Thiết kế hệ thống cối đá vảy công suất 5 tấn ngày

Máy nước đá đãđược các cơ sở sản xuất sử dụng ngày càng nhiều, nó rất cần thiết phục cho cácquán hàng giải khát, nhà hàng, khách sạn… Vì nước đá có ý nghĩa quan trọng trong đời sống, nên

Đ I ẠI H C ỌC ĐÀ N NG ẴNG

TR ƯỜNG NG Đ I ẠI H C ỌC SƯ PH M ẠI KỸ THU T ẬT

KHOA CƠ KHÍ -   -

C P ẤP CAO Đ NG ẲNG

Chuyên ngành:CƠ KHÍ

Tên đề tài: THI T ẾT KẾT HỆ TH NG ỐNG C I ỐNG ĐÁ

V Y CÔNG SU T 5 T N /NGÀY ẢY CÔNG SUẤT 5 TẤN /NGÀY ẤT 5 TẤN /NGÀY ẤT 5 TẤN /NGÀY

LỜI NÓI ĐẦU

Từ nghìn xưa con người đã biết sử dụng lạnh có sẵn trong thiên nhiên như sửdụng băng tuyết và các hầm sâu dưới đất để bảo quản thực phẩm Quá trình hìnhthành đá thiên nhiên dựa vào lạnh của thiên nhiên, nhiều nơi mùa đông không khílạnh đến -20°, -30°… làm cho nước nóng trong ao, hồ, sông, suối… bị đóng băng

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 đờisống con người, mọi nhu cầu này đã được đáp ứng bằng các tủ lạnh gia đình, tủ lạnhthương nghiệp nhưng các nhu cầu đối với máy đá vẫn còn rất lớn Máy nước đá đãđược các cơ sở sản xuất sử dụng ngày càng nhiều, nó rất cần thiết phục cho cácquán hàng giải khát, nhà hàng, khách sạn…

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

“ Tính toán thiết kế hệ thống máy đá vảy công suất 5 tấn / ngày , sử dụng môi chấtR502 em cảm thấy rất thích thú ’’

Trong khi thực hiện đồ án này có những kiến thức và kinh nghiệm thực tế emcòn chưa rõ, nhờ sự chỉ dẫn tận tình của cô Nguyễn Thị Hồng Nhung đã giúp emhoàn thành đồ án này

Do kiến thức còn nhiều hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài khôngtránh khỏi sai sót nên rất mong được sự góp ý của quý thầy cô

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY ĐÁ

VẢY 5 TẤN/NGÀY

Thông số ban đầu:

Nhiệt độ nước trong cối đá: 3 - 50C

Mục tiêu đề tài: Tính toán thiết kế hệ thống máy đá vảy

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 cối đá: kích thước, cách nhiệt, cách ẩm… cho cối đá

+ 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 đổinhiệt, 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 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC ĐÁ VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

NƯỚC ĐÁ

1 Hệ thống sản xuất nước đá

Quy trình sản xuất đá tinh khiết tiêu chuẩn thì nguồn nước lấy từ độ sâu 90m,nước giếng , nước ngầm, được xử lý qua hệ thống lọc thẩm thấu ngược, và diệt vi khuẩn bằng tia cực tím Các bộ phận khuôn đá, dao cắt đá, bồn cấp nước làm đá, cối lạnh và gàu tải đá của hệ thống máy sản xuất nước đá viên tinh khiết đều bằng inox, không bị rỉ sét theo thời gian

Chu trình sản xuất nước đá khép kín hoàn toàn tự động, không có sự tiếp xúctrực tiếp với bàn tay con người do đó nước đá viên tinh khiết hoàn toàn đảm bảo antoàn vệ sinh thực phẩm

1.1

Một số loại nước đá

Nước đá được chia thành nhiều loại khác nhau, thế nhưng đa số những ngườitiêu dùng đều chưa thể phân biệt được các sản phẩm này, dẫn đến nhận nhầm vàmua nhầm Theo thống kê hiện nay trên thị trường nước đá của Việt Nam có tổngcộng 5 loại nước đá, bao gồm: Đá cây, đá viên ống , đá vảy , 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

Phương pháp sản xuất nước đá cây khá đơn giản và dễ thực hiện, nhờ vàokhối lượng lớn nên việc di chuyển và bảo quản đá cây trong thời gian dài dễ dànghơn so với các loại đá viên hay nước đá tinh khiết khác, đây được xem là ưu điểmlớn nhất của đá cây Cho nên việc sử dụng đá cây cho việc bảo quản thực phẩm khicần giữ lạnh trong thời gian dài cũng được nhiều người dùng lựa chọn, ở một số nơingười 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 vệsinh, 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

1.1.2 Đá viên ống

Đá viên ống được sản xuất bằng phương pháp làm lạnh với máy nén khí gasR22 công suất lớn, phối hợp với hệ thống lọc nước RO tạo ra các sản phẩm nước đátinh khiết đảm bảo an toàn cho sức khỏe Hệ thống lọc nước RO giúp làm sạch nướcbẩn, loại bỏ tạp chất, vi khuẩn và chất cặn lắng trong nước đá sau khi ra thànhphẩm Đá viên ống có kích thước từ 18 – 48mm, được sử dụng nhiều cho các nhucầu cần thiết trong cuộc sống, nhất là vấn đề giải khát như pha kèm với: 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.

1.1.3 Đá viên elip

Đá viên elip không được sử dụng rộng rãi như đá viên ống mà thường đượcdùng trong các quán bar cao cấp Người dùng có thể dễ dàng sản xuất đá viên elipvới máy làm đá viên tinh khiết công suất nhỏ dùng cho cho hộ gia đình Với hệthống 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.

1.1.4 Đá bào

Đá bào là sản phẩm nước đá tinh khiết được sản xuất với mục đích sử dụngcho ngành công nghiệp nước giải khát và có thể dễ dàng nhận thấy chúng trên thị

trường.

Để đạt được kết quả và mục đích như mong muốn, cũng như đảm bảo an toàncho sức khỏe của gia đình khi lựa chọn sản phẩm nước đá người tiêu dùng cần thậntrọng Ngoài ra, việc chọn lựa một địa chỉ sản xuất nước đá tinh khiết cũng quantrọng không kém, bởi vì một sản phẩm tốt điều quan trọng nhất chính là chất lượng

1.3

Nước đá tinh khiết phải đảm bảo các yêu cầu sau

Ví dụ như đối với canxi:

Khi đó các chất hữu 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 bảocác chỉ số chung nhưng còn chứa sắt Trước khi lọc cần bổ sung thêm một ít vôi

dàng bị tách ra

Có thể lọc nước dễ dàng bằng cát thạch anh hay bằng nhôm Sunfat Phươngpháp này không những đảm bảo làm mềm nước tích tụ các chất hữu cơ và vôi màcòn chuyển hóa bicarbonat thành sunfat, kết quả là giảm được tích dòn và do đó cóthể hạ được nhiệt độ đóng băng Như vậy cần giữ độ PH trong nước ở mức 7 đểgiảm tích dòn của nước đá

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 mảnh được thu ở phía dưới, còn nướcthừa 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 giữa chỉmang một dao cắt còn phía đối diện là vòi phun nước Nước phun đóng băng quaykhi gặp bề mặt lạnh và được dao nạo ra Do nước đá có nhiệt độ rất thấp nên nó mởbọc ra khỏi tang trống rất dễ dàng Chúng rất dòn và có khả năng bảo quản lâu

