Đồ án quá trình thiết bị và dầu khí Đề tài tính toán thiết kế nhà máy sản xuất nước Đá lắp Đặt tại qui nhơn, công suất 2000 cây:mẻ

Chương 1: TỔNG QUAN 1.Hệ thống nhà máy sản xuất nước đá 1.1.Phân loại và ứng dụng của hệ thống nhà máy sản xuất nước đá Nước đá rất cần thiết nhiều lĩnh vực trong đời sống hiện nay.. Ngu

Bộ Công thương TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG THƯƠNG TP.HCM

Khoa Công Nghệ Hoá Học

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ VÀ DẦU KHÍ

Đề tài Tính toán thiết kế nhà máy sản xuất nước đá lắp đặt tại Qui nhơn, công suất 2000 cây/mẻ

GVHD:Đỗ Hữu Hoàng

SVTH:

MSSV:

Lớp: 12DHHH2

TP.HCM, ngày 6 tháng 3 năm 2024

Mục lục

Chương 1: TỔNG QUAN 4

1.Hệ thống nhà máy sản xuất nước đá 4

1.1.Phân loại và ứng dụng của hệ thống nhà máy sản xuất nước đá 4

1.2.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống nhà máy sản xuất nước đá 6

1.2.1.Cấu tạo của máy sản xuất nước đá cây 6

1.2.2.Nguyên lý hoạt động của hệ thống sản xuất nước đá cây 7

1.3.Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống nhà máy sản xuất nước đá 8

1.3.1.Ưu điểm 8

1.3.2.Nhược điểm: 9

2.Quy trình nhà máy sản xuất nước đá hệ thống nước đá 9

2.1.Sơ đồ khối quy trình 9

2.2.Sơ đồ thiết bị máy sản xuất nước đá cây 11

2.3.Sơ đồ nhà máy nước đá 12

Chương 2.TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT - CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 12

2.1.Thiết kế bể đá 12

2.2.Tính toán tổn thất nhiệt 13

2.2.1.Tổn thất lạnh ra môi trường xung quanh Q1 13

2.2.2.Tổn thất lạnh để làm lạnh sản phẩm Q2 16

2.2.3.Tổn thất lạnh để thông gió phòng lạnh Q3 16

2.2.4.Tổn thất lạnh trong vận hành Q4 17

2.3.Tính toán thời gian làm đá 17

2.4.Xây dựng chu trình làm việc của hệ thống lạnh 17

Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 17

3.1 Tính toán thiết bị chính 17

3.1.1 Tính toán máy nén (chọn máy nén piston) ( chương 5 sách Trần Thanh Kỳ ) 17

3.1.2 Tính toán thiết bị ngưng tụ (chọn bình ngưng giải nhiệt bằng nước) 18

( chương 6 sách Trần Thanh Kỳ ) 18

3.1.3 Tính toán thiết bị bay hơi (dàn lạnh xương cá) ( chương 6) 19

3.2 Tính chọn thiết bị phụ 19

3.2.1 Bình tách lỏng (đọc chương 7) 19

3.2.2 Bình tách dầu (đọc chương 7) 19

3.2.3 Bình tách khí không ngưng (đọc chương 7) 19

3.2.4 Bình chứa cao áp (đọc chương 7) 19

3.2.5 Thiết bị đường ống - van (đọc chương 7) 19

3.2.6 Tháp giải nhiệt (đọc chương 7) 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 19

MỞ ĐẦU Kỹ thuật lạnh ra đời đã hàng trăm năm nay và được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều ngành kỹ thuật khác nhau như: công nghiệp chế biến và bảo quản thực phẩm, công nghiệp hóa chất, công nghiệp rượu, bia, y học

Ngày nay kỹ thuật lạnh phát triển rất mạnh mẽ, được sử dụng với rất nhiều mục đích khác nhau, phạm vi ngày càng mở rộng và trở thành một nghành kỹ thuật vô cùng quan trọng Một trong những ứng dụng của kỹ thuật lạnh mà con người đã sử dụng từ rất lâu đó là sản xuất nước đá Nước đá có thể được sản xuất dưới nhiều dạng khác nhau tùy theo nhu cầu, mục đích sử dụng và điều kiện thực tế Nước đá được sử dụng rộng rãi từ dân dụng đến trong công nghiệp đặc biệt là nước đá cây Trên thực tế nếu muốn xây dựng một nhà máy sản xuất nước đá cây và hoạt động có hiệu quả thì cần phải trải qua rất nhiều giai đoạn và các yếu tố như điều kiện kinh tế, nhu cầu sử dụng

