Đồ án thiết kể máy đá bi 1x2

Ưu điểm: thiết bị nhỏ gọn, thời gian làm đá nhanh. Do làm lạnh trực tiếp nên ít bị tổn thất lạnh, thiết bị ít bị hao mòn, sản phẩm làm ra sạch, dể sử dụng trong sinh hoạt nên rất được ưa chuộng. Thiết bị tự động hóa tuần hoàn nên không sử dụng công nhân nhiều. Nhược điểm:  Thiết bị đắt tiền, sản phẩm làm ra phải sử dụng ngay, không bảo quản được lâu  Các ống làm đá phải đầy, đảm bảo không bị rò rỉ để môi chất tràn vào gây nguy hiểm  Nếu dao không được thiết kế hoàn hảo dễ gây vụn vỡ đá

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐÁ 4

1.1 Vai trò kỹ thuật lạnh đối với nền kinh tế Việt Nam 4

1.2 Tính kinh tế và lắp đặt máy đá: 4

1.3 Thiết bị máy làm đá: 5

1.4 Ưu nhược điểm của máy làm đá viên: 5

1.5 Phương pháp xử lý nước: 5

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC BỂ ĐÁ 7

2.1 Tính toán thời gian đông đá 7

2.2 Tính kích thước khối đá: 9

2.3 Chọn và kiểm nghiệm bề dày cối đá: 9

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN TỔN THẤT, CÔNG SUẤT MÁY NÉN 11

3.1 Tính toán tổn thất nhiệt 11

3.2 Tính chu trình và chọn máy nén 12

3.2.1 Sơ dồ nguyên lý và giãn đồ lpP-i 12

3.2.2 Tính chu trình và chọn máy nén: 13

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ 15

4.1 Tính chọn dàn ngưng: 15

4.2 Bình chứa cao áp: 15

4.3 Bình tách lỏng: 16

4.4 Bình chứa thu hồi: 16

4.5 Van tiết lưu: 17

4.6 Ống dẫn: 17

CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG MẠCH ĐIỆN VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG 19

5.1 Hệ thống mạch điện: 19

5.2 Sơ đồ hệ thống: 19

Lời mở đầu

Thành phố Hồ Chí Minh là một thành phố lớn với số lượng dân từ các tỉnh thành khác về đây làm việc và sinh sống, đây là một thành phố nằm trong khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa với phần lớn thời gian trong năm có khí hậu nóng và nhiệt độ ban ngày trung bình từ 34-38oC Với tình hình như thế thì yêu cầu về sản lượng đá cung cấp cho việc bảo quản hoa quả, thủy sản,…ngày càng tăng Có nhiều loại đá để phục vụ cho đời sống hằng ngày như: đá vảy, đá cây, đá bi… Cùng với tình hình trên làm sự ra đời của rất nhiều loại thức uống và nước giải khát ngày càng tăng thì nhu cầu cần cung cấp đá bi cũng tăng theo Chính vì thế mà nhiều cơ sở sản xuất kinh doanh đá viên ra đời, các thế hệ máy làm

đá viên cũng được ra đời nhưng vẫn không còn đáp ứng đủ về số lượng, chất lượng cũng như đảm bảo được các yêu cầu về vệ sinh an toàn thực phẩm Nhận thấy nhu cầu và tính kinh tế cao nên chúng em lựa chọn đề tài về tính toán và thiết kế máy sản xuất đá bi (1x2) loại đá dùng để phục vụ tại các nhà hàng, quán ăn, dùng cho các loại nước giải khát…

Ở đề tài này thì chúng em tính toán và lựa chọn các thiết bị phù hợp để phục vụ cho việc sản xuất đá bi như: tính toán và chọn kích thước cho cối đá, tính chọn máy nén, thiết

bị ngưng tụ, chọn môi chất phù hợp cho quá trình làm đá vừa đảm bảo về kinh tế vừa đảm bảo về vệ sinh an toàn thực phẩm

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian kể từ khi chọn đề tài và trong quá trình thực hiện đề tài đến nay, chúng em đã nhận được sự quan tâm, chỉ dẫn, giúp đỡ của thầy cô và bạn bè xung quanh Với tấm lòng biết ơn vô cùng sâu sắc, nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến quí thầy cô khoa công nghệ Nhiệt-Lạnh đã tận tình giúp đỡ nhóm em khi gặp khó khăn, truyền đạt cho chúng em vốn kiến thức vô cùng quí báu suốt khoảng thời gian học tập tại trường đến nay

Đặt biệt, nhóm em xin chân thành cảm ơn Thầy Trần Đình Anh Tuấn đã tận tình, tận tâm chỉ bảo, giúp đỡ, giải đáp thắc mắc, cũng như hỗ trợ kĩ thuật cho nhóm cũng như lớp em qua từng buổi học giúp nhóm em hoàn thành tốt bài báo cáo này Nhờ có những hướng dẫn đó, bài báo cáo này đã hoàn thành một cách tốt nhất Tuy nhiên trong quá trình thực hiện, nhóm em sẽ không tránh khỏi sai sót do sai số trong tính toán, kiến thức nhóm

em còn hạn chế, mong quí thầy cô và bạn đọc thông cảm và đóng góp giúp bài làm hoàn thiện hơn

Nhóm em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY ĐÁ

1.1 Vai trò kỹ thuật lạnh đối với nền kinh tế Việt Nam

Ở Việt Nam, mặc dù đã trải qua nhiều năm chiến tranh, nhưng nhà nước đã có những chú ý đúng mức về việc phát triển kỹ thuật lạnh Từ chỗ Miền Bắc chỉ có vài trạm nhỏ, nay

đã có hàng trăm cơ sở, có những cơ sở trang bị máy lạnh với công suất hàng triệu Kcal/h,

kể cả mạng lưới trong toàn quốc, thì nước ta đã có tới trên 400 cơ sở lạnh lớn nhỏ Trên mặt đất cũng như dưới nước (các tàu đánh bắt) Tổng cộng tất cả các trạm lạnh ở nước ta thì công suất đạt được tới 40 triệu kcal/h

Nước ta có điều kiện địa lý thuận lợi với bờ biển trãi dài 3000 cây số, rất thuận lợi cho việc phát triển ngành lạnh đi đối với ngành đánh bắt, nuôi trồng thuỷ hải sản

Những năm gần đây ở nước ta nhu cầu làm lạnh ngày càng tăng nhanh Đã có hàng triệu phân xưởng đông lạnh thực phẩm xuất khẩu như : tôm, cá, thịt, rau, quả, đựơc xây dựng trên khắp mọi miền đất nước Kỹ thuật lạnh đã thâm nhập hơn 60 ngành kinh tế khác nhau Với sự mở cửa liên doanh với nước ngoài, các dịch vụ thương mại, du lịch phát triển mạnh với sự hình thành các trung tâm văn hoá, giao dịch quốc tế, đòi hỏi sử dụng rất nhiều kỹ thuật lạnh Hơn nữa, nước ta có khí hậu nhiệt đới quanh năm nóng bức, độ ẩm lại cao, cho nên việc điều hoà không khí, bảo quản thực phẩm và giải khát bằng nước đá là nhu cầu bức thiết hiện nay

Tuy vậy trình độ khoa học kỹ thuật của nước ta còn non yếu, ngành lạnh ở Việt Nam chúng ta hiện nay là quá nhỏ bé, chúng ta chỉ chế tạo được các loại máy lạnh NH3 nhỏ, chưa chế tạo được các loại máy lạnh cỡ lớn, máy lạnh Freôn hay các thiết bị tự động hoá Phần lớn thiết bị sử dụng hiện nay với công suât lớn đều nhập từ nước ngoài

Do vậy việc nghiên cứu và tổ chức phát triển ngành lạnh ở nước ta là sự cần thiết Và chắc chắn sẽ mang lại hiệu quả kinh tế to lớn cho đất nước

1.2 Tính kinh tế và lắp đặt máy đá:

Ở khu vực phía nam của nước Việt Nam, Thành Phố Hồ Chí Minh là nơi có số dân phân bố đông nhất Bên cạnh đó Thành Phố Hồ Chí Minh còn là nơi tập trung nhiều ngành khoa học kỹ thuật và dịch vụ trong nước và quốc tế Vì thế nhu cầu của con người và thực phẩm, sinh hoạt, dịch vụ ngày một gia tăng

Với khí hậu nhiệt đới nóng ẩm quanh năm hầu như không có mùa đông Người dân

ở đây có nhu cầu giải khát rất lớn Thị trường nước giải khát tràn ngập Thành Phố Hồ Chí Minh với các sản phẩm : Cocacola, Pepsi,tripeco và các loại khác như: cafe, nước trái cây Tất cả những loại nước giải khát trên được người dân sử dụng với nước đá Do vậy nước đá có vai trò rất quan trọng trong nhu cầu giải khát Cứ tính bình quân lượng nước đá

sử dụng cho một người trong một ngày là 100 gram thì với số dân hơn 8 triệu, Thành Phố

Hồ Chí Minh sẽ tiêu thụ hơn 800 tấn nước đá trong một ngày Con số này quả thật rất lớn

so với phần cung nước đá hiện nay ỏ thành phố

Chính vì thế việc xây dựng một phân xưởng sản xuất nước đá tinh khiết ỏ Thành Phố Hồ Chí Minh thích hợp đáp ứng nhu cầu người dân thành phố cả về số lượng lẫn chất lượng, hơn nữa nước đá tinh khiết bảo đảm vệ sinh cho người sử dụng, bảo đảm sức khoẻ người dân Chắc chắn dần sẽ thay thế nước đá cây, và chiếm lĩnh thị trường thành phố

1.3 Thiết bị máy làm đá:

Có rất nhiều kiểu máy làm đá viên khác nhau như của Vogt (Mỹ), Linde (Đức), Escher-Wyss (Mỹ), Astra (Đức), Trépaud (Pháp), Doelz (Đức) Tất cả chúng đều có chung nguyên lý là làm việc theo chu kỳ, kết đông đá trong các ống, môi chất lạnh sôi trực tiếp bên ngoài ống, khi đã kết đông đến chiều dày cần thiết, đổi sang chu kỳ tan giá, các ống đá rơi xuống và được dao cắt ra từng thỏi đá rộng bằng 30 đến 50 mm dài 50 đến 100 mm

Máy làm đá ống Vogt (Mĩ) có cấu tạo như sau Máy gồm một bình hình trụ đứng, bên trong bố trí nhiều ống làm đá (kết cấu tương tự bình ngưng ống võ đứng), bên trên là thùng nước có bộ phận phân phôi nước cho nước chảy đều lên bề mặt của ống Phía dưới

có thùng hứng nước thừa không kết đông được thành đá Khi độ dày ốn g đạt 10  15mm thì kết thúc quá trình làm đá để chuyển sang quá trình xả đá

Ở quá trình xả đá, người ta dùng bơm nước, đóng van cấp lỏng và đường hút sau đó

mở van hơi nóng cho hơi nóng tràn vào, đẩy lỏng vào bình chứa thu hồi 6 và làm tan lớp băng của các ống đá Các ống đá rơi xuống và được dao cắt ra theo độ dài yêu cầu Sau đó quá trình làm đá lại bắt đầu Lỏng từ bình chưa được đưa về dàn ống, van cấp lỏng và van hút mở, bơm nước hoạt động trở lại

Để giảm tổn thất khi xả đá thì các ống khuôn giá phải có kích thước đồng đều, nhẳn, thẳng ở phía trong ốn g

Để phân phối nước đều trong ống và làm lạnh tức thời ta bố trí các nút đậy xoắn ốc

để nước khi chảy xuống sẽ theo thành ống và được làm lạnh nhanh hơn và đều hơn

Để đá không bị gãy vụn khi cắt ra từng thỏi, ta dùng dao cắt gồm hai hình bán nguyệt và quay tròn theo hướng vuông góc vói trục của máy làm đá

Vì làm lạnh trực tiếp nên cần lượng môi chất nhiều nên sử dụng môi chất R404A vì: bền vững ở phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc, không gây cháy nỗ, không ăn mòn kim loại, không gây độc hại với cơ thế sống, không ảnh hưởng đến sản phẩm, không phá hủy tâng ozon do không chứa Cl

1.4 Ưu nhược điểm của máy làm đá viên:

- Ưu điểm: thiết bị nhỏ gọn, thời gian làm đá nhanh Do làm lạnh trực tiếp nên ít bị tổn thất lạnh, thiết bị ít bị hao mòn, sản phẩm làm ra sạch, dể sử dụng trong sinh hoạt nên rất được ưa chuộng Thiết bị tự động hóa tuần hoàn nên không sử dụng công nhân nhiều

- Nhược điểm:

+ Thiết bị đắt tiền, sản phẩm làm ra phải sử dụng ngay, không bảo quản được lâu + Các ống làm đá phải đầy, đảm bảo không bị rò rỉ để môi chất tràn vào gây nguy hiểm

+ Nếu dao không được thiết kế hoàn hảo dễ gây vụn vỡ đá

1.5 Phương pháp xử lý nước:

Quy trình sản xuất đá tinh khiết tiêu chuẩn thì nguồn nước lấy từ nước máy, nước giếng khoan, được xử lý qua hệ thống lọc thẩm thấu ngược, và diệt vi khuẩn bằng tia cực tím Các bộ phận khuôn đá, dao cắt đá, bồn cấp nước làm đá, cối lạnh và gàu tải đá của hệ thống máy sản xuất nước đá viên tinh khiết đều bằng inox, không bị rỉ sét theo thời gian

