thiết kế máy sản xuất đá miếng năng suất 30 kg-h

Lê Cao Nhiên Lớp HCO6MB MSSV 60601700 Bài tập lớn môn Kỹ thuật lạnh THIẾT KẾ MÁY SẢN XUẤT ĐÁ MIẾNG NĂNG SUẤT 30 KG/H Mục lục Từ lâu con người đã biết tận dụng lạnh của thiên nhiên như băng, tuyết để bảo quản nguồn lương thực thực phẩm của mình. Ngày nay kỹ thuật lạnh ngày càng đi sâu vào đời sống con người như các ngành khoa học: công nghệ thực phẩm, y học… Các thực phẩm như rau quả, cá, thịt… cần được bảo quản để dùng được lâu, di chuyển đi xa hơn. Đề tài thiết kế máy sản xuất nước đá miếng năng suất 30kg/h của em là một loại máy làm đá với công suất trung bình dùng để bảo quản thực phẩm cho các doanh nghiệp chế biến thực phẩm đông lạnh. I. Tính cách nhiệt, cách ẩm 1. Mục đích: cách nhiệt, cách ẩm nhằm giảm bớt sự thất thoát nhiệt ra môi trường đồng thời ngăn dòng lạnh xâm nhập vào hệ thống làm giảm năng suất lạnh. 2. Yêu cầu của vật liệu: a. Vật liệu cách nhiệt: b. Vật liệu cách ẩm: 3. Chọn vật liệu: - Chọn vật liệu cách nhiệt là Styropore cho dàn lạnh. Styropore được sử dụng bằng cách phun trực tiếp vào khoang của máy làm đá.Ưu điểm là có thể phun vào bất cứ thể tích rỗng nào, tạo bọt mà không cần gia nhiệt, cứng và chịu tốt. - Chọn vật liệu cách ẩm là Bitum. Bitum còn gọi là nhựa đường( hắc ín) được dùng dưới dạng nóng chảy hoặc pha với các dung môi như cồn, xăng rồi quét lên bề mặt cách ẩm. Hệ số thẩm thấu của nó rất bé μ = 0,000115 g/m.h.mmHg. 4. Tính toán cách nhiệt và cách ẩm cho máy làm đá Máy làm đá chỉ cách nhiệt và cách ẩm thành bao quanh. Chọn tấm cách nhiệt hình trụ tròn như sau: Các thông số tra được: Thép δ i = 0,002m ; λ i = 45,3 W/m.K Styropore λ i = 0,047 W/m.K Bitum δ i = 0,003m ; λ i = 0,18 W/m.K ; μ i =0,000115 g/m.h.mmHg. Chiều dày tấm cách nhiệt được tính như sau: 1 1 2 1 1 1 n i cn cn i K δ δ λ α λ α     = − + +    ÷     ∑ K: hệ số truyền nhiệt K, W/m 2 .K, chọn trước K = 0,25W/m 2 .K α 1 = 23,3 W/m 2 .K. Hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tường cách nhiệt. α 2 = 8 W/m 2 .K. Hệ số tỏa nhiệt của vách bên trong thiết bị bốc hơi. δ i : chiều dài lớp vật liệu thứ i cách nhiệt, m λ i : hệ số dẫn nhiệt lớp thứ i, W/m.K λ cn : hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt,W/m.K δ cn : chiều dày lớp cách nhiệt, m 1 1 2.0,002 0,003 1 0,047 0,179( ) 0,25 23,3 45,3 0,18 8 cn m δ     = − + + + =    ÷     Vậy chọn chiều dày lớp cách nhiệt là δ cn = 0,2m với 4 lớp x 50mm Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che: ( ) 2 1 1 2 1 1 0,23 W / m .K 1 2.0,002 0,003 0,2 1 1 1 23,3 445,3 0,18 0,047 8 t n i i i K δ α λ α = = = = + + + + + + ∑ 5. Kiểm tra đọng sương trên bề mặt ngoài vách cách nhiệt: - Điều kiện để vách ngoài không đọng sương s K K≤ Với các thông số của không khí nơi đặt nhà máy là thành phố Đà Nẵng t 1 = 37,7 o C và φ 1 =77%, nhiệt độ đọng sương t s = 33 o C Nhiệt độ đá miếng cuối quá trình đông đá t 2 = -7 o C 1 1 1 2 37,7 33 0,95. . 0,95.23,3. 1,981 37,7 7 s s t t K t t α − − = = = − + ⇒ K = 0,23 < K 2 = 2,15 Vậy vách ngoài không bị đọng sương. 6. Kiểm tra đọng ẩm Điều kiện : 1 . n i CA CA n i i R δ δ µ µ =   ≥ −  ÷   ∑ μ CA : hệ số dẫn ẩm của vật liệu. Chọn bitum làm vật liệu cách ẩm. μ CA = 0,000115 (g/m. h.mmHg) R n = 1,6( P n – P t ): tổng trở lực dẫn ẩm tối thiểu 2 . .m h mmHg g    ÷   Pn áp suất riêng phần của hơi nước ở ngoài (mmHg). Pt áp suất riêng phần của hơi nước trong phòng lạnh. φ n = 77%, t ng = 37,7 o C ⇒ Pn = 37,77mmHg. Φ t = 95%, t tr = -7 o C ⇒ Pn = 3,41mmHg. 37,77.0,77 29,1 0,95.3,41 3,2 n t P P ⇒ = = = = 2 . . 1,6.(29,1 3,2) 41,44 n m h mmHg R g   ⇒ = − =  ÷   3 1 2.0,002 0,003 0,2 . 0,000115. 41,44 4,3.10 45,3 0,18 0,047 n i CA CA n i i R m δ δ µ µ − =     ≥ − = − − − =  ÷  ÷     ∑ Vậy chọn lại chiều dày lớp bitum là 0,005 m. II. Tính chọn máy nén cho hệ thống: 1. Chọn chế độ làm việc cho máy nén Ở đây công ty chế biến được xây dựng tại thành Phố Đà Nẵng và có các thông số khí tượng sau : Nhiệt độ trung bình cao nhất : t maxtb = 37,7C. Độ ẩm trung bình cao nhất :  1 = 77%. Từ đó ta xác định được nhiệt độ, nhiệt kế ướt (tư ) nhiệt độ điểm đọng sương ( tư ) trên đồ thị I - d của không khí I  = 77%  = 100% t 1 =37,7C I = const t s = 33C d Hình 2 - 1: Phương pháp xác định trên đồ thị I - d của không khí ẩm Trạng thái không khí lấy làm chuẩn để tính toán t 1 = 37,7C. Suy ra : t s = 33 C ;t ư =34C Chọn phương pháp làm lạnh trực tiếp Chế độ làm việc Chọn môi chất lạnh Freon 22 ( CHF 2 Cl) ( R22) Nhiệt độ sôi môi chất :t 0 = t p - ∆t 0 t p : nhiệt độ cuối của nước đá ∆t 0 = ( 8 : 13) 0C Chọn ∆t 0 = 13 0C t 0 = -7 – 13 = -20 0C Nhiệt độ ngưng tụ: t k = t w2 + ∆ t k tw2:nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng ∆t k = ( 3: 5 ) 0C Chọn ∆tk = 5 0 C + Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng tính theo nhiệt độ nước vào t w2 = tw1 + ( 2 : 6) 0 C Chọn ∆t w = 3 0 C Khi sử dụng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt t w1 = t ư + (3 : 4 ) 0 C Chọn ∆t u = 3 0 C → t w1 = t ư + 3 =34 + 3 = 37 0 C → t w2 = 37 + 3 = 40 0 C → t k = 40 + 5 = 45 0 C Nhiệt độ hơi hút hay nhiệt độ quá nhiệt tqn t h = t qn = t 0 + ( 5 : 25 ) o C Với môi chất R22 t qn = t o + 20 = -15 + 20 = 5 o C Nhiệt độ quá lạnh t ql Do có thiết bị hồi nhiệt nên t ql phụ thuộc vào t qn Chọn hiệu nhiệt độ khi qua thiết bị hồi nhiệt là 15 0 C Suy ra t* = -10 o C quá nhiệt trên đường hơi hút. h3’ – h3 = h1 – h1* → h 3 = h 3’ – h 1 + h 1* Với h 1 = 718 kJ/kg h 1* = 705 kJ/kg h 3’ = 556 kJ/kg → h 3 = 556 – 718 + 705 = 543 (kJ/kg) → t ql = 33 o C 2. Sơ đồ nguyên lý và chu trình lạnh Giản đồ lgP - h Điểm t 0 C P(bar) h ( kJ/kg) 1’ -20 2,5 698 1 5 2,5 718 2 95 17,3 765 3 30 17,3 536 3’ 45 17,3 556 4 -20 2,5 536 Bảng 1. Thông số của các điểm trên giản đồ lgP-h Ta có tỷ số nén 0 17,3 6,92 11( ar) 2,5 k p p b p = = = < Với chu trình: 1’ – 1: quá trình quá nhiệt. 1 – 2: quá trình nén đoạn nhiệt. 2 – 2’: quá trình hạ nhiệt độ sau khi nén đến nhiệt độ ngưng tụ. 2’ – 3’: quá trình ngưng tụ đẳng nhiệt, đẳng áp. 3’ – 3: quá trình quá lạnh. 3 – 4: quá trình tiết lưu. 4 – 1’: quá trình bốc hơi 3. Năng suất lạnh của máy nén Tổng chi phí lạnh cho máy đá 1 2 3 4 Q Q Q Q Q = + + + , kW Trong đó: Q 1 : chi phí lạnh cho dàn lạnh,kW Q 2 : chi phí lạnh để làm đông nước thành đá, kW Q 3 : tổn thất khi rã đá,kW Q 4 : tổn thất do nhiệt truyền ra ngoài - Chi phí lạnh cho dàn lạnh: chỉ xét lần đầu tiên làm lạnh ống làm đá đến -7 o C, xem như sau khi xả đá nhiệt độ ống làm đá không tăng lên tức là không cần làm lạnh thêm , phần nhiệt đó tính vào nhiệt tổn thất khi rã đá. ( ) 1 1 2 . . . , / k inox Q n g C t t kJ h = − Do ta xét trong khoảng thời gian 1h nên đơn vị của Q 1 la kg/h Với: n = 10 số ống làm đá ( tính sau) g k : khối lượng một ống làm đá, kg Tính g k với độ dày ống là 3,5mm, chiều cao lớp đá 0,8m ( ) 2 2 2 2 . . . 7850.0,8. .(0,057 0,050 ) 3,694( ) 4 4 k inox ng tr g h D D kg π π ρ = − = − = Nhiệt độ nước cấp t 1 = 15 o C Nhiệt độ cuối của quá trình đông đá t 2 = -7 o C ⇒ Q 1 = 10.3,694.0,5.(15+7) = 406,34 (kJ/h) - Chi phí lạnh để làm đông nước đá: [ ] 2 1 2 . ( 0) (0 ) , / n r d Q G C t q C t kJ h= − + + − Trong đó: G = 30kg/h năng suất của máy làm đá. C n =4,18 kJ/kg.K nhiệt dung riêng của nước. C d = 2,09 kJ/kg.K nhiệt dung riêng của nước đá Q r = 333,6 lJ/kg ẩn nhiệt đóng băng của nước. [ ] 2 30. 4,18.(15 0) 333,6 2,09.(0 7) 12327,9( / )Q kJ h⇒ = − + + + = - Tổn thất khi rã đá: 3 . . . . G Q f L g δ ρ = , kJ/h Với δ = 0,001m bề dày lớp đá tan. L = 330,3 kJ/kg nhiệt nóng chảy của nước đá. ρ = 917 kg/m 3 khối lượng riêng của nước ở 0 o C g = 1,355kg (tính sau) khối lượng đá còn lại f: bề mặt ngoài của ống tạo đá. 2 . . .0,057.0,8 0,143( ) ng f d h m π π = = = 3 30 .0,143.0,001.917.330,3 958,9( / ) 1,355 Q kJ h= = - Tổn thất do nhiệt truyền ra ngoài:chọn bằng 3% chi phí lạnh để làm đông nước đá. 4 2 0,03 0,03.12327,9 369,81( / )Q Q kJ h= = = Vậy tổng chi phí lạnh cho máy làm đá: Q = 406,34 +12327,9 + 958,9 +369,81 = 14062,95 (kJ/h) = 3,9 kW Suy ra năng suất lạnh của máy nén: . o Q Q b β = Với β hệ số tính đến tổn thất lạnh trên đường ống lạnh, β = 1,07 b hệ số thời gian làm việc của máy nén, b = 1 3,9 1,07. 4,173( ) 1 o Q kW = = 4. Tính và chọn máy nén - Năng suất lạnh riêng khối lượng 0 1 4 718 536 182( / )q i i kJ kg= − = − = - Lượng hơi thực tế hút vào xylanh 4,173 0,023( / ) 182 o o o Q G kg s q = = = - Thể tích hơi thực tế hút vào xylanh 3 3 . 0023.0,105 2,415.10 ( / ) tt o l V G v m s − = = = - Năng suất lạnh riêng thể tích của hơi hút thực 3 . 182 1733,3( / ) 0,105 o v th l q q kJ m v = = = - Hệ số chỉ thị thể tích 1 0 0 0 . m k k o o i o o P P P P P P C P P P λ     − ∆ + ∆ − ∆   = − −  ÷         Chọn m= 1, chỉ số nén đa nhiệt của hơi tác nhân C=0,05 hệ số chết của máy nén ∆Po = ∆Pk = 0,01 Mpa = 0,1 bar 2,5 0,1 17,3 0,1 2,5 0,1 0,05. 0,664 2,5 2,5 2,5 i λ − − −   = − − =     - Hệ số đốt nóng w 273 20 0,796 273 45 o k T T λ − = = = + - Hệ số cấp của máy nén: w . 0,664.0,796 0,528 i λ λ λ = = = - Thể tích quét của pittong 3 3 3 3 2,415.10 4,57.10 ( / ) 16,5( / ) 0,528 tt lt V V m s m h λ − − = = = = - Công nén đoạn nhiệt 2 1 .( ) 0,023.(765 715) 1,15( ) a o N G h h kW= − = − = - Hiệu suất chỉ thị w . 0,528 0,0025.( 20) 0,478 i o b t η λ = + = + − = Chọn b = 0,0025 - Công nén chỉ thị 1,15 2,406( ) 0,478 a i i N N kW η = = = - Công suất ma sát 3 . 2,415.10 .50 0,121( ) ms tt ms N V P kW − = = = Với P ms = 50kP: công ma sát riêng - Công nén hiệu dụng 2,406 0,121 2,527( ) e i ms N N N kW= + = + = - Công suất động cơ điện 2,527 3,065( ) . 0,97.0,85 e dc td dc N N kW η η = = = Với η td = 0,97 hiệu suất truyền động của khớp đai η dc = 0,85 hiệu suất động cơ - Hệ số lạnh hiệu dụng [...]... l = 1m Vậy chọn thiết bị ngưng tụ : KPT-3 với các thông số Fng = 3,6m2, n = 24 ống IV Tính và chọn thiết bị bốc hơi 1 Tính thời gian đông đá 2 Tính toán thiết bị bốc hơi Các thông số của thiết bị bốc hơi Ống trong : Ø 22 X 2 (mm) Ống ngoài : Ø 57 X 3,5 (mm) Chiều dài ống: 1 (m) Bề dày lớp đá bám trên ống: 0,01 (m) Tác nhân lạnh R22 Số ống trong thiết bị bốc hơi Năng suất thiết kế: G= 30 (kg/h) Khối... Khối lượng đá được tạo trên ống m1 Với chiều dài ống 0,8m được tạo đá trên bề mặt ống m1 = ( π h.ρ nd ( Dn + 2.0, 01) − Dn2 2 4 ) = π 0,8.917 ( ( 0, 057 + 0, 02) Khối lượng đá tan đi: khi lớp đá bên ngoài tan đi 1mm m2 = π 0,8.917 ( 0, 077 2 − 0, 0752 ) = 0,175( kg ) 4 4 2 − 0, 057 2 ) = 1,54(kg ) Khối lượng đá còn lại: m’ = m1- m2 =1,365 (kg) n= G.τ 30. 22 = = 8,1 ' m 1,365.60 Số ống làm đá: Chọn n=... van tiết lưu Van tiết lưu dùng để tiết lưu lỏng môi chất lạnh từ áp suất ngưng tụ đến áp suất bốc hơi và điều chỉnh việc cung cấp lỏng cho hệ thống lạnh - Tiết diện ngang của van: F= Với Qo 4996 = = 1,52.10−4 m 2 3600.qo η ∆p.ρ g 3600.44, 23.0,5 14, 6.1186.9,81 Qo = 4996kcal/h năng suất lạnh của van tiết lưu qo = 44,23kcal/kg năng suất lạnh riêng η = 0,3 ÷ 0,7 hệ số nén của dòng chảy Chọn η = 0,5... 9743580,65 0,690,33 = 1589 α tr = Hệ số cấp nhiệt phía trong ống Nu.λ 1589.0,104 = = 3305 W / m 2 K dtr 0, 05 ⇒k = 1 = 173W / m 2 K 1 0, 05 0, 0035 0, 01 1 + + + 1129, 7 0, 057 18 2, 22 3305 Năng suất lạnh riêng qf = k ∆ttb =173 26,8 = 4636,4 (W/m2) F= Qo 4173 = = 0,9m 2 q f 4636, 4 Diện tích bề mặt truyền nhiệt : Tính và chọn các thiết bị phụ V 1 Tính và chọn bình chứa thấp áp Bình chứa thấp áp được bố trí... 3, 065 Nhiệt thải ngưng tụ Qk = Go ( h2 − h3 ) = 0, 023.(765 − 536) = 5, 267( kW ) Vậy ta chọn : III Tính và chọn thiết bị ngưng tụ Chọn kiểu loại thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ vỏ ống nằm ngang có cánh tản nhiệt về phía R22 Chọn vận tốc nước 1,5m/s - Lượng nước giải nhiệt đi qua thiết bị ngưng tụ Gw = Qk 5, 267 = = 0, 42( kg / s) Cw ∆tw 4,187.3 - Bề mặt truyền nhiệt của TBNT là chùm ống đồng... lạnh về máy nén di = 4.m 4.0, 023 = = 14, 7.10−3 , m ρ π ω 11,16.π 12 Với ω = 12 m/s vận tốc của hơi môi chất lạnh trên đường hút về máy nén Vậy ta chọn ống thép đường kính 18mm c) Ống dẫn lỏng môi chất lạnh từ thiết bị ngưng tụ đến van tiết lưu di = 4.m 4.0, 023 = = 5,14.10−3 , m ρ π ω 1108.π 1 Với vận tốc dòng lỏng môi chất lạnh chọn bằng 1m/s Vậy chọn ống đồng đường kính 8mm 6 Tính và chọn máy bơm... máy bơm - Chọn hệ số tuần hoàn của bơm k = 40 - Lưu lượng nước Q = k G = 40 30 = 1200 kg/h =1,2 m3/h H= - P2 − P 1 + H o + h f = 10 + 1,5 + 0, 01H ⇒ H = 11, 6m ρ g Áp suất toàn phần của bơm H0 = 1,5m chiều cao đẩy chất lỏng hf = 0,01H tổn thất P2 − P 1 ρ g = 10 m :hiệu áp suất giữa khoảng đẩy và khoảng hút của bơm N= - Công suất bơm: ρ H Q 1000.11, 6.1, 2 = = 0, 054(kW ) 102.η 102.0, 7.3600 ... = = 8,1 ' m 1,365.60 Số ống làm đá: Chọn n= 10 ống Tổng diện tích trao đổi nhiệt ở bề mặt của ống F = n f = 10π 0, 05.1 = 1,57( m 2 ) Kiểm tra lại bề mặt truyền nhiệt Nhiệt độ đá ra khỏi thiết bị: t2 = -7 oC Nhiệt độ nước vào thiết bị: t1 = 28 oC Nhiệt độ môi chất bốc hơi: to = - 20 oC Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit: ∆ttb = t1 − t 2 28 + 7 = = 26,80 C t1 − t0 28 + 20 ln ln −7 + 20 t 2 − t0... 128 = 140,56 ( kcal / kg ) ⇒ t2 = 42o C 5 Tính và chọn các đường ống dẫn Các thiết bị của hệ thống lạnh được liên kết với nhau bằng các ống dẫn Đối với R22 nên sử dụng ống đồng nếu đường kính ống nhỏ hơn 20mm, và ống thép nếu đường kính ống lớn hơn 20mm Ta cần bố trí ống sao cho đường đi ngắn nhất, tránh nhiều tổn thất về năng lượng a) Ống dẫn hơi môi chất lạnh sau quá trình nén Theo [1] tr.345 đường... lạnh trực tiếp trước khi xả đá bằng hơi nóng v1.G ' 0, 000852.82,8 V= = = 0, 029m3 = 29l η 3 0,8.3 Thể tích bình chứa hạ áp: G’ = 0,023 kg/s = 82,8 kg/h : lưu lượng tác nhân lạnh v1 = 0,000852 m3/kg : thể tích riêng của R22 lỏng ở -20oC Hệ số làm đầy η = 0,8 2 Tính toán và chọn thiết bị hồi nhiệt Trong bình hồi nhiệt diễn ra sự trao đổi nhiệt giữa lỏng môi chất lạnh đi từ thiết bị ngưng tụ và hơi môi . quản để dùng được lâu, di chuyển đi xa hơn. Đề tài thiết kế máy sản xuất nước đá miếng năng suất 30kg/h của em là một loại máy làm đá với công suất trung bình dùng để bảo quản thực phẩm cho các. Lê Cao Nhiên Lớp HCO6MB MSSV 60601700 Bài tập lớn môn Kỹ thuật lạnh THIẾT KẾ MÁY SẢN XUẤT ĐÁ MIẾNG NĂNG SUẤT 30 KG/H Mục lục Từ lâu con người đã biết tận dụng lạnh của thiên nhiên như. 1 (m) Bề dày lớp đá bám trên ống: 0,01 (m) Tác nhân lạnh R22 Số ống trong thiết bị bốc hơi Năng suất thiết kế: G= 30 (kg/h) Khối lượng của một mẻ: m = m’*n = G* τ Khối lượng đá được tạo trên