiếu trong đời sống hàng ngày. Đây là nguồn cung
cấp vitamin và khoáng chất cần thiết cho cơ thể . Nước ta là một nước nhiệt đới với đủ loại cây
trái quanh năm . Tuy nhiên chính thời tiết nóng ẩm lại là nguyên nhân làm cho trái cây rất dễ bị
hư hỏng khi tiến hành thu hoạch theo thời vụ. Do đó vấn đề đặt ra là làm sao bảo quản sản phẩm
trái cây được lâu dài . Phương pháp hiệu quả nhất hiện nay là bảo quản trái cây trong phòng
lạnh . Theo phương pháp này , trái cây sau thời gian dài bảo quản vẫn còn giữ được chất lượng
tương đối tốt .
Đề tài “ Thiết kế hệ thống kho lạnh bảo quản trái cây quả năng suất 120 tấn”.
Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi nhiều sai sót .
Em rất mong nhận được những đóng ý kiến của các thầy cô để đề tài được hoàn thiện
hơn.
Chữ ký của giáo viên nhận xét
GVHD: Th.s Đào Thanh Khê Trang 4
Đồ án thiết kế kho lạnh bảo quản trái cây năng suất 120 tấn
LỜI NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN
   
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT 15
4.1 TÍNH DÒNG NHIỆT TỔN THẤT 16
4.1.2 Tính dòng nhiệt do sản phẩm tạo ra 16
4.1.4 Dòng nhiệt do thông gió buồng lạnh 19
4.2 XÁC ĐỊNH TẢI NHIỆT CHO THIẾT BỊ VÀ MÁY NÉN 20
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH, TÍNH CHỌN MÁY NÉN 20
5.1 CHỌN CÁC THÔNG SỐ CỦA CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC 20
5.1.1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh 21
5.1.2 Nhiệt độ ngưng tụ 21
5.1.3 Nhiệt độ hơi hút (th) 22
5.1.4 Nhiệt độ quá lạnh (tql) 22
5.2 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH 23
5.2.1 Năng suất lạnh riêng khối lượng 23
GVHD: Th.s Đào Thanh Khê Trang 6
Đồ án thiết kế kho lạnh bảo quản trái cây năng suất 120 tấn
5.2.2 Lưu lượng môi chất qua máy nén 24
5.2.3 Năng suất thể tích thực tế của máy nén [ 1, 214 ] 24
5.2.4 Hệ số cấp của máy nén 24
5.2.5 Thể tích hút lý thuyết 27
5.2.6 Công nén đoạn nhiệt 27
5.2.7 Công nén chỉ thị 27
5.2.8 Công suất ma sát 28
5.2.9 Công suất hữu ích 28
5.2.10 Công suất điện 28
5.2.11 Công suất động cơ lắp đặt 30
5.2.12 Phụ tải nhiệt dàn ngưng 30
5.3 TÍNH CHỌN MÁY NÉN 30
5.4 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 31
5.5 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ BAY HƠI 33
CHƯƠNG 6: CÁC THIẾT BỊ KHÁC CỦA HỆ THỐNG 36

tiếp xúc với những vật lạnh hơn. Sau này kỹ thuật lạnh ra đời đã thâm nhập vào các ngành kinh tế
quan trọng và hỗ trợ tích cực cho các ngành đó như:
- Ngành công nghệ chế biến và bảo quản thực phẩm
- Trong công nghiệp nặng: làm nguội khuôn đúc
- Trong y tế: chế biến và bảo quản máu, thuốc
- Trong công nghệ hóa chất
- Trong lĩnh vực sinh hoạt đời sống: điều hòa không khí
Đóng vai trò quan trọng nhất là ngành công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm. Tuy
nhiên để có thể giữ cho thực phẩm được lâu dài để cung cấp, phân phối cho nền kinh tế quốc dân,
thì phải bảo quản đông nhằm giữ cho các vi sinh vật làm ôi thiu thực phẩm càng bị ức chế, các
quá trình phân giải diễn ra rất chậm. Vì vậy mà có thể giữ cho thực phẩm không bị hỏng trong
thời gian dài.
1.2 NỘI DUNG VÀ YÊU CẦU THIẾT KẾ
1. Bảo quản mát
- Sản phẩm bảo quản: trái cây
- Dung tích: 120 tấn
- Nhiệt độ kho lạnh bản quản: 4oC
- Nhiệt độ ngưng tụ: 25oC
2. Thông số môi trường
- Địa điểm xây dựng: kho lạnh đặt tại Tp.HCM
- Nhiệt độ môi trường: tn=37,3oC
- Độ ẩm môi trường:
3. Môi chất lạnh
- Môi chất lạnh sử dụng trong kho lạnh bảo quản là R22
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN KHO LẠNH
2.1 TÍNH THỂ TÍCH KHO LẠNH
Thể tích kho lạnh được xác định theo công thức:
V = (m
3
)

Dung tích thật sự của buồng lạnh
E = E
sp
+ E
bb
= 120 + 12 = 132 (t)
Thể tích buồng lạnh
V = (m
3
)
2.2 DIỆN TÍCH CHẤT TẢI TRONG KHO LẠNH
Chọn h = 3 m
Công thức xác định diện tích chất tải buồng lạnh:
F= (m
2
)
Trong đó:
h – Chiều cao chất tải, m
2.3 TẢI TRỌNG NỀN
Công thức tính tải trọng nền:
g
f
= g
v
h = 0.45 x 3 = 1.35 ( tấn/m
2
)
Trong đó:
h – Chiều cao chất tải.
g

phụ thuộc vào kích
thước của buồng lạnh.
Đối với buồng diện tích nhỏ hơn 100 m
2
, β
F
= 0,70÷0,75
Đối với buồng diện tích 100- 400 m
2
, β
F
= 0,75÷0,80
Đối với buồng diện tích hơn 400 m
2
, β
F
= 0,8÷0,85
Chọn kích thước kho lạnh
Diện tích buồng lạnh quy chuẩn (bội của 36 m
2
) nên chọn F
xd
= 144 m
2
(12×12)
Chọn kích thước kho như sau: 12 x 12 x 5
GVHD: Th.s Đào Thanh Khê Trang 1 1
37.130
75.0
78.97

2
= 9 W/m
2
.K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu cưỡng bức).
δ
i
: bề dày của vật liệu làm tường (bảng 1).
λ
i
: hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng 1).
K = 0.35 W/m
2
.K : hệ số truyền nhiệt quy chuẩn.
=> chọn δ
1
= 0.2 m
GVHD: Th.s Đào Thanh Khê Trang 1 2
m1.0
9
1
3.0
004.0
82.0
38.0
88.0
02.03
3.23
1
35.0
1




++−=
∑
21
11
111
αλ
δ
α
λδ
i
i
K
Đồ án thiết kế kho lạnh bảo quản trái cây năng suất 120 tấn
Hệ số truyền nhiệt K
K = 0.202 W/m
2
.K
3.1.3 Kiểm tra đọng sương
Điều kiện để vách ngoài của kho lạnh không bị đọng sương:
Trong đó:
t
1
: nhiệt độ bên ngoài kho bảo quản lạnh đông (
o
C)
t
s

tt
k
s
s
−
−
××=
α
)./(65.3
53.37
323.37
3.2395.0
2
KmWk
s
=
−
−
××=⇒
Đồ án thiết kế kho lạnh bảo quản trái cây năng suất 120 tấn
Bảng 2: Kết cấu cách nhiệt của nền
Vật liệu Bề dày δ (m) Hệ số truyền nhiệt λ (W/m.K)
Bêtông đất 0.02 1.6
Bêtông tấm 0.10 1.0
Cách nhiệt (Stiropor) 0.20 0.047
Cách ẩm bitum 0.005 0.23
Vữa 0.01 0.88
Bêtông cốt thép 0.15 1.5
Cộng 0.485
3.2.2 Xác định bề dày lớp cách nhiệt

9
1
5.1
15.0
88.1
01.0
23.0
005.0
1
1.0
6.1
02.0
3.23
1
35.0
1
047.0
2
=












3.3.1 Kết cấu cách nhiệt của trần
Mái kho lạnh không được phép đọng nước và thấm nước.Mái có kết cấu như sau:
Bảng 3: Kết cấu cách nhiệt của trần kho lạnh
Vật liệu Bề dày δ(m) Hệ số truyền nhiệt λ (W/mK)
Bêtông cốt thép 0.07 1.5
Vữa 0.01 0.88
Bitum 0.005 0.23
Cách nhiệt (Stiropor) 0.15 0.047
Vữa trên lưới thép 0.04 0.88
Cộng 0.1957
3.3.2 Xác định bề dày lớp cách nhiệt
Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức:
Trong đó:
α
1
= 23.3 W/m
2
.K : hệ số cấp nhiệt của không khí bên ngoài (tường có chắn gió).
α
2
= 9 W/m
2
.K : hệ số cấp nhiệt của không khí trong phòng (đối lưu cưỡng bức).
δ
i
: bề dày của vật liệu làm tường (bảng trên).
λ
i
: hệ số truyền nhiệt của vật liệu làm tường (bảng trên).
K = 0.35 W/m

33
111
αλα
λδ
i
i
d
K
m12.0
9
1
88.0
04.0
23.0
005.0
88.0
01.0
5.1
07.0
3.23
1
35.0
1
047.0
3
=





: dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra.
Q
3
: dòng nhiệt do vận hành kho.
Q
4
: dòng nhiệt do thong gió buồng lạnh.
4.1 TÍNH DÒNG NHIỆT TỔN THẤT
4.1.1 Tính nhiệt thất thoát qua vách
4.1.2 Tính dòng nhiệt do sản phẩm tạo ra
 Dòng nhiệt do trái cây tỏa ra:
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 :
GVHD: Th.s Đào Thanh Khê Trang 1 6
Bao che K (w/m2k) F(m2) T (k) Q1 =KF T (w)
Tường ngoài 0.202 60 62.3 755.076
Tường ngoài 0.202 60 62.3 755.076
Tường ngoài 0.202 60 62.3 755.076
Tường ngoài 0.202 60 62.3 755.076
Nền 0.215 144 62.3 1928.808
Trần 0.288 144 62.3 2583.7056
Tổng Q
1

) ,W
=120 (0.140.7 + 0.914) = 1667 (W)
Với: E : dung tích kho lạnh
q
n
và q
hp
:dòng nhiệt tỏa ra khi có sản phẩm nhập vào kho lạnh, sau đó là
nhiệt độ bảo quản kho lanh . W/t (bảng 4-5)
 Dòng nhiệt do bao bì tỏa ra:
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/(243600) : hệ số chuyển đổi t/24h ra kg/s
Ta có : Khối lượng bao bì gỗ : M
b
= 10%M = 10% 9.6 =0.96 (t/24h)
Nhiệt dung riêng của bao bì gỗ : C
b
= 2.5 (kJ/kgK)
GVHD: Th.s Đào Thanh Khê Trang 1 7
Đồ án thiết kế kho lạnh bảo quản trái cây năng suất 120 tấn
Nhiệt độ bao bì trước khi bảo quản: t1= 8
o
C
Nhiệt độ bao bì sau khi bảo quản : t2 =4

32
= 350n ,W
350: nhiệt lượng do người tỏa ra khi làm việc nặng
n: số người làm việc trong phòng, chọn n=3
Q
32
= 3503 = 1050 W
 Dòng nhiêt do động cơ điện:
Q
33
= 1000N ,W
N: công suất động cơ điện , N = 2
Q
33
= 10002= 2000 W
 Dòng nhiệt khi mở cửa:
Q
34
= BF ,W
B: dòng nhiệt do tổn thất kho lạnh mở cửa cho 1 m
2
phòng lạnh, B= 15 (tra bảng 4-
4)
F: diện tích phòng lạnh, F = 144 m
2
Q
34
= 15144 = 2160 W
Vậy dòng nhiệt vận hành:
Q

Q = Q
1
+ Q
2
+ Q
3
+ Q
4

= 7532.82 + 3478.11 + 5382.80 + 588.80 = 16982.53 W
4.2 XÁC ĐỊNH TẢI NHIỆT CHO THIẾT BỊ VÀ MÁY NÉN
Tải nhiệt cho thiết bị là tổng các tải nhiệt thành phần có giá trị cao nhất :
Q
MN
= Q
1
+ Q
2
+ Q
3
+ Q
4
+ Q
5
W (4-15) (NĐL)
⇒ Q
MN
=7532.82 + 3478.11 + 5382.80 + 588.80 = 16982.53 (W)
Năng suất lạnh của máy nén được xác định theo biểu thức:
Q

.
5.1.1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh
Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh phụ thuộc vào nhiệt độ của kho lạnh. Có thể lấy như sau:
t
0
= t
b
- ∆t
0
,
0
C [ 1, 204 ]
Trong đó:
t
b
- là nhiệt độ kho lạnh.
t
b
= 4
0
C;
∆t
0
- là hiệu nhiệt độ yêu cầu.
Kho lạnh lựa chọn phương pháp làm lạnh trực tiếp, độ ẩm của không khí trong kho
cao, hiệu nhiệt độ yêu cầu là 8 ÷ 13
0
C nên chọn ∆t
0
= 13

- là hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu,
0
C.
Chọn nhiệt độ ngưng tụ thực ra là một bài toán tối ưu về kinh tế và kỹ thuật, để đạt
giá thành một đơn vị lạnh là nhỏ nhất, nếu hiệu nhiệt độ ngưng tụ nhỏ, nhiệt độ ngưng tụ
thấp, năng suất lạnh tăng nhưng phải tăng chi phí cho điện năng chạy bơm nước giải
GVHD: Th.s Đào Thanh Khê Trang 21
Đồ án thiết kế kho lạnh bảo quản trái cây năng suất 120 tấn
nhiệt
∆t
k
= ( 3 ÷ 5 )
0
C có nghĩa là nhiệt độ ngưng tụ cao hơn nhiệt độ nước ra từ 3 ÷ 5
0
C. [ 1, 205 ]
Chọn ∆t
k
=5
0
C.
- Nhiệt độ nước đầu vào, đầu ra chênh lệch nhau( 2 ÷ 6)
0
C phụ thuộc vào kiểu thiết bị
ngưng tụ.
t
w2
= t
w1
+ (2÷ 6)

= 37
o
C.
t
w2
=37+ 5 = 42
o
C.
t
k
= 42 +5= 47
o
C.
5.1.3 Nhiệt độ hơi hút (th)
- Nhiệt độ quá nhiệt là nhiệt độ của hơi môi chất trước khi vào máy nén. Nhiệt độ
hơi hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất.
- Mục đích của việc quá nhiệt hơi hút là để bảo vệ máy nén tránh không hút phải
lỏng. Tuỳ từng loại môi chất và máy nén mà có nhiệt độ quá nhiệt khác nhau.
- Đối với máy lạnh frêon, do nhiệt độ cuối tầm nén thấp nên độ quá nhiệt hơi hút
có thể chọn cao. Trong máy nén frêon, độ quá nhiệt hơi hút đạt được trong thiết bị hồi
nhiệt.
Với môi chất frêon độ quá nhiệt khoảng (10 ÷15)
0
C. [ 1, 208]
Chọn ∆t
h
= 15
0
C. =>Nên t
qn

phương trình sau:
h
1
- h
1’
= h
3’
– h
3
Trong đó h
1,
h
1’
, h
3’
, h
3
là entalpi tại các điểm nút trên đồ thị lgp – I.
Tra đồ thị lgp-i của môi chất R22 ta được:
t
o
= -9
o
C ⇒ h
1’
= 401,57 kJ/kg
t
qn
= 6
o

C
Áp suất
bar
Entapi
kJ/kg
Thể tích riêng
m
3
/kg
1
1’
2
2’
3’
3
4
6
-9
90
47
47
40
-9
6,022
3,6767
44,374
18,034
18,034
18,034
6,022

0
= 401.57- 253.266 = 148.304 kJ/kg.
5.2.2 Lưu lượng môi chất qua máy nén
Ta có: kg/s.
[ 1, 211 ]
5.2.3 Năng suất thể tích thực tế của máy nén [ 1, 214 ]
Ta có : V
tt
= G v
1
= 0.14 0.42 =0.0588 m
3
/s
5.2.4 Hệ số cấp của máy nén
Chế độ làm lạnh của hệ thống lạnh:
t
o
= -9
0
C ⇒ p
o
= 3.6767Pa.
t
k
= 47
0
C ⇒ p
k
= 18.034Pa.
Ta có π = => π<9 nên ta

1
2-3 : Làm mát đẳng áp p=p
tg
=const ở thiết bị trung gian
3-4 : Nén đoạn nhiệt ở máy nén cao áp s
4
=s
3
4-5’ : Ngưng tụ đẳng áp p=p
k
=const trong thiết bị ngưng tụ, môi chất nhả nhiệt lượng
q
k
cho mô trường giải nhiệt
5’-5: Quá trình quá lạnh đẳng áp p=p
k
=const trong thiết bị hồi nhiệt
5-6: Tiết lưu từ áp suất p
k
,h
5
=h
6
6-1’:Bay hơi đẳng áp, đẳng nhiệt trong thiết bị bay hơi
1’-1: Quá trình quá nhiệt đẳng áp p=p
0
=const ở thiết bị hồi nhiệt
GVHD: Th.s Đào Thanh Khê Trang 25