TÍNH TOÁN THIẾT kế hệ THỐNG bể đá cây

NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG
ĐỀ TÀI:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BỂ ĐÁ CÂY
Công suất : 15 tấn /mẻ
 Sản phẩm : đá cây
 Điểm đặt : thành phố Hải Phòng
 Môi chất sử dụng :NH3


Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 1


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 2


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________

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 đề 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 :-200C,
-300C…làm cho nước trong ao, hồ, sông, suối, …bị đông băng.
Cho đến khi ngành lạnh ra đời, và bắt đầu phát triền mạnh trên thế giới thì con người
sử dụng kỷ thuật lạnh trong nhiều mục đích khác nhau củamình, 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…),tùy theo
yêu cầu sử dụng và điều kiện sản xuất thực tế.
Vì nước đá có ý nghĩa quan trọng trong đời sống ,nên khi nhận được đề tài “thiết kế bể
đá cây năng suất 15 tấn \mẻ”em cảm thấy rất thích thú và thực tế.
Từ trước đến nay , nói đến nước đá ai cũng biết ,nói đến làm nước đá người ta chỉ nghĩ
đơn giản là hạ nhiệt độ xuống thấp để nước đống băng , nhưng để làm được điều đó thì đòi

hỏi người kỹ sư phải tính toán và thiết kế ra được những khiết 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 kỷ sư không phải chỉ có kiến thức về kỹ thuật mà đòi hỏi và tính đến
tính kinh tế khi xây dựng một phân xưởng .Trong khuôn khổ đồ án 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 Trí đã giúp em hoàn thành đồ án này .
Em xin chân thành cảm ơn thầy Trí và thầy cô bộ môn điện lạnh đã giúp đỡ em hoàn
thành đồ án này.

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 3


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

CHƯƠNG I : SƠ LƯỢC NƯỚC ĐÁ CÂY
Nước đá cây có vai trò quan trọng trong đời sống và trong công nghiệp.Trong công
nghiệp người ta sử dụng nước đá cây để bảo quản ướp lạnh thực phẩm , dùng cho các tàu
đánh bắt thủy hải sản ...., trong đời sống nước đá được sử dụng để phục vụ cho nhu cầu giải
khát, giải trí ...
Trong công nghiệp chế biến nước đá, nước đá thường được sản xuất dưới nhiều dạng
tùy theo nhu cầu sử dụng như : đá cây, đá vảy, đá tấm ...ở đây chúng ta chỉ nghiên cứu hệ
thống sản xuất đá cây.

Phương pháp sản xuất đá cây là một phương pháp đã dược ứng dụng từ lâu và có những
ưu nhược điểm nhất định sau đây :
 Ưu điểm:
Vì có dạng khối lớn nên có khả năng tích trữ lâu,tiện lợi cho việc vận chuyển đi xa và
dùng để bảo quản thực phẩm lâu ngày.Phương pháp sản xuất đơn giản, các thiết bị dùng
cho hệ thống có thể chế tạo được ở trong nước và không đòi hỏi các thiết bị đặc biệt.
 Nhược điểm :
Chi phí vận hành lớn do phải trải qua nhiều khâu trung gian như: vào nước,ra đá,vận
chuyển...chi phí nhân công lao động ...chi phí đầu tư ban đầu lớn :chi phí xây dựng bể đá, bể
nhúng ,kho bảo quản sản phẩm...Tổn thất nhiệt lớn do quá trình từ sản xuất đến sử dụng phải
trải qua nhiều khâu trung gian.
I. Phương án sản xuất:
Ngày nay do kỹ thuật lạnh phát triển mạnh mẽ nên có nhiều loại nước đá được sản xuất
cũng như có nhiều phương pháp, máy móc thiết bị khác nhau để sản xuất chúng.
Đối với hệ thống sản xuất nước đá cây có hai phương pháp sản xuất chủ yếu đó là làm
lạnh trực tiếp và làm lạnh gián tiếp qua chất tải lạnh là dung dịch nước muối.
Hệ thống làm lạnh trực tiếp có ưu điểm là thời gian sản xuất nhanh nhưng năng suất bị
giới hạn, chỉ thích hợp với những hệ thống có công suất nhỏ.
Do yêu cầu của đồ án với bể đá có công suất 15 tấn/ mẻ nên chúng em chọn phương án:
làm lạnh gián tiếp qua nước muối.
Phương pháp này có ưu điểm lớn là cấu tạo, vận hành đơn giản. Hiện nay hầu hết các
cơ sở sản xuất nước đá cây đều chọn phương pháp này.

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 4


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

II. Chất tải lạnh:
Nước muối CaCl2
 Ưu điểm:
- Hệ số truyền nhiệt lớn.
- Rẻ tiền, dễ kiếm, không gây độc hại cho con người và môi trường.
 Khuyết điểm:
- Dễ gây ăn mòn thiết bị.
- Phải thường xuyên kiểm tra nồng độ nước muối của dung dịch để tránh hiên
tượng đóng băng chất tải lạnh.
III. Môi chất sử dụng trong hệ thống: NH3
 Ưu điểm:
- Không gây ăn mòn thiết bị chế tạo từ thép, kim loại đen chế tạo máy nhưng ăn
mòn đồng và các hợp kim của đồng. Vì vậy không sử dụng đồng và các hợp kim
của đồng trong hệ thống amoniac.
- Có mùi đặc trưng nên dễ phát hiên khi rò rỉ.
- Không hòa tan dầu bôi trơn máy nén.
- Rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển và bảo quản.
 Nhược điểm:
- Độc hại đối với con người và môi trường.
- Trong không khí nêu có chứa một lượng NH3 nhất định có thể bắt lửa gây nổ, hỏa
hoạn.

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 5


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

CHƯƠNG II: CÁC YÊU CẦU BỐ TRÍ MẶT BẰNG VÀ KẾT CẤU BỂ
ĐÁ

I. Bố trí mặt bằng xưởng làm nước đá:
Cần tính toán sao cho tiết kiệm được diện tích mặt bằng, vốn đầu tư là thấp nhất nhưng
hiệu quả sử dụng là cao nhất.
Bố trí hợp lý mặt bằng phân xưởng, máy và thiết bị, bể đá, kho bảo quản ( nến có), hiên
ô tô xuất đá đáp ứng được các yêu cầu về an toàn lao động, phòng chống cháy nổ, khả năng
xử lý khi xảy ra sự cố ....
Khoảng cách lắp đặt các thiết bị, máy móc phải thuân tiện cho việc vận hành, bảo
dưỡng, sửa chữa.
Mặt bằng bố trí thiết bị phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: công suất của bể đá, kích
thước của bể đá và các phòng chức năng như: phòng máy, hiên ô tô xuất đá...
II. Kết cấu tường, nền và nắp bể đá :
1. Kết cấu sơ bộ và quy trình sản xuất:
Bể đá gồm 1 bể nước muối dược chia làm 2 ngăn : 1 ngăn đặt dàn lạnh còn 1 một ngăn
đặt các khuôn làm đá. Nước muối tuần hoàn trong bể nhờ bơm tuần hoàn. Nước muối từ
trong ngăn cây đá được bơm đẩy vào ngăn có dàn bay hơi (dàn lạnh xương cá hoặc dàn
lạnh ống đứng ). Ở đây nước muối được làm lạnh và được đẩy vào ngăn cây đá. Các cây đá
thường được bố trí thành các linh đá ,các linh đá có từ 5 đến 7 khuôn đá tùy theo cỡ bể .
Các linh đá chuyển động trong bể nhờ hệ thống vít đẩy và chuyển động ngược chiều
với nước muối .Khi đã thành đá ,cả linh đá sẽ được cầu trục nâng lên khỏi bể đưa sang
nhúng vào bể tan giá trong khoảng từ 2 đến 4 phút sau đó được đưa lên bàn lật để tháo
khuôn .Khuôn đá được đưa đến hệ thống vòi rót tự động. Nước được đổ đầy khoảng 90%
khuôn(khi làm lạnh nước giãn nở không tràn ra bể làm giảm nồng độ nước muối dẫn đến
tổn thất nhiệt) rồi linh đá được đưa đến đầu kia của bể, khi linh đá chuyển động hết chiều
dài của bể là đã sẵn sàng để ra khuôn.

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 6


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

2. Kết cấu tường bao :
Bể thường được xây bằng gạch đỏ sau đó được bọc cách ẩm và cách nhiệt,lớp trong
cùng là lớp thép tấm dày từ 5 đến 6mm.Có thể bố trí các lớp kết cấu theo sơ đồ sau :
TT

Lớp vật liệu

1
2
3
4
5
6
7
8

Lớp vữa xi măng
Tường gạch
Lớp vữa xi măng
Lớp hắc ín quét liên tục

Lớp giấy dầu chống thấm
Lớp cách nhiệt (polystirol)
Lớp giấy dầu chống thấm
Lớp thép tấm

Độ dầy
δ(mm)
10
110
10
1
2
2
5

Hệ số dẫn nhiệt λ
(w/m.k)
0,93
0,82
0,93
0,18
0,18
0,047
0,18
45,3

Hệ số dẫn ẩm
μ (g/mhMpa)
90
105

90
0,86
1,35
7,5
1,35

Mặt cắt tường bao

Hình 2.1: Mặt cắt tường bao

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 7


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

Chú thích :
1.lớp vữa xi măng
2.lớp tường gạch
3.lớp hắc ín dán giấy dầu
4.lớp cách nhiệt polystirol
5.lớp thép tấm
Tổng chiều dày các lớp của kết cấu tường:
   i   cn   2.0,01  0,11  0,001   2.0,02  0,005  0,2 0,34 m =340 mm
3. kết cấu cách nhiệt nền :
Nền bể được kết cấu như sau :dưới cùng là lớp đá làm nền và đất đầm kỹ sau đó là lớp
bê tông đá dăm M200 dày 150 200 mm,lớp cách ẩm bằng hắc ín dày 1mm,lớp giấy dầu

dày 1  2 mm ,lớp cách nhiệt polystirol ,lớp giấy dầu dày 1 � 2 mm,lớp bê tông cốt thép
dày 66 �100 mm,lớp cát lót mỏng dày từ 10  15 mm và cuối cùng là lớp vỏ bể bằng thép
tấm dày 5  6 mm.
TT

Lớp vật liệu

Chiều dày
(mm)

1
2
3
4
5
6
7
8
9

Lớp thép tấm
Lớp cát lót mỏng
Lớp bê tông cốt thép
Lớp giấy dầu chống thấm
Lớp cách nhiệt
Lớp giấy dầu chống thấm
Lớp hắc ín quét liên tục
Lớp bê tông đá dăm
Đá làm nền và đất đầm kỹ

5
10
100
2
2
1
150

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Hệ số dẫn
nhiệt λ
(w/m.k)

Hệ số dẫn
ẩm(g/mhMPa)

1,6
0,18
0,047
0,18
0,18

30
1,35
7,5
1,35
0,86
30

Trang 8


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

Mặt cắt nền bể:

Hình 2.2: Mặt cắt nền bể
Chú thích :
1. lớp thép tấm
2. lớp cát lót mỏng
3. lớp bê tông cốt thép
4. lớp giấy dầu
5. lớp cách nhiệt polystirol
6.lớp hắc ín dán giấy dầu
7.lớp bê tông đá dăm M200
8.lớp đá làm nền và đất đầm kỹ
Tổng chiều dày của các lớp kết cấu nền :
   i   cn  5  10  100  2  2  1  150  200 470 mm = 0,47 m
4.kết cấu nắp bể đá :
Để tiện lợi cho việc ra đá, nắp bể đá được đậy bằng các tấm gỗ dày 30 mm. T rên cùng
được phủ lớp vải bạt do đó tổn thất nhiệt qua nắp bể đá khá lớn.

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 9

NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

III. Xác định chiều dày lớp cách nhiệt và kiểm tra đọng sương:
1. tính chiều dày lớp cách nhiệt:
Từ công thức tính hệ số truyền nhiệt k cho vách phẳng nhiều lớp :

k=



1
n


1
1
  i  cn 
 1 i 1 i  cn  2

 cn

n
1  1

1   (m)
 
 cn   
 i 

k




2 
 1 i 1 i

Trong đó :
K: hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh ,tra bảng 3-3 sách “HƯỚNG
DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH” –Nguyễn Đức Lợi, chọn k = 0,23 (w/m 2.k)
cn :hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu cách nhiệt ,đối với vật liệu là polystirol tra bảng 3-1
ta tìm được cn =0,047 W/m.k
 1 : hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài (phía nóng)tới tường cách nhiệt .Tra bảng
3-7 sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH” chọn  1  23,3 (W/m.k)
 2 :hệ số tỏa nhiệt bên trong bể đá, tỏa nhiệt khi nước muối chuyển động ngang qua
vách đứng .Tra bảng 3-7 chọn  2 = 8 W/m2.k
 i :bề dày của lớp vật liệu xây dựng thứ i (m).
i : hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu xây dựng thứ i.


 1
 cn 0,047 

0
,
23


2.0,01 0,11 0,001 2.0,002 0,005 1  

 1





   0,18 (m)

0,18
45,3 8  
 23,3 0,93 0,82 0,18

Chiều dày lớp cách nhiệt phải lấy lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã tính được theo kích
thước tiêu chuẩn. Ta chọn tổng chiều dày lớp cách nhiệt là 200 mm với 2 lớp x 100 .
 Tổng chiều dày của tường bao:

 

i

  cn  2.0,01  0,11  0,001  2.0,002  0,005   0,2 0,34 (m)

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 10


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

Hệ số truyền nhiệt thực kt qua các lớp :
1
1
kt 

0,2 W / m 2 .k
n
1
0,04 0,22 0,001 0,004 0,05
0,2
1
 
1
1







  i  cn 
0,18 45,3 0,047 8
 1 i 1 i cn  2 23,3 0,93 0,82 0,18
2. Tính kiểm tra đọng sương :
Tra bảng 1-1 sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH” –Nguyễn Đức Lợi,
ta tìm được nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất ở Hải Phòng là 37oC, độ ẩm trung bình φ
=79,5% .Tra đồ thị h-x ta sẽ tìm được : ts =31,5oC và tư =33oC.
Để không đọng sương bề mặt bên ngoài bể đá hệ số truyền nhiệt thực phải thỏa mãn

điều kiện sau:
k t 0,95. 1

Trong đó :

t1  t s
t1  t 2

t1 nhiệt độ không khí bên ngoài ,t1= 37oC
t 2 nhiệt độ bể, t2 =-7oC
t s nhiệt độ đọng sương ứng với t1 = 37oC

 k t 0,95.23,3.

37  32,5
 k t 2,67
37    1

Với kt =2,12 đã tính được ở trên, vậy vách ngoài của bể đá không bị đọng sương.

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 11


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC BỂ ĐÁ

Để xác định được kích thước của bể đá phải căn cứ vào số lượng, kích thước của cây
đá, linh đá, dàn lạnh và cách bố trí dàn lạnh, loại khuôn đá, hệ thống tuần hoàn nước muối
trong bể ...
I.Xác định số lượng và kích thước khuôn đá:
Số lượng khuôn đá dược xác định dựa vào năng suất bể đá và khối lượng cây đá :
N=

M
m

Trong đó :
M :khối lượng đá trong bể ứng với một mẻ (kg) chính là năng suất của bể :
M=15000 kg
m: khối lượng của mỗi cây đá (kg).
m=50 kg
N: số lượng khuôn đá .
Kích thước và khối lượng khuôn đá có thể lấy theo kích thước tiêu chuẩn theo bảng 612 sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH” –Nguyễn Đức Lợi :
Khối
lượng cây
đá
Kg
3,5
12,5
25
50

Khối
lượng
khuôn
Kg

3
8,6
11,5
27,5

Kích thước khuôn

Thời gian
đông đá

Cao
mm

Đáy lớn
mm

Đáy bé
mm

h

300
1115
1115
1115

340x60
190x110
260x130
380x190

320x40
160x80
280x110
340x160

4
8
12
16

Đối với các hệ thống máy đá cây có công suất lớn (trên 5 tấn / mẻ) đều sử dụng khuôn
đá loại 50 kg/cây đá .
N=

M 15000

300 (khuôn)
m
50

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 12


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

II. xác định số lượng – kích thước linh đá:
Các khuôn đá được bố trí thành các linh đá, mỗi linh đá gồm có nhiều khuôn. ở đấy
chúng ta sử dụng loại linh đá có 7 khuôn đá x50kg/cây đá .
Số lượng linh đá được xác định:
m1 

N
n1

với:

m1 :số lượng linh đá
n1 :số khuôn trên 1 linh đá
N :số khuôn đá

m1 

300
42,8 chọn m1 43
7

Khoảng cách giữa các khuôn đá trong linh đá lá 225 mm, hai khuôn hai đầu cách nhau
40 mm để móc cẩu, 25 mm hai đầu là khoảng cách từ linh đá đến thành trong của bể.
Chiều dài mỗi linh đá :
L n1 .225  2.75  2.40 7.225  150  80 1805 mm
Chiều rộng của linh đá :425 mm
Chiều cao của linh đá:1150 mm
25

75

40

225

225

225

25

225

425

3

40

225

75

2
1

1805

Hình 3.1: Kích thước linh đá có 7 khuôn
Trong đó:

1. Khung linh đá
2. Vị trí móc cẩu
3. Khuôn đá 50 kg
III. Xác định các kích thước bên trong bể đá :
Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 13


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

Kích thước bể đá phải đủ để bố trí các linh đá, dàn lạnh, bộ cánh khuấy và các khe hở
cần thiết để nước muối chuyển động tuần hoàn. Có hai cách để bố trí dàn lạnh: bố trí dàn
lạnh một bên, khuôn đá một bên và cách thứ hai hay được sử dụng hơn đó là bố trí dàn
lạnh ở giữa bể (có độ rộng từ 600-900mm) hai bên bố trí hai dãy linh đá đối xứng, cách này
có ưu điểm là có hiệu quả truyền nhiệt cao và tốc độ nước muối chuyển động cũng đồng
đều hơn .
1. Xác định chiều rộng bể đá:
W 2.L  4  A
W :Chiều rộng của bể.
L :Tổng chiều dài của hai linh đá bố trí hai bên dàn lạnh (mm)
 :Khe hở giữa linh đá và vách trong của bể đá (mm)
A :Chiều rộng cần thiết để lắp đặt dàn lạnh, từ 600-900mm, đối với bể đá có công
suất 15 tấn/mẻ chọn A = 900.
 W 2.1805  4.25  900 4610 (mm).
2.Xác định chiều dài bể đá :
l B  C  m2 .b

