thiết kế máy sản xuất nước đá vilbusevich

Trờng đại học bách khoa Hà Nội

Viện khoa học & công nghệ nhiệt lạnh



đồ án tốt nghiệp
đề tài : thiết kế máy sản xuất nớc đá vilbusevich

Sinh viên thực hiện
Lớp
Giáo viên hớng dẫn

: Trần bình Minh
: cđđl-k9
: Nguyễn Đức Lợi

Hà Nội - 01/2005

Chơng 1
Mở đầu

1.1. Tình hình phát triển kỹ thuật lạnh.


Từ xa xa con ngời đã biết sử dụng lạnh để phục vụ những nhu cầu của mình. Cách đây khoảng
5000 năm con ngời đã biết bảo quản lơng thực và thực phẩm trong các hang động hay các mạch nớc
ngầm nơi có nhiệt độ thấp.
Cách đây khoảng 2000 năm ngời ấn Độ và ngời Trung Quốc đã biết trộn muối vào nớc hoặc nớc
đá để tạo nhiệt độ thấp hơn. Nơi các vua chúa ngày xa ở thờng đợc làm mát bằng cách quạt gió qua nớc đá đợc cất giữ hoặc lấy từ trên núi xuống. Ngoài ra ở những vùng sa mạc, lợi dụng ban đêm nhiệt
độ xuống thấp ngời ta đặt một tảng đá lớn ngoài trời, ban ngày mang vào trong nhà để thu nhiệt làm

mát nhà.

TUY NHIêN, Kĩ THUậT LạNH HIệN đạI M I
CHỉ BắT đầU Tế THế Kỉ 18 V 19. Tế đâY CON
NGấI KHôNG CSSN PHễ THUẫC VO THIêN
NHIêN M CHẹ đẫNG TạO RA CáC LOạI MáY
MC để PHễC Vễ NHU CầU Về NHIệT đẫ.
ĐầU TIêN Kĩ THUậT LạNH VI MáY MC V
Kĩ THUậT THô Sơ CHỉ Sệ DễNG để GIảI QUYếT
CáC NHU CầU Về SINH HOạT NH LM MáT
KHôNG KHí, LM LạNH NC,BảO QUảN THC
PHẩM NGắN NGY,...
nhng hiện nay kỹ thuật lạnh đã có những tiến bộ đáng kể, có trình độ khoa học kỹ thuật ngang ngửa
với các ngành khoa học kỹ thuật khác. Phạm vi nhiệt độ ngày càng đợc mở rộng, con nguời đang dần
dần để đạt đợc nhiệt độ 0o tuyệt đối. Phía nhiệt độ cao của thiết bị ngng tụ có thể đạt tới 100 oC phục
vụ cho các mục đich sấy, sởi, thanh trùng, triệt khuẩn,chuẩn bị nớc nóng. Để đạt đợc những điều này
con ngời đang dày công nghiên cứu để tạo ra những máy móc,những môi chất ...tối u để giảm năng
suất và chi phí, mục đích cao hơn là đẩy cao mức độ tự động hoá.

1.2.Tình hình sử dụng và sản xuất nớc đá ở Việt Nam
và trên thế giới.

Tế LâU TRêN THế GII đặC BIệT ậ CáC N C
PHáT TRIểN, Kĩ THUậT LạNH đã TRậ NêN QUEN
THUẫC VI H. H đã đạT đ ẻC NHữNG THNH
TU RấT đáNG Kể VICôNG NGHệ CAO MáY


MC HIệN đạI Sẩ LẻNG V CHẹNG LOạI đA
DạNG PHễC Vễ đầY đẹ CáC NHU CầU CẹA Xã HẫI.

H ỉNG DễNG Kĩ THUậT LạNH VO VIệC SảN
XUấT NC đá để PHễC Vễ NHIềU NGNH V
THểC đẩY CáC NGNH đ PHáT TRIểN NH CôNG
NGHIệP CHế BIếN, DịCH Vễ YTế ....
TạI VIệT NAM NC đá KHôNG CSSN XA Lạ
VHIếM đẩI VI NGấI DâN, BấT Cỉ THNH PHẩ
NO CềNG đềU C NHữNG Cơ Sậ SảN XUấT NC
đá, VI QUI Mô VCôNG NGHệ KHáC NHAU Tế
NH TI LN, Tế CáC MáY MC HIệN đạI TI
NHữNG LOạI MáY T CHế TạO. NC TA LạI L
MẫT NC NHIệT đI NêN NHU CầU Sệ DễNG NơC
đá CẹA NGấI DâN RấT LN, đặC BIệT VO MẽA Hè
NHIệT đẫ CAO C NHữNG LểC NHU CầU Sệ
DễNG NC đá CHO SINH HOạT CSSN THIếU V
GIá THNH LêN RấT CAO.
Sệ DễNG NC đá KHôNG CHỉ PHễC Vễ RIêNG
NHữNG SINH HOạT CẹA NGấI DâN M N CSSN
LđẫNG LC để đẩY MạNH PHáT TRIểN NHữNG
NGNH KHáC. CHẳNG HạN NH Sệ DễNG NC đá
TRONG NGNH CHế BIếN THC PHẩM: BảO
QUảN TôM, Cá, MC TRêN NHữNG CON TầU
đáNH BắT XA Bấ, DO HảI SảN RấT NHANH
CHNG Bị PHâN HU NêN CầN Hạ NHIệT đẫ


NGAY V VIệC Sệ DễNG NC đá LBIệN PHáP
TẩT. TRONG KHâU CHế BIếN CềNG PHảI Hạ
NHIệT đẫ để đảM BảO THC PHẩM TơI NGON NH: GIếT Mặ, CHế BIếN THịT BSS, THịT LẻN, CHế
BIếN HảI SảN.... CáC KHâU NY Sệ DễNG PHơNG
PHáP Hạ NHIệT đẫ TẩT NHấT L Sệ DễNG NC đá

