THIẾT KẾ MÁY SẢN XUẤT ĐÁ MIẾNG NĂNG SUẤT 30 KG/H

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

I Tính cách nhiệt, cách ẩm 1

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 1

2 Yêu cầu của vật liệu: 1

3 Chọn vật liệu: 1

4 Tính toán cách nhiệt và cách ẩm cho máy làm đá 1

5 Kiểm tra đọng sương trên bề mặt ngoài vách cách nhiệt: 3

6 Kiểm tra đọng ẩm 3

II Tính chọn máy nén cho hệ thống: 3

1 Chọn chế độ làm việc cho máy nén 3

2 Sơ đồ nguyên lý và chu trình lạnh 5

3 Năng suất lạnh của máy nén 6

4 Tính và chọn máy nén 8

III Tính và chọn thiết bị ngưng tụ 9

IV Tính và chọn thiết bị bốc hơi 12

1 Tính thời gian đông đá 12

2 Tính toán thiết bị bốc hơi 12

V Tính và chọn các thiết bị phụ 14

1 Tính và chọn bình chứa thấp áp 14

2 Tính toán và chọn thiết bị hồi nhiệt 14

3 Tính và chọn van tiết lưu 16

4 Tính và chọn tháp giải nhiệt 17

5 Tính và chọn các đường ống dẫn 17

6 Tính và chọn máy bơm 18

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

- 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

Máy làm đá chỉ cách nhiệt và cách ẩm thành bao quanh Chọn tấm cách nhiệt hình trụ tròn như sau:

Chiều dày tấm cách nhiệt được tính như sau:

K: hệ số truyền nhiệt K, W/m2.K, chọn trước K = 0,25W/m2.K

α1 = 23,3 W/m2.K Hệ số tỏa nhiệt của môi trường bên ngoài tường cách nhiệt

α2 = 8 W/m2.K Hệ số tỏa nhiệt của vách bên trong thiết bị bốc hơi

δi : chiều dài lớp vật liệu thứ i cách nhiệt, m

λi: hệ số dẫn nhiệt lớp thứ i, W/m.K

λcn: hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt,W/m.K

δcn: chiều dày lớp cách nhiệt, m

Vậy chọn chiều dày lớp cách nhiệt là δcn = 0,2m với 4 lớp x 50mm

Hệ số truyền nhiệt thực của kết cấu bao che:

- Điều kiện để vách ngoài không đọng sương

t t K

Pn áp suất riêng phần của hơi nước ở ngoài (mmHg)

Pt áp suất riêng phần của hơi nước trong phòng lạnh

2 .1,6.(29,1 3, 2) 41, 44

n

m h mmHg R

2.0, 002 0,003 0, 2

45,3 0,18 0,047

n i

Vậy chọn lại chiều dày lớp bitum là 0,005 m

Ở đây công ty chế biến được xây dựng tại thành Phố Đà Nẵng và có các thông số khí tượngsau :

Nhiệt độ trung bình cao nhất : tmaxtb = 37,7C

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

t1 = 37,7C

Suy ra : ts = 33 C ;tư=34C

Chọn phương pháp làm lạnh trực tiếp

Chế độ làm việc

Chọn môi chất lạnh Freon 22 ( CHF2Cl) ( R22)

Nhiệt độ sôi môi chất :t0 = tp - ∆t0

tp: nhiệt độ cuối của nước đá

Do có thiết bị hồi nhiệt nên tql phụ thuộc vào tqn

Chọn hiệu nhiệt độ khi qua thiết bị hồi nhiệt là 150C

Suy ra t* = -10oC quá nhiệt trên đường hơi hút

h3’ – h3 = h1 – h1*

→ h3 = h3’ – h1 + h1*

Với h1 = 718 kJ/kg

h1* = 705 kJ/kg

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

Tổng chi phí lạnh cho máy đá

Q Q Q Q Q , kW

Trong đó: Q1: chi phí lạnh cho dàn lạnh,kW

Q2: chi phí lạnh để làm đông nước thành đá, kW

Q3: tổn thất khi rã đá,kW

Q4: tổn thất do nhiệt truyền ra ngoài

- Chi phí lạnh cho dàn lạnh: chỉ xét lần đầu tiên làm lạnh ống làm đá đến -7oC, xem nhưsau khi xả đá nhiệt độ ống làm đá không tăng lên tức là không cần làm lạnh thêm , phầnnhiệt đó tính vào nhiệt tổn thất khi rã đá

