Nước được sử dụng rộng rãi trong đời sống hằng ngày và cũng được sử dụng nhiều trong công nghiệp nhưlàm chất tải nhiệt, dung môi cho các phản ứng hóa học, dung môi để hấp thụ, giải hấp…N
Trang 2MỤC LỤC
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG 1
I Tính chất của nước và nước đá 1
1 Tính chất của nước 1
2 Tính chất của nước đá 2
3 Phân loại nước đá 3
II Bảo quản và vận chuyển nước đá 4
III Ứng dụng 4
IV Cơng nghệ lạnh ở Việt Nam 4
CHƯƠNG II CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 6
I Chọn phương pháp sản xuất nước đá 6
1 Qúa trình đông của nước 6
2 Các giai đoạn của sản xuất nước đá 6
3 Chọn phương pháp sản xuất nước đá 7
II Chọn chất tải lạnh 7
1 Yêu cầu của chất tải lạnh 7
2 Phân tích tính chất của chất tải lạnh 8
2.1 Chất tải lạnh ở thể khí 8
2.2 Chất tải lạnh ở thể lỏng 8
2.3 Chất tải lạnh rắn 9
3 Chọn chất tải lạnh 9
III Chọn tác nhân lạnh 10
1 Yêu cầu đối với tác nhân lạnh 10
Các yêu cầu về nhiệt động: 10
Yêu cầu về hóa lý: 11
Các yêu cầu về lý sinh: 12
Yêu cầu về kinh tế: 12
2 Đặc tính một số tác nhân lạnh thường dùng hiện nay 12
2.2 Freon 12 (CCl F ) (R ): 12
Trang 32.3 Freon 22 (CHClF 2 ) (R22): 13
3 Chọn tác nhân lạnh: 13
IV Quy trình sản xuất nước đá 14
1 Quy trình công nghệ 14
2 Sơ đồ bố trí thiết bị (sơ đồ nguyên lý) 15
CHƯƠNG III TÍNH CHU TRÌNH LẠNH 16
I Chọn các thơng số kỹ thuật 16
II Tính chu trình lạnh 17
1 Tính tốn chu trình lạnh 17
2 Chọn cấp máy nén 18
CHƯƠNG IV TÍNH CHI PHÍ LẠNH 19
I Tính cách nhiệt, cách ẩm 19
1 Tính cho tường bể đá 19
1.1 Tính bề dày lớp cách nhiệt 19
1.2 Kiểm tra động sương 20
II Tính tốn chi phí lạnh cho bể đá 22
1 Kết cấu của bể đá 22
2 Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che 25
3 Nhiệt làm đơng đá 26
4 Nhiệt làm lạnh khuơn đá 26
5 Nhiệt tổn thất do động cơ cánh khuấy 26
6 Nhiệt tổn thất khi tách đá ra khỏi khuơn 27
CHƯƠNG V CHỌN MÁY NÉN 29
I Chọn máy nén 29
1 Tính năng suất thể tích thực tế của máy nén 29
2 Tính năng suất thể tích lý thuyết của máy nén 29
3 Chọn máy nén 30
II Chọn động cơ cho máy nén 30
1 Chọn động cơ 30
2 Tính hiệu suất của máy nén 31
CHƯƠNG VI TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 33
Trang 4I Tính chọn thiết bị ngưng tụ (kiểu xối tưới) 33
1 Mật độ dịng nhiệt phía ngồi 33
2 Mật độ dịng nhiệt phía mơi chất lạnh 35
3 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 36
II Tính chọn thiết bị bốc hơi (kiểu xương cá) 38
1 Dịng nhiệt phía ngồi giàn lạnh 38
2 Mật độ dịng nhiệt về phía mơi chất lạnh 40
3 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 41
CHƯƠNG VII TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 43
1 Đường ống 43
2 Bình tách lỏng 44
3 Bình tách dầu 45
4 Bình chứa dầu 47
5 Bình chứa cao áp 47
6 Thiết bị tách khí khơng ngưng 49
7 Phin lọc và phin sấy 49
8 Mắt gas 49
9 Các loại van: 50
9.1 Van khĩa, van chặn: 50
9.3 Van an tồn 51
9.4 Van tiết lưu tay 51
9.5 Van tiết lưu nhiệt cân bằng ngồi 51
9.6 Van điện từ 52
10 Áp kế 52
11 Cánh khuấy 52
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO 56
Trang 5CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG
I Tính chất của nước và nước đá
1 Tính chất của nước
Nước là chất lỏng ở nhiệt độ thường, là một lưu chất quan trọng và đặc biệt Nước được
sử dụng rộng rãi trong đời sống hằng ngày và cũng được sử dụng nhiều trong công nghiệp nhưlàm chất tải nhiệt, dung môi cho các phản ứng hóa học, dung môi để hấp thụ, giải hấp…Ngoài
ra hơi nước đóng vai trò quan trọng trong vấn đề truyền nhiệt
Các tính chất vật lý của nước:
Ở áp suất thường nước có tỷ trọng (khối lượng riêng) lớn nhất ở 3,98oC Trong quá trình hạ nhiệt từ 4oC đến 0oC tỷ trọng giảm từ 1000 đến 999 Kg/m3, và biến thành nước đá tỷ trọng tiếp tục giảm tới 916,8 Kg/m3, điều này có nghĩa là khi nước đóng băng thể tích của nước tăng 9%
Khối lượng riêng của nước biến đổi rộng theo nhiệt độ
T (0C) ρ (Kg/cm3)
Tỷ trọng của nước có liên hệ với nhiệt độ ρđ= 917 (1-0,00015t)
Nhiệt dung riêng trung bình 4,18 KJ/Kg.K
Trang 6 Ẩn nhiệt hóa hơi ở 100oC, 1 atm r =2260 KJ/Kg.
Ẩn nhiệt đóng băng 334 KJ/Kg Khi nhiệt độ hạ 1oC thì ẩn đóng băng tăng thêm 2,12 KJ/Kg
2 Tính chất của nước đá
Nhiệt lượng nóng chảy qr = 333,6 KJ/kg
Khối lượng riêng trung bình đ = 900 Kg/m3
Quan hệ của nhiệt dung riêng với nhiệt độ Cđ = 2,12 +0,0079t
Quan hệ của độ dẫn nhiệt với nhiệt độ đ = 2,22.(1- 0,0015t)
Hàm lượng tạp chất trong nước đá công nghiệp
-Số lượng vi khuẩn-Vi khuẩn đường ruột-Chất khô
-Độ cứng chung của nước-Độ đục theo hàm lượng chất lơ lửng-Hàm lượng sắt
-Độ PH
100 con / ml
3 con/l
1 g/l7mg/l
1, 5 mg/l
0, 3 mg/l
6, 5 9, 5 mg/l
Trang 7 Ảnh hưởng của tạp chất lên chất lượng của nước đá
Tạp chất Ảnh hưởng đến chất lượng nước đá Kết quả chế biến nướcCaCO3
Tạo thành chất lắng bẩn thường ở phầndưới và giữa cây đá làm nứt ở nhiệt độ
thấp
Tách ra được
MgCO3 Tạo thành chất lắng bẩn và bọt khí Làm
nứt ở nhiệt độ thấp Tách ra đượcÔxit sắt Cho chất lắng màu vàng hay màu nâu và
nhuộm màu chất lắng canxi và magie Tách ra đượcÔxit silic và
ôxits nhôm Cho chất lắng bẩn Tách ra được
Chất lơ lửng Cho cặn bẩn Tách ra được
Không có chất lắng
Không thay đổi
Biến đổi thành sunfat
canxi
Clorua magie Thường biểu hiện dưới dạng các vết trắng,
không có cặn
Biến đổi thành clorua
canxi
NaCO3
Một lượng nhỏ cũng có thể làm nứt ởnhiệt độ dưới -90C Tạo ra các vết màutrắng, tập trung ở lõi ,kéo dài thời gianđóng băng Tạo độ đục cao, không có cặn
Biến đổi thành cacbonat
natri
3 Phân loại nước đá
Cĩ nhiều cách để phân loại nước đá:
Dựa vào nguyên liệu sản xuất:
Nước đá từ nước ngọt (nước lã, sơi, nguyên chất)
Nước đá từ nước biển, từ nước muối
Trang 8 Nước đá pha lê
Nước đá trong suốt
II Bảo quản và vận chuyển nước đá
Có nhiều phương pháp bảo quản nước đá: bảo quản trong kho, thùng chứa, silo, dự trữlạnh trong bể nước hoặc bể nước muối lạnh
Đá khối thường được bảo quản trong kho đá và vận chuyển trên các toa tàu lạnh
Đá mảnh thường được bảo quản trong các thùng chứa hoặc các silo
III.Ứng dụng
Nước đá có nhiều ứng dụng trong đời sống hằng ngày cũng như trong sản xuất, sau đây là một số ứng dụng của nước đá:
IV Công nghệ lạnh ở Việt Nam
Khí hậu nước ta nóng ẩm, phía nam hầu như không có mùa đông, bờ biển dài trên 3 ngàncây số, đó là những điều kiện thuận lợi cho việc phát triển ngành lạnh Thực vậy, kỹ thuật lạnh ngày nay đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế ở nước ta Kỹ thuật lạnh
đã thâm nhập vào hơn 60 ngành kinh tế, đặc biệt vào các ngành chế biến thực phẩm, hải sản xuất khẩu, công nghiệp nhẹ, điều hòa không khí v.v… Hàng chục ngàn cơ sở sử dụng thiết bị lạnh lớn nhỏ Ngoại tệ nhập thiết bị lạnh cũng tăng lên hàng trăm triệu USD mỗi năm
Nhưng đặc điểm chủ yếu của ngành lạnh ở nước ta hiện nay là quá nhỏ bé, non yếu và lạc hậu Nước ta mới chỉ chế tạo được các loại máy ammoniac loại nhỏ, chưa chế tạo được các loại máy nén và thiết bị cỡ lớn, các loại máy Freon, các thiết bị tự đông… Một đặc điểm
Trang 9quan trọng khác của ngành lạnh nước ta là tản mạn và phân tán, không có một cơ quant rung ương chủ trì nên không được quan tâm đầu tư và phát triển một cách đúng mức Các đơn vị
sử dụng lạnh ở các ngành thường trang bị từ phát nhiều khi dẫn tới những thiệt hại và lãng phí tiền vốn đáng kể do các nguyên nhân kinh tế và kỹ thuật gây ra
Vì vậy, việc nghiên cứu tổ chức và phát triển ngành lạnh ở nước ta là thực sự cấp thiết vàchắc chắn nó sẽ mang lại hiệu quả to lớn
Trang 10Mục đích của việc chọn phương pháp thiết kế là tìm ra được phương án tương đối tốt, phù hợp với các yêu cầu của xí nghiệp, đồng thời phải đảm bảo tính hiệu quả về kinh tế của cơng trình.
I Chọn phương pháp sản xuất nước đá
1 Qúa trình đông của nước
Trong làm lạnh đông khi nhiệt độ xuống dưới 00C mà vẫn chưa có sự đóng băngđá, đó là hiện tượng chậm đóng băng ( sự quá lạnh ) Sự chậm đóng băng là do sự chậmtạo thành tâm kết tinh và do hiện tượng chuyển động nhiệt Brown của các phân tử nướclàm cho chúng va chạm với nhau, tương tác qua lại lẫn nhau, kết quả không định hìnhđược tâm ngưng tụ dẫn đến nước chưa thể kết tinh được ngay Nhưng sau một thời gianngắn, do nhiệt độ ở dưới điểm đông đặc dẫn đến hàm nhiệt giảm, các phân tử nước giảmnăng lượng chuyển động để đạt trạng thái cân bằng, lúc này tâm ngưng tụ hình thành,các phân tử nước có xu hướng liên kết với tâm ngưng tụ bởi các lực hấp dẫn, lực Culong,lực Vandesvaal… Các lực này thắng được lực đẩy và chuyển động nhiệt của nó, sẽ tạothành các tinh thể có kích thướt lớn hơn Trong trường hợp nếu nhiệt độ hạ xuống quásâu so với điểm đông đặc, các phân tử nước bị giảm hàm nhiệt mạng, dẫn đến chúng chỉdao động xung quanh vị trí cân bằng cuả chúng và bản thân nó đã hình thành một tâmngưng tụ Do đó, khi hạ nhiệt độ sâu thì tâm ngưng tụ sẽ hình thành rất nhiều, các tinhthể hình thành có kích thước nhỏ và rất nhỏ có dạng hình sợi hoặc hình kim đôi khi nó ởdạng vô định hình
2 Các giai đoạn của sản xuất nước đá
Giai đoạn 1: là hạ nhiệt độ của nước từ nhiệt độ t1 (nhiệt độ ban đầu của nước)xuống nhiệt độ 0oC
Giai đoạn 2: là giai đoạn kết tinh nước hoàn toàn, chuyển nước từ trạng thái lỏngtrạng thái rắn
Giai đoạn 3: là giai đoạn hạ thấp nhiệt độ băng của nước từ 0oC xuống nhiệt độ t2
Trang 113 Chọn phương pháp sản xuất nước đá
Các loại đá cây với khối lượng khác nhau được sản xuất bằng phương pháp làm lạnhtrong bể nước muối Đây là phương pháp phổ biến nhất trong nhà máy nước đá hiện nay.Với phương pháp này nước sau khi qua quá trình xử lý được đổ vào khuơn định hình sẵn,các khuơn này được đặt trong bể nước muối, bể này được làm lạnh bởi thiết bị bốc hơi , saumột thời gian nước trong khuơn được quá lạnh và kết tinh lại Quá trình kết thúc,đá cây đượclấy ra từ các khuơn và sử dụng
Đây là phương pháp cổ điển cĩ nhiều nhược điểm về chỉ tiêu kinh tế cũng như cơngtác an tồn lao động, vệ sinh, nhưng nĩ lại cĩ ưu điểm rất lớn là đơn giản Cho nên, hiện nay
nĩ vẫn là phương pháp được dùng rộng rãi trong các nhà máy nước đá, hoặc các phân xưởnglàm đá riêng phục vụ cho các nhà máy chế biến thực phẩm và sinh hoạt
Kết cấu cây đá hiện nay cĩ các cỡ khối lượng thơng dụng như sau:
Loại 3,5 Kg
Loại 12,5 Kg
Loại 25 Kg
Loại 50 Kg
Tùy theo nhu cầu mà mỗi ngành sử dụng các loại cây đá cĩ khối lượng khác nhau Ví
dụ, đối với ngành thực phẩm, người ta sử dụng các loại đá cĩ khối lượng nhỏ để ướp trựctiếp sản phẩm Các loại đá này phải đạt tiêu chuẩn kỹ thuật cao, dùng đá trong suốt, khi sảnxuất và bảo quản phải đảm bảo vệ sinh Nước được dùng sản xuất phải là nước uống được,tinh khiết đã qua các quá trình xử lý
Ngồi ra trong ngành đơng lạnh thực phẩm, người ta vẫn cĩ thể dùng các loại đá cĩkhối lượng lớn (50Kg) Khi cần dùng ướp thực phẩm, cây đá phải qua một cơng nghệ nghiềnbằng máy
II Chọn chất tải lạnh
Trong kỹ thuật lạnh, muốn thực hiện vận tải lạnh từ nơi phát sinh đến nới tiêu thụ, phải
sử dụng những chất tải lạnh Chất tải lạnh cĩ thể ở 3 trạng thái:
Trạng thái hơi (khí)
Trạng thái lỏng (thường ở dạng dung dịch)
Trạng thái rắn
1 Yêu cầu của chất tải lạnh
Chất tải lạnh phải đảm bảo những yêu cầu sau:
Nhiệt độ đơng đặc phải thấp
Nhiệt dung riêng và khả năng dẫn nhiệt cao
Độ nhớt và trọng lượng riêng nhỏ
Khơng ăn mịn kim loại và các vật liệu khác trong thiết bị
Trang 12 Không độc hại và không nguy hiểm.
Dễ kiểm, rẻ tiền, dễ bảo quản và dễ vận hành
2 Phân tích tính chất của chất tải lạnh
Sau đây ta sẽ phân tích tính chất cùng ưu nhượt điểm của từng loại chất tải lạnh và đề raphương án lựu chọn chất tải lạnh cho bể đá khối của ta
2.1 Chất tải lạnh ở thể khí
Đối với chất tải lạnh ở thể khí thì không khí là chất tải lạnh được dùng phổ biến nhất vì
nó có các ưu điểm sau:
Rẻ tiền, đâu cũng có nhiều
Dễ vận chuyển vào nơi cần làm lạnh
Trong các hệ thống thông gió phục vụ cho sinh hoạt, nhà ở …thì không khí là môi trường tải lạnh tốt nhất, do không khí không độc và dễ điều chỉnh tốc độ, lưu lượng
Nhưng không khí có những nhượt điểm sau:
Hệ số cấp nhiệt quá nhỏ 6 8 Kcal/m2.h.oC
Nếu tăng tốc độ vận chuyển của không khí thì hệ số tăng nhưng không đáng
kể
Khó làm sạch, khó tách vi sinh vật
Các môi trường tải lạnh khác như: N2, CO2 cũng có các nhược điểm giống không khí và các nhược điểm riêng khác Sử dụng chất tải lạnh này thì đắc tiền và phải dùng trong hệ thốngkín
2.2 Chất tải lạnh ở thể lỏng
Thường dùng nhất là nước muối
Nước muối có những ưu điểm sau:
Có hệ số truyền nhiệt lớn: = 200 400 Kcal/m2.h.oC
Trường hợp chất lỏng chuyển động với vận tốc 5m/s thì = 40.000 Kcal/m2.h.oC
Dùng môi trường lỏng thì tránh được hao hụt khối lượng, tránh được hiện tượng oxy hóa sản phẩm
Dùng nước muối có thể đạt được nhiệt độ khá thấp bằng cách trộn loại muối ăn với nhau, cho nên dùng dung dịch nước muối làm chất tải lạnh ta không sợ hiện tượng chất tải lạnh bị đông đặc vì nhiệt độ đóng băng của các dung dịch muối khá thấp Các loại muối hòa tan trong hỗn hợp với nước đá sẽ thu nhiệt và làm lạnh hỗn hợp đến nhiệt độ tương đối thấp Ví dụ, hỗn hợp nước đá với nước muối NaCl
có thể làm lạnh đến nhiệt độ -21,2oC và với muối CaCl2 thì có thể đến -55oC.Bên cạnh những ưu điểm, dung dịch muối có những nhược điểm sau:
Nước muối thấm vào sản phẩm cần làm lạnh, thấm vào dụng cụ thiết bị làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và làm cho thiết bị chóng rỉ, chóng mục
Một số sản phẩm không cho phép thấm ướt nên không thể dùng môi trường lỏng
để làm lạnh
Trang 13 Dung dịch NaCl khi bị bẩn rất khĩ làm sạch, mặt khác dung dịch NaCl tạo thànhbọt trào ra ngồi gấy tiêu tốn muối, bẩn, nguy hiểm, hạn chế sự tiếp xúc giữa sảnphẩm và mơi trường.
Các biện pháp nhằm khắc phục:
Trong các loại dung dịch muối thì dung dịch CaCl2 nguyên chất cĩ tính ăn mịn kim loại ít nhất Trong thực tế khơng cĩ CaCl2 tinh khiết nên ta cĩ thể hạn chế sự
ăn mịn bằng cách thêm chất chống ăn mịn
Cụ thể như với 1 m3 dung dịch CaCl2 thì dùng 1,6 Kg Na2Cr2O7 ( có thêm 27
Kg NaOH cho 1 Kg Na2Cr2O7 để chuyển bicromat thành cromat trung tính
Đá khô bay hơi không qua trạng thái lỏng ( sự thăng hoa ) nên được ứng dụngthích hợp cho bảo quản nhiều lọai sản phẩm, làm lạnh đông thực phẩm
Nhược điểm cơ bản của đá khô là việc sản xuất nó phức tạp và đắt tiền hơn đáướt rất nhiều
Qua việc phân tích ở trên ta nhận thất:
Chất tải lạnh thể khí có hệ số cấp nhiệt quá bé, không thể đáp ứng choviệc sản xuất đá
Đối với chất tải lạnh rắn nếu dùng ta chỉ có thể dùng được tuyết cacbonic đểlàm chất tải lạnh (vì các loại chất tải lạnh rắn còn lại đều là đá ) Tuy nhiêntuyết cacbonic sản xuất phức tạp, đắt tiền nên ta cũng không dùng
Chất tải lạnh lỏng có ưu điểm cơ bản là có hệ số cấp nhiệt khá lớn, có thể
Trang 14ra những biện pháp để khắc phục các nhược điểm của chất tải lạnh lỏng nhưăn mòn thiết bị, khó làm sạch… Cho nên, việc chọn chất tải lạnh lỏng là hợplý hơn cả.
Trong công nghiệp sản xuất đá cây, người ta thường dùng các loại dung dịch muối sauđây:
Bảng: nhiệt độ đơng đặc của một số dung dịch muối
SốThứTự
Muối hòa tan
Nồng độ
%Khối lượng
Nhiệt độĐông đặc
1234
NaClCaCl2
MgCl2
MgSO4
23,129,92019
-21,2-55-35-9,9
Trong sản xuất, người ta thường chọn nhiệt độ dung dịch chất tải nhiệt thấp hơn nhiệt
độ để đơng đá là 5oC, và cao hơn nhiệt độ đĩng băng của dung dịch khoảng 10oC
Nhiệt độ để đơng đá là -5oC, nên nhiệt độ trung bình của chất tải nhiệt là -10oC, vànhiệt độ đơng đặc của dung dịch là -20oC
Cho nên, dung dịch NaCl 23,1% cĩ nhiệt độ đơng đặc là 21,2oC, sẽ thõa điều kiệntrên
Ngồi ra do NaCl rẻ tiền và cĩ nhiều trên thị trường nên việc chọn dung dịch NaCllàm chất tải lạnh là hợp lý
III.Chọn tác nhân lạnh
Những chu trình nhiệt động của máy lạnh, chủ yếu dựa trên cơ sở biến đổi pha của cácđơn chất hoặc hỗn hợp gọi là tác nhân lạnh
1 Yêu cầu đối với tác nhân lạnh
Các yêu cầu đối với tác nhân lạnh được chia ra làm 4 nhóm:
Các yêu cầu về nhiệt động:
Trang 15 Năng suất lạnh thể tích qv của tác nhân lạnh phải lớn, vì như thế sẽ làm giảmmột cách đáng kể các kích thước và trọng lượng của máy nén do thể tích tácnhân lạnh làm việc trong chu trình nhỏ Nhưng yêu cầu đó không phải là bắtbuộc khi chọn tác nhân lạnh, vì khi qv tăng thì cũng tăng hiệu số áp suất trongmáy lạnh Đó là điều không mong muốn.
Aùp suất của tác nhân lạnh ở cuối quá trình nén không được quá lớn, vì rằng ápsuất cao sẽ làm phức tạp và nặng nề thiết bị, đồng thời không an toàn
Aùp suất sôi của tác nhân lạnh mong muốn cao hơn áp suất khí quyển để thiết bịkhông phải làm việc ở chân không, vì không khí dễ thâm nhập vào hệ thốngchân không ảnh hưởng xấu đến sự làm việc của thiết bị
Hệ số nén
p
p
0
kkhông nên quá lớn để giảm công tiêu hao và kích thước của
máy nén, đồng thời tăng hiệu suất của máy nén
Nhiệt ẩn hóa hơi cần phải lớn để giảm số lượng tác nhân cần luân chuyểntrong thiết bị
Nhiệt độ đông đặc của tác nhân lạnh phải thấp để có thể đạt tới nhiệt độ làmlạnh thấp và nhiệt độ tới hạn phải cao để cho hệ số lạnh lớn
Trọng lượng riêng và độ nhớt phải nhỏ để giảm tổn thất thủy lực trong đườngống Ngoài ra khi độ nhớt giảm sẽ tăng hệ số trả nhiệt và truyền nhiệt, từ đó sẽgiảm tiêu hao kim loại cho các thiết bị trao đổi nhiệt
Yêu cầu về hóa lý:
Mong muốn tác nhân lạnh dễ dàng tan trong nước để tránh hiện tượng đóngbăng cản trở sự làm việc của hệ thống Ngoài ra nước ở trạng thái tự do có khảnăng ăn mòn kim lọai
Tính chất quan trọng của tác nhân lạnh là sự hòa tan của chúng trong dầu Nếutác nhân lạnh không tan trong dầu, thì chúng dễ tách ra khỏi dầu khi chúng sôi
ở t0 = Const không phụ thuộc vào lượng dầu trong hệ thống Và trên các bề mặttruyền nhiệt sẽ tạo một lớp dầu mỏng, cản trở sự truyền nhiệt Đó là nhượcđiểm của các loại tác nhân lạnh nói trên
Nếu tác nhân lạnh tan trong dầu thì lớp dầu bám trên bề mặt truyền nhiệt hầunhư không còn nữa, điều đó sẽ làm tốt hơn sự truyền nhiệt Nhưng như thế thì
Trang 16rất khó tách dầu ra khỏi thiết bị bốc hơi và sẽ làm tăng nhiệt độ sôi, sự làmviệc của máy lạnh sẽ xấu đi rất nhiều.
