thiết kế hệ thống bể đá cây năng suất 1000 cây -ngày

Trước tình hình đó với những kiến thức đã học và cùng với sư hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Minh Hải và toàn thể các thầy cô khoa Công Nghệ Nhiệt- Lạnh em xin làm đồ án với đề tài: “

LỜI MỞ ĐẦU



Kỹ thuật lạnh ngày nay đóng vai trò rất quan trọng trong khoa học kỹ thuật, sản xuất cũng như đời sống của con người Nước ta thuộc vùng nhiệt đới nên ngành lạnh được ứng dụng rộng rãi trong đời sống như : điều hoà không khí, tủ lạnh dùng trong sinh hoạt gia đình chế biến và bảo quản thực phẩm, bảo quản dược phẩm và một số ngành khác có liên quan.

Công nghệ lạnh ngày càng được tự động hoá nhiều hơn trong quy trình vận hành, máy móc, thiết bị đạt yêu cầu cao về tính hiện đại kinh tế và an toàn với tầm quan trọng của kỹ thuật lạnh Ngoài ra ở nước ta đa số các thiết bị lạnh đều nhập ở nước ngoài, chưa sản xuất được các linh kiện quan trọng của hệ thống lạnh, vì vậy việc nắm vững các nguyên lý hoạt động,đặc tính kỹ thuật của từng thiết bị lạnh ở điều kiện thực tế ở trong nước đồng thời có thể chế tạo thay thế, cải tiến một số thiết bị là yêu cầu cấp bách hiện nay.

Trước tình hình đó với những kiến thức đã học và cùng với sư hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Minh Hải và toàn thể các thầy cô khoa Công Nghệ Nhiệt- Lạnh em xin làm đồ án với đề tài: “ Thiết Kế Hệ Thống Bể Đá Cây Với Công Suất 1000 Cây/ Ngày.

Do kiến thức của chúng em còn nhiều hạn chế nên Đồ Án này không thể tránh những sai sót nhất định Chúng em rất mong nhận được sư góp ý và chỉ dẫn của quý Thầy Cô và các bạn.

Nhóm sinh viên thực hiện

PHẠM ĐẠT ĐOÀN MINH HẠ

TP HCM , tháng 06 năm 2011

LỜI CẢM ƠN



Trong quá trình học tập tại trường Đại Học Công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh, em đã được quý thầy cô hướng dẫn tận tình trong quá trình học tập tại trường Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Công Nghệ - Nhiệt Lạnh đã hướng dẫn và chỉ dạy cho chúng em những kíên thức có liên quan đến ngành lạnh Nó đã trang bị cho chúng em thêm những kiến thức mới, nhằm đào tạo cho chúng em thành những người thợ lành nghề khi ra trường Với những kiến thức mới đó, nó rầt giúp ích cho chúng em công việc sau này Một lần nữa em xin chân thành quý thầy cô đã giảng dạy cho chúng em trong suốt quá trình học tập tại trường

Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Minh Hải đã tận tình hướng dẫn chúng em trong quá trình thực hiện bài đồ án này.

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

TP HCM, tháng 06 năm 2011

Page 2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG

I Tính chất của nước và nước đá

Page 4

1 Tính chất của nước:

Nước là chất lỏng ở nhiệt độ thường, là một lưu chất quan trọng và đặc biệt Nước được

sử dụng rộng rãi trong đời sống hằng ngày và cũng được sử dụng nhiều trong công nghiệp nhưlàm chất tải nhiệt, dung môi cho các phản ứng hóa học, dung môi để hấp thụ, giải hấp…Ngoài

ra hơi nước đóng vai trò quan trọng trong vấn đề truyền nhiệt

Các tính chất vật lý của nước:

 Ở áp suất thường nước có tỷ trọng (khối lượng riêng) lớn nhất ở 3,98oC Trong quá trình hạ nhiệt từ 4oC đến 0oC tỷ trọng giảm từ 1000 đến 999 Kg/m3, và biến thành nước đá tỷ trọng tiếp tục giảm tới 916,8 Kg/m3, điều này có nghĩa là khi nước đóng băng thể tích của nước tăng 9%

 Khối lượng riêng của nước biến đổi rộng theo nhiệt độ

T (0C) ρ (Kg/cm3)

Tỷ trọng của nước có liên hệ với nhiệt độ ρđ= 917 (1-0,00015t)

 Nhiệt dung riêng trung bình 4,18 KJ/Kg.K

 Ẩn nhiệt hóa hơi ở 100oC, 1 atm r =2260 KJ/Kg.

