Bản vẽ thiết kế phân xưởng sản xuất nước đá cây

Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
Chương 1

VÀI NÉT VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC ĐÁ
1/ Tính chất vật lý của nước
Nước là chất lỏng ở nhiệt độ thường, là một
lưu chất quan trọng và đặc biệt. Nước được sử dụng
rộng rãi trong đời sống hằng ngày và cũng được sử
dụng nhiều trong công nghiệp như làm chất tải nhiệt,
dung môi cho các phản ứng hoá học, dung môi để
hấp thụ , giải hấp….. Ngoài ra hơi nước đặc biệt quan
trọng trong vấn đề truyền nhiệt.
Tính chất vật lý:
 Khối lượng riêng lớn và biến đổi khá rộng theo
nhiệt độ :
T (0C)

ρ (Kg/cm3)

0

1000

30

996

100

958

Khối lượng riêng lớn nhất là ở 40C :1000 kg/cm3
 Nhiệt dung riêng trung bình 4,18 kJ/kgK
 Hệ số dẫn nhiệt λ.102(W/mK) :
T(0C)

λ.102(W/mK
)

0

55.1

30

61.8

100
 Độ nhớt động lực học

68.3

T(0C)

µ.106(Pa.s)

0

1790

30

804

100
282
0
 Ẩn nhiệt hoá hơi ở 100 C (1atm) 2260kJ/kg
 Ẩn nhiệt đóng băng 334kJ/kg
2/ Tính chất vật lý của nước đá
Nước đá được sử dụng rộng rãi trong làm lạnh,
trữ lạnh cho vận chuyển, bảo quản nông sản, thuỷ

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 1


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
sản , thực phẩm, cho chế biến lạnh các sản phẩm từ
thịt, cho chế biến thuỷ sản ( ướp đá bột ) và cho
sinh hoạt của nhân dân, nhất là các vùng nhiệt đới
để làm mát và giải khát
Tính chất vật lý của nước đá ở 0 0C và áp suất 0.98
bar

Nhiệt độ nóng chảy tr = 00C

Nhiệt lượng nóng chảy qr = 333.6kJ/kg

Nhiệt dung riêng Cpd = 2.09 kJ/kgK


Hệ số dẫn nhiệt λ = 2.326 W/mK

Khối lượng riêng trung bình 900kg/m3


Khi đóng băng thành nước đá thể tích nó tăng

9%
Nước đá được sử dụng để làm lạnh vì có khả
năng nhận nhiệt của môi trường xung quanh và tan ra
thành nước ở 00C
Lượng lạnh cần thiết để biến 1kg nước ở nhiệt độ
ban đầu t1 thành nước đá có nhiệt độ t2 là
@ q = 4.18(t1 - 0) + qr + 2.09(0 - t2 )
3/ Phân loại nước đá
Theo thành phần nguyên liệu ban đầu người ta
phân nước đá nhân tạo ra các loại nước đá từ nước
ngọt (nước lã, nước sôi, nước nguyên chất), Nước đá
từ nước biển và nước đá từ nước muối; nước đá
từ nước sát trùng và kháng sinh
Từ nước ăn lấy từ mạng nước thành phố người
ta sản xuất
o Nước đá đục khối lượng riêng ( khối lượng riêng
890 – 900kg/m3 )
o Nước đá trong ( khối lượng riêng 910 – 917kg/m 3 ) ở
nhiệt độ từ -8 đến -250C.
o Nước đá pha lê ( khối lượng riêng 910 – 920kg/m 3 )
Phân loại theo cách khác
o Nước đá thực phẩm

o Nước đá khử trùng
o Nước đá từ nước biển
SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 2


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
Theo hình dạng nước đá
o Nước đá khối
o Nước đá tấm
o Nước đá ống
o Nước đá mảnh
o Nước đá thỏi
o Nước đá tuyết
Nước đá đục có màu trắng vì trong đó có ngậm
các bọt khí và tạp chất, khi tan để lại chất lắng. Nứơc
đá trong là trong suốt và có màu phớt xanh, khi tan
không để lại chất lắng.
Hàm lượng các tạp chất đối với nước đá trong sản
xuất ở gần -100C

Tạp chất

Hàm lượng tối đa

Hàm lượïng muối chung mg/l
Sunfat + 0,75 clorua + 1,25 natri
cacbonat mg/l
Muối cứng tạm thời mg/l

Sắt mg/l
Tính oxy hóa mg/l
Nồng độ iôn hydro (pH)

250
170
70
0.04
3
7

4/ Ảnh hưởng của tạp chất đến chất lượng nứơc đá
Tạp chất

Ảnh
hưởng
đến
lượng nước đá

CaCO3

Tạo thành chất lắng bẩn Tách ra được
thường ở phần dưới và
giữa cây đá làm nứt ở
nhiệt độ thấp

MgCO3

Tạo thành chất lắng bẩn Tách ra được
và bọt khí. Làm nứt ở

nhiệt độ thấp

Ôxit sắt

Cho chất lắng màu vàng Tách ra được
hay màu nâu và nhuộm

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

chất Kết quả chế
biến nước

Trang 3


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
màu chất lắng canxi và
magie
Ôxit silic Cho chất lắng bẩn
và ôxits
nhôm

Tách ra được

Chất
lửng

Tách ra được

lơ Cho cặn bẩn

Sunfat
Tạo các vết trắng,
natri
trung ở lõi, làm cho
clorua và đục và kéo dài thời
sunfat
đóng băng. Không
canxi
chất lắng

tập Không thay đổi
lõi
gian
có

Clorua
canxi
Sunfat
magie

Cho chất lắng xanh nhạt hay Biến đổi thành
& xám nhạt, tập trung trong sunfat canxi
lõi, kéo dài thời gian
đóng băng và tạo lõi
không trong suốt cao

Clorua
magie

Thường biểu hiện dưới Biến đổi thành
dạng
các
vết
trắng, clorua canxi
không có cặn

NaCO3

Một lượng nhỏ cũng có Biến đổi thành
thể làm nứt ở nhiệt độ cacbonat natri
dưới -90C. Tạo ra các vết
màu trắng, tập trung ở
lõi ,kéo dài thời gian
đóng băng. Tạo độ đục
cao, không có cặn

Khi độ pH > 7 và trong nước có các loại muối canxi ,
magiê và đặc biệt là natri cacbonat thì cây đá sẽ
giòn , dễ gãy vì vậy nên làm nứơc đá đóng băng ở
-80C và làm tan giá ở 20 0C. Điều kiện bình thường là
-100C và 350C
5/ Một số phương pháp sản xuất nước đá
 Bể đá khối sản xuất
 Nước đá đục

SVTH : Nguyễn Thò Thu Trang

Trang 4

Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục





 Nước đá trong suốt ( nước đá phalê)
 Nước đá tấm
Phương pháp Vibushevich
Phương pháp Fechner và Grasso
Máy làm đá mảnh Flak- Ice của Croby Field( York –






Coporation)
Máy đá tuyết Pak- Ice của Taylor
Máy đá mảnh của Short và Raver
Máy làm đá ống
Máy đá cỡ nhỏ

6/ Bảo quản và vận chuyển nước đá
Có nhiều phương pháp bảo quản nước đá : bảo
quản trong kho, thùng chứa, silô, dự trữ lạnh trong bể
nước hoặc bể nước muối lạnh dưới dạng cháo lạnh
 Đá khối thường được bảo quản trong kho đá và
được vận chuyển trên các toa tàu lạnh

 Đá mảnh thường được bảo quản trong các thùng
chứa hoặc các silô

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 5


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
Chương 2

QUI TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁ
1/ Cơ sở vật lý của quá trình đông đá
Trong làm lạnh đông khi nhiệt độ xuống dưới 0 0C
mà vẫn chưa có sự đóng băng đá, đó là hiện tượng
chậm đóng băng ( sự quá lạnh ). Sự chậm đóng băng
do sự chậm tạo thành tâm kết tinh và do hiện tượng
chuyển động nhiệt Bơ- rua-nơ và chuyển động tương
hỗ (kết hợp). Khi làm lạnh đến một nhiệt độ thấp
nào đó mà hệ thống chuyển động được cân bằng
lực theo phương trình Pkết hợp = Pđẩy + Pcg.đ.nhiệt thì xuất hiện
tâm kết tinh của mạng lưới tinh thể, lúc này tương tự
như xảy ra phản ứng tổng hợp : Các phần tử lỏng
liên kết với mạng tinh thể hiện có thành một khối
nước đá và toả ẩn nhiệt đóng băng ra. Ẩn nhiệt
đóng băng toả ra qua lớp nước đóng băng tới môi
trường toả lạnh hoặc trực tiếp hoặc qua nhiệt trở
của thành
2/ Chọn phương án sản xuất nước đá
Ngày nay khoa học kỹ thuật tiến bộ nên có nhiều

loại máy sản xuất nước đá như : máy đá khối, máy
đá vảy, máy đá viên….Các loại máy trên có thể
hoạt động liên tục hoặc gián đoạn, có loại làm nước
đá trực tiếp, có loại gián tiếp qua nước muối.
Ưu và nhược điểm của phương pháp làm lạnh gián
tiếp
Về mặt nhiệt động làm lạnh gián tiếp qua chất
tải lạnh có tổn thất năng lượng lớn hơn do phải
truyền qua chất trung gian
Về kinh tế cũng tốn kếm hơn do phải chi phí thêm
thiết bị : bơm, dàn lạnh, đường ống cho vòng tuần
hoàn chất tải lạnh
Hệ thống lạnh gián tiếp chỉ có ưu điểm về mặt
vận hành khi:
 Khó sử dụng trực tiếp dàn bay hơi để làm lạnh
sản phẩm
SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 6