Chu trình sản xuất nước đá khép kín hoàn toàn tự động, không có sự tiếp xúc trực tiếp với bàn tay con người do đó nước đá viên tinh khiết hoàn toàn đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm Nếu không thực hiện được các biện pháp trên thì có thể làm mềm nước: tách Cacbonnat canxi, Magze, sắt, nhôm ra khỏi nước bằng vôi là quá trình hóa học giản đơn

Ví dụ như đối với canxi:

Ca(OH)2 + Ca(HC03) = 2CaC03 + 2H20

Khi đó các chất hữu cơ sẽ đọng lại cùng với hợp chất cacbonat Sau đó nước đã được gia công bằng vôi, được lọc qua cát thạch anh Đến đây nước đã đảm bảo các chỉ số chung, nhưng còn chứa sắt Trước khi lọc cần bổ sung thêm một ít vôi nữa Khi cho nước ngậm khí, sắt thường kết hợp với C02 tạo thành cặn và dể dàng bị tách ra

Có thể lọc nước dể dàng bằng cát thạch anh hay bằng nhôm sunfat Phương pháp này không những đảm bảo làm mềm nước tích tụ các chất hữu cơ và vôi mà còn chuyển hóa bicasbonat thành sunfat, kết quả là giảm được tính dòn và do đó có thể hạ được nhiệt

độ đóng băng Như vậy cần giữ độ pH trong nước ỏ mức 7 để giảm tính dòn của nước đá

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC BỂ ĐÁ

2.1 Tính toán thời gian đông đá

Với thiết bị bốc hơi của máy đá sản xuất đá viên – môi chất sôi phía ngoài ống, đá đông phía trong ống, môi chất nhận nhiệt để bốc hơi

Thời gian đông đá phụ thuộc đường kính viên đá, hệ số cấp nhiệt cũng như chế độ ống

Đối với quá trình sản xuất đá viên, ban đầu nước đông trong ống khi đang ở trạng thái chảy màng

Sau đó nước đông như đá khối bình thường Để tính chính xác, thời gian đông đá cho quá trình này là rất phức tạp Với mức độ giới hạn của độ ẩm này, ta chọn công thức gần đúng để tính thời gian đông đá như sau:

τ = r

α1 t1[

B1

B1− A1δd−

A1 (1 + B1)

2 (B1− A1)2 δd

2

rng] [1]

Với:

• A1= λ1 t2

α1 t1 rng;

• B1 = λd

λM

rng

ttr ;

• Hệ số ẩn nhiệt nước đá: r = 306.10-3 kg/m3 = 85 kWh/m3;

• λd: hệ số dẫn nhiệt của nước đá;

• t1: nhiệt độ thành ống;

• t2: nhiệt độ môi chất;

• α1: hệ số cấp nhiệt nước vào thành ống;

• rng : bán kính ngoài của ống;

• 𝛿d : bề dày của đá;

• α1 : phụ thuộc vào đặc tính của nước cũng như vận tốc chảy của nước qua ống

- Các thông số của nước ở 0C

ρ = 997.1 kg/m3;

c = 4.2 kJ/kgC;

λ = 2.22 W/m.K;

α = 1.79.10-6 m2/s;

μ = 1.790.10-3 Pa.S;

Pr = 13.7 Pa.S;

v = 0.5 m/s;

Bề mặt truyền nhiệt là ống trơn làm bằng thép CT3 có đường kính trong dtr = 17mm và đường kính ngoài dng = 21mm

Re =v dtr

0,5.0,017 1,79 10−6 = 4748,6 Đây là chế độ chảy rối nên:

Nu = 0.021.Re0,8 Pr0.43.ɛ

ɛ : hệ số hiệu chỉnh Chọn ɛ = 1

Nu = 0.021.Re0,8.Pr0,43 = 0,021.4748,60.8.13,70.43 = 56,53

Hệ số cấp nhiệt từ sản phẩm vào môi trường:

α1 =Nu λ

dtr =

56,53.2,23 0,05 = 2521,24

W

m2 K Theo tài liệu công nghệ lạnh nhiệt đới, ta có:

r = 306.103 kg/m3 = 85 kWh/m3

λd = 2,22 W/m.K

t1 = 5oC

t2 = -15oC

d = 0,008 m

𝜆𝑀 = 39 W/m.K

α1 = 2521,24 W/m2.K

 A1 = λ1 t2

α1 t1 rng

2,22.15 2521,24.5.0,0285 = 0.252

 B1 = λd

λMln

rng

rtr =

2,22

39 ln

0.021 0.017 = 0,012 Vậy thời gian đông đá là:

τ = r

α1 t1 [

B1

B1 – A1δd+

A1 (1 + B1)

2 (B1 – A1)2

δd2

rng] = 85 10

3

2521,24 5[

0,012.0,008 0,012 + 0,252+

0,252(1 + 0,012) 0,0082

2 (0,012 + 0,252)2 0,0115] = 0.43 h ≈ 26 phút

Thời gian xả đá cộng cắt đá khoảng 9 phút

⇒ Thời gian 1 mẻ ≈ 35 phút

2.2 Tính kích thước khối đá:

- Thời gian làm đá: 35 phút/mẻ

- Đường kính 1 ống đông đá:  = 17mm = 17.10-3 m

- Nhiệt lượng đông đặc đá: r = 333,6 kJ/kg

- Năng suất thiết kế: G = 250 kg/mẻ

- Chiều dài 1 ống: h = 2m

- Khối lượng riêng của nước đá:  = 997 kg/m3

- Khối lượng đá bám trên ống:

m = v ρ = π.d

2

4 h ρ = π.

(17 10−3)2

4 2.997 = 0,453 (kg/ống)

- Số ống cần thiết:

n =250

250 0,453= 551 (ống)

 Thiết bị bố hơi là chùm ống có 367 ống được bố trí theo hình lục giác đều và các đỉnh của tam giác điều

- Số ống: n = 0,75.(a2 - 1) +1

 551 = 0,75.(a2 - 1) +1

 a = 27

- Bước ống được xác định:

S

dng = 1,241,45 → chọn bằng 1,25

 S = dng.1,25 = 1,25.10-3.1,25 = 0,02625 (m)

Vậy đường kính thiết bị là: D = a.S = 27.0,02625 = 0,70875 (m)

2.3 Chọn và kiểm nghiệm bề dày cối đá:

Máy làm đá chỉ cách nhiệt, cách ẩm thành bao quanh Chọn máy làm đá có hình trụ tròn và có cấu tạo vỏ 5 lớp như sau:

TT Vật liệu i (mm) i (W/m.K)

- Tổng chiều dày của khối đá là:  = 25,5 mm

- Chọn 1 = 25 (W/m2.K): là hệ số tỏa nhiệt của vách bên ngoài với môi trường

- Chọn 2 = 6000 (W/m2.K): là hệ số tỏa nhiệt của vách bên trong thiết bị bốc hơi

- Nhiệt độ vách ngoài:

q = tn− tw1

1

α1

= tw1− t0 1

α2+ ∑

δi

λi

 37.5 − tw1

1 25

1

6000+ 2.

2 10−3

45,3 + 2.

1 10−3

0,18 +

19,5 10−3

0,047

 tw1 = 32,998℃ ≈ 33℃

Tại TPHCM: {tmt = 37,5℃

φ = 70%  ts = 31.05℃

Ta có tw1  ts  thỏa mãn độ dày không bị đọng sương

Vậy: Tổng chiều dày 25,5 mm là hợp lý

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN TỔN THẤT, CÔNG SUẤT MÁY NÉN

3.1 Tính toán tổn thất nhiệt

- Tổng tổn thất bao gồm:

+ Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che

+ Tổn thất nhiệt do lấy nhiệt từ nước

+ Tổn thất nhiệt cho khuôn làm đá

a Tổn thất qua kết cấu bao che

Q1 = k.F.t Trong đó:

• F: diện tích bên ngoài cối đá (thiết bị bay hơi)

F = .d.h = .(0,70875 + 25,5.10-3.2).2 = 4,77 (m2)

• k: hệ số trao đổi nhiệt

1

𝛼1+

1

𝛼2+ ∑

𝛿𝑖

𝜆𝑖

1

25+

1

6000+ 2.

2 10−3

45,3 + 2.

1 10−3

0,18 +

19,5 10−3

0,047

= 0,8344 (𝑊

𝑚2 𝐾)

 Q 1 = 0,8344.4,77.(37,5 – (-15)) = 206,96 (W)

b Tổn thất nhiệt do lấy nhiệt từ nước

Q2 = G.[ Cpw.(tnv - 0) + r + Cpd.(0 – tnr)] (kW) Trong đó:

• Năng suất làm đá: G = 428,57kg/h

• Nhiệt ẩn đông đặc của đá: r = 334,864 kJ/kg

• Nhiệt dung riêng của nước: Cpw = 4,18 kJ/kg.K

• Nhiệt dung riêng của đá: Cpd = 2,09 kJ/kg.K

• Nhiệt độ nước vào: tnv = 28C

• Nhiệt độ đá ra: tnr = -5C

 Q2 =428,57

3600 [4,18 (28 − 0) + 334,864 + 2,09 (0 + 5)] = 55,04 (kW)