Thiết kế hệ thống sản xuất nước đá cây

 Bể đá khối sx các loại  Nước đá đục  Nước đá trong suốt nước đá phalê  Nước đá tấm  Phương pháp Vibushevich  Phương pháp Fechner và Grasso  Máy làm đá mảnh Flak- Ice của Cr

Chương 1

VÀI NÉT VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC ĐÁ

1/ Tính chất vật lý 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 như làm chất tải nhiệt, dung môi cho các phản ứng hoá học, dung môi để hấp thụ , giải hấp… Ngoài ra hơi nước đặc biệt quan trọng trong vấn đề truyền nhiệt

Tính chất vật lý:

 Khối lượng riêng lớn và biến đổi khá rộng theo nhiệt độ :

T ( 0 C) ρ (Kg/cm 3 )

Khối lượng riêng lớn nhất là ở 4 0 C :1000 kg/cm 3

 Nhiệt dung riêng trung bình 4,18 kJ/kgK

 Hệ số dẫn nhiệt λ.10 2 (W/mK) :

 Ẩn nhiệt hoá hơi ở 100 0 C (1atm) 2260kJ/kg

 Ẩn nhiệt đóng băng 334kJ/kg

2/ Tính chất vật lý của nước đá

Nước đá được sử dụng rộng rãi trong làm lạnh, trữ lạnh cho vận chuyển, bảo quản nông sản, thuỷ sản , thực phẩm, cho chế biến lạnh các sản phẩm từ thịt, cho chế biến thuỷ sản ( ướp đá bột ) và cho sinh hoạt của nhân dân, nhất là các vùng nhiệt đới để làm mát và giải khát

Tính chất vật lý của nước đá ở 0 0 C và áp suất 0.98 bar

 Nhiệt độ nóng chảy t r = 0 0 C

 Nhiệt lượng nóng chảy q r = 333.6kJ/kg

 Nhiệt dung riêng C pd = 2.09 kJ/kgK

 Hệ số dẫn nhiệt λ = 2.326 W/mK

 Khối lượng riêng trung bình 900kg/m 3

 Khi đóng băng thành nước đá thể tích nó tăng 9%

Nước đá được sử dụng để làm lạnh vì có khả năng nhận nhiệt của môi trường xung quanh và tan ra thành nước ở 0 0 C

Lượng lạnh cần thiết để biến 1kg nước ở nhiệt độ ban đầu t 1 thành nước đá có nhiệt độ t 2 là

@ q = 4.18(t 1 - 0) + q r + 2.09(0 - t 2 )

3/ Phân loại nước đá

Theo thành phần nguyên liệu ban đầu người ta phân nước đá nhân tạo ra các loại nước đá từ nước ngọt (nước lã, nước sôi, nước nguyên chất), Nước đá từ nước biển và nước đá từ nước muối; nước đá từ nước sát trùng và kháng sinh

Từ nước ăn lấy từ mạng nước thành phố người ta sản xuất

o Nước đá đục khối lượng riêng ( khối lượng riêng 890 – 900kg/m 3 )

o Nước đá trong ( khối lượng riêng 910 – 917kg/m 3 ) ở nhiệt độ từ 8 đến

-25 0 C

o Nước đá pha lê ( khối lượng riêng 910 – 920kg/m 3 )

Phân loại theo cách khác

o Nước đá thực phẩm

o Nước đá khử trùng

o Nước đá từ nước biển

Theo hình dạng nước đá

o Nước đá khối

o Nước đá tấm

o Nước đá ống

o Nước đá mảnh

o Nước đá thỏi

o Nước đá tuyết

Nước đá đục có màu trắng vì trong đó có ngậm các bọt khí và tạp chất, khi tan để lại chất lắng Nứơc đá trong là trong suốt và có màu phớt xanh, khi tan không để lại chất lắng

Trong công nghệ sản xuất nứơc đá từ nước ngọt, ngừơi ta đòi hỏi những yêu cầu đặc biệt đối với nguyên liệu nước

Thông thường nguồn nứơc phải đảm bảo các yêu cầu sau :

 Số lượng vi khuẩn trong nước không quá 100 con/ml

 Vi khuẩn đường ruột không quá 3 con/l

 Chất khô cho phép là 1 g/l

 Độ cứng chung của nước không quá 7 mg/l

 Độ đục theo hàm lượng các hạt lư lửng không quá 1,5 mg/l

 Hàm lựơng sắt không quá 0,3 mg/l

 Nồng độ cho phép của các ion hydro trong khoảng 6,5 đến 9,5

 Hàm lượng các tạp chất đối với nước đá trong sản xuất ở gần -10 0 C

Tạp chất Hàm lượng tối đa

Hàm lượïng muối chung mg/l

Sunfat + 0,75 clorua + 1,25 natri cacbonat mg/l

Muối cứng tạm thời mg/l

3

7 4/ Ảnh hưởng của tạp chất đến chất lượng nứơc đá

Tạp chất Ảnh hưởng đến chất lượng nước đá Kết quả chế biến nước CaCO 3 Tạo thành chất lắng bẩn thường ở phần

dưới và giữa cây đá làm nứt ở nhiệt độ thấp

Tách ra được

MgCO 3 Tạo thành chất lắng bẩn và bọt khí Làm

nứt ở nhiệt độ thấp

Tách ra được

Ôxit sắt Cho chất lắng màu vàng hay màu nâu và

nhuộm màu chất lắng canxi và magie

Tách ra được

Ôxit silic và

ôxits nhôm

Không thay đổi

Biến đổi thành sunfat canxi

Clorua magie Thường biểu hiện dưới dạng các vết

trắng, không có cặn

Biến đổi thành clorua canxi

NaCO 3 Một lượng nhỏ cũng có thể làm nứt ở

nhiệt độ dưới -9 0 C Tạo ra các vết màu trắng, tập trung ở lõi ,kéo dài thời gian đóng băng Tạo độ đục cao, không có cặn

Biến đổi thành cacbonat natri

Khi độ pH > 7 và trong nước có các loại muối canxi , magiê và đặc biệt là natri cacbonatthì cây đá sẽ giòn , dễ gãy vì vậy nên làm nứơc đá đóng băng ở -8 0 C và làm tan giá ở 20 0 C Điều kiện bình thường là -10 0 C và 35 0 C

5/ Một số phương pháp sản xuất nước đá

 Bể đá khối sx các loại

 Nước đá đục

 Nước đá trong suốt ( nước đá phalê)

 Nước đá tấm

 Phương pháp Vibushevich

 Phương pháp Fechner và Grasso

 Máy làm đá mảnh Flak- Ice của Croby Field( York – Coporation)

 Máy đá tuyết Pak- Ice của Taylor

 Máy đá mảnh của Short và Raver

 Máy làm đá ống

 Máy đá cỡ nhỏ

6/ Bảo quản và vận chuyển nước đá

Có nhiều phương pháp bảo quản nước đá : bảo quản trong kho, thùng chứa, silô, dự trữ lạnh trong bể nước hoặc bể nước muối lạnh dưới dạng cháo lạnh

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

 Đá mảnh thường được bảo quản trong các thùng chứa hoặc các silô

Chương 2

QUI TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁ

1/ Cơ sở vật lý của quá trình đông đá

Trong làm lạnh đông khi nhiệt độ xuống dưới 0 0 C mà vẫn chưa có sự đóng băng đá, đó là hiện tượng chậm đóng băng ( sự quá lạnh ) Sự chậm đóng băng do sự chậm tạo thành tâm kêt tinh và do hiện tượng chuyển động nhiệt Bơ- rua-nơ và chuyển động tương hỗ (kêt hợp) Khi làm lạnh đến một nhiệt độ thấp nào đó mà hệ thống chuyển động được cân bằng lực theo phương trình P kết hợp = P đẩy +

P cg.đ.nhiệt thì xuất hiện tâm kêt tinh của mạng lưới tinh thể, lúc này tương tự như xảy ra phản ứng tổng hợp : Các phần tử lỏng liên kết với mạng tinh thể hiện có thành một khối nước đá và toả ẩn nhiệt đóng băng ra Ẩn nhiệt đóng băng toả ra qua lớp nước đóng băng tới môi trường toả lạnh hoặc trực tiếp hoặc qua nhiệt trở của thành

2/ Chọn phương án sản xuất nước đá

Ngày nay khoa học kỹ thuật tiến bộ nên có nhiều loại máy sản xuất nước đá như : máy đá khối, máy đá vảy, máy đá viên,….Các loại máy trên có thể hoạt động liên tục hoặc gián đoạn, có loại làm nước đá trực tiếp, có loại gián tiếp qua nước muối

Ưu và nhược điểm của phương pháp làm lạnh gián tiếp

Về mặt nhiệt động làm lạnh gián tiếp qua chất tải lạnh có tổn thất năng lượng lớn hơn do phải truyền qua chất trung gian

Về kinh tế cũng tốn kếm hơn do phải chi phí thêm thiết bị : bơm, dàn lạnh, đường ống cho vòng tuần hoàn chất tải lạnh

Hệ thống lạnh gián tiếp chỉ có ưu điểm về mặt vận hành khi

 Khó sử dụng trực tiếp dàn bay hơi để làm lạnh sản phẩm

 Môi chất lạnh có tính độc hại, vòng tuần hoàn chất tải lạnh được coi là vòng tuần hoàn an toàn

 Khi có nhiều hộ tiêu thụ lạnh, khó kiểm soát được sự rò rỉ môi chất ở quá nhiều đường ống, dàn lạnh và tránh hệ thống phải nạp quá nhiều môi chất lạnh

Đối với đồ án này thì năng suất thuộc loại trung bình và dạng nước đá sản xuất để tiêu dùng (dạng cây 50 kg) nên em chọn phương án làm lạnh gián tiếp qua nước muối Phương pháp này thuộc loại cổ điển, có nhiều nhược điểm về chỉ tiêu kinh tế cũng như chỉ tiêu vệ sinh nhưng được có ưu điểm lớn là đơn giản, dễ chế tạo, sử dụng cho năng suất lớn, thao tác trong sản xuất gọn, vốn đầu tư thấp Hiện nay thì hầu hết các phân xưởng sản xuất nước đá ở nước ta đều chọn phương pháp này

Chọn bể nước đá khối để sản xuất nước đá cây ( loại 50kg/ cây)

Thông số cơ bản của loại đá khối tiêu chuẩn [1]

Khối lượng 50kg

Kích thước khuôn đá

o Tiết diện trên (mm x mm) 380 x 190

o Tiết diện dưới (mm xmm) 340 x 160

o Chiều cao chuẩn 1101mm

o Chiều cao tổng 1115 mmm

Chọn nhiệt độ trung bình của nước muối -10 0 C (nước muối vào -11 0 C, nước muối

ra -9 0 C)

o Tra đồ thị ta được thời gian đông đá 19h

o Thời gian đông đá được tính toán theo công thức kinh nghiệm

Với năng suất của bể đá 30tấn/ ngày

Tiêu chuẩn bể nứơc đá ( kiểu nước muối)[2]

 Năng suất chứa của bể đá 30 tấn

 Số khuôn trong một dây 10

 Số ngăn trong bể 2

 Số dãy trong một ngăn bể 30

Để xếp khuôn đá Để đặt dàn bay hơi

Bể nước muối được bố trí chia làm ba ngăn Hai ngăn 2 bên để xếp khuôn đá , ngăn giữa để đặt giàn bay hơi Trong bể được bố trí một cánh khuấy ( có cánh

hướng dòng để tuần hoàn nước muối từ giàn bay hơi ra làm lạnh khuôn rồi quay trở lại giàn bay hơi

o Dàn bay hơi được chọn là giàn bay hơi ống đứng

o Máy lạnh phục vụ cho bể nước muối là máy lạnh ammoniac một cấp

o Thiết bị ngưng tụ được chọn là bình ngưng ống chùm

3/ Chọn nồng độ nước muối

Định nghĩa chất tải lạnh

Là chất trung gian nhận nhiệt của đối tượng cần làm lạnh chuyển tới thiết

bị bay hơi cấp cho môi chất lạnh sôi Chất tải lạnh đôi khi còn được gọi là môi chất lạnh thứ cấp

Yêu cầu đối với chất tải lạnh

 Tính chất vật lý

Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh ít nhất là 5 0 C, tránh làm nổ ống do nguy cơ đông đặc.(thí dụ nếu nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh -15 0 Cphải chọn chất tải lạnh có nhiệt độ đông đặc -20 0 C hoặc thấp hơn)

Ít bay hơi hay nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển phải cao để đỡ tổn that chất tải lạnh đặc biệt là khi không chạy máy lạnh

Hệ số dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt phải lớn

Nhiệt dung càng lớn càng tốt , khả năng trữ nhiệt càng lớn càng tốt

Độ nhớt và khối lượng riêng càng nhỏ càng tốt vì giảm được tổn thất áp suất trên đường ống

 Tính chất hoá học

Không ăn mòn kim loại chế tạo máy , không ăn mòn thiết bị

Bền vững, không phân huỷ trong phạm vi nhiệt độ làm việc

 Tính an toàn

Không gây cháy nổ

Không làm ô nhiễm môi trường

 Tính chất sinh lý

Không độc hại với người và cơ thể sống

Không tác động xấu đến thực phẩm

 Tính kinh tế

Rẻ tiền, dễ kiếm , dễ vận chuyển và bảo quản

Từ những yêu cầu trên chất tải lạnh đựơc chọn là dung dịch nước muối NaCl

 Dùng nước muối để tải lạnh có những ưu điểm:

 Có hệ số truyền nhiệt lớn:  = 200-400(kcal/m2 hK)

trường hợp chất lỏng chuyển động với vận tốc 5m/s thì  = 400000 (kcal/m 2 hK) Vì thế nên có lợi về mặt kinh tế là rút ngắn thời gian sản xuất, thời gian phục vụ

 Dùng muối NaCl (muối ăn) rẻ tiền, dễ kiếm, dễ bảo quản và dễ vận

hành

 Không độc hại, không gây nổ, không bắt lửa

 Nhiệt độ đóng băng thấp: NaCl 23.1% khối lượng có nhiệt độ Ơtectic

-21.2C (Bảng 2-9 [5])

 Độ nhớt nhỏ nên giảm được công suất của bơm và trở lực thuỷ lực.:

NaCl 20% có  = 4.08 PaS ở -10C (Bảng 9/403- [16])

 Nhược điểm:

 Tính ăn mòn kim loại cao, làm cho thiết bị chống rỉ, chống mục Để

khắc phục ta có thể sử dụng chất chống ăn mòn như : 1m 3 dung dịch pha 3.2 kg Na 2 Cr 2 O 7 (có thêm 0.27 kg NaOH cho 1kg Na 2 Cr 2 O 7 ) và trước đó phải đưa dung dịch về pH = 7 Mỗi năm cũng có một lần phải thêm ½ lượng Na 2 Cr 2 O 7 và kiềm ban đầu Cũng có thể dùng 1.6 kg

Na 2 HPO 4 12H 2 0 cho 1 m 3 dung dịch NaCl (thêm vào hàng tháng)

 Dùng môi trường nước muối để tải lạnh có thể gặp phải nguy hiểm vì

hiện tượng chất tải lạnh đóng băng Vì thế phải thường xuyên kiểm tra nồng độ nước muối và thường chọn nồng độ nước muối có khoảng nhiệt độ dự trữ để khi có hạ nhiệt độ dưới yêu cầu vẫn chưa làm đóng băng dung dịch được

Bảng 2-10 [4]: Tính chất của dung dịch NaCl, ta có thể chọn NaCl 23% có

T đb = -20C, nhiệt dung riêng ở 0C: c= 0.794 kcal/kgK, hệ số dẫn nhiệt ở -10C: 

= 0.434 kcal/kgK

Khi đó chọn nhiệt độ của nước muối trong bể đá là -10C

4/ Qui trình sản xuất nước đá

Giải thích qui trình

Nguồn nước sử dụng:[12]

Nguồn nước cấp có thể đi từ nhiều nguồn khác nhau chẳng hạn:

 Nước mặt: là các nguồn nước ở ao, hồ, sông, suối,…

 Nước ngầm

 Nước cấp từ thành phố

Ở đây sẽ sử dụng nguồn nước cấp từ mạng nước thành phố

 Ưu điểm:

 Nguồn nước này đã qua xử lý, do đó sẽ tiết kiệm được chi phí xử lý

nước

 Ở qui mô nhà máy này có năng suất nhỏ nên dùng nguồn nước này tiện

hơn nếu phải xây dựng thêm một công trình cấp nước

 Nhược điểm:

 Chi phí cho việc sử dụng nước nhiều

 Đôi khi cung cấp không ổn định

Xử lý nước: [1]

Mặc dù nước cấp từ thành phố đã qua xử lý sơ bộ tuy nhiên do nước đá dùng để uống, bảo quản thực phẩm phải đảm bảo yêu cầu vệ sinh như đối với các thực phẩm tiêu dùng trực tiếp vì vậy cần phải được xử lý trước khi đưa vào sản xuất Nước xử lý phải đạt được các yêu cầu sau

 Số lượng vi khuẩn trong nước phải nhỏ hơn: 100 con/ml

 Vi khuẩn đường ruột phải nhỏ hơn: 3con/l

 Chất khô cho phép: 1g/l

 Độ cứng chung của nước: < 7mg/l

 Độ đục theo hàm lượng các hạt lơ lửng không quá 1.5mg/l

 Hàm lượng sắt: < 0.3mg/l

 pH= 6.5-9.5

Cấp nước vào bể chứa:

Nước sau khi qua xử lý sẽ được bơm bơm vào bể chứa để cung cấp cho sản xuất và sinh hoạt

 Tính thể tích bể đá:

Lượng nước dùng để sản xuất 600 cây đá (cây 50 kg) trong ngày: V 1 = G.g/  Trong đó: G : 600 cây/ngày

g : khối lượng một cây đá, g= 50 kg

 : khối lượng riêng của nước ở 33 0 C,  = 999 kg/m 3

V1 = 600x50/999 = 30 m 3 /ngày

Lượng nước dự trữ: V 2 = 5m 3

Vậy thể tích bể chứa là: V = V 1 + V 2 = 30 + 5 = 35 m 3

Kích thước bể chứa: dài x rộng x cao = 5x3.5x2 (m)

Cấp nước vào khuôn:

Vì hệ thống không sử dụng máy rót nước nên cứ sau mỗi mẻ công nhân lấy đá ra sẽ gắn vòi nước vào các ống cấp nước được thiết kế phía trên bể đá chuyền xuống châm nước vào khuôn

Khi châm nước phải châm mực nước trong khuôn thấp hơn mực nước muối để làm lạnh đông điều và nhanh Đồng thời, mực nước trong khuôn phải thấp hơn miệng khuôn để tránh khi đông thể tích của nước đá tăng 9%, trào ra ngoài làm giảm nồng độ của nước muối

Quá trình đông đá: [2]

Sau khi châm nước vào khuôn, thì cho vào bể nước muối, thực hiện quá trình đông đá

Nước muối được hoà tan trong bể với nồng độ chọn trước, sẽ được làm lạnh bởi dàn bay hơi ống đứng tới nhiệt độ -11C và chuyển động trong bể nhờ các máy khuấy.(nhiệt độ nước muối vào dàn bay hơi là -9 0 C, nhiệt độ nước muối ra khỏi dàn bay hơi -11 0 C )

Khi đó quá trình truyền nhiệt giữa nước muối lạnh và nước lỏng qua vách khuôn Nước lỏng sẽ giảm nhiệt độ cho tới nhiệt độ đóng băng (ở đây nhỏ hơn 0C) thường là -5

t 1 > t 2

Hình 1: Sơ đồ của quá trình đông đá

Bề mặt truyền nhiệt là vách khuôn đá, với bề dày của thành là  M (m), hệ số dẫn nhiệt của thành kim loại là  M ( W/mK)

Thành được tiếp xúc với nước có nhiệt độ t 1 > 0C, hệ số cấp nhiệt từ phía nước vào đá là  1 ( W/m 2 K)

Nhiệt độ của môi trường tải lạnh là t 2 , hệ số cấp nhiệt từ vách phẳng vào môi trường là  2 ( W/m 2 K)

Hệ số dẫn nhiệt của nước đá là  đ ( W/mK) , của thành kim loại là  M (

W/mK)

d bề dày thành nước đá tạo thành,  0 nhiệt độ vách nước đá vừa đông (C)

Ta có, dòng nhiệt từ nước vào bề mặt đá q 1 phụ thuộc vào t 1 - 0 : q 1 =  1 (t 1 - 0 ) (W/m 2 )

Khi ở bề mặt thành có lớp đá dày  d , hệ số truyền nhiệt từ mặt thành vào môi trường tải lạnh:

t K

M M d d

Khâu tách khuôn :

Sau khi đá đông , đá được tách ra khỏi khuôn bằng phương pháp cơ học Công nhân sẽ nhấc khuôn đá ra dùng vòi nước sịt vào khuôn trong thời gian từ 2-4 phút Đá được lấy ra và vận chuyển đến phòng bảo quản đá

Sau khi tách đá ra khỏi khuôn thì tiến hành châm nước vào khuôn rồi cho vào bể nước muối tiếp tục thực hiện mẻ mới

Chương 3

TÍNH CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM XUNG QUANH BỂ NƯỚC ĐÁ

1/ Giới thiệu về vật liệu cách nhiệt và vật liệu cách ẩm [3]

 Vật liệu cách nhiệt

Cách nhiệt lạnh có nhiệm vụ hạn chế dòng nhiệt tổn thất từ ngoài môi trường có nhiệt độ cao vào buồng lạnh có nhiệt đôï thấp qua kêt cấu bao che Chất lượng vách cách nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào tính chất của vật liệu cách nhiệt

Các yêu cầu đối với vật liệu cách nhiệt

 Hệ số dẫn nhiệt nhỏ

 Khối lượng riêng nhỏ

 Độ thấm hơi nước nhỏ

 Độ bền cơ học và độ dẻo cao

 Bền ở nhiệt độ thấp và không ăn mòn các vật liệu xây dựng tiếp xuc với nó

 Không cháy hoặc không dễ cháy

 Không bắt mùi và không có mùi lạ

 Không gây nấm mốc và phát sinh vi khuẩn, không bị chuột, sâu bọ đục phá

 Không độc hại đối với cơ thể con người

 Không độc hại đối với sản phẩm bảo quản, làm biến chất và làm giảm chất

lượng sản phẩm

 Vận chuyển, lắp ráp, sửa chữa, gia công dễ dàng

 Rẻ tiền, dễ kiếm

 Không đòi hỏi sự bảo dưỡng đặc biệt

Tuy nhiên mỗi loại vật liệu đều có ưu, nhược điểm, khi chon vật liệu cách nhiệt cho một trường hợp cụ thể nào đó cần phải lợi dụng triệt để các ưu điểm và hạn chế tới mức thấp nhất các nhược điểm của nó

Trong tất cả các yêu cầu trên thì yêu cầu về độ dẫn nhiệt nhỏ là quan trọng nhất

Các loại vật liệu cách nhiệt thường dùng:

Vật liệu có nguồn gốc từ vô cơ : sợi khoáng ( bông thuỷ tinh, bông xỉ gia công và sản xuất từ việc nung chảy silicat), thuỷ tinh bọt, sợi amiăng hoặc sợi gốm Vật liệu từ các chất hữu cơ: bấc lie, trấu, xơ dừa, polystirol, polyurethane,

polyetylen, nhựa phênol, nhựa ureformadehit

Hiện nay polystỉol và polyurethane được sử dụng rộng rãi nhất

 Vật liệu cách ẩm

Do sự chênh lệch nhiệt độ ở môi trường bên ngoài và nhiệt độ buồng lạnh, xuất hiện độ chênh lệch áp suất hơi nước giữa ngoài và trong buồng lạnh Áp suất ngoài môi trường lớn Áp suất trong buồng lạnh nhỏ, do đó luôn luôn có một dòng ẩm đi từ ngoài vào buồng lạnh Gặp nhiệt độ thấp, ẩm ngưng đọng trong kết cấu cách nhiệt, phá huỷ khả năng cách nhiệt gây nấm mốc và thối rữa vật liệu cách nhiệt Chính vì vậy cách nhiệt lạnh bao giờ cũng đi cùng với cách ẩm

Yêu cầu đối với lớp cách ẩm

 Nếu tính từ phái nóng vào phía lạnh thì vị trí lớp cách nhiệt ở trong và lớp

cách ẩm ở ngoài

 Lớp cách ẩm không cần dày (2.5 – 3 mm) nhưng phải liên tục, không nên

đứt quãng hoặc tạo ra vết nứtđể làm cầu cho ẩm thấm vào buồng

 Nhất thiết không được bố trí một lớp cách ẩm nào phía trong lớp cách nhiệt

 Vật liệu cách ẩm chủ yếu hiện nay là bitume

2/ Tính cách nhiệt cho vách

Kết cấu vách được chọn như sau

Hệ số truyền nhiệt qua vách: [3]

1

11

cn

11

Lớp vữa ximăng

Lớp cách ẩm bitumen

Lớp cách nhiệt styropore

Lưới thép

Lớp vữa ximăng

0.02 0.25 0.02 0.003

cn



0.02

0.88 0.82 0.88 0.18 0.47 0.88

0.012 0.014 0.012 0.000115 0.001 0.012

 2 : hệ số toả nhiệt của vách vào trong bể nước muối, chọn  2 = 300

(W/m 2 K)

 cn : chiều dày lớp cách nhiệt (m)

 cn : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt

Theo [2] : ta có k = 0.23 (W/m 2 K)

 Chiều dày lớp cách nhiệt

)(184.0300

118.0

003.082.0

25.088.0

02.0363.25

123

.0

1047

1047.0

2.018.0

003.082.0

25.088.0

02.0363.251

 Kiểm tra đọng sương trên bề mặt ngoài củavách cách nhiệt:[3]

Mật độ dòng nhiệt có thể tính theo: q = k(t 1 -t 2 ) hay q =  1 (t 1 -t w1 )

 t1 : nhiệt độ ngoài không khí, t 1 = 37.3C

 t2 : nhiệt độ trung bình trong bể đá, t 2 = -10C

 ts : nhiệt độ đọng sương, tra giản đồ trạng thái không khí ẩm( với không khí có nhiệt độ 37.3C và độ ẩm 75%) ta có; t s = 31C

Hình 2: Sự truyền nhiệt qua vách

2 1

1 1 1

t t

t t

Điều kiện không đọng sương là: t w1 > t s hay k s ≥ k

1 1

t t

t t

Thực tế người ta lấy:

103

.37

313.3763.2595.0

95.0

2 1

t t

Trong đó 0.95 là hệ số an toàn

Để vách ngoài không đọng sương k = 0.21 < k s = 3.24 (thỏa)

 Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt:[2] Cơng nghệ lạnh nhiệt đới

Điều kiện cách ẩm cho tường là tổng trở lực dẫn ẩm của tường ( 1 hay nhiều lớp )phải lớn hơn trở lực dẫn ẩm tối thiểu khi có sự chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước ở hai bên bề mặt tường

Theo Dusin, tổng trở lực dẫn ẩm cần thiết ( tối thiểu )của các lớp vật liệu của tường phải đạt

R n = 1.6 P (m 2 h.mmHg/g) Trong đó:

P = Pe – P i : chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước ở hai bên bề mặt tường

23.0

5.58

23.0

Áp suất của hơi nước bão hoà ở -10C : p 0 = 1.946 mmHg

 áp suất riêng phần của hơi nước trong bể nước muối : Pi = P 0 (1 – 0.084) = 1.78 mmHg

 Rn = 1.6(3.7 – 1.78) = 56.35 Để tránh đọng ẩm trong vật liệu cách nhiệt:    n

vs vs i

000115

0

003.0001.0

2.0014.0

25.0012.0

02.0

3/ Tính cách nhiệt cho đáy

cn



0.88 1.4 0.18

0.012 0.004 0.012

Kết cấu đáy Từ công thức (3-1): 

cn

11

2.018.0

005.04.1

2.088.0

02.063.25

129

.0

119

4/ Tính cách nhiệt cho nắp

Nắp dùng gỗ có  = 0.15 (W/m 2 K)

Hệ số truyền nhiệt qua nắp : k = 2.32

7

163.25

132

.2

115

CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ

1/ Tính toán năng suất lạnh

@ Tiêu tốn lạnh cho khuôn đá

g

G

p b

k.0,1( ) /1000



G năng suất bể đá G = 30 tấn/ ngày

g k khối lượng một khuôn đá không g k = 7.2kg

g khối lượng của cây đá ( 25kg , 50kg) g = 50kg

t p nhiệt độ của nước muối lạnh -10 0 C

0.1 nhiệt dung khuôn đá Kcal/kgđộ

t b nhiệt độ của nước ban đầu 33 0 C

t b nhiệt độ của nước ban đầu 33 0 C

Lớp cách ẩm bitumen & giấy dầu

Lớp bêtông cốt thép có dây điện

trở đốt nóng

t 1 nhiệt độ của đá ở cuối quá trình sản xuất, thường lấy cao hơn nhiệt độ của nước muối chừng 5 0 C (tức -5 0 C )

F i : bề mặt nền, vách, nắp của bể

K i hệ số truyền nhiệt của bể cách nhiệt

Lấy : đáy & vách :k = 0,5 kcal/m 2 h.độ

Nắp :k = 2 kcal/m 2 h.độ

t H : nhiệt độ không khí trong xưởng sản xuất nước đá t H = 37 0 C (vào mùa hè) Kích thước bể nước đá

Kích thước (m) Dài

Rộng

Cao

14,95 5,565 1,35

Diện tích (m 2 ) Đáy

Nắp

Xung quanh

14,95 x 5,565 = 83,2 14,95 x 5,565 = 83,2 (14,95 + 5,565) x 2 x 1,35 = 53,39

Q 5 = [(83,2 + 53,39).0,5 + 83,2 2](37-(-10)).24 = 264736 kcal/ ngày

Tổng năng suất lạnh :

TÍNH TOÁN CHU TRÌNH LẠNH

1/ Chọn các thông số của chế độ làm việc [3]

@Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh phụ thuộc vào nhiệt độ của buồng lạnh Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh lấy thấp hơn nhiệt đo nước muối 5 – 6 0 C

Ta chọn t 0 = -15 0 C ( nhiệt độ trung bình của nước muối là -10 0 C)

@Nhiệt độ ngưng tụ phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường làm mát của thiết bị ngưng tụ

Nếu thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước thì nhiệt độ ngưng tụ cao hơn nhiệt độ của nước ra từ 3 – 5 0 C

@Nhiệt độ quá lạnh

Nhiệt độ quá lạnh càng thấp năng suất lạnh càng lớn, vì vậy người ta cố gắng hạ nhiệt độ quá lạnh xuống càng thấp càng tốt

Tuy nhiên đối với máy lạnh amoniác một cấp và không có hồi nhiệt, thì nhiệt độ quá lạnh khi qua thiết bị trao đổi nhiệt ngược chiều cao hơn nhiệt độ nước vào 3 -

5 0 C

Chọn t ql = 35 0 C

@ nhiệt đôï hơi hút bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của môi chất

Để đảm bảo máy nén không hút phải lỏng, người ta bố trí bình tách lỏng và đảm bảo hơi hút về máy nén nhất thiết phải là hơi quá nhiệt.Độ quá nhiệt ở từng loại máy nén và đối với từng loại môi chất có khác nhau

Đối với môi chất ammoniac độ quá nhiệt từ 5 – 15 0 C

Sự quá nhiệt hơi hút của máy lạnh ammoniac đạt được bằng 3 cách :

 Quá nhiệt ngay trong dàn lạnh bằng cách sử dụng van tiết lưu nhiệt

 Quá nhiệt nhờ hoà trộn thêm với hơi nóng trên trên đường về máy nén

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

Do nhiệt độ cuối tầm nén của ammoniac rất cao nên độ quá nhiệt càng nhỏ càng tốt

Chọn nhiệt độ quá nhiệt -10 0 C

2/ Từ các thông số làm việc đã chọn ta xây dựng được chu trình lạnh với môi chất amoniắc

TÍNH CHỌN MÁY NÉN

1/ Năng suất lạnh riêng khối lượng

4/ Hệ số cấp của máy nén 

Hệ số cấp của máy nén là tỷ số giữa thể tích hút thực tế V tt và thể tích hút lý thuyết V lt  đặc trưng cho các tổn thất của quá trình nén thực so với quá trình nén lý thuyết