Đồ Án Kỹ Thuật Lạnh Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Bể Đá Cây Công Suất 10 Tấn Sử Dụng Môi Chất NH3

CHƯƠNG I : SƠ LƯỢC NƯỚC ĐÁ CÂY:Nước đá cây có vai trò quan trọng trong đời sống và trong công nghiệp.Trong công nghiệp người ta sử dụng nước đá cây để bảo quản ướp lạnh thực phẩm , dùng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

MỞ ĐẦU

Trong những năm qua, ngành kỹ thuật lạnh nước ta đã phát triển rất mạnh mẽ, đặc biệt là trong ngành chế biến và bảo quản thủy hải sản Quá trình thay đổi và ứng dụng các công nghệ mới

để đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế và thay đổi môi chất lạnh mới đã tạo ra một sự chuyển biến mạnh

mẽ theo hướng tích cực cho ngành kỹ thuật lạnh nước ta

Kỹ thuật lạnh ra đời đã hàng trăm năm nay và được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành kỹ thuật khác nhau như: công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, công nghiệp hóa chất, công nghiệp rượu, bia, y học

Ngày nay kỹ thuật lạnh phát triển rất mạnh mẽ, được sử dụng với rất nhiều mục đích khác nhau, phạm vi ngày càng mở rộng và trở thành một nghành kỹ thuật vô cùng quan trọng

Một trong những ứng dụng của kỹ thuật lạnh mà con người đã sử dụng từ rất lâu đó

là sản xuất nước đá Nước đá có thể được sản xuất dưới nhiều dạng khác nhau tùy

theo nhu cầu, mục đích sử dụng và điều kiện thực tế

Nước đá được sử dụng rộng rãi từ dân dụng đến trong công nghiệp đặc biệt là nước

đá cây

Trên thực tế nếu muốn xây dựng một nhà máy sản xuất nước đá cây và hoạt động có

hiệu quả thì cần phải trải qua rất nhiều giai đoạn và các yếu tố như điều kiện kinh tế,

nhu cầu sử dụng

Trong khuôn khổ đồ án môn học này những số liệu mà chúng em tính toán và đưa ra

chắc chắn sẽ có rất nhiều sai sót Nhưng thông qua đồ án môn học này chúng em đã

củng cố được rất nhiều kiến thức cần thiết để áp dụng vào thực tế sau này

CHƯƠNG I : SƠ LƯỢC NƯỚC ĐÁ CÂY:

Nước đá cây có vai trò quan trọng trong đời sống và trong công nghiệp.Trong công nghiệp người ta sử dụng nước đá cây để bảo quản ướp lạnh thực phẩm , dùng cho các tàu đánh bắt thủy hải sản , trong đời sống nước đá được sử dụng để phục vụ cho nhu cầu giải khát, giải trí Trong công nghiệp chế biến nước đá, nước đá thường được sản xuất dưới nhiều dạng tùy theo nhu cầu sử dụng như : đá cây, đá vảy, đá tấm ở đây chúng ta chỉ nghiên cứu hệ thống sản xuất đácây

Phương pháp sản xuất đá cây là một phương pháp đã dược ứng dụng từ lâu và có những ưu nhược điểm nhất định sau đây :

Ưu điểm:

Vì có dạng khối lớn nên có khả năng tích trữ lâu,tiện lợi cho việc vận chuyển đi xa và dùng để bảo quản thực phẩm lâu ngày.Phương pháp sản xuất đơn giản, các thiết bị dùng cho hệ thống có thể chế tạo được ở trong nước và không đòi hỏi các thiết bị đặc biệt

Nhược điểm :

chi phí vận hành lớn do phải trải qua nhiều khâu trung gian như: vào nước,ra đá,vận chuyển chi phí nhân công lao động chi phí đầu tư ban đầu lớn :chi phí xây dựng bể đá, bể nhúng ,kho bảo quản sản phẩm Tổn thất nhiệt lớn do quá trình từ sản xuất đến sử dụng phải trải qua nhiều khâu trung gian

Dễ gây ăn mòn thiết bị

Phải thường xuyên kiểm tra nồng độ nước muối của dung dịch để tránh hiên tượng đóng băng chất tải lạnh

III Môi chất sử dụng trong hệ thống: NH3

Ưu điểm:

Không gây ăn mòn thiết bị chế tạo từ thép, kim loại đen chế tạo máy nhưng ăn mòn đồng và các hợp kim của đồng Vì vậy không sử dụng đồng và các hợp kim của đồng trong hệ thống amoniac.

