SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG BỂ ĐÁ CÂY

Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

Lời nhận xét của giáo viên
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
Chương 1: VÀI NÉT VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC ĐÁ
1.1 Tính chất vật lý của nước
1.2 Tính chất vật lý của nước đá
1.3 Cơ sở vật lý của quá trình đông đá
Chương 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT
2.1 Chọn phương án sản xuất

GVHD : LÊ QUANG HUY

trang 3
4
4
4
5

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
-1–

Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

2.2 Chọn nồng độ muối NaCl
2.3 Chọn tác nhân lạnh
2.4 Bể nước đá khối
2.5 Quy trình làm nước đá
2.6 Giải thích quy trình
Chương 3: TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM VÀ KẾT CẤU BỂ ĐÁ
3.1 Tính cách nhiệt cách - ẩm cho bể đá
3.2 Xác định kích thước bể đá
3.3 Tính nhiệt bể dá
Chương 4: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH, TÍNH CHỌN MÁY NÉN
4.1 Chọn các thông số của chế độ làm việc
4.2 Chu trình máy nén một cấp
4.3 Tính chọn máy nén một cấp
Chương 5: TÍNH CÁC THIẾT BỊ CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LẠNH
5.1 Tính toán thiết kế thiết bị ngưng tụ
5.2 Tính toán thiết bị bay hơi
Chương 6: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ
6.1 Bình tách dầu
32
6.2 Bình hồi dầu
33
6.3 Bình chứa cao áp 33
6.4 Bình tách lỏng
34
6.5 Bình tách khí không ngưng

6.6 Bình tách lỏng giữ mức
6.7 Quạt khuấy bể đá 36
6.8 Hệ thống đường ống

SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG BỂ ĐÁ CÂY
KẾT LUẬN:
TÀI LIỆU THAM KHẢO:

5
6
6
7
8
13
17
19
23
24
25
28
31

35
35
36
37
39
40

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.

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
-2–


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

Vì nước đá có ý nghĩa quan trọng trong đời sống, nên khi nhận được đề tài “thiết kế bể
đá cây, năng suất 5 tấn/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 LÊ QUANG HUY đã giúp em hoàn thành
đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Quang Huy và các thầy trong bộ môn ĐIỆN LẠNH đã
giúp đỡ em. Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi nhiều sai sót. Vì
vậy, kính mong các thầy, cô góp những ý kiến quý báu để em có thể hiểu biết thêm nhiều
điều bổ ích.

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
-3–


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

CHƯƠNG 1:
VÀI NÉT VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC ĐÁ
1.1 Tính chất vật lý của nước :
Ơ 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/m3 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, Cnước =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.
1.2 Tính chất vật ký của nước đá:
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
1.3 Cơ sở vật lý của quá trình đông đá:
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: P kết 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. An 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
2.1 Chọn phương án sản xuất

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
-4–


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

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 nhỏ 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 nhỏ 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 không tốn chi phí xây dựng kho trữ , vừa không tồn điện năng cho kho.
2.2 Chọn nồng độ muối NaCl:
 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 sử dụng .
− 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
− Độ nhớt nhỏ nên giảm được công suất của bơm và trở lực thuỷ lực.: NaCl 20%
có µ = 4.08 PaS ở -10°



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

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
-5–


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

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.
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.
2.3 Tác nhân lạnh:
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 năng suất 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.

Bể nước đá khối:
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 : 4900 mm
Rộng :4370mm

Tổng số khuôn đá : 8 khuôn x 7 dãy x 2 ngăn
Khoảng cách giữa các khuôn trong một dãy : 30 mm
Khoảng cách giữa các dãy khuôn : 70 mm
2.5 Qui trình làm nước đá:
2.4



−
−
−



−
−
−
−

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
-6–


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

Nước cấp từ
TP

Xử lý nuớc

Cặn
bã

Nước

Muối

Cấp nuớc vào bể
chứa

Hoa tan trong bể

Rót nước vào
khuôn

Cho vào bể đá

Đóng băng

Lấy đá ra

Bể tan đá

Nâng linh đá ra
khỏi bể

Giải thích qui trình
2.6.1 Nguồn nước sử dụng:
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.
2.6.2 Xử lý nước:
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:
2.6

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
-7–


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

• 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
 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 muối chung, mg/l
Sulfat +0.75 clorua +1.25 natri cacbonat, mg/l
Muối cứng tạm thời, mg/l
Sắt, mg/l
Tính oxi hoá O2 , mg/l
pH

Hàm lượng tối đa
250
170
70
0.04
3
7

Bảng 2: Ảnh hưởng của tạp chất tới chất lượng nước đá
Tạp chất

Anh hưởng đến chất lượng nước đá

Kết quả chế
biến nước
CaCO3
Tạo chất lắng bẩn ở phần dưới và giữa Tách ra được
cây đá làm nứt ở nhiệt độ thấp
MgCO3
Tạo chất lắng bẩn, bọt khí, làm nứt ở Tách ra được
nhiệt độ thấp
Oxit sắt
Cho chất lắng màu vàng (nâu) và nhuộm Tách ra được
màu chất lắng canxi và magie
Oxit silic và Cho chất lắng bẩn
Tách ra được
oxit nhôm
Chất lơ lửng Cho cặn bẩn
Tách ra được
Sulfat natri Tạo các vết trắng ở lõi, kéo dài thời gian Không thay đổi
clorua, sulfat đóng băng , không có chất lắng
canxi
Clorua canxi Cho chất lắng xanh nhạt ở lõi, kéo dài Biến đổi thành
và
sulfat thời gian đóng băng
sulfat canxi
magie
Clorua magie Biểu hiện dưới dạng vết trắng không có Biến đổi thành
cặn
clorua canxi

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
-8–


Đồ An Môn Học
Cacbonat
natri

Thiết kế bể đá cây

Làm nứt đá, tạo vết màu trắng ở lõi, kéo Biến đổi thành
dài thời gian đóng băng, tạo độ đục cao cacbonat canxi
không có cặn

2.6.3 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: V
Lượng nước dùng để sản xuất 100 cây đá(cây 50 kg) trong ngày:
V1= G.g/ ρ (2-1)
Trong đó: G : 100 cây/ngày
g : khối lượng một cây đá, g= 50 kg
ρ : khối lượng riêng của nước, ρ = 999 kg/m3
⇒V1 = 100x50/999 = 5m3/ngày
Lượng nước dự trữ: V2 =1m3
Vậy thể tích bể chứa là: V = V1 + V2 = 5 + 1 = 6m3
Kích thước bể chứa: dài x rộng x cao = 2 x 2 x1.75=7m3

2.6.4
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.
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.
2.6.5
Quá trình đông đá:
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 (nhỏ hơn 0°C) thường là -5°.
t1 > t2

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
-9–


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây
λM

dδ

t2, α2

t1, α1
λd
θo

δM

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:
θo − t2
K=
 δd δM
1 
(2-2)


( t1 − t 2 )
+
+
 λd λ M α 2 
2.6.6 Khâu tách khuôn :
Thời gian đông đá là 19giờ, sau đó lấy khuôn đá ra khỏi bể. Để tách khuôn ta cho
khuôn đá vào bể tan đá, 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 thụ.
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.

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
- 10 –


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

CHƯƠNG 3:
TÍNH CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM VÀ KẾT CẤU BỂ ĐÁ
 Vật liệu cách nhiệt:
Để hạn chế tổn thất lạnh, do sự chênh lệch nhiệt độ giữa bể đá, kho trữ đá (nhiệt độ
thấp) và môi trường bên ngoài (nhiệt độ cao ) nên gây ra tổn thất lạnh. Khi chọn vật liệu
cách nhiệt cho một trường hợp ứng dụng nào đó cần phải lợi dụng triệt để các ưu điểm và
hạn chế đến mức thấp nhất các nhược điểm của nó. Ta phải dùng kết cấu bao che để giảm

tổn thất lạnh, bể đá và phòng trữ cần phải được cách nhiệt thật tốt, chất lượng vách cách
nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào tính chất của vật liệu kết cấu lớp cách nhiệt cần có các tính
chất sau:
• Hệ số dẫn nhiệt nhỏ.
• Khối lượng riêng nhỏ.
• Ít bị hút ẩm.
• Không mùi, không cháy, không bị nấm bốc.
• Tuổi thọ kéo dài.
• Rẻ tiền.

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
- 11 –


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

Vật liệu cách nhiệt thường dùng hiện nay là polystyrol xốp và polyuretan. Loại vật
liệu này có nhược điểm là dễ co rút do nhiệt độ thấp, sự co rút này có thể làm hở các mối
ghép do đó ta phải dùng hai lớp cách nhiệt với mối ghép so le.
 Vật liệu cách ẩm:
Hơi ẩm bên ngoài luôn có xu hướng thâm nhập vào bên trong lớp cách nhiệt. Lớp
cách nhiệt bị ẩm ướt sẽ giảm khả năng cách nhiệt và do đó sẽ làm tăng tổn thất lạnh và lớp
cách nhiệt mau hư hỏng. Vì thế, việc cách nhiệt luôn đi kèm với cách ẩm.
Để giữ gìn lớp cách nhiệt không bị ẩm ướt người ta sử dụng các loại vật liệu cách ẩm
phủ lên mặt ngoài của lớp cách nhiệt.

