quá trình sản xuất nước đá

Ngành lạnh bắt đầu phát mạnh trên thế giới từ cuối thế kỷ XIX, nhất là sau năm 1873 khi ông Charles Telliers, nhà bác học pháp trình bày ở Viện Hàn Lâm Khoa Học Paris luận văn về dùng lạnh để bảo quản thịt. Công trình của ông có công lao lớn về giá trị khoa học kỹ thuật và còn ý nghĩa về kinh tế, ngoài ra đặc biệt có tác động đến sự phát triển ngành cơ khí lạnh. Chính vì vậy mà chỉ sau một năm (1874) kỷ sư Đức Linđe đã chế tạo được bộ máy nén lạnh đầu tiên tương đối hoàn chỉnh, và sau chưa đầy 100 năm kỹ thuật lạnh đã xâm nhập và phục vụ tốt hơn 60 ngành khác nhau.

Ngày nay nhiều nước trên thế giới đã phát triển rất mạnh về máy lạnh như : Nga, Đức, Pháp, Mỹ, Nhật, Hà Lan v.v..đã có vài chục kiểu máy lạnh khác nhau về nguyên lý làm việc như máy nén lạnh, máy lạnh hấp phụ, máy lạnh kiểu ejecto, máy lạnh hiệu ứng xoáy, máy lạnh bán dẫn, v.v.., và có rất nhiều kiểu máy nén lạnh như máy nén 1 piston, máy nén 2, 4, 6, …piston máy nén hẳng đứng, máy nén nằm ngang nằm ngang, máy nén chữ V, chữ W, máy nén hình sao, máy nén hai cấp, máy nén dạng trục vít, máy nén ly tâm, máy nén kín, v.v..

Ở Việt Nam, dù phải trải qua hàng trăm năm chiến tranh, nhưng Nhà nước đã có những chú ý đúng mức, nên nền công nghiệp lạnh ngày càng phát triển. Hiện nay cả nước có trên 600 cơ sở máy lạnh công nghiệp lớn nhỏ và đạt trên 600 triệu Kcal/h. Với điều kiện nhiệt đới của nước ta , kỷ thuật lạnh được phát triển mạnh, chỉ sau năm 1977-1978, riêng miền nam đã hoàn thành xây lắp 13 cơ sở đông lạnh thủy sản xuất khẩu và cơ sở đông lạnh rau quả với qui mô lớn (10.000 tấn sản phẩm lạnh/năm). Trong tương lai không xa, nhất định ngành công nghiệp lạnh sẽ được áp dụng rộng rãi vào các lĩnh vực công, nông, thương nghiệp, y tế và đời sống nước ta, nhằm phục vụ một cách có hiệu quả sự nghiệp phát triển kinh tế, công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước.

1.2.1. Ứng dụng lạnh trong bảo quản thực phẫm.

Lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của kĩ thuật lạnh là bảo quản thực phẩm. Theo một số thống kê thì khoảng 80% công suất lạnh được sử dụng trong công nghiệp bảo quản thực phẩm. Thực phẩm như các loại rau, quả, thịt, cá, sữa… là những thức ăn dễ bị ôi thiu do vi khuẩn gây ra. Nước ta là một nước nhiệt đới gió có thời tiết nóng và ẩm nên quá trình ôi thiu thực phẩm xảy ra nhanh, muốn làm ngừng trệ hoặc làm chậm quá trình ôi thiu, phương pháp hiệu quả và kinh tế nhất là bảo quản lạnh.

1.2.2. Sấy thăng hoa.

Vật sấy được làm lạnh đông xuống 200C và được sấy bằng cấy hút chân không nên sấy thăng hoa là phương pháp sấy hiện đại hầu như không làm giảm chất lượng của vật liệu sấy. Nước được rút ra gần như hoàn toàn và sản phẩm trở thành dạng bột, nảo quả và vận chuyển dể dàng. Và chỉ được ứng dụng cho các dược liệu từ hoa, cây, quả,...những sản phẩm y dược dể biến đổi chất lượng do tác động của nhiệt độ như máu, các loại thuốc tiêm,v.v..

1.2.3. Ứng dụng trong công nghiệp hóa.

Những ứng dụng quan trọng nhất trong công nghiệp hóa chất là sự hóa lỏng khí bao gồm hóa lỏng các chất khí là sản phẩm của công nghiệp hóa học như clo, amoniac, cacbonic, sunfuro, clohydric, các loại khí đốt, các loại khí sinh học…

Hóa lỏng và tách khí từ các thành phần của không khí là ngành công nghiệp có ý nghĩa rất to lớn đối với ngành luyện kim, chế tạo máy và các ngành kinh tế khác kể cả y học và sinh học. Oxy và nito được sử dụng ở nhiều lĩnh vực khác nhau như hàn, cắt kim loại, sản xuất phân đạm, làm chất tải lạnh… Các loại khí trơ như heli và agon…được sử dụng trong nghiên cứu vật lí, trong công nghiệp hóa chất và sản xuất bóng đèn.

Cao su và các loại chất dẻo khi hạ nhiệt độ xuống đủ thấp chúng sẽ trở nên giòn và dễ vỡ như thủy tinh. Nhờ đặc tính này người ta có thể chế tạo bột cao su mịn. Khi hòa trộn với bột sắt để tạo cao su từ tính hoặc hòa trộn với phụ gia nào dó, có thể đạt được độ đồng đều rất cao.

Các phản ứng hóa học trong công nghiệp hóa học cũng phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Nhờ có kĩ thuật lạnh người ta có thể chủ động điều khiển được tốc độ các phản ứng hóa học.

1.2.4. Ứng dụng lạnh trong điều tiết không khí.

Một lĩnh vực ứng dụng quan trọng của kĩ thuật lạnh là điều tiết không khí.

Ngày nay người ta không thể tách rời kĩ thuật điều tiết không khí với các ngành như cơ khí chính xác, kĩ thuật điện tử và vi điện tử, kĩ thuật phim ảnh, máy tính điện tử, kĩ thuật quang học…

Để đảm bảo chất lượng cao của các sản phẩm, để đảm bảo các máy móc, thiết bị làm việc bình thường cần có những yêu cầu nghiêm ngặt về các điều kiện và thông số của không khí như: thành phần, độ ẩm, nhiệt độ độ chứa bụi và các loại hóa chất độc hại… Kĩ thuật lạnh và đặc biệt là bơm nhiệt có thể giúp ta khống chế các yêu cầu đó.

1.2.5. Siêu dẫn.

Một ứng dụng quan trọng của kĩ thuật lạnh là ứng dụng hiện tượng siêu dẫn để tạo ra các nam châm cực mạnh trong các máy gia tốc ở các nhà máy điện nguyên tử, nhiệt hạch, trong các phòng thí nghiệm nguyên tử, các đệm từ cho các tàu hỏa cao tốc.

Những thành tựu vừa qua đã làm cho những ước mơ về các đường dâytải điện không hao hụt điện năng, các nam châm cực mạnh, các tàu hỏa cao tốc trên đệm từ sắp trở thành hiện thực.

1.2.6. Sinh học cryô

Kĩ thuật lạnh, ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nông, lâm nghiệp, sinh học, vi sinh…Kĩ thuật lạnh thâm độ, còn gọi là kĩ thuật cryo C đã hỗ trợ đắc lực cho việc lai tạo giống, bảo quản tinh đông, gây đột biến hoặc các quá trình xử lí trong công nghệ sinh học.

Nhờ kĩ thuật cryô mà một con bò đực có thể phối giống cho hàng vạn bò cái, ngày cả sau khi bò đực đã chết hàng chục năm.

Ở Mĩ hiện nay có khoảng hai chục bệnh nhân được ướp “sống’, ở nhiệt độ rất thấp. Họ bị các loại bệnh y học hiện nay chưa chữa được. Người ta sẽ làm cho họ sống lại khi tìm được liệu pháp điều trị thích hớp. Nếu thành công con người có thể ngừng cuộc sống một thời gian nhất định.

Thực tế, sinh học cryô ngay nay đã trở thành một môn khoa học đầy hấp dẫn và lí thú.

1.2.7. Ứng dụng trong kĩ thuật đo và tự động.

Áp suất bay hơi của một chất lỏng luôn luôn phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi áp suất tăng, nhiệt độ tăng và khi áp suất giảm nhiệt độ giảm.

Hiệu ứng nhiệt điện nói lên sự liên quan giữa nhiệt độ và cường độ dòng điện của hai dây dẫn khác tính. Khi cho một dòng điện chạy qua một dây dẫn hồm hai dây khác tính (cặp nhiệt điện) một đầu nối sẽ lên đầu và đầu kia lạnh đi.

Ứng dụng những quan hệ trên người ta có thể tạo ra các dụng cụ đo đạc nhiệt độ, áp suất hoặc dụng cụ tự động điều chỉnh, bảo vệ trong kĩ thuật đo và tự động.

1.2.8. Ứng dụng trong thể dục thể thao.

Trong thể dục, thể thao hiện đại, nhờ có kĩ thuật lạnh người ta có thể tạo ra các sân trượt băng, các đường đua trượt băng và trượt tuyết nhân tạo cho các vận động viên luyện tập hoặc cho các thể dục thể thao ngay cả khi nhiệt độ không khí còn rất ca. Trong một cung thể thao, người ta có thể sử dụng máy lạnh giải quyết hai nhu cầu đồng thời về nóng và lạnh.

1.2.9. Một số ứng dụng khác.

Trong ngành hàng không và du hành vũ trụ, máy bay hoặc tàu vũ trụ đã làm việc trong rất nhiều điều kiện khác nhau. Nhiệt độ bên ngoài có lúc tăng lên hàng ngàn độ nhưng có lúc hạ xuống 1000C. Kĩ thuật lạnh khi đó giúp các nhà khoa học kiểm tra xem máy bay hoặc con tàu vũ trụ có làm việc được trong các điềukiện tương tự.

Nhờ có kĩ thuật lạnh người ta mới có thể điều tiết được không khí trong hầm lò bảo đảm điều kiện làm việc của công nhân. Đối với lò xây dựng ở các vùng đầm lầy, nhờ có kĩ thuật lạnh làm đông cứng đẫm ướt, mới có thể xây dựng được hầm lò.

Các công trình ngần quân sự hoặc dân sự cũng có sự hỗ trợ của kĩ thuật lạnh để đảm bao nhiêu độ, độ ẩm và thành phần không khí như các hầm ngầm, các đường tàu điện ngầm v.v..

Chất tải lạnh là môi chất trung gian truyền tải lạnh từ thiết bị bay hơi đến đối tượng cần làm lạnh, như vậy trong các hệ thống có chất tải lạnh, môi chất lạnh không trực tiếp làm lạnh đối tượng mà đầu tiên là làm lạnh chất tải lạnh , sau đó chất tải lạnh sẽ làm lạnh đối tượng cần làm lạnh. Chất tải lạnh thông thường là nước, không khí, một số muối.

Chất tải lạnh được sử dụng vì môi chất lạnh rất khó làm lạnh cây đá một cách trực tiếp và môi chất độc hại, không thể sử dụng làm lạnh trực tiếp đối tượng. Ví dụ như làm lạnh và bảo quản thực phẩm thì không sử dụng amoniac để làm lạnh trực tiếp được

2.1.1. Yêu cầu của chất tải lạnh
2.1.2. Một số loại chât tải lạnh.
Nước
Nước là chất có nhiều trong tự nhiên và dễ kiếm. Nước là chất rất oan toàn và ít ăn mòn các kim loại chế tạo máy. Vì vậy, nước được sử dụng khá rộng rãi để làm chất tải lạnh. Một trong những ứng dụng phổ biến của nước hiện nay là sử dụng trong các hệ thống điều hòa làm lạnh bằng nước. Trong nhà máy bía, nước vừa làm chất tải lạnh, vừa làm chất trữ lạnh nhằm hạ nhanh nhiệt độ dung dịch sau nhà nấu trước khi vào các thùng lên men.
Không khí
Nhiệt độ hóa lỏng rất thấp, ở áp suất khí quyển khoảng – 2000C, nhiệt dung riêng đẳng áp nhỏ (100,7kJ/Kg.K) nên lưu chất tuần hoàn lớn.
Độ nhớt bé, tổn thất thủy lực nhỏ. Không làm hỏng các sản phẩm cầm làm lạnh.
Trong rất nhiều hệ thống lạnh, không khí được coi là chất tải lạnh mà không phải đối tượng cần làm lạnh. Không khí thỏa mãn nhiều yêu cầu cần đặt ra cho một chất tải lạnh. Tuy nhiên so với nước, không khí có tính chất truyền nhiệt và tích trữ nhiệt kém. Nó có hệ số dẫn nhiệt, tỏa nhiệt
Dung dịch muối NaCl
Dung dịch muối ăn NaCl được sử dụng rất nhiều trong hệ thống lạnh máy đá cây và trong các hệ thống bảo quản lên men bia trước đây. Do nước muối ít bay hơi nên hệ thống nước muối có thể dùng hở. Đây là điều rất thuận lợi.
Nước có các thuộc tính tốt nhưng do đông đặc ở 0oC nên trong các hệ thống lạnh đòi hỏi nhiệt độ thấp không thể sử dụng được. Do vậy người ta không dùng nước mà dùng nước muối.
Nhiệt độ đông đặc của muối ăn phụ thuộc vào nồng độ của nó. Khi nồng độ khối lượng đạt 23,1% thì nhiệt độ đông đặc của nó đạt thấp nhât -21,2oC.
Nhược điểm quan trọng của dung dịch nước muối là tính ăn mòn cao gây han gỉ các thiết bị. Để hạn chế ăn mòn người ta thêm các chất phụ gia chống ăn mòn như cromat và photphat, đưa giá trị PH về trung tính.
Dung dịch muối CaCl2
Nhiệt độ đóng băng phụ thuộc vào nồng độ muối trong dung dịch, Nhiệt độ đóng băng thấp nhất là – 550C, tương ứng nồng độ dung dịch khoảng 30%. Nhiệt dung riêng lớn, độ nhớt vừa phải, không làm hỏng các sản phẩm cần làm lạnh có tác dụng hóa học, ăn mòn kim loại hệ thống vận chuyển nước muối.
Muối CaCl2 có nhược điểm là khó kiếm hơn NaCl và có tính ăn mòn cao như NaCl.
Các hợp chất hữu cơ
Các chất hữu cơ cũng được sử dụng khá rộng rãi để làm chất tải lạnh.Các chất hữu cơ có ưu điểm là nhiệt độ đông đặc rất thấp khi hòa trộn với nước. Nhưng chúng có nhược điểm là dễ cháy, nổ và dễ bay hơi. Các chất hữu cơ thường được sử dụng là: glycol, metanol, etanol…
Dựa vào yêu cầu và đặc điểm của một số chất tải lạnh thì hệ thống sản xuât nước đá cây của đồ án sử dụng chất tải lạnh là NaCl.
Bền vững trong phạm vi nhiệt độ và áp suất làm việc
Phải trơ, không ăn mòn các vật liệu chế tạo thiết bị, không tác dụng với không khí, nước và tạp chất lẫn trong hệ thống lạnh.
Không có tính dễ cháy, nổ.
Áp suất ngưng tụ ở nhiệt độ môi trường không quá cao để đảm bảo độ bền và an toàn của hệ thống.
Áp suất bay hơi không quá thấp, tránh làm việc với độ chân không cao nhằm hạn chế lọt khí không ngưng vào hệ thống về phía hạ áp.
Nhiệt độ cuối quá trình nén không quá cao làm cháy dầu bôi trơn và ảnh hưởng đến độ bền chi tiết máy.
Độ nhớt càng nhỏ càng tốt để giảm tổn thất trên đường ống.
Hòa tan dầu càng nhiều càng tốt vì như vậy hệ thống càng dễ dàng được bôi trơn.
Có khả năng hòa tan nước sẽ tránh được tắc ẩm ở van tiết lưu khi làm việc do đóng băng nước.
Không độc hại đối với con người và cơ thể sống.
Không ảnh hưởng đến chất lượng của các sản phẩm làm lạnh
Có giá thành rẻ, dễ kiếm.
Sản xuất bảo quản và vận chuyển rõ ràng.
Ở áp suất khí quyển, R11(CCl3F) sôi ở -23,7oc.
Amoniac công thức hóa học là NH3, kí hiệu là R717, là một chất vô cơ. Ở điều kiện thường amoniac là chất khí không màu, mùi hắc khó chịu. Ở áp suất khí quyển có nhiệt độ bay hơi là -33,35oC.
Nhiệt độ khá thấp rất thuận lợi cho việc làm lạnh, tranh vận hành ở áp suất chân không. Amoniac có tính chất nhiệt động tốt như năng suất lạnh riêng thể tích lớn, nhiệt dung riêng và hệ số dẫn nhiệt lớn thuận lợi cho hệ thống công suất lớn.
Amoniac có áp suất bay hơi khá cao, vì vậy ở các chế độ làm lạnh bình thường ( lớn hơn -33,5oC) áp suất bay hơi lớn hơn áp suất khí quyển bên ngoài, tránh được rò rỉ khí không ngưng vào hệ thống.
Năng suất lạnh riêng, thể tích lớn nên rất phù hợp với hệ thống công suất lớn và rất lớn
Độ nhớt nhỏ, tính lưu động cao nên tổn thất áp suất nhỏ
Hệ số dẫn nhiệt, tỏa nhiệt đối lưu lớn
Amoniac không ăn mòn thép, các kim loại đen chế tạo máy, nhưng ăn mòn đồng và các hợp kim của đồng nên không sử dụng đồng và các hợp kim của đồng trong hệ thống lạnh amoniac
Có mùi khó chịu, dễ phát hiện rò rỉ ra ngoài môi trường
Trong không khí chứa một lượng NH3 nhất định có thể bắt lửa, gây nổ, hỏa hoạn, không an toàn cho thiết bị và người.
Amoniac độc hại đối với cơ thể con người gây kích thích niêm mạc của mắt, dạ dày, gây co thắt cơ quan hô hấp, làm bỏng da.
Tuy độc hại nhưng Amoniac là môi chất lạnh rẻ tiền, dễ kiếm, vận chuyển, bảo quản tương đối dễ dàng và được sản xuất trong nước
Môi chất lạnh R134a
Ưu điểm
R134a (CH2F-CF3 – 1,1,1,2-tetrafloetan) là môi chất có độ hoàn thiện nhiệt độ tương đối cao, thua R12 và R22, là môi chất lạnh mới, được sử dụng rộng rãi cho máy lạnh 1 cấp trong điều hòa không khí, môi chất thân thiện , với môi trường do không có nguyên tử clo trong thành phần hóa học nên không phá hủy tần Ozone khi bị rò rỉ như là R12 và R22.
Nhiệt độ sôi ờ áp suất ký quyển thấp nhất là – 26,20C
Ở nhiệt độ môi trường, áp suất ngưng tụ phải: ở 400C là 10,1761bar
Nhiệt độ tới hạn tương đối cao 101,150C; áp suất tới hạn là 40,46bar
Nhiệt độ đông đặc đặc điểm 3 thể thấp
Ẩn nhiệt hóa hơi tương đối lớn -150C là 269,2 kJ/Kg
Nhiệt dung riêng đẳng áp vừa phải
Độ nhớt rất nhỏ, nhỏ hơn cả không khí nên R134a có thể rò rỉ qua các khe hở mà không kh1 không đi qua được, tuy nhiên lớn hơn độ nhớt của Nitơ mốt ít vì vậy khi cần thử kín phải dùng khí N2 khô.
Không gây cháy, không gây nổ, không ăn mòn kim loại bền vững về mặt hóa học
Không hòa tan được nước, do vậy cp1 thể tách nước ra khỏi R134a bằng cách hút ẩm thông dụng
Là môi chất thân thiên với môi trường
Nhược điểm
Năng suất làm lạnh nhỏ.
Ở nhiệt độ cao R134a bị phân hủy thành những chất rất độc hại như axitflohidric-HF, do vậy nghiêm cấm các vật liệu có nhiệt độ bề mặt cao trong phòng.
Khối lượng riêng của dầu nhỏ hơn khối lượng riêng R134a, khả năng hòa tan dầ bôi trơn ph5 thuộc vào từng loại dầu, các loại dầu bôi trơn có tểh hòa tan là polyglyco (PG); polyalkylen glycol (PAG)
Không màu, không mùi, không vị nên khi bị rò rỉ khó phát hiện.
lạnh
Dể kiếm nhưng giá thành đắt.
3.1. Kích thước bể đá nước muối
- 3.1.1. Số lượng và kích thước khuôn đá
- 3.1.2. Kích thước bể đá:
3.2. Thể tích bể nước cung cấp cho sản xuất ( ký hiệu Vnước)
3.3. Tính cách nhiệt - cách ẩm cho tường bể đá
- 3.3.1. Tính cách nhiệt cách ẩm cho tường xung quanh bể đá
- 3.3.2. Kiểm tra điều kiện đọng sương của tường bể đá
3.4. Tính cách nhiệt cách ẩm cho nền bể đá
3.5. Tính chi phí lạnh (phụ tải) của bể đá nước muối
4.1. Chọn các thông số kỹ thuật
4.2. Tính chu trình lạnh
- 4.2.1. Đồ thị các chu trình
- 4.2.2. Các điểm cần thiết tính toán
4.3. Tính toán chọn máy nén
- 4.3.1. Tính toán
- 4.3.2. Chọn máy nén
4.4. Tính toán chọn thiết bị ngưng tụ kiểu xối tưới
4.5. Tính chọn thiết bị bốc hơi (kiểu xương cá)

Mật độ dòng nhiệt về phía môi chất lạnh
Chọn dàn lạnh xương cá
4.6. Tính và chọn van tiết lưu.

CHƯƠNG V: TÍNH VÀ CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHỤ

5.1. Bình tách dầu
5.2. Bình chứa dầu
5.3. Bình chứa cao áp
5.4. Bình tách khí không ngưng
5.5. Bình tách lỏng
5.6. Bình tách lỏng giữ mức
5.7. Phin lọc và phin sấy
5.8. Mắt gas
5.9. Các loại van:
5.10. Áp kế
5.11. Cánh khuấy
5.12. Đường ống
6.1. Tự động hóa máy nén
6.2. Tự động hóa thiết bị ngưng tụ
6.3. Tự động hóa thiết bị bay hơi
6.4. Nạp môi chất cho hệ thống lạnh
6.4.1. Xác định lượng môi chất cần nạp.
Bình chứa cao áp 20%
Bình tách dầu 0%
Bình tách lỏng 20%
Dàn lạnh làm việc theo chế độ ngập lỏng 80%
Thiết bị ngưng tụ chiếm 10%
Bình giữ mức tách lỏng 60%
6.4.2. Nạp môi chất cho hệ thống lạnh
184. Có 02 phương pháp nạp môi chất : Nạp theo đường hút và nạp theo đường cấp dịch
Nạp môi chất theo đường hút

215. TÀI LIỆU THAM KHẢO