CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO QUYTRÌNH CÔNG NGHỆ

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
Chương 1: VÀI NÉT VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC ĐÁ
1. Tính chất vật lý của nước
3
2. Tính chất vật lý của nước đá
3
3. Cơ sở vật lý của quá trình đông đá
3
Chương 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT
1. Chọn phương án sản xuất
4
2. Chọn nồng độ muối NaCl
4
3. Chọn tác nhân lạnh
5
4. Bể nước đá khối
5
5. Quy trình làm nước đá
6
6. Giải thích quy trình
8
Chương 3: TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM XUNG QUANH BỂ ĐÁ
1. Vách
12
2. Đáy
14
3. Nắp
15
Chương 4: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO QUY
TRÌNH CÔNG NGHỆ

1. Cân bằng vật chất
16
2. Cân bằng năng lượng
16
Chương 5: TÍNH CHỌN MÁY NÉN
1. Chọn các thông số của chế độ làm việc
18
2. Tính toán
18
3. Chọn máy nén lạnh
21
Chương 6: TÍNH CÁC THIẾT BỊ CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LẠNH
1. Tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ
22
2. Tính toán thiết bị bay hơi
26
Chương 7: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ
1. Bình tách dầu
28
2. Bình chứa dầu
28
3. Bình chứa cao áp
28
4. Bình tách lỏng
30
5. Phin lọc
30
6. Hệ thống đường ống
30
7. Tháp giải nhiệt

31
8. Bơm nước qua thiết bị ngưng tụ
32
Chương 8: DỰ TOÁN GIÁ THÀNH

1


MỞ ĐẦU
Từ xa xưa con người đã biết lấy các loại nước đá thiên nhiên từ sông, suối, ao, hồ… để sử
dụng làm lạnh, dự trữ trong nhà để mùa hè lại đem ra dùng. Quá trình hình thành đá thiên nhiên
dựa vào lạnh của thiên nhiên, nhiều nơi mùa đông không khí lạnh đến -20°C, -30°C … làm cho
nước trong ao, hồ, sông, suối,… bị đóng băng.
Cho đến khi ngành lạnh ra đời, và bắt đầu phát triễn mạnh ở trên thế giới thì con người sử
dụng kỹ thuật lạnh vào trong nhiều mục đích khác nhau của mình, từ đơn giản cho đến tinh vi.
Một trong những ứng dụng đầu tiên của con người chính là sản xuất ra nước đá( đá nhân
tạo) ở nhiều dạng khác nhau( dạng khối, dạng viên, dạng vẩy, dạng bột,….), tuỳ theo yêu cầu sử
dụng và điều kiện sản xuất thực tế.
Nước đá được sử dụng rộng rãi trong làm lạnh, trữ cho vận chuyển, bảo quản nông thuỷ
sản, thực phẩm, cho chế biến lạnh các sản phẩm từ thịt, thuỷ sản và cho sinh hoạt của người dân.
Vì nước đá có ý nghĩa quan trọng trong đời sống, nên khi nhận được đề tài “thiết kế xưởng
nước đá cây 50 kg tại huyện Cần Giờ, năng suất 600 cây/ngày” em cảm thấy rất thích thú.
Từ trước đến nay, nói đến nước đá ai cũng biết,nói đến làm nước đá thì người ta chỉ nghĩ
đơn giản là hạ nhiệt độ xuống thấp để nước đóng băng, nhưng để làm được điều đó thì đòi hỏi
người kỹ sư phải tính toán và thiết kế ra được những thiết bị làm lạnh, và phải đảm bảo những
tiêu chuẩn của nước đá.
Trên thực tế nếu muốn xây dựng thành công một nhà máy, để nó đi vào hoạt động có hiệu
quả thì người kỹ sư không phải chỉ có kiến thức về kỹ thuật mà đòi hỏi phải tính đến tính kinh tế
khi xây dựng một phân xưởng. Trong khuôn khổ đồ án môn học này chắc chắn những gì em làm
vẫn còn nhiều thiếu sót, nhưng thông qua đồ án này em cũng đã học được rất nhiều kiến thức, đặt

biệt là phải biết cách áp dụng những gì mình đã học trên sách vỡ vào thực tế.
Trong khi thực hiện đồ án này có những kiến thức thực tế em không rõ, không có kinh
nghiệm cũng nhờ có sự chỉ dẫn tận tình của thầy PHẠM VĂN BÔN đã giúp em hoàn thành đồ án
này.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Bôn và các thầy trong bộ môn MÁY & THIẾT BI đã giúp
đỡ .Vì đây là đồ án đầu tiên em thực hiện nên không thể tránh khỏi sai sót, vì vậy, kính mong
kính mong các thầy cô góp những ý kiến quý báu để em có thể hiểu biết thêm nhiều điều bổ ích.

2


CHƯƠNG 1 : VÀI NÉT VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC ĐÁ
1. Tính chất vật lý của nước : [2]
Ơû áp suất thường nước có khối lượng riêng lớn nhất ở 4°C .Trong quá trình hạ nhiệt độ từ
4°C - 0°C khối lượng riêng giảm từ 1000-999.9 kg/m 3 và khi biến thành nước đá khối lượng
riêng tiếp tục giảm tới 916.8 kg/m3
Nước có nhiệt dung riêng cao bất thường, C nước =4.18kJ/kgK.Từ đó có thể thấy nước là một
chất toả nhiệt rất tốt.
Nhiệt nóng chảy của nước : λc = 334 kJ/kg
Nhiệt hoá hơi của nước : λh = 2253 kJ/kg
Đứng về phương diện khoa học mà nhận xét thì nước rõ là một chất lỏng có những điểm bất
thường :
− Khối lượng riêng ở 4°C là khối lượng riêng cực đại, đáng lẽ ra khối lượng riêng
của thể rắn phải lớn hơn khối lượng riêng ở thể lỏng.
− Có nhiệt dung riêng rất lớn và lớn hơn so với nhiệt dung riêng của nhiều chất lỏng
khác.

