Thiết kế máy sản xuất nước đá không dùng khuôn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM Khoa Kỹ Thuật Hóa Học Bộ mơn Q trình Thiết bị ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH MSMH: 605109 Thiết kế máy sản xuất nước đá không dùng khuôn Cán hướng dẫn: Thầy TRẦN VĂN NGŨ Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Ngành: Quá trình thiết bị Năm học: 2012 - 2013 Lời nói đầu Đồ án chuyên ngành hội tốt giúp cho sinh viên nắm vững, tổng hợp kiến thức học; tiếp cận với thực tế thông qua việc tính tốn, lựa chọn quy trình thiết bị với số liệu cụ thể Đây sở để sinh viên dễ dàng nắm bắt công nghệ giải vấn đề kỹ thuật tổng hợp cách nhanh chóng, phục vụ cho cơng việc sau Đồng thời giúp sinh viên chuẩn bị tốt kiến thức để làm luận văn sau Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Văn Ngũ dẫn tận tình trình em thực đồ án Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn đến bạn giúp đỡ, cho em ý kiến tư vấn bổ ích q trình hồn thành đồ án Tuy nhiên kiến thức hạn hẹp nên đồ án cịn nhiều thiếu sót, em mong nhận nhiều ý kiến đóng góp dẫn thầy bạn Mục lục Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Nước đá tính chất vật lý nước đá: Ở áp suất thường nước có khối lượng riêng lớn 3,98oC Trong trình hạ nhiệt độ nước từ 3,98oC đến 0oC khối lượng riêng giảm từ 1000 kg/m3 xuống 999,9 kg/m3 ( đóng băng thể tích nước tăng 9%) Khối lượng riêng nước đá có quan hệ với nhiệt độ: ρ = 917.(1 – 0,00015t) Ẩn nhiệt đóng băng r = 334kJ/kg Nhiệt dung riêng nước đá Cđ = 2,12 kJ/(kg.K) hệ số dẫn nhiệt đ = 2,22 W/(m.K) có quan hệ với nhiệt độ sau : Cđ = 2,12 + 0,00779t λđ = 2,22(1 - 0,0015t) Nước đá có cấu tạo tinh thể, có nhóm năm phân tử nước Một phân tử nước làm trung tâm liên kết với bốn nguyên tử nước khác Nguyên tử O phân tử nước trung tâm liên kết với bốn nguyên tử O bốn phân tử qua bốn nguyên tử H, nguyên tử O bốn phân tử lại tiếp tục làm trung tâm liên kết với bốn nguyên tử H phân tử nước khác Các tinh thể nước đá cấu tạo từ tứ diện Như nguyên tử O liên kết với bốn nguyên tử H nguyên tử H liên kết với hai nguyên tử O tạo nhiều lỗ hổng, nước đá nhẹ nước thể lỏng Nước đá sử dụng để làm lạnh có khả nhận nhiệt môi trường xung quanh tan thành nước thể lỏng nhiệt độ oC 1.2 Vai trò việc sản xuất nước đá: Nước đá sử dụng rộng rãi, phổ biến nhiều lĩnh vực sử dụng làm lạnh, trữ lạnh cho vận chuyển, bảo quản nông thủy sản, thực phẩm, sử dụng cho chế biến lạnh sản phẩm từ thịt, cho chế biến thủy hải sản, cho sinh hoạt, vùng nhiệt đới để làm mát giải khát Trong đó, đá chiếm vai trị quan trọng nhiều lĩnh vực sống Hiện phương pháp bảo quản lạnh nước đá sử dụng phổ biến bảo quản nguyên liệu thủy hải sản, phương pháp đơn giản, rẻ tiền dễ sử dụng Từ Bộ Y tế khuyến cáo công ty, doanh nghiệp chế biến thủy hải sản khơng nên sử dụng hóa chất để bảo quản phương pháp bảo quản lạnh nước đá xem tối ưu Ngoài việc bảo quản nguyên liệu từ trạm thu mua trước đưa vào nhà máy sản xuất, nước đá cịn có khả bảo quản thực phẩm chế biến kéo dài thời gian sử dụng Nếu bảo quản tốt tùy theo loại sản phẩm thời gian sử dụng kéo dài tới vài tháng Ngồi ra, đá phục vụ cho ngành khai thác đánh bắt thủy hải sản gần xa bờ Hiện có nhiều loại tàu có trọng tải lớn để đánh bắt xa bờ, thời gian chuyến kéo dài từ vài tuần đến vài tháng, đó, lượng nước đá dự trữ tàu lớn, nhiều tàu trang bị hệ thống lạnh tàu để bảo quản nước đá nguyên liệu