Thiết kế hệ thống máy đá cây công suất 50 tấn mẻ đà nẵng

 Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp Đồ án có các nội dung chính như sau: Chương 1: Hệ thống lạnh máy đá Chương 2: Các yêu cầu bố trí mặt bằng và kết cấu bể đá Chương 3: Xác định kích thước b

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

GVHD: TS.GVC Hồ Trần Anh Ngọc SVTH: Nguyễn Ngọc Hưng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

GVHD: TS.GVC Hồ Trần Anh Ngọc SVTH: Nguyễn Ngọc Hưng

Tên đề tài: “Tính toán thiết kế hệ thống máy đá cây công suất 50 tấn/mẻ”.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Hưng Mã SV: 1911504310123

Lớp: 19N1

Đề tài: “ Thiết kế hệ thống máy đá cây công suất 50 tấn/mẻ - Đà Nẵng” gồm 7chương với các nội dung chính sau:

Chương 1: TỔNG QUAN

Giới thiệu tổng quan về máy đá Giới thiệu về chất tải lạnh

Chương 2: CÁC YÊU CẦU BỐ TRÍ MẶT BẰNG VÀ KẾT CẤU BỂ ĐÁ

Chương này nhằm tính toán bố trí mặt bằng xưởng làm nước đá và kết cấutường, nền và nắp bể đá, chiều dày lớp cách nhiệt và kiểm tra đọng sương

Chương 3: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC BỂ ĐÁ

Xác định số lượng và kích thước khuôn đá, số lượng–kích thước linh đá, thờigian làm đá

Chương 4: TÍNH NHIỆT BỂ ĐÁ

Tính toán tổn thất nhiết của quá trình vận hành bể đá

Chương 5: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH VÀ CHỌN MÁY NÉN

Tính toán số liệu ban đầu và chọn máy nén

Chương 6: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

Tính toán và lựa chọn thiết bị thích hợp cho hệ thống.

Chương 7: VẬN HÀNH HỆ THỐNG MÁY ĐÁ CÂY

KHOA CƠ KHÍ NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: TS.GVC Hồ Trần Anh Ngọc

Sinh viên thực hiện: - Nguyễn Ngọc Hưng Mã SV: 1911504310123

1 Tên đề tài:

“Tính toán thiết kế hệ thống máy đá cây công suất 50 tấn/mẻ”.

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Mặt bằng hệ thống máy đá công suất 50 tấn/mẻ;

- Thông số khí hậu tại Đà Nẵng;

- Lựa chọn hệ thống máy đá cây;

3 Nội dung chính của đồ án:

- Giới thiệu tổng quan về các loại máy đá ưu điểm và hạn chế của từng loại;

- Giới thiệu về hệ thống máy đá cây việc lựa chọn phương án lắp đặt;

- Tính toán đại lượng của máy đá;

- Tính chọn và bố trí các thiết bị phụ của hệ thống Tính toán thiết bị:

- Thiết kế bản vẽ, lắp đặt và bố trí các thiết bị trong mặt bằng hệ thống

4 Các sản phẩm dự kiến

- Tập thuyết minh mô tả đầy đủ phương pháp tính toán, thiết kế hệ thống máyđá

- Các bản vẽ sơ đồ nguyên lý và cấu tạo

- Sinh viên nộp đầy đủ đồ án đúng theo quy định của Bộ môn

LỜI NÓI ĐẦU

Đồ án tốt nghiệp là nhiệm vụ và yêu cầu của nhà trường xác định được công việc

mà mình sẽ làm trong tương lai khi tốt nghiệp ra trường

Với đề tài “Thiết kế thiết kế hệ thống máy đá cây công suất 50 tấn/mẻ” hướng dẫntận tình của giảng viên hướng dẫn, đề tài này đã đem lại cho em những kiến thức bổích củng như kinh nghiệm cho công việc tương lai sau này

Trong suốt quá trình làm đồ án với sự nỗ lực của chúng em và thầy cô khác trongkhoa đến nay đồ án của em đã được hoàn thành Mặc dù em đã cố gắng tìm tòi và họchỏi nhưng do kinh nghiệm, kiến thức còn hạn hẹp tránh khỏi thiếu sót trong quá trìnhlàm đồ án Em rất mong nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô và các bạn để em hoànthiện hơn về kiến thức chuyên môn

Em xin chân thành cảm ơn thầy cô rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài Và emcũng cảm ơn quý thầy cô đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình học tập và thực hiện

đề tài này

Cuối cùng, em xin kính chúc quý thầy cô ngành công nghệ kỹ thuật Nhiệt thật dồidào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục công việc mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệmai sau

Em xin cam đoan trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp sẽ thực hiện nghiêm túc

các quy định về liêm chính học thuật:

- Không gian lận, bịa đặc, đạo văn, giúp người khác vi phạm

- Trung thực trong việc trình bày, thể hiện các hoạt động học thuật và kết quả từ

hoạt động học thuật của bản thân

- Không giả mạo hồ sơ học thuật

- Không dùng các biện pháp bất hợp pháp hoặc trái quy định để tạo nên ưu thế

cho bản thân

- Chủ động tìm hiểu và tránh các hành vi vi phạm liêm chính học thuật, chủ động

tìm hiểu và nghiêm túc thực hiện các quy định về luật sở hữu trí tuệ

- Sử dụng học thuật của người khác phải có trích dẫn nguồn gốc rõ ràng

Em xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong đồ án này là trung thực và

chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào Mọi sự giúp đỡ cho việc thực

hiện đồ án này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn đồ án đã được chỉ rõ

nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Ngọc Hưng – Nguyễn Văn Hưng

TÓM TẮT

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC:

