Tính toán thiết kế hệ thống đá ống công suất 10 tấn ngày

Đề tài: Tính toán thiết kế hệ thống đá ống công suất 10 tấnngày. Tìm hiểu thông kỹ thuật cần thiết để thiết kế hệ thống đá ống. Xác định kích thước phù hợp với công suất do đề án đề ra. Tính toán tải lạnh, cách nhiệt và cách ẩm cho hệ thống đá ống. Tính toán lựa chọn các thiết bị chính, thiết bị phụ của hệ thống đá ống như: Máy nén, thiết bị hồi nhiệt, thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi, bình chứa cao áp, bình chứa hạ áp…. Thiết kế hệ thống đá ống (bao gồm sơ đồ hệ thống nhiệt và bản vẽ thiết kế) Nội dung khoá luận: + Chương 1: Tổng quan + Chương 2: Cơ sở lý thuyết + Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống đá ống + Chương 4: Bản vẽ thiết kế hệ thống đá ống + Chương 5: Kết luận

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Chuyên ngành: Công Nghệ Kĩ Thuật Nhiệt

Nội dung : Tính toán, thiết kế hệ thống đá ống công suát 10 tấn/ ngày

GV hướng dẫn và đánh giá: Đặng Hùng Sơn

NỘI DUNG ĐÁNH GIÁ:

ỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, nhóm chúng em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến thầy Đặng Hùng Sơn.Thầy đã hỗ trợ cũng như tạo điều kiện, truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt quá trình

thực hiện đề tài “ Tính toán, thiết kế hệ thống đá ống công suất 10 tấn/ ngày”.

Trong suốt thời gian làm đồ án em đã học tập được rất nhiều kiến thức cũng như bổ trợ cho

em những gì mà học lý thuyết ở giảng đường từ đó làm cho em hiểu sâu hơn và thực tế hơn Cóđược kiến thức như vậy là nhờ công lao của thầy đã tận tình hướng dẫn và dìu dắt em trong suốtthời gian làm đố án đến ngày hoàn thành

Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian và không khỏi tránh những sai xót trong quá trình thựchiện Em mong nhận được sự hướng dẫn và góp ý của thầy để đề tài của nhóm hoàn thiện tốthơn

Em xin chân thành cảm ơn!

ÓM TẮT

Đề tài: Tính toán thiết kế hệ thống đá ống công suất 10 tấn/ngày

Tìm hiểu thông kỹ thuật cần thiết để thiết kế hệ thống đá ống

Xác định kích thước phù hợp với công suất do đề án đề ra

Tính toán tải lạnh, cách nhiệt và cách ẩm cho hệ thống đá ống

Tính toán lựa chọn các thiết bị chính, thiết bị phụ của hệ thống đá ống như: Máy nén, thiết

bị hồi nhiệt, thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay hơi, bình chứa cao áp, bình chứa hạ áp…

Thiết kế hệ thống đá ống (bao gồm sơ đồ hệ thống nhiệt và bản vẽ thiết kế)

Nội dung khoá luận:

+ Chương 1: Tổng quan

+ Chương 2: Cơ sở lý thuyết

+ Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống đá ống

+ Chương 4: Bản vẽ thiết kế hệ thống đá ống

+ Chương 5: Kết luận

Ngày nay, ứng dụng của ngành lạnh trở nên rất quen thuộc, gần gũi trong đời sống chúng

ta Từ trong các nhà máy, xí nghiệp, cao ốc, văn phòng đến các hộ gia đình, phương tiện đi lại,phương tiện vận chuyển, đâu đâu cũng có sự hiện diện của ngành lạnh

Trong một số nhà máy, xí nghiệp ứng dụng của ngành lạnh trở nên không thể thiếu Việc

sử dụng lạnh để bảo quản thực phẩm, sản xuất ra nước đá để phục vụ cho nhu cầu của con ngườiKhi cuộc sống con người ngày được cải thiện, mức sống con người ngày càng nâng cao thìnhu cầu về nước đá không còn đơn thuần nữa mà phải sạch, đẹp, tiện sử dụng và an toàn Đápứng cho nhu cầu này, đá viên tinh khiết ra đời và nhanh chống chiếm thị phần trên thị trường, từcác quán bar, nhà hàng, cà phê đến các quán cốc vĩa hè, nơi đâu cũng có mặt của đá viên

Để đáp ứng nhu cầu rất lớn về đá viên, nên em làm bài tiểu luận này nhằm tìm hiểu và thiết

kế “ Tính toán & thiết kế hệ thống đá ống công suất 10 tấn/ngày” Do kiến thức em còn hạn chếnên tiểu luận này sẽ không thể tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được sự góp ý củacác thầy cô giáo để bài tiểu luận thêm hoàn thiện

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử phát triển nghành lạnh [1]

Thế kỉ XIX là thời kì phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật lạnh Năm 1823 Faraday bắt đầucông bố những công trình về hoá lỏng khí SO4, H2S, CO2, N2O, C2H2, NH3, và HCl Đến năm

1845, ông đã hoá lỏng được hết tất cả các loại khí O2, N2, CH4, CO, NO, và H2 Người ta chorằng chúng là các khí không hoá lỏng được và luôn luôn chỉ ở thể khí nên gọi là khí “ vĩnh cửu– permenant”, lí do là vì Natlerev (Áo) đã nén chúng tới một áp lực cực lớn 3600 atm mà vẫnkhông hoá lỏng được chúng Mãi tới năm 1869, Andrew (Anh) giải thích được điểm tới hạn củakhí hoá lỏng và nhờ đó Cailletet và Pictet (Pháp) hoá lỏng khí “vĩnh cửu” O2 và N2 năm 1877,Dewar (Anh) hoá lỏng H2 năm 188, Linde (Đức) hoá lỏng O2 và N2 và tách bằng chưng cất,K.Onnes (Hà Lan) hoá lỏng được Heli

Năm 1834, J.Perkins (Anh) đã đăng kí bằng phát minh đầu tiên về máy lạnh nén hơi vớiđầy đủ các thiết bị như một máy lạnh nén hơi hiện đại gồm có máy nén, dàn ngưng tụ, dàn bayhơi và van tiết lưu Đến cuối thế kỉ XIX, nhờ có một loạt cải tiến của Linde (Đức)với việc sửdụng amoniac làm môi chất lạnh cho máy lạnh nén hơi, việc chế tạo và sử dụng máy lạnh nénhơi mới thực sự phát triển rộng rãi trong hầu hết các ngành kinh tế quốc dân

Ngày nay, kĩ thuật lạnh hiện đại đã tiến những bước rất xa, có trình độ khoa học kĩ thuậtngang với các ngành kĩ thuật tiên tiến khác Phạm vi nhiệt độ của kĩ thuật lạnh ngày nay được

mở rộng rất nhiều Người ta đang tiến dần đến nhiệt độ không tuyệt đối Phía nhiệt độ cao củathiết bị ngưng tụ, nhiệt độ có thể đạt trên 1000C dùng cho các mục đích của bơm nhiệt như sưởi

ấm, chuẩn bị nước nóng, sấy…Đây là ứng dụng của bơm nhiệt góp phần thu hồi nhiệt thải, tiếtkiệm năng lượng sơ cấp

Công suất lạnh của tổ hợp máy lạnh cũng được mở rộng: từ những máy lạnh sử dụng giảmxuống rõ rệt Tuổi thọ và độ tin cậy tăng lên Mức độ tự động hoá của các hệ thống lạnh và máylạnh tăng lên rõ rệt

1.2 Sự cần thiết của sản xuất nước đá

Từ xa xưa con người đã biết lấy các loại nước đá thiên nhiên từ sông, suối, ao, hồ để sử dụng làm lạnh, dự trữ trong nhà để mùa hè lại đem ra dùng Quá trình hình thành đá thiên nhiên dựa vào lạnh của

thiên nhiên, nhiều nơi mùa đông không khí lạnh đến - 20 0 C, -30 0 C làm cho nước trong ao, hồ, sông, suối, bị đóng băng.

Cho đến khi ngành lạnh ra đời, và bắt đầu phát triển mạnh ở trên thế giới thì con người sửdụng kỹ thuật lạnh vào trong nhiều mục đích khác nhau của mình, từ đơn giãn cho đến tinh vi.Một trong những ứng dụng đầu tiên của con người chính là sản xuất ra nước đá( đá nhântạo) ở nhiều dạng khác nhau( dạng khối, dạng viên, dạng vẩy, dạng bột .), tuỳ theo yêu cầu sửdụng và điều kiện sản xuất thực tế

Riêng đối với ngành thủy sản nước ta hiện nay nhu cầu về nước đá là rất lớn do cơ sở vậtchất kỹ thuật còn thiếu thốn nên không thể áp dụng hoàn toàn các phương pháp tiên tiến củanước ngoài để bảo quản thuỷ sản trong quá trình vận chuyển, chế biến, bảo quản lạnh Mặc khácphương pháp bảo quản nước đá lại đơn giản, tiện lợi, phù hợp với nguyên liệu thuỷ sản Chính

vì vậy mà phương pháp bảo quản nguyên liệu thủy sản bằng nước đá được sử dụng phổ biếnnhất hiện nay Ngành thủy sản nước ta đang phát triển rộng khắp trên mọi miền đất nước nênnhu cầu nước đá ngày càng lớn

1.3 Mục đích chọn đề tài

Nội dung và mục đích nghiên cứu

1.3.1 Nội dung nghiên cứu

Tìm hiểu công nghệ làm đá, phương pháp làm đá, các thiết bị trong hệ thống đá viên dạngống

Tìm hiểu vai trò của đá viên dạng ống đối với đời sống hằng ngày và bảo quản thực phẩm,nông sản

Tính toán kích thước hệ thống đá ống

Tính toán cách nhiệt cách ẩm và tính tải cho hệ thống đá ống

Tính toán thiết kế và lựa chọn các thiết bị phụ trợ cho hệ thống đá ống

1.3.2 Mục đích nghiên cứu

Em đã chọn làm sản xuất đá ống là vì nhu cầu của thị trường về mặt giải khát ở miền nămcao, và chọn làm máy đá ống thay vì máy đá khác như máy đá viên, thì máy đá ống có công suấtcao hơn và đáp ứng được nhu cầu khu vực cung ứng, và vì đá ống có kích thước nhỏ thuận tiệncho việc đóng gói sản phẩm và vận chuyển hơn và còn có độ tan chảy thấp hơn đá viên, do đó

khối đá được giữ nguyên dáng trụ tròn trong một thời gian dài bên ngoài môi trường không khí,nhờ cấu trúc của chúng khiến hơi lạnh tương hỗ cho nhau trong trụ rỗng, giúp làm chậm quátrình tan chảy.