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
 Môi chất lạnh có tính độc hại, vòng tuần hoàn
chất tải lạnh được coi là vòng tuần hoàn an toàn
 Khi có nhiều hộ tiêu thụ lạnh, khó kiểm soát
được sự rò rỉ môi chất ở quá nhiều đường ống,
dàn lạnh và tránh hệ thống phải nạp quá nhiều
môi chất lạnh
Đối với đồ án này thì năng suất thuộc loại trung
bình và dạng nước đá sản xuất để tiêu dùng (dạng

cây 50 kg) nên em chọn phương án làm lạnh gián tiếp
qua nước muối. Phương pháp này thuộc loại cổ điển,
có nhiều nhược điểm về chỉ tiêu kinh tế cũng như
chỉ tiêu vệ sinh nhưng được có ưu điểm lớn là đơn
giản, dễ chế tạo, sử dụng cho năng suất lớn, thao
tác trong sản xuất gọn, vốn đầu tư thấp. Hiện nay thì
hầu hết các phân xưởng sản xuất nước đá ở nước
ta đều chọn phương pháp này.
Chọn bể nước đá khối để sản xuất nước đá cây
( loại 50kg/ cây)
Thông số cơ bản của loại đá khối tiêu chuẩn [1]
Khối lượng 50kg
Kích thước khuôn đá
o Tiết diện trên (mm x mm) 380 x 190
o Tiết diện dưới (mm xmm) 340 x 160
o Chiều cao chuẩn 1101mm
o Chiều cao tổng 1115 mm
Chọn nhiệt độ trung bình của nước muối -10 0C (nước
muối vào -110C, nước muối ra -90C)
o Tra đồ thị ta được thời gian đông đá 19h
o Thời gian đông đá được tính toán theo công thức
kinh nghiệm
Với năng suất của bể đá 30tấn/ ngày
Tiêu chuẩn bể nứơc đá ( kiểu nước muối)[2]
 Năng suất chứa của bể đá 30 tấn
 Số khuôn trong một dây : 10
 Số ngăn trong bể : 2
SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 7

Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
 Số dãy trong một ngăn bể : 30
Dài (mm)

Rộng(mm)

Chiều
bể (mm)

cao

Để
xếp Để đặt dàn
khuôn đá
bay hơi
14950

4800

775

1350

Bể nước muối được bố trí chia làm ba ngăn . Hai ngăn
2 bên để xếp khuôn đá , ngăn giữa để đặt giàn bay
hơi. Trong bể được bố trí một cánh khuấy ( có cánh
hướng dòng để tuần hoàn nước muối từ giàn bay hơi
ra làm lạnh khuôn rồi quay trở lại giàn bay hơi.

o Dàn bay hơi được chọn là giàn bay hơi ống đứng
o Máy lạnh phục vụ cho bể nước muối là máy lạnh
ammoniac một cấp
o Thiết bị ngưng tụ được chọn là bình ngưng ống
chùm
3/ Chọn nồng độ nước muối
Định nghóa chất tải lạnh
Là chất trung gian nhận nhiệt của đối tượng cần
làm lạnh chuyển tới thiết bị bay hơi cấp cho môi chất
lạnh sôi. Chất tải lạnh đôi khi còn được gọi là môi
chất lạnh thứ cấp.
Yêu cầu đối với chất tải lạnh
 Tính chất vật lý
Nhiệt độ đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay
hơi của môi chất lạnh ít nhất là 50C, tránh làm nổ
ống do nguy cơ đông đặc.(thí dụ nếu nhiệt độ bay hơi
của môi chất lạnh -150Cphải chọn chất tải lạnh có
nhiệt độ đông đặc -200C hoặc thấp hơn)
Ít bay hơi hay nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển phải
cao để đỡ tổn that chất tải lạnh đặc biệt là khi
không chạy máy lạnh.
Hệ số dẫn nhiệt và trao đổi nhiệt phải lớn.
Nhiệt dung càng lớn càng tốt , khả năng trữ

