tiểu luận tính toán thiết kế hầm đá 1000 cây ngày, đêm

Tính toán thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
TRƯỜNG ………………….
KHOA……………………….

TIỂU LUẬN
Đề tài:


Tính toán thiết kế hầm đá 1000 / ngày,đêm

Page 1
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
Tính toán thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
MỤC LỤC
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG
I. Tính chất của nước và nước đá
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 như
làm 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 3,98
o
C. Trong
quá trình hạ nhiệt từ 4
o
C đến 0
o
C tỷ trọng giảm từ 1000 đến 999 Kg/m

3
, và biến thành
nước đá tỷ trọng tiếp tục giảm tới 916,8 Kg/m
3
, 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 (
0
C) ρ (Kg/cm
3
)
0 999
30 996
100 958
Tỷ trọng của nước có liên hệ với nhiệt độ ρ
đ
= 917 (1-0,00015t)
 Nhiệt dung riêng trung bình 4,18 KJ/Kg.K.
 Hệ số dẫn nhiệt
Page 2
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
Tính toán thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
T(
0
C) λ.10
2
(W/mK)
0 55,1

30 61,8
100 68,3
 Độ nhớt động học
T(
0
C) µ.10
6
(Pa.s)
0 1790
30 804
100 282
 Ẩn nhiệt hóa hơi ở 100
o
C, 1 atm r =2260 KJ/Kg.
 Ẩn nhiệt đóng băng 334 KJ/Kg. Khi nhiệt độ hạ 1
o
C thì ẩn đóng băng tăng thêm
2,12 KJ/Kg.
2. Tính chất của nước đá
 Nhiệt độ nóng chảy t
r
= 0
o
C
 Nhiệt lượng nóng chảy q
r
= 333,6 KJ/kg
 Nhiệt dung riêng C
đ
= 2,12 KJ/Kg.K

 Hệ số dẫn nhiệt λ
đ
= 2,22 W/mK
 Khối lượng riêng trung bình ρ
đ
= 900 Kg/m
3
 Quan hệ của nhiệt dung riêng với nhiệt độ C
đ
= 2,12 +0,0079t
 Quan hệ của độ dẫn nhiệt với nhiệt độ λ
đ
= 2,22.(1- 0,0015t)
 Hàm lượng tạp chất trong nước đá công nghiệp
Tạp chất Hàm lượng
-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
-Độ PH
100 con / ml
3 con/l
1 g/l
7mg/l
1, 5 mg/l
0, 3 mg/l
6, 5

→
9, 5 mg/l
Page 3
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
Tính tốn thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
 Ảnh hưởng của tạp chất lên chất lượng của nước 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
Cho chất lắng bẩn Tách ra được
Chất lơ lửng Cho cặn bẩn Tách ra được
Sunfat natri
clorua và
sunfat canxi

Tạo 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
Clorua canxi
& Sunfat
magie
Cho chất lắng xanh nhạt hay xám nhạt,
tập trung trong lõi, kéo dài thời gian đóng
băng và tạo lõi không trong suốt cao
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
Biến đổi thành cacbonat
Page 4
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
Tính tốn thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
trắng, tập trung ở lõi ,kéo dài thời gian
đóng băng. Tạo độ đục cao, không có cặn

natri
3. Phân loại nước đá
Có nhiều cách để phân loại nước đá:
 Dựa vào ngun liệu sản xuất:
• Nước đá từ nước ngọt (nước lã, sơi, ngun chất).
• Nước đá từ nước biển, từ nước muối.
 Dựa vào độ trong của đá:
• Nước đá pha lê
• Nước đá trong suốt
• Nước đá đục
 Dựa vào hình dạng:
• Nước đá khối
• Nước đá tấm
• Nước đá thỏi
• Nước đá ống
• Nước đá vẩy
II. Bảo quản và vận chuyển nước đá
 Có nhiều phương pháp bảo quản nước đá: bảo quản trong kho, thùng chứa, silo, dự trữ
lạnh 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.
III.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:
IV. Cơng nghệ lạnh ở Việt Nam
Khí hậu nước ta nóng ẩm, phía nam hầu như khơng có mùa đơng, bờ biển dài trên 3 ngàn
cây số, đó là những điều kiện thuận lợi cho việc phát triển ngành lạnh. Thực vậy, kỹ thuật
Page 5
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3