Vật liệu cách ẩm thường dùng là: keo, bitum, giấy dầu, giấy nhựa, giấy kim loại…
Kết cấu lớp cách nhiệt phải đảm bảo yêu cầu sau :
 Bề dày lớp cách nhiệt phải tính sao cho hệ số truyền nhiệt K của vách bao che
có giá trị tối ưu.
 Bề dày lớp cách nhiệt đủ lớn để ngăn chặn hiện tượng ngưng tụ hơi nước trên
bề mặt ngoài vách phòng lạnh.
 Lớp cách nhiệt phải liên tục, liên kết chặt chẽ với kết cấu xây dựng.
 Đối với bể đá và phòng trữ đá ta dùng vật liệu cách nhiệt là polystyrol và cách
ẩm là giấy dầu.

3.1Tính cách nhiệt - cách ẩm cho bể đá :
3.1.1 Vách bể đá :
Giữa các lớp giấy dầu, tường và lớp cách nhiệt có quét Bitum nóng chảy để dán dính
chúng lại.
Chọn kết cấu vách bể đá như hình vẽ:

Hình 2: kết cấu vách cách nhiệt:
Bảng 3: thông số các lớp cách nhiệtvách bể đá.
STT

Vật liệu

1
Vữa xi măng
2
Gạch
3
Vữa ximăng
4
Giấy dầu

5
Polystyrol
Lưới
thép HUY
GVHD6 : LÊ
QUANG
7
Vữa trát

Bề dày
δi (m)
0.02
0.025
0.02
0.004
δ CN
0.006
0.02

- 12 –

Hệ số dẫn nhiệt
λi (W/mK)
0.88
0.82
0.88
0.18
0.047
45
SVTH:Đỗ

Văn Vang
0.88
Trần Tấn Hoàng


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

 Hệ số truyền nhiệt qua vách:
1
k=
n
δ δ
1
1
+ ∑ i + cn +
α 1 i =1 λi λcn α 2

(3-1)

n
1  1
δi
1 
 (3-2)
Từ đó: ⇒ δ cn = λcn  −  + ∑ +
 k  α 1 i =1 λi α 2 
Trong đó:
− α1 : hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài (phía nóng) tới tường (W/m2K)

Bảng 3-7/tr86 [3] : chọn α1 = 23.3 (W/m2K)
α2 : hệ số toả nhiệt của vách vào trong bể nước muối, chọn α2 = 8 (W/m2K)
− δcn : chiều dày lớp cách nhiệt (m)
− λcn : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt.

− K : hệ số truyền nhiệt của bể đá W/m2.K. hệ số truyền nhiệt K đựoc xác định
trên cơ sở tính toán kỹ thuật. Có thể lấy hệ số truyền nhiệt K tuơng đương với
hệ số truyền nhiệt của kho lạnh.
Theo bảng 3-5/tr84 : ta có k = 0.58 (W/m2K)
 1
3x0.02 0.25 0.004 0.006 1  
 1
−
+
+
+
+
+ ÷ = 0.055(m)
Vậy : δ cn = 0.047 
0.82 0.18
45
8 
 0.58  23.3 0.88
⇒ chọn δcn = 0.1 m
1
k=
= 0.46
1
3x 0.02 0.25 0.004 0.006
0.1 1

Khi đó:
(W/m2K)
+
+
+
+
+
+
23.3 0.88
0.82 0.18
45
0.047 8
Vậy chiều dày của vách bề đá là: δ=194mm
Kiểm tra đọng sương của vách cách nhiệt:
− 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


t1 3: Sự truyền nhiệt qua vách
Hình
t −t
⇒ k = α 1 1 w1
tw1 t1 − t 2 q (3-3)
Điều kiện không đọng sương là: tw1 > ts
t −t
⇒ k 〈α 1 1 s
t1 − t 2
(3-4)

GVHD : LÊ QUANG HUY

tw2

t2

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
- 13 –


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

t1 − ts
37.3 − 31
= 0.95 x 23.3
= 2.95 (W/m2K)
t1 − t2
37.3 − ( −10 )
Để vách ngoài không đọng sương k = 0.46 < ks = 2.94 (thỏa)
Thực tế người ta lấy: k s = 0.95.α1

 Kiểm tra đọng ẩm của vách cách nhiệt:

tf1
t5
t1

t4

t3

t2

t6
t7
t8
tf2

Hình 4: cơ cấu truyền nhiệt qua vách
Từ bảng 3-7: α 1 = 23,3 W/m.K; α 2 = 8 W/m.K
• Mật độ dònh nhiệt qua kết cấu cách nhiệt:
q = Kt. ∆ t = 0.46.(37.3+10) = 21.758 W/m2K
• Xách định nhiệt độ bề mặt các lớp vách:
q = α 1(tf1- t1)
q
21.758
=> t1 = tf1 = 37.3 –
= 36.40 C
α1
23.3
q.δ 1
21.758 x0.02
t2
= t1= 36,4= 360 C
λ1
0.88
q.δ 2

