NMND Đồ An Môn Học Thiết kế bể đá cây Lời nhận xét của giáo viên MỤC LỤC MỞ ĐẦU trang 3 Chương 1 VÀI NÉT VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC ĐÁ 1 1 Tính chất vật lý của nước 4 1 2 Tính chất vật lý của nước đá 4 1 3 Cơ sở[.]
Đồ An Môn Học Thiết kế bể đá Lời nhận xét giáo viên MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: VÀI NÉT VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC ĐÁ 1.1 Tính chất vật lý nước 1.2 Tính chất vật lý nước đá 1.3 Cơ sở vật lý q trình đơng đá Chương 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT GVHD : LÊ QUANG HUY trang 4 SVTH:Đỗ Văn Vang Trần Tấn Hồng -1– Đồ An Mơn Học Thiết kế bể đá 2.1 Chọn phương án sản xuất 2.2 Chọn nồng độ muối NaCl 2.3 Chọn tác nhân lạnh 2.4 Bể nước đá khối 2.5 Quy trình làm nước đá 2.6 Giải thích quy trình Chương 3: TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM VÀ KẾT CẤU BỂ ĐÁ 3.1 Tính cách nhiệt cách - ẩm cho bể đá 3.2 Xác định kích thước bể đá 3.3 Tính nhiệt bể dá 5 6 Chương 4: TÍNH TỐN CHU TRÌNH, TÍNH CHỌN MÁY NÉN 4.1 Chọn thơng số chế độ làm việc 4.2 Chu trình máy nén cấp 4.3 Tính chọn máy nén cấp Chương 5: TÍNH CÁC THIẾT BỊ CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LẠNH 5.1 Tính tốn thiết kế thiết bị ngưng tụ 5.2 Tính tốn thiết bị bay Chương 6: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 6.1 Bình tách dầu 32 6.2 Bình hồi dầu 33 6.3 Bình chứa cao áp 33 6.4 Bình tách lỏng 34 6.5 Bình tách khí khơng ngưng 6.6 Bình tách lỏng giữ mức 6.7 Quạt khuấy bể đá 36 6.8 Hệ thống đường ống SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG BỂ ĐÁ CÂY KẾT LUẬN: TÀI LIỆU THAM KHẢO: 13 17 19 23 24 25 28 31 35 35 36 37 39 40 MỞ ĐẦU Từ xa xưa người biết lấy loại nước đá thiên nhiên từ sông, suối, ao, hồ… để sử dụng làm lạnh, dự trữ nhà để mùa hè lại đem dùng Quá trình hình thành đá thiên nhiên dựa vào lạnh thiên nhiên, nhiều nơi mùa đông khơng khí lạnh đến -20C, 30C … làm cho nước ao, hồ, sơng, suối,… bị đóng băng Cho đến ngành lạnh đời, bắt đầu phát triễn mạnh giới người sử dụng kỹ thuật lạnh vào nhiều mục đích khác mình, từ đơn giản tinh vi Một ứng dụng người sản xuất nước đá( đá nhân tạo) nhiều dạng khác nhau( dạng khối, dạng viên, dạng vẩy, dạng bột,….), tuỳ theo yêu cầu sử dụng điều kiện sản xuất thực tế GVHD : LÊ QUANG HUY SVTH:Đỗ Văn Vang Trần Tấn Hồng -2– Đồ An Mơn Học Thiết kế bể đá Nước đá sử dụng rộng rãi làm lạnh, trữ cho vận chuyển, bảo quản nông thuỷ sản, thực phẩm, cho chế biến lạnh sản phẩm từ thịt, thuỷ sản cho sinh hoạt người dân Vì nước đá có ý nghĩa quan trọng đời sống, nên nhận đề tài “thiết kế bể đá cây, suất tấn/ngày” em cảm thấy thích thú Từ trước đến nay, nói đến nước đá biết,nói đến làm nước đá người ta nghĩ đơn giản hạ nhiệt độ xuống thấp để nước đóng băng, để làm điều địi hỏi người kỹ sư phải tính tốn thiết kế thiết bị làm lạnh, phải đảm bảo tiêu chuẩn nước đá Trên thực tế muốn xây dựng thành cơng nhà máy, để vào hoạt động có hiệu người kỹ sư khơng phải có kiến thức kỹ thuật mà địi hỏi phải tính đến tính kinh tế xây dựng phân xưởng Trong khuôn khổ đồ án môn học chắn em làm cịn nhiều thiếu sót, thơng qua đồ án em học nhiều kiến thức, đặt biệt phải biết cách áp dụng học sách vỡ vào thực tế Trong thực đồ án có kiến thức thực tế em khơng rõ, khơng có kinh nghiệm nhờ có dẫn tận tình thầy LÊ QUANG HUY giúp em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy Quang Huy thầy môn ĐIỆN LẠNH giúp đỡ em Do thời gian kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi nhiều sai sót Vì vậy, kính mong thầy, góp ý kiến q báu để em hiểu biết thêm nhiều điều bổ ích GVHD : LÊ QUANG HUY SVTH:Đỗ Văn Vang Trần Tấn Hoàng -3– Đồ An Môn Học Thiết kế bể đá CHƯƠNG 1: VÀI NÉT VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC ĐÁ 1.1 Tính chất vật lý nước : Ơ áp suất thường nước có khối lượng riêng lớn 4C Trong trình hạ nhiệt độ từ 4C - 0C khối lượng riêng giảm từ 1000-999.9 kg/m3 biến thành nước đá khối lượng riêng tiếp tục giảm tới 916.8 kg/m3 Nước có nhiệt dung riêng cao bất thường, Cnước =4.18kJ/kgK.Từ thấy nước chất toả nhiệt tốt Nhiệt nóng chảy nước : c = 334 kJ/kg Nhiệt hoá nước : h = 2253 kJ/kg Đứng phương diện khoa học mà nhận xét nước rõ chất lỏng có điểm bất thường : Khối lượng riêng 4C khối lượng riêng cực đại, khối lượng riêng thể rắn phải lớn khối lượng riêng thể lỏng Có nhiệt dung riêng lớn lớn so với nhiệt dung riêng nhiều chất lỏng khác 1.2 Tính chất vật ký nước đá: Nhiệt độ nóng chảy t = 0C Khối lượng riêng nước đá : đ = 916.8 kg/m3 Khối lượng riêng nước đá có quan hệ nhiệt độ sau: đ =917(1-0.00015t) Khi nước đóng băng thành nước đá thể tích tăng 9% Ẩn nhiệt đóng băng: r = 334 kJ/kg Khi nhiệt độ hạ 1C r tăng 2.12 kJ/kg Nhiệt dung riêng nước đá : Cđ =2.12kJ/kg Hệ số dẫn nhiệt : đ = 2.22 W/mK 1.3 Cơ sở vật lý q trình đơng đá: Khi hạ nhiệt độ thể tích khối nước giảm, đến 3.98C bắt đầu hình thành cấu trúc đặc trưng tinh thể nước đá.Có nhóm phân tử nước (H 2O)5, Mỗi nhóm tạo thành cách phân tử nước làm trung tâm liên kết với phân tử khác liên kết hydro, nguyên tử oxi phân tử nước lại tiếp tục làm tâm liên kết với nguên tử hydro của phân tử nước khác Kết tinh thể nước đá có cấu tạo tứ diện Giữa chúng có nhiều lỗ hổng nên nước đá nhẹ nước lỏng Trong làm lạnh đông nhiệt độ đến OC mà chưa có đóng băng, tượng chậm đóng băng( lạnh) Sự chậm đóng băng chậm tạo thành tâm kết tinh tượng chuyển động nhiệt Bơ-rau-nơ chuyển động tương hổ( kết hợp) Khi làm lạnh đến nhiệt độ thấp mà hệ thống chuyển động cân lực theo phương trình: Pkết hợp = Pđẩy + Pch.d.nhiệt xuất tâm kết tinh mạng lưới tinh thể, lúc tương tự xảy phản ứng tổng hợp: phần tử lỏng liên kết với mạng tinh thể có thành khối nước đá toả ẩn nhiệt đóng băng An nhiệt đóng băng toả qua lớp nước đóng băng tới môi trường tỏ lạnh trực tiếp qua nhiệt trở thành - CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH SẢN XUẤT GVHD : LÊ QUANG HUY SVTH:Đỗ Văn Vang Trần Tấn Hồng -4– Đồ An Mơn Học Thiết kế bể đá 2.1 Chọn phương án sản xuất Ngày khoa học kỹ thuật tiến nên có nhiều loại máy sản xuất nước đá : máy đá khối, máy đá vảy, máy đá viên,….Các loại máy hoạt động liên tục gián đoạn, có loại làm nước đá trực tiếp, có loại gián tiếp qua nước muối.Làm lạnh trực tiếp có ưu điểm tiêu kinh tế cao( không thời gian nước muối môi chất lạnh) suất giới hạn, chế tạo máy móc thiết bị khó khăn nên vốn đầu tư cao Đối với đồ án suất thuộc loại nhỏ dạng nước đá sản xuất để tiêu dùng (dạng 50 kg) nên em chọn phương án làm lạnh gián tiếp qua nước muối Phương pháp thuộc loại cổ điển, có nhiều nhược điểm tiêu kinh tế tiêu vệ sinh có ưu điểm lớn đơn giản, dễ chế tạo, sử dung cho suất lớn, thao tác sản xuất gọn, vốn đầu tư thấp Hiện hầu hết phân xưởng sản xuất nước đá nước ta chọn phương pháp Theo phương pháp hệ thống thiết bị bao gồm: máy nén, thiết bị ngưng tụ, thiết bị bay ngâm bể nước muối, bình chứa cao áp, khuôn đá, thiết bị phụ khác,… Với suất lớn địi hỏi sản xuất liên tục cịn có cấu tự động đẩy khn đá, balance cẩu đá, máy rót nước vào khn.Tuy nhiên với suất nhỏ phân xưởng thêm vào việc cung cấp sản phẩm với số lượng lớn đồng thời, nên em chọn sản xuất nước đá theo mẻ, phân phối sản phẩm đồng thời nên không cần phải có hệ thống giới hố Em chia bể đá làm hai ngăn, ngày xuất đá làm hai đợt, lúc ta có đá để dự trữ, đồng thời sau xuất đá lại tiếp tục châm đá nên mẻ lại có mẻ khác thay Do phân xưởng không xây thêm kho trữ đá vừa khơng tốn chi phí xây dựng kho trữ , vừa không tồn điện cho kho 2.2 Chọn nồng độ muối NaCl: Dùng nước muối để tải lạnh có ưu điểm: Có hệ số truyền nhiệt lớn: = 200-400(kcal/m2hK) trường hợp chất lỏng chuyển động với vận tốc 5m/s = 400000 (kcal/m2hK) Vì nên có lợi mặt kinh tế rút ngắn thời gian sản xuất, thời gian phục vụ Dùng muối NaCl (muối ăn) rẻ tiền, dễ kiếm, dễ bảo quản sử dụng Không độc hại, không gây nổ, không bắt lửa Nhiệt độ đóng băng thấp: NaCl 23.1% khối lượng có nhiệt độ Ơtectic -21.2C Độ nhớt nhỏ nên giảm công suất bơm trở lực thuỷ lực.: NaCl 20% có = 4.08 PaS -10 Nhược điểm: Tính ăn mịn kim loại cao, làm cho thiết bị chống rỉ, chống mục Để khắc phục ta sử dụng chất chống ăn mịn : 1m3 dung dịch pha 3.2 kg Na2Cr2O7 (có thêm 0.27 kg NaOH cho 1kg Na2Cr2O7) trước phải đưa dung dịch pH = Mỗi năm có lần phải thêm ½ lượng Na2Cr2O7 kiềm ban đầu Cũng dùng 1.6 kg Na2HPO4.12H20 cho m3 dung dịch NaCl (thêm vào hàng tháng) GVHD : LÊ QUANG HUY SVTH:Đỗ Văn Vang Trần Tấn Hoàng -5– Đồ An Môn Học Thiết kế bể đá Dùng mơi trường nước muối để tải lạnh gặp phải nguy hiểm tượng chất tải lạnh đóng băng Vì phải thường xun kiểm tra nồng độ nước muối thường chọn nồng độ nước muối có khoảng nhiệt độ dự trữ để có hạ nhiệt độ yêu cầu chưa làm đóng băng dung dịch Tính chất dung dịch NaCl, ta chọn NaCl 23% có Tđb = -20C, nhiệt dung riêng 0C: c= 0.794 kcal/kgK, hệ số dẫn nhiệt -10C: = 0.434 kcal/kgK Khi chọn nhiệt độ nước muối bể đá -10C 2.3 Tác nhân lạnh: Trong phương pháp sản xuất nước đá bể đá khối hệ thống lạnh thường sử dụng máy nén cấp với tác nhân lạnh NH3 Ưu diểm NH3: Năng suất lạnh riêng khối lượng q0 (kJ/kg) lớn nên lưu lượng mơi chất tuần hồn hệ thống nhỏ, phù hợp cho máy lạnh co suất lớn Năng suất lạnh riêng thể tích qv (kJ/m3) tương đối nhỏ nên máy nén gọn nhẹ Các tính chất trao đổi nhiệt tốt, hệ số tỏa nhiệt sôi ngưng tụ tương đương với nước nên không cần tạo cánh thiết bị trao đổi nhiệt với nước Tính lưu động cao, tổn thất áp suất đường ống, cửa van nhỏ, nên thiết bị gọn nhẹ Amoniac không ăn mòn thép, kim loại đen chế tạo máy, ăn mòn đồng hợp kim đồng (trừ hợp kim đồng có photpho) nên khơng sử dụng đồng hợp kim đồng hệ thống lạnh amoniac Có mùi khó chịu, dễ phát rị rỉ ngồi mơi trường Ít tan dầu bơi trơn, đỡ ảnh hưởng đến q trình bơi trơn đỡ ảnh hưởng đến chất lượng tác nhân Nhược điểm NH3: Trong khơng khí chứa lượng NH3 định bắt lửa, gây nổ, hoả hoạn, khơng an tồn cho thiết bị người Amoniac độc hại thể người gây kích thích niêm mạc mắt, dày, gây co thắt quan hô hấp, làm bỏng da Tuy độc hại, amoniac môi chất lạnh rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển, bảo quản tương đối dễ dàng, nước ta sản xuất nên sử dụng 2.4 Bể nước đá khối: Khuôn đá tiêu chuẩn khối lượng 50kg có: Tiết diện trên: 380x190(mm) Tiết diện dưới: 340x160(mm) Chiều cao: chiều cao chuẩn: 1101(mm), chiều cao tổng:1115(mm) Bể đá tiêu chuẩn 50kg: Dài : 4900 mm Rộng :4370mm Tổng số khuôn đá : khuôn x dãy x ngăn Khoảng cách khuôn dãy : 30 mm GVHD : LÊ QUANG HUY SVTH:Đỗ Văn Vang Trần Tấn Hoàng -6– Đồ An Môn Học Thiết kế bể đá Khoảng cách dãy khuôn : 70 mm 2.5 Qui trình làm nước đá: Nước cấp từ TP Xử lý nuớc Cặn bã Nước Muối Cấp nuớc vào bể chứa Hoa tan bể Rót nước vào khn Cho vào bể đá Đóng băng Lấy đá Bể tan đá Nâng linh đá khỏi bể 2.6 Giải thích qui trình 2.6.1 Nguồn nước sử dụng: Sử dụng nguồn nước cấp từ thành phố Ưu điểm: Nguồn nước qua xử lý, tiết kiệm chi phí xử lý nước Ở qui mơ nhà máy có suất nhỏ nên dùng nguồn nước tiện phải xây dựng thêm cơng trình cấp nước Nhược điểm: Chi phí cho việc sử dụng nước nhiều Đơi cung cấp không ổn định 2.6.2 Xử lý nước: GVHD : LÊ QUANG HUY SVTH:Đỗ Văn Vang Trần Tấn Hoàng -7– Đồ An Môn Học Thiết kế bể đá Mặc dù nước cấp từ thành phố qua xử lý sơ nhiên nước đá dùng để uống, bảo quản thực phẩm phải đảm bảo yêu cầu vệ sinh thực phẩm tiêu dùng trực tiếp cần phải xử lý trước đưa vào sản xuất Trong công nghệ sản xuất nước đá từ nước ngọt, người ta đòi hỏi yêu cầu đặc biệt nguyên liệu (nước) sản phẩm (nước đá), thiết bị trình sản xuất Thông thường nguồn nước phải đảm bảo yêu cầu sau: Số lượng vi khuẩn 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 nước: < 7mg/l Độ đục theo hàm lượng hạt lơ lửng không 1.5mg/l Hàm lượng sắt: < 0.3mg/l pH= 6.5-9.5 Yêu cầu nước đá : Bảng 1: Hàm lượng tạp chất nước đá sản xuất -10C Tạp chất Hàm lượng muối chung, mg/l Sulfat +0.75 clorua +1.25 natri cacbonat, mg/l Muối cứng tạm thời, mg/l Sắt, mg/l Tính oxi hố O2 , mg/l pH Hàm lượng tối đa 250 170 70 0.04 Bảng 2: Ảnh hưởng tạp chất tới chất lượng nước đá Tạp chất Anh hưởng đến chất lượng nước đá Kết chế biến nước CaCO3 Tạo chất lắng bẩn phần Tách đá làm nứt nhiệt độ thấp MgCO3 Tạo chất lắng bẩn, bọt khí, làm nứt Tách nhiệt độ thấp Oxit sắt Cho chất lắng màu vàng (nâu) nhuộm Tách màu chất lắng canxi magie Oxit silic Cho chất lắng bẩn Tách oxit nhôm Chất lơ lửng Cho cặn bẩn Tách Sulfat natri Tạo vết trắng lõi, kéo dài thời gian Không thay đổi clorua, sulfat đóng băng , khơng có chất lắng GVHD : LÊ QUANG HUY SVTH:Đỗ Văn Vang Trần Tấn Hoàng -8– Đồ An Môn Học Thiết kế bể đá canxi Clorua canxi Cho chất lắng xanh nhạt lõi, kéo dài sulfat thời gian đóng băng magie Clorua magie Biểu dạng vết trắng khơng có cặn Cacbonat Làm nứt đá, tạo vết màu trắng lõi, kéo natri dài thời gian đóng băng, tạo độ đục cao khơng có cặn Biến đổi thành sulfat canxi Biến đổi thành clorua canxi Biến đổi thành cacbonat canxi 2.6.3 Cấp nước vào bể chứa: Nước sau qua xử lý bơm bơm vào bể chứa để cung cấp cho sản xuất sinh hoạt Tính thể tích bể đá: V Lượng nước dùng để sản xuất 100 đá(cây 50 kg) ngày: V1= G.g/ (2-1) Trong đó: G : 100 cây/ngày g : khối lượng đá, g= 50 kg : khối lượng riêng nước, = 999 kg/m3 V1 = 100x50/999 = 5m3/ngày Lượng nước dự trữ: V2 =1m3 Vậy thể tích bể chứa là: V = V1 + V2 = + = 6m3 Kích thước bể chứa: dài x rộng x cao = x x1.75=7m3 2.6.4 Cấp nước vào khn: Vì hệ thống khơng sử dụng máy rót nước nên sau mẻ cơng nhân lấy đá gắn vòi nước vào ống cấp nước thiết kế phía bể đá chuyền xuống châm nước vào khuôn Khi châm nước phải châm mực nước khuôn thấp mực nước muối để làm lạnh đông điều nhanh Đồng thời, mực nước khuôn phải thấp miệng khuôn để tránh đông thể tích nước đá tăng 9%, trào ngồi làm giảm nồng độ nước muối 2.6.5 Quá trình đơng đá: Sau châm nước vào khn, cho vào bể đá, thực q trình đơng đá Nước muối hoà tan bể với nồng độ chọn trước, làm lạnh dàn bay ống đứng tới nhiệt độ -10C chuyển động bể nhờ máy khuấy Khi q trình truyền nhiệt giữanước muối lạnh nước lỏng qua vách khuôn Nước lỏng giảm nhiệt độ nhiệt độ đóng băng (nhỏ 0C) thường -5 t1 > t2 GVHD : LÊ QUANG HUY SVTH:Đỗ Văn Vang Trần Tấn Hồng -9– Đồ An Mơn Học Thiết kế bể đá M d t2, 2 t1, 1 d o M d Hình 1: Sơ đồ q trình đơng đá Bề mặt truyền nhiệt vách khuôn đá, với bề dày thành M (m), hệ số dẫn nhiệt thành kim loại M( W/mK) Thành tiếp xúc với nước có nhiệt độ t1 > 0C, hệ số cấp nhiệt từ phía nước vào đá 1 ( W/m2K) Nhiệt độ môi trường tải lạnh t2, hệ số cấp nhiệt từ vách phẳng vào môi trường 2 ( W/m2K) Hệ số dẫn nhiệt nước đá đ ( W/mK) , thành kim loại M( W/mK) d bề dày thành nước đá tạo thành, 0 nhiệt độ vách nước đá vừa đông (C) Ta có, dịng nhiệt từ nước vào bề mặt đá q1 phụ thuộc vào t1-0 : q1 = 1(t1-0) (W/m2) Khi 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 (2-2) t1 t d M 2.6.6 Khâu tách khuôn : Thời gian đông đá 19giờ, sau lấy khn đá khỏi bể Để tách khuôn ta cho khuôn đá vào bể tan đá, dùng dịng nước chảy có nhiệt độ khoảng 25-30C cho chảy xung quanh khn khoảng 3-4 phút lượng nước tan khoảng 1mm bề dày Khi ta tách đá khỏi khuôn cho chất lên xe chuyên chở phân phối đến nơi tiêu thụ Sau tách đá khỏi khn tiến hành châm nước vào khuôn cho vào bể đá tiếp tục thực mẻ GVHD : LÊ QUANG HUY SVTH:Đỗ Văn Vang Trần Tấn Hoàng - 10 –