Do ta xét trong khoảng thời gian 1h nên đơn vị của Q1 la kg/h

- Chi phí lạnh để làm đông nước đá:

2 n(1 0) r d(0 2) , /

Q G C t  q C  t kJ h

Trong đó: G = 30kg/h năng suất của máy làm đá

Cn =4,18 kJ/kg.K nhiệt dung riêng của nước

Cd = 2,09 kJ/kg.K nhiệt dung riêng của nước đá

Qr = 333,6 lJ/kg ẩn nhiệt đóng băng của nước

L = 330,3 kJ/kg nhiệt nóng chảy của nước đá

ρ = 917 kg/m3 khối lượng riêng của nước ở 0oC

g = 1,355kg (tính sau) khối lượng đá còn lại

f: bề mặt ngoài của ống tạo đá

2 ng .0,057.0,8 0,143( )

f  d h  m

3

30.0,143.0, 001.917.330,3 958,9( / )1,355

b



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

3,91,07 4,173( )1

182

1733,3( / )0,105

e dc

Với ηtd = 0,97 hiệu suất truyền động của khớp đai

ηdc = 0,85 hiệu suất động cơ

- Hệ số lạnh hiệu dụng

1,363,065

o e

k o

Vậy ta chọn :

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

w

w w

5, 267

0, 42( / ) 4,187.3

 Đường kính trong của ống dtr = 0,0115m

 Đường kính ngoài của ống dng = 0,0133m

 Đường kính cánh D = 0,0165m

 Bước cánh Sc = 0,00127m

 Góc ở đỉnh cánh α = 20o

 Hệ số làm tạo cánh β = F/Ftr = 4

 Diện tích mặt ngoài của 1m ống: F = 0,144m2/m

 Diện tích bề mặt trong của 1m ống Ftr = 0,036m2

 Xác định số ống trong 1m đường nước





Với v = 0,775.10-6 m2/s độ nhớt động lực học của nước ở 37 oC nhiệt độ nước vào bình ngưng.

Re > 10000 nên nước chảy trong ống là chế độ chảy rối

Nu0,021.Re Pr0,8 0,43f Pr / Pr f v0,25.l 0, 021.20181 5, 2 5, 2 / 4, 310,8 0,43 0,25.1 124

Với ε1 = 1 vi l/dtr = 87> 5-0

Nhiệt độ nước lúc đầu tw1 = 37oC , lúc ra tw2 = 40oC

w 2 w1 1

w 2

40 37

6,38

45 37ln

ln

45 40

m

k w k

 Hệ số tỏa nhiệt về phía nước giải nhiệt:

2 w

6,34

11

0, 2.106653

m m

i i

 Để xác định qw cần chọn sơ bộ TBNT, chọn trước qw rồi kiểm tra lại

Chọn θ = 0,3θm thay vào phương trình

5267

12675.0,02145.0, 0115.8

k tr

Q m

q s d k

ta làmtròn đến 5

Với: s =1,3.D = 1,3 0,0165= 0,02145m (chọn)

l k D

Vậy số hàng ống theo chiều đứng nz = m = 5 và nz/2 = 3

 Hệ số truyền nhiệt khi ngưng tụ R22 được tính theo bề mặt trong ống

0,167 3

 R22 1132(kg m/ 3) Khối lượng riêng R22 ở 45oC

R22 0,079 / W m K, v0,196.106m s2/

0,25 0,75

2 os 2.0,00127 os

ng d

l

n z n

lúc đó n = 6.3 = 18Vậy m = 5 là thích hợp , n =18

Để sử dụng phần dưới của bình ngưng làm bình chứa, chúng ta bỏ bớt 2 hàng ống dưới cùng Số

 Diện tích truyền nhiệt bề mặt trong của bình ngưng

25267

0,618600

k tr tr

tr tr

2 Tính toán thiết bị bốc hơi

Các thông số của thiết bị bốc hơi

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 ống m1

Với chiều dài ống 0,8m được tạo đá trên bề mặt ống

Số ống làm đá: '

8,11,365.60

G n m

F n f    m

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:

  Thông số của R22 ở -220C: ρ = 15,2 kg/m3 ; λ = 0,104W/m2.K ; μ = 1,17.10-6 Pa.s

3305 / 0,05

tr tr

Nu

W m K d



173 /

.1129,7 0,057 18 2, 22 3305

Năng suất lạnh riêng qf = k ∆ttb =173 26,8 = 4636,4 (W/m2)

Diện tích bề mặt truyền nhiệt :

24173

0,9

4636, 4

o f

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 chất lạnh đi ra từ bình chứa thấp áp Chọn bình hồi nhiệt ống xoắn

Ta có độ khô của hơi đi vào bình hồi nhiệt là x = 0,98

- Nhiệt độ trung bình của R22 lỏng trong bình hồi nhiệt

 Các kích thước chủ yếu của bình hồi nhiệt

- Ống xoắn là ống trơn có đường kính dtr = 0,01m, dng = 0,012m

- Đường kính ngoài của lõi D1 phải chọn > 8dng Chọn D1 = 0,1m

- Đường kính trong của thân bình hồi nhiệt D2 =0,157m

- Hai cuộn ống xoắn lồng vào nhau và cách nhau 1,5mm, đồng thời cũng cách đều 2 vách 1,5mm mỗi phía Các vòng tròn trên 1 cuộn ống xoắn đều nhau 1 khoảng 5mm

- Thể tích hơi quá nhiệt đi qua bình hồi nhiệt

3 30,023

1,1.10 /21,9

- Diện tích cho hơi quá nhiệt đi qua Fh = Fhn – Fx = 0,0115 – 0,0097 =0,0018m2

- Vận tốc hơi quá nhiệt chuyển động trong bình hồi nhiệt

31,1.10

- Chuẩn số Nu: Nu 0, 27.Re0,63.Pr0,36 0, 27.12323 0,740,63 0,36 92

- Hệ số tỏa nhiệt về phía hơi quá nhiệt:

2 92.0,0105

81 / 0,012

h ng

Nu

W m K d



- Thể tích hơi lỏng chuyển động trong ống:

5 30,023

2.10 /1175

- Chuẩn số Nu của lỏng: Nu0,021.Re Pr0,8 0,43. 0,021.6667 3,57 0,95 39,50,8 0,43 

- Hệ số tỏa nhiệt về phía R22 lỏng khi chưa có hiệu chỉnh:

w

39,5.0, 081

320 / 0,01

tr

Nu

W m K d



d R

Với Rtb bán kính cong trung bình của 2 cuộn ống xoắn

0,127 0,103 0,154 0,13

0, 06258

44,8

30 20ln

ln

45 5

o m

0,15

hn ng

d d

Với d1,d2 lần lượt là đường kính trung bình của cuộn ống xoắn trong và ngoài

- Chiều dài mỗi ống xoắn: L = n.dng + (n – 1).∆ = 5.12 + (5 – 1 ) 5 = 80mm

Với ∆ = 5mm : khoảng cách giữa hai vòng xoắn

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:

4 24996

1,52.10

3600 3600.44, 23.0,5 14,6.1186.9,81

o o

Với Qo = 4996kcal/h năng suất lạnh của van tiết lưu

qo = 44,23kcal/kg năng suất lạnh riêng

w

0, 42

0,1682,5

- Tính phụ tải nhiệt của tháp: Q G C t w w.( w1 tw 2) 0, 42.4,187.(40 37) 5, 28   kW

- Lượng không khí cần thiết thổi qua tháp :  2 1

5, 28( / )

Nhiệt độ không khí vào tháp t1 = 37,70C , φ = 77%  h1 = 128 kJ/kg

Để Gw / Gkk  1 ta chọn ∆h = ∆tw Cw = 3.4,187 = 12,56 (kJ/kg)

5, 28

0, 42 /12,56

Các thiết bị của hệ thống lạnh được liên kết với nhau bằng các ống dẫn Đối với R22 nên sử dụngống 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 kính trong của ống dẫn được tính theo biểu thức:

3

5,1.10 , 75 .15

- Chọn hệ số tuần hoàn của bơm k = 40

- Lưu lượng nước Q = k G = 40 30 = 1200 kg/h =1,2 m3/h

- Áp suất toàn phần của bơm

H0 = 1,5m chiều cao đẩy chất lỏng.

= 10 m :hiệu áp suất giữa khoảng đẩy và khoảng hút của bơm

- Công suất bơm: