Đề tài tính toán thiết kế hệ thống máy làm nước đá cây 20 tấnngày

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.............................................................................................................................................8
3.2 Phương pháp tiến hành..........................................................................................................................................8
3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết.............................................................................................................8
3.2.2 Phương pháp thực hiện...............................................................................................................................8

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................................9
4.1. kết quả tính toán.....................................................................................................................................................9

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.....................................................................39

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.
 Dựa vào độ trong của đá:


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH

Nhóm 4

• 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/
Hệ thống có các thiết bị
chính sau:
1- Máy nén: Máy nén 1
cấp, sử dụng môi chất NH3
hoặc R22.
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.

6


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH

Nhóm 4

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 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 .

7


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 0oC.
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 oC xuống nhiệt độ
t2 (thường chọn -5oC).
Vậy nhiệt lượng riêng cần thiết để chuyển 1Kg nước ở nhiệt độ ban đầu t 1 thành
nước đá ở nhiệt độ t2 được tính theo công thức:
q = C pn .( t1 − 0) + L + C pnd ( 0 − t 2 )
/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.
 Không ăn mòn kim loại và các vật liệu khác trong thiết bị.


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH

Nhóm 4

 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
Nồng độ
Nhiệt độ
Thứ
Muối hòa tan
%
Đông đặc
Tự
Khối lượng
1
NaCl
23,1
-21,2
2
CaCl2
29,9
-55
3
MgCl2
20

-35
4
MgSO4
19
-9,9
Trong sản xuất, người ta thường chọn nhiệt độ dung dịch chất tải nhiệt thấp hơn nhiệt
độ để đông đá là 5oC, và cao hơn nhiệt độ đóng băng của dung dịch khoảng 10oC.
Nhiệt độ để đông đá là -5 oC, nên nhiệt độ trung bình của chất tải nhiệt l -10 oC, và
nhiệt độ đông đặc của dung dịch là -20oC.
Cho nên, dung dịch NaCl 23,1% có nhiệt độ đông đặc là 21,2oC, 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 NH3 là thích hợp nhất với hệ thống sản xuất nước đá vì:
 Có năng suất lạnh riêng lớn
 So với Freon thì NH3 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 NH3 rất thấp
Tđđ = - 77,7 0C
Tbh = - 33,35 0C
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 NH3.

10


d. Quy trình sản xuất nước đá
Nước lấy từ

giếng

Xử lý nước

nước

Cấp nước vào bể chứa

Cặn bã

Muối

Hoà tan trong bể

Rót nước vào khuôn

Cho vào bể đá

Đóng băng

Lấy đá thủ công
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.

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 tw1 = 33oC.
- Theo những điều kiện công nghệ ở phần trên, nhiệt độ đóng băng của nước t đđ =
-5oC.
- Nhiệt độ trung bình của nước muối tm = -10oC.
- Nhiệt độ sôi của môi chất lạnh
t o = t m − ∆t = −10 − 5 = −15 o C

/1/

Với hiệu nhiệt độ yêu cầu được chọn là ∆t = 5oC.
- Nhiệt độ nước ra khỏi giàn xối tưới
- Nhiệt độ ngưng tụ của môi chất lạnh
t w 2 = t w1 + ( 2 ÷ 3) = 33 + 3 = 36 o C

/1/

t k = t w 2 + ∆t k = 36 + 5 = 41o C /1/

Trong đó chọn ∆tk = 5oC.

- Nhiệt độ quá lạnh môi chất lạnh

t ql = t k − ∆t ql = 41 − 3 = 38o C

Trong đó độ quá lạnh được chọn ∆tql = 3oC.
- Nhiệt độ quá nhiệt môi chất lạnh
t qn = t o + ∆t ql = −15 + 5 = −10 0 C

chọn ∆tqn = 5oC.

12

Trong đó độ quá nhiệt được


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

t
oC
-15
-10
138
41
41
38
-15

1'
1

2
2'
3'
3
4

p
Mpa
0.2425
0.2425
1.7143
1.7143
1.7143
1.7143
0.2425

υ
m3/Kg

h
KJ/Kg
1739.29
1757.14
2057.14
1775
678.571
664.286
664.286

0.5

p

Năng suất lạnh riêng

h

qo = h1 − h4 = 1757,14 − 664,286 = 1092,86

KJ / Kg

Năng suất lạnh riêng thể tích
qv =

Công nén riêng

qo 1092,86
=
= 2185,71
υ
0,5

l = h2 − h1 = 2057,14 − 1757,14 = 300

KJ / m 3
KJ / Kg

Năng suất nhiệt riêng
q k = h2 − h3 = 2057.14 − 664,286 = 1392,86

KJ / Kg

- Chọn cấp máy nén

Ta có tỷ số nén

p
p

k
0

=

1,71
= 7,125 < 9
0,24

13
qo = h1 − h4 = 1757,14 − 664,286 = 1092,86

KJ / Kg


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
1
2
3
4
5
6
7

bề dày δ

Vật liệu

m

Lớp ximang và đá vữa
Lớp gạch ống và sắt
Lớp ximang và đá vữa
Lớp cách ẩm - giấy dầu
Lớp cách nhiệt - styropore
Lớp cách nhiệt, cách ẩm - bitum
Lớp thép tấm

0.02

0.38
0.02
0.004
δcn
0.1
0.006

hệ số dẫn
nhiệt λ
W/m.K
0.88
0.82
0.88
0.18
0.047
0.18
39

Hệ số dẫn nhiệt của tường
K1 =

1

δ δ
1
1
+ ∑ i + cn +
α 1 i =1 λi λcn α 2
6

Chọn K1= 0,3 W/m2.độ
Bề dày lớp cách nhiệt
6
1  1
δ
1 
δ cn = λcn . −  + ∑ i + 

 K1  α 1 i =1 λi α 214

/2/]

hệ số khếch tán ẩm µ
g/mhMpa
90
105
90
1.35
7.5
0.86
0


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH

Nhóm 4

/2/
Với: Hệ số cấp nhiệt phía ngoài bể α1 = 19,18 W/m2.độ.
Hệ số cấp nhiệt phía trong bể α2 = 813,94 W/m2.độ.

 1  1
0,02 0,38 0,004 0,1 0,006
1 
δ cn = 0,047. − 
+ 2×
+
+
+
+
+

0,88 0,82 0,18 0,18
39
813,94 
 0,3  19,18
= 0,1031 m

Chọn δcn = 0,15 m.
+ Kiểm tra động sương
Với bề dày lớp cách nhiệt ở trên, tính lại hệ số truyền nhiệt K1 = 0,231 W/m2.độ.
Hệ số truyền nhiệt động sương thực tế
k s = 0.95.α 1

t1 − t s
35 − 34
= 0,95 × 19,18 ×
= 0,4049
t1 − t 2
35 − ( − 10 )

W / m 2 .K

Nhiệt độ không khí bên ngoài bể t1 = 35oC.
Nhiệt độ trong bể t2 = -10oC.
Nhiệt độ động sương (tra ở 35oC) ts = 34oC.
Theo trên ta thấy K1 < ks ⇒ 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
Với

Hình 2: cấu tạo nền bể đá
Lớp
1
2
3

Vật liệu
Lớp thép
Lớp cách ẩm cách nhiệt - bitum
Lớp chiệu lực - bêtong

15

bề dày δ
m

hệ số dẫn
nhiệt λ
W/m.K

hệ số khếch tán ẩm µ
g/mhMpa

0.006
0.1
0.2

39
0.18
1.1

0
0.86
30


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH

4
5
6
7
8

Nhóm 4

Lớp cách nhiệt, cách ẩm bitum
Lớp cách nhiệt styropore
Lớp cách ẩm - giấy dầu

Lớp chiệu lực -betong nền
Đất nện đá dăm

0.1
δcn
0.004
0.2
0.1

0.18
0.047
0.18
1.1
0.46

0.86
7.5
1.35
30
30

Hệ số dẫn nhiệt của nền
K2 =

Chọn

1
δ i δ cn 1
+
+

∑
λcn α 2
i =1 λi
7

/2/

K2 = 0.26 W/m2.độ
Hệ số cấp nhiệt phía trong của bể α2 = 813,94 W/m2.độ.

