TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY LÀM NƯỚC ĐÁ CÂY 20 TẤN / NGÀY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT LẠNH
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY LÀM
NƯỚC ĐÁ CÂY 20 TẤN / NGÀY
Họ và tên sinh viên: Dương Công Thành
Trần Đình Trọng
Vũ Ngọc Hiển
Ngành: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH
Niên khóa: 2008 – 2012.
Tháng 07/2011
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH Nhóm 4
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY LÀM
NƯỚC ĐÁ CÂY 20 TẤN / NGÀY
Nhóm thực hiện:
1. Dương Công Thành 08137023 SĐT: 01688561862
2. Trần Đình Trọng 08137025 SĐT: 01668598922
3. Vũ Ngọc Hiển 08137002 SĐT: 01689949373
Đồ án được thực hiện nhằm tìm hiểu
và đáp ứng yêu cầu môn học.
Giáo viên hướng dẫn:
Thạc sĩ Lê Văn Bạn
Tháng 07/2011
2
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH Nhóm 4
MỤC LỤC
2.1. Hệ thống sản xuất nước đá cây /10/......................................................................................................................5
2.2. Công dụng và phân loại nước đá /10/...................................................................................................................5
2.4. Nguyên lý làm việc /9/.............................................................................................................................................7
3.1 Phương tiện thực hiện.............................................................................................................................................9
3.2 Phương pháp tiến hành...........................................................................................................................................9

3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết.............................................................................................................9
3.2.2 Phương pháp thực hiện...............................................................................................................................9
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................................10
4.1. kết quả tính toán ..................................................................................................................................................10
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ....................................................................40
3
Chương 1 MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
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 độ C, -30 độ 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.
1.2. Mục đích của đồ án :
- Tính toán thiết kế máy làm nước đá cây 20 tấn / ca
- Cụ thể:
+ Tính chọn máy nén
+ Tính toán bể đá
+ Tính chọn dàn ngưng
+ Tính chọn các thiết bị phụ
Chương 2 TỔNG QUAN
2.1. Hệ thống sản xuất nước đá cây /10/
Phương pháp sản xuất đá cây là một trong những phương pháp cổ điển nhất. Đá
cây được sản xuất trong các bể dung dịch muối lạnh, có nhiệt độ khoảng –10oC. Nước
được đặt trong các khuôn có kích thước nhất định, theo yêu cầu sử dụng. Khối lượng

thường gặp nhất của các cây đá là 12,5; 25; 50 kg. ưu điểm của phương pháp sản xuất
đá cây là đơn giản, Dụ thực hiện, đá có khối lượng lớn nên vận chuyển bảo quản được
lâu ngày, đặc biệt dùng cho việc bảo quản cá, thực phẩm khi vận chuyển đi xa. Ngoài ra
đá cây cũng được sử dụng làm đá sinh hoạt và giải khát của nhân dân.
Tuy nhiên, đá cây có một số nhược điểm quan trọng như: chi phí đầu tư, vận
hành lớn, các chỉ tiêu về vệ sinh không cao do có nhiều khâu không đảm bảo vệ sinh,
tính chủ động trong sản xuất thấp do thời gian đông đá lâu. Đi kèm theo hệ thống máy
đá cây phải trang bị thêm nhiều hệ thống thiết bị khác như: hệ thống cẩu chuyển, Hệ
thống cấp nước khuôn đá, bể nhúng đá, bàn lật đá, kho chứa đá, máy xay đá. Vì vậy
ngày nay trong kỹ thuật chế biến thực phẩm người ta ít sử dụng đá cây. Nếu có trang bị
cũng chỉ nhằm bán cho tàu thuyền đánh cá để bảo quản lâu ngày.
2.2. Công dụng và phân loại nước đá /10/
2.2.1.Công dụng nước đá
Nước đá có nhiều ứng dụng trong đời sống hằng ngày cũng như trong sản xuất,
sau đây là một số ứng dụng của nước đá:
- Bảo quản thực phẩm
- Điều tiết không khí
- Thể duc thể thao
- Công nghiệp hóa chất
2.2.2.Phân loại nước đá
Có nhiều cách để phân loại nước đá:
 Dựa vào nguyên liệu sản xuất:
• Nước đá từ nước ngọt (nước lã, sôi, nguyên chất).
• Nước đá từ nước biển, từ nước muối.
• Nước đá từ nước sát trùng và kháng sinh.
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH Nhóm 4
 Dựa vào độ trong của đá:
• Nước đá pha lê
• Nước đá trong suốt
• Nước đá đục

 Dựa vào hình dạng:
• Nước đá khối
• Nước đá tấm
• Nước đá thỏi
• Nước đá ống
• Nước đá vẩy
2.3. Cấu tạo máy đá cây [khối] /10/
6
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH Nhóm 4
Hệ thống có các thiết bị
chính sau:
1- Máy nén: Máy nén 1 cấp,
sử dụng môi chất NH
3
hoặc
R
22.
2. Bình chứa cao áp.
3. Dàn ngưng: Có thể sử
dụng dàn ngưng tụ bay hơi,
bình ngưng, dàn ngưng tụ
kiểu tưới và có thể sử dụng
dàn ngưng không khí.
4. Bình tách dầu.
5. Bình tách khí không
ngưng.
6. Bình thu hồi dầu (sử
dụng trong hệ thống NH3).
7. Bình tách lỏng.
8. Bình giữ mức- tách lỏng.

9. Bể nước muối làm đá,
cùng bộ cánh khuấy và dàn
lạnh kiểu xương cá.
2.4. Nguyên lý làm việc /9/
Các loại đá cây với khối lượng khác nhau được sản xuất bằng phương pháp làm
lạnh trong bể nước muối. Đây là phương pháp phổ biến nhất trong nhà máy nước đá
hiện nay
Bể nước muối được chia làm hai ngăn, ngăn lớn để bố trí các khuôn đá, còn ngăn
nhỏ để bố trí dàn bay hơi làm lạnh nước muối trong bể có bố trí một bơm nước muối
tuần hoàn mạnh từ dàn bay hơi ra làm lạnh khuôn rồi lại quay lại dàn bay hơi. Bơm
nước muối bố trí thẳng đứng để tránh rò rì nước muối ra ngoài. Dàn bay hơi kiểu xương
cá có khả năng tăng khả năng trao đổi nhiệt lên đáng kể. Các khuôn đá được ghép lại
với nhau thành linh đá suốt chiều ngang của bể. Các linh đá không phải đứng im trong
bể mà chuyển động từ đầu này đến đầu kia của bể nhờ cơ cấu chuyển động xích. Khi
một linh đá kết đông xong và được nhắc ra khỏi bể thì cơ cấu xích chuyển động dồn tất
7
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH Nhóm 4
cả các linh đá lên chừa ra phía cuối bể một khoảng hở vừa đủ để đặt linh đá đã đổ đầy
nước mới vào. Chuyển động giữa nước muối tuần hoàn và linh đá là ngược chiều.
Khi đá đã kết đông trong khuôn, toàn bộ linh đá được cầu trục nâng ra khỏi bể
và thả vào bể làm tan giá. Các khuôn đá nóng lên, lớp băng dính khối đá với khuôn tan
ra, cầu trục sẽ nâng đá trượt lên bàn trượt đá để vào kho chứa đá, còn linh đá được cầu
trục đưa đến máng rót nước, máng rót nước tự động nhiều vòi có định lượng rót đồng
thời cho tất cả các khuôn đá lượng nước đã định trước. Sau khi rót nước xong linh đá
được đặt vào đầu bể vị trí mà cơ cấu chuyển động xích vừa đẩy toàn bộ các linh đá dịch
ra.
Với phương pháp này nước sau khi qua quá trình xử lý được đổ vào khuôn định
hình sẵn, các khuôn này được đặt trong bể nước muối, bể này được làm lạnh bởi thiết bị
bốc hơi , sau một thời gian nước trong khuôn được làm lạnh và kết tinh lại. Quá trình
kết thúc, đá được lấy ra từ các khuôn và sử dụng .

8
Chương 3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN
3.1 Phương tiện thực hiện
- Máy vi tính cá nhân.
- Các tài liệu liên quan
3.2 Phương pháp tiến hành
3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- Tra cứu tài liệu sách báo nhằm phục vụ mục đích đề tài.
- Tìm kiếm các thông tin liên quan đến đề tài qua mạng internet.
3.2.2 Phương pháp thực hiện
Theo phương pháp tổng hợp và kế thừa ta tiến hành theo trình tự sau:
- Tiến hành nghiên cứu và tổng hợp lại các tài liệu đã có
- Lựa chọn các vấn đề liên quan đến đề tài
- Tính toán chọn các thiết bị của hệ thống máy đá cây
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. kết quả tính toán
4.1.1. Các lựa chọn ban đầu
a. Chọn phương pháp thiết kế nước đá /9/
- Các giai đoạn sản xuất nước đá
Giai đoạn 1: là hạ nhiệt độ của nước từ nhiệt độ t
1
(nhiệt độ ban đầu của nước)
xuống nhiệt độ 0
o
C.
Giai đoạn 2: là giai đoạn kết tinh nước hoàn toàn, chuyển nước từ trạng thái lỏng
trạng thái rắn.
Giai đoạn 3: là giai đoạn hạ thấp nhiệt độ băng của nước từ 0
o
C xuống nhiệt độ t

2
(thường chọn -5
o
C).
Vậy nhiệt lượng riêng cần thiết để chuyển 1Kg nước ở nhiệt độ ban đầu t
1
thành
nước đá ở nhiệt độ t
2
được tính theo công thức:
/2/
- Chọn phương pháp sản xuất nước đá
Các loại đá cây với khối lượng khác nhau được sản xuất bằng phương pháp làm lạnh
trong bể nước muối. Đây là phương pháp phổ biến nhất trong nhà máy nước đá hiện nay.
Các loại đá cây với khối lượng khác nhau được sản xuất bằng phương pháp làm lạnh trong
bể nước muối. Đây là phương pháp phổ biến nhất trong nhà máy nước đá hiện nay. Với
phương pháp này nước sau khi qua quy trình xử lý được đổ vào khuôn định hình sẵn, các
khuôn này được đặt trong bể nước muối, bể này được làm lạnh bởi thiết bị bốc hơi , sau một
thời gian nước trong khuôn được quá lạnh và kết tinh lại. Quy trình kết thúc,đá cây được lấy
ra từ các khuôn và sử dụng.
Kết cấu cây đá hiện nay có các cỡ khối lượng thông dụng như sau:Loại 3,5 Kg, loại
12,5 Kg, loại 25 Kg, loại 50 Kg. ở đây ta chọn loại 50 kg.
b. Chọn chất tải lạnh /9/
- Yêu cẩu của chất tải lạnh
Chất tải lạnh phải đảm bảo những yêu cầu sau:
 Nhiệt độ đông đặc phải thấp.
 Nhiệt dung riêng và khả năng dẫn nhiệt cao.
 Độ nhớt và trọng lượng riêng nhỏ.
( ) ( )
21

00. tCLtCq
pndpn
−++−=
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH Nhóm 4
 Không ăn mòn kim loại và các vật liệu khác trong thiết bị.
 Không độc hại và không nguy hiểm.
Dễ kiểm, rẻ tiền, dễ bảo quản và dễ vận hành.
- Phân tích tính chất của chất tải lạnh
Chất tải lạnh có ban trạng thái: Rắn, lỏng, khí
- Chọn chất tải lạnh
Bảng: nhiệt độ đông đặc của một số dung dịch muối
Số
Thứ
Tự
Muối hòa tan
Nồng độ
%
Khối lượng
Nhiệt độ
Đông đặc
1
2
3
4
NaCl
CaCl
2
MgCl
2
MgSO

4
23,1
29,9
20
19
-21,2
-55
-35
-9,9
Trong sản xuất, người ta thường chọn nhiệt độ dung dịch chất tải nhiệt thấp hơn nhiệt
độ để đông đá là 5
o
C, và cao hơn nhiệt độ đóng băng của dung dịch khoảng 10
o
C.
Nhiệt độ để đông đá là -5
o
C, nên nhiệt độ trung bình của chất tải nhiệt l -10
o
C, và nhiệt
độ đông đặc của dung dịch là -20
o
C.
Cho nên, dung dịch NaCl 23,1% có nhiệt độ đông đặc là 21,2
o
C, sẽ tha điều kiện trên.
Ngoài ra do NaCl rẻ tiền và có nhiều trên thị trường nên việc chọn dung dịch NaCl làm
chất tải lạnh là hợp lý.
c. Chọn tác nhân lạnh /9/
Ta nhận thấy tác nhân NH

3
là thích hợp nhất với hệ thống sản xuất nước đá vì:
 Có năng suất lạnh riêng lớn
 So với Freon thì NH
3
có năng suất lạnh riêng lớn hơn, hệ số truyền nhiệt lớn hơn.
 Tổn thất trong quá trình tiết lưu nhỏ
 Dễ phát hiện sự rò rỉ của tác nhân ra ngòai do nó có mùi đặc trưng
 Nhiệt độ đông đặc và bay hơi của NH
3
rất thấp
T
đđ
= - 77,7
0
C
T
bh
= - 33,35
0
C
Với khoảng nhiệt độ này thì NH
3
không thể đông đặc trên đường ống gây tắt nghẽn
và nở đường ống tác nhân khi dùng sản xuất đá .
Vậy ta chọn tác nhân lạnh là NH
3
.
11
d. Quy trình sản xuất nước đá

Nước được bơm trực từ giếng lên, qua quá trình xử lý, tách bỏ cặn bã có trong nước.
Nước được chứa trong hồ, một phần được hòa với muối với lượng thích hợp để tạo ra nồng
độ muối theo ý muốn, một phần cho vào các khuôn đá.
Đặt các khuôn đá vào bể nước. Do kết cấu của bể đá, khuôn được giữ trên các thanh bắt
ngang bể. Sau một ngày đêm, nước đã được đông thành đá. Khi có nhu cầu sử dụng, ta lấy
đá lên bằng phương pháp thủ công.
Ta dùng nước ở nhiệt độ thường, xối lên trên khuôn đá, nhằm tách đá ra khỏi khuôn.
Nước lấy từ
giếng
Xử lý nước
nước
Cấp nước vào bể chứa
Rót nước vào khuôn
Cho vào bể đá
Đóng băng
Lấy đá thủ công
Cặn bã
Muối
Hoà tan trong bể
Cttt
o
qlkql
38341
=−=∆−=
Cttt
qloqn
0
10515
−=+−=∆+=
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH Nhóm 4

e. Chọn các thông số kỹ thuật
- Chọn thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh là kiểu xối tưới có trích lỏng giữa dòng.
- Nhiệt độ của nước vào giàn xối tưới t
w1
= 33
o
C.
- Theo những điều kiện công nghệ ở phần trên, nhiệt độ đóng băng của nước t
đđ
= -5
o
C.
- Nhiệt độ trung bình của nước muối t
m
= -10
o
C.
- Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh
Với hiệu nhiệt độ yêu cầu được chọn là ∆t = 5
o
C.
- Nhiệt độ nước ra khỏi giàn xối tưới
- Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh
Trong đó chọn ∆t
k
= 5
o
C.
- Nhiệt độ quá lạnh môi chất lạnh
Trong đó độ quá lạnh được chọn ∆t

ql
= 3
o
C.
- Nhiệt độ quá nhiệt môi chất lạnh
Trong đó độ quá nhiệt được
chọn ∆t
qn
= 5
o
C.
Cttt
o
mo
15510
−=−−=∆−=
( )
Ctt
o
ww
3633332
12
=+=÷+=
Cttt
o
kwk
41536
2
=+=∆+=
/1/