21.758 x0.025
t3
= t2 = 36 = 35 OC
λ2
0.82
q.δ 3
21.758 × 0.02
t4
= t3 = 35 –
= 34.5 OC
λ3
0.88
q.δ 4
21.758 × 0.004
t5
= t4 = 34.5 = 34 OC
λ4
0.18
q.δ 5
21.758 × 0.1
t6
= t5 = 34 = -12 OC
λ5
0.047
q.δ 6
21.758 × 0.006
t7
= t6 = -12 = -12 OC
λ6
45

q.δ 7
21.758 × 0.02
t8
= t7 = -12 = -12.5 OC
λ7
0.88
21.758
q
8
Vậy tf2 = -12.5= -15.2OC
α2

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
- 14 –


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

3.1.2 Nền bể đá.
Kết cấu cách nhiệt nền bể đá như hình vẽ:

Hình 5 : kết cấu cách nhiệt nền bể đá
Bảng 4: Thông số lớp cách nhiệt nền bể đá.
STT
Vật liệu

1
2
3
4
5
6
7

Lớp Thép
Lớp Vữa xi măng
Lớp Bê tông
Lớp cách nhiệt(Xỉ lò cao)
Lớp cách ẩm(Bitum & giấy dầu)
Lớp Bê tông đất
Lớp Đá dăm kín

δi (m )

λi (kcal/m. h độ)

0,006
0,02
0,2
δ CN
0,003
0,2
0,1

45
0,88

1,4
0,19
0,15
1,4
0,45

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

1
1
i
2



 1
0.06 0.02 0.2 0.005 0.2 1  
 1
= 0.19 
−
+
+
+
+
+
+ ÷ = 0.23 (m)
 0.58  23.3 45 0.88 1.4 0.18 1.4 8  
Chọn δcn = 230mm

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
- 15 –


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

3.1.3 Kết cấu nắp bể đá:
Để thuận tiện cho việc ra vào đá, ta nên dùng gỗ để đậy, trên cùng phủ thêm lớp vải
bạc nên tổn thất nhiệt ở nắp bể khá lớn .
Nắp dùng gỗ có λ = 0.15 (W/m2K)
Hệ số truyền nhiệt qua nắp : k = 2.32
 1
1 
 1
−
+ ÷ = 0.039 (m)
Từ công thức (3-2): ⇒ δ cn = 0.15 
 2.32  23.3 8  
Chọn δcn = 50mm
3.2 Xác định kích thước của bể đá
Để xác định kích thước bể đá phải căn cứ vào số lượng, kích thước của cây đá, linh đá
(tổ hợp từ 5÷10 khuôn đá), dàn lạnh và cách bố trí dàn lạnh, loại khuôn đá, hệ thống tuần
hoàn nước muối bên trong bể.
3.2.1 Xác định số lượng và kích thước khuôn đá
Số lượng khuôn đá :
M
N=
m
M
= 5 tấn / mẻ là năng suất bể đá
m
= 50 kg là khối lượng cây đá
5000
Vậy N

=
= 100 (khuôn)
50
Kích thước khuôn đá chọn theo tiêu chuẩn ở bảng( 6 – 12)/tr192:
Cao : 1115 mm
Đáy lớn : 380x190 mm
Đáy bé : 340x160 mm
Khối lượng khuôn : 27,5 kg
Thời gian đông đá : τ = 19 h
3.2.2 Xác định số lượng và kích thước linh đá
Ta chọn số khuôn đá trên 1 linh đá là 8 khuôn. Số linh đá được xác định:
N
n
N = 100 là số khuôn đá
n =7 là số khuôn đá trên 1 linh
Sl =

Vậy Sl =

100
= 12.5 ta chọn Sl = 16 linh
7

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
- 16 –

Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

Chiều rộng của một khuôn đá là 225 mm, 2 khuôn đá cuối của hai đầu cách nhau 40
mm để móc cẩu, khoảng hở hai đầu còn lại là 75 mm. Vì vậy chiều dài của linh đá được
xác định :
L = 7x225 + 2x75 + 2x40 = 1805 mm
Chiều cao của linh đá là 1150 mm
Chiều rộng của linh đá là 425 mm

Hình 6 : kết cấu linh đá có 7 khuôn đá .
3.2.3 Xác định kích thước bên trong bể đá:
Kích thước bể đá phải đủ lớn để bố trí các khuôn đá, dàn lạnh, bộ cánh khuấy: khe hở
cấn thiết để nước muối chuyển động tuần hoàn . Ta chọn cách bố trí dàn lạnh ở giữa, hai
bên là hai dãy linh đá: một bên 8 linh,
 Xác định chiều rộng bể đá :
R = 2xL + 4 δ + A + 60
L = 1805mm là chiều dài linh đá
δ : khe hở giữa các linh đá và vách trong của bể đá. Chọn δ = 25mm
A : chiều rộng để lắp dàn lạnh . Tra bảng( 6 – 13)tr/194 ta được A = 660 mm
Vậy R = 2x1805 + 4x25 +660 = 4370 mm
 Xác định chiều dài bên trong bể đá :
D = B + C + m.b
B:là chiều rộng đoạn hở đầu bể để lắp bộ cánh khuấy. B = 600 mm
C :Chiều rộng đoạn hở cuối bể: C = 500mm
m: Số linh đá dọc theo chiều dài (trên một dãy). 8
b: khoảng cách giữa các linh đá, được xác định trên cơ sở độ rộng của linh đá và
khoảng hở giữa chúng b = 425 + 50mm = 475mm
D = 600 + 500 + 8x475 = 4900 mm

 Xác định chiều cao bể đá
Chiều cao bể đá phải đủ lớn để có khoảng hở giữa đáy khuôn đá và bể đá.
Tra bảng 6 – 13/tr194 ta có chiều cao H = 1250 mm

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
- 17 –


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

Hình 7: kết cấu bể đá.
3.3 Tính nhiệt bể đá Q0:
Q0 = Q1 + Q 2 + Q3 + Q 4 + Q5 ,KW
Q1 - dòng nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che vào bể, ở đây là thành, đáy và nắp bể.
Q2 - dòng nhiệt thu của nước làm đá từ 300C xuống 00C.
Q3 - dòng nhiệt do thông gió, ở đây lấy bằng 0.
Q4 - dòng nhiệt do vận hành như bơm khuấy nước muối, lấy đá ra khỏi khuôn.
Q5 - dòng nhiệt do sản phẩm hô hấp, ở đây lấy bằng 0.
3.3.1 Nhiệt truyền qua kết cấu bao che bể đá : Q1
Bể đá được đặt trong nhà xưởng nên khả năng bị bức xạ trực tiếp rất ít vì vậy nhiệt
truyền qua kết cấu bao che bể đá chỉ do độ chênh lệch nhiệt độ giữa nước muối trong bể và
không khí bên ngoài. Gồm 3 thành phần :
 Nhiệt truyền qua tường bể đá
Q11 = Kt . Ft . ∆ tt
Kt :là hệ số truyền nhiệt của tường đá. K = 0.49 W/m2K

Ft : Diện tích tường bể đá, m2. Diện tích tường được xác định từ chiều cao và chu vi
của bể. Chiều cao tính từ mặt nền ngoài bể đến thành bể. Chu vi được tính theo kích thước
bên ngoài của bể.
Ft = 2x( D+R)x1250
R =4370 mm là chiệu rộng bể đá
H = 1250 mm là chiều cao bể đá
D = 4900 mm là chiều dài bể đá
Ft = 2x( 4900+4370)x1250 = 24300000mm2 = 24.3 m2
∆ tt = t1 – t2 = 37,3 – (-10) = 47,3 oC
Vậy Q11 = 0.49x24.3x47.3 = 556.248 W
 Nhiệt truyền qua nắp bể đá :
Q12 = Kn.Fn. ∆ tn
Fn : Diện tích nắp bể đá được xác định theo kích thước chiều dài và chiều rộng bên
trong bể đá (m2)

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
- 18 –


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

Fn = D.R = 4370 . 4900 = 21413000 mm2
∆ tn = t1 – 13
t1 = 37,3 oC nhiệt độ không khí bên ngoài
t3 : nhiệt độ không khí ở bên dưới nắp bể đá thường chênh lệch 5 ÷ 6 oC so với nước

muối trong bể. Ta chọn t3 = -5oC
o
∆ tn = 37.3 – (- 5) = 42,3 C
Kn : hệ số truyền nhiệt ở nắp bể đá (W/m2K) :
1
1
δ
1 (W/m2K)
Kn =
+ +
α1 λ α2
α
α
Tra bảng 3 – 7/tr86 ta có 1và 2 :
α 1= 23.3 W/m2K. Hệ số tỏa nhiệt bên ngoài.
α 2 = 8 W/m2K. Hệ số tỏa nhiệt bên trong .
δ = 50 mm. Chiều dày nắp bể
λ = 0,23 W/mK. Hệ số dẫn nhiệt của gỗ.
1
Kn = 1 + 0, 05 + 1 = 2.6W/m2K
23,3 0, 23 8
Vậy Q12 = 2.6x24.3x42.3 = 2672.514 W
 Nhiệt truyền qua nền đá
Do nền có sưởi nên dòng nhiệt qua sàn có thể xác định theo biểu thức :
Q13 = ∑ K q . F. (t1 - t2) .m
o
t1 = 37,3 C là nhiệt độ không khí bên ngoài
t2 = -10oC là nhiệt độ nước muối trong bể
Kq : Hệ số truyền nhiệt qui ước tương ứng với từng vùng
F : Diện tích tương ứng với từng vùng nền

