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

Đồ án tổng hợp Nhiệt lạnh Thiết kế hệ thống máy đá viên 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 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 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, nó tham 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 1 tấn/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 Hồ Trần Anh Ngọc đã giúp em hoàn thành đồ án này Do kiến thức còn nhiều hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi sai sót nên rất mong được sự góp ý của quý thầy cô GVHD: TS Hồ Trần Anh Ngọc Đà Nẵng, tháng 05 năm 2020 Sinh viên thực hiện -1- Nguyễn Trọng Thiệu Đồ án tổng hợp Nhiệt lạnh Thiết kế hệ thống máy đá viên 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 Thời gian làm đá: 60 phút Đường kính ống đá: ɸ = 50 mm*3m Nhiệt lượng đông đặc đá: r = 80 kcal/kg Môi chất lạnh: R22 Mục tiêu đề tài: Tính toán thiết kế máy sản xuất đá viên có công suất 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 GVHD: TS Hồ Trần Anh Ngọc -2- Đồ án tổng hợp Nhiệt lạnh Thiết kế hệ thống máy đá viên  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 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 thị trường nước đá của Việt Nam 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 hiểu hơn về các loại đá viên này 1.1.1 Đá cây GVHD: TS Hồ Trần Anh Ngọc -3- Đồ án tổng hợp Nhiệt lạnh Thiết kế hệ thống máy đá viên 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 quá trình vận hành lớn nên phải mất thời gian khá dài để có thể sản xuất 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 chất lượng Hiện nay, đa phần đá cây chỉ dùng để bảo quản thực phẩm và cung cấp cho các thuyền đánh cá sử dụng GVHD: TS Hồ Trần Anh Ngọc -4- Đồ án tổng hợp Nhiệt lạnh Thiết kế hệ thống máy đá viên 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 ra các sản phẩm nước đá tinh khiết đảm bảo an toàn cho sức khỏe Hệ thống 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 có kích thước từ 18 – 48 mm, được sử dụng nhiều cho các nhu cầu 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 GVHD: TS Hồ Trần Anh Ngọc -5- Đồ án tổng hợp Nhiệt lạnh Thiết kế hệ thống máy đá viên 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 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 1.1.4 Đá bào GVHD: TS Hồ Trần Anh Ngọc -6- Đồ án tổng hợp Nhiệt lạnh Thiết kế hệ thống máy đá viên 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 đá người tiêu dùng cần thận trọng Ngoài ra, việc chọn lựa một địa chỉ sản xuất nước đá tinh khiết cũng quan trọng không kém, bởi vì một sản phẩm tốt điều quan trọng nhất chính là chất lượng 1.2 Tính chất vật lý  Kích thước máy làm đá _ Thời gian làm đá: t = 60 phút _Đường kính ống đá: ɸ = 50 mm*3m _Đường kính viên đá: ɸ = 47 mm*80 mm _Năng suất thiết kế: G = 1 tấn/mẻ _Nhiệt lượng đông đặc đá: r = 80 kcal/kg _Bề dày lớp đá bám trên ống: _Chiều cao ống đá: ⸹ = 0.02 m _Khối lượng đá bám trên ống: H = 3m GVHD: TS Hồ Trần Anh Ngọc -7- Đồ án tổng hợp Nhiệt lạnh Thiết kế hệ thống máy đá viên 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: ∆ttb = 0C K = = 354 αmc =7172 W/m 2.K αn= 5945.16 K= GVHD: TS Hồ Trần Anh Ngọc -8- Đồ án tổng hợp Nhiệt lạnh Thiết kế hệ thống máy đá viên qf = K*∆t = 354*14.4 =5097 W/m2 _Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = 2 Lấy F = 40 m2 _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 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 =>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 kính lớn nhất của hình lục giác ngoài cùng : m = 15 _Bước ống xác định với công thức:  S = 1.24*0.057 = 0.07068 m _Đường kính thiết bị: D = m * S = 15* 0.07068 ≈0.5 3 Nước đá tinh khiết phải đảm bảo các yêu cầu sau GVHD: TS Hồ Trần Anh Ngọc -9- Đồ án tổng hợp Nhiệt lạnh Thiết kế hệ thống máy đá viên Tạp chất Hàm lượng tối đa 100 con/l Số lượng môi chất trong nước 3 con/l 1g/l Vi khuẩn đường ruột 7mg/l 7 Chất khô cho phép 70mg/l 1,5mg/l Độ cứng chung của nước 0,3mg/l 170mg/l PH 3mg/g Muối cứng tạm thời 250mg/l Độ đục theo các hạt lơ lửng Sắt Sunfat+0,25 Clorua+1,25 Natricforua Tính oxi hóa Hàm lượng muối chung 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 độ đóng băng lên -6 đến -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, tách cacbonnat canxi, magze, sắt, nhôm ra khỏi nước bằng vôi là quy trình hóa học đơn giản Ví dụ như đối với canxi: Ca( +Ca( =2 Ca +2 GVHD: TS Hồ Trần Anh Ngọc -10-