1.3.2 Máy làm đá tuyết

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

1.3.3 Máy đá cỡ nhỏ

Các loại máy đá cỡ nhỏ vài chục kg đến vài trăm kg đá/24h thường là cácloại máy đá hoàn toàn tự động, sản xuất đá cục trong khay hoặc đá mảnh Các loạimáy này rất cần thiết phục vụ cho các nhà hàng giải khát, quán ăn nhà hàng, kháchsạn, 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 việctheo phương pháp liên tục chủ yếu là sản xuất đá mảnh, nguyên lý làm việc là chonước chảy trên bề mặt ngoài hoặc bề mặt trong một ống bay hơi hình trụ Đá hìnhthành trên đó được một dao nạo kiểu trục vít hoặc cánh quay nạo ra khỏi bề mặt bayhơi và đẩy vào thùng chứa

1.3.4 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 lý 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 từng 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 trụđứng, bên trong bố trí nhiều ống làm đá, bên trên là thùng nước có bộ phân phốinước cho nước chảy đều lên trên bề mặt của ống Phía dưới có thùng hứng nướcthừa không kết đông được thành đá Khi độ dày ống đạt 10 đến 15mm thì kết thúcquá 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 đườnghút 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 độdài 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 tangiá các ống khuôn giá phải có kích 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 cácren xung quanh Để đá không bị gãy vụn khi cắt ra từng thỏi, ta dùng dao cắt gồmhai hình bán nguyệt và quay tròn theo hướng vuông góc với trục của máy làm đá

Hình ảnh tham quan thực tế

1.4

Ƣu nhƣợc điểm của máy làm đá dạng vảy

1.4.1 Ưu điểm :

Chi phí đầu tư khá nhỏ , hệ thống máy đá vảy không cần trang bị bể muối ,

hệ thống cẩu chuyển , bể nhúng , bàn lật , kho chứa đá và máy xay đá nên giá thànhkhá thấp so với máy đá cây

Chi phí vận hành nhỏ , Thời gian làm đá ngắn khoảng 1 giờ là có thể có đá

sử dụng Đảm bảo về an toàn vệ sinh và chủ động trong sản xuất , chất lượng đátốt Tổn thất năng lượng nhỏ

F = 1,5

Dt : Đường kính trong cối đá, m

ht : Chiều cao bên trong cối đá, mCối đá vảy có đường kính bao ngoài là 920 mm, chiều dày lớp cách nhiệt là 50 m,

2 lớp Inox mỗi lớp dày 5 mm, ở giữa là lớp môi chất dày 50mm

Do đó đường kính trong của cối đá sẽ là :

Kết cấu vách của cối đá vảy được trình bày trên hình

Hình : Cách nhiệt cối đá vảy

2.4

Nguyên lí làm việc của cối đá vảy

Do máy đá cây có nhiều nhược điểm và không đảm bảo yêu cầu vệ sinh thựcphẩm, nên hiện nay hầu hết các xí nghiệp chế biến thực phẩm đều sử dụng máy đá vảy để sản xuất đá phục vụ chế biến thực phẩm, đặc biệt trong các xí nghiệp chế biến thuỷ sản, yêu cầu về đá chế biến rất lớn

Máy đá vảy là máy tạo ra đá có dạng là các mảnh nhỏ Quá trình tạo đá được thực hiện bên trong một ống trụ có 2 lớp, ở giữa là môi chất lạnh lỏng bay hơi, đó là cối đá

Cối đá có dạng hình trụ tròn được chế tạo từ vật liệu inox, có 2 lớp Ở giữa 2lớp là môi chất lạnh lỏng bão hoà Nước được bơm tuần hoàn bơm từ bể chứa nướcđặt ở phía dưới bơm lên khay chứa nước phía trên Nước từ khay chảy qua hệ thống ống và phun lên bề mặt bên trong của trụ và được làm lạnh, một phần đông lại thành đá ở bề mặt bên trong, phần dư chảy về bể và tiếp tục được bơm lên.Khi đá đông đủ độ dày thì được hệ thống dao cắt cắt rơi đá xuống phía dưới Phía dưới cối đá là kho chứa đá Người sử dụng chỉ việc mở cửa xúc đá ra sử dụng.Trong các nhà máy chế biến thuỷ sản, kho và cối đá đặt ngay ở khu chế biến

Có 02 phương pháp cắt đá: Phương pháp cắt bằng hệ thống dao quay vàphương pháp cắt nhờ dao cắt kiểu xoắn cố định.