Chương 1: TỔNG QUAN 1.Hệ thống nhà máy sản xuất nước đá

1.1.Phân loại và ứng dụng của hệ thống nhà máy sản xuất nước đá

Nước đá rất cần thiết nhiều lĩnh vực trong đời sống hiện nay Tuỳ thuộc vào từng thiết bị hiện đại hiện nay và mục đích sử dụng của người tiêu dùng mà người ta phân loại.Một số loại nước đá được sử dụng phổ biến hiện nay(Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

 Nước đá được chia làm 3 loại: đá viên dạng ống, đá viên dạng trụ và đá viên dạng vuông(Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

 Là những khối đá hình lập phương trong suốt như pha lê, bề mặt tiếp xúc lớn nên làm lạnh nhanh, lâu tan (Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

 Ứng dung: Sử dụng cho nhà hàng, quán bar, cơ sở chăm sóc y tế, hay các văn phòng

 Đá cây ( đá cây bể nước muối ) (Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

 Đá cây có dạng hình khối lập phương với độ dài 1m Khối lượng đá có các mức 5,10,15,…50 kg (Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

 Tùy vào công suất máy, mỗi ngày sản lượng đá sản xuất được đạt từ 10 đến 240 tấn (Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

 Đá đạt tiêu chuẩn cả về độ cứng, độ tinh khiết Do được làm lạnh sâu với kích thước viên đá lớn (Diện tích tiếp xúc bề mặt lớn dẫn đến khả năng trao đổi nhiệt cao ),

do đo đá cây được sản xuất lâu tan hơn rất nhiều so với các loại đá khác (Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

 Ứng dụng phổ biến nhất là bảo quản thủy hải sản trong các khoảng thời gian cần cận chuyển (khối lượng đá cây lớn,thời gian làm lạnh và tan đá lâu, có thể vận chuyển trong thời gian lâu dài được ).(Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

 Ngoài ra đá cây cũng sử dụng mục đích sinh hoạt như làm mát nước, dùng làm môi chất lạnh cho hệ thống điều hoà không khí, làm lạnh đồ uống (Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

 Bảo quản thủy hải sản, thịt tươi sống, sử dụng trong các siêu thị bảo quản sản phẩm đông lạnh(Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

 Làm mát và giữ tươi bê tông trong quá trình vận chuyển (Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

 Chế biến thực phẩm đông lạnh.(Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

 Sử dụng trên các tàu cá để bảo quản sản phẩm đánh bắt xa bờ(Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

 Hỗ trợ làm mát trong công nghiệp hóa chất và quá trình sản xuất các sản phẩm liên quan khác trong lĩnh vực.(Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

Đá vảy ( có thể vận chuyển thuỷ hải sản, các mặt hàng dễ hỏng có thể giữ cho thực phẩm tươi lâu tối đa) (Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

 Là các phiến đá mỏng và khô, có kích thước độ dày cỡ 2mm, dài 12-16 mm, được

sử dụng trong nhiều lĩnh vực(Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

 Bảo quản thực phẩm: để chống sự mất nước và bay hơi chất dinh dưỡng quan trọng trong thực phẩm (Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

 Công nghiệp hóa học: dùng để làm mát trong các phản ứng sinh nhiệt và làm lạnh ngay lập tức cho quá trình chưng cất trong các quy trình hóa học và bào chế thuốc (Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

 Kết cấu xây dựng: dùng trộn với bê tông để hấp thụ nhiệt và ngăn chặn hơi nước hình thành trong quá trình trộn, đổ bê tông (chống tạo thành các hạt nước trong bê tông gây hại đến kết cấu) (Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

 Trong các lĩnh vực khác như hóa nhuộm, thí nghiệm, xử lý y khoa,…

(Nguồn:https://namphuthai.vn/phan-biet-cac-loai-may-da-va-ung-dung/)

1.2.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống nhà máy sản xuất nước đá

1.2.1.Cấu tạo của máy sản xuất nước đá cây

Bể đá được chia làm 2-3 ngăn Trong đó có một ngăn để đặt dàn lạnh, các ngăn còn lại đặt các khuôn đá

Bể có một bộ cánh khuấy được thiết kế thẳng đứng hoặc nằm ngang

Các khuôn đá được ghép lại thành linh đá

Mỗi linh đá có từ 5-7 khuôn hoặc lớn hơn tùy vào công suất từng dòng máy

Linh đá được bố trí cố định hoặc có thể di chuyển dồn đến hai đầu

Hệ thống xích: giúp khuôn đá di chuyển thuận lợi về hai đầu giúp quá trình lấy đá dễ dàng hơn

Hệ thống cần trục và cẩu

Có tác dụng cẩu linh đá lên khỏi bể sau đó nhúng vào bể nước để tách đá

Đặt đá lên bàn để lật đá xuống sàn

Hệ thống vòi được bài trí phía trên bể đá

Dùng để cung cấp nước nạp vào các khuôn sau khi đã ra đá

Nước sẽ được cấp khoảng 90% thể tích khuôn để tránh rò rỉ và tràn ra ngoài

Bể muối

Được xây bằng gạch thẻ

Bên trong bể muối có bọc cách nhiệt và trong cùng là lớp thép tấm

Nước muối được dùng thường là NaCl hoặc CaCl và đôi khi người ta sử dụng cả 2

MgCl 2

Nắp đậy

Dùng để đậy bể đá

Thường làm từ tấm đanh gỗ dày 30mm, λ=0,2 W/m.K

Phủ thêm lớp vải bạt để tránh tổn thất nhiệt

của hệ

đá cây

Mở

nước vào

khởi động hệ thống lạnh.(Nguồn:https://namphuthai.vn/nguyen-ly-hoat-dong-may-da-cay/)

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 máy nén nhờ vào nguyên tắc chênh lệch áp suất (Nguồn:https://namphuthai.vn/nguyen-ly-hoat-dong-may-da-cay/)

Còn hơi môi chất đưa đến thiết bị ngưng tụ, tại bình ngưng tụ hơi môi chất thực hiện quá trình trao đổi nhiệt trở thành lỏng .(Nguồn:https://namphuthai.vn/nguyen-ly-hoat-dong-may-da-cay/) Sau khi môi chất trở thành lỏng được đưa vào bình chứa cao áp, rồi đi qua phin lọc, phin lọc

có nhiệm vụ lọc các cáu bẩn và hàm lượng ẩm trong môi chất, sau đó môi chất đi qua bình quá góp phần tăng năng suất lạnh (Nguồn: cay/)

Môi chất lỏng tiếp tục đi qua kín xem lỏng, qua van điện từ và chia thành hai đường vào qua van tiết lưu và đi vào bình chứa thấp áp, nhờ vào van tiết lưu mà gas lỏng được hạ nhiệt độ và

áp suất trong xuống p0, t0, van tiết lưu nhiệt điều chỉnh lưỡng lỏng nhờ vào bầu cảm biến ở đầu

ra của dàn lạnh.(Nguồn:https://namphuthai.vn/nguyen-ly-hoat-dong-may-da-cay/)

Từ bình chứa thấp áp môi chất lỏng chảy vào dan lạnh xương cá môi chất được bay hơi và trao đổi nhiệt với dung dịch nước muối (Nguồn:https://namphuthai.vn/nguyen-ly-hoat-dong- da- cay/)

Sau đó hơi lạnh trở về bình chứa thấp áp Hơi môi chất tiếp tục đi về bình tách lỏng, ở đây môi chất được tách lỏng, còn hơi thì được máy nén hút về, kết thúc một quá trình và chu trình được lặp lại.(Nguồn:https://namphuthai.vn/nguyen-ly-hoat-dong-may-da-cay/)

Sau một thời gian làm đá nhất định, nước trong thùng đá đều trở thành đá.(Nguồn: https://namphuthai.vn/nguyen-ly-hoat-dong-may-da-cay/)

Khi hệ thống làm tan đá bắt đầu chạy Cần trục sẽ cẩu một hàng xô xuống bể làm tan băng chứa đầy nước ấm đang chảy Vì vậy, nhiệt độ xô sẽ tăng lên khi bề mặt băng tan và tách khỏi xô đá Sau đó xô đá sẽ được cẩu lên thùng đá Cố định xô và sau đó xoay ngược thùng chứa và đá được đổ xuống Đặt các xô và đổ đầy nước đến một mức nhất định bằng cách sử dụng thiết bị cấp nước, sau đó cần trục sẽ nâng các xô trở lại bồn nước muối và cẩu một hàng xô đá khác trong bồn nước muối.(Nguồn:https://namphuthai.vn/nguyen-ly-hoat-dong-may-da-cay/) Làm tan đá, thả đá và thêm nước theo chu kỳ.(Nguồn: https://namphuthai.vn/nguyen-ly-hoat-dong-may-da-cay/)

1.3.Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống nhà máy sản xuất nước đá

(Nguồn:https://namphuthai.com.vn/uu-diem-va-nhuoc-diem-cua-may-da-cay-cong-nghiep/)

1.3.1.Ưu điểm:Vì có dạng khối lớn nên có khả năng tích trữ lâu, rất tiện lớn cho việc vận chuyển đi xa và dùng bảo quản thực phẩm lâu ngày (Nguồn:https://namphuthai.com.vn/uu-diem-va-nhuoc-diem-cua-may-da-cay-cong-nghiep/)

 Nước đá lâu tan hơn (Nguồn:https://namphuthai.com.vn/uu-diem-va-nhuoc-diem-cua-may-da-cay-cong-nghiep/)

 Đươc sử dụng nhiều dùng để uống bia,nước ngọt và nhiều lĩnh vực khác (Nguồn:https://namphuthai.com.vn/uu-diem-va-nhuoc-diem-cua-may-da-cay-cong-nghiep/)

 Tiết kiệm điện năng cho doanh nghiệp (Nguồn:https://namphuthai.com.vn/uu-diem-va-nhuoc-diem-cua-may-da-cay-cong-nghiep/)

 Dễ dàng chế tạo, các thiết bị của hệ thống có thể chế tạo trong nước, không đòi hỏi phải

có thiết bị đặc biệt (Nguồn:https://namphuthai.com.vn/uu-diem-va-nhuoc-diem-cua-may-da-cay-cong-nghiep/)

 Thời gian làm đá lâu nhưng chủ động được sản xuất ra đá

(Nguồn:https://namphuthai.com.vn/uu-diem-va-nhuoc-diem-cua-may-da-cay-cong-nghiep/)

 Có tuổi thọ cao giảm được chi phí đầu tư (Nguồn:https://namphuthai.com.vn/uu-diem-va-nhuoc-diem-cua-may-da-cay-cong-nghiep/)

 Lắp đặt tháo dỡ dễ dàng có thể di chuyển từ địa điểm này sang địa điểm khác (Nguồn:https://namphuthai.com.vn/uu-diem-va-nhuoc-diem-cua-may-da-cay-cong-nghiep/)

1.3.2.Nhược điểm:

 Chi phí đầu tư hệ thống máy lớn (Nguồn:https://namphuthai.com.vn/uu-diem-va-nhuoc-diem-cua-may-da-cay-cong-nghiep/)

 Khi xuất đá thì đá ra hàng loạt nên cần kho lạnh bảo quản để giữ đá cây không bị tan ra thành nước (Nguồn: https://namphuthai.com.vn/uu-diem-va-nhuoc-diem-cua-may-da-cay-cong-nghiep/)

 Không bảo đảm vệ sinh,không có độ tinh tinh khiết,có lẫn bụi và tạp chất : Bể muối và khâu xay (Nguồn: https://namphuthai.com.vn/uu-diem-va-nhuoc-diem-cua-may-da-cay-cong-nghiep/)

 Tổn thất nhiệt lớn: Quá trình từ sản xuất đến sử dụng qua rất nhiều khâu nên tổn thất nhiệt lớn, ngoài ra khi xay đá và nhúng khuôn đá còn gây ra mất mát cơ học (Nguồn:https://namphuthai.com.vn/uu-diem-va-nhuoc-diem-cua-may-da-cay-cong-nghiep/)

2.Quy trình nhà máy sản xuất nước đá hệ thống nước đá 2.1.Sơ đồ khối quy trình

2.2.Sơ đồ thiết bị máy sản xuất nước đá cây

1 Máy nén: Máy nén 1 cấp, sử dụng môi chất NH3 hoặc R22.

2 Bình cao áp

3 Dàn ngưng: Có thể sử dụng dàn ngưng tụ bay hơi, bình ngưng, dàn ngưng tụ kiểu tưới và có thể sử dụng dàn ngưng không khí

4 Bình tách dầu

5 Bình tách khí không ngưng

6 Bình thu hồi dầu (sử dụng trong hệ thống NH3)

7 Bình tách lỏng

8 Bình giữ mức- tách lỏng

9 Bể nước muối làm đá, cùng bộ cánh khuấy và dàn lạnh kiểu xương cá

2.3.Sơ đồ nhà máy nước đá

Chương 2.TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT - CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

2.1.Thiết kế bể đá

Đá có đặc tính kỹ thuật như sau:

Nhiệt lượng nóng chảy 335 KJ/kgK (80 Kcal/kg)

Nhiệt dung riêng 2,1 KJ/kgK (0.5 Kcal/Kg)

Khối lượng riêng trung bình 900 Kg/m3

Khi biến thành đá thể tích tăng lên 9%

 Tổn thất lạnh trong bể đá q ( KJ/Kg đá hoặc Kcal/kg đá ):q q= 1+q2+q3+q4+q5

q1– tổn thất lạnh để làm đông đá

q1=2,1 t đ +335+4,19t H 2 O , KJ/Kg

q1=0,5 t đ+80+t H 2O, Kcal/Kg

t đ – nhiệt độ cuối của đá với dấu ngược lại (chọn -5oC)

t H 2 O−¿¿nhiệt độ của nước khi đưa vào làm đá, C o

q- tổn thất lạnh khi khi rã đá

Khi cần rã đá thường người ta dội nước (xối nước) hoặc ngâm trong nước nóng có nhiệt độ 4050 oC.Bể dày lớp đá bị mất đi trên mỗi mặt đá trong quá trình rã đá vào khoảng 0,5 2 mm.Từ đó có thể xác định gần đúng tổn thất lạnh  q2

q3- tổn thất lạnh cho khuôn đá

Tổn thất lạnh q3 phụ thuộc vào kim loại làm khuôn, trọng lượng của khuôn và nhiệt độ của khuôn lúc đầu và lúc cuối của quá trình làm đá

q4- tổn thất lạnh do có sử dụng máy khuấy

Q4=Nη

K

Q4=Nη

K

q5−¿¿ tổn thất lạnh ra môi trường xung quanh (xem mục 2.2.1)

Nếu không có đủ số liệu để tính toán thì tổn thất lạnh q5 nói trên có thể chọn bằng

15% của tổng các tổn thất lạnh còn lại và thậm chí tổng các tổn thất lạnh q trong bể đá cũng có thể không cần tính toán mà ta chọn theo bảng dưới đây:

Trong tính toán cần chọn nhiệt độ trung bình của nước muối trong bể đá là (-10 12) oC và nhiệt độ sôi tương ứng của tác nhân lạnh t0= (-15-17) oC, khối lượng riêng của nước muối là 1,17 Kg/l Thời gian đông đá ( cây đá 50 Kg ) là 20-22 giờ Các nhà máy sản xuất đá đều phải thêm kho trữ đá với dung tích từ 10 đến 15 ngày.Nhiệt độ không khí trong kho lưu trữ được duy trì ở -5 C bằng các dàn lạnh đối lưu o

tự nhiên

 Năng suất lạnh của bể đá:

QDL=G q 3,6.τ , KW QDL=Gq10

3

τ ,Kcal/h

G−¿sản lượng nước đá, tấn

q−¿tổng tổn thất lạnh để sản xuất 1Kg nước đá, KJ/Kg ( Kcal/Kg)

τ−¿ thời gian để đông một mẻ, h

Năng suất của lạnh của máy nén có thể kể đến các tổn thất lạnh trên đường ống và trong các thiết bị:

Q0=1,05 Q DL

Trong các bể đá dàn lạnh sử dụng làm lạnh chất tải lạnh ( nước muối ).Từ

đó chất tải lạnh sẽ truyền lạnh lại cho nước để làm đá