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

Tính toán, thiết kế hệ thống đá ống công suất 10 tấn/ngày

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

Báo cáo đồ án được thực hiện tại trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM

Chương II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Nước đá có vai trò rất quan trọng trong đời sống và trong ngành công nghiệp Trong côngnghiệp người ta thường sử dụng nước đá để ướp lạnh bảo quản thực phẩm, rau củ quả chống hưhỏng Còn trong đời sống vai trò nước đá quang trọng hơn như phục vụ giải khát, giải trí,cho cảnghệ thuật như trượt băng,

Ngành công nghiệp chế biến thực phẩm nước đá được sử dụng dưới nhiều dạng ,nhiều loạinhư đá cây, đá vảy,đá tấm,đá viên,…Chúng được sử dụng để ướp đá bảo quản thực phẩm trongquá trình chế biến và sử dụng trong ngành thủy hải sản như bảo quản cá, mực,cua,…

Chất lượng nước đá chịu tác động của nhiều yếu tố: thành phần trong nước, phương pháplàm lạnh Thông thường nước đá được lấy từ mạng nước thủy cục,các tạp chất và vi sinh vậttrong nước không được vượt quá các giá trị qui định

Các lại nước đá như:

Hì

nh 2.1: Nước đá trong

suốt

Nước đá dùng để uống phải đảm bảo điều kiện vệ sinh như đối với các thực phẩm tiêudùng trực tiếp Đối với nước đá trong được sản xuất ở nhiệt độ -100C thì hàm lượng tạp chất chophép cho phép được giới thiệu và ảnh hưởng của tạp chất đến chất lượng của nước đá được giớithiệu trong 2 bảng dưới đây

Hàm lượng sắt 0,04 mg/l

Bảng 2.2: Ảnh hưởng của tạp chất đến chất lượng nước đá

Tạp chất Ảnh hưởng đến chất lượng nước đá Kết quả chế biến nước

Canxi cacbinat

CaCO 3

Tạo thành chất lắng bẩn thường ở phần dưới và giữa cây đá làm nứt ở nhiệt độ

Sắt oxít Cho chất lắng màu vàng hay màu nâu và

nhuộm màu chất lắng canxi và magiê

Tách ra được

Silíc oxít và nhôm

oxít

Cho chất lắng bẩn Tách ra được

Chất lơ lửng Cho cặn bẩn Tách ra được

Sunfat natri clrua

và sunfat canxi

Tách ra các vết trắng, tập trung ở lõi, làm cho lõi đục và kéo dài thời gian đóng băng Không có chất lắng

Không thay đổi

có cặn

Biến đổi thành canxi clorua

2.1.1 Nước đá trong suốt

Nước đá trong là nước đá trong suốt, dưới tác dụng của các tia sáng phản xạ màu xanhphớt Để có nước trong suốt cần loại bỏ các chất tan, huyền phù và khí trong nước Vì vậy khitan không để lại chất lắng Có thể loại bỏ các tạp chất nguy trong quá trình kết tinh của đá bằngcách vớt bỏ tạp chất nổi trên bề mặt đá khi kết tinh, tránh cho không bị ngậm giữa các lớp tinhthể Để sản xuất đá trong bắt buộc phải sử dụng nguồn nước chất lượng tốt

2.1.2 Nước đá pha lê

Khi nước được sử dụng để làm đã được khử muối và khí hoàn toàn thì đá tạo ra là đá pha lê Đá pha lê trong suốt từ ngoài vào tâm và khi tan không để lại căn bắn Nước đá pha lê có thể được sản xuất

từ nước cất, nhưng như vậy giá thành sản phẩm quá cao Nước đá pha lê khi xay nhỏ ít bị dính nên rất được ưa chuộng.

Nước đá pha lê có thể sản xuất ở các máy sản xuất đá nhỏ nhưng phải đảm bảo tốc độ trên bề mặt đóng băng lớn và khử muối sạch Khối lượng riêng của đá pha lê vào khoảng 910 đến 920 kg/m 3 ).

2.1.3 Nước đá đục

Nước đá đục là nước đá có màu đục, không trong suốt, màu sắc như vậy là do có tạp chất ởbên trong Về chất lượng, nước đá dục không thể sử dụng vào mọi mục đích được mà nhi sửdụng trong kỹ thuật, công nghiệp nên gọi là nước đá kỹ thuật Các tạp chất trong nước đá dục cóthể ở dạng rắn, lỏng hoặc khí

2.2 Phân loại theo công dụng

Nước phải đảm bảo tiêu chuẩn thực phẩm về tạp chất và vi khuẩn, đặc biệt là vi khuẩnđường ruột Khi sản xuất nước đá thực phẩm phải đảm bảo tất cả các quy định về vệ sinh thựcphẩm yêu cầu

Hình 2.4: Nước đá bảo quản cá

Nước đá khử trùng được sản xuất từ nước đá khử trùng bằng hóa chất như hypocloritcanxi, natri nitrat,… Đôi khi người ta cho thêm các kháng sinh như clotetracylin 0.0001 đến0.0005% Nước đá khử trùng được dùng chủ yếu trong nghiệp cá để chuyên chở và bảo quản cátươi Dùng nước đá khử trùng có chất kháng sinh có thể tăng thời gian bảo quản cá lên đến 1.5lần

2.3 Phân loại theo nguồn nước [2]

Có 2 loại máy làm đá theo nguồn nước sử dụng làm đá:

Nước đá từ nước biển được sản xuất từ nước biển có nồng độ cao chủ yếu sử dụng trongcông nghiệp cá để chuyên chở và bảo quản cá được tươi khi đánh bắt ngoài biển Nhờ độ mặncao nên nhiệt độ nóng chảy thấp hơn 0℃ nên chất lượng bảo quản cá cao hơn và thời gian bảoquản kéo dài có khi đến 2÷3 lần Đá nước mặn được sử dụng bảo quản thực phẩm, thủy hải sảnnhư cá, mực, cua nhưng đặc biệt dùng để sử dụng bảo quản cá khi đánh bắt cá xa bờ

 Em chọn làm đá trong suốt lấy từ nguồn nước ngọt được xử lý làm sạch để đáp ứng nhucầu giải khát của thị trường

2.4 Phân loại máy làm đá

Đá Vảy là những phiến đá mỏng và khô, có kích thước độ dày cỡ 2mm, dài từ 12mm - 16

mm Máy đá vảy có dạng không tiêu chuẩn, được cắt tách ra khỏi bề mặt tạo đá của các thiết bị

và gãy vỡ dưới dạng các mảnh vỡ nhỏ Máy đá vẫy được sản xuất nhờ các cối đá dạng hình trụtròn Nước được phun lên bên trong hình trụ và được làm lạnh và đóng băng trên bề mặt trụ Trụtạo bằng có hai lớp, ở giữa là mỗi chất lạnh

Hình 2.5: Máy đá vảy

* Nguyên lý hoạt động máy đá vảy[2]

Quy trình hoạt động của thiết bị này diễn ra bên trong ống trụ có hai lớp Phần giữa hệthống là dung môi chất lỏng bay hơi, còn được gọi là cối đá Phần cối đá có hình trụ, được chếtạo từ inox gồm 2 lớp, ở giữa chính là môi chất lạnh lỏng bão hoà

Khi máy làm đá vảy hoạt động, nước sẽ bơm từ bể chứa tới khay chưa ở bên trê, Sau khinước được bơm vào khay sẽ chảy qua hệ thống ống, phun lên bề mặt trong của trụ.Một khi vàotới bộ phận này, nước sẽ được làm lạnh, phần nước đông sẽ trở thành đá ở mặt trong, lượngnước thừa sẽ chảy về và được hệ thống bơm ngược trở lại

Khi độ dày của đá đạt kích thước chuẩn thì hệ thống dao của thiết bị sẽ cắt đá rơi xuốngdưới kho chứa Việc còn lại là mở cửa kho, xúc đá vảy ra ngoài và sử dụng Thông thường trongcác nhà máy chế biến và bảo quản thuỷ hải sản, phần cối và kho đá được đặt ngay tại khu chếbiến

Có hai phương pháp cắt đá được sử dụng phổ biến:

+ Cắt bằng dao quay thì thiết bị sẽ được gắn vào trục quay với cối đá, xoay nhờ vào

sự vận hành của moto đặt bên trên máy đá vảy Với phương pháp cắt này, độ ma sátlớn, đá vảy sẽ đa dạng về kích thước

+ Cắt kiểu xoắn cố định thì hình dạng của dao như trục vít Khi máy làm đá vảy hoạtđộng, trục trung tâm quay, dao sẽ ép vỡ đá và làm đá rơi xuống kho chứa So vớiphương pháp dao quay thì phương pháp này bề mặt ma sát không cao, tăng độ bềncối đá do momen quay giảm

Ngày nay nó đã trở thành thiết bị tiêu chuẩn, bắt buộc phải có ở các xí nghiệp đông lạnh, vìchỉ có sử dụng đã vảy mới dảm bảo yêu cầu vệ sinh Ngoài ra đá vảy cũng có rất nhiều ưu điểmkhác như giá thành rẻ, chỉ phí vận hành, đường nhỏ

Đã sản xuất ra có dạng xốp như tuyết Đá tuyết có thể được ép lại thành viên kích thướcphù hợp yêu cầu sử dụng

Hình 2.6: Máy làm đá tuyết từ nước biển

Máy làm đá bông tuyết có thể hoạt động trong thời gian dài mà không sợ nóng máy vì hệthống làm mát bằng nước hiệu quả Vì vậy rất tốt trong giờ cao điểm mà khi lượng khách hàngđông thế nên lượng đá yêu cầu là rất lớn

Hệ thống điều khiển dễ dàng, thân thiện với người dùng Thiết kế nhỏ gọn dễ dàng dichuyển và phù hợp với nhiều không gian nhỏ hẹp, kiểu dáng sang trọng phù hợp trong các nhàhàng và khách sạn lớn Các bộ phận của máy có thể tháo lắp dễ dàng thuận tiện cho quá trình vệsinh

2.4.3 Máy làm đá cây

Đá cây có dạng khối hộp, để thuận lợi cho việc lấy cây đá ra khỏi khuôn ít khi người ta sảnxuất dưới dạng khối hộp chữ nhật mà dưới dạng chóp phía dáy thường nhỏ hơn phía miệng Đácây được kết đông trong các khuôn đá thường có các cỡ sau: 5; 12,5 : 24; 50 ; 100; 150 ; 200;

300 kg Khi rót nước vào khuôn, chỉ nên duy trì nước chiếm khoảng 90% dung tích khuôn, nhưvậy dung tích thực sự của khuôn lớn hơn dung tích danh định khoảng 10% Sở dĩ như vậy là vìkhuôn phải dự phòng cho sự giãn nở của đá khi đồng và nước trong khuôn phải đảm bảo chìmhoàn toàn trong nước muối Máy đá cây có thời gian đông đá tương đối dài vì khi đông đá, cáclớp đá mới tạo thành là lớp dẫn nhiệt kém nên hạn chế truyền nhiệt vào bên trong

Hiện nay một số lượng lớn đá cây được sử dụng cho ngư dân bảo quản cả khi đánh bắt xa

bờ và lâu ngày Ngoài ra người dân vẫn quen sử dụng đá cay để giải khát với số lượng khá lớn

2.4.4 Máy đá tấm

Có dạng hình tấm được sản xuất bằng cách phun nước lên bề mặt đàn lạnh dạng tấm Kích

cỡ của đá tấm dài từ 3 - 6 m, cao 2 - 3 m, dày 250 - 300mm Khối lượng từ 1,5 đến 2,5 tấn.

Bao gồm 3 loại máy chính:

+ Máy làm đá viên mini : loại này sở hữu công suất nhỏ ,sản lượng thường từ 30 

50 kg /24h Được dùng trong các mô hình kinh doanh nhỏ

+ Máy làm đá viên vừa : dòng máy này cso công suất vừa, sản lượng đá thường trongkhoảng 50  150 kg / 24h.Được dùng nhiều trong quán ăn, nhà hàng có quy môvừa và nhỏ

+ Máy làm đá viên công nghiệp : loại này có công suất lớn, sản lượng đá cao trongkhoảng 150kg trở lên được những nhà nghỉ, khách sạn lớn ,resort sử dụng

Hình 2.7: Máy đá viên

Nước đá có dạng các đoạn hình trụ rỗng được sản xuất trong các ống 057 × 3,5 và 38 × 3

mm Khi sản xuất để tạo thành trụ dài, nhưng được cắt nhỏ thành những đoạn từ 30 đến 100 mmnhờ dao cắt đá Máy đá viên được sử dụng khá phổ biến trong đời sống, hiện nay nhiều quángiải khát, quán cà phê có sử dụng đá viên

Hình 2.8: Đá viên dạng ống

* Nguyên lý hoạt động của cối đá ống.

Quy trình hoạt động của máy làm đá ống: Nước – hệ thống xử lý nước – thùng chứa – máylàm nước đá – kho lạnh

Từ nguồn nước có sẵn hoặc nước giếng khoan sau khi được xử lý đạt tiêu chuẩn sẽ đượcbơm lên bồn chứa bằng inox

Sau đó, nước sẽ tự động cấp vào thùng chứa làm nước đá, sau đó chảy vào các ống đá Cối

đá có cấu tạo bên trong gồm nhiều ống inốc với kích cỡ theo yêu cầu Lúc này một phần nướcđược làm lạnh và đóng băng bám trên bề mặt của thành ống Phần nước thừa được một thùngnước hứng ở bên dưới và tiếp tục được bơm lên phía trên Cơ chế làm lạnh của máy sản xuấtnước đá viên là cơ chế làm lạnh trực tiếp bằng môi chất lạnh Môi chất lạnh được đưa vào ngậptrong cối đá, sôi bên ngoài các ống đá và bay hơi làm lạnh máy làm đá

Khi nước đá đã đông đặc đầy kín ống đá, máy sẽ chuyển chế độ xả đá Cơ chế xả đá bằngcách cho ga nóng đi vào cối đá, nhiệt độ trong cối sẽ tăng lên làm tan một lớp mỏng và nước đátách khỏi thành ống Để đá không bị gãy vụn khi cắt ra từng thỏi, ta dùng dao cắt gồm hai hìnhbán nguyệt và quay tròn theo hướng vuông góc với trục của máy làm đá

* Ưu nhược điểm máy làm đá ống

2.5 Giải pháp xử lý nước cho máy làm đá

Hệ thống xử lý nước cấp cho sản xuất nước đá phải đảm bảo nguồn nước về số lượng, cấpliên tục cho máy làm nước đá

Hệ thống xử lý nước cấp cho sản xuất nước đá có nước đầu ra phải đáp ứng được quychuẩn nước sạch cấp cho ăn uống QCVN01:2009 – Nước cấp cho ăn uống Nguồn nước cấp chomáy làm đá đảm bảo không nhiễm vi sinh gây mất an toàn vệ sinh, đau bụng cho người sửdụng

Hệ thống xử lý nước cấp cho sản xuất nước đá phải tự động, dễ vận hành và bảo trì chongười sử dụng

Máy tạo ra các khối đá lớn; có thể để

khá lâu ngoài không khí nên rất thuận

lợi trong việc tích trữ thực phẩm; có

thể dùng để bảo quản thực phẩm trong

thời gian dài

Máy làm đá ống được làm từ các thiết

bị đơn giản; không quá cầu kỳ nên rất

dễ dàng chế tạo; có thể sản xuất và lắp

đặt trong nước

Chi phí để vận hành một hệ thống máy làm đá ống hiện nay còn khá lớn Bao gồm những khoản chi về nhân công vận hành, chi phí để vận chuyển đá, vào nước, ra đá cùng chi phí điện năng

Bảng báo giá máy làm đá ống khá đắt, tuy nhiên tuổi thọ của máy lại rất lâu

Thời gian làm đá kéo dài

Đá sau khi sản xuất cần phải được bảo quản trong kho lạnh nên phải cần có kho lạnh lớn Hơn nữa, đá cũng dễ bị bẩn trong suốt quá trình bảo quản, làm mất vệ sinh

Quá trình từ sản xuất đá cho đến sử dụng qua nhiều khâu khiến cho đá tan dẫn đến những tổn thất lớn

Hệ thống lọc nước cấp cho sản xuất nước đá nên đơn giản, không sử dụng hóa chất và tiếtkiệm điện

Hệ thống lọc nước cấp cho sản xuất nước đá phải loại bỏ được các thành phần có trongnước ngầm như phèn sắt, mangan, độ cứng, nitrat, asen và các kim loại nặng

Hình 2.9: Công nghệ xử lý nước cho sản xuất nước đá

Công nghệ xử lý nước của máy làm đá viên:

Bước 1: Dùng cát, đá và vật liệu tổng hợp PP để lọc nước

Bước 2: Dùng lõi lọc với thành phần chính là các bon hoạt tính – có tính năng khử màu,

khử mùi và các chất hóa học

Bước 3: Dùng lõi lọc thẩm thấu ngược, khử sạch toàn bộ chất bẩn và các chất độc hại

Bước 4: Dùng tia cực tím UV (ultra violet) để diệt khuẩn Toàn bộ xác vi khuẩn sẽ đượclọc và xả ra ngoài qua đường ống thải.

Bước 5: Sử dụng lõi lọc tạo khoáng, bổ sung 1 số khoáng chất cần thiết cho cơ thể như canxi, sắt.

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

Cối đá được tính toán có công suất 10 tấn/ ngày

Thời gian đông đá phụ thuộc đường kính viên đá, hệ số cấp nhiệt cũng như chế độ ống.Tham khảo tài liệu [4] có công thức tính thời gian đông đá như sau:

+ t2 : nhiệt độ sôi môi chất 0C; t2 = -20 0C

+ α1: hệ số cấp nhiệt nước vào thành ống, :phụ thuộc vào đặc tính của nước cũng như

vận tốc chảy của nước qua ống và được tính theo công thức sau: α1=Nu λ

d tr

+ rng : bán kính ngoài của ống mm; rng = 0,0111 mm

+ λ M: hệ số dẫn nhiệt của thép W/m.K; λ M = 39 W/m.K

Bề mặt truyền nhiệt là ống trơn làm bằng inox có đường kính trong và ngoài dtr = 19 mm

Số mẻ đá phải làm trong một ngày đêm là:

n= T

t =

24 ×60

40 =36 mẻ/ ngàyTrong đó:

+ n: số mẻ đá trong một ngày đêm.

+ T: thời gian một ngày đêm, T = 24 x 60 ( phút/ngày)

+ m1: khối lượng đá 1 mẻ ; kg/mẻ

+ M: năng suất cối đá ; kg/mẻ

+ n: số mẻ đá 1 ngày đêm ; mẻ/ ngày

 Cối đá có vỏ bằng inox dày khoảng 5 -6 mm Các ống làm đá cũng được làm bằng inox Ống làm đá có các thông sô được chọn:

Đường kính trong (đường kính viên đá): dtr = 19mm

Tiết diện trong của một ống:

S tr=π d tr2

4 =3,14.¿ ¿ (m2)Chọn chiều dài của ống làm đá là 2m

Thể tích của một ống làm đá:

V =S tr × 2=2,835.1 0−4× 2=5,67.1 0−4 (m3)Khối lượng đá trong một ống:

m2 =V × δd d=5,67.10−4× 900=0,5103 KgTrong đó:

Bố trí ống trong cối đá:

Ống bố trí trong cối đá theo hình lục giác đều và trên các đỉnh của tam giác đều với bướcống theo tài liệu[5]:

S=(1,2 ÷1,4 )× d ng=1,3 ×22,2=28,26mm = 0,02886 mTheo TL [5] , ta có công thức tính số ống của cối đá là:

+ m: số ống bố trí lớn nhất theo đường chéo của lục giác đều

+ Dng - đường kính ngoài cối đá

+ dng - đường kính ngoài ống làm đá

+ k - độ dày vỏ cối đá, thông thường k ≥ 5 mm Chọn k = 6 mm

+ Dtr: đường kính trong của cối đá

Từ (*) , ta được:

D tr=D ng−2 k=0,81342−0,006 ×2=0,80142 m

Từ các thông số đã tính ở trên lập thành bảng thông số kích thước đã tính toán như sau:

Bảng 3.3: Thông số thiết kế kích thước cối đá ống

mmmm

Ta chọn chiều cao cối đá là 3 m vì phía trên cối đá cần phải có thêm phần chứa nước và bộphận phân phối nước xuống các ống làm đá Vậy kích thước cối đá là Dtr  H = 0,80142 m  3

m (như hình vẽ)

Hình 3.10: Bảng vẽ thiết kế kích thước cối đá

Máy làm đá ống chỉ cách nhiệt cách ẩm cho thành bao quanh Máy làm đá có hình trụ tròn

và có cấu tạo như sau :

Hình 3.11: Cấu tạo vỏ ngoài máy đá ống

Chiều dày lớp cách nhiệt được tính như sau :

δd cn=λ cn¿

Trong đó :

δd cn: chiều dày cách nhiệt

λ cn: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt Tra phụ lục E3 [6] trang 340 ta được ta được λ cn

δd i, λ i: bề dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu xây dựng thứ i Do bề dày δd i rất nhỏ so với

bề dày δd cn và λ i rất lớn so với λ cn nên ta có thể bỏ qua tỷ số δd i

Tính lại hệ số truyền nhiệt

0,2 0,047+

1 3070

=0,233 W /m2 K

Vậy đường kính phủ bì cối đá là: Dpb = 2.δcn +Ds = (2.0,2) +0,77922= 1,2 m

Điều kiện để bề mặt vách ngoài không bị đọng sương là: k ≤ ks theo TL [6] trang 87

ks: hệ số truyền nhiệt lớn nhất cho phép để tường ngoài không bị đọng sương

k s=0,95 α1. t1 −t s

t1−t2=0,95 ×23,3 ×

37,3−32 37,3+20 = 2,1 W/m2KTrong đó:

+ t1 : nhiệt độ không khí bên ngoài.

+ t2 : nhiệt độ môi chất bên trong cối đá

+ ts : nhiệt độ đọng sương

Tra bảng 1-1 TL [7] trang 8 thì nhiệt độ trung bình lớn nhất mùa hè ở Tp.HCM là:

t1 = 37,30C; độ ẩm φ = 74%, áp suất P = 1,0064 bar

Tra đồ thị h-x ta được: ts = 320C

Nhiệt độ môi chất bên trong cối đá khoảng t2 = -200C

Vì k = 0,233 < ks = 2,1 nên vách ngoài không bị đọng sương

3.3 Tính nhiệt cối đá

Dòng nhiệt truyền qua vách cối đá

t2: nhiệt độ sôi môi chất lạnh bên trong Chọn t2 = -200C

Dòng nhiệt truyền qua nắp cối đá

Q11n = 0,33 × 0,5 × (37,3 – 33) = 0,7095 WTrong đó

+ kn: hệ số truyền nhiệt qua nắp Tra phụ lục E7 [6] trang 302 ta được k n = 0,33 W/m 2 K

Dòng nhiệt qua kết cấu bao che cối đá:

Q11 =151 + 0,7095 = 152 WDòng nhiệt qua kết cấu bao che bể nước tuần hoàn

Q12 = kb.Fb( t1 - t2 ) = 0,35.2,4.(37,3 – 32) = 4,452 WTrong đó:

+ kb: hệ số truyền nhiệt qua vách bể Tra phụ lục E7 [6] trang 302 ta được kb = 0,35 W/

m2K

+

t1: nhiệt độ không khí bên ngoài t1 = 37,30C

+

t2: nhiệt độ nước tuần hoàn Chọn t2 = 320C

+ Fb: diện tích thành bể Bể nước tuần hoàn dạng khối hộp Vì cối đá có Dpb nên tachọn bể có kích thước là D × R × C = 1,5m × 1,5m × 0,4 m Được tính theo côngthức: F b=2 ¿

Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che

Q1 = Q11 + Q12 = 152 + 4,452 = 156,452 W

Để nước đông thành đá hoàn toàn thì nước phải trải qua hai giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Nước hạ nhiệt độ từ 330C  00C

+ Giai đoạn 2: Nước từ 0oC bắt đầu đông đặc và đông đá hoàn toàn ở nhiệt độ -100C.Nhiệt lượng cần làm lạnh 1 Kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn toàn

q o=C p n t1+r +C p d|t2|=4186× (306−273)+333600+2090 ×(273−263)=492638J/Kg

Trong đó:

+ Cpn – nhiệt dung riêng của nước; Cpn = 4186 J/Kg

+ r – nhiệt đông đặc; r = 333600 J/Kg

+ Cpd – Nhiệt dung riêng của đá; Cpd = 2090 J/Kg

+ t1 – nhiệt độ nước đầu vào, có thể lấy từ hệ thống xử ý nước chọn t1 = 320C

+ t2 – nhiệt độ đá hoàn thiện; chọn t2 = -100C

Dòng nhiệt do nước làm đá

Q2=M q o

24 × 3600=10000×

492638

24 ×3600=57018W = 57,018 kWTrong đó:

+ M – khối lượng đá sản xuất trong một ngày đêm; Kg

+ 24 x 3600 – quy đổi thời gian ra giây, đó là thời gian làm việc của hệ thống

+ qo – nhiệt lượng cần làm lạnh 1 Kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàntoàn; J/Kg

Q3 = 1000.đ.Nđ = 1000.0,85.0,75 = 638 WTrong đó:

+ đ là hiệu suất động cơ, Chọn đ = 0,85

+ Nđ là công suất đầu vào động cơ dao cắt Tham khảo bảng 3.15 TL [8] ta chọn Nđ =0,75 kW

Q4 = 1000.b.Nb = 1000.0,85.0,25 = 213 WTrong đó:

+ b là hiệu suất động cơ Chọn b = 0,85

+ Nb là công suất đầu vào động cơ bơm nước Tham khảo bảng 3.15 TL [8] ta chọn Nđ

= 0,25 kW

Qo = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 156,452 + 57018 + 638 + 213 = 58025,452 W = 58 kW

3.4 Chọn thông số làm việc và tính toán chu trình

3.4.1 Chọn thông số làm việc chu trình hồi nhiệt [7].

a Nhiệt độ bay hơi

Phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh

Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh dùng để tính toán thiết kế như sau:

to = tb - ∆to=-10-10 = - 200CTrong đó:

+ tb: nhiệt độ của cối đá khoảng -5 đến -100C, ta chọn tb = -100C

+ ∆to : hiệu nhiệt độ yêu cầu Theo tài liệu [7] chương 7 trang 205 ta có ∆to = 8 ÷

+ Δt k - hiệu nhiệt độ yêu cầu, Δt k=3÷ 5oC.Ta chọn Δt k= 3 oC

+ tw2 – nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng, công thức tính: tw2 = tw1 + tw

+ tw – hiệu nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng, chọn tw = 5oC

+ tw1 – nhiệt độ nước vào bình ngưng tụ, bình ngưng kết hợp với tháp giải nhiệt nênchọn nhiệt độ nước vào bình ngưng cao hơn nhiệt độ kế ướt từ 3 – 4oC

Nhiệt độ trung bình tại TPHCM quanh năm là 37,30C và độ ẩm trung bình 74%, áp suất P

= 1,0064 bar, dùngphần mềm EES → tư = 330C

tw1=t ư+30C=33+3=360CNhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng là:

tw2 = tw2 = tw1 + tw = 36 + 5 = 410CNhiệt độ ngưng tụ của môi chất là:

t k=tw2+Δt k =41+3=440CNhiệt độ hơi hút th:

Là nhiệt độ của hơi trước khi vào máy nén Theo tài liệu [7] chương 7 trang 208 đối vớiFreon thì độ quá nhiệt hơi hút có thể chọn rất cao, ở đây nhóm em chọn độ quá nhiệt môi chấtfreon là 250C Nhiệt độ hơi hút được xác định theo công thức sau:

Như vậy ta sử dụng máy nén một cấp có công suất lạnh: Qo =57 kW có nhiệt độ bay hơi

to = - 200C (Po = 301,8 kPa) và nhiệt độ ngưng tụ tk = 420C (Pk = 1918,4 kPa)

3.5 Chu trình lạnh của cối đá ống [2].

Quá trình làm lạnh nước thành nước đá từ nhiệt độ mùa hè ở TPHCM 37,30C xuống nhiệt

độ 00C và nước sau khi được chiller làm lạnh ở nhiệt độ 00C đi vào cối đá giảm nhiệt độ xuống

-100C để chuyển pha lỏng thành rắn

Và thường làm về cối đá người ta thường dùng chu trình hồi nhiệt Sau đây nhóm chúng

em xin trình bày lý thuyết về chu trình hồi nhiệt:

Là chu trình có thiết bị trao đổi nhiệt trong giữa môi chất lỏng nóng (trước khi vào van tiếtlưu) và hơi lạnh trước khi hút về máy nén Chu trình hồi nhiệt biểu diễn trên đồ thị lgp-i gầngiống như quá trình quá lạnh quá nhiệt

Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý &đồ thị lgp-i chu trình hồi nhiệt

3.5.1 Nguyên lý của chu trình hồi nhiệt [9].

Hơi sau thiết bị bay hơi ở trạng thái (1’) đi qua thiết bị hồi nhiệt nhận nhiệt lỏng cao áptrước khi tiết lưu, được quá nhiệt đạt trạng thái điểm (1) sau đó được máy nén hút về, nén đoạnnhiệt đẳng entrophy (s=const) lên thành hơi có nhiệt độ cao, áp suất cao trạng thái (2), rồi tiếptục trải qua quá trình làm mát và ngưng tụ đẳng áp hơi môi chất xảy ra ở thiết bị ngưng tụ

Quá trình này được chia làm 3 giai đoạn Giai đoạn 1, môi chất sau khi được đưa đến thiết

bị ngưng tụ, môi chất trao đổi nhiệt với môi trường làm mát tới trạng thái hơi bão hòa khô đạt

trạng thái điểm 2’(độ khô x=1), trong quá trình này nhiệt độ giảm xuống bằng nhiệt độ ngưng tụcòn áp suất bằng áp suất ngưng tụ Giai đoạn 2, đây là quá trình ngưng tụ đẳng áp môi chấtchuyển đổi pha từ dạng bão hòa khô sang dạng lỏng, trong quá trình này áp suất cũng khôngđổi Giai đoạn 3 là quá trình quá lạnh lỏng hơi môi chất ở thiết bị hồi nhiệt, môi chất ở điểm 3’(độ khô x = 0) được đưa vào hồi nhiệt và được hạ nhiệt độ từ t3’ xuống nhiệt độ t3 do trao đổinhiệt với hơi môi chất có nhiệt độ thấp từ thiết bị bốc hơi về.

Quá trình 3 – 4: Quá trình tiết lưu đẳng Enthaphy môi chất lạnh ở điểm 3 được tiết lưu đến điểm

4, trong quá trình tiết lưu này môi chất có nhiệt độ và áp suất từ t k , p k giảm xuống t 0 và p 0 Sau đó đi vào thiết bị bay hơi trải qua quá trình bay hơi đẳng áp đẳng nhiệt, trong quá trình này môi chất nhận nhiệt của môi trường cần làm lạnh, được sôi hoá hơi và hơi sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi trạng thái (1’) đi qua thiết bị hồi nhiệt được quá nhiệt lại được máy nén hút về Chu trình cứ thế tiếp diễn.

3.5.2 Cách tính điểm nút chu trình hổi nhiệt bằng cách tra bảng theo tài liệu thermodynamic properties of dupont suva 404A( HP62) refregerant

Tính toán chu trình hồi nhiệt cối đá ống bằng bảng tra tài liệu [10]

Sau đây là cách tính điểm nút chu trình hồi nhiệt

S (kJ/kg.K) t (0C) V (m3/kg) I (kJ/kg)

3.5.3 Kết quả tính điểm nút chu trình hồi nhiệt

Ta có bảng thông số điểm nút sau khi đã tính toán:

Bảng 3.4: Kết quả tính toán điểm nút chu trình hồi nhiệt

3.6 Tính chu trình hồi nhiệt của cối đá ống [2], [7]

Theo TL [7] chương 7 trang 209 thì thiết bị lạnh freon không có bố trí thiết bị quá lạnh màviệc quá lạnh được thực hiện ngay trong thiết bị hồi nhiệt, giữa môi chất lỏng nóng trước khivào van tiết lưu và hơi lạnh ở thiết bị bay hơi ra trước khi về máy nén,nên công thức nhiệt độquá lạnh được xác định sau khi tính được điểm nút chu trình như sau:

t ql=t k−t3=44−32=12 K

Năng suất lạnh riêng q0 (kJ/kg):

Là năng suất lạnh của 1 kg môi chất lỏng ở áp suất cao và nhiệt độ cao sau khi qua van tiếtlưu và thiết bị bay hơi hết trong thiết bị bay hơi thành hơi bảo hòa ở nhiệt độ bay hơi và áp suấtbay hơi

q o=h1'−h4= 356,5−250,318=106,182 kJ/KgLượng hơi hút thực tế vào xilanh:

m tt=Q o

q o=

58 106,182=0,54623 Kg/sNăng suất nhiệt riêng qk (kj/kg):

q k=h2−h3'=420,1726−271,3=145 kJ/KgNăng suất giải nhiệt của thiết bị ngưng tụ (KW):

Q k=q k ×m tt=145 0,54623=79,2 kWNhiệt thải ra bình hồi nhiệt (KW):

Q hn=q hn × m tt=(h3'−h3)× m tt=(271,3−250,318) 0,54623=11,5 KWCông nén riêng (kj/kg):

Là công lý thuyết mà máy nén phải sinh ra để nén 1 kg hơi môi chất theo quá trình đoạnnhiệt từ áp suất Po đến Pk

3.7.2 Ưu nhược điểm của máy nén bán kín

Loại trừ nguy cơ hỏng hóc và sự rò rỉ của

cụm bịt kín cổ trục của máy nén hở Máy nén

gần như kín môi chất lạnh

Gọn nhẹ hơn, diện tích lắp đặt nhỏ hơn

Không có tổn thất truyền động do trục khuỷu

máy nén gắn trực tiếp lên trục động cơ, tốc độ

động cơ có thể đạt được 3600 vòng/phút nên

năng suất lạnh lớn hơn mà máy vẫn gọn nhẹ

Chỉ sử dụng cho môi chất không dẫn điện Freon ( không sử dụng cho NH3 vì NH3 dẫn điện, ăn mòn đồng vật liệu làm dây quấn động cơ)

Khó điều chỉnh năng suất lạnh vì không có puli điều chỉnh vô cấp

Khó bảo dưỡng, sửa chữa động cơ do động cơnằm trong vòng tuần hoàn của môi chất lạnh