Thiết kế máy sản xuất đá viên công suất 1 tấn mẻ

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

LỜI NÓI ĐẦU

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

Ngày nay kỹ thuật lạnh giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tếquốc dân, nó tham gia vào mọi ngành kinh tế Đặc biệt trong mục đíchtiêu dùng phục vụ đời sống con người, mọi nhu cầu này đã được đápứng bằng các tủ lạnh gia đình, tủ lạnh thương nghiệp nhưng các nhu cầuđối 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 giảikhát, nhà hàng, khách sạn…

Vì nước đá có ý nghĩ quan trọng trong đời sống, nên khi nhậnđược đề tài “Thiết kế máy sản xuất đá viên công suất 1 tấn/mẻ em cảmthấy rất thích thú

Trong khi thực hiện đồ án này có những kiến thức và kinh nghiệmthực tế em còn chưa rõ, nhờ sự chỉ dẫn tận tình của thầy Hồ Trần AnhNgọc đã giúp em hoàn thành đồ án này

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

Đà Nẵng, tháng 05 năm 2020

Sinh viên thực hiện

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÁY SẢN XUẤT NƯỚC ĐÁ VIÊN CÓ CÔNG XUẤT

1 TẤN/MẺ Thông số ban đầu:

Công suất thiết kế: 1 tấn/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 bể 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 diệntích trao đổi nhiệt, bố trí ống, số đường đi, công suất bơm, lưulượng 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

Phân loại và tính chất vật lí

1.1 Một số loại nước đá

Nước đá được chia thành nhiều loại khác nhau, thế nhưng đa số

những người tiêu dùng đều chưa thể phân biệt được các sản phẩm này,dẫn đến nhận nhầm và mua nhầm Theo thống kê hiện nay trên thịtrường nước đá của Việt Nam có tổng cộng 5 loại nước đá, bao gồm: Đácây, đá viên ống, đá viên elip, đá bào Mỗi một loại đá đều có cách sảnxuất, hình thức và công dụng khác nhau Cho nên để sử dụng đúng mụcđích và mang lại kết quả tốt nhất người tiêu dùng nên hiểu hơn về cácloại đá viên này

1.1.1 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 khácnhau Khi sản xuất đá cây sẽ cho nước vào trong các khuôn có kíchthước 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 cânnặng 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 trongthời gian dài dễ dàng hơn so với các loại đá viên hay nước đá tinh khiếtkhác, đây được xem là ưu điểm lớn nhất của đá cây Cho nên việc sửdụng đá cây cho việc bảo quản thực phẩm khi cần giữ lạnh trong thờigian dài cũng được nhiều người dùng lựa chọn, ở một số nơi người tiêudùng 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 quá trình vận hành lớn nên phải mất thời gian khá dài để có thể sảnxuất một lượt sản phẩm 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 hoàn thành sẽ không đi kèm với chấtlượng Hiện nay, đa phần đá cây chỉ dùng để bảo quản thực phẩm vàcung 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 gas R22 công suất lớn, phối hợp với hệ thống lọc nước RO tạo racác sản phẩm nước đá tinh khiết đảm bảo an toàn cho sức khỏe Hệthống lọc nước RO giúp làm sạch nước bẩn, loại bỏ tạp chất, vi khuẩn

và chất cặn lắng trong nước đá sau khi ra thành phẩm Đá viên ống cókích thước từ 18 – 48 mm, được sử dụng nhiều cho các nhu cầu cần thiếttrong 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 được dùng trong các quán bar cao cấp Người dùng có thể dễdàng sản xuất đá viên elip với máy làm đá viên tinh khiết công suất nhỏdùng cho cho hộ gia đình Với hệ thống làm đá đơn giản và đảm bảo antoàn 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 dụng cho 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 toàn cho sức khỏe của gia đình khi lựa chọn sản phẩm nước đángười tiêu dùng cần thận trọng Ngoài ra, việc chọn lựa một địa chỉ sảnxuất nước đá tinh khiết cũng quan trọng không kém, bởi vì một sảnphẩm tốt điều quan trọng nhất chính là chất lượng