B: Chiều rộng các đoạn hở lắp đặt bộ cánh khuấy và và tuần hoàn nước, chọn B
=600 mm
C: Chiều rộng đoạn hở cuối bể, C = 500 mm.
b :Khoảng cách giữa các linh đá được xác định dựa trên độ rộng của linh đá và
khoảng hở giữa chúng: b = 425  50 475 mm.
m2 : Số linh đá dọc theo chiều dài trên một dãy , với m1 43 linh đá, bố trí dàn lạnh
ở giữa, các linh đá được bố trí thành hai dãy đối xứng vậy số linh đá trên một dãy m=22
 l 600  500  22.475 11550 mm
3. Xác định chiều cao của bể đá :
Chiều cao của bể đá phải đủ lớn để có khoảng hở cần thiết giữa đáy khuôn đá và bể.
Mặt khác phía trên linh đá là một khoảng hở cỡ 100mm, sau đó là lớp gỗ dày 30mm dùng
làm nắp bể. Đối với các bể có công suất từ 5 tấn/mẻ trở lên thường có tổng chiều cao là
1250 mm.
Bảng thông số kích thước bên trong của bể:
Số khuôn đá
300
Tổng số linh đá
43
Số dãy linh đá
2
Số linh đá trên một dãy
22
Độ hở giữa các linh đá (mm)
50
Bề rộng A (mm)
900
Chiều dài (mm)
11550
Chiều rộng (mm)
4610

Chiều cao (mm)
1250

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 14


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

Kích thước linh đá :
Số khuôn/linh đá
Bề dài (mm)
Bề rộng (mm)
Chiều cao (mm)

7
1805
425
1150

Kích thước khuôn đá :
50
27,2
1115
380 x 190
340 x 160

1925

A

1925

Khối lượng cây đá (kg)
Khối lượng khuôn đá (kg)
Chiều cao (mm)
Đáy lớn (mm)
Đáy bé (mm)

600

m2 x 425

500

Hình 3.2: Bố trí bể đá với linh đá 7 khuôn đá

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 15


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

IV. Xác định thời gian làm đá :

Thời gian làm đá cây được xác định theo công thức :


Trong đó :

A
.b0 . b0  B 
tm



: thời gian làm đá (giờ).
t m : nhiệt độ trung bình trong bể (oC), chọn t m = -7oC.

b0 : chiều rộng khuôn đá (m), lấy cạnh ngắn nhất của tiết diện lớn nhất của khuôn. b0 =
0,19 m
A,B là các hằng số phụ thuộc vào tỉ số n =
đáy lớn khuôn đá  n 
 

a0
, là tỉ số giữa cạnh dài và cạnh ngắn của
b0

380
2 .Với n = 2 chọn A = 4540 và B = 0,026
190

4540
.0,19. 0,19  0,026 26,6 ( giờ)

 7

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 16


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

CHƯƠNG IV: TÍNH NHIỆT BỂ ĐÁ
Dòng nhiệt tổn thất qua bể đá được tính bằng công thức :
Q = Q1+Q2+Q3+Q4+Q5 (w).
Q1: dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của bể .
Q2: dòng nhiệt để làm lạnh khuôn và đông đá
Q3: dòng nhiệt do thông gió (ở đây bằng 0).
Q4: dòng nhiệt do vận hành.
Q5: dòng nhiệt do sản phẩm hô hấp (ở đây bằng 0).
I. Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che:
Vì bể đá được đặt trong nhà xưởng nên khả năng bị tổn thất nhiệt do bức xạ mặt trời rất
ít, vì vậy tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che chủ yếu gồm 3 thành phần :
Nhiệt truyền qua tường bể đá :Q11
Nhiệt truyền qua nắp bể đá :Q12
Nhiệt truyền qua nền bể đá :Q13
 Q1 = Q11 + Q12 + Q13
Tổn thất lạnh qua kết cấu bao che được xác định theo công thức 4-2 trang 106 sách
“HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH” –Nguyễn Đức Lợi :
Q  k t F  t1  t 2 

Trong đó :
k t : hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che.
F : diện tích bề mặt của kết cấu bao che.
t1 : nhiệt độ môi trường bên ngoài.
t 2 : nhiệt độ trong bể.

1. Xác định độ chênh lệch nhiệt độ :
Đối với tường ngăn :  t  t1  t 2 là độ chênh lệch nhiệt độ giữa không khí bên ngoài bể
và bên trong bể. Theo bảng 1-1 sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH” –
Nguyễn Đức Lợi, t1 được chọn là trung bình cộng nhiệt độ tối đa ghi nhận được của tháng
nóng nhất: t1 37oC, nhưng do bể đá được đặt trong nhà xưởng nên ta lấy thấp hơn 4-5oC
(chọn = 5)  t1 = 32oC.
Nhiệt độ bên trong bể là :-7oC   t 32  ( 7) 39 oC
Đối với nắp bể  t là độ chênh lệch nhiệt độ giữa không khí bên ngoài bể với lớp không
khí bên trong bể (dưới nắp bể ),nhiệt độ lớp không khí này lấy chênh lệch với nhiệt độ của
bể vài độ (chọn bằng 5oC )   t 32    5 37 oC
Đối với nền bể,  t 32  ( 7) 39 oC

2. Các kích thước của bể đá :
Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 17


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

Các kích thước đã tính được đều là kích thước bên trong, muốn tính kích thước bên ngoài
ta phải cộng thêm chiều dày của các lớp kết cấu tường .Chiều dài và chiều rộng của kết cấu

tường được tính từ tâm của các tường bao:
chiều dài =11550 + 340 = 11890 mm =11,890 m
chiều rộng =4610 + 340 = 4950 mm = 4,950 m
chiều cao của bể đá được tính từ mặt nền ngoài đến thành bể :
chiều cao = 1250   n 1250  470 1720 mm = 1,72 m
Tổng diện tích của các mặt tường bao ;
Ft  2.11,890  4,950  .1,72 57,9 m2
Diện tích của nắp và của nền bể được xác định theo kích thước bên trong bể đá :
F 11,550.4,41 50,93 m2
3. Hệ số truyền nhiệt thực tế qua các bề mặt bao che:
Đối với kết cấu tường :kt = 0,2 W/m2.k
Đối với nắp bể :

Kn 

1
1 
1
 
1   '2

 1 : hệ số tỏa nhiệt bên ngoài từ không khí trong nhà xưởng lên nắp bể,W/m2k
 ' 2 : hệ số tỏa nhiệt bên trong, từ nắp bể đá ra lớp không khí dưới nắp bể, W/m 2k
Tra bảng 3-7 sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH” –Nguyễn Đức Lợi,
ta chọn
 1 = 23,3 W/m2k và  ' 2 = 7 W/m2k.
 : chiều dày lớp nắp bằng gỗ :  = 30 mm
 : hệ số dẫn nhiệt của gỗ :  = 0,2 W/m.k
1
 Kn

2,978
1
0,03 1


23,3 0,2 7
Đối với nền bể : hệ số truyền nhiệt thực tế qua nền lấy theo giá trị của hệ số truyền
nhiệt quy ước:
Vùng rộng 2m dọc theo chu vi tương bao : kt = 0,47 W/m2k
Vùng rộng 2m tiếp theo : kt = 0,23 W/m2k
Vùng còn lại : kt = 0,12 W/m2k
 k n 0,47  0,23  0,12 0,82 W/m2k

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 18


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

Tổn thất lạnh :
STT Tên kết
Kích thước(m) Fi (m2) Ki
cấu
(W/m2k)
1
Tường
11,890 x 4,950 45,8

0,2
2
Nắp
4,41 x11,550
36,27
2,978
3
Nền
4,41 x 4,610
36,27
0,82
Tổng : Q1 = 357,24+ 3996,44+ 1159,91 = 5513,59

 t ( oC)

Q (w)

39
37
39

357,24
3996,44
1159,91

II. Nhiệt để đông đá và làm lạnh khuôn đá : Q2
Q2 Q21  Q21

1. Dòng nhiệt làm lạnh nước đá: Q21
Q21 = E.

q0
(w)


E : Năng suất bể đá ( kg/mẻ)
 : thời gian đông đá ( giây),  = 26,6.3600 = 95760 giây
q 0 : nhiệt lượng cần để làm lạnh 1 kg nước từ nhiệt độ ban đầu đến khi đông

đá hoàn toàn, q 0 được xác định theo công thức :
q 0 C pn t1  r  C pd t 2
C pn : nhiệt dung riêng nước, C pn = 4186 J/kg
r : nhiệt đông đặc của nước đá, r = 333600 J/kg
C pd :nhiệt dung riêng của nước đá, C pd = 2090 J/kg
t1 : nhiệt độ đầu vào của nước, chọn t1 = 30oC
t 2 : nhiệt độ của cây đá, chọn t 2 = -7oC
 q 0 4186.30  333600  2090  7 473810 (J/kg)
 Q21 15000

473810
 74218,35(W)
95760

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 19


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

2. Nhiệt độ làm lạnh khuôn đá : Q22
Q22 m

C pk  t k 1  t k 2 


m : tổng khối lượng khuôn đá (kg), m = 300.27,2 = 8160 kg
C pk : nhiệt dung riêng của khuôn, C pk = 460 J/kg (khuôn làm bằng thép)
t k1 : nhiệt độ ban đầu của khuôn bằng nhiệt độ ban đầu của nước = 30oC
t k 2 : nhiệt độ khuôn sau khi nước đá đã hoàn thiện, lấy nhỏ hơn nhiệt độ
trung bình của cây đá từ 2 3oC, chọn t k 2 = -10oC
8160.460. 30    10  
 Q22 
1567.91 (W )
95760
 Q2 74218,35  1567,91 75786,26(W )

III. Dòng nhiệt do vận hành: Q4
1. Nhiệt do bộ cánh khuấy gây ra: Q41
Bộ cánh khuấy được bố trí bên ngoài bể muối, nhiệt năng do bộ cánh khuấy tạo ra được
xác định theo công thức sau:
Q41 1000N
 : hiệu suất động cơ điện,  = 0,8 – 0,95. Chọn  = 0,8
N : công suất của bộ cánh khuấy.
Chọn máy cánh khuấy dùng cho bể có công suất 10 tấn :
Model
Tốc độ
Lưu

Công
Năng
lượng
suất
suất bể
3
(vòng/phút)
(m /phút)
(kw)
đá (tấn)
230VGM
1000
12,8
1,5
10-16
 Q41 1000.0,8.1,5 1200 w
2. Nhiệt do nhúng cây đá: Q42
Tổn thất nhiệt do làm tan đá được tính theo công thức:
q0
q
n. f . . 0 , w


n : số khuôn đá, n = 300 khuôn.
g : khối lượng phần đá đã tan.
q0 : nhiệt lượng cần thiết để làm 1 kg nước đá từ nhiệt độ ban đầu đến đông

Q42 n.g .

đá hoàn toàn, q0 = 473810 , J/kg

f : diện tích bề mặt cây đá: đối với cây đá loại 50kg/cây có f = 1,25 m2
 : bề dày phần đá đã tan khi nhúng (m) để có thể tháo ra khỏi khuôn,
 = 0,001 (m)
 : khối lượng riêng của nước đá:  = 900( kg/cm3)
 : thời gian đông đá,  = 95760 giây.

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 20


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY
473810
1669,91 (W)
95760
 Q4 1200  1669,91 2869,91 (W)
 Q42 300.1,25.0,001.900.

IV. Xác định tải nhiệt cho thiết bị, máy nén và năng suất lạnh của máy nén:
1. Xác định tải nhiệt cho thiết bị: Qtb
Tải nhiệt cho thiết bị dùng để tính toán diện tích bề mặt trao đổi nhiệt cần thiết cho thiết
bị bay hơi. Để đảm bảo được nhiệt độ trong buồng ở những điều kiện bất lợi nhất ta phải
tính toán tải nhiệt cho thiết bị là tổng các tải nhiệt thành phần có giá trị cao nhất như đã
tính được ở trên:
Qtb Q1  Q2  Q4 5513,59  75786,26  2869,91 84169,76 (W)

2. Xác định tải nhiệt cho máy nén: Qmn
Qmn 100 % Q1  60% Q2 + 75% Q4

 Qmn 1.5513.59  0,6.75786,26  0,75.2869,91 53137,77(W )

3. Năng suất lạnh của máy nén: Q0
Q0 

k .Qmn
b

Trong đó:
k : Hệ số lạnh tính đến tổn thất trên dường ống và thiết bị của hệ thống phụ
thuộc vào nhiệt độ bay hơi của môi chất. Đối với hệ thông làm lạnh gián tiếp qua
nước muối chọn k  1,12.
b : Hệ số thời gian làm việc ngày đêm của các hệ thống lớn. Chọn b 0,9
1,12.53137,77
 Q0 
66127 (W)
0,9

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 21


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH VÀ CHỌN MÁY NÉN
I. Tính chọn các thông số của chế độ làm việc:
1. Các thông số cho trước:

Công suất bể đá cây: 15 tấn/mẻ
Nhiệt độ bể: -7oC
Môi chất lạnh: NH3
2. Tính nhiệt độ ngưng tụ: t k
Chọn môi trường làm mát của hệ thống là nước tuần hoàn qua ống trao đổi nhiệt. So với
không khí thì nước làm mát có những ưu điểm sau:
Hệ số tỏa nhiệt cao hơn nên làm mát tốt hơn.
Ít chịu ảnh hưởng của thời tiết.
Tính nhiệt độ nước vào và nước ra thiết bị ngưng tụ:
Khi sử dụng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt lấy nhiệt độ nước vào thiết bị ngưng tụ
( t w1 ) cao hơn nhiệt độ nhiệt kế ướt từ 3 4oC (chọn = 3oC)
t w1 = t u  3 33  3 36 ,oC
Nhiệt độ nước ra khỏi thiết bị ngưng tụ t w 2 cao hơn t w1 2-6 oC, chọn = 4oC
 t w 2 36  4 40 oC
Nhiệt độ ngưng tụ t k cao hơn nhiệot độ nước ra khỏi thiết bị ngưng tụ khoảng từ
3 5 oC (chọn bằng 3oC).
 t k t w 2  3 40  3 43 oC.
Với t k 43 oC, tra bảng 2-2: hơi bão hòa NH3 sách “MÁY VÀ THIẾT BỊ LẠNH”Nguyễn Đức Lợi-Phạm Văn Tùy chọn p k 16,895 bar = 1,6895 Mpa.

3. Chọn nhiệt độ bay hơi: t 0
Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 22


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

Nhiệt độ bay hơi của môi chất lạnh phụ thuộc vào nhiệt độ của bể( t b  10 oC), vì máy

đá cây là hệ thống lạnh gián tiếp dùng chất tải lạnh là nước muối. Nhiệt độ nước muối lấy
thấp hơn nhiệt độ bể từ 8 10oC (chọn bằng 8 oC) và nhiệt độ sôi của môi chất lấy thấp hơn
nhiệt độ nước muối từ 5 6 oC (chọn bằng 5 oC).
t 0 t b   t 0 , oC
 t 0 : hiệu nhiệt độ yêu cầu,  t 0 8  5 13 oC
t b : nhiệt độ bể đá.
 t 0  7  13  20 oC, p0=1,9059bar , tra bảng 2-2: hơi bão hòa NH3 sách “MÁY
VÀ THIẾT BỊ LẠNH”-Nguyễn Đức Lợi

4. Chọn cấp của chu trình:
Tỷ số nén :


p k 16,895
8,86 <9  chọn chu trình 1 cấp.
=
p 0 1,9059

5. Chọn độ quá nhiệt hơi hút:
t h t 0  (5 10) oC, chọn bằng 5 C.
 t qn  20  5  15 oC.
Sự quá nhiệt có thể đạt được bằng ba cách:
- Quá nhiệt ngay trong dàn lạnh khi sử dụng các loại van tiết lưu nhiệt.
- Quá nhiệt nhờ hòa trộn thêm với hơi nóng trên đường về máy nén.
- Quá nhiệt do tổn thất lạnh trên đường ống từ thiết bị bay hơi về máy nén.
6. Chọn độ quá lạnh:
t ql t w1   3 5 oC. Chọn bằng 3 oC.
 t ql 36  3 39 oC
Do thiết bị quá lạnh làm cho hệ thống thêm cồng kềnh, tiêu tốn vật tư tăng mà hiệu quả
lạnh đem lại không cao nên việc quá lạnh sẽ được thực hiện ngay trong thiết bị ngưng tụ

bằng cách để mức lỏng ngập vài ống dưới cùng của dàn ống trong bình ngưng. Nước giải
nhiệt cấp vào bình sẽ đi qua các ống này trước để quá lạnh lỏng sau đó mới đi lên các ống
trên để ngưng tụ môi chất.

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 23


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

II. Tính toán chu trình
1.Sơ đồ nguyên lý.

TL3

3’

NT

2
MN
1

4

BH

1’

Hình 5.1: sơ dồ nguyên lý
BH: thiết bị bay hơi
NT: thiết bị ngưng tụ
MN: máy nén
TL: thiết bị tiết lưu.

Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 24


NHÓM18

GVHD : LÊ QUANG HUY

Nguyên lý hoạt động của hệ thốnglạnh: hơi môi chất từ thiết bị bay hơi là hơi bão hòa
khô đi về thiết bị bay hơi .Hơi đi ra là hơi quá nhiệt được máy nén hút về nén thành hơi
quá nhiệt(pk tk)
Được đưa qua thiệt bị ngưng tụ thực hiện quá trình thải nhiệt thành lỏng cao áp(pk,tk) tại
điểm (3) đi qua thiết bị hồi nhiệt tại điểm 3’,lượng lỏng đưa qua tiết lưu nhiệt thành hơi bảo
hòa ẩm(p0,t0) tại điểm 4 đi qua thiết bị bay hơi thành hơi bảo hòa khô.Chu trình cứ thế tiếp
tục
b. Đồ thị:
- đồ thị lgp-h:

lgp
k
tql

3

3'

4

2

Pk,tk

P0,t0
1'

1

h

Hình 5.2:Đồ thị logp-h

C. đồ thị T-s:
Đồ án môn học: KỸ THUẬT LẠNH ỨNG DỤNG

Trang 25