DANH SÁCH CÁC BẢNG

DANH SÁCH CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG LẠNH MÁY ĐÁ 2

1.1 Một số vấn đề cần quan tâm khi sản xuất nước đá 2

1.1.1 Nồng độ tạp chất cho phép 2

1.1.2 Ảnh hưởng của tạp chất đến chất lượng nước đá 2

1.1.3 Phân loại nước đá 3

1.2 Hệ thống máy đá cây 6

1.2.1 Phương án sản xuất 6

1.2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy đá cây: 6

1.2.3 Chất tải lạnh: 8

1.2.4 Môi chất sử dụng trong hệ thống: 9

CHƯƠNG 2: CÁC YÊU CẦU BỐ TRÍ MẶT BẰNG VÀ KẾT CẤU BỂ ĐÁ 11

2.1 Bố trí mặt bằng xưởng làm nước đá: 11

2.2 Kết cấu tường, nền và nắp bể đá : 11

2.2.1 Kết cấu sơ bộ và quy trình sản xuất: 11

2.2.2 Kết cấu cách nhiệt nền : 12

2.2.3 Kết cấu nắp bể đá : 14

2.3.1 Tính chiều dày lớp cách nhiệt: 14

2.3.2 Tính kiểm tra đọng sương : 15

CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC BỂ ĐÁ 17

3.1 Xác định số lượng và kích thước khuôn đá: 17

3.2 Xác định số lượng –kích thước linh đá: 18

3.3 Xác định các kích thước bên trong bể đá : 19

3.3.3 Xác định chiều cao của bể đá : 20

3.4 Xác định thời gian làm đá : 20

CHƯƠNG 4: TÍNH NHIỆT BỂ ĐÁ 22

4.1 Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che 22

4.1.1 Nhiệt truyền qua tường bể đá 22

4.1.2 Nhiệt truyền qua nắp bể đá 23

4.1.3 Nhiệt truyền qua nền bể đá 24

4.2 Nhiệt để đông đá và làm lạnh khuôn đá 25

4.2.1 Nhiệt làm lạnh nước đá 25

4.2.2 Nhiệt làm lạnh khuôn đá 25

4.3 Dòng nhiệt do vận hành: 26

4.3.1 Nhiệt do bộ cánh khuấy gây ra: 26

4.3.2 Nhiệt do nhúng cây đá: 27

4.4 Xác định tải nhiệt cho thiết bị, máy nén và năng suất lạnh của máy nén: 28

4.4.1 Xác định tải nhiệt cho thiết bị: 28

4.4.2 Xác định tải nhiệt cho máy nén: 28

4.4.3 Năng suất lạnh của máy nén: 28

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CHU TRÌNH VÀ CHỌN MÁY NÉN 29

