Đang tải... (xem toàn văn)
Trong đồ án này sẽ đi khảo sát một phương án: Xử lý S)2 bằng phương pháp hấp thu với dung môi là nước. Nhằm tìm hiểu xem quá trình xử lý có đạt hiệu quả và kinh tế không, để có thể đưa vào hệ thống xử lý khí thải trong các ngành sản xuất công nghiệp và sinh hoạt.
Đồ án môn học QTTB Phần I: GVHD: thầy Trần Văn Ngũ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ I/ Khái niệm - Tủ cấp đông tiếp xúc hệ thống lạnh thuộc nhóm phòng lạnh thường dùng để đông lạnh nhanh thủy hải sản, thịt Sản phẩm làm lạnh gần tiếp xúc với dàn lạnh nên thời gian đông lạnh rút ngắn, chất lượng sản phẩm tốt - Tủ cấp đông tiếp xúc cấu tạo dàn khung kim loại chịu lực Giữa lớp vỏ lớp vật liệu cách nhiệt polyuretan Vì kết cấu bao che tủ cấp đông tiếp xúc đơn giản, gọn nhẹ - Dàn lạnh khay (plate) hợp kim nhôm Các khay vừa kệ để sản phẩm vừa dàn lạnh Tác nhân lạnh dẫn vào khay Các khay nâng lên hay hạ xuống xy lanh thủy lực để đảm bảo sản phẩm làm lạnh tiếp xúc tốt với dàn lạnh từ hai phía Như truyền nhiệt tủ cấp đông tiếp xúc theo nguyên tắc đối lưu máy lạnh thông thường mà theo nguyên tắc dẫn nhiệt với bề mặt truyền nhiệt khay Tác nhân lạnh làm lạnh khay dẫn nhiệt, khay truyền nhiệt cho sản phẩm II/ Các thông số thiết bị chọn quy trình công nghệ Giải thích lựa chọn 1/ Tác nhân lạnh Sử dụng tác nhân lạnh Amoniac (NH3 , R717) vì: * Ưu điểm NH3 - Tính chất nhiệt động tốt - Không ăn mòn kim loại đen nhôm, thiết bị NH tiếp xúc trực tiếp với khay nhôm dùng NH3 hợp lý - NH3 có mùi đặc trưng dễ phát rò rỉ - Rẻ tiền, dễ kiếm, dễ vận chuyển bảo quản - Năng suất lạnh riêng thể tích lớn nên máy nén thiết bị gọn nhẹ - Hệ số dẫn nhiệt trao đổi nhiệt lớn, thuận tiện cho thiết kế, chế tạo thiết bị ngưng tụ bay - Độ nhớt nhỏ lưu động tốt đỡ tổn thất áp suất SVTH: Trịnh Ngọc Tùng trang Đồ án môn học QTTB GVHD: thầy Trần Văn Ngũ * Nhược điểm Những nhược điểm môi chất lạnh NH không ảnh đến qúa trình làm việc tủ cấp đông tiếp xúc Ví dụ: với nhược điểm “làm giảm chất lượng thực phẩm, gây biến màu nhanh thực phẩm bảo quản” – tính chất không gây ảnh hưởng tủ cấp đông tiếp xúc tác nhân lạnh NH3 không tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm làm lạnh mà gián tiếp thông qua khay sử dụng tốt Tóm lại sử dụng Amoniac hoàn toàn phù hợp 2/ Chu trình lạnh máy nén pittông Hệ thống làm việc theo chu trình lạnh cấp nén sử dụng bình trung gian ống xoắn, van tiết lưu * Chọn máy nén cấp vì: - Tỉ số nén cao, vượt khỏi giá trị cực đại max - Cần có nhiệt độ dầu nhỏ 60oC - Hệ số cấp >0,6 Khi gặp điều kiện tiên ta phải chọn máy nén cấp Hơn nữa: - Máy nén cấp phù hợp với vận hành liên tục - Hiệu suất cao, giá vận hành rẻ Mặc dù vốn đầu tư ban đầu cao giá thành đơn vị lạnh thấp hơn, đặc biệt chế độ làm việc mà máy nén cấp không vận hành * Chọn chu trình cấp sử dụng bình trung gian ống xoắn, van tiết lưu vì: - Sử dụng bình trung gian để hạ nhiệt độ môi chất trước vào máy nén cao áp để đạt đến điểm bảo hòa khô thực làm mát trung gian hoàn toàn - Sử dụng van tiết lưu làm suất lạnh riêng tăng, công nén giảm - Nếu sử dụng bình trung gian loại thường (tức lỏng khỏi thiết bị ngưng tụ khỏi máy nén thấp áp vào bình trung gian) có nhược điểm vận hành là: dầu từ máy nén hạ áp vào bình trung gian, theo môi chất lỏng, qua van tiết lưu vào thiết bị bốc Ở nhiệt độ thấp dầu bị quánh lại tạo lớp trở nhiệt, làm giảm khả trao đổi nhiệt bình bốc (trong hệ thống tủ cấp đông tiếp xúc chúng khay) SVTH: Trịnh Ngọc Tùng trang Đồ án môn học QTTB GVHD: thầy Trần Văn Ngũ Để khắc phục nhược điểm ta sử dụng bình trung gian ống xoắn, dòng lỏng từ thiết bị ngưng tụ chia làm nhánh: nhánh qua ống xoắn qúa lạnh để qua van tiết lưu (2) vào bình bay Nhánh phụ qua van tiết lưu (1) vào bình trung gian bay làm mát nén hạ áp Sơ đồ nguyên lý quy trình lạnh thể hình hình đây: Hình 1: sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh SVTH: Trịnh Ngọc Tùng trang GVHD: thầy Trần Văn Ngũ Đồ án môn học QTTB Hình 2: đồ thị lgP - h hệ thống lạnh 3/ Các thiết bị a) Thiết bị ngưng tụ - Sử dụng thiết bị ngưng tụ kiểu vỏ ống nằm ngang làm mát nước thiết bị loại gọn, dễ vệ sinh dó nhiên nước giải nhiệt tốt không khí - Dòng môi chất ống, nước ống để dễ vệ sinh - Để tiết kiệm nước ta sử dụng tháp giải nhiệt Ngoài sử dụng tháp giải nhiệt nhiệt độ ngưng tụ công suất lạnh ổn định, phụ thuộc nhiệt độ môi trường mùa khí hậu năm - Một lý khác để ta chọn thiết bị ngưng tụ vỏ ống nằm ngang hệ số truyền nhiệt cao, tiêu hao kim loại ít, dễ chế tạo, lắp đặt, vận hành, sửa chữa vệ sinh ống b) Van tiết lưu Một thiết bị nhỏ bé vô quan trọng hệ thống lạnh Van tiết lưu dùng để tiết lưu tác nhân lạnh lỏng từ áp suất ngưng tụ P k đến áp suất sôi Po đồng thời điều chỉnh việc cung cấp lỏng cho hệ thống lạnh SVTH: Trịnh Ngọc Tùng trang Đồ án môn học QTTB GVHD: thầy Trần Văn Ngũ Để tự động hóa hệ thống lạnh ta sử dụng van tiết lưu nhiệt điều khiển cảm biến nhiệt dựa tín hiệu qúa nhiệt c) Các thiết bị phụ (1) Bình tách dầu – dùng bình Phải tách dầu môi chất không hòa tan dầu Bình tách dầu đặt đứng vuông góc với đường đẩy dễ thực việc tách (2) Bình chứa dầu Gom dầu từ: bình tách dầu, bình chứa cao áp, bình trung gian… để giảm tổn thất giảm nguy hiểm xả dầu từ áp suất