2. Tính chất vật ký của nước đá: [3]
Nhiệt độ nóng chảy t = 0°C
Khối lượng riêng nước đá : ρđ = 916.8 kg/m3

Khối lượng riêng của nước đá có quan hệ nhiệt độ như sau: ρđ =917(1-0.00015t)
Khi nước đóng băng thành nước đá thì thể tích nó tăng 9%
Ẩn nhiệt đóng băng: r = 334 kJ/kg. Khi nhiệt độ hạ 1°C thì r tăng 2.12 kJ/kg
Nhiệt dung riêng của nước đá : Cđ =2.12kJ/kg
Hệ số dẫn nhiệt : λđ = 2.22 W/mK

3. Cơ sở vật lý của quá trình đông đá: [2]

Khi hạ nhiệt độ thì thể tích khối nước giảm, đến 3.98°C thì bắt đầu hình thành cấu trúc mới
đặc trưng của tinh thể nước đá.Có những nhóm 5 phân tử nước (H 2O)5, Mỗi nhóm được tạo thành
bằng cách một phân tử nước làm trung tâm liên kết với 4 phân tử khác bằng liên kết hydro, rồi
một nguyên tử oxi của mỗi phân tử nước này lại tiếp tục làm tâm và liên kết với 4 nguên tử hydro
của của các phân tử nước khác. Kết quả là tinh thể nước đá có cấu tạo là tứ diện đều. Giữa chúng
có nhiều lỗ hổng nên nước đá nhẹ hơn nước lỏng.
Trong làm lạnh đông khi nhiệt độ đến dưới O°C mà vẫn chưa có sự đóng băng, đó là hiện
tượng chậm đóng băng( sự quá lạnh). Sự chậm đóng băng do sự chậm tạo thành tâm kết tinh và
do hiện tượng chuyển động nhiệt Bơ-rau-nơ và chuyển động tương hổ( kết hợp). Khi làm lạnh
đến một nhiệt độ thấp nào đấy mà hệ thống chuyển động được cân bằng lực theo phương trình:
Pkết hợp = Pđẩy + Pch.d.nhiệt thì xuất hiện tâm kết 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. Aån nhiệt đóng băng toả ra qua lớp nước đóng băng tới môi trường
tỏ lạnh hoặc trực tiếp hoặc qua nhiệt trở của thành.

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT
1. Chọn phương án sản xuất

3


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.Làm lạnh trực tiếp có ưu điểm là chỉ
tiêu kinh tế cao( do không mất thời gian giữa nước muối và môi chất lạnh) nhưng năng suất giới
hạn, chế tạo máy móc thiết bị khó khăn nên vốn đầu tư cao.
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 dung 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.
Theo phương pháp này thì hệ thống thiết bị bao gồm: máy nén, thiết bị ngưng tụ, thiết bị
bay hơi ngâm trong bể nước muối, bình chứa cao áp, khuôn đá, các thiết bị phụ khác,…Với năng
suất lớn đòi hỏi sản xuất liên tục thì còn có cơ cấu tự động đẩy khuôn đá, balance cẩu đá, máy rót
nước vào khuôn.Tuy nhiên với năng suất trung bình như phân xưởng này thêm vào đó là việc
cung cấp sản phẩm với số lượng lớn đồng thời, nên em chọn sản xuất nước đá theo từng mẻ, phân
phối sản phẩm đồng thời nên không cần phải có hệ thống cơ giới hoá.
Em sẽ chia bể đá làm hai ngăn, mỗi ngày sẽ xuất đá làm hai đợt, như thế thì lúc nào ta cũng
có đá để dự trữ, đồng thời sau khi xuất đá lại tiếp tục châm đá nên cứ như thế mẻ này ra lại có mẻ
khác thay thế. Do đó phân xưởng cũng sẽ không xây thêm kho trữ đá vì như thế vừa tồn chi phí
xây dựng kho trữ, vừa tốn chi phí điện năng để giữ nhiệt độ cho kho đá.

2. Chọn nồng độ muối NaCl: [5]


Dùng nước muối để tải lạnh có những ưu điểm:
− Có hệ số truyền nhiệt lớn: α = 200-400(kcal/m2hK)
trường hợp chất lỏng chuyển động với vận tốc 5m/s thì α = 400000 (kcal/m2hK). 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 µ
= 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 : 1m3 dung dịch pha 3.2 kg Na2Cr2O7 (có thêm
0.27 kg NaOH cho 1kg Na2Cr2O7) và trước đó phải đưa dung dịch về
pH = 7.
Mỗi năm cũng có một lần phải thêm ½ lượng Na2Cr2O7 và kiềm ban đầu. Cũng có
thể dùng 1.6 kg Na2HPO4.12H20 cho 1 m3 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 Tđb = -20°C,
nhiệt dung riêng ở 0°C: c= 0.794 kcal/kgK, hệ số dẫn nhiệt ở -10°C: λ = 0.434 kcal/kgK.
Khi đó chọn nhiệt độ của nước muối trong bể đá là -10°C.

3. Chọn tác nhân lạnh:[3], [1]
4


Trong phương pháp sản xuất nước đá bằng bể đá khối thì hệ thống lạnh thường sử dụng
máy nén một cấp với tác nhân lạnh là NH3.
 Ưu diểm của NH3:
− Năng suất lạnh riêng khối lượng q0 (kJ/kg) lớn nên lưu lượng môi chất tuần hoàn
trong hệ thống nhỏ, rất phù hợp cho các máy lạnh co ùnăng suất trung bình và lớn.
− Năng suất lạnh riêng thể tích qv (kJ/m3) tương đối nhỏ nên máy nén gọn nhẹ.
− Các tính chất trao đổi nhiệt tốt, hệ số tỏa nhiệt khi sôi và ngưng tụ tương đương với

nước nên không cần tạo cánh trong các thiết bị trao đổi nhiệt với nước.
− Tính lưu động cao, tổn thất áp suất trên đường ống, các cửa van nhỏ, nên các thiết bị
này khá gọn nhẹ.
− Amoniac không ăn mòn thép, các kim loại đen chế tạo máy, nhưng ăn mòn đồng và
các hợp kim của đồng (trừ hợp kim đồng có photpho) nên không sử dụng đồng và
các hợp kim của đồng trong hệ thống lạnh amoniac.
− Có mùi khó chịu, dễ phát hiện rò rỉ ra ngoài môi trường.
− Ít tan trong dầu bôi trơn, đỡ ảnh hưởng đến quá trình bôi trơn và đỡ ảnh hưởng đến
chất lượng của tác nhân.
 Nhược điểm của NH3:
− Trong không khí chứa một lượng NH3 nhất định có thể bắt lửa, gây nổ, hoả hoạn,
không an toàn cho thiết bị và người.
− Amoniac độc hại đối với cơ thể con người gây kích thích niêm mạc của mắt, dạ
dày, gây co thắt cơ quan hô hấp, làm bỏng da.
Tuy độc hại, nhưng amoniac là môi chất lạnh rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển, bảo quản tương
đối dễ dàng, nước ta sản xuất được nên nó vẫn được sử dụng.

4. Bể nước đá khối: [1]




−
−
−
−
−

−
−

−

Khuôn đá tiêu chuẩn khối lượng 50kg có:
Tiết diện trên: 380x190(mm)
Tiết diện dưới: 340x160(mm)
Chiều cao: chiều cao chuẩn: 1101(mm), chiều cao tổng:1115(mm)
Bể đá tiêu chuẩn đối với cây 50kg:
Dài : 14950 mm
Rộng :
xếp khuôn đá : 4790 mm
đặt dàn bay hơi : 775 m
cao : 1350 mm
Tổng số khuôn đá : 10 khuôn x 30 dãy x 2 ngăn
Khoảng cách giữa các khuôn trong một dãy : 30 mm
Khoảng cách giữa các dãy khuôn : 70 mm

5. Qui trình làm nước đá:

5


Nước cấp từ
thành phố

Xử lý nước

Cặn
bã

nước

Muối

Cấp nước vào bể
chứa

Hoà tan trong bể

Rót nước vào
khuôn
Cho vào bể đá

Đóng băng

Nâng linh đá ra
khỏi bể

Bể tan đá

Lấy ra

6


6. Giải thích qui trình
6.1. 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

Nước ngầm nằm sâu trong lòng đất và được bảo vệ bởi các tầng cản nước nên nước ngầm
có chất lượng tốt như: hàm lượng cặn nhỏ, ít vi trùng, nhiệt độ ổn định.Tuy nhiên vì khu vực Cần
Giờ ở gần biển nên thường dễ bị nhiễm mặn.Do đó để xử lý nước sẽ khó khăn và tốn kém.
Do đó, ở đây sẽ sử dụng nguồn nước cấp từ 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.
6.2. 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.
Trong công nghệ sản xuất nước đá từ nước ngọt, người ta đòi hỏi những yêu cầu đặc biệt
đối với nguyên liệu (nước) và sản phẩm (nước đá), thiết bị và quá trình sản xuất.
Thông thường nguồn nước phải đảm bảo 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

7


 Yêu cầu đối với nước đá :

Bảng 1: Hàm lượng tạp chất đối với nước đá trong sản xuất ở -10°C
Tạp chất
Hàm lượng tối đa
Hàm lượng muối chung, mg/l
250
Sulfat +0.75 clorua +1.25 natri cacbonat, mg/l
170
Muối cứng tạm thời, mg/l
70
Sắt, mg/l
0.04
Tính oxi hoá O2 , mg/l
3
pH
7
Bảng 2: Ảnh hưởng của tạp chất tới chất lượng nước đá
Tạp chất
Aûnh hưởng đến chất lượng nước đá
CaCO3
Tạo chất lắng bẩn ở phần dưới và giữa cây
đá làm nứt ở nhiệt độ thấp
MgCO3
Tạo chất lắng bẩn, bọt khí, làm nứt ở nhiệt
độ thấp
Oxit sắt
Cho chất lắng màu vàng (nâu) và nhuộm
màu chất lắng canxi và magie
Oxit silic và oxit Cho chất lắng bẩn
nhôm
Chất lơ lửng

Cho cặn bẩn
Sulfat natri clorua, Tạo các vết trắng ở lõi, kéo dài thời gian
sulfat canxi
đóng băng , không có chất lắng
Clorua
canxi và Cho chất lắng xanh nhạt ở lõi, kéo dài thời
sulfat magie
gian đóng băng
Clorua magie
Biểu hiện dưới dạng vết trắng không có cặn

Kết quả chế biến nước
Tách ra được
Tách ra được
Tách ra được
Tách ra được
Tách ra được
Không thay đổi

Biến đổi thành sulfat
canxi
Biến đổi thành clorua
canxi
Cacbonat natri
Làm nứt đá, tạo vết màu trắng ở lõi, kéo dài Biến đổi thành cacbonat
thời gian đóng băng, tạo độ đục cao không canxi
có cặn
6.3. 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: V1= G.g/ ρ (2-1)
Trong đó: G : 600 cây/ngày
g : khối lượng một cây đá, g= 50 kg
ρ : khối lượng riêng của nước, ρ = 999 kg/m3
⇒V1 = 600x50/999 = 30 m3/ngày
Lượng nước dự trữ: V2 = 5m3
Vậy thể tích bể chứa là: V = V1 + V2 = 30 + 5 = 35 m3
Kích thước bể chứa: dài x rộng x cao = 5x3.5x2 (m)
6.4. 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.

8


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.
6.5. Quá trình đông đá: [1]
Sau khi châm nước vào khuôn, thì cho vào bể đá, 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 -10°C và chuyển động trong bể nhờ các máy khuấy.
Khi đó quá trình truyền nhiệt giữanước 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°.
t1 > t2
λM

t2, α2

δM

dδ

λd

t1, α1
θo

δd

Hình 1: Sơ đồ của quá trình đông đá
Bề mặt truyền nhiệt là vách khuôn đá, với bề dày của thành là δM (m), hệ số dẫn nhiệt của
thành kim loại là λM( W/mK).
Thành được tiếp xúc với nước có nhiệt độ t1 > 0°C, hệ số cấp nhiệt từ phía nước vào đá là
α1 ( W/m2K).
Nhiệt độ của môi trường tải lạnh là t2, hệ số cấp nhiệt từ vách phẳng vào môi trường là α2
( W/m2K).
Hệ số dẫn nhiệt của nước đá là λđ ( W/mK) , của thành kim loại là λM( W/mK).
δd bề dày thành nước đá tạo thành, θ0 nhiệt độ vách nước đá vừa đông (°C).
Ta có, dòng nhiệt từ nước vào bề mặt đá q1 phụ thuộc vào t1-θ0 : q1 = α1(t1-θ0) (W/m2)
Khi ở bề mặt thành có lớp đá dày δd, hệ số truyền nhiệt từ mặt thành vào môi trường tải lạnh:
θ o − t2
K=
 δd δM
1 
(2-2)

( t1 − t 2 )
+

+
 λd λ M α 2 
6.6. Khâu tách khuôn :
Thời gian đông đá là 24 giờ, sau đó lấy khuôn đá ra khỏi bể. Để tách khuôn ta cho khuôn đá
vào bể tan đá (bể có đường ống thông với cống) , rồi dùng dòng nước chảy có nhiệt độ khoảng
25-30°C cho chảy xung quanh khuôn khoảng 3-4 phút thì lượng nước tan ra khoảng 1mm bề dày.
Khi đó ta có thể tách đá ra khỏi khuôn rồi cho chất lên xe chuyên chở phân phối đến nơi tiêu
dùng.

9


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

10


CHƯƠNG 3: TÍNH CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM
XUNG QUANH BỂ ĐÁ
1. Vách :
Hình 2: Kết cấu vách
Bề dày
Hệ số dẫn nhiệt
δ i (m)
λ i (W/mK)
Lớp vữa ximăng
0.02
0.88
Lớp gạch

0.25
0.82
Lớp vữa ximăng
0.02
0.88
Lớp cách ẩm bitum
0.005
0.18
Lớp cách nhiệt styropore
δcn
0.047
Lưới thép
Lớp vữa ximăng
0.02
0.88
 Hệ số truyền nhiệt qua vách: [3]
1
k=
n
δ δ
1
1
(3-1)
+ ∑ i + cn +
α 1 i =1 λi λcn α 2
Vật liệu

Hệ số khuyếch tán
µ(g/m.h.mmHg)
0.012

0.014
0.012
0.000115
0.001
0.012

n
1  1
δi
1 

 (3-2)
⇒
δ
=
λ
−
+
+
Từ đó:
∑
cn
cn 
α
k
λ
α
i
=
1

i
2 
 1

Trong đó:
− α1 : hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài (phía nóng) tới tường (W/m2K)
Bảng 3-7/65 [3] : chọn α1 = 25.63 (W/m2K) (tăng 10% vì khí hậu Việt Nam nóng hơn)
− α2 : hệ số toả nhiệt của vách vào trong bể nước muối, chọn α2 = 18 (W/m2K)
− δcn : chiều dày lớp cách nhiệt (m)
− λcn : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt.
Theo [2] : ta có k = 0.58 (W/m2K)
 1
3 x0.02 0.25 0.005 1 
 1
−
+
+
+
+  = 0.06(m)
Vậy : δ cn = 0.047 
0.88
0.82 0.18 18 
 0.58  25.63
⇒ chọn δcn = 0.1 m
1
k=
= 0.38
1
3 x0.02 0.25 0.005
0.1

1
Khi đó:
(W/m2K)
+
+
+
+
+
25.63
0.88
0.82 0.18 0.047 18

 Kiểm tra đọng sương trên bề mặt ngoài củavách cách nhiệt:[3]
Mật độ dòng nhiệt có thể tính theo: q= k(t1-t2) hay q= α1(t1-tw1)
− t1 : nhiệt độ ngoài không khí, t1 = 37.3°C
− t2 : nhiệt độ trong bể đá, t2 = -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; ts = 31°C

11


t1

tw1
tw2

t2
Hình 3: Sự truyền nhiệt qua vách
⇒ k = α1

t1 − t w1
t1 − t 2

Điều kiện không đọng sương là: tw1 > ts
t −t
⇒ k 〈α 1 1 s
t1 − t 2
(3-4)

(3-3)

t1 − t s
37.3 − 31
= 0.95 x 25.63
= 3.24
t1 − t 2
37.3 − ( − 10)
Để vách ngoài không đọng sương k = 0.38 < ks = 3.24 (thỏa)
 Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt:[3]
Theo Dusin, tổng trở lực dẫn ẩm cần thiết của các vật liệu cách ẩm phải đạt tới giá trị:
Rn = 1.6 ∆P (m2giờmmHg/g) Công nghệ lạnh nhiệt đới
Trong đó:
∆P = Pe – Pi : chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước ở hai bên bề mặt tường.
− Không khí có t = 37.3°C , ϕ = 75% ⇒ Pe = 37 mmHg
− Muối có nồng độ khối lượng 23% ⇒ phần mol của muối trong dung dịch :
0.23
58.5
x=
= 0.084

0.23 (1 − 0.23)
+
58.5
18
Aùp suất của hơi nước bão hoà ở -10°C : p0 = 1.946 mmHg
⇒ áp suất riêng phần của hơi nước trong bể nước muối : Pi = P0(1 – 0.084) = 1.78 mmHg
⇒ Rn = 1.6(3.7 – 1.78) = 56.35
δ i δ vs
≥ Rn
Để tránh đọng ẩm trong vật liệu cách nhiệt: ∑ +
(3-5)
µ i µ vs
− δI, µI :bề dày và hệ số khuyếch tán ẩm của vật liệu cách nhiệt và vật liệu xây dựng
− δvs, µvs : bề dày và hệ số khuyếch tán ẩm của vật liệu cách ẩm
Ta có :
3 x0.02 0.25
0.1
0.005
+
+
+
= 164.7〉 Rn (thỏa)
0.012 0.014 0.001 0.000115
Thực tế người ta lấy: k s = 0.95.α 1

2. Đáy:
12


Vật liệu

Lớp vữa ximăng
Lớp bêtông
Lớp vật liệu cách nhiệt
(xỉ lò cao)
Lớp cách ẩm
(bitum & giấy dầu)
Lớp bêtông cốt thép
Cát
Đất nện, đá dăm dầm kỹ
Đất tự nhiên

Bề dày
δ i (m)
0.02
0.2

Hình 4: Kết cấu đáy
Hệ số dẫn nhiệt
λ i (W/mK)
0.88
1.4

Hệ số khuyếch tán
µ(g/m.h.mmHg)
0.012
0.004

δcn

0.19

0.012

0.005
0.2

0.18
1.4

0.00018
0.004

n
1  1
δi
1 


⇒
δ
=
λ
−
+
+
Từ công thức (3-1):
∑
cn
cn 
α

k
λ
α
i
=
1
1
i
2



 1
0.02 0.2 0.005 0.2 1 
 1
= 0.19
−
+
+
+
+
+  = 0.246 (m)
 0.58  25.63 0.88 1.4 0.18 1.4 18 
Chọn δcn = 25 cm

3. Nắp:

Nắp dùng gỗ có λ = 0.15 (W/m2K)
Hệ số truyền nhiệt qua nắp : k = 2.32
 1

1 
 1
−
+  = 0.037 (m)
Từ công thức (3-2): ⇒ δ cn = 0.15
 2.32  25.63 7 
Chọn δcn = 5cm

13


CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN
BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO QUY TRÌNH CÔNG
NGHỆ
1. Cân bằng vật chất:
Gọi G1, V1: khối lượng, thể tích nước (kg, m3)
G2,V2 : khối lượng, thể tích nước đá (kg, m3)
G3, V3: khối lượng, thể tích nước đá tan ra (kg, m3)
Theo [1] ta có:
Khối lượng riêng của nước : ρ1 = 999 kg/m3
Khối lượng riêng của nước đá : ρ2 = 917 kg/m3
Nhiệt dung riêng của nước : C1 = 4.18 kJ/kgK
Nhiệt dung riêng của nước đá: C2 = 2.12 kJ/kgK
 Xét một cây nước đá :
Ta có : G1 = G2 + G3
(4-1)
G3 = V3. ρ2 = f.δ. ρ2
(4-2)
Bề dày lớp đá tan ra : δ = 0.001 m
Bề mặt của cây đá 50 kg : f = 1m2

⇒ G3 = 1x0.001x917 = 1.11 kg
⇒ G1 = 50 + 1.11 = 51.11 kg
⇒ V1 = G1/ρ1= 0.0.051 m3 = 51 (l)
Vậy, chọn nước rót vào khuôn là 51 l
Như vậy với năng suất 600 cây/ngày thì lượng nước rót vào khuôn là: 51x600 = 30600
(l/ngày)

2. Cân bằng năng lượng cho qui trình công nghệ: [1]
Q0 = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5

(4-3)

• Qo: năng suất lạnh (kW)
• Q1 :làm lạnh đông và quá trình lạnh đông (kW)
• Q2 : làm lạnh khuôn đá (kW)
• Q3 : nhiệt lượng tương đương cho công của máy khuấy (kW)
• Q4 : làm tan đá để tách ra khỏi khuôn (kW)
• Q5 : tổn thất truyền nhiệt ra ngoài bể đá (kW)
Trong đó:
600 xG
 Q1 =
[C1(t1-t0) + r + C2(0-t2)]
(4-4)
24 x3600
− t1 = 30°C : nhiệt độ ban đầu của nước
− t2 = -5°C : nhiệt độ cuối của nước đá
− r = 344 kJ/kg : ẩn nhiệt đóng băng
600 x50
⇒ Q1 =
[4.18(30-0) + 344 + 2.12(0+5)] = 166.7 kW

24 x3600
 Q2 =

600
Gkhuôn.Ckhuôn(t1-tm)
24 x3600

(4-5)

14


− tm = -10°C : nhiệt độ nước muối
− Ckhuôn = 0.418 kJ/kgđộ
chọn vật liệu làm khuôn là thép (có tráng kẽm) có bề dày 2mm
⇒ khối lượng 1m2 thép : m= 15.7kg
Diện tích xung quanh của khuôn:
F = 2.[1115(380+340)/2 + 1115(190+160)/2] = 1.2 m2
⇒ Gkhuôn = F.m =19kg
600
nên: Q2 =
x19x0.418(30+10) = 2.22 kW
24 x3600
Bể đá có 2 máy khuấy:
 Q3 = 2xNexk
(4-6)
k = 0.8-0.9 : hệ số tải, chọn k = 0.9
Ne = =2.5 kW : công suất yêu cầu của máy khuấy
⇒ Q3 =2x2.5x0.9 = 4.5 kW
600

600
 Q4 =
xG3xr =
x1.11x344 = 2.65 kW
24 x3600
24 x3600
 Q5 = ∑ ki.Fi(tk-tm)
(4-7)
− tk : nhiệt độ không khí trong xưởng lấy tk = 37.3°C9 chọn nhiệt độ vào mùa hè
của TPHCM)
− đáy và vách : k = 0.58 W/m2 K
− nắp : k = 2.32 W/m2K
− nền : F1 = 14.950 x 5.565 = 83.2 m2
− 4 vách : F2 = 2(14.950 x 1.35 + 5.565 x 1.35) = 55.4 m2
− Nắp : F3 = F1 = 83.2 m2
⇒ Q5 = [37.3 – (-10)][0.58(83.2 + 55.4) + 2.32x83.2] = 13 kW
Vậy : Q0 = 166.7 + 2.22 + 4.5+ 2.65 + 13 = 189 kW

15


CHƯƠNG 5: TÍNH CHỌN MÁY NÉN
1.Chọn các thông số của chế độ làm việc:[3]
Chế độ làm việc của hệ thống lạnh đươc đặc trưng bởi 4 nhiệt độ sau:
• Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh to.
• Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh tk.
• Nhiệt độ quá lạnh của lỏng trước van tiết lưu: tql
• Nhiệt độ của hơi hút về máy nén (chế độ quá nhiệt):tqn
1.1. Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh to :
to = tm - ∆to

(5-1)
Chọn ∆to = 5°C và tm = -10°C ⇒ to = -15°C
1.2. Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh : phụ thuộc vào môi trường làm mát của thiết bị
ngưng tụ.
Nếu thiết bị ngưng tụ làm mát bằng nước thì: tk = tw2 + ∆tk (5-2)
Trong đó : ∆tk : hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, chọn ∆tk = 5° C
tw2 : nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng
tw2 = tw1 + ∆tw
(5-3)
Đối với thiết bị ngưng tụ nằm ngang : chọn ∆tw = 5°C
tw1 : nhiệt độ nước vào bình ngưng.Nhiệt độ của nước vào bình ngưng phụ thuộc vào điều kiện
môi trường, khi sử dụng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt lấy nhiệt độ nước vào bình ngưng cao
hơn nhiệt kế ướt 3-4°C.
Nhiệt độ ở Cần Giờ vào ba tháng nóng nhất trong năm : 37.5°C
Độ ẩm vào mùa hè : 75%
⇒ nhiệt độ kế ướt : 33°C.
Vậy nhiệt độ nước vào bình ngưng: tw1 = 33 + 3 = 36°C
⇒ tw2 = 36+5=41°C
⇒ tk = 41+5 =46°C
1.3. Nhiệt độ quá lạnh tql : là nhiệt độ của hơi môi chất lạnh trước khi vào van tiết lưu
Đối với máy lạnh một cấp không có hồi nhiệt thì:
tql = tw1 + ∆tql
(5-4)
chọn ∆tql = 4°C ⇒ tql = 36 + 4 = 40°C
1.4. Nhiệt độ hơi hút về máy nén tqn:
tqn = to + ∆tqn
(5-5)
chọn ∆tqn = 5°C ⇒ tqn = -15 +5 = -10°C

2. Tính toán:[3]

Dựa vào đồ thị logp-h của NH3 [4]. Ta xác định được chu trình máy lạnh một cấp amoniac:
1-2-2 -3’-3-4-1’-1
’

Bảng 3:
Thông số

t(°C)

P(Mpa)

h(kJ/kg)

v(m3/kg)

Trạng
thái

16


1’

-15

0.244

1736

1

-10

0.244

1752

0.51

2

130

1.86

2031

0.1

2’

46

1.86

1781

3’

46

1.86

714

3

40

1.86

683

Hơi bão
hoà
Hơi quá
nhiệt
Hơi quá
nhiệt
Hơi bão
hoà
Lỏng bão
hoà
Lỏng quá
lạnh

4
-15
1.86

683
•
Năng suất lạnh riêng:
qo = h1’–h4 = 1736-683=1053 kJ/kg
(5-6)
•
Năng suất lạnh riêng thể tích:
qv = qo /v1= 1053/0.51= 2065 kJ/m3
(5-7)
•
Công nén riêng:
l = h2 – h1= 2031-1752=279 kJ/kg
(5-8)
•
Hệ số lạnh của chu trình:
ε = qo /l=1053/279=3.77
(5-9)
•
Hiệu suất exergi:
tk − t0
46 − ( − 15)
ν= ε .
= 4.1
= 0.97
(5-10)
t0
− 15 + 273
•
Năng suất khối lượng thực tế của máy nén:
mtt = Qo/qo = 189/1053 = 0.18 kg/s

(5-11)
•
Năng suất thể tích thực của máy nén:
Vtt = mtt .v1= 0.18 x 0.51 = 0.092 m3/s
(5-12)
•
Hệ số cấp của máy nén:
λ = λc.λtl.λk.λw.λr = λi.λw’
(5-13)
 λc : hệ số tính đến thể tích chết.
 λtl : hệ số kể đến tổn thất do tiết lưu.
 λr : tổn thất do hơi hút vào xilanh bị đốt nóng.
 λi = λc.λtl.λk : hệ số chỉ thị
1
 P + ∆P  m P − ∆P 
P0 − ∆P0
k
0 
 − 0
λi =
− C  k
(5-14)
P0
P0
P0 




lấy ∆P0 = ∆Pk = 0.005MPa

m=1 : cho máy nén amoniac
C = 0.05 : tỉ số thể tích chết của máy nén
0.244 − 0.005
1.85 + 0.005 0.244 − 0.005 
⇒ λi =
− 0.05
−
 = 0.646
0.244
0.244
 0.244

17

Hơi ẩm


λw’ = λw.λr : hệ số đốt nóng chung
t 0 − 15 + 273
= 0.8 (5-15)
máy nén amoniac thuận dòng : λw’ =
=
tk
46 + 273
Vậy: λ = λi.λw’= 0.646 x 0.8 = 0.517
•
Thể tích lý thuyết:
Vlt = Vtt / λ = 0.092/0.517 = 0.178
(5-16)
•

Thể tích lý thuyết của máy nén :
π 2
VltMN = d .S.z.n (m3/s)n
(5-17)
4
Trong đó:
d: đường kính của pittông(m).
S: khoảng chạy của pittông(m).
z : số lượng pittông ( chiếc).
n : số vòng quay(vòng/s).
•
Số máy nén yêu cầu:
ZMN = Vlt / VltMN ( chiếc)
(5-18)
•
Hiệu suất chỉ thị của quá trình nén:
ηi = λw’ + b.to = 0.8 + 0.001.(-15) = 0.785
(5-19)
•
Công nén chỉ thị: là công nén thực do quá trình nén lệch khỏi quá trình nén đoạn
nhiệt lý thuyết
NS
Ni =
(5-20)
ηi
trong đó: NS : công nén đoạn nhiệt (hay công nén lý thuyết)
NS = mtt . l = 0.18 x 279 = 50.2 kW
(5-21)
50.2
= 64 kW

⇒ Ni =
0.785
•
Công suất sinh ra do ma sát
Nms = Vtt . Pms
(5-22)
chọn đối với máy amoniac thẳng dòng: Pms = 0.06 MPa = 60 KPa
Vtt = λ . VltMN
(5-23)
•
Công nén hiệu dụng:
Ne = Ni + Nms
(5-24)
•
Công nén điện:
Ne
Nel =
(5-25)
η tdη el
ηtd = 0.95 : hiệu suất truyền động của khớp, đai.
ηel = 0.9 : hiệu suất của động cơ.
•
Công suất động cơ lắp đặt:
Nđc = (1.1 ÷ 2.1) Nel
(5-26)
chọn Nđc =1.1 Nel
•
Hiệu suất nén:
η = ηi.ηe.ηtd.ηel = 0.785x0.9x0.95x0.9 = 0.6 (5-27)


3. Chọn máy nén :

18


Chọn máy nén pittơng một cấp cho hơi mơi chất lạnh là NH3
So sánh giữa các máy nén có thể chọn :
Đơn vị sản xuất
Đ
Mycom (Nhật Bản)
ơn vị
Kí hiệu máy nén
Thể tích lý thuyết của máy
nén

Loại 8B
0.177

m

Loại 4B
0.0885

Nga
theo OCT
∏220
0.167

3

/s

Số máy nén u cầu

C
1
2
1
hiếc
Cơng suất do ma sát sinh ra
k
5.5
2.7x2=5.4
5.2
Nms
W
Cơng nén hiệu dụng Ne
k
69.5
69.4
69.2
W
Cơng nén điện Nel
k
81.2
81.2
81
W
Cơng suất động cơ lắp đặt Nđc

k
89.4
89.4
89.1
W
Ta thấy nếu chọn máy nén của Nga thì dùng một cái, nhưng mà do thể tích hút lý thuyết
của nó (0.167 m3/s) nhỏ hơn thể tích hút lý thuyết tính được theo năng suất lạnh (0.178 m 3/s),
nên không đảm bảo phân xưởng hoạt động đúng công suất, và sẽ kéo dài thời gian đông
đá,còn nếu chọn hai cái thì lại quá dư nên ta sẽ không chọn máy nén do Nga sản xuất
Cùng hãng Mycom thì ta có thể chọn được 2 loại máy nén 8B & 4B, nếu chọn máy nén
4B thì phải dùng hai cái, sẽ chiếm diện tích hơn do đó ta chọn máy nén loại 8B
Vậy, ta sẽ chọn máy nén một cấp loại 8B của hãng Mycom chế tạo có:
− Tốc độ quay 1000 vòng/phút
− Đường kính của pittông : d = 130 mm
− Khoảng chạy của pittông : S = 100 mm
− Số lượng pittông : z = 8
− Thể tích hút lý thuyết : VltMN = 0.177 m3/s
− Công suất trên trục : N = 93.6 kW

19


CHƯƠNG 6: TÍNH CÁC THIẾT BỊ CHÍNH
TRONG HỆ THỐNG LẠNH
1. Tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ: [3]
Chọn thiết bị ngưng tụ giải nhiệt bằng nước.
Nhiệt tải ngưng tụ (kể cả quá lạnh môi chất lỏng) :
Qk = m(h2 – h3) = 0.18(2031-683) = 242.64 kW
(6-1)
Cách khác:

Qk = Q0 + Ni = 189 + 64 = 253(kW)
(3-2)
Chọn Qk = 253(kW) vì có bao gồm luôn tổn thất trong, mà tổn thất trong này sẽ được thải ra
dưới dạng nhiệt ở thiết bị ngưng tụ .
Hiệu nhiệt độ trung bình logarit:
∆t − ∆t min
∆t TB = max
∆t
(6-3)
ln max
∆t min
•
∆tmax : hiệu nhiệt độ lớn nhất (ở phía nước vào)
∆t max = t k − t w1 = 46 – 36 = 10°C
•
∆tmin : hiệu nhiệt độ bé nhất (ở phía nước ra)
∆t min = t k − t w2 = 46 – 41 = 5°C
10 − 5
⇒ ∆t TB =
= 7.21 C
10
ln
5
Chọn bình ngưng tụ kiểu ống vỏ nằm ngang amoniac. Oáng thép trong bình ngưng φ 25x2.5
mm từ thép 10. Ưu điểm của loại này là gọn nhẹ, chắc chắn, hệ số truyền nhiệt cao, ít tốn kim
loại, ít tốn diện tích lắp đặt.
 Tính toán thiết bị ngưng tụ : [3]
Lượng nước qua bình ngưng:
Q
253

mk = k =
= 12.1 kg/s
(6-4)
C n ∆t 4.18 x5
Chọn tốc độ nước trong bình ngưng: ωW = 1.5 m/s
t +t
Các thông số vật lý của nước làm mát ở nhiệt độ trung bình tW = W 1 W 2 = 38.5 ( bảng I2
249 [12])
ρW = 993 kg/m3
λ = 0.632 W/mK
ν = 0.68x10-6 m2/s
Pr = 4.5
Số ống trong một lối của bình ngưng:
4m
4 x12.1
n1 = 2 k
=
= 25.8 (ống)
(6-5)
πd .ρ W .ωW πx0.02 2 x993 x1.5
Chọn n1 = 26 ống, khi đó ωW = 1.49 m/s
o Xác định hệ số toả nhiệt α1 từ vách trong cua ống tới nước làm mát:

20


ωW d tr 1.49 x0.02
=
= 43823.5
(6-6)

γ
0.68 x10 −6
Đây là chế độ chuyển động rối nên:
Nu = 0.021Re0.8Pr0.43 = 0.021x43823.50.8x4.50.43 = 207.2
(6-7)
Vậy hệ số toả nhiệt phía nước:
Nu.λ 207.2 x0.632
α1 =
=
= 6547.5 W/m2K
(6-8)
d tr
0.02
o Xác định hệ số toả nhiệt α2 từ môi chất lạnh ngưng tới thành ống:
Dùng phương pháp đồ thị để xác định
Re =

Nước làm mát
qi

twtb

Lớp cặn bẩn
Lớp vách ống

tv
qa

tk

Môi chất lạnh
ngưng tụ

∆tv
∆ttb
Hình 5: Trường nhiệt độ trên ống ngưng tụ nằm ngang
Ta có : q1 = q2
t −t
∆t − ∆tV
q1 = v Wtb = TB
δ
δ
1
1
(6-9)
+∑ i
+∑ i
α1
λi α 1
λi
δi
Chọn ∑ = 0.00026 m2K/W
λi
∆t TB − ∆tV
⇒ q1 =
= 242.3( ∆t TB − ∆tV )
1
+ 0.00026
6547.5
Chọn ∆tV = 0.3 ∆tTB

⇒ q1’ = 2423 x 0.7 x ∆tTB = 12229 W/m2
Các ống được bố trí trên mắt sàn theo đỉnh của tam giác điều, chùm ống có dạng hình lục
giác với số ống đắt theo hướng đường ống lục giác lớn nhất m:
Qk
m = 0.75
 l 
(6-10)
3
q1' .s.d tr . 
 Di 

21


Trong đó:
• S : bước ống ngang, s = 1.3. dng = 0.033 m
l
l
•
: tỉ số giữa chiều dài ống và đường kính trong của thân,
=8
Di
Di
253000
= 11.8
12229 x0.033 x0.02 x8
Chọn m = 13 ống
Hệ số toả nhiệt từ phía môi chất ngưng tụ:
r.ρ 2 .λ3 .g
α 2 = 0.72

.ψ h
µ .d ng .∆tV
m = 0.753

(6-11)

Các thông số vật lý của môi chất lạnh NH3 ở nhiệt độ 40°C (phụ lục 21, [4])
CP = 4.85 kJ/kgđộ
λ = 0.45 W/mK
r = 1070 kJ/kg
ρ = 579.5 kg/m3
ν = 0.216 x 10-6 m2/s
ψh : hệ số hiệu chỉnh do sự thay đổi vận tốc dòng và màng lỏng từ trên xuống dưới.
−0.167
 nZ 
ψh = 
= 8 −0.167 ( vì bố trí ống so le)
 Z 
1070 x10 3 x579.5 x 0.45 x9.81
−0.25
x8 −0.167 = 13575.∆tV
−6
0.216 x10 x 0.025 x∆tV
Mật độ dòng nhiệt về phía môi chất:
q2 = α 2.∆tV = 13575.∆tV0.75
q1 = 2423.( 7.21 − ∆t V )
ta có : 
0.75
q 2 = 13575.∆t V
⇒ α 2 = 0.72

dựa vào đồ thị ta có : q1 = q2 = 14800 với .∆tV = 1.12 K
Tổng số ống : n = 0.75.m2 + 0.25 = 0.75x132 + 0.25 = 127 ống
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:
22


F = Qk/q1 = 253000/14800 = 17.1 m2
Tổng chiều dài ống trao đổi nhiệt :
F
17.1
L=
=
= 285 m
π .d tr πx 0.02
Chiều dài ống: l=L/n = 285/127 = 2.2 m
Số đường nước : z = n/n1 = 127/26 = 4.88, chọn z = 5
Khi đó, tổng số ống ứng với z = 5 : n = 5.26 = 130 ống
Như thế phải chọn lại giá trị m = 15 ⇒ n = 169 ống
Thường phải bớt đi 3 hàng ống ở phía dưới để chừa chỗ chứa lỏng ngưng tụ
m +1
15 + 1
+ [1 + 2 + ... + ( i − 1) ] = 3
+ 1 + 2 = 27 ống
Số ống bị bớt đi: nb = i
2
2
i: số hàng bị bớt đi
⇒ số ống thực tế còn lại :
Nt = n – nb = 169 – 27 = 142 ống

Bước ống ngang: s = 0.033 m
Đường kính trong của thân ( đường kính mặt sàng) : D = m.s = 0.495 m
Kiểm tra l/D = 2.2/0.495 = 4.4 (nhận)
Số ống trên một cạnh của lục giác ngoài cùng : a = 8
Vậy chọn thiết bị ngưng tụ loại ống chùm nằm ngang do Nga sản xuất, hiệu 20KTT (bảng
8-1/217 [3])
Diện tích bề mặt : F = 20 m2
Kích thước phủ bì:
− Đường kính : D = 500 mm
− Dài : L = 2930 mm
− Rộng : B = 810 mm
− Cao : H = 910 mm
Kích thước ống nối:
− Hơi : d = 50 mm
− Lỏng : d1 = 20 mm
− Nước : d2 = 70 mm
Số ống : n = 144 ống
Số lối : 8 lối
Van an toàn cho các bình ngưng có đường kính danh nghĩa Dy = 15

2. Tính toán thiết bị bay hơi :
Dàn lạnh được nhúng trong dung dịch nước muối và đặt trong bể. Trong bể có bố trí máy
khuấy ở góc có nhiệm vụ tuần hoàn dung dịch muối, để dung dịch chuyển động rối qua dàn bay
hơi làm tăng hệ số truyền nhiệt, tăng hiệu quả trao đổi nhiệt.
Dàn bay hơi có kiểu cấu trúc ống đứng có ưu điểm là đơn giản, dễ chế tạo, giá thành rẻ, tạo
được dòng chảy rối trong chất lỏng, mà diện tích trao đổi nhiệt tăng. Dàn được chế tạo gồm có
ống góp hơi ở trên và góp lỏng ở dưới, đường kính ống góp φ 159x4.5 mm. Giữa hai ống góp là
các ống đứng làm bằng thép, có đường kính φ 38x3.5 mm. Amoniac lỏng đưa vô ống góp bên
dưới và chứa đấy ống góp này, môi chất sôi bên trong ống đứng, hơi amoniac bốc lên ống góp
hơi ở trên, và đi qua bình tách lỏng trước khi hơi về máy nén.

Như thế ta thấy dàn bay hơi ống đứng có hệ số tỏa nhiệt lớn hơn do hơi tạo thành nhanh
chóng được thu gom lên ống góp hơi, giải phóng bề mặt trao đổi nhiệt nhanh hơn, sức chứa lỏng
23


cũng lớn hơn, và khối lượng môi chất lạnh nạp vào cũng nhiều hơn so với dàn ống xoắn.Tuy
nhiên ống thường bị bẩn, mặt trong dính dầu nên truyền nhiệt kém đi, và ống bị ăn mòn.
o Tính toán: [3]
•
Năng suất lạnh riêng:
qo = h1’–h4 = 1736-683=1053 kJ/kg
•
Năng suất lạnh riêng thể tích:
qv = qo /v1= 1053/0.51= 2065 kJ/m3
•
Năng suất lạnh của thiết bị bay hơi:Q = Qo = 253 kW
•
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:
Q0
F=
(6-12)
k .∆t m

− k: hệ số truyền nhiệt.Theo bảng 8-7/250[3]: chọn k= 520 W/m2K
− ∆tm : hiệu nhiệt độ trung bình giữa chất tải lạnh ( nước muối) và môi chất lạnh

sôi
t c 2 − t c1
∆t m =
t −t

(6-13)
ln c 2 0
t c1 − t 0
tc1, tc2 : nhiệt độ nước muối vào và ra khỏi thiết bị bay hơi
chọn ∆t = tc1 – tc2 = 3°C ⇒ ∆tm = 6.4 K
253000
= 76 m2
Vậy, F =
520 x 6.4
Dựa vào bảng 8-19 [6]
Chọn thiết bị bay hơi ống đứng chế tạo tại Pháp có F = 75 m2 .
Kích thước phủ bì:

−
−

Dài : 4100 mm

Cao : 1375 mm
Oáng NH3
− Vào : 25 mm
− Ra : 100 mm
Lưu lượng nước muối tuần hoàn:
Q0
253
Vm =
=
= 0.016 m3/s(6-14)
C m .ρ n .∆t 3.32 x1186.2 x 4
Trong đó: Cm = 3.32 kJ.kgK ( bảng 9/288 [4])

ρm = 1186.2 kg/m3 ( bảng 11/290 [4])

24


CHƯƠNG 7: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ
1. Bình tách dầu :
 Công dụng: bình tách dầu dùng để tách dầu ra khỏi hơi môi chất, để dầu khỏi đi vào
thiết bị trao đổi nhiệt.
 Tính chọn: bình tách dầu chọn theo đường kính:
m .v
Tiết diện của bình : F = tt 2 m2
(7-1)
ω
mtt : lưu lượng tác nhân ( kg/s)
v2 : thể tích riêng của ga sau quá trình nén, v2 = 0.128 m3/kg
ω : vận tốc ga vào bình tách dầu.Qui ước: ω ≤ 0.5m/s, chọn ω = 0.5 m/s.
0.175 x0.128
⇒F=
= 0.0448 m2
0.5
4F
4 x0.0448
⇒D=
=
= 239 mm
π
π
Chọn bình tách dầu hiệu M1952 ( bảng 8-28/40 [6]) có:
− Đường kính 230 mm

− Chiều cao 900 mm
− Chiều cao phủ bì 1100 mm
− Đường kính ga vào 50 mm
− Đường kính ga ra 50 mm
− Đường kính ống dầu 15 mm
 Lắp đặt: bình tách dầu lắp vào đường đẩy máy nén amoniac để tách dầu ra khỏi dòng
hơi nén trước khi vào thiết bị ngưng tụ .

2. Bình chứa dầu :[4]
 Công dụng: xả dầu ra khỏi bình tách dầu trong hệ thống lạnh amoniac là rất nguy hiểm,
vì áp suất trong bình rất cao và dẫn đến tổn thất môi chất. Do đó, phải bố trí bình chứa dầu nhằm
mục đích gom dầu từ các bình tách dầu và bầu dầu của toàn bộ hệ thống, giảm nguy hiểm và tổn
thất môi chất khi xả dầu khỏi hệ thống lạnh.
 Chọn bình chứa dầu hiệu 300CM, thể tích 0.07 m3( bảng 8-20/281[3]) có:
Kích thước :
D x S = 325x9 mm
B = 765 mm
H = 1270 mm
 Lắp đặt: bình chứa dầu có dạng hình trụ đứng, có đường nối với đường xả dầu của bình
tách dầu và bầu dầu của các thiết bị, đường nối với ống hút về máy nén và đường xả dầu được
trang bị áp kế. Dầu được xả về bình nhờ chênh lệch áp suất.

3. Bình chứa cao áp:[4]
 Công dụng: bình chứa cao áp dùng để chứa lỏng môi chất ở áp suất cao, giải phóng bề
mặt trao đổi nhiệt của thiết bị ngưng tụ, duy trì cấp lỏng liên tục cho van tiết lưu.
 Tính chọn bình chứa cao áp:
Bình chứa cao áp thường được tính toán để làm việc với áp suất 1.8 Mpa
Theo qui định về an toàn thì bình chứa cao áp phải chứa được 30% thể tích của toàn bộ hệ
thống dàn bay hơi.
25