 Ẩn nhiệt đóng băng 334 KJ/Kg Khi nhiệt độ hạ 1oC thì ẩn đóng băng tăng thêm 2,12 KJ/Kg

2 Tính chất của nước đá:

 Quan hệ của nhiệt dung riêng với nhiệt độ Cđ = 2,12 +0,0079t

 Quan hệ của độ dẫn nhiệt với nhiệt độ đ = 2,22.(1- 0,0015t)

 Hàm lượng tạp chất trong nước đá công nghiệp

-Số lượng vi khuẩn-Vi khuẩn đường ruột-Chất khô

-Độ cứng chung của nước-Độ đục theo hàm lượng chất lơ lửng-Hàm lượng sắt

100 con / ml

3 con/l

1 g/l7mg/l

1, 5 mg/l

0, 3 mg/l

Page 6

-Độ PH 6, 5  9, 5 mg/l

 Ảnh hưởng của tạp chất ln chất lượng của nước đá

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

CaCO3 Tạo thành chất lắng bẩn thường ở phần dưới

và giữa cây đá làm nứt ở nhiệt độ thấp Tách ra được

MgCO3 Tạo thành chất lắng bẩn và bọt khí Làm nứt

Ôxit sắt Cho chất lắng màu vàng hay màu nâu và

nhuộm màu chất lắng canxi và magie Tách ra đượcÔxit silic và

Không thay đổi

Clorua canxi &

Sunfat magie

Cho chất lắng xanh nhạt hay xám nhạt, tậptrung trong lõi, kéo dài thời gian đóng băng

và tạo lõi không trong suốt cao

Biến đổi thành sunfat

Tạo độ đục cao, không có cặn

Biến đổi thành cacbonat

natri

3 Phân loại nước đá

Có nhiều cách để phân loại nước đá:

 Dựa vào nguyên liệu sản xuất:

 Nước đá từ nước ngọt (nước lã, sôi, nguyên chất)

 Nước đá từ nước biển, từ nước muối

 Dựa vào độ trong của đá:

 Nước đá pha lê

 Nước đá trong suốt

II Bảo quản và vận chuyển nước đá:

 Có nhiều phương pháp bảo quản nước đá: bảo quản trong kho, thùng chứa, silo, dự trữlạnh trong bể nước hoặc bể nước muối lạnh

 Đá khối thường được bảo quản trong kho đá và vận chuyển trên các toa tàu lạnh

 Đá mảnh thường được bảo quản trong các thùng chứa hoặc các silo

Ứng dụng:

Nước đá có nhiều ứng dụng trong đời sống hằng ngày cũng như trong sản xuất, sau đây là một số ứng dụng của nước đá:

CHƯƠNG II CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Mục đích của việc chọn phương pháp thiết kế là tìm ra được phương án tương đối tốt, phù hợp với các yêu cầu của xí nghiệp, đồng thời phải đảm bảo tính hiệu quả về kinh tế của công trình

I Chọn phương pháp sản xuất nước đá

Page 8

1 Qúa trình đông của nước

Trong làm lạnh đông khi nhiệt độ xuống dưới 00C mà vẫn chưa có sự đóng băng đá,

đó là hiện tượng chậm đóng băng ( sự quá lạnh ) Sự chậm đóng băng là do sự chậm tạothành tâm kết tinh và do hiện tượng chuyển động nhiệt Brown của các phân tử nước làm chochúng va chạm với nhau, tương tác qua lại lẫn nhau, kết quả không định hình được tâmngưng tụ dẫn đến nước chưa thể kết tinh được ngay Nhưng sau một thời gian ngắn, do nhiệt

độ ở dưới điểm đông đặc dẫn đến hàm nhiệt giảm, các phân tử nước giảm năng lượngchuyển động để đạt trạng thái cân bằng, lúc này tâm ngưng tụ hình thành, các phân tử nước

có xu hướng liên kết với tâm ngưng tụ bởi các lực hấp dẫn, lực Culong, lực Vandesvaal…Các lực này thắng được lực đẩy và chuyển động nhiệt của nó, sẽ tạo thành các tinh thể cókích thướt lớn hơn Trong trường hợp nếu nhiệt độ hạ xuống quá sâu so với điểm đông đặc,các phân tử nước bị giảm hàm nhiệt mạng, dẫn đến chúng chỉ dao động xung quanh vị trícân bằng cuả chúng và bản thân nó đã hình thành một tâm ngưng tụ Do đó, khi hạ nhiệt độsâu thì tm ngưng tụ sẽ hình thành rất nhiều, các tinh thể hình thành có kích thước nhỏ và rấtnhỏ có dạng hình sợi hoặc hình kim đôi khi nó ở dạng vô định hình

2 Các giai đoạn của sản xuất nước đá

Giai đoạn 1: là hạ nhiệt độ của nước từ nhiệt độ t1 (nhiệt độ ban đầu của nước) xuốngnhiệt độ 0oC

Giai đoạn 2: là giai đoạn kết tinh nước hoàn toàn, chuyển nước từ trạng thái lỏng sangtrạng thái rắn

Giai đoạn 3: là giai đoạn hạ thấp nhiệt độ đóng băng của nước từ 0oC xuống nhiệt đột2 (thường chọn -5oC)

Vậy nhiệt lượng riêng cần thiết để chuyển 1Kg nước ở nhiệt độ ban đầu t1 thành nước

đá ở nhiệt độ t2 được tính theo công thức:

3 Chọn phương pháp sản xuất nước đá

Các loại đá cây với khối lượng khác nhau được sản xuất bằng phương pháp làm lạnhtrong bể nước muối Đây là phương pháp phổ biến nhất trong nhà máy nước đá hiện nay.Với phương pháp này nước sau khi qua quá trình xử lý được đổ vào khuôn định hình sẵn,các khuôn này được đặt trong bể nước muối, bể này được làm lạnh bởi thiết bị bốc hơi , saumột thời gian nước trong khuôn được quá lạnh và kết tinh lại Quá trình kết thúc,đá cây đượclấy ra từ các khuôn và sử dụng

C

Đây là phương pháp cổ điển có nhiều nhược điểm về chỉ tiêu kinh tế cũng như côngtác an toàn lao động, vệ sinh, nhưng nó lại có ưu điểm rất lớn là đơn giản Cho nên, hiện nay

nó vẫn là phương pháp được dùng rộng rãi trong các nhà máy nước đá, hoặc các phân xưởnglàm đá riêng phục vụ cho các nhà máy chế biến thực phẩm và sinh hoạt

Kết cấu cây đá hiện nay có các cỡ khối lượng thông dụng như sau:

Loại 3,5 Kg

Loại 12,5 Kg

Loại 25 Kg

Loại 50 Kg

Tùy theo nhu cầu mà mỗi ngành sử dụng các loại cây đá có khối lượng khác nhau Ví

dụ, đối với ngành thực phẩm, người ta sử dụng các loại đá có khối lượng nhỏ để ướp trựctiếp sản phẩm Các loại đá này phải đạt tiêu chuẩn kỹ thuật cao, dùng đá trong suốt, khi sảnxuất và bảo quản phải đảm bảo vệ sinh Nước được dùng sản xuất phải là nước uống được,tinh khiết đã qua các quá trình xử lý

Ngoài ra trong ngành đông lạnh thực phẩm, người ta vẫn có thể dùng các loại đá cókhối lượng lớn (50Kg) Khi cần dùng ướp thực phẩm, cây đá phải qua một công nghệ nghiềnbằng máy

II Chọn chất tải lạnh:

Trong kỹ thuật lạnh, muốn thực hiện vận tải lạnh từ nơi phát sinh đến nới tiêu thụ, phải

sử dụng những chất tải lạnh Chất tải lạnh có thể ở 3 trạng thái:

 Trạng thái hơi (khí)

 Trạng thái lỏng (thường ở dạng dung dịch)

 Trạng thái rắn

1 Yêu cầu của chất tải lạnh:

Chất tải lạnh phải đảm bảo những yêu cầu sau:

 Nhiệt độ đông đặc phải thấp

 Nhiệt dung riêng và khả năng dẫn nhiệt cao

 Độ nhớt và trọng lượng riêng nhỏ

 Không ăn mòn kim loại và các vật liệu khác trong thiết bị

 Không độc hại và không nguy hiểm

 Dễ kiểm, rẻ tiền, dễ bảo quản và dễ vận hành

2 Phân tích tính chất của chất tải lạnh:

Sau đây ta sẽ phân tích tính chất cùng ưu nhược điểm của từng loại chất tải lạnh và đề raphương án lựu chọn chất tải lạnh cho bể đá khối của ta

2.1 Chất tải lạnh ở thể khí:

Đối với chất tải lạnh ở thể khí thì không khí là chất tải lạnh được dùng phổ biến nhất vì

nó có các ưu điểm sau:

Page 10

 Rẻ tiền, đâu cũng có nhiều.

 Dễ vận chuyển vào nơi cần làm lạnh

 Trong các hệ thống thông gió phục vụ cho sinh hoạt, nhà ở …thì không khí là môi trường tải lạnh tốt nhất, do không khí không độc và dễ điều chỉnh tốc độ, lưu lượng

Nhưng không khí có những nhượt điểm sau:

 Hệ số cấp nhiệt  quá nhỏ 6  8 Kcal/m2.h.oC

 Nếu tăng tốc độ vận chuyển của không khí thì hệ số  tăng nhưng không đáng

kể

 Khó làm sạch, khó tách vi sinh vật

Các môi trường tải lạnh khác như: N2, CO2 cũng có các nhược điểm giống không khí và các nhược điểm riêng khác Sử dụng chất tải lạnh này thì đắc tiền và phải dùng trong hệ thốngkín

2.2 Chất tải lạnh ở thể lỏng:

Thường dùng nhất là nước muối

Nước muối có những ưu điểm sau:

 Có hệ số truyền nhiệt lớn:  = 200  400 Kcal/m2.h.oC

 Trường hợp chất lỏng chuyển động với vận tốc 5m/s thì  = 40.000 Kcal/m2.h.oC

 Dùng môi trường lỏng thì tránh được hao hụt khối lượng, tránh được hiện tượng oxy hóa sản phẩm

