thiết kế máy sản xuất đá miếng năng suất 30 kg-h

Lê Cao Nhiên
Lớp HCO6MB
MSSV 60601700
Bài tập lớn môn Kỹ thuật lạnh
THIẾT KẾ MÁY SẢN XUẤT ĐÁ MIẾNG NĂNG SUẤT 30 KG/H
Mục lục
Từ lâu con người đã biết tận dụng lạnh của thiên nhiên như băng, tuyết để bảo quản nguồn
lương thực thực phẩm của mình. Ngày nay kỹ thuật lạnh ngày càng đi sâu vào đời sống con
người như các ngành khoa học: công nghệ thực phẩm, y học… Các thực phẩm như rau quả, cá,
thịt… cần được bảo quản để dùng được lâu, di chuyển đi xa hơn.
Đề tài thiết kế máy sản xuất nước đá miếng năng suất 30kg/h của em là một loại máy làm đá với
công suất trung bình dùng để bảo quản thực phẩm cho các doanh nghiệp chế biến thực phẩm
đông lạnh.
I. Tính cách nhiệt, cách ẩm
1. Mục đích: cách nhiệt, cách ẩm nhằm giảm bớt sự thất thoát nhiệt ra môi trường đồng
thời ngăn dòng lạnh xâm nhập vào hệ thống làm giảm năng suất lạnh.
2. Yêu cầu của vật liệu:
a. Vật liệu cách nhiệt:
b. Vật liệu cách ẩm:
3. Chọn vật liệu:
- Chọn vật liệu cách nhiệt là Styropore cho dàn lạnh. Styropore được sử dụng bằng cách
phun trực tiếp vào khoang của máy làm đá.Ưu điểm là có thể phun vào bất cứ thể tích
rỗng nào, tạo bọt mà không cần gia nhiệt, cứng và chịu tốt.
- Chọn vật liệu cách ẩm là Bitum. Bitum còn gọi là nhựa đường( hắc ín) được dùng dưới
dạng nóng chảy hoặc pha với các dung môi như cồn, xăng rồi quét lên bề mặt cách ẩm.
Hệ số thẩm thấu của nó rất bé μ = 0,000115 g/m.h.mmHg.
4. Tính toán cách nhiệt và cách ẩm cho máy làm đá
Máy làm đá chỉ cách nhiệt và cách ẩm thành bao quanh. Chọn tấm cách nhiệt hình trụ tròn
như sau:

Các thông số tra được:

Thép δ
i
= 0,002m ; λ
i
= 45,3 W/m.K
Styropore λ
i
= 0,047 W/m.K
Bitum δ
i
= 0,003m ; λ
i
= 0,18 W/m.K ; μ
i
=0,000115 g/m.h.mmHg.
Chiều dày tấm cách nhiệt được tính như sau:
1
1 2
1 1 1
n
i
cn cn
i
K
δ
δ λ
α λ α
 
 
= − + +

 
 ÷
 
 
∑
K: hệ số truyền nhiệt K, W/m
2
.K, chọn trước K = 0,25W/m
2
.K
α
1
= 23,3 W/m
2
.K. Hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tường cách nhiệt.
α
2
= 8 W/m
2
.K. Hệ số tỏa nhiệt của vách bên trong thiết bị bốc hơi.
δ
i
: chiều dài lớp vật liệu thứ i cách nhiệt, m
λ
i
: hệ số dẫn nhiệt lớp thứ i, W/m.K
λ
cn
: hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt,W/m.K
δ

cn
: chiều dày lớp cách nhiệt, m
1 1 2.0,002 0,003 1
0,047 0,179( )
0,25 23,3 45,3 0,18 8
cn
m
δ
 
 
= − + + + =
 
 ÷
 
 
Vậy chọn chiều dày lớp cách nhiệt là δ
cn
= 0,2m với 4 lớp x 50mm
Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che:
( )
2
1
1 2
1 1
0,23 W / m .K
1 2.0,002 0,003 0,2 1
1 1
23,3 445,3 0,18 0,047 8
t
n

i
i
i
K
δ
α λ α
=
= = =
+ + + +
+ +
∑
5. Kiểm tra đọng sương trên bề mặt ngoài vách cách nhiệt:
- Điều kiện để vách ngoài không đọng sương
s
K K≤
Với các thông số của không khí nơi đặt nhà máy là thành phố Đà Nẵng t
1
= 37,7
o
C và φ
1
=77%, nhiệt độ đọng sương t
s
= 33
o
C
Nhiệt độ đá miếng cuối quá trình đông đá t
2
= -7
o