Để tính toán dòng nhiệt vào qua sàn, người ta chia sàn ra các vùng khác nhau có chiều
rộng 2m mỗi vùng tính từ bề mặt tường bao vào giữa buồng.
Giá trị của hệ số truyền nhiệt quy ước kq,W/m2K, lấy theo từng vùng là:
Vùng rộng 2m dọc theo chu vi tường bao
- Kq= 0,47 W/m2.K
- F = 2. [ DR − ( D − 4).( R − 4)]
= 2. [ 4,9.4,37 − (4,9 − 4)(4,37 − 4)]
= 42,16 m2
- Vùng còn lại ở giữa bể đá :
- Kq= 0,07 W/m2.K
- F = (D-4)(R-4) = (4.9-4)(4.37-4) = 0,333 m2
-

Hệ số tính đến sự gia tăng tương đối trở nhiệt của nền khi có lớp cách nhiệt
1
δi
m=
1 + 1, 25∑
λi
Từ bảng 4 ta có :
δi : Chiều dày của từng lớp kệt cấu nền (m)
λi : Hệ số dẫn nhiệt của từng lớp vật liệu (W/m.K)

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
- 19 –

Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây
1

 0.006 0.02 0.2 0.23 0.003 0.2 0.1 
1 + 1.25 
+
+
+
+
+
+
0.88 1.4 0.19 0.15 1.4 0.45 
 45
= 0.175
Vậy Q13 = (0.47+0.07)x(42.16+0.333)x(37.3+10)x0.175
= 190W
⇒ Q1 = Q11 + Q12 + Q13 = 556.248+2672.514+190 = 3148.762 W
3.3.2 Nhiệt để đông đá và làm lạnh khuôn đá :Q2
 Nhiệt làm lạnh nước và đông đá :
q
Q21 = E . 0 ; w
τ
E = 5000 (kg/mẻ) năng suất bể đá
τ = 19.3600 = 68400 (giây) thời gian để đông đá cho một mẻ.
q0 : Nhiệt lượng làm lạnh 1 kg nước đá từ nhiệt độ ban đấu đến khi đông đá hoàn toàn .
q0 = Cpn . t1 + r +Cpđ|t2| (J/kg)
Cpn = 4186 J/kg.K. Nhiệt dung riêng của nước
r = 333600 J/kg. Nhiệt đông đặc (80 Kcal/kg)

Cpđ = 2090 J/kg.K(0,5 kCal/kg.K)
t1 = 30oC. Nhiệt độ nước đầu vào
t2 = -8oC. Nhiệt độ cây đá.
q0 = 4186x30 + 333600 + 2090x8= 475900 J/kg
475900
Vậy Q21 = 5000.
= 34788 W
68400
 Nhiệt làm lạnh khuôn đá:
Cpk (tk 1 − tk 2 )
Q22 = M .
τ
τ = 68400 giây
M - Tổng khối lượng khuôn đá, kg.
Tổng khối lượng khuôn bằng số lượng khuôn nhân với khối lượng một khuôn đá. Khối
lượng khuôn đá tham khảo bảng 3-6. Khối lượng khuôn 50 kg là 27,2 kg.
M = 112x27,5 = 3080(kg)
Cpk = 390 J/kg.K. Nhiệt dung riêng của khuôn (Khuôn làm bằng tôn kẽm)
tk1 = 30oC. Nhiệt độ khuôn ban đầu ta lấy bằng nhiệt độ nước
tk2 = -10oC. Nhiệt độ của nước muối
m=

390(30 + 10)
= 702 W
68400
⇒ Q2 = Q21 + Q22 = 34788 + 702 = 35490 W

Q22 = 3080.

3.3.3 Dòng nhiệt do vận hành như bơm khuấy nước muối, lấy đá ra khỏi

khuôn Q4
 Nhiệt do bộ cánh khuấy gây raQ41:
Do năng suất bể đá là 5 tấn nên ta chọn bộ cánh khuấy có hãng MYCOM có MODEL
là 180 VGM có tốc độ 1000 V/P, lưu lượng 7,5 m3/p, công suất N = 1,5 KW, hiệu suất η
=0,9. Bộ cánh khuấy được bố trí bên ngoài bể muối vì vậy nhiệt năng do bộ cánh khuấy tạo
ra được xác định:

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
- 20 –


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

Q41 = 1000. η .N = 1000.0,9.1,5 = 1350 W
 Nhiệt do nhúng cây đá Q42:
Tổn thất nhiệt do làm tan đá được coi là tổng công suất cần thiết để làm lạnh khối đá đã
bị làm tan nhằm rút đá ra khỏi khuôn.
q
q
Q42 = n.g . 0 = n. f .δ .ρ . 0
τ
τ
n = 112 là số khuôn đá
g: khối lượng phần đá tan rã, kg
g = f. δ .ρ

2
f = 1,25m là diện tích bề mặt cây đá
δ : chiều dài phần đá đã tan khi nhúng. Để có thể rút đá ra khỏi khuôn caàn làm tan đá
một lớp δ = 0,001 m
ρ = 900 kg/m3 là khối lượng riêng của đá.
g = 1,25 . 0,001 . 900 = 1,125 kg
qo: nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh 1 kg đá từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông đá hoàn
toàn. Qo = 480080 J/kg.
τ = 68400 giây thời gian đông đá
480080
Q42 = 112x1.25x0.001x900.
= 884.358 W
68400
⇒ Q4 = Q41 + Q42 = 1350 + 884.358 =2234.358 W
Vậy dòng nhiệt tổn thất từ bể đá là:
Q0 = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 3.1 + 35 + 0 + 2.2 + 0 = 40.3KW

CHƯƠNG 4:
TÍNH TOÁN CHU TRÌNH, TÍNH CHỌN MÁY NÉN
4.1 Chọn các thông số của chế độ làm việc:
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
4.1.1 Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh to :
to = tb - ∆to
0
tb - nhiệt độ buồng lạnh. tb= -10 C
∆ t – hiệu nhiệt độ yêu cầu.

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
- 21 –


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

Trong các hệ thống lạnh gián tiếp, nhiệt độ sôi của môi chất lấy thấp hơn nhiệt độ của
nước muối 5 ÷ 60C và nhiệt đô của nước muối lấy thấp hơn nhiệt độ buồng lạnh từ 8 ÷ 100C
Chọn ∆to = 13°C
⇒ to = -23°C
4.1.2 Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh : phụ thuộc vào môi trường làm
mát của thiết bị ngưng tụ.
tk = tw2 + ∆tk
Trong đó :
∆tk : hiệu nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu, chọn ∆tk = 5° C
tw2 : nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng
tw2 = tw1 + (2 ÷ 6) 0C
tw1 : nhiệt độ nước vào bình ngưng.ta lấy là 350C
⇒ tw2 = 35+6=41°C
⇒ tk = 41+5 =46°C
4.1.3 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 (3 ÷ 5) 0C

chọn ∆tql = 4°C ⇒ tql = 35 + 4 = 39°C
4.1.4 Nhiệt độ hơi hút về máy nén th:
th = to + ∆th(5 ÷ 15) 0C
chọn ∆th = 8°C ⇒ th = -23 +8 = -15°C
tk = 46oC=>Pk = 1,83 Mpa
to
= -23oC=> Po=0,16 Mpa
1,83
Pk
tỉ số nến π =
=
= 8,7
0,21
Po
4.2 chu trình máy nén hơi một cấp:
4.2.1 Sơ đồ và chu trình 1 cấp sử dụng môi chất NH3:

Hình 8: Sơ đồ máy nén 1 cấp môi chất NH3
Sơ đồ: MN. Máy nén; NT. Bình ngưng tụ; TL. Van tiết lưu; BH. Bình bay hơi

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
- 22 –


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

Hình 9: Chu trình biểu diễn trên đồ thị lgP-h và T-s.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống lạnh như sau: hơi mội chất sinh ra ở thiết bị bay hơi
được máy nén hút về và nén lên ở áp suất đẩy cao vào bình ngưng tụ. Ơ bình ngưng hơi
môi chất thải nhiệt cho nước làm mát và ngưng tụ lại thành lỏng. Lỏng có áp suất cao đi
qua van tiết lưu vào bình bay hơi. Ơ bình bay hơi, lỏng môi chất sôi ở áp suất thấp và nhiệt
độ thấp thu nhiệt của môi trường cần làm lạnh. Hơi lại được hút về máy nén, như vậy vòng
tuần hoàn của môi chất được khép kín .

4.2.2 Tính toán các thông số:
Dựa vào đồ thị logp-h của NH3 . Ta xác định được chu trình máy lạnh một cấp
amoniac: 1-2-2’-3’-3-4-1’-1
Bảng 5: thông số trạng thái ở các điểm nút:
Thông số
1’
1
2
2’
3’
3
4

t (0C)
-23
-7
130
46
46
39
-15

P(bar)
0.16
0.16
1.86
1.83
1.83
1.83
0.16

h(kJ/kg)
1732
1752
2031
1787
716
683
683

v(m3/kg)
0.51
0.1
-

 suất lạnh riêng q0, kJ/kg:
qo = h1’–h4 = 1732 – 683 = 1049 kJ/kg
 Năng Năng suất lạnh riêng thể tích qv ,kJ/m3:
q0 1049
qv =
=

= 2057 kJ/m3
v1
0.51

GVHD : LÊ QUANG HUY

Trạng thái
Hơi bão hoà
Hơi quá nhiệt
Hơi quá nhiệt
Hơi bão hoà
Lỏng bão hoà
Lỏng quá lạnh
Hơi ẩm

(7-1)
(7-2)

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
- 23 –


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

 Công nén riêng l, kJ/kg:
l = h2 – h1= 2031 – 1752 = 279 kJ/kg
 Năng suất lạnh nhiệt riêng qk, kJ/kg:

qk = h2 – h3 = 2031 – 683 = 1384 kJ/kg
 Hệ số lạnh của chu trình ε :
q 1049
ε= 0=
=3.7
l
279
 Hiệu suất exergi v;
Tk − T0
319 − 250
ν= ε .
= 3.57
= 0.985
T0
250
4.3 Tính chọn máy nén môt cấp:
 Năng suất khối lượng thực tế của máy nén:
Q
40.3
mtt = 0 =
= 0.038 kg/s
q0
1049
 Năng suất thể tích thực của máy nén:
Vtt = mtt .v1 = 0.038 x 0.51 = 0.018 m3/
 Hệ số cấp của máy nén λ :

λ = λc.λtl.λk.λw.λr = λi.λw’

(7-3)

(7-4)
(7-5)

(7-6)

(7-7)
(7-8)
(7-9)

 λc : hệ số tính đến thể tích chết.
 λtl : hệ số kể đến tổn thất do tiết lưu.
 λw: tổn thất do hơi hút vào xilanh buồng đốt.
 λr : tổn thất do rò rỉ môi chất qua pittong.
 λi = λc.λtl.λk : hệ số chỉ thị
1
 P + ∆P  m P − ∆P 
P0 − ∆P0
k
0
0

λi =
− C  k
(7-13)
÷ −
P0
P0 
 P0 



Chọn:
− ∆P0 = ∆Pk = 0.005MPa
− m=1 : cho máy nén ammoniac
− C = 0.05 : tỉ số thể tích chết của máy nén
1


1
0.16 − 0.005
1.83
+
0.005
0.16 − 0.005 


⇒ λi =
− 0.05 
−
= 0.44
÷


0.16
0.16
0.16



 λw’ = λw.λr : hệ số đốt nóng chung máy nén amoniac thuận dòng :
T0 − 15 + 273

= 0.8
λw’ =
=
(7-14)
Tk
46 + 273
Vậy: λ = λi.λw’= 0.44 x 0.8 = 0..35
 Thể tích lý thuyết:
V
0.018
Vlt = tt =
= 0.05 m3/s
(7-15)
λ
0.35
 Hiệu suất chỉ thị của quá trình nén:
ηi = λw’ + b.to = 0.8 + 0.001.|-23| = 0.823
(7-18)
b = 0.001

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
- 24 –


Đồ An Môn Học

Thiết kế bể đá cây

 Công nén chỉ thị Ni :
Là công nén thực do quá trình nén lệch khỏi quá trình nén đoạn nhiệt lý thuyết
NS
Ni =
kW
(7-20)
ηi
trong đó:
NS : công nén đoạn nhiệt (hay công nén lý thuyết)
NS = m. l = 0.038 x 279 = 10.6 kW
(7-19)
10.6
= 13 kW
⇒ Ni =
0.823
 Công suất sinh ra do ma sát
Công suất ma sát:
Nms = Vtt . Pms
Pms: Áp suất ma sát riêng.
Đây là máy nén NH3 thẳng dòng nên chọn Pms = 0.059 Mpa
Nms = 0.059x106x0.018 = 1062N.m/s = 1.06 KW
=1317 N.m/s = 1.317 KW
 Công nén hiệu dụng:
Ne = Ni + Nms = 13 + 1.06 = 14.06KW
(7-22)

 Cơng suất điện Nel .
Ne
Nel =

ηtd .ηel
ηtd ≈ 0,95
ηel ≈ 0,9
14.06
=>Nel =
= 16.4 KW
0.95 x 0.9
 Công suất động cơ lắp đặt.
Nđc = (1,1 ÷ 2.1) Nel =1.5x16.4=24.6 KW
4.3.1
Chọn máy nén:
Ta thấy máy nén trong nuớc cũng đáp ứng được các thông số kỹ thuật trên. Nên ta chọn
máy nén trong nuớc kí hiệu 4AV95 do cty Long Biên Hà Nội sản xuất:
Thông số kỹ thuật bảng 7-7/tr227.
 Số xilanh
4
 Đường kính xilanh (mm)
95
 Hành trình pittong (mm)
70
 Năng suất lạnh tiêu chuẩn (kW)
52
 Vòng quay trục khuỷu (vg/p)
960
 Công suất động cơ máy nén (kW)
22
 Điện áp ,tần số (V , vg/p)
220/380 , 50Hz
 Tốc độ (vg/p)
1440

 Khối lượn nạp NH3 (kg)
75
 Dầu bôi trơn + khối luợng (kg)
XA, 12

GVHD : LÊ QUANG HUY

SVTH:Đỗ Văn Vang
Trần Tấn Hoàng
- 25 –