đánh bắt Như vậy, nước đá đóng vai trị quan trọng đời sống kinh tế, sản xuất nước đá tiện lợi cho việc sử dụng mà phù hợp với trình độ lắp đặt chế tạo 1.3 Một số phương pháp sản xuất nước đá: 1.3.1 Bể nước đá khối: Bể nước đá khối sử dụng từ lâu đến sử dụng rộng rãi Bể nước đá khối chia làm hai ngăn, ngăn lớn để bố trí khn đá ngăn nhỏ để bố trí dàn bay làm lạnh nước muối Trong bể có bố trí bơm nước muối tuần hoàn mạnh từ dàn bay làm lạnh khuôn quay lại dàn bay Dàn bay kiểu ống đứng kiểu xương cá có khả tăng khả trao đổi nhiệt lên đáng kể Các khuôn đá ghép lại với thành linh đá suốt chiều ngang bể, thường từ 10 đến 15 khuôn 1.3.2 Phương pháp Vilbushevich: Phương pháp phương pháp sản xuất nước đá khối nhanh, sử dụng môi chất lạnh sôi trực tiếp, rút ngắn đáng kể thời gian kết đông đá cách bố trí nhiều ống hai vỏ có mối chất lạnh sôi trực tiếp bên khối đá cần kết đông 1.3.3 Phương pháp Fecher Grasso:  Phương pháp Fecher: Các khn đá hình trụ cố định bể nước làm lạnh trực tiếp môi chất lạnh Đá kết đông bề mặt khuôn hình trụ Phía khn bố trí vịi phun khơng khí để sản xuất đá suốt Khi khối đá đủ dày người ta ngừng cấp lỏng cho khuôn chuyển sang chế độ làm tan giá, lớp băng bám vào khuôn tan ra, đá tự lên phía Để đề phịng cạnh đá mắc lại khn, người ta bố trí vịng tuần hồn glycol nóng vịng quanh miệng khn chuẩn bị làm tan giá  Phương pháp Grasso: 1Ống bay hơi; Ống hút; – Đáy bể; – Bể nước; – Vịng làm nóng đáy bể; A - Ống góp lỏng NH3 vào B - Ống góp Thay khn hình trụ hai vỏ trên, Grasso làm ống hai vỏ đáy bể nước Các ống tập trung lại thành nhóm Nước đá đóng băng bề mặt ống Khi khối băng kết lại với thành đá q trình kết đơng kết thúc chuyển sang q trình làm tan giá nóng Cây đá lên Do khơng có khn bên ngồi nên đá khơng có hình dáng cố định không phẳng 1.3.4 Máy làm đá mảnh Flak-Ice Crosby Field: Máy gồm có thùng quay hình trụ bên nước muối lạnh môi chất lỏng sơi Bên ngồi thùng nước hình trụ Thùng quay chuyển động theo chiều kim đồng hồ nhờ truyền động bánh rang Khí thùng quay nước đóng băng bề mặt thùng quay Người ta điều chỉnh lớp bẳng nhờ điều chỉnh nhiệt độ nước muối điều chỉnh tốc độ thùng quay 1.3.5 Máy làm đá tuyết Pak-Ice Taylor: Máy bao gồm tang trống, hai đầu có hai nắp phía ngồi có mơi chất lạnh sơi, bên có hai lưỡi nạo quay với tốc độ 250 vịng/phút để nạo đá hình thành tang trống Để tăng bề mặt trao đổi nhiệt phía nước, người ta tạo đường dích dắc 1.3.6 Máy làm đá mảnh Short Raver: Máy gồm hình trụ hai vỏ đứng, mơi chất lạnh sơi trong, bên ngồi cách nhiệt Bên có bố trí bể nước có vòi cho nước chảy lên bề mặt hình trụ Gặp lạnh, nước đóng băng lại hai lưỡi bào có cưa nạo khỏi bề mặt hình trụ hai lưỡi bào quay 1.3.7 Máy làm đá ống: Nguyên lý làm việc theo chu kỳ, kết đông đá ống, môi chất lạnh sơi trực tiếp bên ngồi ống, kết đơng đến chiều dày cần thiết, đổi sang chu kỳ tan giá, ống đá rơi xuống dao cắt thành thỏi đá rỗng Φ = 30 đến 50 mm dài 50 đến 100 mm Có nhiều kiểu làm đá ống khác Vogt (Mỹ), Linde (Đức), Escher –Wyss (Mỹ), Astra (Đức)… 1.3.8 Máy đá cỡ nhỏ: Các loại máy đá cỡ nhỏ vài chục kg đến vài tram kg đá/24h thường loại máy đá hoàn toàn tự động, sản xuất đá cục khay đá mảnh Các loại máy cần thiết phụ vụ cho quán hang giải khát, quán ăn, nhà hang… Một phần nhu cầu đáp ứng tủ lạnh gia đình, tủ lạnh thương nghiệp nhu cầu máy làm đá lớn, có nhiều sở sản xuất máy đá, tủ đá nhỏ chuyên dùng Chương 2: SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.1 Lựa chọn quy trình cơng nghệ: Sản xuất nước đá phương pháp Grasso (phương pháp sản xuất nước đá không dùng khuôn) 2.1.1 Ưu nhược điểm phương pháp Grasso:  Ưu điểm: - Có thể đưa kiểu máy sản xuất nước đá theo phương pháp làm lạnh trực tiếp với suất khác nhau, đáp ứng nhu cầu thực tế việc cung cấp nước đá nhanh chóng, liên tục (vì thời gian tạo đá giờ) - Có ý nghĩa kinh tế cao máy móc nhỏ gọn, vốn đầu tư thấp, chiếm chỗ (khơng cần diện tích mặt lớn phương pháp làm lạnh gián tiếp dùng bể nước muối) - Có thể bố trí máy sản xuất nước đá thành cỗ máy độc lập, di chuyển đến nơi khác cần thay đổi địa điểm sản xuất mà không cần đập phá bể đá hay tháo rời máy móc thiết bị phương pháp dùng bể nước muối  Nhược điểm: - Cây đá thường xốp hơn, nhẹ đá có khn, khối lượng riêng đá từ 750-800 kg/m3 - Hình dáng bên ngồi đá khơng phẳng, đá bị rỗng dùng nhiều ống dàn lạnh - Hiệu làm lạnh nước khơng chuyển động - Để tránh đóng băng đáy bể dễ dàng việc tháo đá thường phải làm ấm đáy bể (bằng điện trở) 2.1.2 Sơ đồ ngun lý: Chọn chu trình lạnh có thiết bị hồi nhiệt bình tách lỏng: - Bình tách lỏng đặt sau van tiết lưu vừa bảo đảm lỏng hoàn toàn đưa vào thiết bị bốc (chùm ống dàn lạnh) để phục vụ cho thao tác điều chỉnh mực lỏng tác nhân theo yêu cầu, đồng thời tác nhân tách khỏi lỏng tác nhân đưa máy nén tránh tượng va đập thủy lực cho máy nén nâng cao hiệu suất lạnh, đảm bảo làm việc an toàn cho chùm ống dàn lạnh Bên cạnh đó, bình tách lỏng cịn kiêm nhiệm vụ bình chứa thấp áp, nhằm mục đích thu hồi lỏng mơi chất lạnh cho q trình xả đá - Thiết bị hồi nhiệt đặt sau thiết bị ngưng tụ để tận dụng nguồn lạnh tác nhân khỏi chùm ống dàn lạnh bình tách lỏng, đồng thời làm nhiệt chúng trước hút trở lại máy nén để làm giảm tổn thất tiết lưu, tăng suất lạnh, tăng nhiệt độ nhiệt 2.1.3 Quy trình sản xuất nước đá:  Quá trình tạo đá: - Tác nhân lạnh R22 dạng nhiệt sau thiết bị hồi nhiệt máy nén hút sau nén lên áp suất cao Pk dẫn đến thiết bị ngưng tụ Tại cao áp hóa lỏng thành lỏng cao áp tiếp tục đưa thiết bị hồi nhiệt chất lỏng cao áp làm lạnh để tăng suất lạnh, ngăn bốc - Lỏng lạnh tiết lưu đến áp suất Po dẫn vào thiết bị tách lỏng để cấp lỏng cho chùm ống dàn lạnh đặt bể đá với nhiệt độ bốc tác nhân lạnh -13 oC tạo lớp đá xung quanh ống - Sau đó, tác nhân R22 khỏi chùm ống dàn lạnh đưa trở lại bình tách lỏng, bình hồi nhiệt làm khô thành nhiệt để hút máy nén - Trong trình sản xuất nước đá nước bơm vào bể cố định mức nước bể nhờ ống chảy tràn, không cần làm lạnh nước trước tạo đá khơng dùng khn nên đá xả tan lớp làm lạnh sơ nước  Quá trình xả đá: - Sau trình kết đơng kết thúc bắt đầu xả đá, toàn tác nhân lạnh thiết bị bốc đưa bình chứa thu hồi (trong trường hợp bình tách lỏng kiêm vai trị bình chứa thu hồi) Hơi nóng tác nhân trích sau đầu đẩy đưa vào chùm ống dàn lạnh đốt nóng lò xo điện trở đáy bể để xả đá Cây đá kẹp kéo lên đưa bên bể đá Phương án xả đá chọn phương pháp xả đá nóng tác nhân sau đầu đẩy máy nén 2.2 Tính thời gian tạo đá: 2.2.1 Bố trí chùm ống dàn lạnh Chùm ống gồm 16 ống Ống ngồi: ống thép khơng rỉ Φ22,2 x 1, cao 1,2 m Ống trong: ống thép không rỉ Φ12 x a a 2.2.2 τ= Tính thời gian tạo đá: r r  L r  2   d ln d −  + ln + ÷ ( rd − r1 )  2.(θ o − t2 )  λd r2  2.λd λM r2 α r1   Trong đó: L = 306.103 kJ/m3, ẩn nhiệt đóng bang nước theo thể tích θo = -8 oC nhiệt độ bề mặt nước đá t2 = - 13 oC, nhiệt độ sôi môi chất lạnh R22 rd, bán kính đá tạo thành r1 = 0,0111 m, bán kính ngồi ống r2 = 0,0101 m, bán kính ống λđ = 2,22 W/(m.K), hệ số dẫn nhiệt nước đá λM = 45,35 W/(m.K), hệ số dẫn nhiệt inox α2, hệ số cấp nhiệt phía mơi chất lạnh R22  Xác định α2: α2 xác định từ cơng thức: 0,1 1,16 α  wr ρ   1+ x   ÷ = 3, 79  ÷ α w  qtr   1− x  Trong đó: w - vận tốc Freon lỏng ống, chọn w = 0,09 m/s r – nhiệt ẩn hóa Freon, r = 214815 J/kg ρ – khối lượng riêng Freon lỏng, ρ = 1320 kg/m3 x – độ khô tác nhân lạnh vào ống, x = 0,6 kg/kg qtr – mật độ dòng nhiệt, W/m2 αw – hệ số tỏa nhiệt, W/(m2.K) Chọn qtr theo bảng sau, với w.ρ = 0,09.1320 = 120 kg/m2.: w.ρ (kg/m2.s) R22 60 120 250 400 650 1500 1800 2000 2500 3500  Chọn qtr = 1800 W/m2 10 Chương 8: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ 8.1 Thiết bị hồi nhiệt 8.1.1 Chế độ làm việc: Chọn thiết bị hồi nhiệt dạng ống xoắn nằm ngang, môi chất R22 Qhn = qhn.mtt = (q3’ – q3).mtt = 13.0,28 = 3,64 kW Các số liệu: Nhiệt độ Freon vào bình hồi nhiệt: t1 = to = - 13oC Nhiệt độ Freon lỏng vào bình hồi nhiệt: tw1 = tk = 41oC Nhiệt độ Freon khỏi bình hồi nhiệt: t2 = t1 = 10oC Nhiệt độ Freon lỏng khỏi bình hồi nhiệt: tw2 = t3 = 30 oC Độ khô vào thiết bị hồi nhiệt: x = Entanpi Freon lỏng bão hòa to (Po): i’ = 537 kJ/kg Entanpi Freon bão hịa khơ to (Po): i’’ = 705 kJ/kg Entanpi nhiệt khỏi bình hồi nhiệt: i2 = 718 kJ/kg Entanpi Freon lỏng vào bình hồi nhiệt: iw1 = 550 kJ/kg  Phụ tải nhiệt riêng bình hồi nhiệt: qHN = 13 kJ/kg  Nhiệt độ trung bình Freon lỏng bình hồi nhiệt: tw = tw1 + tw 41 + 30 = = 35,5 2 o C Tra được: ρ1 = 1167,2 kg/m3; λ1 = 0,082 W/(m.K); v1 = 0,196.10-6 m2/s; Pr = 3,57  Nhiệt độ trung bình nhiệt: ttb = t1 + t2 −13 + 10 = = 1,5 2 o C Tra được: ρ = 22,38 kg/m ; λ = 0,00925 W/(m.K); v = 0,542.10-6 m2/s; Pr = 0,72 8.1.2 Kích thước chủ yếu thiết bị hồi nhiệt: 27 Ống xoắn ống trơn đồng có dtr = 0,01 m; dng = 0,012 m Đường kính thân bình D2 = 0,127 m; đường kính lõi D1 = 0,1 m Một cuộn ống xoắn cách thân bình vỏ lõi ngồi 1,5 mm, vịng trịn ống xoắn cách mm  Lưu lượng R22 qua bình hồi nhiệt: G = 0,28 kg/s  Thể tích q nhiệt qua bình hồi nhiệt: Vh = G 0, 28 = = 0, 013 ρ 22,38 m3/s  Diện tích hình vành khăn bình hồi nhiệt: FHN = π 3,14 ( D2 − D12 ) = (0,127 − 0,12 ) = 0, 0048 4 m2  Diện tích chốn chỗ cuộn ống xoắn: Fx = π π (0,127 − 0, 003) − (0,1 + 0, 003)  = (0,124 − 0,1032 ) = 3, 74.10−3   4 m2  Diện tích cho nhiệt qua: Fh = FHN – Fx = 1,06.10-3 m2  Vận tốc nhiệt qua tiết diện hẹp: ω= Vh 0, 013 = = 12, 26 Fh 1, 06.10−3 m/s  Trị số Reh hơi: Re h = ω.d ng 12, 26.0,012 = = 271439 υh 0,542.10−6  Chế độ chảy độ: Nu = C.Rem.Prhn.εz Do bố trí ống song song nên: C = 0,27; m = 0,63; n = 0,36; εz = 0,95 Nu = 0,27 2714390,63.0,720,36.0,95 = 603,866  Hệ số tỏa nhiệt phía nhiệt: αh = Nu.λh 603,866.0,00925 = = 465, 48 d ng 0, 012 W/(m2.K) 28  Lưu lượng thể tích lỏng lạnh chuyển động ống: Vl = m 0, 289 = = 2, 476.10−4 ρl 1167, m3/s  Vận tốc freon lỏng ống: ωl = 4Vl 4.2, 476.10 −4 = = 1,577 n.π d tr 2.3,14.0, 012 m/s với n = số ống xoắn làm việc song song  Trị số Re: Re = ωl d tr 1, 577.0, 01 = = 80459 υ 0,196.10−6  Chế độ chảy độ  Trị số Nu: Nu = 0,27 804590,63.3,570,36.0,95 = 500  Hệ số tỏa nhiệt phía Freon lỏng lạnh chưa hiệu chỉnh: α 'w = Nu.λ 500.0, 082 = = 4100 d tr 0, 01 W/(m2.K)  Do chuyển động ống xoắn, hệ số tỏa nhiệt thực có hiệu chỉnh sau:  d  α w = α 'w ε x = α 'w 1 + 1, 77 tr ÷ Rtb   Trong đó: Rtb : bán kính uốn cong trung bình cuộn ống xoắn Rtb = (0,124 + 0,103)/4 = 0,057 0, 01   α w = 4100 1 + 1, 77 = 4948, 77 0, 057 ÷   W/(m2.K)  Hệ số truyền nhiệt quy đổi theo bề mặt ngoài: K ng = 1 d ng δ v + + α w dtr λv α h = 1 0, 012 0, 001 + + 4948, 77 0, 01 383,8 465, 48 = 417,81 W/(m2.K) Với δ = 0,001 m; λ = 383,8 W/(m2.K) chiều dày hệ số dẫn nhiệt vách ống đồng 29  Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit: θm = ( tw − t1 ) − ( tw − t2 ) = ( 30 + 13) − ( 30 − 10 ) t −t ln w tw − t2 30 + 13 ln 30 − 10 = 30, 05 K = 30,05 oC  Diện tích truyền nhiệt bình hồi nhiệt: Fng = QHN 3, 757.103 = = 0,3 K ng θ m 417,81.30, 05 m2  Tổng chiều dài ống đồng: L= Fng π d ng = 0,3 = 7,96 3,14.0, 012 m 8.2 Tháp giải nhiệt 8.2.1 Kết cấu, yêu cầu tháp giải nhiệt  Nhiệm vụ - Nhiệm vụ tháp giải nhiệt thải tồn lượng nhiệt mơi chất lạnh ngưng tụ tỏa - Lượng nhiệt thải ngồi mơi trường nhờ chất tải nhiệt trung gian nước Nhờ quạt gió dàn phun mưa, nước bay phần giảm nhiệt độ xuống tới mức yêu cầu để bơm trở lại bình ngưng nhận nhiệt ngưng tụ  Nguyên tắc làm việc - Nước nóng từ thiết bị ngưng tụ phun lên khối đệm Nhờ khối đệm nước chảy theo hình zig zag với thời gian lưu lại lâu khối đệm Khơng khí hút từ lên nhờ quạt Cũng nhờ khối đệm, diện tích tiếp xúc nước khơng khí tăng lên nhiều lần nhờ q trình trao đổi nhiệt tăng cường Nước bay vào khơng khí Q trình bay nước vào khơng khí gắn liền q trình thu nhiệt mơi trường, nhiệt độ nước giảm xuống Ngồi nhiệt ẩn nước mang đi, có dịng nhiệt trao đổi khơng khí nước Dịng nhiệt mạnh hay yếu tùy thuộc vào trạng thái khơng khí vào tháp trạng thái nước phun - Quá trình trao đổi nhiệt diễn mạnh, hiệu trao đổi nhiệt lớn, suất giải nhiệt tháp tăng khi: • Độ ẩm nhiệt độ khơng khí vào tháp thấp • Tốc độ khơng khí cao 30 • Bề mặt trao đổi nhiệt nước không khí lớn 8.2.2 Các chi tiết tháp giải nhiệt  Khối đệm - Quá trình bay nước thực khối đệm Nước chảy xuống theo bề mặt khối đệm cịn khơng khí ngược từ lên - Khối đệm cần thỏa mãn u cầu sau: • Tạo bề mặt dính ướt lớn, tiếp xúc với khơng khí chuyển động ngược chiều • Cần có khả giữ nước lưu lại lâu khối đệm có khả giảm chiều cao cần thiết tháp • Diện tích tiếp xúc với khơng khí lớn tổn thất áp suất khơng khí qua khối đệm phải nhỏ Các dầm đỡ nhỏ, thuận lợi cho q trình làm việc tháp • Dịng khí lần cần phải dòng chảy để tăng khả trao đổi nhiệt • Chiều dày màng nước chảy bề mặt phải mỏng để đỡ chắn lối lên khí • Cần phải phân phối nước tưới khối đệm toàn tiết diện ngang tháp Nếu nước chảy chỗ tưới dày, chỗ tưới mỏng sẻ giảm hiệu • Cần tránh tượng nước bị theo khơng khí ngồi  Quạt gió - Trong tháp giải nhiệt thông dụng, người ta sử dụng quạt hướng tâm kiểu hút đặt đỉnh tháp - Các quạt thường chế tạo vật liệu nhẹ polyester gia cường sợi thủy tinh với mục đích: - Đạt lưu lượng gió lớn với công suất động nhỏ - Quạt chạy êm khơng gây tiếng ồn - Quạt thường có bồn cánh nhựa rời gắn rời nối vào trục động ổ cố định cánh vào động Các cánh điều chỉnh tốc độ lưu lượng gió Tuy nhiên, đơng quạt cố định công suất nên tùy tiện điều chỉnh phạm vi cho phép làm cho động làm việc tải dẫn đến gãy cánh Các quạt có đường kính 1,2 m trở lên chế tạo hợp kim nhôm  Bộ phận phân phối nước 31 - Việc phân phối nước cho vị trí tồn khối đệm quan trọng, định hiệu giải nhiệt tháp Có nhiều kiểu phân phối nước Đối với tháp hình trụ ta sử dụng dàn phun quay - Ưu điểm dàn phun quay: • Nước phân phối với độ đồng cao • Áp suất nước phun khơng lớn nên tiết kiệm cơng suất bơm • Vệt nước chảy từ lỗ dàn có kích thước lớn nên khơng bị gió theo khơng cần bố trí chắn nước  Vỏ tháp - Với cách bố trí quạt đỉnh tháp sử dụng dàn phun quay nên hầu hết tháp giải nhiệt có dạng hình trụ đứng - Vỏ tháp giải nhiệt cần có u cầu sau: • • • • • 8.2.3 Kết cấu tháp phải có tính khí động cao: Gió phải phân phối toàn tiết diện ngang tháp, tổn thất áp suất nhỏ… Khối lượng vỏ tháp phải đạt tối thiểu với điều kiện vỏ đủ cứng vững Vỏ phải chịu thời tiết, phải làm việc trời mà không bị han gỉ, hư hỏng Công việc lắp đặt vỏ chi tiết phải nhanh chóng dễ dàng Giá thành thấp Tính chọn tháp giải nhiệt Lượng nước bay vào khơng khí để thải nhiệt cho nước nhờ ẩn nhiệt hóa Nhiệt ẩn hóa nước áp suất thường r = 2258 kJ/kg Giả thiết toàn nhiệt thải tháp thải theo đường bay (nhiệt ẩn 100%, nhiệt 0%) lượng nước bay xác định theo phương trình cân nhiệt sau: Qk = C.ρ V (t w − t w1 ) Trong đó: Qk = 59,36 kW – Nhiệt lượng thải bình ngưng tụ, kW tw1 = 34oC - Nhiệt độ nước vào bình ngưng tụ (nhiệt độ nước tháp giải nhiệt) tw2 = 39oC - Nhiệt độ nước khỏi bình ngưng tụ (nhiệt độ nước vào tháp giải nhiệt) ρ = 1000 kg/m3 – Khối lượng riêng nước V – Lưu lượng nước tuần hoàn, m3/s 32 V= Qk 59,36 = = 2,84.10 −3 C.ρ (t w − tw1 ) 4,184.1000.(39 − 34) m3/s Ta có: Qk = 59,36 kW = 14,18 kcal/s = 51052 kcal/h = 51052/3024 = 16,88 tôn Ta chọn tháp giải nhiệt Rinki kiểu FRK20 với thơng số sau: Kí hiệu FRK20 Lưu lượng nước định mức, l/s 4,4 Đường kính tháp D, mm 1170 Chiều cao tháp H, mm 1845 Đường kính đường nước vào, mm 50 Đường kình đường nước ra, mm 50 Đường kính ống chảy tràn, mm 25 Đường kính ống đường xả, mm 25 Đường kính ống van phao, mm 15 Lưu lượng quạt gió, m3/ph 170 Đường kính cánh quạt, mm 760 Cơng suất motor quạt, kW 0,37 Khối lượng tháp (khô), kg 58 Khối lượng tháp (ướt), kg 185 Độ ồn, dBA 54 8.2.4 Tính lượng nước cần bổ sung cho tháp giải nhiệt Khi vận hành tháp nước bị tổn thất nước hóa hơi, nước bị theo gió, xả nước định kỳ Do ta cần bổ sung nước vào tháp giải nhiệt  Lưu lượng nước hóa mwh = Qk 59,36 = = 0, 026 r 2258 kg/s  Lượng nước bị theo gió Do quạt với tốc độ khơng khí lớn nên bụi nước nhỏ theo Lượng nước theo nằm khoảng 0,2 ÷ 0,3% lượng nước tuần hồn qua tháp giải nhiệt Chọn lượng nước theo 0,2% lượng nước tuần hoàn 33 mwc = 0, 002.mw mw =  Qk 59,36 = = 2,84 C.(tw − tw1 ) 4,184.(39 − 34) mwc = 0, 002.2,84 = 5, 67.10−3 kg/s kg/s  Lượng nước xả định kỳ Khi vận hành tháp thời gian dài, lượng nước bay nên nồng độ tạp chất bụi, cặn bẩn, độ cứng, pH…tăng cao vượt mức chuẩn cho phép Để bảo vệ bình ngưng khơng bị đóng cặn xâm thực, ăn mòn người ta phải xử lý nước bổ sung xả phần nước tuần hoàn để thay nước Lượng nước xả định kỳ chiếm 0,3% lượng nước tuần hoàn Vậy lượng nước cần bổ sung: mwx = 0, 003.2,84 = 8,52.10−3 kg/s mwbs = mwh + mwc + mwx = 0, 026 + 5, 67.10 −3 + 8,52.10 −3 = 0, 04 8.3 kg/s Đường ống Yêu cầu việc tính toán lựa chọn đường ống đủ độ bền cần thiết tiết diện ống phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật kinh tế Chọn vật liệu đường ống hệ thống thép Việc kiểm tra bền khơng cần thiết Thường ống chịu áp lực đến 3Mpa Ta cần chọn đường kính của: Ống hút máy nén Ống đẩy máy nén Đường dẫn lỏng máy lạnh Ta tính tốn đường kính ống dẫn theo biểu thức: d= 4.m ρ π ϖ (m) Trong đó: d: đường kính ống dẫn, mm m: lưu lượng, kg/s 34 ρ: khối lượng riêng mơi chất, kg/m3 ω: tốc độ dịng chảy ống, m/s Thông số môi chất chảy ống Loại ống Ống hút Ống đẩy m, kg/s Ống dẫn lỏng 0,28 ρ, kg/m3 11,765 45,455 594,95 ω, m/s 12 11 0,7 d, mm 50 27,135 29,732 Chọn đường kính ống dẫn thép theo tiêu chuẩn Nga Đường kính ống dẫn mơi chất lạnh Loại ống Đường kính danh nghĩa Dv, mm Đường kính ngồi Da, mm Đường kính Di, mm Chiều dày vách ống, mm Tiết diện ống, mm2 Khối lượng 1m ống, kg Ống hút 50 60 53 3,5 2210 4880 Ống đẩy 25 32 27,5 2,25 5950 1,65 Ống dẫn 32 38 33,5 2,25 8,8 1,98 8.4 Bình tách lỏng kiêm bình chứa hạ áp Nhiệm vụ: tách lỏng khỏi dòng máy nén, đảm bảo máy nén hút không hút lỏng gây va đập thủy lực, dẫn đến hư hỏng máy nén Đồng thời, kiêm nhiệm vụ bình chứa hạ áp, đảm bảo lượng môi chất lạnh phân phối vào dàn lạnh Bên cạnh đó, bình chứa hạ áp sử dụng để xả tạm thời chất lỏng khỏi dàn lạnh trực tiếp trước xả đá nóng Cấu tạo: bình hình trụ thép, bố trí đường hút máy nén, dàn lạnh máy nén Vị trí: Bình tách lỏng đặt cao dàn bay hơi, bọc cách nhiệt nhằm giàm tổn thất nhiệt tránh tượng đọng sương Nguyên lý hoạt động: giảm vận tốc đột ngột (từ 15 m/s xuống 0,5 m/s), giọt dầu lỏng bị tách khỏi dịng Dịng khỏi bình hồn tồn khơ 35 Áp suất tối đa cho phép bình 1,5 Mpa Ta chọn bình tách lỏng kiêm bình chứa hạ áp dựa vào thể tích bình Thể tích bình chứa hạ áp tính theo công thức sau: V = 0,375.Vl với Vl thể tích chứa dàn lạnh trực tiếp π Vl = Vvành khăn.16.20 = Dtr − d ng 0, 02122 − 0, 0122 h = 3,14 .0,9 16.20 = 0,074 m3  V = 0,375.0,074 = 0,028 m3 Thơng số kỹ thuật bình tách lỏng kiêm bình chứa hạ áp Thể tích, Các kích thước, mm Trọng lượng, m3 H B d kg 1,68 8.5 D 800 3880 1116 150 785 Bình tách dầu Nhiệm vụ: máy nén hoạt động cần có dầu bơi trơn cho pittong Do đó, máy nén hoạt động, nén mơi chất lạnh R22 ln có phần dầu hịa lẫn vào môi chất lạnh Dầu theo môi chất lạnh, không tách vào thiết bị ngưng tụ bám lên thành ống trao đổi nhiệt, hạn chế trình trao đổi nhiệt thiết bị Bình tách dầu có nhiệm vụ tách dầu theo máy nén, không cho dầu vào dàn ngưng mà dẫn dầu quay trở lại máy nén Cấu tạo vị trí: ống thép đặt đứng, có ống xoắn kiểu zyclon phía Bình tách dầu đặt đường đẩy máy nén trước thiết bị ngưng tụ sau máy nén Ngun tắc hoạt động: dịng mơi chất lạnh có lẫn dầu vào bình, vận tốc dòng bị giảm đột ngột ( từ 20 m/s xuống 0,7 m/s), mặt khác dòng bị thay đổi hướng đột ngột, giọt dầu lẫn dịng mơi chất lạnh bị tách khỏi dòng rơi xuống đáy bình  Chọn bình tách dầu sản xuất Nga có kí hiệu 65-MO 8.6 Bơm: Năng suất bơm nước làm mát cho thiết bị ngưng tụ: V= Qk 59,36 = = 2,84.10 −3 C.ρ (t w − t w1 ) 4,184.1000.(39 − 34) m3/s = 10,224 m3/h = 1,34 Hp Chọn bơm ly tâm 1,5K – chế tạo Nga với thông số làm việc sau: 36 Ký hiệu 1,5K-6 Đường kính bánh cơng tác, mm Năng suất, m3/h Cột áp H, Hiệu suất, bar % 128 10,8 1,74 55 Công suất trục N, kW 37 TÍNH SƠ BỘ GIÁ THÀNH THIẾT BỊ Đơn giá (đồng) Số lượng Thành tiền (đồng) Vật liệu cách nhiệt 3.000.000/m3 2,1 6.300.000 Vật liệu cách ẩm 3.000.000/m3 0,03 90.000 Gỗ 3.000.000/m3 0.2 600.000 Máy nén 1.500.000 1.500.000 Thiết bị ngưng tụ 20.000.000 20.000.000 Tháp giải nhiệt 17.000.000 17.000.000 Bơm 700.000 1,5 1.050.000 Bình tách lỏng 700.000 700.000 Bình tách dầu 800.000 800.000 Thiết bị hồi nhiệt 17.000.000 17.000.000 Van tiết lưu nhiệt 400.000 400.000 Van điện từ 200.000 600.000 Van khóa 30.000 28 840.000 Van ba ngã 70.000 70.000 Van chiều 100.000 100.000 Van an toàn 100.000 300.000 Rơle 200.000 800.000 Phin sấy lọc 120.000 120.000 Áp kế 200.000 800.000 30.000/m (Φ < 30) 772,8 23.184.000 50.000/m (30< Φ < 50) 150.000 100.000/m (Φ < 50) 30,3 3.030.000 Ống inox 38 Vậy chi phí vật liệu = 95,4 triệu Chi phí phụ khác =10% chi phí vật liệu= 9,54triệu Tổng chi phí vật liệu = 95,4 triệu + 9,54 triệu = 104,94 triệu Chi phí chế tạo lắp đặt với tổng chi phí vật liệu = 104,94 triệu → Tổng chi phí = 209,88 triệu 39 KẾT LUẬN Phương pháp sản xuất nước đá không dùng khuôn phương pháp với nhiều ưu điểm, nhược điểm sau:  Ưu điểm: - Có thể đưa kiểu máy sản xuất nước đá theo phương pháp làm lạnh trực tiếp với suất khác nhau, đáp ứng nhu cầu thực tế việc cung cấp nước đá nhanh chóng, liên tục (vì thời gian tạo đá giờ) - Có ý nghĩa kinh tế cao máy móc nhỏ gọn, vốn đầu tư thấp, chiếm chỗ (khơng cần diện tích mặt q lớn phương pháp làm lạnh gián tiếp dùng bể nước muối) - Có thể bố trí máy sản xuất nước đá thành cỗ máy độc lập, di chuyển đến nơi khác cần thay đổi địa điểm sản xuất mà không cần đập phá bể đá hay tháo rời máy móc thiết bị phương pháp dùng bể nước muối  Nhược điểm: - Cây đá thường xốp hơn, nhẹ đá có khn, khối lượng riêng đá từ 750-800 kg/m3 - Hình dáng bên ngồi đá khơng phẳng, đá bị rỗng dùng nhiều ống dàn lạnh - Hiệu làm lạnh nước khơng chuyển động - Để tránh đóng băng đáy bể thường phải làm ấm đáy bể (bằng điện trở) Phương pháp sản xuất nước đá không dùng khuôn ứng dụng nhiều xưởng chế biến làm lạnh, trữ lạnh cho vận chuyển, bảo quản nông thủy sản, thực phẩm 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đức Lợi – Bài tập tính toán kỹ thuật lạnh – NXB Bách Khoa Hà Nội [2] Nguyễn Đức Lợi (2002) – Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội [3] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy (2002) – Kỹ thuật lạnh sở - NXB Giáo Dục [4] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy (2002) – Kỹ thuật lạnh ứng dụng - NXB Giáo Dục [5] Các tác giả (1992) – Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, tập 1,2 – NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội [6] Phạm Văn Bôn (chủ biên), Nguyễn Đình Thọ (2002) – Quá trình thiết bị Cơng nghệ hóa học, tập 5, NXB Đại Học Bách Khoa TPHCM [7] Trần Đức Ba, Nguyễn Tấn Dũng (đồng chủ biên) - Các trình, thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, Cơng nghệ lạnh, tập - Nhà xuất đại học quốc gia TPHCM [8] Trần Đức Ba, Trần Văn Thống, Nguyễn Thành Tài, Trần Thu Hà – Công nghệ lạnh nhiệt đới – NXB Đại Học Quốc Gia TPHCM [9] Trần Thanh Kỳ (1994) – Máy lạnh – Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM [10] Nguyễn Đức Lợi – Phạm Văn Tùy (1997) – Máy thiết bị lạnh – Nhà xuất Giáo dục 41 ... sở sản xuất máy đá, tủ đá nhỏ chuyên dùng Chương 2: SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.1 Lựa chọn quy trình cơng nghệ: Sản xuất nước đá phương pháp Grasso (phương pháp sản xuất nước đá không dùng khuôn) ... tiếp dùng bể nước muối) - Có thể bố trí máy sản xuất nước đá thành cỗ máy độc lập, di chuyển đến nơi khác cần thay đổi địa điểm sản xuất mà không cần đập phá bể đá hay tháo rời máy móc thiết. .. phí = 209,88 triệu 39 KẾT LUẬN Phương pháp sản xuất nước đá không dùng khuôn phương pháp với nhiều ưu điểm, nhược điểm sau:  Ưu điểm: - Có thể đưa kiểu máy sản xuất nước đá theo phương pháp làm