C
1
1
1 2
37,7 33
0,95. . 0,95.23,3. 1,981
37,7 7
s
s
t t
K
t t
α
−
−
= = =
− +

⇒
K = 0,23 < K
2
= 2,15
Vậy vách ngoài không bị đọng sương.
6. Kiểm tra đọng ẩm
Điều kiện :
1
.
n
i
CA CA n

i
i
R
δ
δ µ
µ
=
 
≥ −
 ÷
 
∑
μ
CA
: hệ số dẫn ẩm của vật liệu. Chọn bitum làm vật liệu cách ẩm.
μ
CA
= 0,000115 (g/m. h.mmHg)
R
n
= 1,6( P
n
– P
t
): tổng trở lực dẫn ẩm tối thiểu
2
. .m h mmHg
g
 
 ÷

 
Pn áp suất riêng phần của hơi nước ở ngoài (mmHg).
Pt áp suất riêng phần của hơi nước trong phòng lạnh.
φ
n
= 77%, t
ng
= 37,7
o
C
⇒
Pn = 37,77mmHg.
Φ
t
= 95%, t
tr
= -7
o
C
⇒
Pn = 3,41mmHg.
37,77.0,77 29,1
0,95.3,41 3,2
n
t
P
P
⇒ = =
= =
2

. .
1,6.(29,1 3,2) 41,44
n
m h mmHg
R
g
 
⇒ = − =
 ÷
 
3
1
2.0,002 0,003 0,2
. 0,000115. 41,44 4,3.10
45,3 0,18 0,047
n
i
CA CA n
i
i
R m
δ
δ µ
µ
−
=
 
 
≥ − = − − − =
 ÷

 ÷
 
 
∑
Vậy chọn lại chiều dày lớp bitum là 0,005 m.
II. Tính chọn máy nén cho hệ thống:
1. Chọn chế độ làm việc cho máy nén
Ở đây công ty chế biến được xây dựng tại thành Phố Đà Nẵng và có các thông số khí tượng
sau :
Nhiệt độ trung bình cao nhất : t
maxtb
= 37,7C.
Độ ẩm trung bình cao nhất : 
1
= 77%.
Từ đó ta xác định được nhiệt độ, nhiệt kế ướt (tư ) nhiệt độ điểm đọng sương ( tư ) trên
đồ thị I - d của không khí
I  = 77%
 = 100%
t
1
=37,7C I = const



t
s
= 33C
d
Hình 2 - 1: Phương pháp xác định trên đồ thị I - d của không khí ẩm

Trạng thái không khí lấy làm chuẩn để tính toán
t
1
= 37,7C.
Suy ra : t
s
= 33 C ;t
ư
=34C
Chọn phương pháp làm lạnh trực tiếp
Chế độ làm việc
Chọn môi chất lạnh Freon 22 ( CHF
2
Cl) ( R22)
Nhiệt độ sôi môi chất :t
0
= t
p
- ∆t
0
t
p
: nhiệt độ cuối của nước đá
∆t
0
= ( 8 : 13) 0C Chọn ∆t
0
= 13 0C
t
0

= -7 – 13 = -20 0C
Nhiệt độ ngưng tụ: t
k
= t
w2
+
∆
t
k
tw2:nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng
∆t
k
= ( 3: 5 ) 0C Chọn ∆tk = 5
0
C
+ Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng tính theo nhiệt độ nước vào
t
w2
= tw1 + ( 2 : 6)
0
C
Chọn ∆t
w
= 3
0
C
Khi sử dụng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt
t
w1
= t

ư
+ (3 : 4 ) 0 C Chọn ∆t
u
= 3
0
C

→
t
w1
= t
ư
+ 3 =34 + 3 = 37
0
C

→
t
w2
= 37 + 3 = 40
0
C

→
t
k
= 40 + 5 = 45
0
C
Nhiệt độ hơi hút hay nhiệt độ quá nhiệt tqn

t
h
= t
qn
= t
0
+ ( 5 : 25 )
o
C
Với môi chất R22 t
qn
= t
o
+ 20 = -15 + 20 = 5
o
C
Nhiệt độ quá lạnh t
ql
Do có thiết bị hồi nhiệt nên t
ql
phụ thuộc vào t
qn
Chọn hiệu nhiệt độ khi qua thiết bị hồi nhiệt là 15
0
C
Suy ra t* = -10
o
C quá nhiệt trên đường hơi hút.
h3’ – h3 = h1 – h1*
→ h

3
= h
3’
– h
1
+ h
1*

Với h
1
= 718 kJ/kg
h
1*
= 705 kJ/kg
h
3’
= 556 kJ/kg
→ h
3
= 556 – 718 + 705 = 543 (kJ/kg)
→ t
ql
= 33
o
C
2. Sơ đồ nguyên lý và chu trình lạnh
Giản đồ lgP - h
Điểm t
0
C P(bar) h ( kJ/kg)

1’ -20 2,5 698
1 5 2,5 718
2 95 17,3 765
3 30 17,3 536
3’ 45 17,3 556
4 -20 2,5 536
Bảng 1. Thông số của các điểm trên giản đồ lgP-h
Ta có tỷ số nén
0
17,3
6,92 11( ar)
2,5
k
p
p b
p
= = = <
Với chu trình:
1’ – 1: quá trình quá nhiệt.
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. Năng suất lạnh của máy nén
Tổng chi phí lạnh cho máy đá
1 2 3 4
Q Q Q Q Q
= + + +

, kW
Trong đó: Q
1
: chi phí lạnh cho dàn lạnh,kW
Q
2
: chi phí lạnh để làm đông nước thành đá, kW
Q
3
: tổn thất khi rã đá,kW
Q
4
: tổn thất do nhiệt truyền ra ngoài
- Chi phí lạnh cho dàn lạnh: chỉ xét lần đầu tiên làm lạnh ống làm đá đến -7
o
C, xem như
sau khi xả đá nhiệt độ ống làm đá không tăng lên tức là không cần làm lạnh thêm , phần
nhiệt đó tính vào nhiệt tổn thất khi rã đá.
( )
1 1 2
. . . , /
k inox
Q n g C t t kJ h
= −
Do ta xét trong khoảng thời gian 1h nên đơn vị của Q
1
la kg/h
Với: n = 10 số ống làm đá ( tính sau)
g
k

: khối lượng một ống làm đá, kg
Tính g
k
với độ dày ống là 3,5mm, chiều cao lớp đá 0,8m
( )
2 2 2 2
. . . 7850.0,8. .(0,057 0,050 ) 3,694( )
4 4
k inox ng tr
g h D D kg
π π
ρ
= − = − =
Nhiệt độ nước cấp t
1 =
15
o
C
Nhiệt độ cuối của quá trình đông đá t
2
= -7
o
C
⇒
Q
1
= 10.3,694.0,5.(15+7) = 406,34 (kJ/h)
- Chi phí lạnh để làm đông nước đá:
[ ]
2 1 2

. ( 0) (0 ) , /
n r d
Q G C t q C t kJ h= − + + −
Trong đó: G = 30kg/h năng suất của máy làm đá.
C
n
=4,18 kJ/kg.K nhiệt dung riêng của nước.
C
d
= 2,09 kJ/kg.K nhiệt dung riêng của nước đá
Q
r
= 333,6 lJ/kg ẩn nhiệt đóng băng của nước.
[ ]
2
30. 4,18.(15 0) 333,6 2,09.(0 7) 12327,9( / )Q kJ h⇒ = − + + + =
- Tổn thất khi rã đá:
3
. . . .
G
Q f L
g
δ ρ
=
, kJ/h
Với δ = 0,001m bề dày lớp đá tan.
L = 330,3 kJ/kg nhiệt nóng chảy của nước đá.
ρ = 917 kg/m
3
khối lượng riêng của nước ở 0

o
C
g = 1,355kg (tính sau) khối lượng đá còn lại
f: bề mặt ngoài của ống tạo đá.
2
. . .0,057.0,8 0,143( )
ng
f d h m
π π
= = =
3
30
.0,143.0,001.917.330,3 958,9( / )
1,355
Q kJ h= =
- Tổn thất do nhiệt truyền ra ngoài:chọn bằng 3% chi phí lạnh để làm đông nước đá.
4 2
0,03 0,03.12327,9 369,81( / )Q Q kJ h= = =
Vậy tổng chi phí lạnh cho máy làm đá:
Q = 406,34 +12327,9 + 958,9 +369,81 = 14062,95 (kJ/h) = 3,9 kW
Suy ra năng suất lạnh của máy nén:
.
o
Q
Q
b
β
=
Với β hệ số tính đến tổn thất lạnh trên đường ống lạnh, β = 1,07
b hệ số thời gian làm việc của máy nén, b = 1

3,9
1,07. 4,173( )
1
o
Q kW
= =
4. Tính và chọn máy nén
- Năng suất lạnh riêng khối lượng
0 1 4
718 536 182( / )q i i kJ kg= − = − =
- Lượng hơi thực tế hút vào xylanh
4,173
0,023( / )
182
o
o
o
Q
G kg s
q
= = =
- Thể tích hơi thực tế hút vào xylanh
3 3
. 0023.0,105 2,415.10 ( / )
tt o l
V G v m s
−
= = =
-
Năng suất lạnh riêng thể tích của hơi hút thực

3
.
182
1733,3( / )
0,105
o
v th
l
q
q kJ m
v
= = =
-
Hệ số chỉ thị thể tích
1
0 0
0
.
m
k k o o
i
o o
P P P P P P
C
P P P
λ
 
 
− ∆ + ∆ − ∆
 

= − −
 ÷
 
 
 
 
Chọn m= 1, chỉ số nén đa nhiệt của hơi tác nhân
C=0,05 hệ số chết của máy nén
∆Po = ∆Pk = 0,01 Mpa = 0,1 bar
2,5 0,1 17,3 0,1 2,5 0,1
0,05. 0,664
2,5 2,5 2,5
i
λ
− − −
 
= − − =
 
 
-
Hệ số đốt nóng
w
273 20
0,796
273 45
o
k
T
T
λ

−
= = =
+
-
Hệ số cấp của máy nén:
w
. 0,664.0,796 0,528
i
λ λ λ
= = =
- Thể tích quét của pittong
3
3 3 3
2,415.10
4,57.10 ( / ) 16,5( / )
0,528
tt
lt
V
V m s m h
λ
−
−
= = = =
- Công nén đoạn nhiệt
2 1
.( ) 0,023.(765 715) 1,15( )
a o
N G h h kW= − = − =
- Hiệu suất chỉ thị

w
. 0,528 0,0025.( 20) 0,478
i o
b t
η λ
= + = + − =
Chọn b = 0,0025
- Công nén chỉ thị
1,15
2,406( )
0,478
a
i
i
N
N kW
η
= = =
- Công suất ma sát
3
. 2,415.10 .50 0,121( )
ms tt ms
N V P kW
−
= = =
Với P
ms
= 50kP: công ma sát riêng
- Công nén hiệu dụng
2,406 0,121 2,527( )

e i ms
N N N kW= + = + =
- Công suất động cơ điện
2,527
3,065( )
. 0,97.0,85
e
dc
td dc
N
N kW
η η
= = =
Với η
td
= 0,97 hiệu suất truyền động của khớp đai
η
dc
= 0,85 hiệu suất động cơ
- Hệ số lạnh hiệu dụng
4,173
1,36
3,065
o
e
dc
Q
K
N
= = =

- Nhiệt thải ngưng tụ
2 3
.( ) 0,023.(765 536) 5,267( )
k o
Q G h h kW= − = − =
Vậy ta chọn :
III. Tính và chọn thiết bị ngưng tụ
Chọn kiểu loại thiết bị ngưng tụ.
Thiết bị ngưng tụ vỏ ống nằm ngang có cánh tản nhiệt về phía R22. Chọn vận tốc nước 1,5m/s
- Lượng nước giải nhiệt đi qua thiết bị ngưng tụ
w
w w
5,267
0,42( / )
. 4,187.3
k
Q
G kg s
C t
= = =
∆
- Bề mặt truyền nhiệt của TBNT là chùm ống đồng có cánh bố trí sole trên mặt sàng ta
chọn theo [4]
• Đường kính trong của ống d
tr
= 0,0115m
• Đường kính ngoài của ống d
ng
= 0,0133m
• Đường kính cánh D = 0,0165m

• Bước cánh S
c
= 0,00127m
• Góc ở đỉnh cánh α = 20
o
• Hệ số làm tạo cánh β = F/F
tr
= 4
• Diện tích mặt ngoài của 1m ống: F = 0,144m
2
/m
• Diện tích bề mặt trong của 1m ống F
tr
= 0,036m
2
 Xác định số ống trong 1m đường nước
w
2 2
w
4.
4.0,42
2,7
. . . .1000.0,0115 .1,5
tr
G
n
d
π ρ ω π
= = =
ống

⇒
Chọn số ống là 3 ống.
 Tính lại vận tốc nước theo n =3 :
2
4.0,42
1,36( / )
.1000.0,0115 .3
m s
ω
π
= =
 Tính hệ số tỏa nhiệt về phía nước
w
6
.
1,36.0,0115
Re 20181
0,775.10
tr
d
v
ω
−
= = =
Với v = 0,775.10
-6
m
2
/s độ nhớt động lực học của nước ở 37
o

C nhiệt độ nước vào bình ngưng.
Re > 10000 nên nước chảy trong ống là chế độ chảy rối.

( )
( )
0,25
0,25
0,8 0,43 0,8 0,43
0,021.Re .Pr . Pr / Pr . 0,021.20181 .5,2 . 5,2 / 4,31 .1 124
f f v l
Nu
ε
= = =
Với ε
1
= 1 vi l/d
tr
= 87> 5-0
Nhiệt độ nước lúc đầu t
w1
= 37
o
C , lúc ra t
w2
= 40
o
C
w2 w1
1
w2

40 37
6,38
45 37
ln
ln
45 40
m
k w
k
t t
t t
t t
θ
−
−
= = =
− −
−
−
Nhiệt độ trung bình của nước t
m
= 37,5
o
C
⇒
Pr
f
= 5,2, Pr
v
= 4,31

⇒
Hệ số tỏa nhiệt về phía nước giải nhiệt:
2
w
. 124.0,617
6653( / . )
0,0115
tr
Nu
W m K
d
λ
α
= = =
,
λ
H2O
=0,617 W/m.K
 Phương trình mật độ dòng nhiệt về phía nước
w
3
w
6,34
( ) 2856(6,34 )
1
1
0,2.10
6653
m
m

i
i
q A
θ θ
θ
θ θ θ
δ
α λ
−
−
−
= − = = = −
+
+
∑
 Để xác định q
w
cần chọn sơ bộ TBNT, chọn trước q
w
rồi kiểm tra lại.
Chọn θ = 0,3θ
m
thay vào phương trình
( )
' 2
w
2856. 6,34 0,3.6,34 12675( / )q W m
= − =
Nếu bố trí ống theo mặt sàng tam giác đều hoặc theo các cạnh hình lục giác thì thông số m có
thể xác định theo công thức

3
3
'
w
5267
0,75. 0,75. 4,5
. . . 12675.0,02145.0,0115.8
k
tr
Q
m
q s d k
= = =
ta
làm tròn đến 5.
Với: s =1,3.D = 1,3 .0,0165= 0,02145m (chọn)
Chọn
8
l
k
D
= =
Vậy số hàng ống theo chiều đứng n
z
= m = 5 và n
z
/2 = 3
 Hệ số truyền nhiệt khi ngưng tụ R22 được tính theo bề mặt trong ống
0,167
3

0.25 0,25
4
. . .
0,72. . . . 17738.
. 2
i
z
a c
ng
g n
v d
ρ λ
α βψ θ θ
−
− −
∆
 
= =
 ÷
 
Với
2 3
765 536 229( / )
i k
q h h kJ kg∆ = = − = − =

3
22
1132( / )
R

kg m
ρ ρ
= =
Khối lượng riêng R22 ở 45
o
C

22
0,079 / .
R
W m K
λ λ
= =
,
6 2
0,196.10 /v m s
−
=

0,25
0,75
1,3. . . 1,58
ng
d n
c
d
F F
E
F h F
ψ

 
 
= + =
 ÷
 ÷
 
 
Với
( ) ( )
2 2 2 2
2
. 0,0165 0,0133
0,12
20
2. . os 2.0,00127. os
2 2
ng
d
c
D d
F m
S c c
π π
α
− −
= = =
2
0,144 0,12 0,024
n d
F F F m

= − = − =
Chiều cao quy ước của cánh
( ) ( )
2 2 2 2
3
0,0165 0,0133
. . 454.10
4 4 0,0165
ng
D d
h m
D
π π
−
− −
= = =
E = 1: hiệu quả của cánh ( vì cánh cán thấp nên chọn E = 1)
 Mật độ dòng nhiệt về phía R22:
25 0,75
. 17738. . 17738.
a a
q
α θ θ θ θ
−
= = =
Ta có hệ
w
0,75
2856.(6,34 )
17738.

a
q
q
θ
θ
= −


=


⇒
q
w
= q
tr
= 8600 W/m
2
Với m = 5 tổng số ống là
( ) ( )
2 2
0,75. 1 1 0,75 5 1 1 19n m
= − + = − + =
ống
Số đường nước
19
6,3
3
l
n

z
n
= = =
lúc đó n = 6.3 = 18
Vậy m = 5 là thích hợp , n =18
Để sử dụng phần dưới của bình ngưng làm bình chứa, chúng ta bỏ bớt 2 hàng ống dưới cùng.
Số ống bỏ đi là:
( )
'
1 5
. 1 2 1 2. 1 7
2 2
m
n i i
+
= + + + + − = + =
 
 
 Đường kính mặt sàng : D = m.S = 5.0,02514 = 0,12m
 Diện tích truyền nhiệt bề mặt trong của bình ngưng
2
5267
0,61
8600
k
tr
tr
Q
F m
q

= = =
2
0,76.4 3,1
ng
F m⇒ = =
 Chiều dài một ống:
0,61
0,94
. . .0,0115.18
tr
tr
F
l m
d n
π π
= = =
Chọn l = 1m
Vậy chọn thiết bị ngưng tụ : KPT-3 với các thông số F
ng
= 3,6m
2
, n = 24 ống
IV. Tính và chọn thiết bị bốc hơi
1. Tính thời gian đông đá
2. Tính toán thiết bị bốc hơi
Các thông số của thiết bị bốc hơi
Ống trong : Ø 22 X 2 (mm)
Ống ngoài : Ø 57 X 3,5 (mm)
Chiều dài ống: 1 (m)
Bề dày lớp đá bám trên ống: 0,01 (m)

Tác nhân lạnh R22
Số ống trong thiết bị bốc hơi
Năng suất thiết kế: G= 30 (kg/h)
Khối lượng của một mẻ: m = m’*n = G* τ
Khối lượng đá được tạo trên ống m
1
Với chiều dài ống 0,8m được tạo đá trên bề mặt ống.
( )
( )
( )
( )
2 2
2 2
1
. . . 2.0,01 .0,8.917. 0,057 0,02 0,057
1,54( )
4 4
nd n n
h D D
m kg
π ρ π
+ − + −
= = =
Khối lượng đá tan đi: khi lớp đá bên ngoài tan đi 1mm
( )
2 2
2
.0,8.917 0,077 0,075 0,175( )
4
m kg

π
= − =
Khối lượng đá còn lại: m’ = m
1
- m
2
=1,365 (kg)
Số ống làm đá:
'
. 30.22
8,1
1,365.60
G
n
m
τ
= = =
Chọn n= 10 ống.
Tổng diện tích trao đổi nhiệt ở bề mặt của ống
2
. 10 .0,05.1 1,57( )F n f m
π
= = =
Kiểm tra lại bề mặt truyền nhiệt
Nhiệt độ đá ra khỏi thiết bị: t
2
= -7
o
C
Nhiệt độ nước vào thiết bị: t

1
= 28
o
C
Nhiệt độ môi chất bốc hơi: t
o
= - 20
o
C
Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit:
0
1 2
1 0
2 0
28 7
26,8
28 20
ln
ln
7 20
tb
t t
t C
t t
t t
− +
∆ = = =
− +
− +
−

Hệ số truyền nhiệt tổng quát
0
0
1
1 1
.
tr d
ng ng d tr
k
d
d
δ δ
α λ λ α
=
+ + +
Hệ số cấp nhiệt phía ngoài ống:

2
1129,7 / .
ng n
W m K
α α
= =
Thông số của R22 ở -22
0
C: ρ = 15,2 kg/m
3
; λ = 0,104W/m
2
.K ; μ = 1,17.10

-6
Pa.s
ν = 0,76,10
-6
m
2
/s ; C
p
= 619 J/kg.K ; Pr = 0,69
Suy ra:
6
. .
1,5.0,05.15,2
Re 974358
1,17.10
tr
d
ω ρ
µ
−
= = =
Theo [1] tr.75 thì Nu = 0,23.Re
0,65
.Pr
0,33
= 0,23. 974358
0,65
. 0,69
0,33
= 1589

Hệ số cấp nhiệt phía trong ống
2
. 1589.0,104
3305 / .
0,05
tr
tr
Nu
W m K
d
λ
α
= = =
2
1
173 / .
1 0,05 0,0035 0,01 1
.
1129,7 0,057 18 2,22 3305
k W m K⇒ = =
+ + +
Năng suất lạnh riêng q
f
= k. ∆t
tb
=173 .26,8 = 4636,4 (W/m
2
)
Diện tích bề mặt truyền nhiệt :
2

4173
0,9
4636,4
o
f
Q
F m
q
= = =
V. Tính và chọn các thiết bị phụ
1. Tính và chọn bình chứa thấp áp
Bình chứa thấp áp được bố trí về phía hạ áp và được sử dụng để xả tạm thời chất lỏng ra khỏi các
dàn lạnh trực tiếp trước khi xả đá bằng hơi nóng.
Thể tích bình chứa hạ áp:
'
3
1
. 0,000852.82,8
0,029 29
.3 0,8.3
v G
V m l
η
= = = =
G’ = 0,023 kg/s = 82,8 kg/h : lưu lượng tác nhân lạnh.
v
1
= 0,000852 m
3
/kg : thể tích riêng của R22 lỏng ở -20

o
C
Hệ số làm đầy η = 0,8
2. Tính toán và chọn thiết bị hồi nhiệt
Trong bình hồi nhiệt diễn ra sự trao đổi nhiệt giữa lỏng môi chất lạnh đi từ thiết bị ngưng tụ và
hơi môi chất lạnh đi ra từ bình chứa thấp áp. Chọn bình hồi nhiệt ống xoắn.
Ta có độ khô của hơi đi vào bình hồi nhiệt là x = 0,98
- Nhiệt độ trung bình của R22 lỏng trong bình hồi nhiệt
w1 w2
w
w1
w 2
45 30
37
45
ln
ln
30
o
t t
t C
t
t
−
−
= = =
Ở nhiệt độ này R22 có: ρ =1175kg/m
3
; λ= 0,081W/m.K ; ν =0,195.10
-6

m
2
/s; Pr=3,57
- Thông số hơi quá nhiệt được xác định bằng cách lấy trung bình giá trị của các thông số
hơi bão hòa khô ở t
0
( P
o
) và hơi quá nhiệt ra khỏi bình hồi nhiệt áp suất P
o
nhiệt độ t
2
.
ρ = 21,9kg/m
3
; λ = 0,0105W/m.K ; ν = 0,594.10
-6
m
2
/s ; Pr = 0,74 ; C = 654J/kg.K
 Các kích thước chủ yếu của bình hồi nhiệt
- Ống xoắn là ống trơn có đường kính d
tr
= 0,01m, d
ng
= 0,012m
- Đường kính ngoài của lõi D
1
phải chọn > 8d
ng

. Chọn D
1
= 0,1m
- Đường kính trong của thân bình hồi nhiệt D
2
=0,157m
- Hai cuộn ống xoắn lồng vào nhau và cách nhau 1,5mm, đồng thời cũng cách đều 2 vách
1,5mm mỗi phía. Các vòng tròn trên 1 cuộn ống xoắn đều nhau 1 khoảng 5mm.
- Thể tích hơi quá nhiệt đi qua bình hồi nhiệt
3 3
0,023
1,1.10 /
21,9
G
V m s
ρ
−
= = =
- Diện tích hình vành khăn của bình hồi nhiệt
( )
2 2 2 2 2
2 1
. (0,157 0,1 ) 0,0115
4 4
hn
F D D m
π π
= − = − =
- Diện tích choán chỗ của 2 ống xoắn
( )

2 2 2 3 2
. 0,0127 0,103 0,154 0,13 0,0097
4
x
F m
π
   
= − + − =
   
- Diện tích cho hơi quá nhiệt đi qua F
h
= F
hn
– F
x
= 0,0115 – 0,0097 =0,0018m
2
- Vận tốc hơi quá nhiệt chuyển động trong bình hồi nhiệt
3
1,1.10
0,61 /
0,0018
h
V
m s
F
ω
−
= = =
- Chuẩn số Re của hơi:

6
.
0,6.0,012
Re 12323
0,594.10
ng
d
ω
ν
−
= = =
- Chuẩn số Nu:
0,63 0,36 0,63 0,36
0,27.Re .Pr 0,27.12323 .0,74 92Nu = = =
- Hệ số tỏa nhiệt về phía hơi quá nhiệt:
2
. 92.0,0105
81 / .
0,012
h
ng
Nu
W m K
d
λ
α
= = =
- Thể tích hơi lỏng chuyển động trong ống:
5 3
0,023

2.10 /
1175
G
V m s
ρ
−
= = =
- Vận tốc R22 lỏng trong ống
5
2 2
4. 4.2.10
0,13 /
. . .0,01 .2
tr
V
m s
d n
ω
π π
−
= = =
Với n=2 số ống xoắn làm việc song song
- Chuẩn số Re của lỏng:
6
.
0,13.0,01
Re 6667
0,195.10
tr
d

ω
ν
−
= = =
- Chuẩn số Nu của lỏng:
0,8 0,43 0,8 0,43
0,021.Re .Pr . 0,021.6667 .3,57 .0,95 39,5Nu
ε
= = =
- Hệ số tỏa nhiệt về phía R22 lỏng khi chưa có hiệu chỉnh:
' 2
w
. 39,5.0,081
320 / .
0,01
tr
Nu
W m K
d
λ
α
= = =
- Hệ số hiệu chỉnh xoắn ốc:
0,01
1 1,8. 1 1,8. 1,28
0,06425
tr
x
tb
d

R
ε
= + = + =
Với R
tb
bán kính cong trung bình của 2 cuộn ống xoắn
0,127 0,103 0,154 0,13
0,0625
8
tb
R m
+ + +
= =
- Hệ số tỏa nhiệt về phía R22 lỏng khi đã hiệu chỉnh:
' 2
w w
. 320.1,28 410 / .
x
W m K
α α ε
= = =
- Hệ số truyền nhiệt quy đổi theo bề mặt ngoài:
2
w
1 1
65,5 / .
1 0,012 0,001 1
1 1
.
.

410 0,01 383,8 81
ng
ng
v
tr v h
K W m K
d
d
δ
α λ α
= = =
+ +
+ +
- Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit
( ) ( ) ( ) ( )
w2 1 w1 2
w2 1
w1 2
30 20 45 5
44,8
30 20
ln
ln
45 5
o
m
t t t t
C
t t
t t

θ
− − − + − −
= = =
− +
−
−
- Diện tích truyền nhiệt của bình hồi nhiệt:
'
3
2
3 3
( )
0,023.(556 536).10
0,15
. . 65,5.44,8
hn
ng
ng m ng m
Q G h h
F m
k k
θ θ
−
−
= = = =
- Tổng chiều dài ống đồng:
0,15
3,98
. .0,012
ng

ng
F
L m
d
π π
= = =
- Số vòng xoắn trên mỗi cuộn ống xoắn:
( ) ( )
1 2
3,98
5
. . 0,115 0,142
L
n
d d
π π
= = ≈
+ +
vòng
Với d
1
,d
2
lần lượt là đường kính trung bình của cuộn ống xoắn trong và ngoài.
- Chiều dài mỗi ống xoắn: L = n.d
ng
+ (n – 1).∆ = 5.12 + (5 – 1 ). 5 = 80mm
Với ∆ = 5mm : khoảng cách giữa hai vòng xoắn.
3. Tính và chọn van tiết lưu
Van tiết lưu dùng để tiết lưu lỏng môi chất lạnh từ áp suất ngưng tụ đến áp suất bốc hơi và điều

chỉnh việc cung cấp lỏng cho hệ thống lạnh.
- Tiết diện ngang của van:
4 2
4996
1,52.10
3600. . . . . 3600.44,23.0,5. 14,6.1186.9,81
o
o
Q
F m
q p g
η ρ
−
= = =
∆
Với Q
o
= 4996kcal/h năng suất lạnh của van tiết lưu.
q
o
= 44,23kcal/kg năng suất lạnh riêng.
η = 0,3 ÷ 0,7 hệ số nén của dòng chảy. Chọn η = 0,5
ρ = 1186kg/m
3
khối lượng riêng của R22
∆p = p
k
– p
o
= 17,3 – 2,5 = 14,8 bar = 14,6 atm

- Đường kính van tiết lưu:
4
4. 4.1,52.10
0,0139
F
D m
π π
−
= = =
4. Tính và chọn tháp giải nhiệt
- Diện tích mặt nằm ngang của tháp:
2
w
w
0,42
0,168
2,5
G
F m
g
= = =
g
w
= 2,5 ÷ 3 kg/m
2
.s. Chọn g
w
= 2,5kg/m
2
.s

- Đường kính thân thiết bị:
4. 4.0,168
0,46
F
D m
π π
= = =
- Tính phụ tải nhiệt của tháp:
w w w1 w 2
. .( ) 0,42.4,187.(40 37) 5,28Q G C t t kW= − = − =
- Lượng không khí cần thiết thổi qua tháp :
( )
2 1
5,28
( / )
kk
Q
G kg s
h h h
= =
∆ −
Với ∆h độ chênh lệch enthalpy của không khí trong tháp, (kJ/kg)
Nhiệt độ không khí vào tháp t
1
= 37,7
0
C , φ = 77%
⇒
h
1

= 128 kJ/kg
Để G
w
/ G
kk

≈
1 ta chọn ∆h = ∆t
w
. C
w
= 3.4,187 = 12,56 (kJ/kg)
5,28
0,42 /
12,56
kk
G kg s⇒ = =
( )
2 1
12,56 128 140,56 /h h h kcal kg
⇒ = ∆ + = + =

2
42
o
t C
⇒ =
5. Tính và chọn các đường ống dẫn
Các thiết bị của hệ thống lạnh được liên kết với nhau bằng các ống dẫn. Đối với R22 nên sử dụng
ống đồng nếu đường kính ống nhỏ hơn 20mm, và ống thép nếu đường kính ống lớn hơn 20mm.

Ta cần bố trí ống sao cho đường đi ngắn nhất, tránh nhiều tổn thất về năng lượng.
a) Ống dẫn hơi môi chất lạnh sau quá trình nén
Theo [1] tr.345 đường kính trong của ống dẫn được tính theo biểu thức:
3
4 4.0,023
5,1.10 ,
. . 75. .15
i
m
d m
ρ π ω π
−
= = =
Trong đó: d
i
đường kính trong của ống dẫn, m
m lưu lượng, kg/s
ρ khối lượng riêng của môi chất, kg/m
3
,
ω tốc độ dòng chảy trong ống, m/s, chọn ω = 15m/s
Chọn ống đồng đường kính 8mm.
b) Ống dẫn hơi môi chất lạnh về máy nén
3
4. 4.0,023
14,7.10 ,
. . 11,16. .12
i
m
d m

ρ π ω π
−
= = =
Với ω = 12 m/s vận tốc của hơi môi chất lạnh trên đường hút về máy nén
Vậy ta chọn ống thép đường kính 18mm.
c) Ống dẫn lỏng môi chất lạnh từ thiết bị ngưng tụ đến van tiết lưu
3
4. 4.0,023
5,14.10 ,
. . 1108. .1
i
m
d m
ρ π ω π
−
= = =
Với vận tốc dòng lỏng môi chất lạnh chọn bằng 1m/s.
Vậy chọn ống đồng đường kính 8mm.
6. Tính và chọn máy bơm
- Chọn hệ số tuần hoàn của bơm k = 40
- Lưu lượng nước Q = k .G = 40 .30 = 1200 kg/h =1,2 m
3
/h
- Áp suất toàn phần của bơm
2 1
10 1,5 0,01
.
o f
P P
H H h H

g
ρ
−
= + + = + +
11,6H m
⇒ =
H
0
= 1,5m chiều cao đẩy chất lỏng.
h
f
= 0,01H tổn thất
2 1
.
P P
g
ρ
−
= 10 m :hiệu áp suất giữa khoảng đẩy và khoảng hút của bơm.
- Công suất bơm:
. . 1000.11,6.1,2
0,054( )
102. 102.0,7.3600
H Q
N kW
ρ
η
= = =