Bề dày lớp cách nhiệt
 1  7 δi
1 

δ cn = λcn 
−  ∑ +
 K 2  i =1 λi α 2 

/2/

 1  0,006
0,1 0,2 0,004 0,2 0,1
1 
δ cn = 0,047.
−
+ 2×
+
+
+
+

+

0,18 1,1 0,18 1,1 0,46 813,94 
 K 2  39
= 0,1001 m

Chọn δcn = 0,2 m
Hệ số truyền nhiệt K2 với bề dày lớp cách nhiệt vừa mới tính toán ở trên
K2 = 0,167 W/m2.độ
So sánh với hệ số truyền nhiệt được chọn ở trên K2tt < K2chọn
Vậy điều kiện được thỏa mãn.
Vì mặt ngoài của của đáy bể đá là nên đất, không tiếp xúc với không khí nên ở đây
ta không cần kiểm tra hiện tượng động sương.
Tương tự như vách của bể đá, mặt trong của nền cũng được lót bằng thép, xem như
cách ẩm hoàn toàn.

b. Tính toán chi phí lạnh cho bể đá /10/
- Kết cấu của bể đá
Năng suất thiết kế bể đá
20 tấn/ngày, đêm.
Khối lượng một cây đá
50 Kg.
Thời gian đông đá
A
τ=
.b0 .( b0 + B )
tm
t m = −10 o C

16

/1/


τ=

4540
× 0,19 × (0,19 + 0,026) = 18,632
− 10

( gio)

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH

Trong đó:

Nhóm 4

Nhiệt độ trung bình của nước đá

Chiều rộng khuôn đá bo = 0,19 m (chọn mặt trên của khuôn).
Đối với bể đá, hệ số

A = 4540

Hệ số

B = 0,026

Tuy thời gian đông đá chỉ là 18,632 giở, nhưng khi thiết kế ta nên chọn thời gian cho

một một mẻ là 24 giờ (1 ngày, đêm), thời gian chọn dư ra không làm tiêu tốn nhiều chi
phí lạnh.
N =.

Số khuôn đá trong một mẻ

M
= 400 khuôn
50

Số khuôn đá trên một linh

Nlinh = 8

khuôn.

Khoảng cách giữa 2 khuôn đá

δkhuôn = 40

mm.

Khoảng cách khuôn đá ngoài cùng với tường

δkhuôn,tường =25

mm.

Số hàng trong bể

m2=50 /2 = 25

hàng.

Khoảng cách giữa 2 hàng

δhàng = 25

mm.

Bề rộng ngăn đặt giàn lạnh

A = 900

mm.

Chiều rộng lắp dặt bộ cánh khuấy

B = 600

mm

Chiều rộng doạn hở cuối bể

C = 500

mm

Bề rộng của bể W = 4160 + A
= 5060 mm.

Chiều dài của bể L = B + C + m2.b
= 12975 mm.
Chiều cao của bể H = 1250 mm

17


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH

Nhóm 4

.

Hình 3: kế cấu bể đá

18


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH

Nhóm 4

Hình 4: kết cấu trong bể đá
- Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che
Q1 = ∑ k i Fi (t f − t m ).24 = 153193,2 Kcal / ngày = 641420 KJ / ngày

Chọn

Hệ số truyền nhiệt qua vách

k1 = 0,231 Kcal/m2.h.độ

Hệ số truyền nhiệt qua nền

k2 = 0.167 Kcal/m2.h.độ

Hệ số truyền nhiệt qua nắp

k3 = 2 Kcal/m2.h.độ

Nhiệ độ của môi trường quanh bể

tf = 35oC

Nhiệt độ trung bình của nước muối

tm = -10oC

Diện tích xung quanh bể

F1 = 2.(W+L+1412).H = 48,62 m2

Diện tích nền

F2 = (W+706). (L+706)= 78,88 m2

Diện tích nắp

F3 = W.L =65,64 m2

- Nhiệt làm đông đá
Q2 = G.10 3. C pn ( t n − 0 ) + L + C pnd ( 0 − t 2 ) = 9471880

[

]

Trong đó: Năng suất thiết kế

KJ / ngày

/2/

G = 20 Tấn/ngày,đêm

Nhiệt dung riêng của nước

Cpn = 4,18 KJ/Kg.độ

Nhiệt độ của nước khi đưa vào khuôn
Nhiệt đông đặc của nước

tn = 31oC
L = 333,564 KJ/Kg

Nhiệt dung riêng của nước đá

Cpnđ = 2,09 KJ/Kg.độ

Nhiệt độ cuối quá trình đông đá

t2 = -5oC

19


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH

Nhóm 4

- Nhiệt làm lạnh khuôn đá
Q3 = nkd .g k .C k .( t f − t m ) = 49357,44 KJ / ngày

/2/
Trong đó
Số khuôn đá trong một mẻ

nkđ = N =400 khuôn

Khối lượng của một khuôn đá

gk = 7,2

Nhiệt dung riêng của thép (vật liệu làm khuôn)