 Dùng nước muối có thể đạt được nhiệt độ khá thấp bằng cách trộn loại muối ăn với nhau, cho nên dùng dung dịch nước muối làm chất tải lạnh ta không sợ hiện tượng chất tải lạnh bị đông đặc vì nhiệt độ đóng băng của các dung dịch muối khá thấp Các loại muối hòa tan trong hỗn hợp với nước đá sẽ thu nhiệt và làm lạnh hỗn hợp đến nhiệt độ tương đối thấp Ví dụ, hỗn hợp nước đá với nước muối NaCl

có thể làm lạnh đến nhiệt độ -21,2oC và với muối CaCl2 thì có thể đến -55oC.Bên cạnh những ưu điểm, dung dịch muối có những nhược điểm sau:

 Nước muối thấm vào sản phẩm cần làm lạnh, thấm vào dụng cụ thiết bị làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và làm cho thiết bị chóng rỉ, chóng mục

 Một số sản phẩm không cho phép thấm ướt nên không thể dùng môi trường lỏng

để làm lạnh

 Dung dịch NaCl khi bị bẩn rất khó làm sạch, mặt khác dung dịch NaCl tạo thànhbọt trào ra ngoài gấy tiêu tốn muối, bẩn, nguy hiểm, hạn chế sự tiếp xúc giữa sảnphẩm và môi trường

 Cụ thể như với 1 m3 dung dịch CaCl2 thì dùng 1,6 Kg Na2Cr2O7 ( có thêm 27 KgNaOH cho 1 Kg Na2Cr2O7 để chuyển bicromat thành cromat trung tính Na2CrO4-).

 Trước khi thêm chất chống ăn mòn ta phải trung hòa dung dịch đến PH = 7 Mỗinăm một lần phải thêm ½ lượng Na2Cr2O7 và kiềm ban đầu

 Đối với dung dịch NaCl thì cũng dùng chất chống ăn mòn như trên Cụ thể là với 1m3 dung dịch pha 3,2 Kg Na2Cr2O7( có thêm 27 Kg NaOH cho 1Kg Na2Cr2O7).Và trước đó cũng phải trung hòa dung dịch đến PH = 7 mỗi năm cũngphải có một lần cho thêm lượng ban đầu Na2Cr2O7 và NaOH

5. Đá khô bay hơi không qua trạng thái lỏng ( sự thăng hoa ) nên được ứng dụng thích hợpcho bảo quản nhiều lọai sản phẩm, làm lạnh đông thực phẩm

6. Nhược điểm cơ bản của đá khô là việc sản xuất nó phức tạp và đắt tiền hơn đá ướt rấtnhiều

7 Ch ọn chất tải lạnh:

Qua việc phân tích ở trên ta nhận thất:

 Chất tải lạnh thể khí có hệ số cấp nhiệt  quá bé, không thể đáp ứng cho việcsản xuất đá

 Đối với chất tải lạnh rắn nếu dùng ta chỉ có thể dùng được tuyết cacbonic để làmchất tải lạnh (vì các loại chất tải lạnh rắn còn lại đều là đá ) Tuy nhiên tuyếtcacbonic sản xuất phức tạp, đắt tiền nên ta cũng không dùng

 Chất tải lạnh lỏng có ưu điểm cơ bản là có hệ số cấp nhiệt  khá lớn, có thể đápứng tốt cho yêu cầu sản xuất đá Mặt khác hiện nay người ta cũng đã tìm ranhững biện pháp để khắc phục các nhược điểm của chất tải lạnh lỏng như ănmòn thiết bị, khó làm sạch… Cho nên, việc chọn chất tải lạnh lỏng là hợp lýhơn cả

Trong công nghiệp sản xuất đá cây, người ta thường dùng các loại dung dịch muối sauđây:

Các dung dịch này có đặc tính lý tưởng của chất tải lạnh lỏng, không độc hại và dễ tìm.

Bảng: nhiệt độ đông đặc của một số dung dịch muối

SốThứTự

Muối hòa tan

Nồng độ

%Khối lượng

Nhiệt độĐông đặc

1234

NaClCaCl2MgCl2MgSO4

23,129,92019

-21,2-55-35-9,9

Trong sản xuất, người ta thường chọn nhiệt độ dung dịch chất tải nhiệt thấp hơn nhiệt

độ để đông đá là 5oC, và cao hơn nhiệt độ đóng băng của dung dịch khoảng 10oC

Nhiệt độ để đông đá là -5oC, nên nhiệt độ trung bình của chất tải nhiệt là -10oC, vànhiệt độ đông đặc của dung dịch là -20oC

Cho nên, dung dịch NaCl 23,1% có nhiệt độ đông đặc là 21,2oC, sẽ thõa điều kiệntrên

Ngoài ra do NaCl rẻ tiền và có nhiều trên thị trường nên việc chọn dung dịch NaCllàm chất tải lạnh là hợp lý

III Ch ọn tác nhân lạnh:

Những chu trình nhiệt động của máy lạnh, chủ yếu dựa trên cơ sở biến đổi pha của các đơnchất hoặc hỗn hợp gọi là tác nhân lạnh

1 Yêu cầu đối với tác nhân lạnh:

Các yêu cầu đối với tác nhân lạnh được chia ra làm 4 nhóm:

 Các yêu cầu về nhiệt động:

 Năng suất lạnh thể tích qv của tác nhân lạnh phải lớn, vì như thế sẽ làm giảm mộtcách đáng kể các kích thước và trọng lượng của máy nén do thể tích tác nhân lạnhlàm việc trong chu trình nhỏ Nhưng yêu cầu đó không phải là bắt buộc khi chọntác nhân lạnh, vì khi qv tăng thì cũng tăng hiệu số áp suất trong máy lạnh Đó làđiều không mong muốn

 Ap suất của tác nhân lạnh ở cuối quá trình nén không được quá lớn, vì rằng áp suất cao sẽ làm phức tạp và nặng nề thiết bị, đồng thời không an toàn.

 Ap suất sôi của tác nhân lạnh mong muốn cao hơn áp suất khí quyển để thiết bịkhông phải làm việc ở chân không, vì không khí dễ thâm nhập vào hệ thống chânkhông ảnh hưởng xấu đến sự làm việc của thiết bị

 Hệ số nén

p

p0

kkhông nên quá lớn để giảm công tiêu hao và kích thước của máy

nén, đồng thời tăng hiệu suất của máy nén

 Nhiệt ẩn hóa hơi cần phải lớn để giảm số lượng tác nhân cần luân chuyển trongthiết bị

 Nhiệt độ đông đặc của tác nhân lạnh phải thấp để có thể đạt tới nhiệt độ làm lạnhthấp và nhiệt độ tới hạn phải cao để cho hệ số lạnh lớn

 Trọng lượng riêng và độ nhớt phải nhỏ để giảm tổn thất thủy lực trong đường ống.Ngoài ra khi độ nhớt giảm sẽ tăng hệ số trả nhiệt và truyền nhiệt, từ đó sẽ giảmtiêu hao kim loại cho các thiết bị trao đổi nhiệt

 Yêu cầu về hóa lý:

 Mong muốn tác nhân lạnh dễ dàng tan trong nước để tránh hiện tượng đóng băngcản trở sự làm việc của hệ thống Ngoài ra nước ở trạng thái tự do có khả năng ănmòn kim lọai

 Tính chất quan trọng của tác nhân lạnh là sự hòa tan của chúng trong dầu Nếu tácnhân lạnh không tan trong dầu, thì chúng dễ tách ra khỏi dầu khi chúng sôi ở t0 =Const không phụ thuộc vào lượng dầu trong hệ thống Và trên các bề mặt truyềnnhiệt sẽ tạo một lớp dầu mỏng, cản trở sự truyền nhiệt Đó là nhược điểm của cácloại tác nhân lạnh nói trên

Nếu tác nhân lạnh tan trong dầu thì lớp dầu bám trên bề mặt truyền nhiệt hầu nhưkhông còn nữa, điều đó sẽ làm tốt hơn sự truyền nhiệt Nhưng như thế thì rất khótách dầu ra khỏi thiết bị bốc hơi và sẽ làm tăng nhiệt độ sôi, sự làm việc của máylạnh sẽ xấu đi rất nhiều

 Tác nhân lạnh không được ăn mòn kim lọai và các vật liệu khác của thiết bị

 Chúng không được dễ cháy và dễ nỗ

 Tác nhân lạnh phải có mùi, màu sắc hoặc vài tính chất khác để dễ phát hiện khi bị

rò rỉ

 Các yêu cầu về lý sinh:

Các tác nhân lạnh không được độc hại, gây khó thở hoặc làm mờ mắt

 Yêu cầu về kinh tế:

Các tác nhân phải rẻ tiền, không khan hiếm, dễ điều chế và có thể bảo quản được lâu dài

2 Đặc tính một số tác nhân lạnh thường dùng hiện nay:

Khí không màu, có mùi hôi khó thở, độc hại đối với cơ thể con người Hàm lượng chophép của NH3 trong không khí là 0,02 mg/l Ơ hàm lượng lớn hơn sẽ gây khó chịu cho mắt vàmũi Ở kéo dài 60 phút trong vùng có nồng độ NH3 0,5  1% có thể gây tử vong Hỗn hợp 16 

Page 14

25% thể tích NH3 với không khí có thể gây nổ Hơi NH3 nhẹ hơn không khí NH3 không ăn mònkim loại đen, nhôm, nhưng có nước thì ăn mòn các kim loại màu như kẽm, đồng và hợp kim củaĐồng Dễ hòa tan trong nước, cho phép chứa 0,2% nước Ít tan trong dầu.

3. Theo các tính chất nhiệt động thì NH3 là một trong các tác nhân lạnh tốt nhất Ap suấttrong bình ngưng ở điều kiện bình thường không vượt quá 15 at Năng suất lạnh thể tích

qv tương đối lớn

4. NH3 sử dụng trong các máy lạnh pittông ở tk <= 430C và t0 >= -600C NH3 còn có thể sửdụng trong các máy nén tuabin và roto, đồng thời còn sử dụng trong các máy lạnh hấp thụcùng với nước tạo thành dung dịch NH3 thường dùng trong các hệ thống máy nước đá cócông suất lớn

4.1.Freon 12 (CCl2F2 ) (R12):

Khí không màu, có mùi nhẹ đặt biệt không thể thấy được ở nồng độ nhỏ hơn 20%, nặnghơn không khí 4,18 lần, là một trong những tác nhân lạnh an toàn nhất Không khí có chứa R12lớn hơn 30% thể tích thì thấy khó thở vì thiếu ôxy Hoàn toàn không nổ, nhưng ở t > 4000 thì rất

dễ cháy khi gặp lửa tạo thành các hổn hợp độc hại, cho nên nghiêm cấm hút thuốc hoặc làm việc

có lửa ở gần thiết bị freon R12 hòa tan vô cùng trong dầu và có độ hòa tan tăng khi áp suất tăng

và nhiệt độ giảm Không hòa tan trong nước, lượng ẩm chứa trong R12 công nghiệp không đượcquá 0,0025% trọng lượng, còn R12 trong các tủ lạnh gia đình thì không quá 0,0006% R12 khôngchứa nước không ăn mòn kim lọai Nó là chất tan rất tốt tất cả các chất hữa cơ Cho nên cao subình thường không thể sử dụng để làm các chi tiết có tiếp xúc với R12 mà phải dung các loại cao

su đặt biệt chịu được xăng dầu

R12 có thể thẩm thấu qua các khe hở rất nhỏ, thậm chí là các lổ mọt gang thông thường.Cho nên trong các máy nén freon chỉ có thể sử dụng gang đúc có hạt mịn Năng suất lạnh thể tínhcủa R12<NH3 khi có cùng năng suất lạnh R12 có thể sử dụng trong các máy nén Pittông với bất

kỳ năng suất lạnh nào ở tk <= 600 C, đồng thời cũng sử dụng trong máy nén tuabin và roto

Tác nhân lạnh này độc hại hơn R12, nhưng không nổ, hòa tan vô tận trong dầu chỉ ở nhiệt

độ cao (trong bình ngưng), còn ở nhiệt độ thấp thì ít hơn Cho nên khi sôi phần trên của bình bểhơi bị bám một lớp dầu dày R22 dễ dàng thẫm thấu qua các khe hở, không ăn mòn kim loại, íthòa tan trong nước, cho phép chứa nước không quá 0,0025%

Hệ số tỏa nhiệt khi sôi và ngưng tụ của R22 lớn hơn R12 25  30%, còn qv thì lớn hơn60% R22 được sử dụng tương đối rộng rãi

5 Chọn tác nhân lạnh:

Qua việc phân tích các yêu cầu và đặc tính của một số tác nhân lạnh thường dùng hiện nay,

ta nhận thấy tác nhân NH3 là thích hợp nhất với hệ thống sản xuất nước đá như:

 Có năng suất lạnh riêng lớn

 So với Freon thì NH3 có năng suất lạnh riêng lớn hơn, hệ số truyền nhiệt lớn hơn.

 Tổn thất trong quá trình tiết lưu nhỏ

 Dễ phát hiện sự rò rỉ của tác nhân ra ngòai do nó có mùi đặc trưng

 Nhiệt độ đông đặc và bay hơi của NH3 rất thấp

Tđđ = - 77,7 0C

Tbh = - 33,35 0CVới khoảng nhiệt độ này thì NH3 không thể đông đặc trên đường ống gây tắt nghẽn và nở đườngống tác nhân khi dùng sản xuất đá

Xử lý nước

nước

Cấp nước vào bể chứa

Rót nước vào khuôn

Cho vào bể đá

Đóng băng

Lấy đá thủ công

b Thuyết minh:

Nước được bơm trực từ giếng lên, qua quá trình xử lý, tách bỏ cặn bã có trong nước Nước được chứa trong hồ, một phần được hòa với muối với lượng thích hợp để tạo ra nồng độ muối theo ý muốn, một phần cho vào các khuôn đá Đặt các khuôn đá vào bể nước Do kết cấu của bể đá, khuôn được giữ trên cácthanh bắt ngang bể Sau một ngày đêm, nước đã được đông thành đá Khi có nhu cầu sử dụng, ta lấy đá lên bằng phương pháp thủ công

Ta dùng nước ở nhiệt độ thường, xối lên trên khuôn đá, nhằm tách đá ra khỏi khuôn

2 Sơ đồ bố trí thiết bị (sơ đồ nguyên lý):

Thuyết minh

Hệ thống lạnh hoạt động được nhờ có môi chất ở phía trong (môi chất NH3) Qua giàn lạnh xương cá, môi chất bay hơi Do tổn thất nhiệt trên đường ống, hơi môi chất được quá nhiệt Trước khi vào máy nén hơi quá nhiệt đi qua bình tách lỏng, nhằm đảm bảo máy nén hút hơi quá nhiệt khô

Máy nén hút hơi quá nhiệt, nén từ áp suất bốc hơi Po lên áp suất ngưng tụ Pk Sau đó, hơi môi chất lạnh đi qua bình tách dầu, nhằm tách các giọt dầu trộn lẫn trong dòng môi chất (không hòa lẫn với dầu), dầu chảy vào bình chứa dầu Trên bình chứa dầu có gắn lưu lượng kế mức lỏng, để điều khiển van điện từ mở, cấp dầucho máy nén

Hơi môi chất tiếp tục đi vào thiết bị ngưng tụ, tại đây, hơi môi chất tỏa nhiệt, ngưng tụ thành lỏng môi chất lạnh

Lỏng môi chất lạnh chảy vào bình chứa cao áp Trên bình chứa cao áp, có thiết bị tách khí không ngưng Với thiết bị này, khí không ngưng (chủ yếu là không khí), được tách ra khỏi dòng lỏng môi chất lạnh

Lỏng môi chất lạnh tiếp tục cuộc hành trình đi qua phin sấy Nhờ mắt gas gắntrên đường lỏng, ta dễ dàng quan sát được dòng lỏng môi chất lạnh này Tiếp tục, lỏng môi chất qua van tiết lưu nhiệt ngoài (lấy tín hiệu hơi quá nhiệt để điều chỉnh

độ mở của van), áp suất giảm từ áp suất ngưng tụ Pk xuống áp suất bốc hơi Po.Lỏng môi chất lạnh đi vào dàn bay hơi, nhận nhiệt của dung dịch nước muối, bay hơi thành hơi môi chất lạnh

Page 18

CHƯƠNG III TÍNH CHU TRÌNH LẠNH

I Chọn các thông số kỹ thuật:

 Chọn thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh là kiểu xối tưới có trích lỏng giữa dòng

 Nhiệt độ của nước vào giàn xối tưới tw1 = 33oC

Theo những điều kiện công nghệ ở chương II, nhiệt độ đóng băng của nước tđđ =-5oC

 Nhiệt độ trung bình của nước muối tm = -10oC

 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh

Với hiệu nhiệt độ yêu cầu được chọn là t = 5oC

 Nhiệt độ nước ra khỏi giàn xối tưới

 Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh

Trong đó chọn tk = 5oC

 Nhiệt độ quá lạnh môi chất lạnh

Trong đó độ quá lạnh được chọn tql = 3oC

 Nhiệt độ quá nhiệt môi chất lạnh

Trong đó độ quá nhiệt được chọn tqn = 5oC

C t

t

k w

C t

t

ql k

C t

t

10 5

Năng suất lạnh riêng

Năng suất lạnh riêng thể tích

h

q o  1 4  1757 , 14  664 , 286  1092 , 86 /

3 / 71

, 2185 5

, 0

86 , 1092

m KJ

h

Năng suất nhiệt riêng

2 Chọn cấp máy nén:

2425 , 0

7143 , 1

h

q k  2 3  2057 14  664 , 286  1392 , 86 /

Hệ số khếch tán ẩm  g/mhMpa

6 Lớp cách nhiệt, cách ẩm - bitum 0.1 0.18 0.86

Hệ số dẫn nhiệt của tường

Chọn K1= 0,3 W/m2.độ

Bề dày lớp cách nhiệt

Với: Hệ số cấp nhiệt phía ngoài bể 1 = 19,18 W/m2.độ

Hệ số cấp nhiệt phía trong bể 2 = 813,94 W/m2.độ

Chọn cn = 0,15 m

1.2.Kiểm tra động sương

Với bề dày lớp cách nhiệt ở trên, tính lại hệ số truyền nhiệt K1 = 0,231 W/m2.độ

Hệ số truyền nhiệt động sương thực tế

Với Nhiệt độ không khí bên ngoài bể t1 = 35oC

Nhiệt độ trong bể t2 = -10oC

Nhiệt độ động sương (tra ở 35oC) ts = 34oC

Theo trên ta thấy K1 < ks  bề mặt bể không đọng sương

Theo kết cấu của bể, bề mặt trong bể là tấm thép, nên kết cấu của tường được cách ẩm