/1/
/1/
13
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH Nhóm 4
4.1.2. Tính chu trình lạnh /9/
Bảng các thông số cần cho tính toán chu trình lạnh
1' -15 0.2425 1739.29
0.5
1 -10 0.2425 1757.14
2 138 1.7143 2057.14
2' 41 1.7143 1775
3' 41 1.7143 678.571
3 38 1.7143 664.286
4 -15 0.2425 664.286
Năng suất lạnh riêng
Năng suất lạnh riêng thể tích
Công nén riêng
Năng suất nhiệt riêng
- Chọn cấp máy nén
Ta có tỷ số nén
9125,7
24,0
71,1
0
<==
p
p
k
KgKJhhq
o

/86,1092286,66414,1757
41
=−=−=
3
/71,2185
5,0
86,1092
mKJ
q
q
o
v
===
υ
KgKJhhl /30014,175714,2057
12
=−=−=
KgKJhhq
k
/86,1392286,66414.2057
32
=−=−=
KgKJhhq
o
/86,1092286,66414,1757
41
=−=−=
p
h
14

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH Nhóm 4
Chọn chu trình lạnh một cấp nén.
4.1.3. Tính chi phí lạnh
a. Tính cách nhiệt, cách ẩm /9/
- Tính cho tường bể đá
+ Tính bề dày lớp cách nhiệt


Hình 1: Cấu tạo tường bể đá
Lớp Vật liệu
bề dày δ
m
hệ số dẫn
nhiệt λ
W/m.K
hệ số khếch tán ẩm µ
g/mhMpa
1 Lớp ximang và đá vữa 0.02 0.88 90
2 Lớp gạch ống và sắt 0.38 0.82 105
3 Lớp ximang và đá vữa 0.02 0.88 90
4 Lớp cách ẩm - giấy dầu 0.004 0.18 1.35
5 Lớp cách nhiệt - styropore
δ
cn
0.047 7.5
6 Lớp cách nhiệt, cách ẩm - bitum 0.1 0.18 0.86
7 Lớp thép tấm 0.006 39 0
Hệ số dẫn nhiệt của tường
/2/]
Chọn K

1
= 0,3 W/m
2
.độ
Bề dày lớp cách nhiệt
∑
=
+++
=
6
1
21
1
11
1
i
cn
cn
i
i
K
αλ
δ
λ
δ
α















++−=
∑
=
6
1
211
111
.
i
i
i
cncn
K
αλ
δ
α
λδ
15
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH Nhóm 4
/2/

Với: Hệ số cấp nhiệt phía ngoài bể α
1
= 19,18 W/m
2
.độ.
Hệ số cấp nhiệt phía trong bể α
2
= 813,94 W/m
2
.độ.
Chọn δ
cn
= 0,15 m.
+ Kiểm tra động sương
Với bề dày lớp cách nhiệt ở trên, tính lại hệ số truyền nhiệt K
1
= 0,231 W/m
2
.độ.
Hệ số truyền nhiệt động sương thực tế
Với Nhiệt độ không khí bên ngoài bể t
1
= 35
o
C.
Nhiệt độ trong bể t
2
= -10
o
C.

Nhiệt độ động sương (tra ở 35
o
C) t
s
= 34
o
C.
Theo trên ta thấy K
1
< k
s
⇒ bề mặt bể không đọng sương.
Theo kết cấu của bể, bề mặt trong bể là tấm thép, nên kết cấu của tường được
cách ẩm hoàn toàn.
- Tính cho nền của bể đá
Hình 2: cấu tạo nền bể đá
Lớp Vật liệu
bề dày δ
m
hệ số dẫn
nhiệt λ
W/m.K
hệ số khếch tán ẩm µ
g/mhMpa
1 Lớp thép 0.006 39 0
2 Lớp cách ẩm cách nhiệt - bitum 0.1 0.18 0.86
3 Lớp chiệu lực - bêtong 0.2 1.1 30
m
cn
1031,0

94,813
1
39
006,0
18,0
1,0
18,0
004,0
82,0
38,0
88,0
02,0
2
18,19
1
3,0
1
.047,0
=













+++++×+−=
δ
( )
KmW
tt
tt
k
s
s
./4049,0
1035
3435
18,1995,0.95.0
2
21
1
1
=
−−
−
××=
−
−
=
α
16