5.1 Tính chọn các thông số của chế độ làm việc: 29

5.1.1 Tính nhiệt độ ngưng tụ: 29

5.1.2 Chọn nhiệt độ bay hơi: 29

5.1.3 Chọn cấp của chu trình: 30

5.1.4 Chọn độ quá nhiệt hơi hút: 30

5.1.5 Chọn độ quá lạnh: 30

5.2 Tính toán chu trình: 30

5.2.1 Sơ đồ nguyên lý : 30

5.2.2 Đồ thị: 31

5.3 Tính toán 32

- Năng suất lạnh riêng: 32

- Năng suất lạnh riêng thể tích: 32

- Công nén riêng: 32

- Năng suất nhiệt riêng 32

- Năng suất thể tích thực tế của máy nén 32

- Hệ số cấp 32

- Công nén đoạn nhiệt: 33

- Công nén chỉ thị: 33

- Công suất ma sát 33

- Thể tích quét lý thuyết: 34

- Công suất hữu ích 34

- Công suất tiếp điện: 34

- Nhiệt thải ra ở bình ngưng: 34

- Hiệu suất exergi của chu trình: 34

5.4 Chọn máy nén: 34

5.4.1 Phân tích ưu và nhược điểm của mỗi loại để chọn máy nén phù hợp nhất 35

5.4.2 Chọn máy nén 35

CHƯƠNG 6: TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 37

6.1 Thiết bị ngưng tụ: 37

6.1.1 Mục đích: 37

6.1.2 Phân loại các thiết bị ngưng tụ 37

6.1.3 Lựa chọn thiết bị: 37

Ưu điểm: 37

Nhược điểm: 37

6.1.4 Cấu tạo và nguyên lý làm việc: 38

6.1.5 Tính chọn thiết bị ngưng tụ: 38

6.2 Thiết bị bay hơi: 39

6.2.1 Lựa chọn thiết bị bay hơi 39

Ưu điểm: 40

Nhược điểm: 40

6.2.2 Tính toán thiết bị bay hơi: 40

6.3 Các thiết bị phụ khác: 41

6.3.1 Bình giữ mức – tách lỏng: 41

6.3.1.1 Mục đích: 41

6.3.1.2 Cấu tạo: 41

6.3.1.3 Nguyên lý hoạt động: 42

6.3.2 Bình tách lỏng: 42

6.3.2.2 Cấu tạo: 43

6.3.2.3 Nguyên lý hoạt động: 43

6.3.2.4 Tính chọn thiết bị: 43

6.3.3 Bình tách khí không ngưng: 44

6.3.3.1 Tác hại của khí không ngưng: 44

6.3.3.2 Nhận biết khí không ngưng: 44

6.3.3.3 Nguyên nhân gây khí không ngưng: 44

6.3.3.4 Cấu tạo: 44

6.3.3.5 Nguyên lý hoạt động: 45

6.3.4 Bình chứa cao áp: 45

6.3.4.1 Cấu tạo: 46

6.3.5 Bình tách dầu: 47

6.3.5.1 Mục đích: 47

6.3.5.2 Cấu tạo: 47

6.3.5.3 Nguyên lý hoạt động: 47

6.3.5.4 Tính toán bình tách dầu: 47

6.3.6 Bình chứa dầu: 48

6.3.6.1 Mục đích: 48

6.3.6.2 Cấu tạo: 48

6.3.6.3 Chọn thiết bị: 49

6.3.7 Tính chọn tháp giải nhiệt: 49

6.3.7.1 Mục đích: 49

6.3.7.2 Cấu tạo: 49

6.3.7.3 Nguyên lý hoạt động: 50

6.3.7.4 Tính chọn thiết bị: 50

6.4 Các thiết bị đường ống: 50

6.4.1 Van chặn: 51

6.4.1.1 Mục đích: 51

6.4.1.2 Cấu tạo: 51

6.4.2 Van tiết lưu tay: 51

6.4.2.1 Mục đích: 51

6.4.2.2 Cấu tạo: 51

6.4.3 Van điện từ kết hợp với rơ le mức lỏng: 52

6.4.3.1 Van điện từ: 52

6.4.3.2 Rơ le mức lỏng: 53

6.4.4 Van một chiều: 53

6.4.6 Mắt gas 54

6.4.7 Tính chọn đường ống: 54

CHƯƠNG 7: VẬN HÀNH HỆ THỐNG MÁY ĐÁ CÂY 56

7.1 Sơ đồ mặt bằng hệ thống 56

7.2 Quy trình vận hành bể đá 56

7.2.1 Kiểm tra trước khi khởi động 56

7.2.2 Khởi động máy, tắt máy 56

KẾT LUẬN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

Bảng 1-1: Hàm lượng tạp chất trong nước đá công nghiệp

Bảng 1-2: Ảnh hưởng của tạp chất đến chất lượng nước đá Bảng 1-3: Hàm lượng cho phép của các chất trong nước

Bảng 1-4 : Nhiệt độ đông đặc của một số dung dịch muối

Bảng 2-1: Kết cấu bao che

Bảng 2-2: Kết cấu cách nhiệt

Bảng 3-1: Kích thước và khối lượng khuôn đá

Bảng 3-3: Thông số kích thước bên trong của bể:

Hình 1-1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy đá cây

Hình 2-1: Mặt cắt tường bao

Hình 2-2: Mặt cắt nền bể

Hình 3-1: Kích thước linh đá có 9 khuôn 50 kg

Hình 3-2: Bố trí bể đá với linh đá 9 khuôn đá Hình 5-1: Máy nén lạnh MYCOM

MỞ ĐẦU

 Mục đích thực hiện đề tài

Đồ án tốt nghiệp được thực hiện vào học kỳ cuối của chương trình đào tạo hệđại học, nhằm giúp sinh viên ôn lại cũng như tìm hiểu và tự học, có khả năng sáng tạotìm kiếm thông tin, khả năng sử dụng các phần mềm hiện nay

 Mục tiêu đề tài

Áp dụng những kiến thức đã học và thực tế để thiết kế đưa ra giải hệ thống máy

đá cây phù hợp tiết kiệm cho công trình, trau dồi những kỹ năng cần có hiện nay

 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Tính toán thiết kế hệ thống máy đá cây tại thành phố Đà Nẵng

 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu các giáo trình, bài giảng và các tiêuchuẩn, quy chuẩn Việt Nam về thiết kế hệ thống máy đá

 Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp

Đồ án có các nội dung chính như sau:

Chương 1: Hệ thống lạnh máy đá

Chương 2: Các yêu cầu bố trí mặt bằng và kết cấu bể đá

Chương 3: Xác định kích thước bể đá

Chương 4: Tính nhiệt bể đá

Chương 5: Tính toán chu trình và chọn máy nén

Chương 6: Tính chọn các thiết bị trao đổi nhiệt

Chương 7: Vận hành hệ thống máy đá cây

Trong công nghiệp chế biến nước đá, nước đá thường được sản xuất dưới nhiềudạng tùy theo nhu cầu sử dụng như: đá cây, đá vảy, đá tấm ở đây chúng ta chỉnghiên cứu hệ thống sản xuất đá cây.

Chất lượng nước đá chịu tác động của rất nhiều yếu tố: Các thành phần trongnước, phương pháp làm lạnh Thông thường nước đá được lấy từ mạng nước thuỷcục, các tạp chất và vi sinh vật trong nước không được vượt quá các giá trị quiđịnh ở các bảng dưới đây

Bảng 1-1: Hàm lượng tạp chất trong nước đá công nghiệp

4

5

6

7

- Độ cứng chung của nước

- Độ đục (theo hàm lượng chất lơ lửng)

- Hàm lượng sắt

- Độ pH

mg/l ,5mg/l ,3mg/l ,5-9,5

1.1.2 Ảnh hưởng của tạp chất đến chất lượng nước đá

Tạp chất hoà tan trong nước làm cho chất lượng và thẩm mỹ của đá bị biến đổi.Các tạp chất có thể tạo ra màu sắc, màu đục không trong suốt Một số tạp chất làm

nằm ở đáy, nhưng một số tạp chất lại không tách ra được trong quá trình đóngbăng, có tạp chất khi hoà tan trong nước làm cho đá khó đông hơn, do nhiệt độđóng băng giảm Dưới đây là ảnh hưởng của một số tạp chất đến chất lượng đá

Bảng 1-2: Ảnh hưởng của tạp chất đến chất lượng nước đá

1.1.3.

Phân loại nước đá

Có rất nhiều loại nước đá khác nhau tuỳ thuộc vào màu sắc, nguồn nước, hìnhdáng và mục đích của chúng

Phân loại theo màu sắc

p ch

ất

Ảnh hưởng Kết quả sau chế biến

1 Cacbonat canxi

CaCO3

- Tạo thành chất lắng bẫn ở dưới hoặc ở giữa cây

Tách ra được

2 Cacbonat magiê

MgCO3

- Tạo thành chất lắng bẫn và bọt khí, làm nứt đá ở nhiệt độthấp

Tách ra được

3 Ôxit sắt - Tạo chất lắng màu vàng hay

nâu và nhuộm màu chất lắng canxi và magiê

- Tạo các vết trắng ở lõi, làm đục lõi và tăng thời gian đóng băng Không tạo chất lắng