cao máy nén (3) Bình chứa cao áp Đặt bình ngưng để chứa lỏng ngưng tụ nhằm giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ (tức ta hoàn toàn kết hợp thiết bị ngưng tụ bình chứa cao áp), đồng thời trì cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu (4) Bình tách lỏng Để tách giọt lỏng khỏi luồng hút máy nén, tránh cho máy nén hút phải lỏng gây va đập thủy lực làm hỏng máy (5) Bình trung gian Vì sử dụng chu trình cấp nén dùng bình trung gian để hạ nhiệt độ cuối qúa trình nén môi chất (6) Bình tách khí không ngưng - Trong hệ thống lạnh NH3 có lượng khí không ngưng tuần hoàn môi chất lạnh làm giảm hiệu qủa trao đổi nhiệt, tăng áp suất ngưng tụ nhiệt độ cuối tầm nén Bình tách khí không ngưng có nhiệm vụ tách lượng khí không ngưng khỏi hệ thống - Bình tách khí không ngưng gắn với bình chứa cao áp SVTH: Trịnh Ngọc Tùng trang GVHD: thầy Trần Văn Ngũ Đồ án môn học QTTB TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ Phần II: I/ Các thông số chọn tính toán sơ Hệ thống thiết bị làm việc Thành phố Hồ Chí Minh, có thông số khí tượng : + Độ ẩm không khí: 74% (mùa hè) + Nhiệt độ không khí trung bình: 37,3oC (mùa hè) + Nhiệt độ nhiệt kế ướt: tư = 33 oC + Nhiệt độ đọng sương: ts =32 oC 1/ Nhiệt độ ngưng tụ tk - Nhiệt độ nước vào bình ngưng: t w1 = tö + (3 5) oC = 33 oC + oC = 37 oC - Nhiệt độ nước ra: t w = t w1 + tw = 37 oC + oC (do vỏ ống nằm ngang nên ta lấy tw = oC) = 42 oC - Chọn nhiệt độ tối thiểu tmin = 5K ta coù tk = t w + tmin = 42+5 = 47 oC - Nhiệt độ bốc to = f(môi trường làm lạnh) Nhiệt độ bốc to phụ thuộc nhiệt độ môi trường làm lạnh (thấp nhiệt độ môi trường làm lạnh từ 13 oC) Trong trường hợp hệ thống lạnh tủ cấp đông tiếp xúc không khí không đóng vai trò làm lạnh sản phẩm ta coi chúng môi trường làm lạnh hay môi trường bị ảnh hưởng lạnh trực tiếp với nhiệt độ -35 oC Nhiệt độ bốc hơi: to=(-35) - = -40 oC - Nhiệt độ qúa lạnh: SVTH: Trịnh Ngọc Tùng trang GVHD: thầy Trần Văn Ngũ Đồ án môn học QTTB tql= f(môi trường giải nhiệt (nước)) Nhiệt độ qúa lạnh thấp suất lạnh lớn, choïn tql = tk - tql =5 o C - Nhiệt độ qúa nhiệt: chọn t qn = oC Nhiệt độ môi chất vào máy nén thấp áp: t1= to+ t qn = -40 oC + oC = -35 oC - Áp suất bốc hơi: po= 0,7171 bar = 0,07171 MPa - Áp suất ngưng tụ: pk=18,794 bar = 1,8794 MPa - Áp suất trung gian: p tg p k p o = 3,671 bar = 0,3671 MPa - Các thông số chu trình tra tính dựa bảng 7.40 bảng 7.51 TLTK[11] Các ký hiệu thông số thể hình bảng 1: SVTH: Trịnh Ngọc Tùng trang GVHD: thầy Trần Văn Ngũ Đồ án môn học QTTB Hình 3: đồ thị lgp – h tương ứng với thông số cho bảng Bảng 1: thông số điểm trình