Ck = 0,418

Nhiệt độ của nước khi đưa vào khuôn

tf = 31oC

Nhiệt độ trung bình của nước muối

tm = -10oC

Kg
KJ/Kg.độ

- Nhiệt tổn thất do động cơ cánh khuấy /2/
Q4 =

3600  n

 ∑ N i .η i .ψ i .24 = 250004,8 Kcal / ngày = 1045020 KJ / ngày
4,1860  i


Trong đó
Công suất động cơ của cánh khuấy

Ni = 15

Hiệu suất hoạt động hữu ích của cánh khuấy

ηi = 0,85

Hệ số làm việc của cánh khuấy

ψi = 0,95

Chỉ số i chỉ số cánh khuấy được dùng

i=1

KW

- Nhiệt tổn thất khi tách đá ra khỏi khuôn

Q5 = nkd . f .δ .ρ nd .L = 150,1

KJ / ngày

/2/
Trong đó
Diện tích xung quanh của cây đá /2/

f = 1,25

Bề dày lớp đá tan để có thể tách đá ra khỏi khuônδ = 0,001
Khối lượng riêng của nước đá

ρnđ = 900Kg/m3

Chi phí lạnh (năng suất lạnh)
Qo = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 11207827,54 KJ / ngày

20

m2

m


4.1.4. Chọn máy nén /6/
a. Tính năng suất thể tích thực tế của máy nén
Năng suất lạnh của máy nén cần lắp đặt
Qomn =

k .Qo
= 158,23
b.24.3600

KW

/2/

Trong đó
Hệ số có kể đến tổn thất trên đường ống và thiết bị của hệ thống lạnh
k = 1,11
/2/
Hệ số thời gian làm việcb = 0,91
/2/
Năng suất lạnh riêng
qo = 1092,857 KJ/Kg
Lượng môi chất chạy qua máy nén

Qomn
mtt =
= 0,145 Kg / s
qo

Năng suất thể tích thực tế của máy nén

Vtt = mtt .υ = 0,074

b. Tính năng suất thể tích lý thuyết của máy nén
Hệ số cấp

λ = λc λtl λk λwλr = λi .λw'

/3/

Trong công thức trên có
 P + ∆P
P − ∆Po
k
λi = λc λlt λk = o
− c  k
Po
P

o






/3/

1

m

−

Po − ∆Po 
= 0,7216
Po 


Với
∆Pk = ∆Po = 0,008 Mpa
m = 1 (đối với máy nén NH3 [2])

Và
Vậy

tỷ số thể tích chết

c = 0,04

Áp suất bốc hơi

Po = 0,2425

MPa

Áp suất ngưng tụ

Pk = 1,7143

MPa

λw' = λw .λr =

To − 15 + 273
=
= 0,822
Tk
41 + 273

/3/

λ = 0,593

Năng suất lý thuyết của máy nén
c. Chọn máy nén

Vlt =

Vtt 0,074
=
= 0,125
λ 0,593

m3 / s


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH

Nhóm 4

Theo bảng 7 – 6 [3] chọn máy nén ký hiệu π 110
Đường
Ký
Số
Vòng quay
Vlt
kính pitong
-2
hiệu xilanh
Vòng/s
10 m3/s
mm
π
4
115
24
8,35
110

Dài
mm

Rộng
mm

Cao
mm

Khối
lượng
Kg

950

900

800

770

m3/s

Năng suất lý thuyết của 1 máy nén Vlt = 0,0835
Z MN =

Số máy nén cần dùng cho hệ thống lạnh

Vltt
0,125
=
= 1,5
Vltc 0,0835

máy

Chọn ZMN = 2 máy

d. Chọn động cơ cho máy nén
- Chọn động cơ
• Công nén đoạn nhiệt của máy nén

Với

N s = mtt .l = 84,563

KW

/3/

Công nén riêng của máy nén

• Công nén chỉ thị

Ni =

l = 300

Ns
= 104,831
ηi

KW

/3/

Trong đó: Hiệu suất chỉ thị (hiệu suất có kể đến tổn thất trong)
ηi =

To
+ b.t o = 0,807
Tk

/3/

Với b = 0,001
• Công tiêu tốn do ma sát
Chọn

N ms = Vtt . p ms = 8,32

Pms = 0,059

• Công nén hiệu dụng

KK

Mpa

N e = N i + N ms = 113,15 KW

/3/
• Công suất tiếp điện

N el =

Ne
= 140,12

η tđ .η el

KW

/3/
Trong đó chọn: Hiệu suất truyền động của khớp đai

ηel = 0,85

Hiệu suất của động cơ
Vậy công suất tiếp điện cho mỗi động cơ:
22

ηtđ = 0,95

N el1 =

N el
= 46,71
Z MN

KJ/Kg


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH

Nhóm 4

Chọn tổ hợp động cơ AOπ2 – 91 – 4 theo bảng 7 – 10 [3]
Ký hiệu động cơ

Công suất , KW
Vòng quay, vòng/s
Dài , mm
Rộng, mm
Cao, mm
Chiều dài lắp đặt, mm
Đường kính ống hút, mm
Đường kính ống đẩy, mm