Không thay đổi

7 Clorua canxi và sunfat magiê - Tạo chất lắng xanh nhạt hayxám nhạt ở lõi, kéo dài thời

gian đông và tạo lõi không trong suốt

Biến đổi thành sunfua canxi

8 Clorua magiê - Tạo vết trắng, không có cặn Biến đổi thành

clorua canxi

9 Cacbonat natri - Chỉ cần một lượng nhỏ cũng làm

nứt đá ở nhiệt độ dưới -9 o C Tạo vết màu trắng ở lõi, kéo dài thời gian đóng băng Tạo đục cao và không có cặn

Biến đổi thành cacbonat natri

Theo màu sắc người ta phân ra 03 loại đá: đá đục, đá trong và đá pha lê

o Nước đá đục

Nước đá đục là nước đá có màu đục, không trong suốt, màu sắc như vậy là do

có tạp chất ở bên trong Về chất lượng, nước đá đục không thể sử dụng vào mọimục đích được mà chỉ sử dụng trong kỹ thuật, công nghiệp nên gọi là nước đá kỹthuật Các tạp chất trong nước đá đục có thể ở dạng rắn, lỏng hoặc khí

- Các chất khí: ở nhiệt độ 0oC và áp suất khí quyển, nước có khả năng hoà tankhí với hàm lượng đến 29,2 mg/l, tức cỡ 0,03% thể tích Khi đóng băng các chấtkhí tách ra tạo thành bọt khí và bị ngậm ở giữa tinh thể đá Dưới ánh nắng, cácbọt khí phản xạ toàn phần nên nhìn không trong suốt và có màu trắng đục

-Các chất tan và chất rắn: Trong nước thường chứa các muối hoà tan, như

muối canxi và muối magiê Ngoài các muối hoà tan còn có các chất rắn lơ lửngnhư cát, bùn, đất, chúng lơ lửng ở trong nước Trong quá trình kết tinh nước đá có

xu hướng đẩy các chất tan, tạp chất, cặn bẫn và không khí ra Quá trình kết tinhthực hiện từ ngoài vào trong nên càng vào trong tạp chất càng nhiều Sau khi toàn

bộ khối đã được kết tinh, các tạp chất, cặn bẫn thường bị ngậm lại ở tâm của khối

đá Các tạp chất này làm cho cây đá không trong suốt mà có màu trắng đục

o Nước đá trong

Nước đá trong là nước đá trong suốt, dưới tác dụng của các tia sáng phản xạmàu xanh phớt Để có nước trong suốt cần loại bỏ các chất tan, huyền phù và khítrong nước Vì vậy khi tan không để lại chất lắng

Có thể loại bỏ các tạp chất ngay trong quá trình kết tinh của đá bằng cách vớt

bỏ tạp chất nổi trên bề mặt đá khi kết tinh, tránh cho không bị ngậm giữa các lớptinh thể

Để sản xuất đá trong bắt buộc phải sử dụng nguồn nước chất lượng tốt thoảmãn các điều kiện nêu trong bảng 3-3 Khi chất lượng nước không tốt, để tạo ra đátrong có thể thực hiện bằng cách:

Cho nước luân chuyển mạnh, nâng cao nhiệt độ đóng băng lên -6÷-8oC, có thểthực hiện làm sạch bằng cách kết tinh chậm ở -2 ÷-4oC

Làm mềm nước: tách cacbônat canxi, magiê, sắt, nhôm bằng vôi sống Ví dụtách Ca+ như sau:

Ca(OH)2 + Ca(CHO3)2 = 2CaCO3↓ + 2H2O

Trong quá trình tách các thành phần này các chất hữu cơ lơ lửng trong nướccũng đọng lại với các hợp chất cacbônat Quá trình tách các hợp chất cacbônat kếttủa có thể thực hiện bằng cách lọc

Bảng 1-3: Hàm lượng cho phép của các chất trong nước

50mg/l

2 - Sunfat + 0,75 clorua + 1,25 natri cacbonat

170mg/l

0mg/l

,04mg/l

mg/l

oNước đá pha lê

Khi nước được sử dụng để làm đá được khử muối và khí hoàn toàn thì đá tạo

ra là đá pha lê Đá pha lê trong suốt từ ngoài vào tâm và khi tan không để lại cặn

bẫn Nước đá pha lê có thể được sản xuất từ nước cất, nhưng như vậy giá thànhsản phẩm quá cao Nước đá pha lê khi xay nhỏ ít bị dính nên rất được ưa chuộng Nước đá pha lê có thể sản xuất ở các máy sản xuất đá nhỏ nhưng phải đảm bảotốc độ trên bề mặt đóng băng lớn và khử muối sạch

Khối lượng riêng của đá pha lê cỡ 910 đến 920 kg/m3

Phân loại theo hình dạng

Theo hình dạng có thể phân ra nhiều loại đá khác nhau như sau:

- Máy đá cây: đá cây có dạng khối hộp, để thuận lợi cho việc lấy cây đá ra khỏi

khuôn ít khi người ta sản xuất dưới dạng khối hộp chữ nhật mà dưới dạng chópphía đáy thường nhỏ hơn phía miệng Đá cây được kết đông trong các khuôn đáthường có các cỡ sau: 5; 12,5 ; 24; 50 ; 100; 150 ; 200; 300 kg Khi rót nước vàokhuôn, chỉ nên duy trì nước chiếm khoảng 90% dung tích khuôn, như vậy dungtích thực sự của khuôn lớn hơn dung tích danh định khoảng 10% Sở dỉ như vậy

là vì khuôn phải dự phòng cho sự giãn nở của đá khi đông và nước trong khuônphải đảm bảo chìm hoàn toàn trong nước muối Máy đá cây có thời gian đông đátương đối dài vì khi đông đá, các lớp đá mới tạo thành là lớp dẫn nhiệt kém nênhạn chế truyền nhiệt vào bên trong Ví dụ máy đá với khuôn 50 kg có thời gianđông đá khoảng 18 giờ