Có mùi đặc trưng nên dễ phát hiên khi rò rỉ

Không hòa tan dầu bôi trơn máy nén

Rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển và bảo quản

Nhược điểm:

Độc hại đối với con người và môi trường

Trong không khí nêu có chứa một lượng NH3 nhất định có thể bắt lửa gây nổ, hỏa hoạn

CHƯƠNG II: CÁC YÊU CẦU BỐ TRÍ MẶT BẰNG VÀ KẾT CẤU BỂ ĐÁ:

Khoảng cách lắp đặt các thiết bị, máy móc phải thuân tiện cho việc vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa

Mặt bằng bố trí thiết bị phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: công suất của bể đá, kích thước của

bể đá và các phòng chức năng như: phòng máy, hiên ô tô xuất đá

II Kết cấu tường ,nền và nắp bể đá :

1 kết cấu sơ bộ và quy trình sản xuất:

bể đá gồm 1 bể nước muối dược chia làm 2 ngăn : 1 ngăn đặt dàn lạnh còn 1 một ngăn đặt các khuôn làm đá.Nước muối tuần hoàn trong bể nhờ bơm tuần hoàn Nước muối từ trong ngăn cây đá được bơm đẩy vào ngăn có dàn bay hơi (dàn lạnh xương cá hoặc dàn lạnh ống đứng ).Ở đây nước muối được làm lạnh và được đẩy vào ngăn cây đá Các cây đá thường được bố trí thành các linh đá,các linh đá có từ 5 đến 7 khuôn đá tùy theo cỡ bể

Các linh đá chuyển động trong bể nhờ hệ thống vít đẩy và chuyển động ngược chiều với nước muối Khi đã thành đá ,cả linh đá sẽ được cầu trục nâng lên khỏi bể đưa sang nhúng vào bể tan giá trong khoảng từ 2 đến 4 phút sau đó được đưa lên bàn lật để tháo khuôn Khuôn đá được đưa đến

hệ thống vòi rót tự động.Nước được đổ đầy khoảng 90% khuôn(khi làm lạnh nước giãn nở không tràn ra bể làm giảm nồng độ nước muối dẫn đến tổn thất nhiệt) rồi linh đá được đưa đến đầu kia của bể ,khi linh đá chuyển động hết chiều dài của bể là đã sẵn sàng để ra khuôn

2 kết cấu tường bao :

Bể thường được xây bằng gạch đỏ sau đó được bọc cách ẩm và cách nhiệt,lớp trong cùng là lớp thép tấm dày từ 5 đến 6mm.Có thể bố trí các lớp kết cấu theo sơ đồ sau:

8 Lớp thép tấm 5 45,3

Mặt cắt tường bao :

Chú thích :1.lớp vữa xi măng2.lớp tường gạch3.lớp hắc ín dán giấy dầu4.lớp cách nhiệt polystirol5.lớp thép tấm

Tổng chiều dày các lớp của kết cấu tường:

nền bể được kết cấu như sau :dưới cùng là lớp đá làm nền và đất đầm kỹ sau đó là lớp bê tông

đá dăm M200 dày 150200 mm,lớp cách ẩm bằng hắc ín dày 1mm,lớp giấy dầu dày 1  2

mm ,lớp cách nhiệt polystirol ,lớp giấy dầu dày 1 2 mm,lớp bê tông cốt thép dày 66 100 mm,lớp cát lót mỏng dày từ 10  15 mm và cuối cùng là lớp vỏ bể bằng thép tấm dày 5  6 mm

(mm)

Hệ số dẫn nhiệt

λ (w/m.k)

Hệ số dẫnẩm(g/mhMPa)

III Xác định chiều dày lớp cách nhiệt và kiểm tra đọng sương:

1 tính chiều dày lớp cách nhiệt:

Từ công thức tính hệ số truyền nhiệt k cho vách phẳng nhiều lớp :

k=

2 1

1

11

cn

11

005 , 0 18 , 0

002 , 0 2 18 , 0

001 , 0 82 , 0

11 , 0 93 , 0

01 , 0 2 3 , 23

1 23 , 0

1 047 ,

Chiều dày lớp cách nhiệt phải lấy lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã tính được theo kích thước tiêu chuẩn Ta chọn tổng chiều dày lớp cách nhiệt là 200 mm với 2 lớp x 100

 Tổng chiều dày của tường bao:

cn cn n

2,03,45

05,018,0

004,018,0

001,082,0

22,093,0

04,03,231

11

1

2 1

2 Tính kiểm tra đọng sương :

Tra bảng 1-1 sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH” –Nguyễn Đức Lợi ,ta tìm được nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất ở TP.HCM là 37,2oC, độ ẩm trung bình φ =74% Tra đồ thị h-x ta sẽ tìm được : ts =31,5oC và tư =33oC

Để không đọng sương bề mặt bên ngoài bể đá hệ số truyền nhiệt thực phải thỏa mãn điều kiện sau:

2 1

1 1

.95,0

t t

t t

5 , 31 2 , 37 3 , 23 95 ,

Với kt =0,2 đã tính được ở trên ,vậy vách ngoài của bể đá không bị đọng sương

CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC BỂ ĐÁ:

Để xác định được kích thước của bể đá phải căn cứ vào số lượng ,kích thước của cây đá ,linh đá,dàn lạnh và cách bố trí dàn lạnh ,loại khuôn đá ,hệ thống tuần hoàn nước muối trong bể

I.Xác định số lượng và kích thước khuôn đá:

Số lượng khuôn đá dược xác định dựa vào năng suất bể đá và khối lượng cây đá :

“HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH” –Nguyễn Đức Lợi:

Đối với các hệ thống máy đá cây có công suất lớn (trên 5 tấn / mẻ )đều sử dụng khuôn đá loại

II xác định số lượng –kích thước linh đá:

Các khuôn đá được bố trí thành các linh đá , mỗi linhđá gồm có nhiều khuôn ở đấy chúng ta

sử dụng loại linh đá có 7 khuôn đá x50kg/cây đá

số lượng linh đá được xác định:

1 1

n

N

m  với m1:số lượng linh đá

n1:số khuôn trên 1 linh đá

N :số khuôn đá

Khối lượng cây đá

Khối lượng khuôn

gian đông đá

57 , 28 7

200

Khoảng cách giữa các khuôn đá tronh linh đá lá 225 mm,hai khuôn hai đầu cách nhau 40 mm

để móc cẩu,25 mm hai đầu là khoảng cách từ linh đá đến thành trong của bể

Chiều dài mỗi linh đá :

1805 80

150 225 7 40 2 75 2 225

n

Chiều rộng của linh đá :425 mm

Chiều cao của linh đá:1150 mm

Kích thước linh đá có 7 khuôn 50 kg

1 khung linh đá

2 vị trí móc cẩu

3 khuôn đá 50 kg

III Xác định các kích thước bên trong bể đá :

Kích thước bể đá phải đủ để bố trí các linh đá,dàn lạnh, bộ cánh khuấy và các khe hở cần thiết

để nước muối chuyển động tuần hoàn Có hai cách để bố trí dàn lạnh :bố trí dàn lạnh một bên, khuôn đá một bên và cách thứ hai hay được sử dụng hơn đó là bố trí dàn lạnh ở giữa bể (có độ rộng từ 600-900mm)hai bên bố trí hai dãy linh đá đối xứng,cách này có ưu điểm là có hiệu quả truyền nhiệt cao và tốc độ nước muối chuyển động cũng đồng đều hơn

1 Xác định chiều rộng bể đá:

A L

W  2  4  

W :Chiều rộng của bể

L :Tổng chiều dài của hai linh đá bố trí hai bên dàn lạnh (mm)

 :Khe hở giữa linh đá và vách trong của bể đá (mm)

A :Chiều rộng cần thiết để lắp đặt dàn lạnh,từ 600-900mm,đối với bể đá có công suất 10

tấn/mẻ chon A = 700 mm

4410 700

25 4 1805

l   2.

B :Chiều rộng các đoạn hở lắp đặt bộ cánh khuấy và và tuần hoàn nước, chọn B =600 mm

C: Chiều rộng đoạn hở cuối bể,C = 500 mm

b:Khoảng cách giữa các linh đá được xác định dựa trên độ rộng của linh đá và khoảng

15 500



3 Xác định chiều cao của bể đá :

chiều cao của bể đá phải đủ lớn để có khoảng hở cần thiết giữa đáy khuôn đá và bể Mặt khác phía trên linh đá là một khoảng hở cỡ 100mm, sau đó là lớp gỗ dày 30mm dùng làm nắp bể.Đối với các bể có công suất từ 5 tấn/mẻ trở lên thường có tổng chiều cao là 1250 mm

Bảng thông số kích thước bên trong của bể:

Bố trí bể đá với linh đá 7 khuôn đá

IV Xác định thời gian làm đá :

Thời gian làm đá cây được xác định theo công thức :

b t

 : thời gian làm đá (giờ)

19 , 0 10

CHƯƠNG IV: TÍNH NHIỆT BỂ ĐÁ:

Dòng nhiệt tổn thất qua bể đá được tính bằng công thức :

Q = Q1+Q2+Q3+Q4+Q5 (w)

Q1: dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của bể

Q2: dòng nhiệt để làm lạnh khuôn và đông đá

Q3: dòng nhiệt do thông gió (ở đây bằng 0)

Q4: dòng nhiệt do vận hành

Q5: dòng nhiệt do sản phẩm hô hấp (ở đây bằng 0)

I Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che:

Vì bể đá được đặt trong nhà xưởng nên khả năng bị tổn thất nhiệt do bức xạ mặt tròi rất ít, vì vậy tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che chủ yếu gồm 3 thành phần :

Nhiệt truyền qua tường bể đá :Q11

Nhiệt truyền qua nắp bể đá :Q12

Nhiệt truyền qua nền bể đá :Q13

Q t  Trong đó :

t

k : hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che

F : diện tích bề mặt của kết cấu bao che.

37,3oC, nhưng do bể đá được đặt trong nhà xưởng nên ta lấy thấp hơn 4-5oC (chọn = 5)  t1 = 32,5oC

Nhiệt độ bên trong bể là :-10oC  t  32 , 3  (  10 )  42 , 3oC

Đối với nắp bểt là độ chênh lệch nhiệt độ giữa không khí bên ngoài bể với lớp không khí bên trong bể (dưới nắp bể ),nhiệt độ lớp không khí này lấy chênh lệch với nhiệt độ của bể vài độ (chọn bằng 5oC )  t  32 , 3   5 37 , 2 oC



3 Hệ số truyền nhiệt thực tế qua các bề mặt bao che:

Đối với kết cấu tường :kt = 0,2 W/m2.k

Đối với nắp bể :

2

1 1

1

 = 23,3 W/m2k và ' 2= 7 W/m2k

 : chiều dày lớp nắp bằng gỗ :  = 30 mm

: hệ số dẫn nhiệt của gỗ :  = 0,2 W/m.k

978 , 2 7

1 2 , 0

03 , 0 3 , 23 1

pn

C : nhiệt dung riêng nước, C pn = 4186 J/kg

r : nhiệt đông đặc của nước đá, r= 333600 J/kg

2090 333600

30 4186

70760 66960

473810 10000

k k

pk t t C

.460.5440

86 , 72254 9

, 1494 70760

III Dòng nhiệt do vận hành: Q4

1 Nhiệt do bộ cánh khuấy gây ra: Q41

Bộ cánh khuấy được bố trí bên ngoài bể muối, nhiệt năng do bộ cánh khuấy tạo ra được xác định theo công thức sau:

N

Q41  1000

: hiệu suất động cơ điện,  = 0,8 – 0,95 Chọn  = 0,8

N : công suất của bộ cánh khuấy

Chọn máy cánh khuấy dùng cho bể có công suất 10 tấn :

(vòng/phút)

Lưu lượng(m3/phút)

Công suất (kw)

Năng suất bể

đá (tấn)

1200 5

, 1 8 , 0 1000

f : diện tích bề mặt cây đá: đối với cây đá loại 50kg/cây có f = 1,25 m2

 : bề dày phần đá đã tan khi nhúng (m) để có thể tháo ra khỏi khuôn,

 = 0,001 (m)

 : khối lượng riêng của nước đá:  = 900 kg/cm3

 : thời gian đông đá,  = 66960 giây.

1592 66960

473810

900 001 , 0 25 , 1 200

2792 1592

1200

IV Xác định tải nhiệt cho thiết bị, máy nén và năng suất lạnh của máy nén:

1 Xác định tải nhiệt cho thiết bị: Q tb

Tải nhiệt cho thiết bị dùng để tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết cho thiết bị bay hơi Để đảm bảo được nhiệt độ trong buồng ở những điều kiện bất lợi nhất ta phải tính toán tải nhiệt cho thiết bị là tổng các tải nhiệt thành phần có giá trị cao nhất như đã tính được ở trên:

16 , 75613 2792

86 , 72254 5

, 5663

3 2

75 , 0 86 , 72254 6 , 0 5 , 5663

b: Hệ số thời gian làm việc ngày đêm của các hệ thống lớn Chọn b 0,9

07 , 63604 9

, 0

416 , 51110 12 , 1

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH VÀ CHỌN MÁY NÉN:

I Tính chọn các thông số của chế độ làm việc:

1 Các thông số cho trước:

Công suất bể đá cây: 10 tấn/mẻ

Hệ số tỏa nhiệt cao hơn nên làm mát tốt hơn

Ít chịu ảnh hưởng của thời tiết

Tính nhiệt độ nước vào và nước ra thiết bị ngưng tụ:

Khi sử dụng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt lấy nhiệt độ nước vào thiết bị ngưng tụ (t w1) cao hơn nhiệt độ nhiệt kế ướt từ 34oC (chọn = 3oC)

1

w

t = t u  3  33  3  36 ,oCNhiệt độ nước ra khỏi thiết bị ngưng tụ t w2 cao hơn t w1 2-6 oC, chọn = 4oC

40 4 36

3 Chọn nhiệt độ bay hơi: t0

Nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh phụ thuộc vào nhiệt độ của bể(t b   10 oC), vì máy đá cây

là hệ thống lạnh gián tiếp dùng chất tải lạnh là nước muối Nhiệt độ nước muối lấy thấp hơn nhiệt

độ bể từ 810oC (chọn bằng 8 oC) và nhiệt độ sôi của môi chất lấy thấp hơn nhiệt độ nước muối từ

56 oC (chọn bằng 5 oC)

0

t    , oC

895 , 16

 <12  chọn chu trình một cấp

5 Chọn độ quá nhiệt hơi hút:

) 10 5 (

t

t h oC, chọn bằng 5 C

18 5

23   





Sự quá nhiệt có thể đạt được bằng ba cách:

- Quá nhiệt ngay trong dàn lạnh khi sử dụng các loại van tiết lưu nhiệt

- Quá nhiệt nhờ hòa trộn thêm với hơi nóng trên đường về máy nén

- Quá nhiệt do tổn thất lạnh trên đường ống từ thiết bị bay hơi về máy nén

đi qua các ống này trước để quá lạnh lỏng sau đó mới đi lên các ống trên để ngưng tụ môi chất

II Tính toán chu trình :

3'

BH: thiết bị bay hơiNT: thiết bị ngưng tụMN: máy nén

TL: thiết bị tiết lưu.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống lạnh như sau: hơi mội chất sinh ra ở thiết bị bay hơi

được máy nén hút về và nén lên ở áp suất đẩy cao vào bình ngưng tụ Ơû bình ngưng hơi môichất thải nhiệt cho nước làm mát và ngưng tụ lại thành lỏng Lỏng có áp suất cao đi qua vantiết lưu vào bình bay hơi Ơû bình bay hơi, lỏng môi chất sôi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp thunhiệt của môi trường cần làm lạnh Hơi lại được hút về máy nén, như vậy vòng tuần hoàn củamôi chất được khép kín

b Đồ thị:

- đồ thị lgp-h:

1' 1

2 3'

S

2

1 1'

3' 3

Quá trình 1’-1: quá nhiệt hơi hút về máy nén

Quá trình 1-2 : nén đoạn nhiệt

Quá trình 2-3’ : quá trình ngưng tụ nhả nhiệt đẳng áp cho môi trường làm mát trong thiết bị ngưng tụ

Quá trình 3’-3: quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp

Quá trình 3-4: tiết lưu ở van tiết lưu giảm áp suất từ pk xuống p0.

Quá trình 4-1’: bay hơi thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh

Các thông số trạng thái của các điểm nút cơ bản :

Điểm nút Trạng thái Nhiệt độ

( o C)

Áp suất (bar)

Entanpi,h (kJ/kg)

Thể tích, v (m 3 ) 1’ Hơi bão hòa

, 692 1728

4 ' 1

3 Năng suất lạnh riêng thể tích: q v

4,14797

,0

6,1035

4 Công nén riêng: l

331 1739 2050

, 692 2050

, 0 250

250 316 12 ,



 v

III Chọn máy nén:

Nhiệt tải Q0 của máy nén: Q0  63604 , 07 (w) =63,6 (kw)

Năng suất lạnh riêng: q0  1035 , 6(kJ/kg)

1 Lưu lượng môi chất qua máy nén: m tt

0614,06,1035

6,63

0 0

0 0

p

p p

p c p

pk k p

i

KẾ HỆ THỐNG LẠNH” –Nguyễn Đức Lợi chọn:

01 , 0 05 , 0

1 , 1 95 ,

T

T



511 , 0 79 , 0 64 ,

042 , 0

, 0

01 , 0 16 , 0 16

, 0

01 , 0 6895 , 1 03 , 0 16

, 0

01 , 0 16 , 0