Thiết kế hệ thống máy đá viên

Máy nước đá đã được các cơ sở sản xuất sử dụng ngày càng nhiều, nó rất cần thiết phục cho các quán hàng giải khát, nhà hàng, khách sạn… Vì nước đá có ý nghĩ quan trọng trong đời sống, nê

LỜI NÓI ĐẦU

Từ nghìn xưa con người đã biết sử dụng lạnh có sẵn trong thiên nhiên như

sử dụng băng tuyết và các hầm sâu dưới đất để bảo quản thực phẩm Quá trìnhhình thành đá thiên nhiên dựa vào lạnh của thiên nhiên, nhiều nơi mùa đông khôngkhí lạnh đến -20°, -30°… làm cho nước nóng trong ao, hồ, sông, suối… bị đóngbăng

Ngày nay kỹ thuật lạnh giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, nótham gia vào mọi ngành kinh tế Đặc biệt trong mục đích tiêu dùng phục vụ đời sống con người, mọi nhu cầu này đã được đáp ứng bằng các tủ lạnh gia đình, tủ lạnh thương nghiệp nhưng các nhu cầu 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 cần thiết phục cho các quán hàng giải khát, nhà hàng, khách sạn…

Vì nước đá có ý nghĩ quan trọng trong đời sống, nên khi nhận được đề tài

“Thiết kế máy sản xuất đá viên công suất 115kg/mẻ em cảm thấy rất thích thú

Trong khi thực hiện đồ án này có những kiến thức và kinh nghiệm thực tế

em còn chưa rõ, nhờ sự chỉ dẫn tận tình của thầy Nguyễn Công Vinh đã giúp em

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁ VIÊN 115 KG/MẺThông số ban đầu:

Công suất thiết kế:

Thời gian làm đá:

Đường kính và chiều dài ống đá:

Nhiệt lượng đông đặc đá:

Mục tiêu đề tài: Tính toán thiết kế máy sản xuất đá viên công suất 115 kg/mẻ Nội dung đề tài:

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

lạnh  Các số liệu về khí hậu thành phố Đà Nẵng

 Quy trình sản xuất đá

 Tính thiết kế bể đá: kích thước, cách nhiệt, cách ẩm… cho cối đá cố

định  Tính tổn thất nhiệt, tính cân bằng nhiệt

 Tính toán chu trình máy và chọn máy

nén  Tính toán thiết kế dàn bay hơi

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

 Tính chọn các thiết bị phụ: tháp giải

nhiệt  Tìm hiểu quy trình vận hành cối đá

 Tìm hiểu quy trình nước vào, ra đá

CHƯƠNG 1 TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ PHÂN LOẠI NƯỚC ĐÁ

1 Tính chất vật lý và phân loại nước đá

_Năng suất thiết kế:

_Nhiệt lượng đông đặc đá:

_Chọn chiều dài viên đá: 0.08 mm

_Số viên mỗi ống: 1.75/0.08 = 21 viên

_Số viên mỗi mẻ: 34*21 = 714 viên

_ Bề mặt truyền nhiệt:

F = π *dtr*H*n

= 3.14*0.05*1.75*34 =9.3 m2 _Kiểm tra bề mặt truyền nhiệt:

_Nhiệt độ đá ra khỏi thiết bị: t2 = -5 0C

_Nhiệt độ nước vào thiết bị: t1 = 50C

_Nhiệt độ môi chất bốc hơi: t0 = -150C

_Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logaric:

_Sai số không đáng kể chấp nhận được

_Xác định kích thước thiết bị bốc hơi:

Thiết bị bốc hơi ống chùm, số ống là 34 ống, được bố trí theo các cạnh của hình lục giác đều và trên các đỉnh của tam giác đều theo cách bố trí này thì tổng số ống trong ống chùm là :

n = 0.75*(m 2 - 1 )+1

=>34 = 0.75*(m 2 - 1 )+1

=>m = 7

_Dựa vào trang 157 tài liệu máy lạnh

 Chọn thiết bị bốc hơi là 169 ống , số ống bố trí theo đường kính lớn nhất của hình lục giác ngoài cùng : m = 15

_Bước ống xác định với công thức:

có tổng cộng 5 loại nước đá, bao gồm: Đá cây, đá viên ống, đá viên elip, đá bào.Mỗi một loại đá đều có cách sản xuất, hình thức và công dụng khác nhau Cho nên