Dao cắt quay được gắn trên trục quay đồng trục với cối đá và được xoay nhờ

mô tơ đặt phía trên Tốc độ quay có thể điều chỉnh được, do vậy đá cắt ra sẽ có kíchthước khác nhau tuỳ thuộc vào tốc độ quay Khi cắt dao tỳ lên bề mặt đá để cắt nên

ma sát lớn Tốc độ quay của trục tương đối chậm nhờ hộp giảm tốc

Đối với cối đá có dao cắt cố định, dao cắt có dạng trục vít Khi trục trung tâm quay dao gạt đá lăn trên bề mặt trống vừa ép vỡ đá tạo trên bề mặt cối đá rơi xuống kho Do dao lăn trên bề mặt nên ma sát giảm xuống đáng kể, tăng độ bền của cối, giảm mô men quay

Cấu tạo cối đá vảy được giới thiệu trên hình 3-10

CHƯƠNG 3 TÍNH NHIỆT HỆ THỐNG CỐI ĐÁ VẢY

3.1

Tính nhiệt hệ thống cối đá vảy

Trong hệ thống lạnh cối đá vảy có các tổn thất nhiệt sau đây:

- Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt Q1

+ Tổn thất nhiệt qua vách cối đá vảy

+ Tổn thất nhiệt vách bể nước tuần hoàn

- Tổn thất nhiệt do làm lạnh nước dá Q2.

- Tổn thất nhiệt do mô tơ dao cắt đá tạo ra Q3

Riêng tổn thất nhiệt ở kho chứa đá khôngtính vì kho chứa chỉ làm nhiệm vụ bảo quản và hệ thống lạnh không làm lạnh cho kho bảo quản

3.2

Tổn thất nhiệt do truyền nhiệt

Nhiệt truyền qua kết cấu bao che hệ thống lạnh máy đá vảy bao gồm :+ Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che cối đá Q11

+ Tổn thất nhiệt vách bể nước tuần hoàn Q12

Q1 = Q11 + Q12

3.3

Nhiệt truyền qua kết cấu bao che cối đá

Tổn thất nhiệt qua thành cối đá gồm tổn thất qua vách đứng và ở nắp cối

đá Quá trình truyền nhiệt ở đây rất khác nhau, cụ thể như sau :

- Ở vách đứng, nhiệt truyền từ môi trường không khí bên ngoài vào môi chấtlạnh

- Ở nắp, nhiệt truyền từ môi trường bên ngoài vào không khí bên trong cối đá

♦ Đối với vách đứng

= kt t ht , WTrong đó :

ht : Chiều cao bên trong cối đá, m

ht = 0,796 m

t : Nhiệt độ khôngkhí bên ngoài, 0C

=

: Nhiệt độ của môi chất lạnh, chính là nhiệt độ bay hơi, 0C

= - 23 0C

kt : Hệ số truyền nhiệt qua vách đứng cối đá, W/m K

- Vách đứng cối đá hình trụ mà hệ số truyền nhiệt K qua vách trụ nhiều lớp

d1 : Đường kính trong của cối đá không kể lớp môi chất lạnh , m

d1 = 13,9 m: Hệ số toả nhiệt bên ngoài thành cối dá ra môi trường không khí , W/m2 K

Tra bảng HDTKHTL chọn :

= 23,3 W/m2 K: Hệ số dẫn nhiệt của lớp Inox , W/m K

= 22 W/m K

d2 : Đường kính của cối đá tính đến lớp Inox dày 5 mm d2 = 0,86 m

: Hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu cách nhiệt Polyurethane, W/m K

= 0,41 W/m Kd3 : Đường kính ngoài của cối đá vảy , m

d3 = 0,92 m: Hệ số toả nhiệt vách trong ra môi chất lạnh, W/m2 K

= 21 W/m2 KThay tất cả vào ta có kết quả :