AOπ2 – 91 – 4
75
24,7
2275
1215
1370
2910
100
65

Công suất dự trữ cho tổ hợp máy nén 75 – 46,71 = 28,29 KW
Hệ số dự trữ

75
= 1,61
45,432

- Tính hiệu suất của máy nén

Hiệu suất chỉ thị (hiệu suất có kể đến tổn thất trong)

ηi = 0,807

Hiệu suất có kể đến tổn thất ma sát của các chi tiết máy

ηe =

Hiệu suất có kể đến tổn thất do truyền động

ηtđ = 0,95

Hiệu suất động cơ điện

ηel = 0,85

Hiệu suất của máy nén

η = η i .η e .η tđ .η el = 0,604

/3/

23

Ni
= 0,926
Ne


4.1.5. Tính chọn thiết bị ngưng tụ (kiểu xối tưới)

Ưu điểm

- Hiệu quả trao đổi nhiệt cao, hệ số truyền
nhiệt đạt 700 ÷ 900 W/m2.K.
- Cấu tạo đơn giản, chắc chắn, dễ chế tạo
và có khả năng sử dụng cả nguồn nước
bẩn vì dàn ống để trần rất dễ vệ sinh.
- So với bình ngưng ống vỏ, lượng nước
tiêu thụ không lớn.

Nhược điểm
- Trong quá trình làm việc, nước bắn tung
toé xung quanh, nên dàn chỉ có thể lắp đặt
bên ngoài trời, xa hẳn khu nhà xưởng.
- Dàn ngưng kiểu tưới tiêu thụ nước khá
nhiều do phải thường xuyên xả bỏ nước.
- Dàn ống không được nhúng kẽm nóng
sẽ rất nhanh chóng bị bục, hư hỏng.
- Hiệu quả giải nhiệt chịu ảnh hưởng của
môi trường khí hậu.

a. Mật độ dòng nhiệt phía ngoài

Đồ thị 15: đồ thị biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ của các dòng
khi qua thiết bị ngưng tụ


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT LẠNH

Nhóm 4

Nhiệt độ nước vào

tw1 = 33oC

Nhiệt độ nước ra

tw2 = 36oC

Nhiệt độ ngưng tụ

tk = 41oC
∆t tb =

Hiệu nhiệt độ trung bình

∆t 2 − ∆t1
= 6,383o C
∆t 2
ln
∆t1

twtb = 34,5oC

Nhiệt độ trung bình của nước
Các thông số của nước ở nhiệt độ trung bình
Khối lượng riêng

ρ = 994

Kg/m3

Hệ số dẫn nhiệt

λ = 0,626

W/m.độ

Độ nhớt động học

ν = 7,35 x 10-6

m2/s

Nhiệt dung riêng

Cpn = 4,19

KJ/Kg.độ

Độ nhớt động lực học

µ = 7,306 x 10-4

Pa.s

Chuẩn số

Pr = 4,865

Lấy tiêu hao nước cho 1 m ống

ml = 0,2
µ .ml
δ = 1.94.3
= 0,000479 m
g.ρ 2

Chiều dày màng nước chảy trên ống

Kích thướt hình học d = 4.δ = 0,001917

Kg/s.m
/6/
/6/

m
m

Tốc độ trung bình của màng nước trên ống
ω = l = 0,4198 m / s /6/
ρ .δ
ω.d
Re =
= 1095,005
Chuẩn số
ν
Chọn tỷ số giữa số bước ống và đường kính ống 1,7 ÷ 2, ta có
Chuẩn số

Nu = 0,1. Re 0.63 . Pr 048 = 17,564
Nu.λ

α2 =
= 5735,756
d
Hệ số tỏa nhiệt phía nước

Mật độ dòng nhiệt về phía nước

qn =

/6/
W / m 2 .K

∆t 2

1
δ
+∑ i
α2
λi

Trong đó
Đường kính trong của ống

dt = 50 mm

Đường kính ngoài của ống
25

dn = 57 mm