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 8


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục

nhiệt càng lớn càng tốt
Độ nhớt và khối lượng riêng càng nhỏ càng tốt
vì giảm được tổn thất áp suất trên đường ống
 Tính chất hoá học
Không ăn mòn kim loại chế tạo máy , không ăn
mòn thiết bị
Bền vững, không phân huỷ trong phạm vi nhiệt
độ làm việc
 Tính an toàn
Không gây cháy nổ
Không làm ô nhiễm môi trường
 Tính chất sinh lý
Không độc hại với người và cơ thể sống
Không tác động xấu đến thực phẩm
 Tính kinh tế
Rẻ tiền, dễ kiếm , dễ vận chuyển và bảo quản
Từ những yêu cầu trên chất tải lạnh đựơc chọn là
dung dịch nước muối NaCl
 Dùng nước muối để tải lạnh có những ưu
điểm:
 Có hệ

số

truyền

nhiệt

lớn:



=

200-

400(kcal/m2hK)
trường hợp chất lỏng chuyển động với vận
tốc 5m/s thì  = 400000 (kcal/m2hK). Vì thế nên
có lợi về mặt kinh tế là rút ngắn thời gian
sản xuất, thời gian phục vụ.
 Dùng muối NaCl (muối ăn) rẻ tiền, dễ kiếm,
dễ bảo quản và dễ vận hành.
 Không độc hại, không gây nổ, không bắt lửa.
 Nhiệt độ đóng băng thấp: NaCl 23.1% khối
lượng có nhiệt độ Ơtectic -21.2C (Bảng 2-9 [5])
 Độ nhớt nhỏ nên giảm được công suất của
cánh khuấy và trở lực thuỷ lực.: NaCl 20% có 
= 4.08 PaS ở -10C (Bảng 9/403- [16])
 Nhược điểm:
 Tính ăn mòn kim loại cao, làm cho thiết bị
SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 9


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
chống rỉ, chống mục. Để khắc phục ta có thể
sử dụng chất chống ăn mòn như : 1m 3 dung
dịch pha 3.2 kg Na2Cr2O7 (có thêm 0.27 kg NaOH

cho 1kg Na2Cr2O7) và trước đó phải đưa dung
dịch về pH = 7. Mỗi năm cũng có một lần
phải thêm ½ lượng Na2Cr2O7 và kiềm ban đầu.
Cũng có thể dùng 1.6 kg Na2HPO4.12H20 cho 1 m3
dung dịch NaCl (thêm vào hàng tháng).
 Dùng môi trường nước muối để tải lạnh có
thể gặp phải nguy hiểm vì hiện tượng chất tải
lạnh đóng băng. Vì thế phải thường xuyên
kiểm tra nồng độ nước muối và thường chọn
nồng độ nước muối có khoảng nhiệt độ dự
trữ để khi có hạ nhiệt độ dưới yêu cầu vẫn
chưa làm đóng băng dung dịch được.
Khi chọn nhiệt độ của nước muối trong bể đá là
-10C.
Bảng 2-10 [4]: Tính chất của dung dịch NaCl, ta có
thể chọn NaCl 23% có Tđb = -20C, nhiệt dung riêng ở 0C
: c= 0.794 kcal/kgK, hệ số dẫn nhiệt ở -10C:  = 0.434
kcal/kgK.
4/ Qui trình sản xuất nước đá

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 10


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục

Nước
cấp từ
thành

phố
Xử lý
nước
nước

Cấp nước vào
bể chứa

Cặën
bã
Muối

Hoà tan trong
bể

Rót
nước
vào khuôn

Cho
vào
bể đá
Đóng
băng
Nâng linh đá ra
khỏi bể
Bể tan đá

Lấy ra
Giải thích qui trình

Nguồn nước sử dụng:[12]
Nguồn nước cấp có thể đi từ nhiều nguồn khác

SVTH : Nguyễn Thò Thu Trang

Trang 11


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
nhau chẳng hạn:
 Nước mặt: là các nguồn nước ở ao, hồ,
sông, suối,…
 Nước ngầm
 Nước cấp từ thành phố
Ở đây sẽ sử dụng nguồn nước cấp từ mạng
nước thành phố.
 Ưu điểm:
 Nguồn nước này đã qua xử lý, do đó sẽ tiết
kiệm được chi phí xử lý nước.
 Ở qui mô nhà máy này có năng suất nhỏ
nên dùng nguồn nước này tiện hơn nếu phải
xây dựng thêm một công trình cấp nước.
Nhược điểm:



 Chi phí cho việc sử dụng nước nhiều.
 Đôi khi cung cấp không ổn định.
Xử lý nước: [1]
Mặc dù nước cấp từ thành phố đã qua xử lý sơ

bộ tuy nhiên do nước đá dùng để uống, bảo quản
thực phẩm phải đảm bảo yêu cầu vệ sinh như đối
với các thực phẩm tiêu dùng trực tiếp vì vậy cần
phải được xử lý trước khi đưa vào sản xuất.
Nước xử lý phải đạt được các yêu cầu sau
 Số lượng vi khuẩn trong nước phải nhỏ hơn:





100 con/ml
Vi khuẩn đường ruột phải nhỏ hơn: 3con/l
Chất khô cho phép: 1g/l
Độ cứng chung của nước: < 7mg/l
Độ đục theo hàm lượng các hạt lơ lửng không




quá 1.5mg/l
Hàm lượng sắt: < 0.3mg/l
pH= 6.5-9.5

Cấp nước vào bể chứa:
Nước sau khi qua xử lý sẽ được bơm vào bể chứa
để cung cấp cho sản xuất và sinh hoạt.
 Tính thể tích bể đá:
SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 12


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
Lượng nước dùng để sản xuất 600 cây đá (cây 50
kg) trong ngày: V1= G.g/ 
Trong đó: G : 600 cây/ngày
g : khối lượng một cây đá, g= 50 kg
 : khối lượng riêng của nước ở 33 0C,  =
999 kg/m3
V1 = 600x50/999 = 30 m3/ngày
Lượng nước dự trữ: V2 = 5m3
Vậy thể tích bể chứa là: V = V1 + V2 = 30 + 5 = 35 m3
Kích thước bể chứa: dài x rộng x cao = 5x3.5x2 (m)
Cấp nước vào khuôn:
Vì hệ thống không sử dụng máy rót nước nên cứ
sau mỗi mẻ công nhân lấy đá ra sẽ gắn vòi nước
vào các ống cấp nước được thiết kế phía trên bể đá
chuyền xuống châm nước vào khuôn.
Khi châm nước phải châm mực nước trong khuôn
thấp hơn mực nước muối để làm lạnh đông điều và
nhanh. Đồng thời, mực nước trong khuôn phải thấp hơn
miệng khuôn để tránh khi đông thể tích của nước đá
tăng 9%, trào ra ngoài làm giảm nồng độ của nước
muối.
Quá trình đông đá: [2]
Sau khi châm nước vào khuôn, thì cho vào bể nước
muối, thực hiện quá trình đông đá.
Nước muối được hoà tan trong bể với nồng độ
chọn trước, sẽ được làm lạnh bởi dàn bay hơi ống

đứng tới nhiệt độ -11C và chuyển động trong bể
nhờ các máy khuấy.(nhiệt độ nước muối vào dàn
bay hơi là -90C, nhiệt độ nước muối ra khỏi dàn bay hơi
-110C )
Khi đó quá trình truyền nhiệt giữa nước muối lạnh
và nước lỏng qua vách khuôn. Nước lỏng sẽ giảm
nhiệt độ cho tới nhiệt độ đóng băng (ở đây nhỏ hơn
0C) thường là -5.
t1 > t2

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 13


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
M

d

t2,

t1,

2

d

M

1
o

d

Hình 1: Sơ đồ của quá trình đông đá
Bề mặt truyền nhiệt là vách khuôn đá, với bề
dày của thành là  M (m), hệ số dẫn nhiệt của thành
kim loại là  M( W/mK).
Thành được tiếp xúc với nước có nhiệt độ t 1 >
0C, hệ số cấp nhiệt từ phía nước vào đá là  1
( W/m2K).
Nhiệt độ của môi trường tải lạnh là t 2, hệ số
cấp nhiệt từ vách phẳng vào môi trường là  2
( W/m2K).
Hệ số dẫn nhiệt của nước đá là  đ ( W/mK) , của
thành kim loại là  M( W/mK).
 d bề dày thành nước đá tạo thành,  0 nhiệt độ
vách nước đá vừa đông (C).
Ta có, dòng nhiệt từ nước vào bề mặt đá q 1 phụ
thuộc vào t1- 0 : q1 =  1(t1- 0) (W/m2)
Khi ở bề mặt thành có lớp đá dày  d, hệ số truyền
nhiệt từ mặt thành vào môi trường tải lạnh:
 o  t2
K
 d M
1 
(2-2)

 t1  t 2 



 d M  2 
Khâu tách khuôn :
Sau khi đá đông , đá được tách ra khỏi khuôn
bằng phương pháp cơ học. Công nhân sẽ nhấc khuôn
đá ra dùng vòi nước sịt vào khuôn trong thời gian từ
2-4 phút. Đá được lấy ra và vận chuyển đến phòng

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 14


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
bảo quản đá .
Sau khi tách đá ra khỏi khuôn thì tiến hành châm
nước vào khuôn rồi cho vào bể nước muối tiếp tục
thực hiện mẻ mới.