Thông số t(oC) p(bar) (dm3/kg) h(kj/kg) s(kj/kg.K) 1’ -40 0,7171 1551 1407,3 6,2404 -35 0,7171 1588,1 1418,4 6,2875 69,96 3,671 479,25 1632,9 6,2875 8 -4,12 3,671 335,2 1456,3 5,67 116,04 18,794 94,08 1698,32 5,67 5’ 47 18,794 1,7607 420,24 1,7354 42 18,794 - 385 - 18,794 - 209 - -4,12 3,671 - 385 - -4,12 3,671 1,5523 181,17 0,9310 10 -40 0,7171 - 209 - Điểm II/ Tính cách nhiệt Tủ cấp đông tiếp xúc cấu tạo gồm dàn khung kim loại chịu lực bao bọc hai phía thép không rỉ Giữa lớp thép người ta phun vật liệu cách nhiệt polyuretan + Lớp (1), (3): thép không rỉ, có bề dày 1 0,005m 1 = 39 kcal/mhđộ SVTH: Trịnh Ngọc Tùng trang GVHD: thầy Trần Văn Ngũ Đồ án môn học QTTB + Lớp (2) polyuretan: cn 0,028 kcal/mhđộ - Hệ số truyền nhiệt k lớp vỏ tủ: k 1 i cn 1 i cn đó: 1: hệ số tỏa nhiệt từ tường cách nhiệt 2: hệ số tỏa nhiệt từ tường buồng = 29 kcal/m2hđộ = kcal/m2hđộ Độ dày yêu cầu lớp cách nhiệt: 1 cn cn k theo baûng 3-3, p63[1]: i i 2 1 k = 0,19 W/m2độ = 0,163 kcal/m2hđộ 0,05 cn 0,028 2 39 0,163 29 0,1672 mm chọn lên: cn 0,19 mm k tt 1 0,05 0,19 2 29 39 0,028 = 0,144 kcal/m2hđộ = 0,167 W/m2độ * Kiểm tra đọng sương: k k s 0,951 SVTH: Trịnh Ngọc Tùng t1 t s t1 t p trang 10 GVHD: thầy Trần Văn Ngũ Đồ án môn học QTTB Trong đó: = -35 oC (nhiệt độ buồng lạnh) t1 = 37,3 oC (nhiệt độ không khí trời) ts = 32 oC (nhiệt độ đọng sương không khí) ks = 2,02 k tt k s , tức đảm bảo không đọng sương - Kích thước tổng cộng bề dày tủ: cn 2 i 0,19 2.0,005 0,20 m III/ Chọn tủ - Tủ MCF – 10 hãng Mycom: + Tác nhân: NH3 + Năng suất: tấn/mẻ + Kích thước khay: 2000x1250mm + Chiều dày khay: 22mm + Số khay: 10 khay để sản phẩm + khay ép + Kích thước tủ: Cao: 3515 mm Dài: 3300 mm Rộng: 1830 mm Trọng lượng: 3000 kg - Làm lạnh sản phẩm “tôm vỏ không đầu” làm lạnh sơ trước đưa vào tủ cấp đông tiếp xúc để cấp đông, chúng có đặc điểm: + Khối lượng riêng đổ đống (khối lượng riêng xốp): 850 kg / m + Nhiệt độ trước vào tủ: tđ =10 oC + Nhiệt độ sản phẩm: tc =-18 oC + Enthanpy đầu: iđ =67,6 kcal/kg + Enthanpy cuối: ic =1,2 kcal/kg - Khuôn đựng tôm có kích thước: SVTH: Trịnh Ngọc Tùng trang 11 GVHD: thầy Trần Văn Ngũ Đồ án môn học QTTB PoTC PtgTC 0,005MPa, c 0,04 ToTC t oTC 273 233K TtgTC t tgTC 273 265K PoTC 0,072MPa PtgTC 0,312MPa 0,072 0,005 0,312 0,005 0,072 0,005 233 TC 0,04 0,072 0,072 0,072 265 = 0,73 - Năng suất lạnh tiêu chuẩn tính từ Qo là: Q oTC Q o với q vTC TC 735,3.0,73 27,98 36,86 kW = 42,7.103 kcal/h q V 754,6.0,54 qv q o 1198,3 754,6 kJ / m 1 1,59 Chọn máy nén cấp: N42B có thông số: [1] + Số xylanh: + + Tốc độ: 900, 1000 vòng/ ph + Năng suất lạnh: 42,8 103 kcal/h + Công suất trục: Ne = 31,1 kW VII/ Tính thiết bị ngưng tụ o - Nhiệt độ nước vào bình ngưng: t w 37 C o Nhiệt độ nước bình ngưng: t w 42 C Nhiệt độ trung bình nước bình ngưng: t w 39,5o C o - Nhiệt độ tác nhân lạnh ngưng tụ: t k 47 C Hiệu nhiệt độ nước làm maùt: t w t w t w 5 K - Nhiệt thải bình ngưng: Q k m h h 0,031.1698,32 385 40,713 kW - Nhiệt độ trung bình logarit: SVTH: Trịnh Ngọc Tùng trang 19 GVHD: thầy Trần Văn Ngũ Đồ án môn học QTTB t log t max t t ln max t đó: t max t k t w 10 K t t k t w 5 K 10 t log 7,21 K 10 ln - Lượng nước qua bình ngưng: mw Qk 40,713 1,95 kg / s C p t w 4,18.5 Cp: nhiệt dung riêng nước, Cp =4,18 kJ/kgđộ - Chọn ống trao đổi nhiệt cho bình ngưng có thông số đường kính ngoài, đường kính trong, chiều dày sau: d n 25 mm d t 20 mm s 2,5 mm Diện tích cho 1m chiều dài ống: f n 0,0785 m / m f t 0,0628 m / m - Chọn tốc độ nước bình ngưng: w 1,3 m / s - Soá oáng lối bình ngưng: n1 4m w .d w w t o Các thông số nước nhiệt độ t w 39,5 C w 992,2 kg / m 0,627 W / m.K 0,659.10 m / s Pr 4,36 4.1,95 .0,02 2.992,2.1,3 4,17 n1 SVTH: Trònh Ngọc Tùng trang 20 GVHD: thầy Trần Văn Ngũ Đồ án môn học QTTB chọn n1 = ống lối, vận tốc nước là: w 1,25 m / s - Hệ số tỏa nhiệt từ vách đến nước làm mát: d t w + Reynold: Re 1,25.0,02 0,659.10 =37936,3 > 104 chảy rối + Chuẩn số Nusselt trường hợp là: t d t 0,021 Re 0,8 Pr 0, 43 0,021.37936,30 ,8.4,36 , 43 182,16 Nu t Nu. dt 182,16.0,627 5711 W / m K 0,02 - Tính bố trí ống Mật độ dòng nhiệt tính theo bề mặt phía là: qi i i t log t v A t log t v i t i : tổng nhiệt trở vách ống cặn bẩn, i =0,00026 m2.K/W i A i t i 1 0,00026 5711 2298,32 q i 2298,32 t log t v Vì mật độ dòng nhiệt tính theo diện tích xung quanh bề mặt ống trụ thay đổi theo đường kính ống giá trị nhiệt độ toạ độ tính toán nên để xác định mật độ dòng nhiệt bề mặt ống cần chọn sơ kết cấu bình ngưng giá trị q i để tính sơ kiểm tra lại - Chọn t v 0,3t log q ie 2298,32.0,7.t log = 11600W/m2 SVTH: Trịnh Ngọc Tùng trang 21 ... Các thiết bị a) Thiết bị ngưng tụ - Sử dụng thiết bị ngưng tụ kiểu vỏ ống nằm ngang làm mát nước thiết bị loại gọn, dễ vệ sinh dó nhiên nước giải nhiệt tốt không khí - Dòng môi chất ống, nước. .. ống, nước ống để dễ vệ sinh - Để tiết kiệm nước ta sử dụng tháp giải nhiệt Ngoài sử dụng tháp giải nhiệt nhiệt độ ngưng tụ công suất lạnh ổn định, phụ thu? ??c nhiệt độ môi trường mùa khí hậu năm... TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ Phần II: I/ Các thông số chọn tính toán sơ Hệ thống thiết bị làm việc Thành phố Hồ Chí Minh, có thông số khí tượng : + Độ ẩm không khí: 74% (mùa hè) + Nhiệt độ không khí trung