Đá cây được sử dụng trong sinh hoạt để phục vụ giải khát, trong công nghiệp vàđời sống để bảo quản thực phẩm Hiện nay một số lượng lớn đá cây được sử dụngcho ngư dân bảo quản cá khi đánh bắt xa bờ và lâu ngày Hiện nay ở nước tangười dân vẫn quen sử dụng đá cây để cho giải khát với số lượng khá lớn

Phân loại theo nguồn nước sản xuất đá

Theo nguồn nước sử dụng làm đá thì có hai loại máy: Làm đá từ nước ngọt vànước mặn

- Đá nước ngọt được sử dụng trong nhiều mục ích khác nhau: Bảo quản thựcphẩm, giải khát, sinh hoạt

- Đá nước mặn sử dụng bảo quản thực phẩm, đặc biệt sử dụng bảo quản cá khiđánh bắt xa bờ Nguyên liệu sản xuất đá là nước biển có độ mặn cao Nhiệt độđông đặc khá thấp nên chất lượng bảo quản tốt và thời gian bảo quản có thể kéodài hơn Để sản xuất đá mặn nhất thiết phải sử dụng phương pháp làm lạnh trựctiếp, vì thế hạn chế tổn thất nhiệt năng

Dưới đây chúng tôi xin giới thiệu một số hệ thống lạnh máy đá được sử dụngphổ biến trong đời sống và công nghiệp

1.2 Hệ thống máy đá cây

1.2.1 Phương án sản xuất

Ngày nay do kỹ thuật lạnh phát triển mạnh mẽ nên có nhiều loại nước đá đượcsản xuất cũng như có nhiều phương pháp, máy móc thiết bị khác nhau để sản xuấtchúng

Đối với hệ thống sản xuất nước đá cây có hai phương pháp sản xuất chủ yếu

đó là làm lạnh trực tiếp và làm lạnh gián tiếp qua chất tải lạnh là dung dịch nướcmuối

Hệ thống làm lạnh trực tiếp có ưu điểm là thời gian sản xuất nhanh nhưng năngsuất bị giới hạn, chỉ thích hợp với những hệ thống có công suất nhỏ

Do yêu cầu của đồ án với bể đá có công suất 50 tấn/ mẻ nên chúng em chọnphương án: làm lạnh gián tiếp qua nước muối

Do khối đá lớn nên sản xuất đá cây thường có thời gian làm đá khá lâu từ 17đến 20 tiếng, vì vậy để giảm thời gian làm đá người ta có các biện pháp sau:

- Làm lạnh sơ bộ nước trước khi cho vào khuôn đá

- Bỏ phần lỏi chưa đóng băng, phần nước có nhiều muối hoà tan Với phươngpháp này thời gian làm đông đá giảm 40 - 50%

- Giảm nhiệt độ nước muối xuống –15oC, thời gian giảm 25%, nhưng chi phíđiện năng lớn

Phương pháp này có ưu điểm lớn là cấu tạo, vận hành đơn giản Hiện nay hầuhết các cơ sở sản xuất nước đá cây đều chọn phương pháp này

1.2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy đá cây:

Hình 1-1: Sơ đồ nguyên lý hệ thống máy đá cây

Trên hình 1-1 là sơ đồ nguyên lý của Hệ thống lạnh máy đá cây được sử dụngphổ biến nhất hiện nay Hệ thống có các thiết bị chính sau:

1 Máy nén

 Nguyên lý hoạt động.

Hơi môi chất hút về máy nén là hơi quá nhiệt được máy nén, nén lên đến nhiệt

độ tk, áp suất pk đi vào bình tách dầu, ở đây dầu được lọc lại và đưa trở về bìnhgom dầu

Còn hơi môi chất đưa đến thiết bị ngưng tụ, tại bình ngưng tụ hơi môi chất thựchiện quá trình trao đổi nhiệt với nước giải nhiệt trở thành lỏng

Sau khi môi chất trở thành lỏng được đưa vào bình chứa cao áp, rồi đi qua phinlọc, phin lọc có nhiệm vụ lọc các cặn bẩn trong môi chất, sau đó 1 phần của lỏngmôi chất được tiết lưu vào bình tách khí không ngưng và làm lạnh hỗn hợp hơinén lẫn khí không ngưng xuống nhiệt độ bay hơi Môi chất sẽ ngưng tụ lại còn khíkhông ngưng sẽ được thải ra ngoài

Môi chất lỏng tiếp tục đi qua van điện từ ,qua van tiết lưu và đi vào bình giữmức tách lỏng,nhờ vào van tiết lưu mà gas lỏng được hạ nhiệt độ và áp suất trongxuống p0, t0 Từ bình giữ mức- tách lỏng môi chất lỏng chảy vào dàn lạnh xương

cá môi chất được bay hơi và trao đổi nhiệt với dung dịch nước muối

Sau đó hơi lạnh trở về bình giữ mức- tách lỏng, ở đây môi chất được tách lỏng,lỏng sẽ tiếp tuc chảy vào dàn lạnh, con hơi môi chất sẽ được máy nén hút về khépkín chu trình

 Đặc điểm hệ thống máy đá cây

- Chi phí vận hành lớn: Chi phí nhân công vận hành, vào nước, ra đá, vậnchuyển đá, xay đá, chi phí điện năng (mô tơ khuấy, cẩu đá, máy xay đá)

- Chi phí đầu tư lớn: Bể đá, cẩu đá, bể nhúng nước, bàn lật, hệ thống cấp vàonước khuôn đá, kho bảo quản đá, máy xay đá vv

- Thời gian làm đá lâu nên không chủ động sản xuất và chế biến

- Khi xuất đá thì đá ra hàng loạt nên cần kho bảo quản

- Không bảo đảm vệ sinh: Bể muối và khâu xay đá

- Tổn thất nhiệt lớn: Quá trình từ sản xuất đên sử dụng qua rất nhiều khâu nêntổn thất nhiệt lớn, ngoài ra khi xay đá và nhúng khuôn đá còn gây ra mất mát cơhọc

Do có nhiều nhược điểm như vậy nên hiện nay người ta ít sử dụng máy đá câytrong để chế biến thực phẩm, mà chủ yếu sản xuất để bán cho ngư dân đánh cá vàcho sinh hoạt Đối với các xí nghiệp chế biến thuỷ sản một trong những điều kiện

để được cấp code EU nhập hàng vào các nước E.U thì phải sử dụng đá vảy để chếbiến

1.2.3 Chất tải lạnh:

- Yêu cầu của chất tải lạnh

Chất tải lạnh phải đảm bảo những yêu cầu sau:

o Nhiệt độ đông đặc phải thấp

o Nhiệt dung riêng và khả năng dẫn nhiệt cao

o Độ nhớt và trọng lượng riêng nhỏ

o Không ăn mòn kim loại và các vật liệu khác trong thiết bị

o Không độc hại và không nguy hiểm

o Dễ tìm, rẻ tiền, dễ bảo quản và dễ vận hành

Phân tích tính chất của chất tải lạnh:

o Chất tải lạnh có ban trạng thái: rắn, lỏng, khí

Chọn chất tải lạnh

Bảng 1-4 : Nhiệt độ đông đặc của một số dung dịch muối

Mối

MgS04 19 -9,9Trong sản xuất, người ta thường chọn nhiệt độ dung dịch chất tải nhiệt thấp hơnnhiệt độ để đông đá là 5°C, và cao hơn nhiệt độ đóng băng của dung dịch khoảng10°c.

Nhiệt độ để đông đá là -5°C, nên nhiệt độ trung bình của chất tải nhiệt 1 -10°C,

và nhiệt độ đông đặc của dung dịch là -20°C

Cho nên, dung dịch NaCl 23,1% có nhiệt độ đông đặc là 21,2°C, sẽ tha điều kiệntrên

Ngoài ra do NaCl rẻ tiền và có nhiều trên thị trường nên việc chọn dung dịchNaCl làm chất tải lạnh là hợp lý

Ưu điểm:

- Hệ số truyền nhiệt lớn

- Rẻ tiền, dễ kiếm, không gây độc hại cho con người và môi trường

Nhược điểm:

- Dễ gây ăn mòn thiết bị

- Phải thường xuyên kiểm tra nồng độ nước muối của dung dịch để tránh hiệntượng đóng băng chất tải lạnh

1.2.4 Môi chất sử dụng trong hệ thống:

Ta nhận thấy tác nhân NH3 là thích hợp nhất với hệ thống sản xuất nước đá vì:

o Có năng suất lạnh riêng lớn

o So với Freon thì NH3 có năng suất lạnh riêng lớn hơn, hệ số truyền nhiệtlớn hơn

o Tổn thất trong quá trình tiết lưu nhỏ

o Dễ phát hiện sự rò rỉ của tác nhân ra ngoài do nó có mùi đặc trưng

o Nhiệt độ đông đặc và bay hơi của NH3 rất thấp

Tđđ= -77,7 °C Tbh= - 33,35 °CVới khoảng nhiệt độ này thì NH3 không thể đông đặc trên đường ống gây tắtnghẽn và nở đường ống tác nhân khi dùng sản xuất đá

Vậy ta chọn tác nhân lạnh là NH3

Ưu điểm:

- Không gây ăn mòn thiết bị chế tạo từ thép, kim loại đen chế tạo máy nhưng ănmòn đồng và các hợp kim của đồng Vì vậy không sử dụng đồng và các hợpkim của đồng trong hệ thống amoniac

- Có mùi đặc trưng nên dễ phát hiên khi rò rỉ

- Rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển và bảo quản.

Nhược điểm:

- Độc hại đối với con người và môi trường

- Trong không khí nêu có chứa một lượng NH3 nhất định có thể bắt lửa gây nổ,hỏa hoạn

CHƯƠNG 2: CÁC YÊU CẦU BỐ TRÍ MẶT BẰNG VÀ KẾT CẤU BỂ ĐÁ

Khoảng cách lắp đặt các thiết bị, máy móc phải thuân tiện cho việc vận hành,bảo dưỡng, sửa chữa

Mặt bằng bố trí thiết bị phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: công suất của bể

đá, kích thước của bể đá và các phòng chức năng như: phòng máy, hiên ô tô xuấtđá

2.2 Kết cấu tường, nền và nắp bể đá :

2.2.1.Kết cấu sơ bộ và quy trình sản xuất:

Bể đá gồm 1 bể nước muối dược chia làm 2 ngăn: 1 ngăn đặt dàn lạnh còn 1 mộtngăn đặt các khuôn làm đá Nước muối tuần hoàn trong bể nhờ bơm tuần hoàn.Nước muối từ trong ngăn cây đá được bơm đẩy vào ngăn có dàn bay hơi (dàn lạnhxương cá hoặc dàn lạnh ống đứng ) Ở đây nước muối được làm lạnh và được đẩyvào ngăn cây đá Các cây đá thường được bố trí thành các linh đá, các linh đá có

từ 5 đến 7 khuôn đá hoặc lớn hơn

Các linh đá chuyển động trong bể nhờ hệ thống vít đẩy và chuyển động ngượcchiều với nước muối Khi đã thành đá, cả linh đá sẽ được cầu trục nâng lên khỏi

bể đưa sang nhúng vào bể tan giá trong khoảng từ 2 đến 4 phút sau đó được đưalên bàn lật để tháo khuôn Khuôn đá được đưa đến hệ thống vòi rót tự động Nướcđược đổ đầy khoảng 90% khuôn (khi làm lạnh nước giãn nở không tràn ra bể làmgiảm nồng độ nước muối dẫn đến tổn thất nhiệt) rồi linh đá được đưa đến đầu kiacủa bể, khi linh đá chuyển động hết chiều dài của bể là đã sẵn sàng để ra khuôn

Kết cấu tường bao :

Bể thường được xây bằng gạch đỏ sau đó được bọc cách ẩm và cách nhiệt, lớptrong cùng là lớp thép tấm dày từ 5 đến 6mm Có thể bố trí các lớp kết cấu theo

sơ đồ sau:

Bảng 2-1: Kết cấu bao che

Chú thích:

1.Lớp vữa xi măng

2 Lớp tường gạch

3 Lớp hắc ín dán giấy dầu

4 Lớp cách nhiệt polystirol

1,35

5,3

0

Hình 2-1: Mặt cắt tường bao:

Tổng chiều dày các lớp của kết cấu tường: m =340 mm

2.2.2 Kết cấu cách nhiệt nền :

Nền bể được kết cấu như sau: dưới cùng là lớp đá làm nền và đất đầm kỹ sau đó

là lớp bê tông đá dăm M200 dày 150; 200 mm, lớp cách ẩm bằng hắc ín dày

1mm, lớp giấy dầu dày 1; 2 mm, lớp cách nhiệt polystirol, lớp giấy dầu dày 1 2

mm, lớp bê tông cốt thép dày 66; 100 mm, lớp cát lót mỏng dày từ 10; 15 mm và

cuối cùng là lớp vỏ bể bằng thép tấm dày 5; 6 mm

Bảng 2-2: Kết cấu cách nhiệt

TT

Lớp vật liệu Chiều dày

(mm)

Hệ

số dẫnnhiệt λ (w/

m.k)

Hệ sốdẫnẩm(g/mhMPa)

Để tiện lợi cho việc ra đá, nắp bể đá được đậy bằng các tấm gỗ dày 30 mm,

λ=0,2 W/m.K Trên cùng được phủ lớp vải bạt do đó tổn thất nhiệt qua nắp bể đákhá lớn

2.3 Xác định chiều dày lớp cách nhiệt và kiểm tra đọng sương:

2.3.1 Tính chiều dày lớp cách nhiệt:

Chiều dày của lớp cách nhiệt được xác định theo phương trình:

δcn = λcn [

1

K – (

1 α1 + ∑

δi

λi +1 α2 )], m

= 0.047.[

10,23 – (

123,3 + 3

0,020,93 +

0.220,82 +

0,0010,18 +

1

8 )] = 0.18 mTrong đó :

k: hệ số truyền nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ buồng lạnh

Tra bảng 3-3 (trang 84) sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

LẠNH” –Nguyễn Đức Lợi,

chọn k= 0,23 w/m2.k: hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu cách nhiệt, đối với vật liệu

là ipolystirol

Tra bảng 3-1 (Trang 81) sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

LẠNH” –Nguyễn Đức Lợi ta tìm được λ= 0,047 w/m2

α1: hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài (phía nóng) tới tường cách nhiệt

Tra bảng 3-7 (Trang 86) sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

δi: bề dày của lớp vật liệu xây dựng thứ i (m)

λi: hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu xây dựng thứ i (m)

Chiều dày lớp cách nhiệt phải lấy lớn hơn hoặc bằng chiều dày đã tính được theokích thước tiêu chuẩn Ta chọn tổng chiều dày lớp cách nhiệt là 200 mm với 2 lớp

x 100

Tổng chiều dày của tường bao: 98 m

Hệ số truyền nhiệt thực kt qua các lớp :

Kt =

10,20.712

0.047



= 0,2 W/m2.k

2.3.2 Tính kiểm tra đọng sương :

Để không đọng sương trên bề mặt bên ngoài bể đá, hệ số truyền nhiệt thực phảithoả mãn điều kiện sau:

125, 150, 175 và 200mm

Sau khi chọn chiều dày cách nhiệt theo các bề dày tiêu chuần, phải xác định hệ

số truyền nhiệt thực của tường theo kích thước lựa chọn để từ đó xác định xem cókhả năng đọng sương không và làm cơ sở tính toán tổn thất do truyền nhiệt:

t1 - Nhiệt độ không khí bên ngoài tường, oC

t2- Nhiệt độ nước muối trong bể, oC

tS - Nhiệt độ đọng sương ứng với trạng thái không khí bên ngoài tường, oC

Tra bảng 1-1 ( Trang 7) sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LẠNH”–Nguyễn Đức Lợi, ta tìm được nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất ở Đà Nẵng là37,8oC, độ ẩm trung bình φ = 81.5% Tra đồ thị h - x ta sẽ tìm được:

- nhiệt độ đọng sương ứng với t1 = 37,8oC

Với kt = 0,2 đã tính được ở trên, vậy vách ngoài của bể đá không bị đọng

sương

CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC BỂ ĐÁ

Để xác định được kích thước của bể đá phải căn cứ vào số lượng, kích thước củacây đá, linh đá, dàn lạnh và cách bố trí dàn lạnh, loại khuôn đá, hệ thống tuầnhoàn nước muối trong bể

3.1 Xác định số lượng và kích thước khuôn đá:

Số lượng khuôn đá được xác định dựa vào năng suất bể đá và khối lượngcây đá :

N=

M mTrong đó :

M :khối lượng đá trong bể ứng với một mẻ (kg) chính là năng suấtcủa bể: M = 50000 kg

m: khối lượng của mỗi cây đá (kg)

* Cần lưu ý khi tỷ số E/m là số nguyên ta lấy N= E/m, khi tỷ số đó không phải là số nguyên thì lấy phần nguyên của tỷ số đó cộng 1

Kích thước và khối lượng khuôn đá có thể lấy theo kích thước tiêu chuẩntheo bảng 6-12 (Trang 192) sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ HỆ THỐNGLẠNH” –

mm

Giờ

3

Đối với các hệ thống máy đá cây có công suất lớn (trên 5 tấn / mẻ) đều sử dụng khuôn đá loại 50 kg/cây đá

N =

50000

50 = 1000 Khuôn

3.2 Xác định số lượng –kích thước linh đá:

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

có nhiều khuôn Ở đấy chúng ta sử dụng loại linh đá có 9 khuôn

đá x 50kg/cây đá

Số lượng linh đá được xác định:

m1 = 1

Nn

Chiều dài mỗi linh đá: mm

Vì vậy chiều dài mỗi linh đá được xác định như sau

l = n1.225 + 2.75 + 2.40 = n1 225 + 230 Linh đá có 9 khuôn: l = 2255 mm

Chiều rộng của linh đá: 425 mmChiều cao của linh đá: 1150 mm

m1 =

1000

9 = 112 linh

Hình 3-1: Kích thước linh đá có 9 khuôn 50 kg

1 khung linh đá

2 vị trí móc cẩu

3 khuôn đá 50 kg

3.3 Xác định các kích thước bên trong bể đá :

Kích thước bể đá phải đủ để bố trí các linh đá, dàn lạnh ,bộcánh khuấy và các khe hở cần thiết để nước muối chuyển độngtuần hoàn Có hai cách để bố trí dàn lạnh: bố trí dàn lạnh mộtbên, khuôn đá một bên và cách thứ hai hay được sử dụng hơn đó

là bố trí dàn lạnh ở giữa bể (có độ rộng từ 600-900mm) hai bên

bố trí hai dãy linh đá đối xứng, cách này có ưu điểm là có hiệuquả truyền nhiệt cao và tốc độ nước muối chuyển động cũngđồng đều hơn

3.3.1 Xác định chiều rộng bể đá:

W = 2.l + 4δ + A

l : Chiều rộng của bể

W :Tổng chiều dài của hai linh đá bố trí hai bên dàn lạnh (mm)

δ: Khe hở giữa linh đá và vách trong của bể đá δ = 25 mm

A: Chiều rộng cần thiết để lắp đặt dàn lạnh, từ 600 – 900 mm, đối với bể đá

có công suất 50 tấn/mẻ chọn A= 900 mm

Bề rộng của bể được xác định tuỳ thuộc vào số khuôn đá trên 01 linh đá :

-Linh đá có 9 khuôn: W = 2.2255 + 4.25+ 900 = 5510 m

Hình 3-2: Bố trí bể đá với linh đá 9 khuôn đá

L = B + C + m2.b B: Chiều rộng các đoạn hở lắp đặt bộ cánh khuấy và và tuần hoàn nước, chọn B= 600

mm

C: Chiều rộng đoạn hở cuối bể, C= 500 mm

b: Khoảng cách giữa các linh đá được xác định dựa trên độ rộng của linh đá và

khoảng hở giữa chúng: b= 425+50mm= 475mm

m2 : Số linh đá dọc theo chiều dài trên một dãy, với linh đá, bố trí dàn lạnh ở giữa, cáclinh đá được bố trí thành hai dãy đối xứng vậy số linh đá trên một dãy

L = 56.475 + 1100 mm = 27700 mm

3.3.3 Xác định chiều cao của bể đá :

Chiều cao của bể đá phải đủ lớn để có khoảng hở cần thiếtgiữa đáy khuôn đá và bể Mặt khác phía trên linh đá là mộtkhoảng hở cỡ 100mm, sau đó là lớp gỗ dày 30mm dùng làm nắp

bể Đối với các bể có công suất từ 5 tấn/mẻ trở lên thường cótổng chiều cao là 1250 mm

Bảng 3-2: Thông số kích thước bên trong của bể:

425Chiều cao

(mm)

1150

Thời gian làm đá phụ thuộc rất nhiều yếu tố, trong đó chủ yếu các yếu tố sau:

- Khối lượng và kích thước cây đá Cây đá có kích thước và khối lượng càngnhỏ thì thời gian làm đá càng nhanh và ngược lại

- Nhiệt độ nước muối Nhiệt độ nước muối khoảng –10oC Khi giảm nhiệt độnước muối thì thời gian giảm đáng kể Tuy nhiên khi nhiệt độ quá thấp thì tiêu tốnđiện năng và tổn thất nhiệt tăng

- Tốc độ tuần hoàn của nước muối Thường tốc độ này không lớn lắm, do tiếtdiện ngang bể lớn, tốc độ tuần hoàn khoảng 1÷2 m/s

- Có rất nhiều phương pháp xác định thời gian làm lạnh, theo công thức thựcnghiệm của Plank thời gian làm lạnh đá cây được xác định theo công thức:

τ = A.b.(b +B)/t |

τ – Thời gian làm đá, giờ

tm - Nhiệt độ nước muối trung bình trong bể, oC

bo - Chiều rộng khuôn, m (Lấy cạnh ngắn của tiết diện lớn nhất của khuôn)

A,B – Là các hằng số phụ thuộc vào tỷ số n = ao/bo là tỷ số giữa cạnh dài trêncạnh ngắn của tiết diện lớn nhất

: t

m

= - 5 đ ế n – 7

o

C

- Nước đá pha lê

: t

m

= - 4

đ ế n – 6

o

C

τ = 4540 0,19 (0,19+0.026)/|-10|= 18,64 giờ

Nhưng khi thiết kế ta nên chọn thời gian cho một một mẻ là 24 giờ (1 ngày,

đêm), thời gian chọn dư ra không làm tiêu tốn nhiều chi phí lạnh

Q1: Dòng nhiệt đi qua kết cấu bao che của bể

Q2: Dòng nhiệt để làm lạnh khuôn và đông đá

Q3: Dòng nhiệt do thông gió (ở đây bằng 0)

Q4: Dòng nhiệt do vận hành

Q5: Dòng nhiệt do sản phẩm hô hấp (ở đây bằng 0)

4.1 Dòng nhiệt truyền qua kết cấu bao che.

Vì bể đá được đặt trong nhà xưởng nên khả năng bị tổn thất nhiệt do bức xạ mặttrời rất ít, vì vậy tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che chủ yếu gồm 3 thành phần :

Nhiệt truyền qua tường bể đá: Q11

Nhiệt truyền qua nắp bể đá: Q12

Nhiệt truyền qua nền bể đá: Q13

Q1 = Q11 + Q12 + Q13

Các kích thước tính toán được: