Tính toán thiết kế máy sản xuất đá cây công suất 5 tấn mẻ

Máy nước đá đã được các cơ sở sản xuất sử dụng ngày càng nhiều, nó rất c n thiết phục cho các quán hàng giải khát,nhà hàng , khách s n… ì nước đá có ý nghĩ quan tr ng trong đời sống, nên

KHOA: CƠ KHÍ

- -ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ SẢN XUẤT MÁY ĐÁ CÂY SẢNG LƯỢNG 5 TẤN /MẺ SỬ DỤNG GAS MÔI CHẤT THỜI GIANG 16 TIẾNG/MẺ

GVHD : TH.S HỒ TRẦN ANH NGỌC SVTH : NGUYỄN ANH TIẾN

Đà Nẵng, tháng 10- 2020

LỜI NÓI ĐẦU

Từ nghìn xưa con người đã biết sử dụng l nh có sẵn trong thiên nhiên như sửdụng băng tuyết và các h m sâu dưới đất để bảo quản thực phẩm Quá trình hình thành

đá thiên nhiên dựa vào l nh của thiên nhiên, nhiều nơi mùa đông không khí l nh đến 20°, -30° …làm cho nước nóng trong ao, hồ, song, suối, …bị đóng băng

-Ngày nay kỹ thuật l nh giữ vai trò quan tr ng trong nền kinh tế quốc dân,nó tham giavào m i ngành kinh tế.Đặc bi t trong mục đích tiêu dùng phục vụ đời sống conngười,m i nhu c u này đã được đáp ứng bằng các tủ l nh gia đình, tủ l nh thươngnghi p nhưng các nhu c u đối với máy đá vẫn còn rất lớn Máy nước đá đã được các cơ

sở sản xuất sử dụng ngày càng nhiều, nó rất c n thiết phục cho các quán hàng giải khát,nhà hàng , khách s n…

ì nước đá có ý nghĩ quan tr ng trong đời sống, nên khi nhận được đề tài “Thiết

kế máy sản xuất đá cây công suất 5 tấn/mẻ em cảm thấy rất thích thú

Trong khi thực hi n đồ án này có những kiến thức và kinh nghi m thực tế em còn chưa

rõ, nhờ sự chỉ dẫn tận tình của th y Nguyễn Công inh đã giúp em hoàn thành đồ ánnày

Do kiến thức còn nhiều h n chế nên trong quá trình thực hi n đề tài không tránh khỏi sai sót nên rất mong được sự góp ý của quý th y cô

Đà Nẵng, ngày 02 tháng 02 năm 2020

Sinh viên thực hi n

NGUYỄN ANH TIẾN

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁ CÂY 5 TẤN/MẺ

Thông số ban đầu:

Công suất thiếtkế :

Thời gian làm đá :

Khối lượng một cây đá :

Nhi t độ nước muối trong bể :

Môi chất l nh :R134a

7 tấn/mẻ16giờ

50 kg/cây-120C

Mục tiêu đề tài: Tính toán thiết kế máy sản xuất đá cây công suất 5 tấn/mẻ

Nội dung đề tài:

 Các kiến thức cơ sở về lý thuyết máy và thiết bị l nh

 Tính tổn thất nhi t, tính cân bằng nhi t

 Tính thiết kế bình ngưng tụ kiểu ống chùm nằm ngang: tính di n tích trao đổinhi t, bố trí ống , số đường đi, công suất bơm, lưu lượng nước, bơm

 Tính ch n các thiết bị phụ : tháp giải nhi t

CHƯƠNG 1 TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ PHÂN LOẠI NƯỚC ĐÁ

1.1 Tính chất vật lý và phân loại nước đá

1.1.1 Tính chất vật lý

Nước đá ở 0°C và áp suất 0,98 bar có các thông số vật lý là :

- Nhi t độ nóng chảy :tr = 0oC

- Nhi t lượng nóng chảy : qr = 333,6 Kj/Kg (79,8Kcal/Kg)

- Nhi t dung riêng : Cpâ = 2,09 Kj/Kg (0,5 Kcal/Kg)

- H số dẫn nhi t : â =2,326 W/mK (2Kcal/mhđộ)

- Khối lượng riêng trung bình 900kg/m3

- Khi nước đóng băng thành nước đá, thể tích của nó tăng 9% Nước đá được sửđụng để làm l nh vì có khả năng nhận nhi t của môi trường xung quanh và tan ra thànhnước ở nhi t độ 0°C

Hình 1-1: Quá trình làm đá

Lượng l nh c n thiết để biến một kg nước ở nhi t độ ban đ u t1 thành nước đá cónhi t độ t2 :

Theo thành ph n nguyên li u người ta phân nước đá nhân t o ra các lo i nước đá

từ nước ng t ( 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

Trong công ngh sản xuất nước đá từ nước ng t , người ta đòi hỏi những yêu c u đặc

bi t đối với nguyên li u (nước), sản xuất (nước đá) cũng như đối với thiết bị và quátrình sản xuất

Từ nước ăn lấy ở m ng nước thành phố người ta sản xuất nước đá đục khốilượng riêng 890 đến 900 kg/m3 và nước đá trong khối riêng 910 đến 917 kg/m3 ở nhi t

độ từ -8 đến -25oC Nuớc đá đục có màu trắng vì trong đó có ngậm các b t không khí

và t p chất , khi tan để l i chất lắng

Thông thường nguồn nước phải đảm bảo được các yêu c u sau : số lượng vikhuẩn trong nước không quá 100 con/ml, vi khuẩn đường ruột không quá 3 con/l, chấtkhô cho phép là 1g/l, độ cứng chung của nước không quá 7mg/l, độ đục theo hàmlượng các h t lơ lửng không quá 1,5mg/l, hàm lượng sắt không quá 0,3mg/l, nồng độ

Những chỉ tiêu trên đây được áp dụng cho nước để sử dụng cho các mục tiêu kỹthuật.

Nước đá dùng để uống phải đảm bảo điều ki n v sinh như đối với các thựcphẩm tiêu dùng thực tế Đối với nước đá trong được sản xuất ở g n -12oC th hàm luợng

t p chất cho phép được cho ở bảng sau :

Bảng 1-1: Hàm lượng tạp chất đối với nước đá trong sản xuất

T p chất

Hàm lượng muối chung, mg/l

Sunfat +0,75 clorua +1,25 natri cacbonat, mg/l

Khi độ pH >7 và trong nước có các lo i muối Ca, Mg và đặc bi t là Ca(CO3)2 thìcây đá sẽ dòn, dễ gẫy và vì vậy nên làm nước đá đóng băng ở -8oC và làm tan giá ở

Fe, l ra khỏi nước bằng các quá trình hóa h c đơn giản :

Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 = CaCO3 +2H2O

Bảng 1 -2: Ảnh hưởng của tạp chất đế chất lượng nước đá Tạp chất Ảnh hưởng đến chất lượng nước đá Kết quả chế biến nước

ph n dưới và giữa cây đá làm nứt ởnhi t độ thấp

Mg(CO3)2 - T o thành chất lắng bẩn và b t khí Tách ra được

Ôxit Sắt - Cho chất lăng màu vàng hay màu nâu Tách ra được

và nhuộm màu chất lắng canxi

CanxiBiến đổi thành Cacbonatnatri

Khi đó các chất hữu cơ đ ng l i cùng với t p chất Cacbonat.sau đó nước đã giacông bằng vôi, được l c qua cát th ch anh, đến đây nước đã đảm bảo được các chỉ tiêuchung, nhưng còn chứa sắt Trứớc khi l c c n bổ sung thêm một ít vôi nữa Khi chonước ngậm khí, sắt thường kết hợp với CO2 t o thành cặn và dễ dàng tách ra.

Có thể l c nước dễ dàng bằng cát th ch anh hay bằng nhôm sunfat Phương phápnày không những đảm bảo làm mềm nước, tích tụ các chất hữu cơ và vôi chuyển hóabicacbonat thành sunfat, kết quả là giảm được tính dòn và do đó có thể h được nhi t

độ đóng băng trong khuôn đá từ -8/-10oC đến -12/-14oC Như vậy c n giữ độ pH trongnước ở mức 7 để giảm tính dòn của nước đá

d n d n chúng bị ngậm giữa các tinh thể đá làm cho nước đá có màu trắng đục như sữa hoặc màu trắng nh t

1.1.2.2.Nước đá trong suốt

Như đã giới thi u, quá trình nước đóng băng có hi n tượng tự làm s ch nướcnghĩa là nước khi đóng băng xảy ra quá trình tách các cặn bẩn và các thành ph n khác

ra khỏi tinh thể đá đang hình thành.Nếu những t p chất này được lấy ra khỏi bề mặt

tinh thể thì có thể lo i trừ ngay những t p chất đó khỏi bị ngâm giữa các lớp đá đanghình thành.Khi đó nước đá sẽ trong suốt.Thường để sản xuất nước đá trong suốt, nguời

ta sử dụng phương pháp thổi khí vào đáy khuôn đá.Riêng ph n tâm cây đá vẫn đục bởi

vì cặn bẩn động l i

1.1.2.3.Nước đá pha lê

Nước đá pha lê (tinh thể) được sản xuất từ nước đá khử muối hoàn toàn và khửkhí cẩn thận khi t o đá Trước đây người ta chỉ sản xuất nước đá pha lê từ nước cất Ngày nay nước đá pha lê được sản xuất từ nước khử muối hoàn toàn bằng phươngpháp hóa h c nhờ các thiết bị trao đổi ion Khối nước đá phalê hoàn toàn trong suốt cho đến tâm Khi tan nước đá không để l i cặn bẩn Chính vì vậy nước đá pha lê được

sử dụng khi nước đá tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm bảo quản Nước đá pha lê khi xay nhỏ rất dễ lấy vì ít bị dính Nước đá pha lê có thể được sản xuất ngay ở các máy đá nhỏ với điều ki n tốc độ nước trên bề mặt đóng băng đủ lớn đ t yêu c u

1.1.2.4.Một số loại nước đá khác

Nước đá thực phẩm : Nguyên li u là nước đảm bảo yêu c u về tiêu chuẩn về antoàn thực phẩm, về t p chất, về vi khuẩn, và đặc bi t là vi khuẩn đường ruột Nước đátrong suốt và nước đá pha lê được sử dụng nhiều hơn so với nước đá đục

Nước đá khử trùng : Nước đá khử trùng được sản xuất từ nước đã được khử trùng bằngcác hóa chất như hypoclorit canxi, nitrat natri, Đôi khi người ta còn thêm các hóachất kháng sinh như Cloteracylin 0,0001 đến 0,0005% Nước đá được khử trùng dùngchủ yếu trong công nghi p cá để chuyên chở và bảo quản cá tươi

CHƯƠNG 2 TÍNH THỂ TÍCH VÀ TÍNH TOÁN CÁCH NHIỆT, CÁCH ẨM CHO BỂ ĐÁ

2.1 Thiết kê bể đá

2.1.1 Thông số ban đầu

- Công suất của bể đá : 7 tấn/mẻ

- Nhi t độ nước vào : t1 = 30oC

- Chiều cao cây đá : 1150mm

2.1.2.Tính toán kích thước của bể đá

- Để ti n bốc dỡ dễ dàng bằng máy ta cặp khuôn đá thành từng cụm, mỗi cụm là

5 khuôn, bố trí khuôn đá thành 2 dãy, dàn l nh đặt ở giữa Mỗi dãy có 30 cụm

- Khoảng cách giữa 2 dãy đặt dàn l nh ở giữa bề rộng : 800mm

- Khoảng cách giữa 2 khuôn đá : 100mm

- Khoảng cách từ tườngbể đá đến khuôn : 200mm

Hình 2-1: Bố trí bể đá với linh đá 4 khuôn đá

Kích thước linh đá : Các khuôn đá được bố trí thành các linh đá, mỗi linh đá gồm

có nhiều khuôn ở đây chúng ta sử dụng lo i linh đá có 5 khuôn đá

C : chiều rộng đo n hở cuối bể : C = 500 mm

b : khoảng hở giữa các linh đá

Chiều cao của bể đá phải đủ lớn để có khoảng hở c n 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 và phía dưới khuôn đá phải có một khoảng hở để muối lưu thông làm l nh cho

bể đá khoảng 220mm Do đó tổng chiều cao của bể là: 1500mm

2.1.3.Tính toán cách nhiệt, cách ẩm cho bể đá :

2.1.3.1.Mục đích của việc cách nhiệt - cách ẩm

Dòng ẩm có tác dụng xấu đến vật li u xây dựng và cách nhi t, làm giảm tuổi th vật li u xây dựng, làm hỏng cách nhi t và mất khả năng cách nhi t Dovậy cấu trúc xâydựng cách nhi t phải đáp ứng được yêu c u sau:

- Kết cấu cách nhi t cách ẩm phải có độ bền vững, chắc chắn chịu được va đập

và khả năng dẫn nhi t, dẫn ẩm là nhỏ nhất

- Phải đảm bảo cách nhi t tốt, giảm chi phí đ u tư cho máy l nh và vận hành.

- Phải chống được cháy nổ và đảm bảo an toàn

- Thuận ti n cho vi c bốc dở và sắp xếp hành hoá kinh tế

- Chiều dày lớp cách nhi t được xác định theo các điều ki n sau đây:

+ H số truyền nhi t k phải nằm trong vùng cho phép

+ Ch n chiều dày lớp cách nhi t sao cho giá thành một đơn vị l nh là nhỏ nhất,chiều lớp cách nhi t xác định theo công thức sau:

cn : chiều dày lớp cách nhi t,m

cn : h số dẫn nhi t của vật li u cách nhi t, W/m.K

k: h số truyền nhi t ,W/m2.K

1 : h số toả nhi t của môi trường bên ngoài vào tường cách nhi t, W/m2.K

2 : h số nhi t của vách buồng l nh vào buồng l nh, W/m2.K

i : chiều dày lớp vật li u thứ i, m

i : h số dẫn nhi t của lớp vật li u thứ i, W/m2.K

2.1.3.2.Tính toán cách nhiệt - cách ẩm cho tường

a) Ta ch n

- Nhi t độ môi trường : tmt = 35oC

- Nhi t độ nước muối : tnm = -12oC

c)Kiểm tra hi n tượng đ ng sương :

Để tránh hi n tượng đ ng sương trên bề mặt kết cấu ở phía có nhi t độ cao thìnhi t độ bề mặt kết cấu phài lớn hơn nhi t độ đ ng sương của không khí ở điều ki nmôi trường tính toán

Ta có điều ki n để tránh hi n tượng đ ng sương :

a)Ta ch n

- Nhi t độ môi trường : tmt = 35oC

- Nhi t độ nước muối : tnm = -12oC

c)Kiểm tra hi n tượng đ ng sương

Để tránh hi n tượng đ ng sương trên bề mặt kết cấu ở phía có nhi t độ cao thìnhi t độ bề mặt kết cấu phài lớn hơn nhi t độ đ ng sương của không khí ở điều ki n môi trường tính toán

- Chiều dài của bể đá : 12m

3.1.1 Tính dòng nhiệt qua kết cấu bao che Q 1:

Q1 = Q11 + Q12

Q11: Dòng nhi t tổn thất qua tường, tr n, nền:

ới k= 0,225 W/m2(k:h số truyền nhi t thực của kết cấu bao che)

Qua tường bao:

thiết kế ta phân ra làm hai vùng:

vùng 1: vùng rộng 2m d c theo chu vi tường bao

t12: là hi u nhi t độ dư, đặc trưng của bức x vào mùa hè,0C

E : Năng suất l nh của bể đá Kg/mẻ

t1: Nhi t độ nước vào = 300C

t2: Nhi t độ đá ra = -100C



12.3600

Cpn = 4,187 KJ/kg0K: Nhi t dung riêng của nước

Cpđ = 2,083 KJ/kg0K: Nhi t dung riêng của đá

r = 335 KJ/kg : Nhi t ẩn nóng chảy của đá

:hi u suất động cơ đi n,= 0,9

Q44:dòng nhi t khi mở cửa,Q44=0

CHƯƠNG 4 THÀNH LẬP CHU TRÌNH LẠNH, TÍNH CHỌN MÁY NÉN CHO BỂ ĐÁ

4.1.Nhiệt độ bay hơi

với :tw2 : nhi t độ nước ra khỏi bnh ngưng

tk : hi u nhi t độ ngưng tụ yêu c u , tk =(35)o C, có nghĩa là nhi t độ

ngưng tụ cao hơn nhi t độ nước từ 3 ÷ 50C(ch n tk = 50C)

ới R123a ta ch n chu trình có bình hồi nhi t là hi u quả nhất

4.6Sơ đồ nguyên lý, đồ thị của chu trình

Hình 4-1:Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh một cấp dùng bình hồi nhiệt

4.7 Tính các điểm trạng thái trong chu trình lạnh sau

- Quá trình 1’ - 1: Là quá trình quá nhi t đẳng áp trong bình hồi nhi t

- Quá trình 1 - 2: Là quá trình nén đo n nhi t trong máy nén, s1=s2

- Quá trình 2 - 3’: Là quá trình ngưng tụ đẳng áp, đẳng nhi t trong thiết bị ngưng tụ

- Quá trình 3’ - 3: Là quá trình quá lỏng l nh đẳng áp trong bình hồi nhi t

- Quá trình 3 - 4: Là quá trình giảm áp ở van tiết lưu, đẳng entanpi (h3 =h4)

- Quá trình 4 - 1’: Là quá trình bay hơi đẳng áp, đẳng nhi t ở thiết bị bay hơi,p0=const

* Nguyên lý hoạt động

Hơi ẩm (1’) sau khi ra khỏi thiết bị bay hơi đi vào thiết bị hồi nhi t, nhận nhi tcủa lỏng cao áp trở thành hơi quá nhi t (1) Rồi được hút vào máy nén và đựoc nén

đo n nhi t đến áp suất ngưng tụ Pk (2) sau đó đi vào thiết bị ngưng tụ nhả nhi t đẳng

áp cho môi trường làm mát ngưng tụ thành lỏng cao áp (3’) Lỏng cao áp (3’) đi quathiết bị hồi nhi t nhả nhi t cho hơi h áp từ giàn bay hơi thành lỏng quá l nh (chưa sôi)sau đó qua van tiết lưu giảm áp suất xuống áp suất bay hơi Po(4) rồi đi vào thiết bị bayhơi nhận nhi t của đối tượng c n làm l nh hoá hơi đẳng nhi t đẳng áp thành hơi bãohoà ẩm à cứ thế chu trình tiếp tục khép kín

0,1575 479,3 2,6499 431,6 15,268 463,3 15,268 249,22 15,268 242,93 2,6499 242,93

Entrop i

[kj/kg]

4,7792 1,838 1,838 1,1651 1,1454 0,9198

Thể tích [m 3 /kg]

0,08643 0,096 0,02 0,00088 0,00087 0,0007 4

Trạng thái

Hơi quá nhiệt Hơi quá nhiệt Hơi bão hoà Lỏng boã hoà Lỏng quá lạnh Hơi ẩm

Dựa vào lt =0,15 m3/s = 352, m3/h để ch n máy nén:

Ta ch n lo i máy nén pittng MYCOM một cấp sau:

Lo i máy nén: F6WB2

Thể tích quét ltMN= 572,6 m3/h

Công nén hi u dụng (công đo được trên trục khuỷu pittông): Ne=76 kw

Số lượng máy nén yêu c u:

q k

T

CHƯƠNG 5 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT VÀ CÁC THIẾT BỊ PHỤ

5.1.Tính chọn thiết bị ngưng tụ

Thiết bị ngưng tụ dùng để trao đổi nhi t giữa môi chất với môi trường làm mát Hơi môi chất đi vào thiết bị ngưng tụ thường là hơi quá nhi t, cho nên trước tiên nó phải làm l nh đến nhi t độ bảo hoà rồi đến quá trìmh ngưng tụ , sau cùng là bị quá l nh vài độ trước khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ Đối với h thông l nh chỉ có một máy nén,

vi c tính toán thiết bị ngưng tụ phù hợp với vi c tính máy nén của chu trình l nh Song với h thống l nh có nhiều máy nén và nhiều nhi t độ sôi khác nhau thì vi c tính thiết

bị ngưng tụ được tính chung cho cả h thống

Mục đích của ph n này là xác định di n tích bề mặt trao đổi nhi t c n thiết theo tải nhi t ; nhi t độ nước vào và ra

Ta ch n thiết bị ngưng tụ kiểu ống chùm nằm ngang với ưu điểm sau:

+Phụ tải nhi t lớn ít tiêu hao kim lo i, thiết bị trao đổi nhi t g n nhẹ, kết cấu chắc chắn

+Làm mát bằng nước ít phụ thuộc vào thời tiết nên máy ho t động ổn định hơn.

4- Đường cân bằng với bnh chứa lỏng cao âp để lỏng từ bnh ngưng chảy xuốngbình chứa dễ dăng

t o lối đi cho dng nước

10- Rốn d u

11- Đường xả của lỏng cao áp

12- Các ống trao đổi nhi t

13,14- Đường vào và ra của nước làm mát

Phụ tải nhi t: qf = 35004500 W/

m2 5.2 Tính chọn dàn lạnh

5.2.1 Chọn dàn lạnh và các số liệu ban đầu:

Ch n dàn l nh kiểu xương cá

Dàn l nh trong h thống máy đá cây được đặt chm trong bể nước muối, các dàn

l nh được cung cấp dịch vụ lỏng theo kiểu ngập,nước muối chuyển động cưỡng bức qua dàn nhờ bộ cánh khuấy

Dàn lạnh xương cá thường được sử dụng có các dạng chủ yếu sau:

-Dàn l nh kiểu xương cá

-Dàn l nh kiểu ống đồng (sử dụng trong h thống l nh môi chất frêon )