_Năng suất thiết kế: G = 1 tấn/mẻ

_Nhiệt lượng đông đặc đá: r = 80 kcal/kg

_Bề dày lớp đá bám trên ống: ⸹ = 0.02 m

_Chiều cao ống đá: H = 3m

_Khối lượng đá bám trên ống:

m =

=

=5,8 kg/ống

_Số ống cần thiết: n= M/m = 1000/5.8=173 ống

_Chọn chiều dài viên đá: 0.08 mm

_Số viên mỗi ống: 3/0.08= 37 viên

_Số viên mỗi mẻ: 173*37= 6401 viên

_ Bề mặt truyền nhiệt:

F = π *dtr*H*n

= 3.14*0.05*3*173 =81.4 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 173 ống, được bố trítheo các cạnh của hình lục giác đều và trên các đỉnh của tam giácđều theo cách bố trí này thì tổng số ống trong ống chùm là :

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

=>173 = 0.75*(m 2 - 1 )+1

=>m = 85

_Dựa vào trang 157 tài liệu máy lạnh

Chọn thiết bị bốc hơi là 200 ống , số ống bố trí theo đường kínhlớn nhất của hình lục giác ngoài cùng : m = 15

_Bước ống xác định với công thức:

1.4 Các biện pháp xử lý nước

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

Nếu không thực hiện được các biên pháp trên thì có thể làm mềm nước,tách cacbonnat canxi, magze, sắt, nhôm ra khỏi nước bằng vôi là quytrình hóa học đơn giản

Ví dụ như đối với canxi:

Số lượng môi chất trong nước 100 con/l

Vi khuẩn đường ruột 3 con/l

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 Trướckhi lọc cần bổ sung thêm một ít vôi nửa Khi cho nước ngậm khí, sắtthường kết hợp với tạo thành cặn và dễ dàng bị tách ra.

Có thể lọc nước dễ dàng bằng cát thạch anh hay bằng nhômSunfat Phương pháp này không những đảm bảo làm mềm nước tích tụcác chất hữu cơ và vôi mà còn chuyển hóa bicasbonat thành sunfat, kếtquả 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 nướcđá

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, bênngoài cách nhiệt, bên trên có bố trí bể nước và có vòi cho nước chảy đềulên bề mặt trong của hình trụ Gặp lạnh nước đóng băng lại và được hailưỡi bào có răng cưa nạo ra khỏi bề mặt hình trụ khi hai lưỡi bào nàyquay Đá mãnh được thu ở phía dưới, còn nước thừa được bơm trở lại bểtrên cao Hiện nay phương pháp này được sử dụng rộng rãi vì chúng rấtkinh tế Máy hiện đại được cải tiến chút ít ví dụ trục quay ở giửa chỉmang một dao cắt còn phía đối diện là vòi phun nước Nước phun đóngbăng 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 cómôi chất lạnh sôi, bên trong có hai lưỡi dao nạo quay với tốc độ 250v/phút để nạo đá hình thành trên tang trống Để tăng bề mặt trao đổinhiệt phía nước người ta tạo các đườg dích dắc Nước sẽ được cấp vàomột 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 daonạo củng phải có hình dích dắc tương ứng với bề mặt trong của tangtrống Hỗn hợp nước và đá vụn được đưa qua một lưỡi lọc để lọc lấy đácòn nước lại đưa trở lại máy Nước cấp cho máy phải có nhiệt độ 0nên 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 dễdàng hơn Taylor đã phát minh thêm một loại máy ép viên đá tuyết thànhcác 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 giảikhát, quán ăn nhà hàng, khách sạn, cho mục đích tiêu dùng, phục vụ đờisống, y tế, các bệnh viện và trong cả các xí nghiệp

Một phần nhu cầu này đã được đáp ứng bằng các tủ lạnh giađình, tủ lạnh thương nghiệp nhưng nhu cầu đối với các máy đá vẫn rấtlớn, chính vì vậy đã có nhiều cơ sở sản xuất máy đá, tủ đá chuyên dùng

Ngày nay các loại máy đá sản xuất nhỏ rất phong phú và đa dạngđặc biệt ở Mỹ các máy này làm việc theo hai phương pháp liên tục vàchu 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 bềmặt trong một ống bay hơi hình trụ Đá hình thành trên đó được một daonạo kiểu trục vít hoặc cánh quay nạo ra khỏi bề mặt bay hơi và đẩy vàothùng 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 cóchung nguyên lí là làm việc theo chu kỳ, kết đông đá trong các ống, môichất lạnh sôi trực tiếp bên ngoài ống, khi đã kết đông đến chiều dày cầnthiết, đổi sang chu kỳ tan giá, các ống đá rơi xuống và được dao cắt ratùng 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 mộtbình hình trụ đứng, bên trong bố trí nhiều ống làm đá, bên trên là thùngnước 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 chuyểnsang quá trình tan giá

Ở quá trình tan giá người ta dùng bơm nước, đóng van cấp lỏng vàđường hút sau đó mở van hơi nóng cho hơi nóng tràn vào, đẩy lỏng vàobình chứa thu hồi và làm tan lớp băng của các ống đá.Các ống đá rơixuống và được dao cắt ra theo độ dài yêu cầu.Sau đó quá trình làm đá lạibắt đầu

Thời gian làm đá tùy theo độ dày của đá, nhiệt độ bay hơi, còn thờigian tan đá khoảng hai phút và độ dày tổn thất khi tan đá là 0,5mm Đểgiảm 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 ốngphía bên đầu ống ta bố trí các nút đậy có các ren xung quanh Để đákhông bị gãy vụn khi cắt ra từng thỏi, ta dùng dao cắt gồm hai hình bánnguyệt và quay tròn theo hướng vuông góc với trọc của máy làm đá.

1.6 Ưu nhược điểm của máy làm đá dạng viên

1.6.1 Ưu điểm: Thiết bị nhỏ gọn, thời gian làm đá nhanh Do làm

đá lạnh trực tiếp nên ít bị tổn thất lạnh, thiết bị ít bị hao mòn Sản phẩmlàm ra sạch, để sử dụng trong sinh hoạt nên rất được ưa chuộng Thiết bị

tự động hóa tuần hoàn nên không sử dụng công nhân nhiều

1.6.2 Nhược điểm : Thiết bị đắt tiền, sản phẩm làm ra giá thành cao

nên khó tiêu thụ Sản phẩm làm ra phải sử dụng ngay, không bảo quảnlâu được vì chúng dễ bị kết nối vào bị hao tổn nhiều

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, bềnđối 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…

Chọn vật liệu cách nhiệt là Polyurethan cho máy làm đá, styropor

là vật liệu cách nhiệt cho buồng chứa đá Cả 2 vật liệu này là vật liệu này là vật cách nhiệt tốt nhất, thông dụng nhất hiện nay Styropor được

tạo thành những tấm đúc rất dễ sử dụng, lắp đặt Nó không bị thấm nước, không bị mối mọt phá hoại, nhưng dễ cháy được chọn làm vật liệucách nhiệt cho vách, trần của kho và cách nhiệt cho kho chứa đá

Polyurethan được sử dụng bằng cách phun trực tiếp vào khoang của máylàm 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 Bitumcòn gọi là nhựa đường (hắc ín) là loại vật liệu cách ẩm rất tốt, tiện dụng.Bitum được dùng dưới 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 máylàm đá có hình trụ tròn và cấu tạo thành bao quanh như sau:

thép

RitumThép không rỉ

: 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)

=6177 Kcal/h k

-Chiều dày lớp cách nhiệt:

Chọn 0,2m theo tiêu chuẩn

-Tính lại hệ số truyền nhiệt

K=

=0,198(m)

- 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 sắc3.Lớp ximăng và đá vữa4.Lớp cách âm –giấy dầu5.Lớp cách nhiệt-styropore6.Thanh móc

=

=

=0,258w/ k

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

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

=2,25>K Vậy không đọng sương

-Bì dày tấm cách nhiệt được tính: