BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: KỸ THUẬT LẠNH

Máy sản suất đá vảy GVHD: Thầy Trần Văn Ngũ

SVTH: Vũ Tiến Dũng Page 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Thành phố Hồ Chí Minh
Khoa: Công nghệ Hóa & Thực phẩm
Bộ môn: Quá trình và Thiết bò
BÀI TẬP LỚN
MÔN HỌC: KỸ THUẬT LẠNH. MÃ SỐ: 605063
Họ và tên sinh viên: Vũ Tiến Dũng
Lớp: HC06MB
Ngành (nếu có): Q Trình & Thiết Bị
1. Đầu đề đồ án: Thiết kế máy sản xuất nước đá vảy năng suất 10 tấn/ngày
2. Nhiệm vụ:
- Thiết kế quy trình và tính tốn các thiết bị chính
3. Nội dung các phần tính toán:
Xem ở phần mục lục
4. Các bản vẽ và đồ thò (loại và kích thước bản vẽ):
Gồm 1 bản vẽ A1: Bản vẽ quy trình công nghệ
5. Ngày giao bài tập lớn:
6. Ngày hoàn thành:
7. Ngày bảo vệ hay chấm:
Ngày tháng năm 2009
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

Máy sản suất đá vảy GVHD: Thầy Trần Văn Ngũ

SVTH: Vũ Tiến Dũng Page 2


MỤC LỤC

Chương 1: Tính toán phụ tải nhiệt ............................................................... 4
1. Chi phí lạnh để tạo đá .............................................................................. 4
2. Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che........................................................... 4
3. Tổn thất nhiệt do vận hành ...................................................................... 5
4. Công suất lạnh của máy nén .................................................................. 6
Chương 2: Tính toán chu trình và chọn máy nén ........................................ 6
1. Chọn các thông số làm việc .................................................................... 6
1.1 Chọn tác nhân lạnh cho quá trình ..................................................... 6
1.2 Chọn chế độ làm việc ....................................................................... 6
2. Chu trình lạnh ......................................................................................... 8
3. Tính toán chu trình lạnh và chọn máy nén .............................................. 9
3.1 Tính chu trình lạnh ........................................................................... 9
3.2 Chọn máy nén ................................................................................ 10
Chương 3: Tính toán thiết bị chính ............................................................ 12
1. Tính toán thiết bị ngưng tụ .................................................................. 12
1.1 Tính toán truyền nhiệt phía trong ống ............................................. 14
1.2 Tính toán truyền nhiệt phía ngoài ống ............................................ 16
1.3 Chọn thiết bị ngưng tụ .................................................................... 17
2. Tính toán thiết bị bốc hơi .................................................................... 17

2.1 Tính toán mật độ truyền nhiệt từ nước làm đá vào vách.................. 17
2.2 Tính toán mật độ truyền nhiệt từ vách vào môi chất lạnh ................ 19
2.3 Xác định bề mặt truyền nhiệt .......................................................... 20
Máy sản suất đá vảy GVHD: Thầy Trần Văn Ngũ

SVTH: Vũ Tiến Dũng Page 3

2.4 Tính thời gian tạo đá và số vòng quay của dao ............................... 20
Chương 4: Tính toán cách nhiệt cách ẩm ................................................... 21
1. Tính cách nhiệt cách ẩm cho thiết bị bốc hơi ....................................... 21
2. Tính cách nhiệt cách ẩm cho tường kho trữ đá .................................... 22
2.1 Tính toán cách nhiệt ....................................................................... 23
2.2 Kiểm tra đọng ẩm ........................................................................... 23
3. Tính cách nhiệt cách ẩm cho trần kho trữ đá ......................................... 24
3.1 Tính toán cách nhiệt ........................................................................ 24
3.2 Kiểm tra đọng ẩm ........................................................................... 25
4. Tính cách nhiệt cách ẩm cho nền kho trữ đá ......................................... 26
4.1 Tính toán cách nhiệt ........................................................................ 27
4.2 Kiểm tra đọng ẩm ........................................................................... 27

Tài liệu tham khảo

Máy sản suất đá vảy GVHD: Thầy Trần Văn Ngũ

SVTH: Vũ Tiến Dũng Page 4

Chương 1. Tính toán phụ tải nhiệt
Tổng tổn thất lạnh được tính như sau
kWQQQQ
đ


21

Trong đó
Q
đ
: Chi phí lạnh dùng để tạo đá, kW
Q
1
: Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che, kW
Q
2
: Tổn thất nhiệt do vận hành, kW
1. Chi phí lạnh dùng để tạo đá
Q
đ
= G.q
0
, kW
G: năng suất lạnh theo khối lượng sản phẩm nước đá kg/s

q
0
: Nhiệt lượng cần làm lạnh 1kg nước xuống nhiệt độ yêu cầu, kW/kg
Trong đó: nhiệt độ nước vào t
1
= 20
0
C , nhiệt độ nước bắt đầu đông đặc t
0
= 0
0
C, nhiệt độ đá
thành phẩm t
2
= -7
0
C.
q
o
= C
pn
.(t
1
-t
0
) +r
đđ
+ C
pđ
(t

0
–t
2
)
với: C
pn
lấy tại nhiệt độ trung bình , C
pn
= 4,189 kJ/kg.K

C
pđ
lấy tại nhiệt độ trung bình , C
pđ
= 2,09kJ/kg.K
r
đđ
: Nhiệt đông đặc kJ/kg, r
đđ
= 333,6 kJ/kg
Vậy:
q
o
= C
pn
.(t
1
-t
0
) +r

đđ
+ C
pđ
(t
0
–t
2
) = 4,189.(20-0) +333,6 + 2,09[0 – (- 7)] = 432,01 kJ/kg
kW0,5001,432.
3600.24
10.10
= G.q = Q
3
0đ


2. Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che
Ta có dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che tức là dòng nhiệt tổn thất khi nhiệt truyền từ
môi trường bên ngoài vào trong cối đá qua các lớp cách nhiệt
Q
1
= K.t.L, W
Trong đó:
K, w/mK – hệ số truyền nhiệt tổng quát theo chiều cao thân trụ
2
10
tt
t



2
10
tt
t


Máy sản suất đá vảy GVHD: Thầy Trần Văn Ngũ

SVTH: Vũ Tiến Dũng Page 5

t, K – chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa môi trường bên ngoài và bên trong cối
L, m – chiều cao cối đá
Với:
22
1
11
1
ln
2
11
dd
d
d
K
i
i
i








Trong đó , W/m
2
K là hệ số cấp nhiệt từ không khí bên ngoài tới bề mặt cách nhiệt và hệ
số cấp nhiệt từ không khí bên trong cối tới bề mặt tạo băng
,W/mK – là hệ số dẫn nhiệt qua các lớp cách nhiệt i
d
1
, d
2
, - đường kính ngoài và trong của cối đá
d
i
, m- đường kính lớp cách nhiệt thứ i
t = t
1
– t
2
, với t
1
,t
2
là nhiệt độ môi trường trong và ngoài cối đá
Do tang trống có hai lớp một lớp cách nhiệt là polyurethan và lớp ngoài là thép X18H10T và
và hệ số dẫn nhiệt của X18H10T và hệ số cấp nhiệt phía trong tang trống lớn hơn rất nhiều so
với hai hệ số cấp nhiệt không khí bên ngoài và hệ số dẫn nhiệt polyurethan nên ta bỏ qua hai
đại lượng này, khi đó

t
n
e
d
d
d
K
ln
2
11
11






Với: = 23,3W/m
2
K
Chọn sơ bộ đường kính trong, ngoài và chiều cao của tang trống
d
1
= 1m, d
2
= 0,8m, L = 1,2m (bề dày 0,1m = 100mm và bề dày lớp thép ko đáng kể)

e
= 100mm
KmW

d
d
d
K
t
n
e
./87,4
8,0
9,0
ln
1,0.2
1
9,0.20
1
ln
2
11
11









Q
1

= K.t.L = 4,87.(20-(-15)).1,2 = 204,6W
3. Tổn thất nhiệt do vận hành
Q
2
: Chỉ tính cho một bóng đèn chiếu sáng mà bỏ qua lượng nhiệt sinh ra bởi dao nạo
Q
2
= A.F = 1,2.9,6 = 11,52W, ta chọn 1 bóng đèn 15W
Hay Q
2
= 15W
1

2

i

1

Máy sản suất đá vảy GVHD: Thầy Trần Văn Ngũ

SVTH: Vũ Tiến Dũng Page 6

A: công suất chiếu sáng riêng, W/m
2
, với phòng lạnh bảo quản ta chọn A = 1,2
F: diện tích phòng, ta chọn: rộng 2400mm, dài 4000mm, cao 3000mm. F =9,6m
4. Công suất lạnh của máy nén
kW
b

Q
kQ
o
23,53
1
22,50
.06,1. 


Với k: hệ số kể đến tổn thất đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh, với nhiệt độ bốc hơi
t
0
= - 20
0
C ta chọn k = 1,06
b: hệ số thời gian làm việc của kho lạnh, đối với máy đá vảy làm việc liên tục ta chọn b = 1
Chương 2. Tính toán chu trình và chọn máy nén
1. Chọn các thông số làm việc
1.1. Chọn tác nhân lạnh cho quá trình
Chọn tác nhân lạnh là Freon 22 kí hiệu R22
1.2. Chọn chế độ làm việc
 Chọn nhiệt độ sôi môi chất lạnh là t
0
= – 20
0
C tương ứng với áp suất bốc hơi là 2,4472
bar
 Chọn nhiệt độ ngưng tụ
Giải nhiệt bằng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt với nhiệt độ không khí chọn ở tỉnh
Ninh Bình và có các thông số về nhiệt độ và độ ẩm như sau:

Tỉnh
Nhiệt độ,
0
C Độ ẩm
Trung bình
cả năm
Mùa hè Mùa đông Mùa hè Mùa đông
Ninh Bình 23,5 37,0 9,9 81 83

Chọn nhiệt độ và độ ẩm vào mùa hè để tính. Nhiệt độ bầu ướt tra từ giản đồ không khí ẩm
Máy sản suất đá vảy GVHD: Thầy Trần Văn Ngũ

SVTH: Vũ Tiến Dũng Page 7

t
ư
= 34
0
C, t
w1
, t
w2
là nhiệt độ nước vào và ra tháp giải nhiệt. Chọn nhiệt độ nước ra khỏi tháp
t
w1
cao hơn nhiệt độ bầu ướt không khí khoảng 3
0
C - 5
0

C , ta chọn 4
0
C
t
w1
= t
ư
+ t
ư
= 34 + 4 = 38
0
C
Nhiệt độ nước vào tháp giải nhiệt nước tuần hoàn, chọn t
w
= 4
0
C
t
w2
= t
w1
+t
w
= 38 + 4 = 42
0
C
Nhiệt độ ngưng tụ lấy cao hơn nhiệt độ nước vào tháp giải nhiệt 2
0
C
t

k
= t
w2
+ 2 = 42 +3 = 45
0
C
Tương ứng với áp suất ngưng tụ là 17,286 bar
Vậy nhiệt độ ngưng tụ hơi môi chất lạnh trong thiết bị ngưng tụ t
k
= 45
0
C
 Nhiệt độ quá nhiệt t
qn

Độ quá nhiệt khi sử dụng thiết bị hồi nhiệt đạt t
qn
= 20 – 25
0
C, chọn 25
0
C đối với R22
Vậy t
qn
= 25+ (-20) = 5
0
C
Trong đó độ quá nhiệt của hơi môi chất lạnh khi qua thiết bị bốc hơi và đường ống là
t
1

*
–t
1
’’ = 5 - 10
0
C, chọn t
1
*
–t
1
’’ = 10
0
C
 Nhiệt độ quá lạnh t
ql

Cân bằng nhiệt cho thiết bị hồi nhiệt ta có G
l
vào
.(h
l
vào
- h
l
ra
) = G
h
vào
.(h
h

vào
- h
h
ra
)




Với lưu lượng lỏng và hơi như nhau ta có
t
l
vào

t
l
ra

t
h
vào

t
h
ra

Máy sản suất đá vảy GVHD: Thầy Trần Văn Ngũ

SVTH: Vũ Tiến Dũng Page 8

h
l
vào
- h
l
ra
= h
h
vào
- h
h
ra
hay h
3’
–h
3
= h
1
–h
1*
như trên đồ thị lgP – h

h
3’
–h
3
= h
1
–h
1*
suy ra h
3
= h
3’
– (h
1
–h
1*
) = 557 – (715-705) = 547 kJ/kg vậy ta suy ra được
điểm 3
2. Chu trình lạnh
Bảng tổng hợp kết quả từ đồ thị trên
Điểm T(C) P(bar) h(kJ/kg) v(m
3
/kg) Trạng thái
1’’ -20 2,4472 695 0,1 Hơi bão hòa khô
1* -10 2,4472 705 0,105 Hơi quá nhiệt
1 5 2,4472 715 0,11 Hơi quá nhiệt
2 93 17,286 768 0,015 Hơi quá nhiệt
2’’ 45 17,286 716 0,012988 Hơi bão hòa
3’ 45 17,286 557 Lỏng bão hòa
3 30 17,286 547 Lỏng quá lạnh

4 -20 2,4472 547 0,025 Hơi ẩm

Máy sản suất đá vảy GVHD: Thầy Trần Văn Ngũ

SVTH: Vũ Tiến Dũng Page 9

Tỉ số nén iệu áp suất P = 1,48Mpa < 1,67MPa vậy chọn chu trình máy
lạnh một cấp
Quá trình làm việc
1’’ – 1* : quá trình quá nhiệt hơi hút.
1* – 1 : quá trình quá nhiệt hơi hút.
1 – 2 : quá trình nén đoạn nhiệt.
2 – 2’ : quá trình hạ nhiệt độ sau khi nén đến nhiệt độ ngưng tụ.
2’ – 3’: quá trình ngưng tụ đẳng nhiệt, đẳng áp.
3’ – 3: quá trình quá lạnh.
3 – 4: quá trình tiết lưu.
4 – 1’’: quá trình bốc hơi
3. Tính toán chu trình lạnh và chọn máy nén
3.1. Tính chu trình lạnh
 Năng suất lạnh riêng khối lượng q
0
= h
1’’
– h
4
= 695 – 547 = 148 kJ/kg
 Năng suất lạnh riêng thể tích
3
1
0

/45,1345
11,0
148
mkJ
v
q
q
v


 Công nén riêng l = h
2
-h
1
= 768 -715 = 53 kJ/kg
 Năng suất nhiệt riêng q
k
= h
2
–h
3
= 768 – 547 = 221 kJ/kg
 Hệ số lạnh của chu trình
79,2
53
148
0

l
q



Máy sản suất đá vảy GVHD: Thầy Trần Văn Ngũ

SVTH: Vũ Tiến Dũng Page 10


 Hiệu suất exergy
72,0
253
253318
.79,2.
0
0





T
TT
k
c





Với nhiệt độ ngưng tụ T
k

, nhiệt độ bốc hơi T
0
tính theo độ Kenvin
3.2. Tính chọn máy nén
 Lưu lượng hơi hút thực tế
skg
q
Q
G /36,0
148
23,53
0
0


 Thể tích hơi hút thực tế V
tt
= G
0
.
1
= 0,36.0,11 = 0,039m
3
/s
 Hiệu suất thể tích của máy nén
lt
tt
V
V




theo Hình 4.7 trang 64 (1) với tỉ số nén 7,06

ta có  = 0,67
 Thể tích hút lý thuyết (thể tích do pittong quét)
hmsm
V
V
tt
lt
/55,209/058,0
67,0
039,0
33



 Công nén đoạn nhiệt N
s
= G
0
.l = 0,36.53 = 19,08 KW
 Công nén chỉ thị
i
s
i
N
N




Máy sản suất đá vảy GVHD: Thầy Trần Văn Ngũ

SVTH: Vũ Tiến Dũng Page 11

Tính 
i
theo công thức Levin
85,0.002,0
0
0
0'
 t
T
T
bt
k
wi


kW
N
N
i
s
i
44,22
85,0
08,19




Với 
w
= T
0
/T
k
, và hệ số thực nghiệm b = 0,0025 đối với freon
 Công suất hữu ích N
e
= N
i
+ N
ms

N
ms
= V
tt
*p
ms

V
tt
: thể tích hút thực tế.
p
ms
: công suất ma sát riêng

Do máy sử dụng hơi freon có p
ms
biến thiên từ 0,039 - 0,069 Mpa
Chọn p
ms
= 54 Kpa
N
ms
= V
tt
.p
ms
= 0,039.54= 2,016 kW
N
e
= N
i
+ N
ms
= 22,44 + 2,016 = 24,456 kW
 Công suất động cơ điện
eltđ
e
el
N
N

.


Hiệu suất truyền động h
tđ
= 0,95
Hiệu suất động cơ điện h
el
= 0,85
Suy ra
kW
N
N
eltđ
e
el
3,30
85,0.95,0
456,24
.