Tính toán thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
lạnh ngày nay đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế ở nước ta. Kỹ thuật lạnh
đã thâm nhập vào hơn 60 ngành kinh tế, đặc biệt vào các ngành chế biến thực phẩm, hải sản
xuất khẩu, công nghiệp nhẹ, điều hòa không khí v.v… Hàng chục ngàn cơ sở sử dụng thiết bị
lạnh lớn nhỏ. Ngoại tệ nhập thiết bị lạnh cũng tăng lên hàng trăm triệu USD mỗi năm.
Nhưng đặc điểm chủ yếu của ngành lạnh ở nước ta hiện nay là quá nhỏ bé, non yếu và
lạc hậu. Nước ta mới chỉ chế tạo được các loại máy ammoniac loại nhỏ, chưa chế tạo được
các loại máy nén và thiết bị cỡ lớn, các loại máy Freon, các thiết bị tự đông… Một đặc điểm
quan trọng khác của ngành lạnh nước ta là tản mạn và phân tán, không có một cơ quant rung
ương chủ trì nên không được quan tâm đầu tư và phát triển một cách đúng mức. Các đơn vị
sử dụng lạnh ở các ngành thường trang bị từ phát nhiều khi dẫn tới những thiệt hại và lãng
phí tiền vốn đáng kể do các nguyên nhân kinh tế và kỹ thuật gây ra.
Vì vậy, việc nghiên cứu tổ chức và phát triển ngành lạnh ở nước ta là thực sự cấp thiết và
chắc chắn nó sẽ mang lại hiệu quả to lớn.
Page 6
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
Tính tốn thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
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 u cầu của xí nghiệp, đồng thời phải đảm bảo tính hiệu quả về kinh tế của cơng
trình.
I. Chọn phương pháp sản xuất nước đá
1. Qúa trình đông của nước
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 là do sự chậm
tạo thành tâm kết tinh và do hiện tượng chuyển động nhiệt Brown của các phân tử nước
làm cho chúng va chạm với nhau, tương tác qua lại lẫn nhau, kết quả không đònh hình

được tâm ngưng 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 lượng chuyển 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 có kích thướt lớn hơn. Trong trường hợp nếu nhiệt độ hạ xuống quá
sâu so với điểm đông đặc, các phân tử nước bò giảm hàm nhiệt mạng, dẫn đến chúng chỉ
dao động xung quanh vò trí cân bằng cuả chúng và bản thân nó đã hình thành một tâm
ngưng tụ. Do đó, khi hạ nhiệt độ sâu thì tâm ngưng tụ sẽ hình thành rất nhiều, các tinh
thể hình thành có kích thước nhỏ và rất nhỏ có dạng hình sợi hoặc hình kim đôi khi nó ở
dạng vô đònh hình.
2. Các giai đoạn của sản xuất nước đá
Giai đoạn 1: là hạ nhiệt độ của nước từ nhiệt độ t
1
(nhiệt độ ban đầu của nước)
xuống nhiệt độ 0
o
C.
Giai đoạn 2: là giai đoạn kết tinh nước hoàn toàn, chuyển nước từ trạng thái lỏng
trạng thái rắn.
Giai đoạn 3: là giai đoạn hạ thấp nhiệt độ băng của nước từ 0
o
C xuống nhiệt độ t
2
(thường chọn -5
o
C).
Page 7
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3

Tính tốn thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
Vậy nhiệt lượng riêng cần thiết để chuyển 1Kg nước ở nhiệt độ ban đầu t
1
thành
nước đá ở nhiệt độ t
2
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 lạnh
trong 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 q trình xử lý được đổ vào khn định hình sẵn,
các khn này được đặt trong bể nước muối, bể này được làm lạnh bởi thiết bị bốc hơi , sau
một thời gian nước trong khn được q lạnh và kết tinh lại. Q trình kết thúc,đá cây được
lấy ra từ các khn và sử dụng.
Đây là phương pháp cổ điển có nhiều nhược điểm về chỉ tiêu kinh tế cũng như cơng
tác an tồn 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 xưởng
làm 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 thơng 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 trực
tiếp sản phẩm. Các loại đá này phải đạt tiêu chuẩn kỹ thuật cao, dùng đá trong suốt, khi sản
xuất và bảo quản phải đảm bảo vệ sinh. Nước được dùng sản xuất phải là nước uống được,
tinh khiết đã qua các q trình xử lý.
Ngồi ra trong ngành đơng lạnh thực phẩm, người ta vẫn có thể dùng các loại đá có

khối lượng lớn (50Kg). Khi cần dùng ướp thực phẩm, cây đá phải qua một cơng nghệ nghiền
bằng 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. u cầu của chất tải lạnh
Chất tải lạnh phải đảm bảo những u cầu sau:
Page 8
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
( ) ( )
21
00. tCLtCq
pndpn
−++−=
Tính toán thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
 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 nhượt điểm của từng loại chất tải lạnh và đề ra
phương 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:
 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 α quá nhỏ 6 ÷ 8 Kcal/m
2
.h.
o
C.
 Nếu tăng tốc độ vận chuyển của không khí thì hệ số α tăng nhưng không đáng
kể.
 Khó làm sạch, khó tách vi sinh vật.
Các môi trường tải lạnh khác như: N
2
, CO
2
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 thống
kín.
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: α = 200 ÷ 400 Kcal/m
2
.h.
o
C.

 Trường hợp chất lỏng chuyển động với vận tốc 5m/s thì α = 40.000 Kcal/m
2
.h.
o
C.
 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 -21,2
o
C và với muối CaCl
2
thì có thể đến -55
o
C.
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.
Page 9
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
Tính tốn thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
 Dung dịch NaCl khi bị bẩn rất khó làm sạch, mặt khác dung dịch NaCl tạo thành
bọt trào ra ngồi gấy tiêu tốn muối, bẩn, nguy hiểm, hạn chế sự tiếp xúc giữa sản

phẩm và mơi trường.
Các biện pháp nhằm khắc phục:
 Trong các loại dung dịch muối thì dung dịch CaCl
2
ngun chất có tính ăn mòn
kim loại ít nhất. Trong thực tế khơng có CaCl
2
tinh khiết nên ta có thể hạn chế sự
ăn mòn bằng cách thêm chất chống ăn mòn.
Cụ thể như với 1 m
3
dung dòch CaCl
2
thì dùng 1,6 Kg Na
2
Cr
2
O
7
( có thêm 27
Kg NaOH cho 1 Kg Na
2
Cr
2
O
7
để chuyển bicromat thành cromat trung tính
Na
2
CrO

4
).
Trước khi thêm chất chống ăn mòn ta phải trung hòa dung dòch đến PH = 7.
Mỗi năm một lần phải thêm ½ lượng Na
2
Cr
2
O
7
và kiềm ban đầu.
 Đối với dung dòch NaCl thì cũng dùng chất chống ăn mòn như trên. Cụ thể là
với 1m
3
dung dòch pha 3,2 Kg Na
2
Cr
2
O
7
( có thêm 27 Kg NaOH cho 1Kg
Na
2
Cr
2
O
7
).Và trước đó cũng phải trung hòa dung dòch đến PH = 7 mỗi năm
cũng phải có một lần cho thêm lượng ban đầu Na
2
Cr

2
O
7
và NaOH.
2.3. Chất tải lạnh rắn
Thường dùng là đá ướt, đá ,khô. Đá ướt gồm đá thiên nhiên và đá nhân tạo. Đá
khô là tuyết cacbonic.
Đá khô được sản xuất từ nhiều nguyên liệu rẻ tiền khác nhau như: khói lò hơi,
khí mỏ than, khí CO
2
trong công nghiệp lên men rượu, bia, thủy phân gỗ, công nghệ
tổng hợp NH
3
, công nghệ chế biến dầu mỏ…
Đá khô bay hơi không qua trạng thái lỏng ( sự thăng hoa ) nên được ứng dụng
thích hợp cho bảo quản nhiều lọai sản phẩm, làm lạnh đông thực phẩm.
Nhược điểm cơ bản của đá khô là việc sản xuất nó phức tạp và đắt tiền hơn đá
ướt rất nhiều.
3. Chọn chất tải lạnh
Qua việc phân tích ở trên ta nhận thất:
 Chất tải lạnh thể khí có hệ số cấp nhiệt α quá bé, không thể đáp ứng cho
việc sản xuất đá.
 Đối với chất tải lạnh rắn nếu dùng ta chỉ có thể dùng được tuyết cacbonic để
làm chất tải lạnh (vì các loại chất tải lạnh rắn còn lại đều là đá ). Tuy nhiên
tuyết cacbonic 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 α khá lớn, có thể
đáp ứng tốt cho yêu cầu sản xuất đá. Mặt khác hiện nay người ta cũng đã tìm
Page 10
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3

Tính tốn thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
ra những biện pháp để khắc phục các nhược điểm của chất tải lạnh lỏng như
ăn mòn thiết bò, khó làm sạch…. Cho nên, việc chọn chất tải lạnh lỏng là hợp
lý hơn cả.
Trong công nghiệp sản xuất đá cây, người ta thường dùng các loại dung dòch muối sau
đây:
 Dung dòch NaCl
 Dung dòch MgCl
2
 Dung dòch CaCl
2
 Hỗn hợp các loại dung dòch trên
Các dung dòch này có đặc tính lý tưởng của chất tải lạnh lỏng, không độc hại và dễ
tìm.
Bảng: nhiệt độ đơng đặc của một số dung dịch muối
Số
Thứ
Tự
Muối hòa tan
Nồng độ
%
Khối lượng
Nhiệt độ
Đông đặc
1
2
3
4
NaCl
CaCl

2
MgCl
2
MgSO
4
23,1
29,9
20
19
-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 đơng đá là 5
o
C, và cao hơn nhiệt độ đóng băng của dung dịch khoảng 10
o
C.
Nhiệt độ để đơng đá là -5
o
C, nên nhiệt độ trung bình của chất tải nhiệt là -10
o
C, và
nhiệt độ đơng đặc của dung dịch là -20
o
C.
Cho nên, dung dịch NaCl 23,1% có nhiệt độ đơng đặc là 21,2
o
C, sẽ thõa điều kiện

trên.
Ngồi ra do NaCl rẻ tiền và có nhiều trên thị trường nên việc chọn dung dịch NaCl
làm chất tải lạnh là hợp lý.
III.Chọn tác nhân lạnh
Những chu trình nhiệt động của máy lạnh, chủ yếu dựa trên cơ sở biến đổi pha của các
đơn chất 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:
Page 11
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
Tính tốn thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
• Năng suất lạnh thể tích q
v
của tác nhân lạnh phải lớn, vì như thế sẽ làm giảm
một cách đáng kể các kích thước và trọng lượng của máy nén do thể tích tác
nhân lạnh làm việc trong chu trình nhỏ. Nhưng yêu cầu đó không phải là bắt
buộc khi chọn tác nhân lạnh, vì khi q
v
tăng thì cũng tăng hiệu số áp suất trong
máy lạnh. Đó là điều không mong muốn.
• p 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 bò, đồng thời không an toàn.
• p suất sôi của tác nhân lạnh mong muốn cao hơn áp suất khí quyển để thiết bò
không phải làm việc ở chân không, vì không khí dễ thâm nhập vào hệ thống
chân không ảnh hưởng xấu đến sự làm việc của thiết bò.
• Hệ số nén
p
p

0
k
không 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
trong thiết bò.
• Nhiệt độ đông đặc của tác nhân lạnh phải thấp để có thể đạt tới nhiệt độ làm
lạnh thấp 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
giảm tiêu hao kim loại cho các thiết bò trao đổi nhiệt.
 Yêu cầu về hóa lý:
• Mong muốn tác nhân lạnh dễ dàng tan trong nước để tránh hiện tượng đóng
băng cản trở sự làm việc của hệ thống. Ngoài ra nước ở trạng thái tự do có khả
năng ăn mòn kim lọai.
• Tính chất quan trọng của tác nhân lạnh là sự hòa tan của chúng trong dầu. Nếu
tác nhân lạnh không tan trong dầu, thì chúng dễ tách ra khỏi dầu khi chúng sôi
ở t
0
= Const không phụ thuộc vào lượng dầu trong hệ thống. Và trên các bề mặt
truyền nhiệt sẽ tạo một lớp dầu mỏng, cản trở sự truyền nhiệt. Đó là nhược
điểm của các loại tác nhân lạnh nói trên.
Nếu tác nhân lạnh tan trong dầu thì lớp dầu bám trên bề mặt truyền nhiệt hầu
như không còn nữa, điều đó sẽ làm tốt hơn sự truyền nhiệt. Nhưng như thế thì
rất khó tách dầu ra khỏi thiết bò bốc hơi và sẽ làm tăng nhiệt độ sôi, sự làm
việc của máy lạnh sẽ xấu đi rất nhiều.
Page 12
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
Tính tốn thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm

• Tác nhân lạnh không được ăn mòn kim lọai và các vật liệu khác của thiết bò.
• 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 bò 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
2.1. Amoniac (NH
3
)
Khí không màu, có mùi hôi khó thở, độc hại đối với cơ thể con người. Hàm lượng cho
phép của NH
3
trong không khí là 0,02 mg/l. hàm lượng lớn hơn sẽ gây khó chòu cho mắt và
mũi. Ở kéo dài 60 phút trong vùng có nồng độ NH
3
0,5 ÷ 1% có thể gây tử vong. Hỗn hợp 16
÷ 25% thể tích NH
3
với không khí có thể gây nổ. Hơi NH
3
nhẹ hơn không khí. NH
3
không ăn
mòn kim loại đen, nhôm, nhưng có nước thì ăn mòn các kim loại màu như kẽm, đồng và hợp
kim của Đồng. Dễ hòa tan trong nước, cho phép chứa 0,2% nước. Ít tan trong dầu.
Theo các tính chất nhiệt động thì NH

3
là một trong các tác nhân lạnh tốt nhất. p suất
trong bình ngưng ở điều kiện bình thường không vượt quá 15 at. Năng suất lạnh thể tích q
v
tương đối lớn.
NH
3
sử dụng trong các máy lạnh pittông ở t
k
<= 43
0
C và t
0
>= -60
0
C. NH
3
còn có thể sử
dụng trong các máy nén tuabin và roto, đồng thời còn sử dụng trong các máy lạnh hấp thụ
cùng với nước tạo thành dung dòch NH
3
thường dùng trong các hệ thống máy nước đá có công
suất lớn.
2.2. Freon 12 (CCl
2
F
2
) (R
12
):

Khí không màu, có mùi nhẹ đặt biệt không thể thấy được ở nồng độ nhỏ hơn 20%,
nặng hơn không khí 4,18 lần, là một trong những tác nhân lạnh an toàn nhất. Không khí có
chứa R
12
lớn hơn 30% thể tích thì thấy khó thở vì thiếu ôxy. Hoàn toàn không nổ, nhưng ở t >
400
0
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 bò 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 được quá 0,0025% trọng lượng, còn R12 trong các tủ lạnh gia đình
thì không quá 0,0006%. R12 không chứa nước không ăn mòn kim lọai. Nó là chất tan rất tốt
Page 13
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
Tính tốn thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
tất cả các chất hữa cơ. Cho nên cao su bình thường không thể sử dụng để làm các chi tiết có
tiếp xúc với R12 mà phải dung các loại cao su đặt biệt chòu 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 mòn. Năng suất
lạnh thể tính của R12<NH
3
khi có cùng năng suất lạnh. R12 có thể sử dụng trong các máy
nén Pittông với bất kỳ năng suất lạnh nào ở t
k
<= 60
0
C, đồng thời cũng sử dụng trong máy
nén tuabin và roto.
2.3. Freon 22 (CHClF

2
) (R22):
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 bể hơi bò bám một lớp dầu dày. R22 dễ dàng thẫm thấu qua các khe hở, không ăn mòn
kim loại, ít hòa 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 q
v
thì lớn hơn
60%. R22 được sử dụng tương đối rộng rãi.
3. 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 NH
3
là thích hợp nhất với hệ thống sản xuất nước đá như:
 Có năng suất lạnh riêng lớn
 So với Freon thì NH
3
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 NH
3
rất thấp
T
đđ
= - 77,7
0
C
T

bh
= - 33,35
0
C
Với khoảng nhiệt độ này thì NH
3
không thể đông đặc trên đường ống gây tắt nghẽn và
nở đường ống tác nhân khi dùng sản xuất đá .
Vậy ta chọn tác nhân lạnh là NH
3
.
Page 14
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
Tính tốn thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
IV. Quy trình sản xuất nước đá
1. Quy trình công nghệ
a. Sơ đồ
Quy trình công nghệ sản xuất nước đá được mô tả như sau:

Page 15
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
Cặën bã
Muối
Hoà tan trong bể
Nước lấy từ
giếng
Xử lý nước
nước

Cấp nước vào bể chứa
Rót nước vào khuôn
Cho vào bể đá
Đóng băng
Lấy đá thủ công
Tính tốn thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
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
các thanh 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 bò (sơ đồ nguyên lý)
Thuyết minh
Hệ thống lạnh hoạt động được nhờ có môi chất ở phía trong (môi chất
NH
3
). 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 P
o
lên áp suất ngưng tụ
P
k
. 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 dầu cho máy nén.
Hơi môi chất tiếp tục đi vào thiết bò ngưng tụ, tại đây, hơi môi chấât 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 bò tách khí không ngưng. Với thiết bò 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
gắn trên 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 P
k
xuống áp suất
bốc hơi P
o
.
Lỏng môi chất lạnh đi vào dàn bay hơi, nhận nhiệt của dung dòch nước
muối, bay hơi thành hơi môi chất lạnh.
CHƯƠNG III TÍNH CHU TRÌNH LẠNH
Page 16
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
Tính toán thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
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 t
w1
= 33
o

C.
Theo những điều kiện công nghệ ở chương II, nhiệt độ đóng băng của nước t
đđ
=-5
o
C
 Nhiệt độ trung bình của nước muối t
m
= -10
o
C.
 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh
Với hiệu nhiệt độ yêu cầu được chọn là ∆t = 5
o
C.
 Nhiệt độ nước ra khỏi giàn xối tưới
 Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh
Trong đó chọn ∆t
k
= 5
o
C.
 Nhiệt độ quá lạnh môi chất lạnh
Trong đó độ quá lạnh được chọn ∆t
ql
= 3
o
C.
 Nhiệt độ quá nhiệt môi chất lạnh
Trong đó độ quá nhiệt được chọn ∆t

qn
= 5
o
C.
II. Tính chu trình lạnh
1. Tính toán chu trình lạnh
Page 17
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
Cttt
o
mo
15510 −=−−=∆−=
( )
Ctt
o
ww
3633332
12
=+=÷+=
Cttt
o
kwk
41536
2
=+=∆+=
Cttt
o
qlkql
38341 =−=∆−=

Cttt
qloqn
0
10515 −=+−=∆+=
Tính toán thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
Bảng các thông số cần cho tính toán chu trình lạnh

t
o
C
p
Mpa
h
KJ/Kg
υ
m
3
/Kg
1' -15 0.2425 1739.29
0.5
1 -10 0.2425 1757.14
2 38 1.7143 2057.14
2' 41 1.7143 1775
3' 41 1.7143 678.571
3 38 1.7143 664.286
4 -15 0.2425 664.286
Chu trình lạnh của hệ thống
Năng suất lạnh riêng
Năng suất lạnh riêng thể tích
Công nén riêng

Năng suất nhiệt riêng
2. Chọn cấp máy nén
Page 18
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
Thông số
Điểm nút
KgKJhhq
o
/86,1092286,66414,1757
41
=−=−=
3
/71,2185
5,0
86,1092
mKJ
q
q
o
v
===
υ
KgKJhhl /30014,175714,2057
12
=−=−=
KgKJhhq
k
/86,1392286,66414.2057
32

=−=−=
Tính toán thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
Ta có tỷ số nén
9069,7
2425,0
7143,1
0
<==
p
p
k
Chọn chu trình lạnh một cấp nén.
Page 19
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
Tính toán thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
CHƯƠNG IV TÍNH CHI PHÍ LẠNH
I. Tính cách nhiệt, cách ẩm
1. Tính cho tường bể đá
1.1. Tính bề dày lớp cách nhiệt


Hình 1: Cấu tạo tường bể đá
Lớp Vật liệu
bề dày δ
m
hệ số dẫn
nhiệt λ
W/m.K
hệ số khếch tán ẩm µ

g/mhMpa
1 Lớp ximang và đá vữa 0.02 0.88 90
2 Lớp gạch ống và sắt 0.38 0.82 105
3 Lớp ximang và đá vữa 0.02 0.88 90
4 Lớp cách ẩm - giấy dầu 0.004 0.18 1.35
5 Lớp cách nhiệt - styropore
δ
cn
0.047 7.5
6 Lớp cách nhiệt, cách ẩm - bitum 0.1 0.18 0.86
7 Lớp thép tấm 0.006 39 0
Hệ số dẫn nhiệt của tường

Chọn K
1
= 0,3 W/m
2
.độ
Page 20
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
∑
=
+++
=
6
1
21
1
11

1
i
cn
cn
i
i
K
αλ
δ
λ
δ
α
Tính toán thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
Bề dày lớp cách nhiệt

Với: Hệ số cấp nhiệt phía ngoài bể α
1
= 19,18 W/m
2
.độ.
Hệ số cấp nhiệt phía trong bể α
2
= 813,94 W/m
2
.độ.
Chọn δ
cn
= 0,15 m.
1.2. Kiểm tra động sương
Với bề dày lớp cách nhiệt ở trên, tính lại hệ số truyền nhiệt K

1
= 0,231 W/m
2
.độ.
Hệ số truyền nhiệt động sương thực tế
Với Nhiệt độ không khí bên ngoài bể t
1
= 35
o
C.
Nhiệt độ trong bể t
2
= -10
o
C.
Nhiệt độ động sương (tra ở 35
o
C) t
s
= 34
o
C.
Theo trên ta thấy K
1
< k
s
⇒ 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
hoàn toàn.
2. Tính cho nền của bể đá

Hình 2: cấu tạo nền bể đá
Page 21
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3














++−=
∑
=
6
1
211
111
.
i
i
i
cncn

K
αλ
δ
α
λδ
m
cn
1031,0
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
=













+++++×+−=
δ
( )
KmW
tt
tt
k
s
s
./4049,0
1035
3435
18,1995,0.95.0
2
21
1
1
=
−−
−
××=

−
−
=
α
Tính toán thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
Lớp Vật liệu
bề dày δ
m
hệ số dẫn
nhiệt λ
W/m.K
hệ số khếch tán ẩm µ
g/mhMpa
1 Lớp thép 0.006 39 0
2 Lớp cách ẩm cách nhiệt - bitum 0.1 0.18 0.86
3 Lớp chiệu lực - bêtong 0.2 1.1 30
4 Lớp cách nhiệt, cách ẩm bitum 0.1 0.18 0.86
5 Lớp cách nhiệt styropore
δcn
0.047 7.5
6 Lớp cách ẩm - giấy dầu 0.004 0.18 1.35
7 Lớp chiệu lực -betong nền 0.2 1.1 30
8 Đất nện đá dăm 0.1 0.46 30
Hệ số dẫn nhiệt của nề n
Chọn K
2
= 0.26 W/m
2
.độ
Hệ số cấp nhiệt phía trong của bể α

2
= 813,94 W/m
2
.độ.
Bề dày lớp cách n


Chọn δ
cn
= 0,2 m
Hệ số truyền nhiệt K
2
với bề dày lớp cách nhiệt vừa mới tính toán ở trên
K
2
= 0,167 W/m
2
.độ
So sánh với hệ số truyền nhiệt được chọn ở trên K
2tt
< K
2chọn
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.
Page 22
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
∑
=

++
=
7
1
2
2
1
1
i
cn
cn
i
i
K
αλ
δ
λ
δ















+−=
∑
=
7
1
22
11
i
i
i
cncn
K
αλ
δ
λδ
m
K
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
006,01
.047,0
2
=












+++++×+−=
δ
Tính toán thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
Tương tự như vách của bể đá, mặt trong của nền cũng được lót bằng thép, xem như cách
ẩm hoàn toàn.
II. Tính toán chi phí lạnh cho bể đá
1. Kết cấu của bể đá
Năng suất thiết kế bể đá 1000cay/ngày, đêm.
Khối lượng một cây đá 50 Kg.

Thời gian đông đá

Trong đó: Nhiệt độ trung bình của nước đá
Chiều rộng khuôn đá b
o
= 0,19 m (chọn mặt trên của khuôn).
Đối với bể đá, hệ số A = 4540
Hệ số B = 0,026
Tuy thời gian đông đá chỉ là 18,632 giở, 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.
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
Số khuôn đá trên một hàng N
hàng
= 30 khuôn.
Khoảng cách giữa 2 khuôn đá δ
khuôn
= 40 mm.
Khoảng cách khuôn đá ngoài cùng với tường δ
khuôn,tường
=25 mm.
Số hàng trong bể n
hàng
=40 hàng.
Khoảng cách giữa 2 hàng δ
hàng
= 25 mm.
Bề rộng ngăn đặt giàn bay hơi L
o

= 1060 mm.
Chieu rong doan ho cuoi be 600 mm
Chieu rong doan ho dau be 500 mm
Page 23
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
( )
Bbb
t
A
m
+=
00

τ
Ct
o
m
10−=
)(632,18)026,019,0(19,0
10
4540
giò=+××
−
=
τ
khuôn
G
N 1200
50

10.
.2,1
3
==
Tính toán thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
Bề rộng của bể L
1
= L
o
+ 2 x δ
khuôn,hàng
+ (N
hàng
-1) x δ
khuôn
+ N
hàng
x b
o
= 7970 mm.
Chiều dài của bể L
2
= 600 + (n
hàng
– 1) x 25 + n
hàng
x chiều dài khuôn + 500
= 17275 mm.
Chiều cao của bể L
3

= 1250 mm
Page 24
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3
Tính toán thiết kế hầm đá 1000 cây /ngày, đêm
Page 25
GVHD:Nguyễn Tiến Cảnh
SVTH:Nhom 3