1

i cn

cn i i K

11

1

i i

i cn

94 , 813

1 39

006 , 0 18 , 0

1 , 0 18 , 0

004 , 0 82 , 0

38 , 0 88 , 0

02 , 0 2 18 , 19

1 3

, 0

1 047 , 0

t t

1035

343518,1995,0

95

2 1

Hệ số khếch tán ẩm  g/mhMpa

i cn

cn i i K

i i

i cn

1001 , 0

94 , 813

1 46 , 0

1 , 0 1 , 1

2 , 0 18 , 0

004 , 0 1 , 1

2 , 0 18 , 0

1 , 0 2 39

006 , 0 1 047 , 0

Chọn cn = 0,2 m

Hệ số truyền nhiệt K2 với bề dày lớp cách nhiệt vừa mới tính toán ở trên

K2 = 0,167 W/m2.độ

So sánh với hệ số truyền nhiệt được chọn ở trên K2tt < K2chọn

Vậy điều kiện được thỏa mãn

Vì mặt ngoài của của đáy bể đá là nên đất, không tiếp xúc với không khí nên ở đây ta không cần kiểm tra hiện tượng động sương

Tương tự như vách của bể đá, mặt trong của nền cũng được lót bằng thép, xem như cách

ẩm hoàn toàn

1 : Kết cấu của bể đá:

Năng suất thiết kế bể đá 1000cây/ngày, đêm

Thời gian đông đá

Trong đó: Nhiệt độ trung bình của nước đá

Chiều rộng khuôn đá bo = 0,19 m (chọn mặt trên của khuôn).Đối với bể đá, hệ số A = 4540

Tuy thời gian đông đá chỉ là 18,632 giờ Nhưng khi thiết kế ta nên chọn thời gian cho một

mẻ là 24 giờ (1 ngày, đêm), thời gian chọn dư ra không làm tiêu tốn nhiều chi phí lạnh

b B

b t

A m

Để đảm bảo luôn đủ đá cung cấp cho khách hàng, ta chọn số khuôn đá nhiều hơn 20% số khuôn tính toán được.

Số khuôn đá trong một mẻ

Khoảng cách khuôn đá ngoài cùng với tường khuôn,tường =25 mm

Chiều rộng đoạn hở cưôi bể 600 mm

Chiều rộng đoạn hở đầu bể 500 mm

Bề rộng của bể L1 = Lo + 2 x khuôn,hàng + (Nhàng -1) x khuôn + Nhàng x bo

50

10 2 , 1

3





Hình 3: kết cấu bể đá

Hình 4: kết cấu trong bể đá

2 Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che:

Chọn Hệ số truyền nhiệt qua vách k1 = 0,231 Kcal/m2.h.độ

Hệ số truyền nhiệt qua nền k2 = 0.167 Kcal/m2.h.độ

Hệ số truyền nhiệt qua nắp k3 = 2 Kcal/m2.h.độNhiệt độ của môi trường quanh bể tf = 35oC

Nhiệt độ trung bình của nước muối tm = -10oCDiện tích xung quanh bể F1 = 2.(L1+L2).L3 = 631,125 m2

Diện tích nắp F3 = (L1+40).(L2+40) = 138,69315m2

3 Nhiệt làm đông đá:

Page 28

ngày KJ ngày

Kcal t

t F k

Nhiệt độ của nước khi đưa vào khuôn tn = 31oC

Nhiệt dung riêng của nước đá Cpnđ = 2,09 KJ/Kg.độNhiệt độ cuối quá trình đông đá t2 = -5oC

4 Nhiệt làm lạnh khuôn đá:

Trong đó

Khối lượng của một khuôn đá gk = 7,2 KgNhiệt dung riêng của thép (vật liệu làm khuôn) Ck = 0,418 KJ/Kg.độNhiệt độ của nước khi đưa vào khuôn tf = 31oC

Nhiệt độ trung bình của nước muối tm = -10oC

5 Nhiệt tổn thất do động cơ cánh khuấy:

Trong đó

Hiệu suất hoạt động hữu ích của cánh khuấy i = 0,85

Chỉ số i chỉ số cánh khuấy được dùng i = 1

6 Nhiệt tổn thất khi tách đá ra khỏi khuôn:

t t  KJ ngày C

g n

Q3  kd. k. k. f  m  148072 32 /

ngày KJ ngày

Kcal N

i

i i

1860,4

f n

Q5  kd  nd  450311 4 /

Trong đó

Bề dày lớp đá tan để có thể tách đá ra khỏi khuôn  = 0,001 m

Chi phí lạnh (năng suất lạnh)

Page 30

ngày KJ Q

Q Q Q Q

Q o  1 2 3 4 5  26579340 48 /

CHƯƠNG V CHỌN MÁY NÉN

I Chọn máy nén

1. Tính năng suất thể tích thực tế của máy nén:

Năng suất lạnh của máy nén cần lắp đặt

Lượng môi chất chạy qua máy nén

Năng suất thể tích thực tế của máy nén

2. Tính năng suất thể tích lý thuyết của máy nén:

Q k

o 308,05

3600.24





s Kg q

Q m

o

mn o

tt  0,282 /

s m m



' w

i r w k tl



7216 , 0

k k o

o o k lt c i

P

P P P

P P c P

P P