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 15


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
Chương 3

TÍNH CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM XUNG QUANH BỂ
NƯỚC ĐÁ

1/ Giới thiệu về vật liệu cách nhiệt và vật liệu
cách ẩm [3]
 Vật liệu cách nhiệt
Cách nhiệt lạnh có nhiệm vụ hạn chế dòng
nhiệt tổn thất từ ngoài môi trường có nhiệt độ cao
vào buồng lạnh có nhiệt đôï thấp qua kêt cấu bao
che. Chất lượng vách cách nhiệt phụ thuộc chủ yếu
vào tính chất của vật liệu cách nhiệt
Các yêu cầu đối với vật liệu cách nhiệt
 Hệ số dẫn nhiệt nhỏ
 Khối lượng riêng nhỏ
 Độ thấm hơi nước nhỏ
 Độ bền cơ học và độ dẻo cao
 Bền ở nhiệt độ thấp và không ăn mòn các




vật liệu xây dựng tiếp xuc với nó
Không cháy hoặc không dễ cháy
Không bắt mùi và không có mùi lạ
Không gây nấm mốc và phát sinh vi khuẩn,




không bị chuột, sâu bọ đục phá
Không độc hại đối với cơ thể con người
Không độc hại đối với sản phẩm bảo quản, làm



biến chất và làm giảm chất lượng sản phẩm
Vận chuyển, lắp ráp, sửa chữa, gia công dễ




dàng
Rẻ tiền, dễ kiếm
Không đòi hỏi sự bảo dưỡng đặc biệt

Tuy nhiên mỗi loại vật liệu đều có ưu, nhược điểm,
khi chọn vật liệu cách nhiệt cho một trường hợp cụ
thể nào đó cần phải lợi dụng triệt để các ưu điểm
và hạn chế tới mức thấp nhất các nhược điểm của
nó.
Trong tất cả các yêu cầu trên thì yêu cầu về độ
dẫn nhiệt nhỏ là quan trọng nhất. Các loại vật liệu
SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 16


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
cách nhiệt thường dùng:
Vật liệu có nguồn gốc từ vô cơ : sợi khoáng
( bông thuỷ tinh, bông xỉ gia công và sản xuất từ
việc nung chảy silicat), thuỷ tinh bọt, sợi amiăng hoặc
sợi gốm

Vật liệu từ các chất hữu cơ: bấc lie, trấu, xơ dừa,
polystirol, polyurethane, polyetylen, nhựa phênol, nhựa
ureformadehit
Hiện nay polystirol và polyurethane được sử dụng
rộng rãi nhất
 Vật liệu cách ẩm
Do sự chênh lệch nhiệt độ ở môi trường bên
ngoài và nhiệt độ buồng lạnh, xuất hiện độ chênh
lệch áp suất hơi nước giữa ngoài và trong buồng
lạnh. Áp suất ngoài môi trường lớn . Áp suất trong
buồng lạnh nhỏ, do đó luôn luôn có một dòng ẩm đi
từ ngoài vào buồng lạnh. Gặp nhiệt độ thấp, ẩm
ngưng đọng trong kết cấu cách nhiệt, phá huỷ khả
năng cách nhiệt gây nấm mốc và thối rữa vật liệu
cách nhiệt. Chính vì vậy cách nhiệt lạnh bao giờ cũng
đi cùng với cách ẩm
Yêu cầu đối với lớp cách ẩm
 Nếu tính từ phái nóng vào phía lạnh thì vị trí lớp


cách nhiệt ở trong và lớp cách ẩm ở ngoài
Lớp cách ẩm không cần dày (2.5 – 3 mm) nhưng



phải liên tục, không nên đứt quãng hoặc tạo ra
vết nứtđể làm cầu cho ẩm thấm vào buồng
Nhất thiết không được bố trí một lớp cách ẩm



nào phía trong lớp cách nhiệt
Vật liệu cách ẩm chủ yếu hiện nay là bitume

2/ Tính cách nhiệt cho vách
Kết cấu vách được chọn như sau

SVTH : Nguyễn Thò Thu Trang

Trang 17


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục

Vật liệu

Bề
dày
 I (m)

Hệ số
dẫn nhiệt
 i (W/mK)

Hệ số
khuếch tàn
(g/m.h.mmH
g)

Lớp vữa ximăng

0.02
Lớp gạch
0.25
Lớp vữa ximăng
0.02
Lớp
cách
ẩm
0.003
 cn
bitumen
Lớp cách nhiệt
styropore
0.02
Lưới thép
Lớp vữa ximăng
Hệ số truyền nhiệt qua vaùch:
1
k
n
 
1
1
  i  cn 
 1 i 1 i cn  2
1
Từ đó:   cn cn  
k

0.88

0.82
0.88
0.18
0.47

0.012
0.014
0.012
0.000115
0.001

0.88

0.012

[3]
(3-1)

n
 1

1 
   i    (3-2)
  1 i 1 i  2  

Trong đó:
  1 : hệ số toả nhiệt của môi trường bên ngoài
(phía nóng) tới tường (W/m2K)
Bảng 3-7/65 [3] : chọn  1 = 25.63 (W/m2K) (tăng 10% vì
khí hậu Việt Nam nóng hơn)

  2 : hệ số toả nhiệt của vách vào trong bể nước
muối, chọn  2 = 300 (W/m2K)
  cn : chiều dày lớp cách nhiệt (m)
  cn : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt.
Theo [2] : ta có k = 0.23 (W/m2K)
 Chiều dày lớp cách nhiệt
 1
3 x0.02 0.25 0.003 1  
 1
 cn 0.047





 0.184(m)
0.88
0.82 0.18 300  
 0.23  25.63
Chiều dày cách nhiệt thực phải chọn lớn hơn hoặc
bằng chiều dày đã xác định ở trên. Ở nay chọn  cn =
0.2 m với 2 lớp x 100mm

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 18


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
Khi đó:

k

1
0.21
1
3 x0.02 0.25 0.003
0.2
1
(W/m2K)





25.63
0.88
0.82 0.18 0.047 300

 Kiểm tra đọng sương trên bề mặt ngoài của
vách cách nhiệt:[3]
Mật độ dòng nhiệt có thể tính theo: q = k(t 1-t2) hay
q =  1(t1-tw1)
 t1 : nhiệt độ ngoài không khí, t1 = 37.3C
 t2 : nhiệt độ trung bình trong bể đá, t2 = -10C
 ts : nhiệt độ đọng sương, tra giản đồ trạng thái
không khí ẩm( với không khí có nhiệt độ 37.3C
và độ ẩm 75%) ta có; ts = 31C

t1

tw1
tw2

t2
Hình : Sự truyền nhiệt qua vách
t t
 k  1 1 w1
(3-3)
t1  t 2
Điều kiện không đọng sương là: tw1 > ts hay ks ≥ k
t t
 k  1 1 s
t1  t 2 k
(3-4)
= s
Thực tế người ta laáy:
t t
37.3  31
k s 0.95. 1 1 s 0.95 x 25.63
3.24
t1  t 2
37.3    10
Trong đó 0.95 là hệ số an toàn
Để vách ngoài không đọng sương k = 0.21 < ks = 3.24
SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 19


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục

(thỏa)
 Kiểm tra đọng ẩm trong cơ cấu cách nhiệt:[2]
Cơng nghệ lạnh nhiệt đới
Điều kiện cách ẩm cho tường là tổng trở lực
dẫn ẩm của tường ( 1 hay nhiều lớp )phải lớn hơn
trở lực dẫn ẩm tối thiểu khi có sự chênh lệch áp
suất riêng phần của hơi nước ở hai bên bề mặt
tường
Theo Dusin, tổng trở lực dẫn ẩm cần thiết ( tối
thiểu )của các lớp vật liệu của tường phải đạt
Rn = 1.6 P (m2.h.mmHg/g)
Trong đó:
P = Pe – Pi : chênh lệch áp suất riêng phần của hơi
nước ở hai bên bề mặt tường.
 Không khí có t = 37.3C ,  = 75%  Pe = 37 mmHg
 Muoái có nồng độ khối lượng 23%  phần mol
của muối trong dung dịch :
0.23
58.5
x
0.084
0.23 1  0.23

58.5
18
Áp suất của hơi nước bão hoà ở -10C : p0 = 1.946
mmHg
 áp suất riêng phần của hơi nước trong bể nước
muối :
Pi = P0(1 – 0.084) = 1.78 mmHg

 Rn = 1.6(3.7 – 1.78) = 56.35
Để tránh đọng ẩm trong vật liệu cách nhiệt:


(3-5)
 i  vs  Rn
i
vs
  I,  I :bề dày và hệ số khuyếch tán ẩm của vật
liệu cách nhiệt và vật liệu xây dựng
  vs,  vs : bề dày và hệ số khuyếch tán ẩm của
vật liệu cách ẩm
Ta có :

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 20


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục
3 x0.02 0.25
0.2
0.003



248.9 Rn (thỏa)
0.012 0.014 0.001 0.000115
3/ Tính cách nhiệt cho đáy
Vật liệu

Bề
dày
 I (m)

Hệ số
dẫn nhiệt
 i (W/mK)

Hệ số
khuếch tàn
(g/m.h.mmH
g)

Lớp vữa ximăng
Lớp bêtông
Lớp vật liệu cách
nhiệt (xỉ lò cao)
Lớp cách ẩm bitumen
& giấy dầu
Lớp bêtông cốt thép
có ống thông hơi
Cát
Đất nện, đá dăm dần
kỹ
Đất tự nhiên
Kết
1
  cn cn  
k

cấu

đáy
n
 1

1 
   i   
  1 i 1 i  2  

0.02
0.2
 cn

0.88
1.4
0.18

0.012
0.004
0.012
0.00018

1.4

0.004

0.005
0.2

Từ

công

thức

(3-1):

Hệ số k của nền có sưởi k = 0.29(W/m2K)
 1 = 25.63 (W/m2K)
 2 = 300 (W/m2K)
 1
0.02 0.2 0.005 0.2
1 
 1






  0.0.58 (m)
 cn 0.19 
 0.29  25.63 0.88 1.4 0.18 1.4 300  
Choïn  cn = 60 cm
4/ Tính cách nhiệt cho nắp
Nắp dùng gỗ có  = 0.15 (W/m2K)
Hệ số truyền nhiệt qua nắp : k = 2.32
 1

1 
 1

   0.037 (m)
Từ công thức (3-2):   cn 0.15
 2.32  25.63 7  
Chọn  cn = 5cm
SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 21


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 22


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
Chương 4

CÂN BẰNG NĂNG LƯNG CHO QUÁ TRÌNH CÔNG
NGHỆ
Tính toán năng suất lạnh
1/ Tiêu tốn lạnh cho khuôn đá
G.1000
g k .0,1(t b  t p )kcal / ngay
Q1 =
g

G năng suất bể đá G = 30 tấn/ ngày
gk khối lượng một khuôn đá không gk = 7.2kg
g khối lượng của cây đá ( 25kg , 50kg) g = 50kg
tp nhiệt độ của nước muối lạnh -100C
0.1 nhiệt dung khuôn đá Kcal/kgđộ
tb nhiệt độ của nước ban đầu 330C
30.1000
7,2.0,1(33  ( 10)) 18576kcal / ngay
Q1 =
50
2/ Tiêu tốn lạnh để làm lạnh đông và quá lạnh đông
nước đá
Q2 = G. 1000[( tb – 0 ) + 80 + 0,5 (0 – t1 )]Kcal/ngày
tb nhiệt độ của nước ban đầu 330C
t1 nhiệt độ của đá ở cuối quá trình sản xuất,
thường lấy cao hơn nhiệt độ của nước muối chừng 5 0C
(tức -50C )
Q2 = 30.1000 [(33-0) + 80 + 0,5 (0- (-5))] = 3465.10 3 kcal/ngày
3/ Nhiệt lượng tương đương công cho máy khuấy
Q3 = 20640.Ne (kcal/ngày)
Trong đó
Ne công suất yêu cầu của máy khuấy kW
Ne = 7,5 kW
Q3 = 20640 x 7,5 = 154800 kcal/ ngày
4/ Tổn thất khi tách đá khỏi khuôn
1000.G
f . .900.80 kcal/ngày
Q4 =
g
Trong đó

 da = 900kg/m3
f : là bề mặt cây đá, tuỳ thuộc loại cây đá
g = 50kg , f= 1,25m2

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 23


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục

 : Là bề dày lớp đá tan (  = 0,001m )
1000.30
.1,25.0,001.900.80 = 54000Kcal/ngày
Q4 =
50
5/ Tổn thất lạnh do truyền nhiệt ra ngoài bể đá
Q5 =  i k i Fi (t H  t p ).24 kcal/ngày
Trong đó
Fi : bề mặt nền, vách, nắp của bể
Ki hệ số truyền nhiệt của bể cách nhiệt
Lấy : đáy & vách :k = 0,5 kcal/m2.h.độ
Nắp
:k = 2 kcal/m2.h.độ
tH : nhiệt độ không khí trong xưởng sản xuất nước đá
tH = 370C (vào mùa hè)
Kích thước bể nước đá
Kích thước
(m)
Dài

Rộng
Cao

14,95
5,565
1,35
Diện tích (m2)

Đáy
Nắp
Xung quanh

14,95 x 5,565 = 83,2
14,95 x 5,565 = 83,2
(14,95 + 5,565) x 2 x 1,35
= 53,39

Q5 = [(83,2 + 53,39).0,5 + 83,2 . 2](37-(-10)).24 = 264736 kcal/
ngày
Tổng năng suất lạnh :
Q0 = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 kcal/ngày
Năng suất lạnh
(kcal/ngày)
Q1
Q2
Q3
Q4

18576
3465.103

154800
54000

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 24


Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục
Q5



264736
3957112 kcal/ngày

3957112 x 4,18
= 191,4 kW
24 x3600
Q0 = 131,9 kcal/ngaøy.kg
Q0MN = (1,1 - 1,2) Q0
Q0MN = 1,2 x 191,4 = 229,7 kW
Q0 =

SVTH : Nguyễn Thị Thu Trang

Trang 25