để sử dụng đúng mục đích và mang lại kết quả tốt nhất người tiêu dùng nên hiểuhơn về các loại đá viên này

1.2.1 Đá cây

Đá cây là loại nước đá được sản xuất theo phương pháp điện phương lạnh, đặt trong các bệ dung dịch muối lạnh có nhiệt độ khoảng -10 độ C, tạo thành các khối đá với nhiều kích thước và khối lượng khác nhau Khi sản xuất đá cây sẽ cho nước vào trong các khuôn có kích thước nhất định, tùy theo từng yêu cầu sẽ sản xuất độ lớn nhỏ theo đó (trong đó đa phần các loại đá cây thường được làm lạnh với các cân nặng 12,5; 25; 50 kg)

Phương pháp sản xuất nước đá cây khá đơn giản và dễ thực hiện, nhờ vào khối lượng lớn nên việc di chuyển và bảo quản đá cây trong thời gian dài dễ dàng hơn so với các loại đá viên hay nước đá tinh khiết khác, đây được xem là ưu điểm lớn nhất của đá cây Cho nên việc sử dụng đá cây cho việc bảo quản thực phẩm khi cần giữ lạnh trong thời gian dài cũng được nhiều người dùng lựa chọn, ở một số nơi người tiêu dùng còn sử dụng đá cây trong việc giải khát

Tuy nhiên, để sản xuất đá cây các doanh nghiệp cần rất chi phí đầu tư và quátrình vận hành lớn nên phải mất thời gian khá dài để có thể sản xuất một lượt sảnphẩm Đặc biệt, quá trình sản xuất và phương pháp khá cũ nên việc đảm bảo vệ

sinh, an toàn thực phẩm không hề đạt chỉ tiêu, các sản phẩm đá cây sau khi hoànthành sẽ không đi kèm với chất lượng Hiện nay, đa phần đá cây chỉ dùng để bảoquản thực phẩm và cung cấp cho các thuyền đánh cá sử dụng.

Cà phê, bia, trà, sinh tố, hay các loại nước giải khát…

Sạch sẽ, tinh khiết và an toàn cho sức khỏe chính là ưu điểm lớn nhất mà hệ thống

sản xuất đá viên tinh khiết và hệ thống lọc nước RO mang lại.

1.2.3 Đá viên elip

Đá viên elip không được sử dụng rộng rãi như đá viên ống mà thường được dùng trong các quán bar cao cấp Người dùng có thể dễ dàng sản xuất đá viên elip với máy làm đá viên tinh khiết công suất nhỏ dùng cho cho hộ gia đình Với hệ thống làm đá đơn giản và đảm bảo an toàn thực phẩm, người dùng có thể có được

sản phẩm đá viên elip và sử dụng ngay khi cần.

1.3 Nước đá tinh khiết phải đảm bảo các yêu cầu sau

Tạp chất

Số lượng môi chất trong nước

Vi khuẩn đường ruột

Hàm lượng muối chung

Hàm lượng tối đa

100 con/l

3 con/l1g/l7mg/l770mg/l1,5mg/l0,3mg/l170mg/l3mg/g250mg/l

1.4 Các biện pháp xử lý nước

Để đảm bảo chất lượng nước đá làm bằng nước có tạp chất lớn, nên tăngcường độ chuyển động của nước lên 2 đến 3 lần, nâng nhiệt độ đóng băng lên -6đến -8 , tốt nhất là làm sạch bằng phương pháp kết tinh chậm ở -2 đến -4

Nếu không thực hiện được các biên pháp trên thì có thể làm mềm nước, táchcacbonnat canxi, magze, sắt, nhôm ra khỏi nước bằng vôi là quy trình hóa học đơngiản

Ví dụ như đối với canxi:

Khi đó các chất hửu cơ sẽ đọng lại cùng với hợp chất Cacbonat Sau đó nước đã được gia công bằng vôi, được lọc qua cát thạch anh Đến đây nước đã đảm bảo các chỉ số chung nhưng còn chứa sắt Trước khi lọc cần bổ sung thêmmột ít vôi nửa Khi cho nước ngậm khí, sắt thường kết hợp với

và dễ dàng bị tách ra

tạo thành cặn

Có thể lọc nước dễ dàng bằng cát thạch anh hay bằng nhôm Sunfat Phương pháp này không những đảm bảo làm mềm nước tích tụ các chất hữu cơ và vôi mà còn chuyển hóa bicasbonat thành sunfat, kết quả là giảm được tích dòn và đo đó có thể hạ được nhiệt độ đóng băng Như vậy cần giữ độ PH trong nước ở mức 7 để giảm tích dòn của nước đá.

1.5 Các loại thiết bị làm đá

1.5.1 Máy làm đá mảnh

Máy gồm hai hình trụ hai vỏ đứng, môi chất lạnh sôi ở trong, bên ngoài cáchnhiệt, bên trên có bố trí bể nước và có vòi cho nước chảy đều lên bề mặt trong của hình trụ Gặp lạnh nước đóng băng lại và được hai lưỡi bào có răng cưa nạo ra khỏi bề mặt hình trụ khi hai lưỡi bào này quay Đá mãnh được thu ở phía dưới, còn nước thừa được bơm trở lại bể trên cao Hiện nay phương pháp này được sử dụng rộng rãi vì chúng rất kinh tế Máy hiện đại được cải tiến chút ít ví dụ trục quay ở giửa chỉ mang một dao cắt còn phía đối diện là vòi phun nước Nước phun đóng băng quay khi gặp bề mặt lạnh và được dao nạo ra Do nước đá có nhiệt độ rất thấp nên nó mở bọc ra khỏi tang trống rất dễ dàng Chúng rất dòn và có khả năng bảo quản lâu

1.5.2 Máy làm đá tuyết

Máy bao gồm một tang trống, hai đầu có hai nắp và phía ngoài có môi chất lạnh sôi, bên trong có hai lưỡi dao nạo quay với tốc độ 250 v/phút để nạo đá hình thành trên tang trống Để tăng bề mặt trao đổi nhiệt phía nước người ta tạo các đườg dích dắc Nước sẽ được cấp vào một nắp và hỗn hợp nước và đá vụn ra phía nắp kia Để tạo được toàn bộ đá hình thành trên bề mặt trong của tang trống, tất nhiên hai lưỡi dao nạo củng phải có hình dích dắc tương ứng với bề mặt trong của tang trống Hỗn hợp nước và đá vụn được đưa qua một lưỡi lọc để lọc lấy đá còn nước lại đưa trở lại máy Nước cấp cho máy phải có nhiệt độ 0 nên phải làm lạnh sơ bộ trước Loại đá tuyết này thường được sử dụng để làm lạnh trực tiếp chất lỏng Đẻ bảo quản, vận chuyển và sử dụng dễ dàng hơn Taylor đã phát minh thêm một loại máy ép viên đá tuyết thành các cục đá dạng quả bàng loại 230g và 450g

1.5.3 Máy đá cỡ nhỏ

Các loại máy đá cỡ nhỏ vài chục kg đến vài trăm kg đá/24h thường là các loại máy đá hoàn toàn tự động, sản xuất đá cục trong khay hoặc đá mảnh Các loại máy này rất cần thiết phục vụ cho các nhà hàng giải khát, quán ăn nhà hàng, khách sạn, cho mục đích tiêu dùng, phục vụ đời sống, y tế, các bệnh viện và trong cả các

xí nghiệp

Một phần nhu cầu này đã được đáp ứng bằng các tủ lạnh gia đình, tủ lạnhthương nghiệp nhưng nhu cầu đối với các máy đá vẫn rất lớn, chính vì vậy đã cónhiều cơ sở sản xuất máy đá, tủ đá chuyên dùng

Ngày nay các loại máy đá sản xuất nhỏ rất phong phú và đa dạng đặc biệt ở

Mỹ các máy này làm việc theo hai phương pháp liên tục và chu kỳ Máy làm việc theo phương pháp liên tục chủ yếu là sản xuất đá mảnh, nguyên lý làm việc là cho nước chảy trên bề mặt ngoài hoặc bề mặt trong một ống bay hơi hình trụ Đá hình thành trên đó được một dao nạo kiểu trục vít hoặc cánh quay nạo ra khỏi bề mặt bay hơi và đẩy vào thùng chứa

1.5.4 Máy làm đá viên

Có rất nhiều máy làm đá viên (ống) khác nhau như Vogt (Mỹ), Linde (Đức),Escher-Wyss (Mỹ), Astra (Đức) Tất cả chúng đều có chung nguyên lí là làm việctheo chu kỳ, kết đông đá trong các ống, môi chất lạnh sôi trực tiếp bên ngoài ống,khi đã kết đông đến chiều dày cần thiết, đổi sang chu kỳ tan giá, các ống đá rơixuống và được dao cắt ra tùng thỏi đá rộng =30 đến 50 mm, dài 50 đến 100 mm

Máy làm đá ống Vogt (Mỹ) có cấu tạo như sau: Máy gồm một bình hình trụ đứng, bên trong bố trí nhiều ống làm đá, bên trên là thùng nước có bộ phân phối nước cho nước chảy đều lên trên bề mặt của ống Phía dưới có thùng hứng nước thừa không kết đông được thành đá Khi độ đày ống đạt 10 đến 15mm thì kết thúc quá trình làm đá để chuyển sang quá trình tan giá

Ở quá trình tan giá người ta dùng bơm nước, đóng van cấp lỏng và đường hút sau đó mở van hơi nóng cho hơi nóng tràn vào, đẩy lỏng vào bình chứa thu hồi

và làm tan lớp băng của các ống đá.Các ống đá rơi xuống và được dao cắt ra theo

độ dài yêu cầu.Sau đó quá trình làm đá lại bắt đầu

Thời gian làm đá tùy theo độ dày của đá, nhiệt độ bay hơi, còn thời gian tan

đá khoảng hai phút và độ dày tổn thất khi tan đá là 0,5mm Để giảm tổn thất khi tan giá các ống khuôn giá phải có khích thước đồng đều nhẵn, thẳng ở phía trong ống Để phân phối nước đều trong các ống phía bên đầu ống ta bố trí các nút đậy

có các ren xung quanh Để đá không bị gãy vụn khi cắt ra từng thỏi, ta dùng dao cắt gồm hai hình bán nguyệt và quay tròn theo hướng vuông góc với trọc của máy làm đá

1.6.2 Nhược điểm

Thiết bị đắt tiền, sản phẩm làm ra giá thành cao nên khó tiêu thụ Sản phẩm làm raphải sử dụng ngay, không bảo quản lâu được vì chúng dễ bị kết nối vào bị hao tổnnhiều

CHƯƠNG 2 TÍNH CÁCH NHIỆT CÁCH ẨM

2 Mục đích của việc sử dụng cách ẩm cách ẩm

Cách ẩm cách nhiệt là việc hết sức quan trọng trong việc thiết kế phânxưởng lạnh, nhằm góp phần giảm bớt sự thất thoát nhiệt ra môi trường xungquanh Ngăn dòng nóng từ ngoài xâm nhập vào phòng lạnh, làm giảm năng xuấtlạnh

2.1 Những yêu cầu của vật liệu cách nhiệt,cách ẩm

2.1.1 Vật liệu cách nhiệt

-Phải có hệ số dẫn nhiệt nhỏ

- Có khối lượng riêng không lớn lắm, độ hút ẩm bé, không dễ cháy, bền đối với tác động của môi trường

-Chịu được độ thấp, có độ bền cơ học cao, chịu được khi va chạm

-Không sinh mùi lạ hoặc hút mùi của môi trường xung quanh

-Không độc hại đối với sức khỏe con người

-Dễ gia công, giá thành rẻ…

làm đá Ưu điểm nổi bật của nó là có thể phun vào bất kỳ thể tích rỗng bất kỳ nào,tạo bọt mà không cần gia nhiệt, cứng, chịu lực tốt.

2.1.4 Vật liệu cách ẩm

Hiện nay thông dụng nhất đối với vật liệu cách ẩm là bitum Bitum còn gọi

là nhựa đường (hắc ín) là loại vật liệu cách ẩm rất tốt, tiện dụng Bitum được dùngdưới dạng nóng chảy hay pha với các dung môi như cồn, xăng rồi quét lên bề mặt cách ẩm Hệ số thấm ẩm của nó rất bé = 0,00015 g/ n.mmHg

2.2 Tính toán cách nhiệt, cách ẩm cho máy làm đá

Máy làm đá chỉ cách nhiệt, cách ẩm thành bao quanh Chọn máy làm đá có hình trụ tròn và cấu tạo thành bao quanh như sau:

thép Ritum Thép không rỉ

0,180,0470,1839

g/m.h.mmHg

0,0001150,0060,000115

Chiều dày của tấm cách nhiệt được tính như sau:

Trong đó :

: Hệ số tỏa nhiệt của vách bên ngoài.

: Hệ số tỏa nhiệt của vách bên trong thiết bị bốc hơi

: Chiều dày của lớp vật liệu thứ i cách nhiệt; (m)

: Hệ số dẫn nhiệt của lớp thứ i; (W/m.K)

: Hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt; (W/m.K)

: Chiều dày lớp cách nhiệt; (m)

P: Khối lượng riêng của R22 lỏng, p= 658,5 (Kg/ )

: Khối lượng riêng của R22 hơi, = 1,966 (Kg/ )

: Khối lượng riêng của hơi R22, ở 1 at, = 0,823 (kg/ )

: Sức căng bề mặt, = 38* (N/m)

r: Ẩn nhiệt hóa hơi của R22, r= 1314* ( KJ/Kg)

c: Nhiệt dung riêng , c= 4,19 (KJ/Kg.K)

=0,047[ (

Chọn 0,2m theo tiêu chuẩn

-Tính lại hệ số truyền nhiệt

- Kiểm tra tính đọng sương trên bề mặt ngoài của đá:

-Điều kiện vách ngoài không đông sương: K

= 2,088 K, Vậy không đọng sương

2.3 Tính toán cách nhiệt, cách ẩm cho kho đá

1.Lớp vữa2.Lớp gạch ống và sắc 3.Lớp ximăng và đá vữa 4.Lớp cách âm –giấy dầu 5.Lớp cách nhiệt-styropore 6.Thanh móc

7.Nhựa nẹp

-Kiểm tra tính động sương trên bề mặt ngoài của tường:

-Điều kiện vách ngoài không động sương: K <=

= 0,95*

=2,25>K Vậy không đọng sương.

-Bì dày tấm cách nhiệt được tính:

.K (đối lưu tự nhiên)

: Áp suất riêng phần của hơi nước ngoài (mmHg)

:Áp suất riêng phần của hơi nước trong phòng lạnh

⇔Chọn chiều dày

-Nền:

Tương tự như trần không cần cách ẩm

*Đối với máy làm đá:

⇒

Trước lớp vật liệu cách ẩm chỉ có thép có bề dày và hệ số là không đáng kể nên:

⇔Chọn

CHƯƠNG 3 TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG VÀ CHỌN MÁY NÉN3.1 Tính tổn thất năng lượng do máy làm đá

3.1.1 Năng lương tiêu tốn làm lạnh đông và lạnh đá

=

: Năng lượng tiêu tốn

G: Năng suất thiết kế

Chu trình làm việc:

-1: Qúa trình quá nhiệt

1-2: Qúa trình nén đoạn nhiệt

2- : Qúa trình hạ nhiệt độ sau khi nén đến nhiệt độ ngưng tụ

- : Qúa trình ngưng tụ đẵng nhiệt đẵng áp

-3: Qúa trình quá lạnh

3-4: Qúa trình tiết lưu

4- : Qúa trình bốc hơi sương lạnh

Lỏng sau van tiết lưu ở điểm 4 bốc hơi thu nhiệt môi trường , sau đó được đưa qua bình tách lỏng, mục đích bảo đảm hành trình khô của máy nén ,tránh va đập thủy lực Sau đó hơi quá nhiệt được máy nén hút về và nén thành hơi cao áp Hơi cao áp qua bình tách dầu với mục đích tách dầu bôi trơn Hơi tác nhân lạnh sau khi qua thiết bị tách dầu sẽ được đưa vào thiết bị ngưng tụ Lỏng từ thiết bị ngưng tụ sẽ đưa vào bình chứa cao áp Sau đó được đưa qua van tiết lưu và chu kỳ được lặp lại

*Bảng số liệu hơi bão hòa (bảng 7):

4 -15 2,36 679

Tỉ số nén = / = 15/2,36 = 6,35 9

-Chọn máy nén cấp 1

Chọn các thông số làm việc của chế độ làm việc:

+ Nhiệt độ sôi môi chất: = 15

+ Nhiệt độ ngưng tụ: = +

: Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng

+Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng tính theo nhiệt độ vào