Vì RấT THUậN TIệN, NHANH CHNG đA NHIệT
đẫ XUẩNG THấP V RấT KINH Tế, đảM BảO Vệ
SINH.
NC đá CềNG LMẫT NHâN Tẩ KHôNG THể
THIếU TRONG CáC NGNH DịCH Vễ ậ NC TA.
NC đá RấT THíCH HẻP DẽNG CHO GIảI KHáT
TRONG đIềU KIệN KHí HậU NHIệT đI CẹA NC
TA, P LạNH CáC LOạI đ UẩNG, HOA QUả để
PHễC Vễ CHO CáC NH HNG, QUáN Xá,
KHáCH SạN .
NGOI RA NC đá CềNG LYếU Tẩ QUAN
TRNG TRONG MẫT Sẩ NGNH KHáC NH
TRONG CáC NH MáY CHế BIếN SữA, BảO QUảN
THC PHẩM ậ CáC Cơ Sậ NH, CáC KHU CHẻ...
Hiện nay ở nớc ta đã có những ứng dụng nớc đá trong y tế nh để hạ
nhiệt độ bệnh nhân, bảo quản các bộ phận cấy ghép trong quá trình di
chuyển, hay trong các phòng thí nghiệm để nhanh chóng đa nhiệt độ
xuống thấp tăng hiệu quả phản ứng.


1.3. Tính chất và phân loại nớc đá.
1.3.1. Tính chất vật lý của nớc đá.
Tính chất vật lý của nớc đá ở áp suất 0,98 bar:
- Nhiệt độ nóng chảy: tr = 00C.
- Nhiệt lợng nóng chảy: qr = 333,6 kJ/kg.
- Nhiệt dung riêng : CPđ = 2,09 kJ/kgK.
- Hệ số dẫn nhiệt :
= 2,326 W/mK.
- Khối lợng riêng trung bình : đ = 900 kg/m3.
1.3.2. Tính chất của nớc đá.

Nớc đá hiện nay rất đa dạng về chủng loại, do yêu cầu công
nghệ, tính chất của nớc làm đá hay nhu cầu sử dụng mà có thể tạo
ra các loại nớc đá khác nhau từ nớc ngọt (nớc lã, nớc đun sôi, nớc
nguyên chất ), nớc đá từ nớc biển và nớc đá từ nớc muối, nớc đá từ
nớc sát trùng và kháng sinh.

CôNG NGHệ SảN XUấT NC đá Tế NC NGT
đSSI HI NHữNG YêU CầU đặC BIệT đẩI VI
NGUYêN LIệU (NC), SảN PHẩM (NC đá), CềNG
NH THIếT Bị V QUá TRìNH SảN XUấT.
Nớc đá sử dụng trong các mục tiêu kỹ thuật thông thờng
nguồn nớc phải đảm bảo các yêu cầu sau: số lợng vi khuẩn trong nớc không quá100 con/ml, vi khuẩn đờng ruột không quá 3 con/l,
chất khô cho phép là 1g/l, độ cứng chung của nớc không quá7mg/l,
độ đục theo hàm lợng các hạt lơ lửng không quá 1,5 mg/l, hàm lợng
sắt không quá 0,3 mg/l, nồng độ cho phép của các ion hyđro trong
khoảng 6,59,5. Nớc đá dùng để uống phải đảm bảo điều kiện vệ
sinh.
Tạp chất
Hàm lợng muối chung, mg/l
Sunfat+0,75 clorua+1,25 natricacbonat,
mg/l
Muối cứng tạm thời , mg/l

Hàm lợng tối đa
250
170
70

Sắt

mg/l

0,04

Tính ôxi hoá O2 , mg/l
Nồng độ ion hyđro (pH)

3
7

ảnh hởng của tạp chất tới chất lợng đá :
Tạp chất
Cacbonat canci CaCO3

Cacbonat magie MgCO3
Ôxit sắt
Ôxit silic và ôxit nhôm
Sunfatnatricloruavà sunfat canxi
Chất lơ lửng
Clorua canxi và sunfat magie

Clorua magie
Cacbonat natri

ảnh hởng đến chất lợng đá

Tạo thàh chất lắng bẩn ở phần dới và giữa cây đá làm nứt ở nhiệt
độ thấp.

Tạo thành chất lắng bẩn và bọt khí, làm nứt ở nhiệt độ
thấp.
Cho chất lắng màu vàng hay nâu và nhuộm màu chất lắng
canxi và magie.
Cho chất lắng bẩn .
Tạo ra các vết trắng tập trung ở lõi, làm cho lõi đục và
kéo dài thời gian đón băng. Không có chất lắng.
Cho cặn bẩn .
Cho chất lắng xanh nhạt hay xám nhạt tập trung ở lõi,
kéo dài thời gian đóng băng và tạo ra lõi không trong suốt
cao.
Thờng biểu hiện dới dạng các vết trắng. Không có cặn.
Một lợng nhỏ cũng làm nứt ở nhiệt độ dới 9oC. Tạo ra
các vết màu trắng tập trung ở lõi, kéo dài thời gian đóng
băng. Tạo ra độ đục cao. Không có cặn.

Kết quả chế biến nớc
Tách ra đợc.

Tách ra đợc.
Tách ra đợc.
Tách ra đợc.
Không thay đổi
Tách ra đợc
Biến đổi thành sunfat
canxi
Biến đổi thành clorua
canxi
Biến đổi thành

cacbonat canxi

1.3.3. Các loại nớc đá.
1.3.3.1 Nớc đá đục:
Nớc đá đục còn gọi là nớc đá kỹ thuật. Nớc đá đục là do trong nớc có các tạp chất : khí, lỏng,
rắn. Khi đóng băng các chất khí tách ra tạo thành bọt khí và ngậm giã tinh thể đá, do phản xạ ánh
sáng nên nớc đá không trong.

TRONG NC C CHỉA CáC LOạI MUẩI V
CáC CHấT RắN KHôNG HO TAN KHI đNG
BăNG CáC TạP CHấT Bị đẩY VO GIữA, CNG


VO GIữA CâY đá TạP CHấT CNG NHIềU V
CHểNG Bị NGậM GIữA CáC TINH THể đá LM
CHO đá C MU TRắNG đễC.
1.3.3.2 Nớc đá trong suốt:

NC đá TRONG SUẩT đẻC L DO NC đẻC
LM SạCH TRC KHI LM đá VCáC TạP CHấT
LấY đẻC TRONG QUá TRìNH đá KếT TINH. THấNG để SảN XUấT NC đá TRONG SUẩT NGấI TA
Sệ DễNG BIệN PHáP THặI KHí VO đáY KHUôN.
1.3.3.3 Nớc đá pha lê:
Nớc đá pha lê đợc sản xuất từ nớc đã khử muối hoàn toàn và khử khí trớc khi làm đá. Khi tan
đá pha lê không để lại cặn bẩn khối lợng riêng từ 910 920 kg/m3.
1.3.3.4 Nớc đá từ nớc biển:
Nớc đá từ nớc biển đợc sản xuất từ nớc biển có nồng độ cao, nhờ độ mặn cao nên nhiệt độ
nóng chảy thấp hơn 0oC nên đợc sử dụng trong ngành công nghiệp đánh bắt và chế biến hải sản.

1.3.3.5 Nớc đá thực phẩm:

Nguyên liệu là nớc đảm bảo tiêu chuẩn thực phẩm về tạp chất và về vi khuẩn, đặc biệt vi khuẩn
đờng ruột và quá trình sản xuất phải đảm bảo về vệ sinh thực phẩm.
1.3.3.6

Nớc đá khử trùng:

Nớc đá khử trùng đợc sản xuất từ nớc đã khử trùng bằng hoá chất nh hypoclorit canxi, nitrat
natri... và có thêm các chất kháng sinh nh clotetracylin 0,0001 đến 0,0005%. Nớc đá khử trùng dùng
trong công nghiệp cá.
1.3.3.7 Hình dạng nớc đá:
Nớc đá khối có dạng hình hộp chữ nhật hoặc hình chóp cụt, có khối lợng từ 5300 kg/cây tuỳ
theo kích thớc khuôn.


Nớc đá tấm chiều dài 3 6 m, chiều cao 23 m, chiều dày 250 300 mm. Khối lợng 1,5 đến 5,5
tấn đợc sản xuất bằng cách phun nớc lạnh lên các tấm bay hơi có kích thớc tơng tự. Khi độ dày của nớc đá đạt yêu cầu ngời ta nâng nhiệt độ tấm bay hơi lên để tấm đá đợc tách ra.
Nớc đá ống: là các thỏi đá hình trụ rỗng có kích thớc 50 hay 32, các ống đá này đợc dao cắt
tự động cắt ra các thỏi có chiều cao 30100 mm.
Nớc đá mảnh có các kích thớc hình dạng khác nhau độ dày 0,55 mm, đợc sản xuất trên bề mặt
thùng quay và sau đó dùng dao tách ra.

NC đá TUYếT LLOạI NC đá XẩP NH
TUYếT đẻC SảN XUấT TRêN THIếT Bị đá TUYếT.


Chơng 2

Khái lợc các loại máy làm đá

2.1. Bể nớc đá khối

Bể nớc đá khối sử dụng chất tải lạnh là nớc muối. Bể nớc muối đợc chia làm hai ngăn, ngăn lớn
để bố trí các khuôn đá và ngăn nhỏ để bố trí dàn bay hơi làm lạnh nớc muối. Trong bể có bố trí một
bơm nớc muối tuần hoàn mạnh từ dàn bay hơi ra làm lạnh khuôn rồi trở lại dàn bay hơi. Dàn bay hơi
kiểu ống đứng hoặc kiểu xơng cá để tăng khả năng trao đổi nhiệt. Các khuôn đá đợc ghép với nhau
thành linh đá suốt chiều ngang của bể thờng từ 1015 khuôn. Các linh đá chuyển động từ đầu này tới
đầu kia của bể nhờ cơ cấu chuyển động xích. Khi một linh đá chuyển động hết chiều dài của bể là đợc
kết đông xong và đợc nhấc ra khỏi bể thì cơ cấu xích chuyển động dồn tất các linh đá lên chừa ra phía
đầu bể một khoảng hở đủ để đặt một linh đá đổ đầy nớc mới vào. Chuyển động giữa nớc muối tuần
hoàn và các linh đá là ngợc chiều nhau. Khi đá đã kết đông trong khuôn, toàn bộ linh đá đợc cầu trục
nâng ra khỏi bể và thả vào bể làm tan giá. Sau đó cầu trục sẽ nâng linh đá lên đặt vào cơ cấu lật. Do tự
trọng, linh đá lật và các khối đá trợt trên bàn trợt đá để vào kho chứa. Linh đá đợc cầu trục đa tới máy
rót nớc tự động có nhiều vòi đã định sẵn lợng nớc rót cho mỗi khuôn. Sau khi rót nớc xong linh đá đợc đặt vào vị trí phía đầu bể.
Máy lạnh của bể đá thờng là máy lạnh NH3 một cấp, thiết bị ngng tụ là bình ngng ống chùm, dàn
ngng tụ hay dàn tới. Dàn bay hơi kiểu ống đứng hoặc dàn xơng cá. Nớc muối thờng sử dụng là NaCl,
CaCl2, MgCl2.

Để SảN XUấT CáC LOạI NC đá PHA Lê HAY
NC đá TRONG SUẩT THì PHảI PHễ THUẫC VO
CôNG NGHệ LC NC, KHUấY, THặI KHí .... Để
SảN XUấT NC đá TấM THì Sệ DễNG MẫT KHUôN
KIểU TấM C KíCH THC TơNG T KíCH THC
TấM đá SảN XUấT. XUNG QUANH L áO MUẩI
Bẩ TRí KIểU HAI V.
2.2.Phơng pháp Vilbushevich
Phơng pháp Vilbushevich là phơng pháp sản xuất nớc đá nhanh cây đá 25 kg chỉ từ 23 giờ, sử
dụng môi chất lạnh sôi trực tiếp, rút ngắn thời gian kết đông đá bằng cách bố trí một hoặc nhiều ống
hai vỏ có môi chất lạnh sôi trực tiếp bên trong khối đá cần kết đông.


KHUôN đá L MẫT BìNH HAI V HìNH

VUôNG HOặC HìNH CHữ NHậT HOặC HìNH
TRSSN, ậ GIữA KHUôN C Bẩ TRí MẫT ẩNG HAI
V CHO MôI CHấT SôI BêN TRONG. Để Dễ THáO
Dè đá KHUôN đá KHUôN đá C KíCH THC PHíA
DI LN HơN. BêN DI C MẫT NắP Cẩ địNH BằNG
LSS XO HOặC đẩI TRNG. HơI đẻC TạO RA
TRONG BìNH V ẩNG HAI V DẫN Về BìNH
TáCH LNG, HơI HểT Về MáY NéN V LNG
QUAY LạI BìNH HAI V.
KHI LM TAN, GIá LNG đẻC THáO TON
Bẫ VO MẫT BìNH CHỉA SAU đ CHO HơI NNG
Tế BìNH TáCH DầU VO LM TAN BăNG. VI SỉC
NặNG CẹA MìNH CâY đá Mậ NắP RơI XUẩNG
BN TRẻT để đI VO KHO CHỉA.
Có thể bố trí nhiều khuôn

2.3.Phơng pháp Fechner

CáC KHUôN đá HìNH TRễ đẻC Bẩ TRí Cẩ địNH
TRONG Bể NC đẻC LM LạNH TRC TIếP BằNG
MôI CHấT LạNH, đá đẻC KếT đôNG TRêN Bề MặT
KHUôN HìNH TRễ. KHI KHẩI đá đẹ DY NGếNG
CấP LNG CHUYểN SANG CHế đẫ LM TAN GIá,


LP BăNG BáM VO KHUôN TAN RA . CâY đá T
NặI LêN PHíA TRêN NH TêN LệA.

2.4.Phơng pháp Grasso
Bố trí các ống hai vỏ đáy bể nớc. Các ống này tập trung thành từng nhóm và nớc đá đóng băng

trên bề mặt ống. Khi các khối băng đông kết thành cây đá thì quá trình kết đông kết thúc và chuyển
sang quá trình tan giá, cây đá sẽ nổi lên, do không có khuôn nên cây đá không có hình dạng cố định

2.5. Máy đá mảnh Flak-Ice của Crosby Field
Máy gồm một thùng quay hình trụ bên trong là nớc muối lạnh hoặc môi chất lạnh sôi, bên ngoài
là thùng nớc cũng hình trụ

THẽNG QUAY CHUYểN đẫNG THEO CHIềU
KIM đNG H, KHI RA KHI THẽNG NC đã C
MẫT LP BăNG BáM VO BêN NGOI THẽNG V
đẻC TáCH RA KHI Bề MặT đI VO KHO CHỉA.

2.6.Máy làm đá tuyết Pak-Ice của
Taylor
Máy bao gồm một tang trống, hai đầu có hai nắp, phía ngoài có môi chất lạnh sôi, bên trong có
hai lỡi dao nạo quay với tốc độ 250 vòng/phút để nạo đá trên tang trống. Nớc cấp cho máy phải làm
lạnh sơ bộ tới gần 0oC

2.7.Máy làm đá mảnh Short và Raver
2.7.1.Máy đá của Short
Máy gồm một hình trụ hai vỏ đứng, môi chất lạnh sôi ở trong, bên ngoài cách nhiệt. Bên trên
có bố trí bể nớc và có vòi cho nớc chảy đều trên bề mặt trong của hình trụ. Đá hình thành trên bề mặt
đợc nạo bởi hai lỡi dao có răng ca. Máy hiện đại có cải tiến là có trục quay ở giữa có một lỡi dao còn
phía đối diện bố trí vòi phun nớc.
2.7.2.Máy của Raver


Máy gồm một tang trống quay, nằm ngang trong bể nớc. Môi chất lạnh sôi trong tang trống, nớc
đóng băng bên ngoài bề mặt tang trống và đợc các lỡi dao quay hình trục vít nạo ra. Nớc chỉ ngập 2/3
tang trống

2.8.Máy làm đá ống
Máy gồm một bình hình trụ đứng, bên trong bố trí nhiều ống làm đá , n ớc đợc chảy đều trong
các ống, môi chất lạnh sôi ngoài không gian giữa các ống.

Khi làm tan giá sử dụng hơi nóng làm tan lớp băng của các ống đá, đá rơi xuống và đợc dao cắt
theo độ dài yêu cầu.

2.9. Máy làm đá nhỏ.
Các loại máy làm đá nhỏ cỡ vài chục kg tới vài trăm kg/24 giờ là các loại máy hoàn toàn tự
động.
Các loại máy này rất phong phú và đa dạng nhng phổ biến ở hai loại : làm đá cục trong khay và
làm đá mảnh.
Loại làm đá trong khay thì thờng đặt trên một dàn bay hơi kiểu tấm hoặc ống bay hơi đợc bố trí
bên dới.
Loại làm đá mảnh thờng làm đá trên bề mặt trong của một ống bay hơi hình trụ và sử dụng dao
nạo để lấy đá.


Chơng 3
Thiết kế hệ thống sản xuất nớc đá
Vilbushevich
3.1.Giới thiệu máy làm đá Vilbushevich
3.1.1.Giới thiệu chung.

Máy làm đá Vilbushevich làm việc dựa trên nguyên lý làm lạnh trực tiếp. Dàn bay hơi đ ợc thiết
kế ghép chung với khuôn đá để môi chất có thể nhanh chóng lấy nhiệt của nớc, rút ngắn thời gian làm
đá. Do hệ thống làm lạnh trực tiếp nên máy làm đá Vilbushevich có những đặc điểm sau:

- Thời gian làm đá rất ngắn: cây đá từ 25 đến 50 kg chỉ mất từ 25 giờ.
- Hệ thống rất gọn nhẹ: do không phải làm lạnh chất tải lạnh nên giảm đợc chi phí cho bể nớc
muối, bơm nớc muối, nguyên liệu làm chất tải lạnh... Chính vì sự gọn nhẹ này nên máy làm đá
Vilbushevich rất dễ bố trí, chỉ cần một mặt bằng từ 10 đến 15 m 2 là có thể bố trí đợc một máy làm đá
năng suất 400 kg/mẻ, có thể lắp đặt trên tầu đánh bắt cá, các nhà máy chế biến...

- Tổn thất nhiệt rất nhỏ nên rất tiết kiệm năng lợng.

- Ngoài phần máy nén nhập của nớc ngoài thì các bộ phận còn lại đều có thể chế tạo đợc nên
giá thành hạ.

3.1.2. Thiết kế khuôn đá(bản vẽ số 2):
Khuôn đá đợc thiết kế vẫn dựa trên nguyên tắc cơ bản của khuôn đá Vilbushevich là sử dụng
bình hai vỏ và ống hai vỏ vừa là thiết bị bay hơi vừa là khuôn đá nhng có một số cải tiến sau:

+ Bình hai vỏ đợc cấu tạo thành một khuôn đá hình trụ xung quanh khuôn đợc bố trí ống dẫn
môi chất từ trên xuống, ống hai vỏ hình trụ đặt giữa khuôn.

+ Do làm lạnh đồng thời 8 khuôn đá nên sử dụng ống góp lỏng để chia lỏng đều cho tất cả
các khuôn và ống góp hơi để thu hồi hơi môi chất sau thiết bị bay hơi.

+ Bên ngoài khuôn có bọc một lớp cách nhiệt polystyrol. Lớp ngoài cùng là một lớp inox
mỏng để bảo vệ lớp cách nhiệt khỏi va chạm và bị ngấm ẩm.

+ Vật liệu làm khuôn bằng inox có các thông số sau:

Khối lợng riêng : = 7900 kg/m3
Nhiệt dung riêng : CP = 0,05 kJ/kgK
Chiều dày

: = 4 mm

Hệ số dẫn nhiệt : = 16 W/mK

+ Khuôn đá đợc thiết kế hình trụ có đáy trên nhỏ hơn đáy dới có kích thớc sau:

Chiều cao khuôn : H= 0,7m


Đờng kính đáy nhỏ : d1 = 0,3 m
Đờng kính đáy lớn : d2 = 0,34 m
Đờng kính ống hai vỏ : d3 = 0,1 m

Thể tích khuôn :
Vkhuôn = . R2. l = . 0,172 . 0,7 = 0,0635 m3
Thể tích của đá:
Khi thành đá thể tích tăng 9%
Vđ = 0,05 + 0,05.9/ 100 = 0,545 m3
Chiều cao đá:
l = Vđ / .r2 = 0,045/ .0,172 = 0,6 m
Khối lợng đá mất đi do làm tan giá:
G = n.f.. = g. .d.l.. = 8..0,34.0,7.0,0017.900 = 9,15kg
n: số khuôn đá
f : diện tích bề mặt đá
: chiều dày lớp nớc đá bị mất đi
: khối lợng riêng của đá.


3.2. Tính toán cân bằng nhiệt
Với yêu cầu về năng suất làm đá là 50 kg/cây bao gồm 8 khuôn

đá thì năng suất lạnh của máy là:
Qo = Q1 + Q2 + Q3

kW

Q1 : Tổn thất lạnh qua kết cấu bao che
Q2 : Tổn thất lạnh để hạ nhiệt độ khuôn
Q3 : Tổn thất lạnh để đa nhiệt độ của nớc từ nhiệt độ t1 xuống nhiệt độ của đá t2 .
3.2.1Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che:
Lớp cách nhiệt

r2
r1

700

tf,f tR22,R22

Lớp vỏ ngoài bằng inox có chiều dày 1 mm, do chiều dày quá nhỏ
nên khi tính tóan nhiệt có thể bỏ qua.
Lớp cách nhiệt polystyrol :
= 100 mm
= 0,035 W/m.K

r2
r
Ta nhận thấy 1 < 2=> ta có thể tính nhiệt truyền qua vách phẳng với diện tích F đợc tính thông qua
đờng kính trung bình : dm (theo [3])
dm =

1
1
(d1 + d2) = ( 546 + 346 ) = 446 mm
2
2

Ta chọn nhiệt độ môi trờng là nhiệt dộ tháng nóng nhất tại Hà Nội:


Nhiệt độ môi trờng : tf = 37,2o C
Độ ẩm
: = 83%
tra theo đồ thị i_d của không khí ẩm [1]: ta đợc
nhiệt độ đọng sơng : ts = 34,6o C.
Hệ số toả nhiệt về phía không khí : f = 20W/m.K
Hệ số toả nhiệt của môi chất R22 : R rất lớn nên ta có thể coi giá trị:

1
= 0 ; nhiệt độ sôi môi chất tR = - 15o C
R

Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che của 8 khuôn đá : Q1

Q1

=>

Q1

1

1 . ( tf tR )
= q1 .F.8 = 1
+ cn +
f cn R
1
.{ 37,2 ( -15) }= 17,94 W/m2
1
0,1
+
+0
20 0,035

q1

=

F

= .dm.l = .0,446.0,7 = 0.98 m2

= 17,94.0.98.8 = 140,7 W

Giá trị của hệ số truyền nhiệt:

k

=

1

= 0,34W/m2.K
1
0,1
+
+0
20 o,035

Kiểm tra đọng sơng :
ks

= 1.

t1 t s
37,2 34,6
1 W/m2.K
= 20.
t1 t R
37,2 + 15

Vậy không có hiện tợng đọng sơng ( cách nhiệt đủ độ dày ).
3.2.2 Tổn thất lạnh để hạ nhiệt độ khuôn
từ nhiệt độ ban đầu t1 = 30o C ( bằng nhiệt độ ban đầu của nớc) tới nhiệt độ t2 = - 8o C ( nhiệt
độ của đá ) :
Khuôn đá bằng inox với các thông số sau:

= 7900 kg/m3

= 3 mm
CP
= 0,05 kJ/kg.K

= 16 W/m.K
Q2
= 8.G.CP.( t1- t2 )
khối lợng của một khuôn đá: G = .V
V
=>

G

= v1- v2= .l.( 0,1732- 0,172) = 0,0023 m3

= 7900.0,0023 = 18,17 kg
Q2

= 8.18,17.0,05.{30-(-8)} = 276,2 kJ

3..2.3 Tổn thất lạnh để làm đá: đa nớc từ nhiệt độ ban đầu 300 C tới nhiệt độ của đá -80 C.
Q3

= 8. G.[ CPn.(30- 0 ) + qr + CPđ.( 0+ 8)]


Với:

=>

G
CPn
CPđ

qr

= 50kg : khối lợng nớc(đá).
= 4,18 kJ/kg.K : nhiệt dung riêng của nớc.
= 2,09 kJ/kg.K : nhiệt dung riêng của đá.
= 333.6 kJ/kg.K : nhiệt lợng nóng chảy của nớc đá.

Q3

= 8.50.[ 4,18.30 + 333,6 + 2,09.8] = 190288 kJ

125,4kJ
t,oC

333,6kJ 16,72kJ

30oC
0oC

-8oC
q,kJ
Đây là một loại máy làm nớc đá hoàn toàn mới nên cha có công thức tính cụ thể thời gian làm đá,
ta có thể tính gần đúng thời gian làm đá theo công thức sau:

Q3

= q3 . => =

Q3
q3

: thời gian làm đá .

q3

= k.F. t

khuôn

lớp n ớc đá

n ớc

00C

R22 t R22

Việc tính toán đợc lợng nhiệt lấy đợc từ nớc là vô cùng khó khăn bởi vì gặp phải trở ngại là:
nhiệt độ của nớc giảm theo thời gian, khi lớp đá hình thành trên bề mặt khuôn thì sự truyền nhiệt gặp
hạn chế và sự truyền nhiệt cũng thay đổi theo chiều dày lớp nớc đá. Chính vì vậy ta có thể tính toán
gần đúng lợng nhiệt trung bình lấy đợc trong suốt gian làm đá bằng lợng nhiệt lấy đợc của nớc
ở 0o C khi lớp nớc đá dày 2 cm:

q3

t
0 (15)
0,346 + 0,3
= t d .F.8= 0,003
.0,6.8 = 9943,65 W

0,02 ..
+
+
2
t d
16
2,326


t , t : chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của inox
d , d : chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của nớc đá
=>

Q3
190288.10 3
=
= 5,3 h
=
q3 9943,65.3600



So sánh với lý thuyết cây đá 25kg chỉ làm xong từ 2 đến 3 giờ thấy hợp lý.

=>

Q2

=

276,2
= 0,0145 kW
5,3.3600

Tổng năng suất lạnh :

kW.

Q0
= Q1 + Q2 + Q3 = 0,1407 + 0,0145 + 9,943 = 10,1 kW
Để an toàn khi chọn máy ta lấy tăng Q 0 lên khoảng 10%, khi đó tổng năng suất lạnh là 11,15

3.3 Tính chọn máy nén.

Ta đã chọn đựơc nhiệt độ sôi của môi chất R22(hay nhiệt độ bay hơi) là -150 C.

MáY đá đẻC LắP DặT TạI HNẫI VI CáC THôNG
Sẩ Về NHIệT đẫ V đẫ ẩM: THEO BảNG 1_1 [2]

tf = 37,2o C ; = 83%.
theo hình 1_1 [2] ta tra đợc nhiệt độ bầu nhiệt kế ớt t = 35o C
Do sử dụng nớc tuần hoàn qua tháp giải nhiệt để làm mát bình ngng nên ta lấy nhiệt độ nớc vào
bình ngng cao hơn nhiệt độ t từ 35o C. Ta chọn 3o C :
vậy nhiệt độ nớc làm mát vào bình ngng: tw1
tw1 = t + 3 = 35 + 3 = 38o C
Trong hệ thống lạnh này ta sử dụng bình ngng ống vỏ nằm ngang nên chọn nhiệt độ nớc vào và ra khỏi bình ngng
chênh nhau

tw = 5 K
nên nhiệt độ nớc ra khỏi bình ngng: tw2= t1 + 5 = 38+5 = 43o C

Nhiệt độ ngng tụ : tk
Chọn nhiệt độ ngng tụ cao hơn nhiệt độ nớc ra :
Vậy

tk = tw2+

tk= 5 K

tk = 43 + 5 = 48o C

Môi chất lạnh sử dụng cho hệ thống là freôn R22:

Ta tra theo bảng hơi bão hoà của R22 theo nhiệt độ (theo [6] ):
Từ nhiệt độ bay hơi to= -15o C => áp suất bay hơi po = 3 bar
Từ nhiệt độ ngng tụ tk= 48o C => áp suất ngng tụ pk= 18 bar
Tỷ số nén:
=

p k 18
=
=6
po
3

Do tỷ số nén = 6 < 9 => ta chọn máy nén 1 cấp
Từ bảng 3.4 [5] => hệ số cấp = 0,66.
Ta xây dựng chu trình máy lạnh một cấp có quá lạnh quá nhiệt, môi chất R22:
Chọn độ quá nhiệt trong thiết bị hồi nhiệt tqn =t1-t1, = 20 K
=>xác định đợc hiệu entanpi

h1, 1 , ta lấy h33' = h1'1 về phía trái 3 để xác định đợc điểm 3.


Ta xây dựng đợc đồ thị :Hình 1

Ngng tụ

hồi

3

máy nén
nhiệt

tiêt

4

3

1 1

lu

bay hơi

1
3
-15
698

0,078

P,bar
t, oC
h, kJ/kg
v, m3/kg

1
3
5
715
0,088

2
18
98
762
0,03

Năng suất lạnh riêng :
qo

= h1 h4 = 698 541 = 157 kJ/kg

Lu lợng qua máy nén :
m

=

Qo 11,15

=
= 0,07 kg/s
qo
157

Nhiệt thải ở bình ngng tụ :
qk

= h2 - h3 = 762 541 = 221 kJ/kg
Qk = qk.m = 0,071.221 = 15,7 kW

trong đó nhiệt trao đổi ở thiết bị hồi nhiệt:
qhn
= h3 h3 = 558 541 = 17 kJ/kg
Qhn
= m.qhn = 17.0,071 = 1,2 kW
Hệ số lạnh của chu trình:


=

qo
qo
157
=
=
= 3,34
l
h2 h1 762 715

=

Tk To
321 258
=
. =
.3,34 = 81,5%
c
To
258

Hiệu suất exergi :

Công nén riêng :l
l

= h2 h1 = 762 715 =47 kJ/kg

Công nén đoạn nhiệt: Ns
Ns = l.m = 47.0,071 = 3,34 kW
Công nén chỉ thị: Ni

3
18
48
558
0,001

3
18

37
541

4
3
-15
541


Ns
i

Ni =

i = w + b.t o =
=> N i =

To
258
+ 0,01.t o =
+ 0,01.( 15) = 0.79
Tk
321

3,34
= 4,23k Ư W
0,79

Năng suất lạnh riêng thể tích :
qv

=

Thể tích hút thực tế :

qo
157
=
= 1784,1 kJ/m3
v1 0,088

Vt t = mt t.v1 = 0,071.0,088 = 0.0062 m3/s
Thể tích hút lý thuyết :
Vlt =
Công suất hữu ích:

Vtt 0,062
=
= 0,0094 m3/s

0,66

Ne = Ni + Nms
Nms = pms.Vt t ; theo [1] sử dụng máy nén píston thẳng dòng có trị số
pms = 0,034MPa
Nms
= 34.0,094 =0,32 kW
Ne = 4,23 + 0,32 = 4,55 kW
Công suất điện:

Ne
4,55
=
= 5,6 kW
td . el 0,95.0,85
td = 0,95va` el = 0,85 : hiệu suất truyền động của khớp đai và hiệu suất động cơ.
N el =

Dựa vào các thông số đã tính toán đựơc ở trên ta chọn máy nén theo bảng 7.6 [1].
Với các thông số sau:
Ký hiệu máy : 14.
Năng suất lạnh : Qotc = 12,3 kW .
Công suất hữu ích : Ne = 4,9 kW
Khối lợng : 150 kg.
Chiều cao : h = 480 mm.
Chiều rộng : b = 380 mm.
Chiều dài : a = 630 mm.
Thể tích hút lý thuyết : Vlt = 0,011 m3/s .
Số vòng quay = 24 vòng/s .
Đờng kính piton = 67,5 mm .
Số xilanh : 2 .
Số máy nén cần chọn :
Z

=

Qo 11,15
=
=
Qotc 12,3

chọn một máy
công suất d : 12,3 11,15 = 1,15 kW

3.4 Tính chọn bình ngng, tháp giải nhiệt .
3.4.1 Tính chọn bình ngng ( bản vẽ số 4):
Đối với máy làm đá Vilbushevich ta chọn thiết bị ngng tụ là bình ngng ống vỏ nằm ngang kết
hợp với tháp giải nhiệt. Chọn thiết bị ngng tụ kiểu này vì khả năng trao đổi nhiệt hiệu quả cao dẫn đến
kích thớc gọn nhẹ dễ bố trí .
Các số liệu ban đầu để tính toán :
Điều kiện khí hâụ tại Hà Nội
tf = 37,2o C
= 83 %
Nhiệt độ nớc vào tw1= 38o C
Nhiệt độ nớc ra tw2 = 43o C
Nhiệt độ ngng tụ tk = 48o C
Hiệu nhiệt độ nớc làm mát : tw = 5K
Hiệu nhiệt độ trung bình logarit với:
tmax = 48 38 =10 K
tmin = 48 - 43 = 5 K

t tb =

t max t min 10 5
=
= 7,2 K
t max
10
ln

ln
5
t min

Lu lợng nớc qua bình ngng:

mk =

Qk
15,7
=
= 0,75kg / s
Cp n .t w 4,18.5

Chọn ống bình ngng là ống đồng đờng kính trong theo tiêu chuẩn
d1 = 13,2 mm
Đờng kính ngoài của cánh : dc = 21 mm
Đờng kính chân cánh : do = 16,5 mm
Bớc cánh : s = 2 mm
Diện tích cho 1m chiều dài ống:
diện tích bề mặt ngoài : f1 = 0,149 m2/m
diện tích bề mặt trong : f2 = 0,0415 m2/m
Hệ số làm cánh :

=

f1
= 3,6
f2

Chọn tốc độ nớc trong thiết bị : = 1,5 m/s
Số ống trong một lối của bình ngng:


n1 =

4.M n

.d1 . .
2

=

4.0,76
= 3,73
.0,0132 2.992,2.1,5

= 992,2 kg/m3 tra theo nhiệt độ của nớc ở 40o C
lấy n1 = 4
=> chọn lại tốc độ nớc:

=

4.0,76
= 1,4 m/s
4. .0,0132 2.992,2

Xác định hệ số toả nhiệt 2 từ vách trong của ống tới nớc:
Trị số Re của nớc chảy trong ống:
Re =

.d 1,4.0,0132
=
= 28042,5

0,659.10 6

với độ nhớt động lực học

= 0,659.10-6 m2/s ở nhiệt độ 40o C

Re >104 => tính toán ở chế độ chảy rối
Theo công thức của [2]:
Nu = 0,021.Re0,80.Pr0,43
giá trị tiêu chuẩn của nớc ở nhiệt độ 40o C : Pr = 4,31
vậy : Nu = 0,021.28042,50,8.4,310,43 = 142,33
=> hệ số toả nhiệt về phía nớc:

=

Nu.. 142,33.63,5.10 2
=
= 6846,9 Ư W / m 2 ..K
d1
0,0132

Lấy tổng nhiệt trở của vách ống và của lớp cặn bẩn :

i
= 2,6.10 6 m.K/W
i

Phơng trình xác định mật độ dòng nhiệt về phía nớc có kể tới sự dẫn nhiệt trong lớp cặn bẩn.

q=

tv tn

1
+ i
2
i i

có thể coi độ chênh nhiệt độ trung bình ttb là hiệu số giữa nhiệt độ ngng tụ tk và nhiệt độ trung bình
của nớc :
ttb = tk - tn (1)
gọi tu là độ chênh giữa nhiệt độ ngng tụ tk và nhiệt độ vách ống tv
vậy

tu = tk tv (2)

(1) và (2) => tv tn = ttb - tu

=>

t tb t u
= A.( t tb t u )
q2 = 1

i
+
2
i


t tb t u
=
= 2462,74 . ( ttb - tu ) W/m2
1
+ 2,6.10 4
6846,9

A =2462,74
Vì mật độ dòng nhiệt tính theo diện tích xung quanh bề mặt ống trụ, thay đổi theo đờng kính ống và
giá trị nhiệt độ tại tọa độ tính toán nên để xác định mật độ dòng nhiệt tại bề mặt trong của ống q 2 ta
chọn sơ bộ kết cấu bình ngng và một giá trị q2 để tính sơ bộ rồi sau đó kiểm tra lại :
Chọn tu = 0,3ttb => q2 =2462,74( ttb 0,3ttb )
=2462,74.0,7.7,2 = 12412,2 W/m2
Các ống đợc bố trí trên mặt sàng theo đỉnh của tam giác đều và cả chùm ống có dạng lục giác đều với
số ống đặt theo đờng chéo lớn m xác định theo công thức:

m = 0,75.

3

Qk

15,7.10 3
= 5,72

l = 0,75. 3
q 2 .s.d1 .
12412,2.0,027.0,0132.8
D2

s: bớc ống ngang : s =1,3.dc = 1,3. 0,021 = 0,027 m
l/D2 : tỉ số giữa chiều dài ống và đờng kính ống trong của thân bình ngng tụ lấy = 8.
Chọn m = 6 . Đây chính là số hàng ống theo chiều ngang n2= m = 6 , lấy

n2
=3
2

Hệ số toả nhiệt từ phía môi chất ngng tụ tính theo bề mặt trong của ống :

R 22 = 0,72.4

h23 . 2 .3 .g
à ..d1

n2

2

.

0 ,176

.t u

0, 25

R 22 :

.

Các giá trị của lỏng R22 bão hoà ở nhiệt độ 48o C (321 K) theo bảng 7.15 [6]
Mật độ: = 1094 kg/m3
Hệ số truyền nhiệt : = 79,6.10-3 W/m.K
Độ nhớt động lực :

à = 177.10-6 N.s/m2

h23 = h2 h3 = 762 558 = 204 kJ/kg

: hệ số tính đến điều kiện ngng tụ khác nhau trên các bề mặt cánh và bề mặt ống của bề mặt
ngng tụ:



= 1,3 .

f d 0,75 d o f n
.E . +
f f1
l
f1

trong đó : fd- diện tích phần cánh đứng tính theo 1m chiều dài ống :

fd =

(

)

. d c 2 d o 2 .( 0,0212 0,0165 2 )
=
= 0,139m 2 / m
o

35
2.s. cos
2.0,002. cos
2
2


s: bớc cánh ;

= 35o là góc ở đỉnh của tiết diện cánh

fn- diện tích bề mặt phần nằm ngang của ống dài 1 m
fn = f1 fd = 0,149 0,139 = 0,01m2/m
l- chiều cao hiệu dụng của cánh:
2

l = 0,25. .

2

dc do
0,0212 00165 2
= 0,25. .
= 0,0063m
dc
0,021

E hệ số cánh ,đối với cánh thấp E = 1

=>

=>

= 1,3.

R 22

0,139 0,0165 0,01
.1.
+
= 3,24
0,149 0,0063 0,149

(

)

3

204.10 3.1094 2. 76,9.10 3 .9,81 .3-0,167.tu-0,25.3,24
= 0,72.4
177.10 6.0,0165

= 8533,2.tu-0,25 W/m2.K
Mật độ dòng nhiệt về phía môi chất : q1
q1 =

R 22 .t u = 8533,2.t u 0,75

hay q1 = B.tuk = 8533,2.tu0,75
Ta sử dụng quan hệ tích phân của Geraximov [2].
và tìm trị số q2 theo phơng pháp tính lặp.

q2' =

( x 1).q 2 + t tb .B x
x.q 2

x 1

Bx
+
A

x= 1/k = 1/ 0,75 = 1,333
A= 2462,74 ; q2 = 12412,2 W/m2

q2' =

(1,333 1).12412,21,333 + 7,2.8533,21,333
1,333.12412,2

8533,21,333
+
2462,74

0 , 333

= 13285,1

W/m2

Tính lần thứ 2 với q2 = 13258,1 W/m2:

q2' =

(1,333 1).13285,11,333 + 7,2.8533,21,333
0, 333

1,333.13285,1
Sai số của 2 lần tính : q

=

8533,21,333
+
2462,74

= 13286,55

13286,55 13285,1
.100% = 0,01%
13285,1

sai số rất nhỏ nên lấy q2= 13285,1 W/m2
Tổng số ống trong bình ngng : n

W/m2