Tác nhân lạnh không được ăn mòn kim lọai và các vật liệu khác của thiết bị
Chúng không được dễ cháy và dễ nỗ
Tác nhân lạnh phải có mùi, màu sắc hoặc vài tính chất khác để dễ phát hiệnkhi bị rò rỉ
Các yêu cầu về lý sinh:
Các tác nhân lạnh không được độc hại, gây khó thở hoặc làm mờ mắt
Yêu cầu về kinh tế:
Các tác nhân phải rẻ tiền, không khan hiếm, dễ điều chế và có thể bảo quản được lâudài
2 Đặc tính một số tác nhân lạnh thường dùng hiện nay
Khí không màu, có mùi hôi khó thở, độc hại đối với cơ thể con người Hàm lượng chophép của NH3 trong không khí là 0,02 mg/l Ơû hàm lượng lớn hơn sẽ gây khó chịu cho mắt vàmũi Ở kéo dài 60 phút trong vùng có nồng độ NH3 0,5 1% có thể gây tử vong Hỗn hợp 16
25% thể tích NH3 với không khí có thể gây nổ Hơi NH3 nhẹ hơn không khí NH3 không ănmòn kim loại đen, nhôm, nhưng có nước thì ăn mòn các kim loại màu như kẽm, đồng và hợpkim của Đồng Dễ hòa tan trong nước, cho phép chứa 0,2% nước Ít tan trong dầu
Theo các tính chất nhiệt động thì NH3 là một trong các tác nhân lạnh tốt nhất Aùp suấttrong bình ngưng ở điều kiện bình thường không vượt quá 15 at Năng suất lạnh thể tích qv
tương đối lớn
NH3 sử dụng trong các máy lạnh pittông ở tk <= 430C và t0 >= -600C NH3 còn có thể sửdụng trong các máy nén tuabin và roto, đồng thời còn sử dụng trong các máy lạnh hấp thụcùng với nước tạo thành dung dịch NH3 thường dùng trong các hệ thống máy nước đá có côngsuất lớn
2.2 Freon 12 (CCl 2 F 2 ) (R 12 ):
Khí không màu, có mùi nhẹ đặt biệt không thể thấy được ở nồng độ nhỏ hơn 20%,nặng hơn không khí 4,18 lần, là một trong những tác nhân lạnh an toàn nhất Không khí cóchứa R12 lớn hơn 30% thể tích thì thấy khó thở vì thiếu ôxy Hoàn toàn không nổ, nhưng ở t >
4000 thì rất dễ cháy khi gặp lửa tạo thành các hổn hợp độc hại, cho nên nghiêm cấm hútthuốc hoặc làm việc có lửa ở gần thiết bị freon R12 hòa tan vô cùng trong dầu và có độ hòatan tăng khi áp suất tăng và nhiệt độ giảm Không hòa tan trong nước, lượng ẩm chứa trong
Trang 17R12 công nghiệp không được quá 0,0025% trọng lượng, còn R12 trong các tủ lạnh gia đìnhthì không quá 0,0006% R12 không chứa nước không ăn mòn kim lọai Nó là chất tan rất tốttất cả các chất hữa cơ Cho nên cao su bình thường không thể sử dụng để làm các chi tiết cótiếp xúc với R12 mà phải dung các loại cao su đặt biệt chịu được xăng dầu.
R12 có thể thẩm thấu qua các khe hở rất nhỏ, thậm chí là các lổ mọt gang thôngthường Cho nên trong các máy nén freon chỉ có thể sử dụng gang đúc có hạt mịn Năng suấtlạnh thể tính của R12<NH3 khi có cùng năng suất lạnh R12 có thể sử dụng trong các máynén Pittông với bất kỳ năng suất lạnh nào ở tk <= 600 C, đồng thời cũng sử dụng trong máynén tuabin và roto
Tác nhân lạnh này độc hại hơn R12, nhưng không nổ, hòa tan vô tận trong dầu chỉ ởnhiệt độ cao (trong bình ngưng), còn ở nhiệt độ thấp thì ít hơn Cho nên khi sôi phần trên củabình bể hơi bị bám một lớp dầu dày R22 dễ dàng thẫm thấu qua các khe hở, không ăn mònkim loại, ít hòa tan trong nước, cho phép chứa nước không quá 0,0025%
Hệ số tỏa nhiệt khi sôi và ngưng tụ của R22 lớn hơn R12 25 30%, còn qv thì lớn hơn60% R22 được sử dụng tương đối rộng rãi
3 Chọn tác nhân lạnh:
Qua việc phân tích các yêu cầu và đặc tính của một số tác nhân lạnh thường dùng hiệnnay, ta nhận thấy tác nhân NH3 là thích hợp nhất với hệ thống sản xuất nước đá như:
Có năng suất lạnh riêng lớn
So với Freon thì NH3 có năng suất lạnh riêng lớn hơn, hệ số truyền nhiệt lớn hơn
Tổn thất trong quá trình tiết lưu nhỏ
Dễ phát hiện sự rò rỉ của tác nhân ra ngòai do nó có mùi đặc trưng
Nhiệt độ đông đặc và bay hơi của NH3 rất thấp
Tđđ = - 77,7 0C
Tbh = - 33,35 0CVới khoảng nhiệt độ này thì NH3 không thể đông đặc trên đường ống gây tắt nghẽn vànở đường ống tác nhân khi dùng sản xuất đá
Vậy ta chọn tác nhân lạnh là NH3
Trang 18IV Quy trình sản xuất nước đá
1 Quy trình công nghệ
Xử lý nước
nước
Cấp nước vào bể chứa
Rót nước vào khuôn
Cho vào bể đá
Đóng băng
Lấy đá thủ công
Trang 19b Thuyết minh
Nước được bơm trực từ giếng lên, qua quá trình xử lý, tách bỏ cặn bã có trong nước Nước được chứa trong hồ, một phần được hòa với muối với lượng thích hợp để tạo ra nồng độ muối theo ý muốn, một phần cho vào các khuôn đá
Đặt các khuôn đá vào bể nước Do kết cấu của bể đá, khuôn được giữ trên các thanh bắt ngang bể Sau một ngày đêm, nước đã được đông thành đá Khi có nhu cầu sử dụng, ta lấy đá lên bằng phương pháp thủ công
Ta dùng nước ở nhiệt độ thường, xối lên trên khuôn đá, nhằm tách đá ra khỏi khuôn
2 Sơ đồ bố trí thiết bị (sơ đồ nguyên lý)
Thuyết minh
Hệ thống lạnh hoạt động được nhờ có môi chất ở phía trong (môi chất
NH3) Qua giàn lạnh xương cá, môi chất bay hơi Do tổn thất nhiệt trên đường ống, hơi môi chất được quá nhiệt Trước khi vào máy nén hơi quá nhiệt đi qua bình tách lỏng, nhằm đảm bảo máy nén hút hơi quá nhiệt khô
Máy nén hút hơi quá nhiệt, nén từ áp suất bốc hơi Po lên áp suất ngưng tụ
Pk Sau đó, hơi môi chất lạnh đi qua bình tách dầu, nhằm tách các giọt dầu trộn lẫn trong dòng môi chất (không hòa lẫn với dầu), dầu chảy vào bình chứa dầu Trên bình chứa dầu có gắn lưu lượng kế mức lỏng, để điều khiển van điện từ mở,cấp dầu cho máy nén
Hơi môi chất tiếp tục đi vào thiết bị ngưng tụ, tại đây, hơi môi chấât tỏa nhiệt, ngưng tụ thành lỏng môi chất lạnh
Lỏng môi chất lạnh chảy vào bình chứa cao áp Trên bình chứa cao áp, có thiết bị tách khí không ngưng Với thiết bị này, khí không ngưng (chủ yếu là không khí), được tách ra khỏi dòng lỏng môi chất lạnh
Lỏng môi chất lạnh tiếp tục cuộc hành trình đi qua phin sấy Nhờ mắt gas gắn trên đường lỏng, ta dễ dàng quan sát được dòng lỏng môi chất lạnh này Tiếp tục, lỏng môi chất qua van tiết lưu nhiệt ngoài (lấy tín hiệu hơi quá nhiệt đểđiều chỉnh độ mở của van), áp suất giảm từ áp suất ngưng tụ Pk xuống áp suất bốc hơi Po
Trang 20Lỏng môi chất lạnh đi vào dàn bay hơi, nhận nhiệt của dung dịch nước muối, bay hơi thành hơi môi chất lạnh.
I Chọn các thơng số kỹ thuật
Chọn thiết bị ngưng tụ trong hệ thống lạnh là kiểu xối tưới cĩ trích lỏng giữa dịng
Nhiệt độ của nước vào giàn xối tưới tw1 = 33oC
Theo những điều kiện cơng nghệ ở chương II, nhiệt độ đĩng băng của nước tđđ =-5oC
Nhiệt độ trung bình của nước muối tm = -10oC
Nhiệt độ sơi của mơi chất lạnh
Với hiệu nhiệt độ yêu cầu được chọn là t = 5oC
Nhiệt độ nước ra khỏi giàn xối tưới
Nhiệt độ ngưng tụ của mơi chất lạnh
Trong đĩ chọn tk = 5oC
Nhiệt độ quá lạnh mơi chất lạnh
Trong đĩ độ quá lạnh được chọn tql = 3oC
Nhiệt độ quá nhiệt mơi chất lạnh
Trong đĩ độ quá nhiệt được chọn tqn = 5oC
C t
t
k w
k 2 36 5 41
C t
t
ql k
ql 41 3 38
C t
t
t qno ql 15 5 10 0
Trang 21Năng suất lạnh riêng
Năng suất lạnh riêng thể tích
Công nén riêng
Thông số
Điểm nút
Kg KJ h
h
q o 1 4 1757 , 14 664 , 286 1092 , 86 /
3 / 71
, 2185 5
, 0
86 , 1092
m KJ
q
q o
v
Trang 22Năng suất nhiệt riêng
2 Chọn cấp máy nén
Ta có tỷ số nén 7 , 069 9
2425 , 0
7143 , 1
h
q k 2 3 2057 14 664 , 286 1392 , 86 /
Trang 23hệ số khếch tán ẩm g/mhMpa
Trang 24Chọn K1= 0,3 W/m2.độ
Bề dày lớp cách nhiệt
Với: Hệ số cấp nhiệt phía ngoài bể 1 = 19,18 W/m2.độ
Hệ số cấp nhiệt phía trong bể 2 = 813,94 W/m2.độ
Chọn cn = 0,15 m
1.2 Kiểm tra động sương
Với bề dày lớp cách nhiệt ở trên, tính lại hệ số truyền nhiệt K1 = 0,231 W/m2.độ
Hệ số truyền nhiệt động sương thực tế
Với Nhiệt độ không khí bên ngoài bể t1 = 35oC
Nhiệt độ trong bể t2 = -10oC
Nhiệt độ động sương (tra ở 35oC) ts = 34oC
Theo trên ta thấy K1 < ks bề mặt bể không đọng sương
Theo kết cấu của bể, bề mặt trong bể là tấm thép, nên kết cấu của tường được cách ẩm
11
1
i i
i cn
94 , 813
1 39
006 , 0 18 , 0
1 , 0 18 , 0
004 , 0 82 , 0
38 , 0 88 , 0
02 , 0 2 18 , 19
1 3
, 0
1 047 , 0
t t
k s
1035
343518,1995,0
95
2 1
Trang 25Hình 2: cấu tạo nền bể đá
m
hệ số dẫn nhiệt W/m.K
hệ số khếch tán ẩm g/mhMpa
cn i i
i i
i cn
94 , 813
1 46 , 0
1 , 0 1 , 1
2 , 0 18 , 0
004 , 0 1 , 1
2 , 0 18 , 0
1 , 0 2 39
006 , 0 1 047 , 0
Trang 26Chọn cn = 0,2 m
Hệ số truyền nhiệt K2 với bề dày lớp cách nhiệt vừa mới tính toán ở trên
K2 = 0,167 W/m2.độ
So sánh với hệ số truyền nhiệt được chọn ở trên K2tt < K2chọn
Vậy điều kiện được thỏa mãn
Vì mặt ngoài của của đáy bể đá là nên đất, không tiếp xúc với không khí nên ở đây ta không cần kiểm tra hiện tượng động sương
Tương tự như vách của bể đá, mặt trong của nền cũng được lót bằng thép, xem như cách
ẩm hoàn toàn
II Tính toán chi phí lạnh cho bể đá
1 Kết cấu của bể đá
Năng suất thiết kế bể đá 1000cay/ngày, đêm
Khối lượng một cây đá 50 Kg
Thời gian đông đá
Trong đó: Nhiệt độ trung bình của nước đá
Chiều rộng khuôn đá bo = 0,19 m (chọn mặt trên của khuôn).Đối với bể đá, hệ số A = 4540
Hệ số B = 0,026
Tuy thời gian đông đá chỉ là 18,632 giở, nhưng khi thiết kế ta nên chọn thời gian cho một
mẻ là 24 giờ (1 ngày, đêm), thời gian chọn dư ra không làm tiêu tốn nhiều chi phí lạnh
Để đảm bảo luôn đủ đá cung cấp cho khách hàng, ta chọn số khuôn đá nhiều hơn 20% số khuôn tính toán được
Số khuôn đá trong một mẻ
b B
b t
3
Trang 27Số khuôn đá trên một hàng Nhàng = 30 khuôn.
Khoảng cách giữa 2 khuôn đá khuôn = 40 mm
Khoảng cách khuôn đá ngoài cùng với tường khuôn,tường =25 mm
Bề rộng ngăn đặt giàn bay hơi Lo = 1060 mm
Chieu rong doan ho cuoi be 600 mm
Chieu rong doan ho dau be 500 mm
Bề rộng của bể L1 = Lo + 2 x khuôn,hàng + (Nhàng -1) x khuôn + Nhàng x bo
Trang 29Hình 3: kết cấu bể đá
Hình 4: kết cấu trong bể đá
2 Nhiệt tổn thất qua kết cấu bao che
Chọn Hệ số truyền nhiệt qua vách k1 = 0,231 Kcal/m2.h.độ
Hệ số truyền nhiệt qua nền k2 = 0.167 Kcal/m2.h.độ
Hệ số truyền nhiệt qua nắp k3 = 2 Kcal/m2.h.độNhiệt độ của môi trường quanh bể tf = 35oC
Nhiệt độ trung bình của nước muối tm = -10oCDiện tích xung quanh bể F1 = 2.(L1+L2).L3 = 631,125 m2
Kcal t
t F k
Q1 i i( f m) 24 299746 / 1254736 756 /
C t L C t KJ ngày G
Q 103 pn n 0 pnd 0 2 23679700 /
Trang 30Trong đó: Năng suất thiết kế G = 50 Tấn/ngày,đêm
Nhiệt dung riêng của nước Cpn = 4,18 KJ/Kg.độNhiệt độ của nước khi đưa vào khuôn tn = 31oC
Nhiệt đông đặc của nước L = 333,564 KJ/KgNhiệt dung riêng của nước đá Cpnđ = 2,09 KJ/Kg.độNhiệt độ cuối quá trình đông đá t2 = -5oC
4 Nhiệt làm lạnh khuôn đá
Trong đó
Số khuôn đá trong một mẻ nkđ = 1200 khuônKhối lượng của một khuôn đá gk = 7,2 KgNhiệt dung riêng của thép (vật liệu làm khuôn) Ck = 0,418 KJ/Kg.độNhiệt độ của nước khi đưa vào khuôn tf = 31oC
Nhiệt độ trung bình của nước muối tm = -10oC
5 Nhiệt tổn thất do động cơ cánh khuấy
Trong đó
Công suất động cơ của cánh khuấy Ni = 15 KW
Hiệu suất hoạt động hữu ích của cánh khuấy i = 0,85
Hệ số làm việc của cánh khuấy i = 0,95
Chỉ số i chỉ số cánh khuấy được dùng i = 1
6 Nhiệt tổn thất khi tách đá ra khỏi khuôn
C g n
Q3 kd. k. k. f m 148072 32 /
ngày KJ ngày
Kcal N
i
i i
i .24 250004,8 / 1046520 /1860
,4